(57)【要約】【課題】燃料電池と２次電池とを切換えて、それぞれの適性に合う負荷条件で使用できる携帯電話機を提供することにある。また、２次電池が負荷へ電力を供給中であっても、燃料電池から２次電池へ正確な充電を行える携帯電話機を提供することにある。【解決手段】携帯電話機において、メイン制御部１０は、電話着信待受け中はスイッチ６を２次電池２側に切換え、通話中はスイッチ６を燃料電池１側に切換えて、それぞれの電池が、負荷であるサブ制御部９とメイン制御部１０へ電力供給を行うように制御する。また、サブ制御部９は、電話着信待受け中に充電制御信号１１によりスイッチ４をオンにして、燃料電池１から２次電池２への充電制御を行い、電話着信待受け中のページング信号の合間のメイン制御部１０のスリープ期間に２次電池２の電圧測定を行って、充電完了のチェックを行う。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池と２次電池とを備える携帯電話機において、
負荷への電力供給源として、電話着信待受け期間中は前記２次電池を選択して前記負荷と接続し、通話中は前記燃料電池を選択して前記負荷と接続することを特徴とする携帯電話機。
【請求項２】
前記電話着信待受け期間中に、前記燃料電池から前記２次電池への充電を行うことを特徴とする請求項１記載の携帯電話機。
【請求項３】
燃料電池と２次電池とを備える携帯電話機において、
電話着信待受け期間中は前記２次電池と負荷とを接続し、通話中は前記燃料電池と前記負荷とを接続する手段と、
前記電話着信待受け期間中に、前記燃料電池から前記２次電池へ充電を行う手段と
を具備することを特徴とする携帯電話機。
【請求項４】
燃料電池と２次電池とを備える携帯電話機において、
前記携帯電話機全体を制御するメイン制御手段と、
初期状態では前記２次電池からの電力を受けて作動し、前記メイン制御手段への電力供給および前記燃料電池から前記２次電池への充電を制御するサブ制御手段とを有し、
前記サブ制御手段は、電話着信待受け期間中のページング信号に同期して、前記メイン制御手段を前記２次電池に接続して能動状態にし、
能動状態にある前記メイン制御手段は、電話網からの当該携帯電話機への着信を受信した時は前記２次電池に代えて前記燃料電池からの電力を受けるように電池切換えを行い、前記着信を受信しない時は前記２次電池からの電力を受けないスリープ状態に遷移することを特徴とする携帯電話機。
【請求項５】
前記サブ制御部は、前記電話着信待受け期間中に、前記燃料電池と前記２次電池とを接続して、前記燃料電池から前記２次電池への充電を行うことを特徴とする請求項４記載の携帯電話機。
【請求項６】
前記サブ制御部は、前記電話着信待受け期間中で、且つ、前記２次電池の電圧変動が少ない期間に、前記２次電池の電圧測定を行って充電監視を行うことを特徴とする請求項４記載の携帯電話機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃料電池および２次電池を使用した携帯電話機に関するもので、詳しくは、燃料電池および２次電池の制御に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、燃料電池および２次電池を備えるハイブリッド型の電源システムが提案されている。燃料電池と２次電池の切換えは、例えば、低温で十分な性能が出ない燃料電池を考慮して、低温では２次電池を使用し、常温では燃料電池に切換えるなどの制御方法がある。
【０００３】
また、燃料電池から２次電池へ充電を行うハイブリッド型の電源システムが提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００４】
この電源システムにあっては、負荷への電力供給に関しては、燃料電池と２次電池を並列に接続して、その両方から同時に負荷へ電力を供給している。また、２次電池の充電に関しては、両電池から負荷へ電力を供給中に、燃料電池から２次電池へ充電すると共に、負荷への電力供給が終了後に、燃料電池から２次電池への充電専用の処理期間を設けている。
【０００５】
【特許文献１】
