(57)【要約】 【課題】電圧誤差を考慮して二次電池の充電時に於ける温度を正確に把握し、二次電池の安全を確保した電子機器及び電子機器システムを提供する。【解決手段】電子機器システムは、電子機器１０と充電器４０とを備え、電子機器１０は、本体部２０と二次電池３０とを備える。本体部２０は、温度演算部２３とバイアス電圧源２４と電路２６と信号接続線２７と充電接続部Ｑと信号接続部Ｔとを備えている。二次電池３０は、電池セル３２とサーミスタ３４と電路２６と信号接続線２７と充電接続部Ｑと信号接続部Ｔとを備えている。温度演算部２３で、取得されているバイアス電圧値Ｖ０と固定抵抗値Ｒ０と部分抵抗値ＲＣＮ及び二次電池充電電流値ＩＣＨＧ−ＩＬを基に、信号接続線２７から送られてくる誤差電圧値Ｖｅを含む観測電圧値ＶＴＨ１から修正電圧値ＶＴＨ２を演算することにより、電池セル３２の周囲温度を正確に把握する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
充電器により充電可能な二次電池を備える電子機器であって、
所定の負荷を備える本体部と、
前記本体部に電路を介して接続され、前記二次電池として機能する電池セルと、
前記電路における所定の接続点に接続され、周囲の温度変化に対応して変化する可変抵抗値を有するサーミスタと、
前記サーミスタが示す可変抵抗値に対応して変動する観測電圧値に基づき周囲の温度を演算する温度演算部と、を備え、
前記接続点と前記本体部との間に存在する前記電路の少なくとも一部分には部分抵抗値が存在し、
前記温度演算部は、前記電路の少なくとも一部分を流れる電流と前記部分抵抗値との積より発生する誤差電圧値と、前記観測電圧値とに基づき温度を演算する、電子機器。
【請求項２】
請求項１に記載の電子機器であって、
前記サーミスタが前記電池セルを含む前記二次電池内に設けられ、
前記温度演算部が前記本体部内に設けられ、
前記サーミスタと前記温度演算部は、前記観測電圧値を前記サーミスタから前記温度演算部へアナログ信号の形式で送信する信号接続線により接続される、電子機器。
【請求項３】
請求項２に記載の電子機器であって、
前記信号接続線には所定の固定抵抗値を有する固定抵抗を介して、所定のバイアス電圧値を印加するバイアス電圧源が接続され、
前記観測電圧値が、前記誤差電圧値と、前記バイアス電圧値と、前記固定抵抗値と、前記可変抵抗値とから決定される値であり、
前記温度演算部は、前記観測電圧値から前記可変抵抗値を演算し、演算された可変抵抗値と、前記バイアス電圧値と、前記固定抵抗値とから修正電圧値を演算し、当該修正電圧値から温度を演算する、電子機器。
【請求項４】
請求項２に記載の電子機器であって、
前記信号接続線には所定の固定抵抗値を有する固定抵抗を介して、所定のバイアス電圧値を印加するバイアス電圧源が接続され、
前記観測電圧値が、前記誤差電圧値と、前記バイアス電圧値と、前記固定抵抗値と、前記可変抵抗値とから決定される値であり、
前記温度演算部は、前記電路の少なくとも一部分を流れる電流と、前記部分抵抗値と、前記観測電圧値と、前記バイアス電圧値とから修正電圧値を演算し、当該修正電圧値から温度を演算する、電子機器。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか１項に記載の電子機器であって、
前記接続点が前記電池セルの負極に接続された前記電路上に存在する、電子機器。
【請求項６】
請求項１から５のいずれか１項に記載の電子機器と、充電器とを含む電子機器システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、充電中の二次電池の温度を測定して二次電池の安全を図る電子機器及び電子機器システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
電子機器の二次電池に対して急速充電を行う際、充電による異常な発熱から二次電池を保護するために二次電池の温度を測定して異常な状態を把握して充電制御を行う技術が提案されている（例えば特許文献１参照）。
【０００３】
特許文献１は、充電器内に定電流安定回路や定電圧安定回路および制御部等を設け、二次電池の急速充電に関してサーミスタで測定された二次電池の温度に基づくサーマルカットオフ温度の段階設けて電池の発熱による危険性を低減している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平８−３０８１３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
近年、電子機器の性能向上に伴い二次電池の容量も増大し、大きな充電電流で二次電池を充電してきているが、大きな充電電流が流れる状況では抵抗×電流＝電圧で発生する電圧が大きくなる。その結果、サーミスタから取得される電圧に電圧誤差が含まれ電池セル付近の温度を正確に把握できないという問題を生じてしまう可能性がある。しかしながら、従来技術（例えば特許文献１）では、この様な電圧誤差を考慮した技術は開示されていない。
