JP7098981B2

JP7098981B2 - 電子機器、充電制御方法及びコンピュータプログラム

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Publication number: JP7098981B2
Application number: JP2018050230A
Authority: JP
Inventors: 豪田中
Original assignee: Sony Corp; Sony Group Corp
Current assignee: Sony Corp; Sony Group Corp
Priority date: 2018-03-16
Filing date: 2018-03-16
Publication date: 2022-07-12
Anticipated expiration: 2038-03-16
Also published as: CN111819759A; EP3754808A4; WO2019176269A1; CN111819759B; EP3754808A1; US11482877B2; JP2019162010A; US20200412156A1

Description

本開示は、電子機器、充電制御方法及びコンピュータプログラムに関する。

携帯電話やノートブック型のパーソナルコンピュータ等に用いられるリチウムイオン二次電池等の二次電池は、充放電を繰り返すと容量劣化が生じる。このような問題を解決するために、例えば特許文献１には、二次電池の充放電を繰り返すに従って、二次電池を充電する設定電圧を低くして満充電する二次電池の充電方法が開示されている。

特開２００８－００５６４４号公報

しかし、二次電池の劣化の進行具合は、二次電池が使用されている温度などの環境によって変化する。そのため、想定した電池寿命まで二次電池を使用可能とするためには、使用されてきた二次電池の環境に応じて適切に充電条件を設定することが求められる。

そこで、本開示では、二次電池が使用されてきた環境に応じて適切に充電条件を設定することで想定した電池寿命まで二次電池を使用可能とすることが可能な、新規かつ改良された電子機器、充電制御方法及びコンピュータプログラムを提案する。

本開示によれば、二次電池の動作環境を計測する計測部と、前記動作環境が所定の条件を満たすと、前記二次電池の充電電圧を所定量低下させる制御部と、を備える、電子機器が提供される。

また本開示によれば、プロセッサが、二次電池の動作環境を計測することと、前記動作環境が所定の条件を満たすと、前記二次電池の充電電圧を所定量低下させることと、を含む、充電制御方法が提供される。

また本開示によれば、コンピュータに、二次電池の動作環境を計測することと、前記動作環境が所定の条件を満たすと、前記二次電池の充電電圧を所定量低下させることと、を実行させる、コンピュータプログラムが提供される。

以上説明したように本開示によれば、二次電池が使用されてきた環境に応じて適切に充電条件を設定することで想定した電池寿命まで二次電池を使用可能とすることが可能な、新規かつ改良された電子機器、充電制御方法及びコンピュータプログラムを提供することが出来る。

なお、上記の効果は必ずしも限定的なものではなく、上記の効果とともに、または上記の効果に代えて、本明細書に示されたいずれかの効果、または本明細書から把握され得る他の効果が奏されてもよい。

本開示の実施の形態に係る電子機器の機能構成例を示す説明図である。バッテリの電池寿命の変化の概念を示す説明図である。本開示の実施の形態に係る電子機器の動作例を示す流れ図である。温度センサが検出したバッテリの温度と、温度係数との関係の一例をグラフで示す説明図である。監視部が監視するバッテリの充電電圧と、電圧係数との関係の一例をグラフで示す説明図である。本開示の実施の形態に係る電子機器の動作について示す説明図である。

以下に添付図面を参照しながら、本開示の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

なお、説明は以下の順序で行うものとする。
１．本開示の実施の形態
１．１．経緯
１．２．構成例
１．３．動作例
２．まとめ

＜１．本開示の実施の形態＞
［１．１．経緯］
まず、本開示の実施の形態に至った経緯について説明する。

携帯電話やノートブック型のパーソナルコンピュータ等には、リチウムイオン二次電池等の二次電池が用いられる。リチウムイオン二次電池は、充放電を繰り返すと容量劣化が生じる。そこで上述したように、二次電池の充放電を繰り返すに従って、二次電池を充電する設定電圧を低くして満充電する二次電池の充電方法が提案されている。

またリチウムイオン二次電池は、高温または低温の環境下で使用されると容量劣化や膨張が生じ、安全性が低下する。リチウムイオン二次電池の劣化の進行具合は、リチウムイオン二次電池の環境によって変化する。高温または低温の環境下で使用される頻度が多ければ、容量劣化や膨張は、そのような環境下で使用される場合と比べて早く進行する。二次電池には、予め電池寿命が想定されており、その想定した電池寿命まで二次電池を使用可能とするためには、二次電池の環境に応じて適切に充電条件を設定することが求められる。なお、電池寿命とは、使用を始めてから所定の割合まで容量が減少するまでの期間を言うものとする。