特開平１０−４０９３１号公報（第６−８頁、図１、図４、図５、図６）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、燃料電池と２次電池は、それぞれの適性に合う負荷条件があるが、上述した従来の電源システムにおいては、燃料電池と２次電池を並列運転して負荷へ電力を供給しており、負荷の種類によって、燃料電池と２次電池とを切換えて使用することは何ら考慮されていない。また、２次電池の充電に関しては、燃料電池と２次電池のインピーダンスは低インピーダンスであり、この両者を並列に接続しているため、状況によっては、燃料電池から２次電池へ過電流が流れる恐れがある。更に、２次電池の充電に関して、装置の電源オフの期間に新たに充電専用の処理期間を設ける必要があり、複雑な制御となっている。
【０００７】
本発明は、上記の要望から鑑みてなされたもので、燃料電池と２次電池の並列接続を行わずに、両電池の適性にあった負荷状態により両電池を切換えて使用すること、および、負荷へ電力を供給中に負荷のタイミング状況をチェックして、最適なタイミングで燃料電池から２次電池へ充電を行うようにした携帯電話機を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の携帯電話機は、燃料電池と２次電池とを備える携帯電話機において、負荷への電力供給源として、電話着信待受け期間中は前記２次電池を選択して前記負荷と接続し、通話中は前記燃料電池を選択して前記負荷と接続することを特徴とする。
【０００９】
また、本発明の携帯電話機は、燃料電池と２次電池とを備える携帯電話機において、
電話着信待受け期間中は前記２次電池と負荷とを接続し、通話中は前記燃料電池と前記負荷とを接続する手段と、前記電話着信待受け期間中に前記燃料電池から前記２次電池へ充電を行う手段とを具備することを特徴とする。
【００１０】
また、本発明の携帯電話機は、燃料電池と２次電池とを備える携帯電話機において、
前記携帯電話機全体を制御するメイン制御手段と、初期状態では前記２次電池からの電力を受けて作動し、前記メイン制御手段への電力供給および前記燃料電池から前記２次電池への充電を制御するサブ制御手段とを有し、前記サブ制御手段は、電話着信待受け期間中のページング信号に同期して、前記メイン制御手段を前記２次電池に接続して能動状態にし、能動状態にある前記メイン制御手段は、電話網からの当該携帯電話機への着信を受信した時は前記２次電池に代えて前記燃料電池からの電力を受けるように電池切り換えを行い、前記着信を受信しない時は前記２次電池からの電力を受けないスリープ状態に遷移することを特徴とする。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る携帯電話機の実施の形態について図面を参照して説明する。
【００１２】
図１〜図３は、本発明を携帯電話機に適用した実施の形態を示し、図１は携帯電話機の電源系統図、図２（ａ）はメイン制御部のブロック図、図２（ｂ）はサブ制御部のブロック図、図３は電源制御のタイムチャートである。
【００１３】
本発明を適用した携帯電話機の電源系統の基本部分は、図１に示すように、燃料電池１、２次電池２、ダイオード３、スイッチ４、抵抗５、スイッチ６、電源キー７、スイッチ８、サブ制御部９、メイン制御部１０などで構成している。
【００１４】
このメイン制御部１０の基本部分は、図２（ａ）に示す無線部２１、ＣＰＵ２２、メモリ２３、Ｉ／Ｏ２４などで構成している。
【００１５】
また、サブ制御部９の基本部分は、図２（ｂ）に示す充電制御部３１、クロック部３２などで構成している。
【００１６】
図１の燃料電池１は、例えば、メタノールを直接、電池に投入して電流を取り出す直接メタノール型燃料電池である。この直接メタノール型燃料電池は、メタノールから水素を取り出す改質器等が不要であることから小型軽量化が進み、携帯電話機等の小型の機器にも使われるようになってきた。２次電池２は、通常のリチウム電池などである。
【００１７】
燃料電池１の＋極は、ダイオード３、スイッチ４、抵抗５を経由して、２次電池２の＋極に接続され、燃料電池１の−極は２次電池２の−極と接続されている。そして、スイッチ４をＯＮすることにより燃料電池１から２次電池２へ充電が行われる。ダイオード３は、逆流防止用ダイオードである。スイッチ４はトランジスタスイッチで構成され、サブ制御部９からの充電制御信号１１によってオン・オフが制御される。抵抗５は充電時の電流を制限するもので、過電流が流れることを防止する。
【００１８】
スイッチ６は、燃料電池１と２次電池２のいずれかを選択するためのスイッチであり、メイン制御部１０からの電池切換信号１３によっていずれかの電池が選択される。初期状態では、スイッチ６は２次電池２を選択するように設定されている。そして、選択された電池からの電流は負荷であるサブ制御部９とメイン制御部１０へ供給される。電源キー７は、携帯電話機全体の電源オン・オフ用であり、使用者によりオン・オフされる。