【０００６】
本発明は、上記事由に鑑みてなされたものであり、その目的は、電圧誤差を考慮して二次電池の充電時に於ける温度を正確に把握し、二次電池の安全を確保した電子機器及び電子機器システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の電子機器は、充電器により充電可能な二次電池を備える電子機器であって、所定の負荷を備える本体部と、前記本体部に電路を介して接続され、前記二次電池として機能する電池セルと、前記電路における所定の接続点に接続され、周囲の温度変化に対応して変化する可変抵抗値を有するサーミスタと、前記サーミスタが示す可変抵抗値に対応して変動する観測電圧値に基づき周囲の温度を演算する温度演算部と、を備え、前記接続点と前記本体部との間に存在する前記電路の少なくとも一部分には部分抵抗値が存在し、前記温度演算部は、前記電路の少なくとも一部分を流れる電流と前記部分抵抗値との積より発生する誤差電圧値と、前記観測電圧値とに基づき温度を演算する。
【０００８】
本発明の電子機器の一態様として例えば、前記サーミスタが前記電池セルを含む前記二次電池内に設けられ、前記温度演算部が前記本体部内に設けられ、前記サーミスタと前記温度演算部は、前記観測電圧値を前記サーミスタから前記温度演算部へアナログ信号の形式で送信する信号接続線により接続される。
【０００９】
本発明の電子機器の一態様として例えば、前記信号接続線には所定の固定抵抗値を有する固定抵抗を介して、所定のバイアス電圧値を印加するバイアス電圧源が接続され、前記観測電圧値が、前記誤差電圧値と、前記バイアス電圧値と、前記固定抵抗値と、前記可変抵抗値とから決定される値であり、前記温度演算部は、前記観測電圧値から前記可変抵抗値を演算し、演算された可変抵抗値と、前記バイアス電圧値と、前記固定抵抗値とから修正電圧値を演算し、当該修正電圧値から温度を演算する。
【００１０】
本発明の電子機器の一態様として例えば、前記信号接続線には所定の固定抵抗値を有する固定抵抗を介して、所定のバイアス電圧値を印加するバイアス電圧源が接続され、前記観測電圧値が、前記誤差電圧値と、前記バイアス電圧値と、前記固定抵抗値と、前記可変抵抗値とから決定される値であり、前記温度演算部は、前記電路の少なくとも一部分を流れる電流と、前記部分抵抗値と、前記観測電圧値と、前記バイアス電圧値とから修正電圧値を演算し、当該修正電圧値から温度を演算する。
【００１１】
本発明の電子機器の一態様として例えば、前記接続点が前記電池セルの負極に接続された前記電路上に存在する。
【００１２】
本発明の電子機器システムは、電子機器と、充電器とを含む。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の電子機器及び電子機器システムによれば、急速充電に伴う大きな充電電流が流れている電路に於いて発生する部分抵抗値に基づく誤差電圧値と観測電圧値から電池セルの周囲の温度を演算することが可能である。従って、二次電池の周囲の温度をモニターすることにより、二次電池の異常温度を早期に正確に発見し、充電時の二次電池の安全を確保することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明に係る電子機器及び電子機器システムの第１実施形態の一例を示すブロック図。
【図２】本発明に係る電子機器及び電子機器システムの第２実施形態の一例を示すブロック図。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明に係る電子機器及び電子機器システムの好適な実施形態を、図１及び図２に基づいて詳述する。
【００１６】
図１は、本発明に係る電子機器及び電子機器システムの第１実施形態の一例を示すブロック図である。
【００１７】
電子機器システムは、電子機器１０と充電器４０とを備え、電子機器１０は、本体部２０と、電子機器１０に内蔵され本体部２０と着脱可能な二次電池３０と、を備える。
【００１８】
電子機器１０は、例えばスマートフォン等の携帯電話、タブレット等の携帯端末、デジタルカメラ、携帯型パーソナルコンピュータ、無線機等、二次電池３０によって動作する携帯機器である。本体部２０は、シャント抵抗２１と、電流検出部２２と、温度演算部２３と、バイアス電圧源２４と、負荷２５と、充電接続部Ｑと、これらを電気的に繋ぐ電路２６と、を備える。また、本体部２０は、二次電池３０からの信号を受信するための信号接続部Ｔと接続する信号接続線２７を備えている。
【００１９】