そこで本件開示者は、上述した点に鑑み、二次電池の環境に応じて適切に充電条件を設定することで想定した電池寿命まで二次電池を使用可能とすることが可能な技術について鋭意検討を行った。その結果、本件開示者は、以下で説明するように、二次電池の環境に応じて適切に充電条件を設定することで想定した電池寿命まで二次電池を使用可能とすることが可能な技術を考案するに至った。

以上、本開示の実施の形態に至った経緯について説明した。続いて、本開示の実施の形態について詳細に説明する。

［１．２．構成例］
図１は、本開示の実施の形態に係る電子機器の機能構成例を示す説明図である。図１を用いて、本開示の実施の形態に係る電子機器の機能構成例について説明する。

図１に示したように、本開示の実施の形態に係る電子機器１００は、コネクタ１０２と、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０４と、バッテリ１０６と、監視部１０８と、温度センサ１０９と、コントローラ１１０と、を含んで構成される。電子機器１００は、例えば、スマートフォン、タブレット型携帯端末、パーソナルコンピュータ、携帯型ゲーム機、携帯型音楽再生装置、ウェアラブルデバイス、ヘッドマウントディスプレイ等の、二次電池に蓄えられた電力で動作する機器である。

コネクタ１０２は、例えばＵＳＢ（Universal Serial Bus）ケーブルその他のケーブルを接続するためのコネクタである。例えば充電器等の電子機器１００へ給電を行う装置に接続されたケーブルが、コネクタ１０２に接続されると、当該装置からＤＣ／ＤＣコンバータ１０４を通じてバッテリ１０６へ給電される。

ＤＣ／ＤＣコンバータ１０４は、コネクタ１０２から給電される直流電力の電圧を、バッテリ１０６の充電に適した電圧に変換する。ＤＣ／ＤＣコンバータ１０４により変換される電圧値は、コントローラ１１０によって制御される。本実施形態では、コントローラ１１０は、バッテリ１０６へ供給される電圧の監視結果、および、バッテリ１０６の温度の監視結果を用いて、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０４により変換される電圧値を決定する。

バッテリ１０６は、例えばリチウムイオン二次電池等の二次電池である。バッテリ１０６に蓄えられた電力は、電子機器１００の内部の各部へ供給される。

監視部１０８は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０４からバッテリ１０６に供給される電力の電圧を監視する。監視部１０８により監視された電圧値はコントローラ１１０に送られる。温度センサ１０９は、例えばサーミスタで構成され、バッテリ１０６の温度を検出する。温度センサ１０９により検出された温度値はコントローラ１１０に送られる。監視部１０８および温度センサ１０９は、本開示の計測部の一例として機能しうる。

コントローラ１１０は、監視部１０８により監視された電圧値、及び、温度センサ１０９により検出された温度値に基づいて、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０４により変換される電圧値を制御することで、バッテリ１０６の充電電圧を制御する。コントローラ１１０は、本開示の制御部の一例として機能しうる。コントローラ１１０は、内部にメモリ１１１を保持する。メモリ１１１は、監視部１０８により監視された電圧値、及び、温度センサ１０９により検出された温度値の情報を、その監視または検出された時間と共に格納する。

より具体的には、コントローラ１１０は、温度センサ１０９により検出された温度値でのバッテリ１０６の動作時間を、所定の温度での動作時間に換算し、その換算後の時間の積算値を算出する。コントローラ１１０は、この換算を、例えば上記所定の温度を１とした係数（温度係数）で動作時間を除することで行っても良い。

そして、コントローラ１１０は、積算値が所定値に達すると、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０４により変換される電圧値を所定量低下させる制御を行う。コントローラ１１０は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０４により変換される電圧値を所定量低下させることで、バッテリ１０６の充電電圧を所定量低下させることができる。

この所定値は複数設定されていてもよい。例えば、コントローラ１１０は、積算値が第１の所定値に達するとＤＣ／ＤＣコンバータ１０４により変換される電圧値を所定量低下させ、積算値が第１の所定値より多い第２の所定値に達するとＤＣ／ＤＣコンバータ１０４により変換される電圧値をさらに所定量低下させる制御を行っても良い。

なお、図１に示した例では、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０４とコントローラ１１０とが別々のブロックとして示されているが、コントローラ１１０と、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０４とは、同一のチップ上に設けられても良い。

本開示の実施の形態に係る電子機器１００は、図１に示した構成を有することで、バッテリ１０６の環境に応じて適切にバッテリ１０６の充電条件（ＤＣ／ＤＣコンバータ１０４により変換される電圧値）を設定することで、想定した電池寿命まで二次電池を使用可能とすることができる。