【００１９】
スイッチ８は、メイン制御部１０への電源供給するためのスイッチであり、サブ制御部９又はメイン制御部１０からのメインオン信号１２、メインオフ信号１４によってオン・オフが制御される。初期状態にあってはスイッチ８は、オン状態になってメイン制御部１０と接続されている。
【００２０】
図２のサブ制御部９の充電制御部３１は、スイッチ４のオン・オフ制御するための充電制御信号１１を出力する。この充電制御信号１１により燃料電池１から２次電池２への充電を開始する。また、充電制御部３１は、スイッチ６およびスイッチ７を経由して供給される２次電池２の電圧をチェックしながら充電制御を行う。
【００２１】
サブ制御部９のクロック部３２は、電話着信の待受け中に、電話網から到来するページング信号に同期して、ページング信号が到来する直前に、スリープ状態（携帯電話機を使用していない時は消費電力を抑えるために制御部や表示部などの電源を切断しておく）にあるメイン制御部１０をオン状態に切換えるために、メインオン信号１２を出力してスイッチ８をオンにして、メイン制御部１０に電源を供給する。
【００２２】
図２のメイン制御部１０の無線部２１は、電話網との間で無線信号の送受信を行う。ＣＰＵ２２は、携帯電話機全体の制御を行い、メモリ２３は、ＣＰＵが動作するための制御プログラムや、各種の情報を記憶するワークメモリが格納される。Ｉ／Ｏ２４は、携帯電話機に設けられるキーボード（図示せず）とのインタフェース、表示部（図示せず）とのインタフェースを司る。また、本発明ではＣＰＵ２２からの電池切換信号１３をスイッチ６に出力して燃料電池１と２次電池２の切換えを行う。
【００２３】
次に、本発明の動作について、図３のタイムチャートを用いて説明する。まず、携帯電話機の使用者により、電源キー７が押されて携帯電話機に電源が投入されると、初期状態ではスイッチ６は２次電池２を選択した状態に設定されているためサブ制御部９が直ちに稼動する。また、スイッチ８は、初期状態ではオンであるため、メイン制御部１０を同時に稼動する。
【００２４】
メイン制御部１０が稼動すると、携帯電話網との間で、位置登録（無線局との間で交信）および加入者認証（加入者ネットワークへの接続）等を行い、その後、待受け状態になる。
【００２５】
図３のタイミング図は、メイン制御部１０が待受け状態から着信を受ける状態を示す。メイン制御部１０は待受け状態になると、数秒経過後、メインオフ信号１４をスイッチ８に出力して、スイッチ８をオフにすることにより、メイン制御部１０自身がスリープ状態に遷移する。
【００２６】
次に、待受け状態にあって、携帯電話網から携帯電話機に対し、電話呼び出しを行うページング信号Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、…が周期ｎの間隔で到来している。
【００２７】
このページング信号Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、…に同期して、サブ制御部９のクロック部３２は動作しており、ページング信号Ｐ１の直前のタイミングｔ１において、クロック部３２からメインオン信号１２がスイッチ８に出力され、スイッチ８がオンになる。これにより、メイン制御部１０に電源が供給され、スリープ状態から能動状態に遷移する。そこで、メイン制御部１０は、このページング信号Ｐ１を受信して自身の携帯電話機への着信がないかをチェックし、着信がなければ、再びメインオフ信号１４をスイッチ８に出力して、スイッチ８をオフ（タイミングｔ２）にして再びスリープ状態に遷移する。
【００２８】
サブ制御部９およびメイン制御部１０は、次のページング信号Ｐ２に対しても、同様の動作を実行して（タイミングｔ４、ｔ５）、着信がなければ同様にメイン制御部はスリープ状態に遷移する。
【００２９】
次のページング信号Ｐ３を受信し、タイミングｔ７でメイン制御部１０が能動状態に遷移した時に携帯電話網から着信を確認した場合、メイン制御部１０は制御用・通話用チャネルの設定を行い、通話状態にする。それと共に、メイン制御部１０は電池切換信号１３をスイッチ６に出力して、スイッチ６を燃料電池１に接続するように切り換える。従って、携帯電話機が通話状態になるとメイン制御部１０およびサブ制御部９は、燃料電池１から電源の供給を受けて動作する。