シャント抵抗２１は、電路２６に流れる電流を検出するための抵抗器であり、シャント抵抗の値Ｒ１を持って電路２６上に配置（実装）されている。電流検出部２２は、シャント抵抗２１に並列して配置され、電路２６に流れる二次電池３０への二次電池充電電流の値を検出する。温度演算部２３は、マイクロプロセッサー（ＣＰＵ）等を備え、電流検出部２２および二次電池３０から送られてくる電圧情報を受信し、二次電池３０の温度を算出する。バイアス電圧源２４は、所定のバイアス電圧値Ｖ０を供給する。そしてＶ０は固定抵抗値Ｒ０により分圧されて後述のＶＴＨが生成される。
【００２０】
負荷２５は、本体部２０の制御等を行うため上述の構成の他に各種の回路等が実装され、二次電池３０への充電中に動作することにより生じる所定の負荷である。負荷２５は、一例として、電路２６から分岐して接続された状態で記載されている。そして、負荷２５に流れる負荷電流の値をＩＬとし、電路２６に流れる電流であって電流検出部２２で検出される二次電池充電電流の値をＩＣＧＨ―ＩＬ（充電電流から負荷電流を差し引いた値）としている。
【００２１】
二次電池３０は、電池パックでもあり外部の充電器４０等から供給される電力により充電され、充電された電力により本体部２０に備えられている各種構成を動作させる。また、二次電池３０は、二次電池３０内の温度を監視する正の抵抗温度特性を備えるＰＴＣ（Positive Temperature Coefficient）３１と、電池セル３２と、保護回路（保護ＦＥＴ）３３と、サーミスタ３４と、を備えている。そして、二次電池３０は、本体部２０と同様に各構成を電気的に接続させる電路２６と、充電接続部Ｑと、信号接続部Ｔと、信号接続線２７とを備えている。
【００２２】
電池セル３２は、例えばリチウムイオン二次電池やニッケル水素二次電池等の電池パックからなり、二次電池３０として機能し、本体部２０と電路２６を介して電気的に接続されている。
【００２３】
サーミスタ３４は、二次電池３０、特に電池セル３２の周囲の温度変化に対応して変化する可変抵抗値ＲＴＨを有し、電路２６の所定の接続点３５で電気的に接続されている。サーミスタ３４の可変抵抗値ＲＴの変化は、観測電圧値ＶＴＨ１として、信号接続線２７に接続されている二次電池３０の信号接続部Ｔ及び本体部２０の信号接続部Ｔを介して温度演算部２３にアナログ信号の形式で送信される。また、−側の電路２６上に接続される二次電池３０の充電接続部Ｑと本体部２０の充電接続部Ｑとの間には部分抵抗値ＲＣＮがあり、温度演算部２３は、二次電池充電電流の値ＩＣＧＨ―ＩＬと部分抵抗値ＲＣＮとの積より発生する誤差電圧値Ｖｅを検知する。
【００２４】
充電器４０は、ＡＣ／ＤＣ変換器である整流器４１と、整流器４１で変換された電力に基づき電子機器１０に電力を出力する電力出力部４２と、電力出力部４２の出力や停止等を制御する出力制御部４３と、を備えている。そして、電子機器１０と充電器４０とは、例えばＵＳＢ等からなる充電ケーブルで電気的に接続する。
【００２５】
図２は、本発明に係る電子機器及び電子機器システムの第２実施形態の一例を示すブロック図である。
【００２６】
第２の実施形態と第１の実施形態が異なる点は、上述の電力出力部４２と、出力制御部４３とが、本体部２０に設けられていることである。第２の実施形態では、充電器４０は、単なるＡＣ／ＤＣ変換器であり、簡易的なＡＣアダプタである。温度演算部２３で検知された二次電池３０の温度が異常であれば、出力制御部４３に通知し、充電電力の供給を停止する点は、第１の実施形態も同じである。
【００２７】
温度演算部２３で取得される電圧値を基に電池セル３２付近の温度を算出するが、サーミスタ３４から送信されてくる観測電圧値ＶＴＨ１には電圧誤差が含まれている。即ち、急速充電中の充電電流値ＩＣＨＧが非常に大きい（例えば４Ａ）ため、−側の電路２６における部分抵抗値ＲＣＮにより発生する誤差電圧値Ｖｅが影響して、正確な温度を把握できないことになる。本発明では以下の式によって求めたい修正電圧値ＶＴＨ２を演算することにより、電池セル３２の周囲温度を正確に把握することができる。また、温度演算部２３では、予めバイアス電圧源２４のバイアス電圧値Ｖ０と固定抵抗値Ｒ０、部分抵抗値ＲＣＮ及び二次電池充電電流値ＩＣＨＧ−ＩＬが取得され、記憶されている。
【００２８】
温度演算部２３で受信される電圧値を基に温度を算出するが、求めたいのは真の値である修正電圧値ＶＴＨ２である。修正電圧値ＶＴＨ２は、バイアス電圧源２４のバイアス電圧値Ｖ０に、サーミスタ３４の可変抵抗値ＲＴＨとバイアス電圧源２４の固定抵抗値Ｒ０との比を掛けた値であり、次式（１）で表すことができる。
【数１】
2015033236.tif 000003
【００２９】
しかしながら、充電電流の値ＩＣＨＧが非常に大きいため（例えば４Ａ）電圧誤差が発生する。電圧誤差による誤差電圧値Ｖｅは、−側の電路２６にある部分抵抗値ＲＣＮに二次電池充電電流値ＩＣＨＧ−ＩＬを掛けた値であり、次式（２）で表すことができる。
【数２】
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【００３０】