図２は、本開示の実施の形態に係る電子機器１００による、バッテリ１０６の充電条件の適切な設定に伴うバッテリ１０６の電池寿命の変化の概念を示す説明図である。

例えば、バッテリ１０６の電池寿命がｔ１の時点に設定されているとする。しかし、バッテリ１０６の環境（温度センサ１０９により検出された温度）から、バッテリ１０６の電池寿命がｔ１より短いｔ２になることがｔ３の時点で分かれば、コントローラ１１０は、このｔ３の時点から、バッテリ１０６の電池寿命がｔ１の時点となるようにＤＣ／ＤＣコンバータ１０４により変換される電圧値を低下させる。

以上、本開示の実施の形態に係る電子機器１００の機能構成例について説明した。続いて、本開示の実施の形態に係る電子機器１００の動作例について説明する。

［１．３．構成例］
図３は、本開示の実施の形態に係る電子機器１００の動作例を示す流れ図である。図３に示したのは、バッテリ１０６の環境に応じて適切にバッテリ１０６の充電条件を設定する際の、電子機器１００の動作例である。以下、図３を用いて本開示の実施の形態に係る電子機器１００の動作例について説明する。

電子機器１００は、電源が投入されて動作している間、バッテリ１０６の温度、及び、バッテリ１０６への充電電圧を定期的に記録する（ステップＳ１０１）。このステップＳ１０１の記録処理は、例えばコントローラ１１０が実行する。コントローラ１１０は、監視部１０８により監視された電圧値、及び、温度センサ１０９により検出された温度値の情報を、メモリ１１１に格納する。

続いて電子機器１００は、記録した温度でバッテリ１０６が動作した時間を、所定の温度での動作時間に換算し、その換算後の時間の積算値を演算する（ステップＳ１０２）。このステップＳ１０２の演算処理は、例えばコントローラ１１０が実行する。

上述したように、コントローラ１１０は、温度センサ１０９により検出された温度値でのバッテリ１０６の動作時間を、所定の温度での動作時間に換算し、その換算後の時間の積算値を算出する。コントローラ１１０は、この換算を、例えば上記所定の温度を１とした係数（温度係数）で動作時間を除することで行っても良い。

図４は、温度センサ１０９が検出したバッテリ１０６の温度と、温度係数との関係の一例をグラフで示す説明図である。図４に示した例では、摂氏４５度のときの温度係数を１とし、４５度より温度が高ければ温度係数を少なくし、摂氏４５度より温度が高ければ温度係数を大きくしている。コントローラ１１０は、このように設定された温度係数を用いることで、摂氏４５度での動作時間に換算した積算値を演算することができる。

続いて電子機器１００は、積算値が所定値に到達したかどうか判断する（ステップＳ１０３）。このステップＳ１０３の判断処理は、例えばコントローラ１１０が実行する。積算値が所定値に到達していなければ（ステップＳ１０３、Ｎｏ）、電子機器１００はステップＳ１０１の処理に戻る。

一方、積算値が所定値に到達していれば（ステップＳ１０３、Ｙｅｓ）、電子機器１００は、バッテリ１０６の充電電圧を所定量低下させる（ステップＳ１０４）。このステップＳ１０４の処理は、コントローラ１１０がＤＣ／ＤＣコンバータ１０４を制御して、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０４により変換される電圧値を低下させることにより行う。そして電子機器１００は、ステップＳ１０４にてバッテリ１０６の充電電圧を所定量低下させると、ステップＳ１０１の処理に戻る。

本開示の実施の形態に係る電子機器１００は、図４に示した動作を実行することで、バッテリ１０６の環境に応じて適切にバッテリ１０６の充電条件（ＤＣ／ＤＣコンバータ１０４により変換される電圧値）を設定することで、想定した電池寿命までバッテリ１０６を使用可能とすることができる。

本開示の実施の形態に係る電子機器１００は、所定の環境下でバッテリ１０６に充電された回数をコントローラ１１０で記録し、その充電回数に基づいてバッテリ１０６の充電条件を設定しても良い。充電回数は、バッテリ１０６の容量分充電されれば１回とカウントされうる。所定の環境の例として、低温、常温、高温のそれぞれの温度区分下でそれぞれバッテリ１０６に充電された回数がある。低温の温度範囲は、例えば摂氏２０度～３０度、常温の温度範囲は、例えば摂氏３０度～４０度、高温の温度範囲は、例えば摂氏４０度以上、であってもよい。もちろん低温、常温、高温の温度範囲は係る例に限定されるものでは無く、また温度区分の数も３つに限定されるものでは無い。