【００３０】
ところで、メイン制御部１０の負荷電流は大きいため、サブ制御部９とメイン制御部１０を合わせた負荷電流は、図３に示すスイッチ８のオフ状態では小さい値となり、オン状態では大きい値となる。よって、待受け中にあっては、スイッチ８がオン・オフを繰り返しているため、負荷変動が大きい状態で動作する。一方、通話中では負荷電流は大きいが、負荷変動は小さい状態で動作する。
【００３１】
ところで、２次電池２は、負荷変動に強い特性を有し、燃料電池１は、負荷変動に弱い特性を有する。よって、負荷変動の状態によって、この両者の電池を切換えて使用することにより、電池性能を有効に使うことができる。
【００３２】
即ち、本発明の実施形態の携帯電話機によれば、ページング信号を処理して電話網に接続するまでは負荷変動の大きいが、その期間は負荷変動に強い特性を持つ２次電池２で作動する。一方、通話中では負荷変動が小さく、その期間は負荷変動が弱い特性を持つ燃料電池１で作動するよう構成されていることから、２次電池と燃料電池の性能を有効に活用して使用することが出来る。
【００３３】
次に、２次電池２の充電制御について説明する。上述の通り待受け中は、スイッチ６は２次電池２に接続するように選択されている。一方、２次電池２の電圧は、スイッチ８のオン・オフによる負荷変動に対応して、図３の電圧波形に示すように、スイッチ８がオンになったタイミングｔ１、ｔ４、ｔ７からしばらくの期間は、電圧が低下する方向で変動する。また、スイッチ８がオフになったタイミングｔ２、ｔ５からしばらくの期間は、電圧が上昇する方向で変動し、タイミングｔ３、ｔ６で安定化する。
【００３４】
サブ制御部９の充電制御部３１は、待受け中において、充電制御信号１１をスイッチ４に出力して、スイッチ４をオンにして、燃料電池１から２次電池２への充電ラインを形成して充電を行なわせる。これにより、２次電池２は、負荷へ電力を供給しながら、燃料電池１から充電を受けることが出来る。ただし、スイッチ８がオンの時は、負荷電流が大きいため、結果的に、燃料電池１から２次電池２への充電は行われず、スイッチ８がオフとなって軽負荷の時に燃料電池１から２次電池２への充電が行われる。
【００３５】
また、サブ制御部９の充電制御部３１は、スイッチ６およびスイッチ７を経由して供給される２次電池２の電圧をチェックして、充電状況を確認する。この時、２次電池２の電圧は、前述したように負荷変動により変動しているので、充電制御部３１は、図３に示すタイミングｔ３〜ｔ４の安定期間およびｔ６〜ｔ７の安定期間において、電圧を測定する。そして、充電制御部３１は、燃料電池１から２次電池２への充電が進んで、この充電電圧が所定値に達したら充電が完了したと見なして、充電制御信号１１をスイッチ４に出力して、スイッチ４をオフにして充電を終了させる。
【００３６】
上記したように、本発明の実施形態によれば、待受け期間中は平均消費電流が小さく、また、負荷変動が大きいが、この期間に、燃料電池１から２次電池２へ正確に充電を行うことができる。これにより、従来のように並列運転による過電流充電の恐れをなくすことができる。また、携帯電話機の電源をオフにした後に、新たに充電専用の処理期間を設けることが不要となる。
【００３７】
【発明の効果】
このように、本発明によれば、燃料電池と２次電池の負荷変動特性に合わせて、負荷の状態によって、この電池を切換えて使用することにより、電池性能を有効に発揮させることができる。
【００３８】
また、携帯電話機の電源がオン状態の使用中においても、待受け期間中に燃料電池から２次電池へ正確な充電を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に関わる実施の形態を示す携帯電話機の電源系統図。
【図２】図１に示した携帯電話機のサブ制御部およびメイン制御部の詳細回路図。
【図３】図１に示した携帯電話機の電池切換えおよび充電制御のタイムチャート。
【符号の説明】
１  燃料電池
２  ２次電池
３  ダイオード
４、６、８  スイッチ
７  電源キー
９  サブ制御部
１０  メイン制御部
２１  無線部
２２  ＣＰＵ
２３  メモリ
２４  Ｉ／Ｏ
３１  充電制御部
３２  クロック部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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