そして、実際に測定される電圧の観測電圧値ＶＴＨ１は、誤差電圧値Ｖｅを含む値となり、次式（３）で表すことができる。
【数３】
2015033236.tif 000005
【００３１】
以上の式から、温度演算部２３が温度を算出するために必要な修正電圧値ＶＴＨ２を演算するが、その演算方法の一例として以下２つの演算例を述べる。
【００３２】
第１の演算方法は、観測電圧値ＶＴＨ１から可変抵抗値ＲＴＨを演算し、演算された可変抵抗値ＲＴＨと、バイアス電圧値Ｖ０と、固定抵抗値Ｒ０とから修正電圧値ＶＴＨ２を演算する方法である。
【００３３】
上述の式（１）の可変抵抗値ＲＴＨが分からないので、以下の手順で式（３）を展開することにより可変抵抗値ＲＴＨを求める。
【数４】
2015033236.tif 000006
【００３４】
以上の展開の結果、次式（４）を得ることができる。
【数５】
2015033236.tif 000007
【００３５】
式（４）に於いて誤差電圧値Ｖｅは式（２）から演算でき、その他の値は全て温度演算部２３で検知又は記憶された値であるから可変抵抗値ＲＴＨが求まり、式（１）に代入することにより修正電圧値ＶＴＨ２を求める以下の式（５）が得られる。
【００３６】
【数６】
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【００３７】
第２の演算方法は、電路２６流れる二次電池充電電流値ＩＣＨＧ−ＩＬと、部分抵抗値ＲＣＮと、観測電圧値ＶＴＨ１と、バイアス電圧値Ｖ０とから修正電圧値ＶＴＨ２を演算する方法である。
【００３８】
式（３）を誤差電圧値Ｖｅとバイアス電圧値Ｖ０との項でまとめて次式（６）に展開する。
【数７】
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【００３９】
式（１）と式（６）より観測電圧値ＶＴＨ１は、次式（７）になる。
【数８】
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【００４０】
式（７）から修正電圧値ＶＴＨ２を求めると、次式（８）を得ることができる。
【数９】
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【００４１】
式（１）より式（８）のＲＴＨ／（ＲＴＨ＋Ｒ０）項は、ＲＴＨ／（ＲＴＨ＋Ｒ０）＝ＶＴＨ２／Ｖ０になることから、式（８）は以下のように展開できる。
【数１０】
2015033236.tif 000012
【００４２】
式（８）展開の結果、次式（９）を得る。
【数１１】
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【００４３】
上式（９）のＶｅに対して式（２）を代入すると、次式（１０）を得ることができる。
【数１２】
2015033236.tif 000014
【００４４】
式（１０）の各値は全て温度演算部２３で検知又は記憶された値であるから、修正電圧値ＶＴＨ２が求まる。当然ながら、第２の演算方法で求めた式（１０）は、第１の演算方法で求めた式（５）と同じである。
【００４５】
上述の演算により、修正電圧値ＶＴＨ２を演算でき、特に電池セル３２付近の温度を正確に測ることが可能となり、二次電池３０の充電時に於ける異常温度を早期に発見でき、二次電池３０の安全を保証できる。なお、２つの演算例を説明したが、これに限定されない。
【００４６】
尚、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、適宜、変形、改良、等が可能である。その他、上述した実施形態における各構成要素の材質、形状、寸法、数値、形態、数、配置箇所、等は本発明を達成できるものであれば任意であり、限定されない。
【産業上の利用可能性】
【００４７】
本発明に係る電子機器及び電子機器システムは、スマートフォン等の携帯電話、タブレット等の携帯端末、デジタルカメラ、携帯型パーソナルコンピュータ、測定器等の電子機器の二次電池の温度を正確に測定できる用途に適用可能である。
【符号の説明】
【００４８】
１０：電子機器
２０：本体部
２１：シャント抵抗
２２：電流検出部
２３：温度演算部
２４：バイアス電圧源
２５：負荷
２６：電路
２７：信号接続線
３０：二次電池
３２：電池セル
３４：サーミスタ
３５：接続点
４０：充電器
Ｑ：充電接続部
Ｔ：信号接続部
ＩＣＨＧ：充電電流
ＩＣＨＧ−ＩＬ：二次電池充電電流
Ｒ０：固定抵抗値
ＲＣＮ：部分抵抗値
ＲＴＨ：可変抵抗値
Ｖ０：バイアス電圧値
Ｖｅ：誤差電圧値
【図１】
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【図２】
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