また本開示の実施の形態に係る電子機器１００は、バッテリ１０６の充電電圧を設定する際に、上述したバッテリ１０６の温度に関する係数（温度係数）に加え、バッテリ１０６の充電電圧に関する係数（電圧係数）を用いてもよい。例えば、バッテリ１０６の充電電圧が所定の電圧のときの電圧係数を１とし、その所定の電圧より充電電圧が高ければ電圧係数を少なくし、その所定の電圧より充電電圧が高ければ電圧係数を大きくしてもよい。

図５は、監視部１０８が監視するバッテリ１０６の充電電圧と、電圧係数との関係の一例をグラフで示す説明図である。図５に示した例では、電圧が４．３５Ｖのときの電圧係数を１とし、４．３５Ｖより電圧が高ければ電圧係数を少なくし、４．３５Ｖより電圧が高ければ電圧係数を大きくしている。もちろん、電圧係数が１のときの電圧値は係る例に限定されるものでは無い。コントローラ１１０は、このように設定された温度係数を用いることで、４．３５Ｖでの動作時間に換算した積算値を演算することができる。そして、コントローラ１１０は、摂氏４５度での動作時間に換算した積算値、及び、４．３５Ｖでの動作時間に換算した積算値を用いて、動作時間の積算値が所定の時間に達したかどうかを判断しても良い。

すなわち、バッテリ１０６の温度が同じであり、動作時間も同じであっても、バッテリ１０６の充電電圧が４．３５Ｖの場合と、４．２５Ｖの場合とでは、積算値が異なり、４．２５Ｖの場合の方が少なくなる。

図６は、本開示の実施の形態に係る電子機器１００の動作について示す説明図である。電子機器１００は、使用開始から、動作時間の積算値が所定の時間に達するまでは、バッテリ１０６の充電電圧を所定の値Ｖ１に設定している。電子機器１００は、例えば、使用開始から３ヶ月後に、動作時間の積算値が所定の時間に達したと判断すると、バッテリ１０６の充電電圧をＶ１より低いＶ２に下降させる。また電子機器１００は、例えば、使用開始から１１ヶ月後に、動作時間の積算値が所定の時間に達したと判断すると、バッテリ１０６の充電電圧をＶ２より低いＶ３にさらに下降させる。また電子機器１００は、例えば、使用開始から１５ヶ月後に、動作時間の積算値が所定の時間に達したと判断すると、バッテリ１０６の充電電圧をＶ３より低いＶ４にさらに下降させる。

本開示の実施の形態に係る電子機器１００は、図６に示したように、所定の条件を満たした時点でバッテリ１０６への充電電圧を下げる動作を実行することができる。そして、本開示の実施の形態に係る電子機器１００は、所定の条件を満たした時点でバッテリ１０６への充電電圧を下げる動作を実行することで、想定した電池寿命までバッテリ１０６を使用可能とすることができる。

＜２．まとめ＞
以上説明したように、本開示の実施の形態によれば、内部に備える二次電池が使用されてきた環境に応じて適切に充電条件を設定することで、想定した電池寿命まで二次電池を使用可能とすることが可能な電子機器１００が提供される。

本明細書の各装置が実行する処理における各ステップは、必ずしもシーケンス図またはフローチャートとして記載された順序に沿って時系列に処理する必要はない。例えば、各装置が実行する処理における各ステップは、フローチャートとして記載した順序と異なる順序で処理されても、並列的に処理されてもよい。

また、各装置に内蔵されるＣＰＵ、ＲＯＭおよびＲＡＭなどのハードウェアを、上述した各装置の構成と同等の機能を発揮させるためのコンピュータプログラムも作成可能である。また、該コンピュータプログラムを記憶させた記憶媒体も提供されることが可能である。また、機能ブロック図で示したそれぞれの機能ブロックをハードウェアで構成することで、一連の処理をハードウェアで実現することもできる。

以上、添付図面を参照しながら本開示の好適な実施形態について詳細に説明したが、本開示の技術的範囲はかかる例に限定されない。本開示の技術分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本開示の技術的範囲に属するものと了解される。

また、本明細書に記載された効果は、あくまで説明的または例示的なものであって限定的ではない。つまり、本開示に係る技術は、上記の効果とともに、または上記の効果に代えて、本明細書の記載から当業者には明らかな他の効果を奏しうる。

なお、以下のような構成も本開示の技術的範囲に属する。
（１）
二次電池の動作環境を計測する計測部と、
前記動作環境が所定の条件を満たすと、前記二次電池の充電電圧を所定量低下させる制御部と、
を備える、電子機器。
（２）
前記計測部は、前記動作環境として前記二次電池の温度を計測する、前記（１）に記載の電子機器。
（３）
前記計測部は、前記動作環境として前記二次電池へ供給される電力の電圧を計測する、前記（１）または（２）に記載の電子機器。
（４）
前記制御部は、前記計測部が計測した動作環境での動作時間を、所定の動作環境での動作時間に換算し積算した積算値が所定の条件と満たすと、前記二次電池の充電電圧を所定量低下させる、前記（１）～（３）のいずれかに記載の電子機器。
（５）
前記制御部は、所定の温度を基準とした温度係数を用いて所定の動作環境での動作時間に換算する、前記（４）に記載の電子機器。
（６）
前記制御部は、所定の電圧を基準とした電圧係数を用いて所定の動作環境での動作時間に換算する、前記（４）または（５）に記載の電子機器。
（７）
前記制御部は、前記動作環境が所定の条件を満たし、かつ、前記二次電池の充電回数が所定の条件を満たすと、前記二次電池の充電電圧を所定量低下させる、前記（１）～（６）のいずれかに記載の電子機器。
（８）
前記二次電池はリチウムイオン二次電池である、前記（１）～（７）のいずれかに記載の電子機器。
（９）
プロセッサが、
二次電池の動作環境を計測することと、
前記動作環境が所定の条件を満たすと、前記二次電池の充電電圧を所定量低下させることと、
を含む、充電制御方法。
（１０）
コンピュータに、
二次電池の動作環境を計測することと、
前記動作環境が所定の条件を満たすと、前記二次電池の充電電圧を所定量低下させることと、
を実行させる、コンピュータプログラム。

１００：電子機器
１０２：コネクタ
１０４：ＤＣ／ＤＣコンバータ
１０６：バッテリ
１０８：監視部
１０９：温度センサ
１１０：コントローラ
１１１：メモリ

Claims

二次電池の動作環境を計測する計測部と、
前記動作環境が所定の条件を満たすと、前記二次電池の充電電圧を所定量低下させる制御部と、
を備え、
前記計測部は、前記動作環境として、動作時の前記二次電池の温度を計測し、
前記制御部は、
前記計測部が前記温度を計測した動作環境での前記の二次電池の動作時間を、基準となる所定の温度に対する前記温度との比較に応じた温度係数を用いて所定の動作環境での動作時間に換算し、
換算した前記所定の動作環境での動作時間を積算して得られた積算値が所定の条件を満たすと、前記二次電池の充電電圧を所定量低下させる、
電子機器。
前記計測部は、前記動作環境として前記二次電池へ供給される電力の電圧を計測し、
前記制御部は、
前記計測部が前記電圧を計測した動作環境での前記の二次電池の動作時間を、基準となる所定の電圧に対する前記電圧との比較に応じた電圧係数を用いて前記所定の動作環境での動作時間に換算する、
請求項１に記載の電子機器。
前記二次電池はリチウムイオン二次電池である、請求項１又は２に記載の電子機器。
プロセッサが、
二次電池の動作環境を計測することと、
前記動作環境が所定の条件を満たすと、前記二次電池の充電電圧を所定量低下させることと、
を含む、充電制御方法であって、
前記プロセッサが、
前記動作環境として、動作時の前記二次電池の温度を計測し、
前記温度を計測した動作環境での前記の二次電池の動作時間を、基準となる所定の温度に対する前記温度との比較に応じた温度係数を用いて所定の動作環境での動作時間に換算し、
換算した前記所定の動作環境での動作時間を積算して得られた積算値が所定の条件を満たすと、前記二次電池の充電電圧を所定量低下させる、
ことを含む、充電制御方法。
コンピュータに、
二次電池の動作環境を計測することと、
前記動作環境が所定の条件を満たすと、前記二次電池の充電電圧を所定量低下させることと、
を実行させる、コンピュータプログラムであって、
前記コンピュータが、
前記動作環境として、動作時の前記二次電池の温度を計測し、
前記温度を計測した動作環境での前記の二次電池の動作時間を、基準となる所定の温度に対する前記温度との比較に応じた温度係数を用いて所定の動作環境での動作時間に換算し、
換算した前記所定の動作環境での動作時間を積算して得られた積算値が所定の条件を満たすと、前記二次電池の充電電圧を所定量低下させる、
コンピュータプログラム。