(57)【要約】【課題】携帯端末機器を長時間に亘って連続動作させることが可能で、かつ充電時間を飛躍的に激減できる電池パックを提供する。【解決手段】携帯端末機器に予め内蔵された専用電池パックと交換可能に装填され、前記携帯端末機器の電源として使用される電池パックであって、専用電池パックに内蔵された二次電池と同種の主二次電池と、３分間以内で８０％容量の充電が可能な補助二次電池と、補助二次電池の起電力が供給され、その起電力を所定値以下の電流に制限して前記主二次電池側に出力する電流制限回路、およびこの電流制限回路からの前記補助二次電池の起電力の電圧レベルを前記主二次電池の電圧レベルまで昇圧する昇圧回路を有する第１マイクロコンピュータで制御される第１充電制御回路と、第１充電制御回路での前記主二次電池への充電により貯蔵された電力を前記携帯端末機器に供給するための供給回路とを備えることを特徴とする電池パック。【選択図】    図３
2007242500.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
携帯端末機器に予め内蔵された専用電池パックと交換可能に装填され、前記携帯端末機器の電源として使用される電池パックであって、
専用電池パックに内蔵された二次電池と同種の主二次電池と、
３分間以内で８０％容量の充電が可能な補助二次電池と、
前記補助二次電池の起電力が供給され、その起電力を所定値以下の電流に制限して前記主二次電池側に出力する電流制限回路、およびこの電流制限回路からの前記補助二次電池の起電力の電圧レベルを前記主二次電池の電圧レベルまで昇圧する昇圧回路を有する第１マイクロコンピュータで制御される第１充電制御回路と、
前記第１充電制御回路での前記主二次電池への充電により貯蔵された電力を前記携帯端末機器に供給するための供給回路と
を備えることを特徴とする電池パック。
【請求項２】
前記補助二次電池は、リチウムチタン酸化物を負極活物質として有するリチウムイオン二次電池であることを特徴とする請求項１記載の電池パック。
【請求項３】
前記補助二次電池は、電池容量が前記主二次電池のそれより小さいことを特徴とする請求項１または２記載の電池パック。
【請求項４】
前記第１充電制御回路は、前記主二次電池の電池電圧を検出して過放電域になる前に前記補助二次電池から電力を供給する機能をさらに備えることを特徴とする請求項１記載の電池パック。
【請求項５】
充電器の端子に接続される接続端子と、一端がこの接続端子に接続され、他端が前記補助二次電池に接続される第２マイクロコンピュータで制御される第２充電制御回路とをさらに備えることを特徴とする請求項１記載の電池パック。
【請求項６】
前記第２マイクロコンピュータは、前記携帯端末機器との接続においてこの機器のテンキーボタンで入力される認識番号が記憶され、かつ前記第２充電制御回路はこの認識番号の入力により前記補助二次電池への充電をロックしたり、解除したりする充電ロック・解除機能をさらに備えることを特徴とする請求項５記載の電池パック。
【請求項７】
前記認識番号が、ロック時と解除時で異なることを特徴とする請求項６記載の電池パック。
【請求項８】
専用二次電池を有する専用電池パックが装填され、かつこの専用電池パックに接続された接続端子を備えた携帯端末機器の前記専用二次電池への充電を可能にする電池パックであって、
３分間以内で８０％容量の充電が可能な急速充電型二次電池と、
前記携帯端末機器の接続端子に着脱可能に接続されるコネクタと、
前記急速充電型二次電池と前記コネクタの間に介装され、前記急速充電型二次電池から前記専用二次電池への充電を可能にする定電圧充電補正用の昇圧ＤＣ／ＤＣコンバータを有する第１マイクロコンピュータで制御される第１充電制御回路と
を備えることを特徴とする電池パック。
【請求項９】
前記急速充電型二次電池は、リチウムチタン酸化物を負極活物質として含む負極を有するリチウムイオン二次電池であることを特徴とする請求項８記載の電池パック。
【請求項１０】
商用ＡＣ電源用充電器のコネクタが着脱可能に接続される接続端子と、一端がこの接続端子に接続され、他端が前記急速充電型二次電池に接続される第２マイクロコンピュータで制御される第２充電制御回路とをさらに備えることを特徴とする請求項８または９記載の電池パック。
【請求項１１】
前記第２マイクロコンピュータは、前記携帯端末機器との接続においてこの機器のテンキーボタンで入力される認識番号が記憶され、かつ前記第２充電制御回路はこの認識番号の入力により前記急速充電型二次電池への充電をロックしたり、解除したりする充電ロック・解除機能をさらに備えることを特徴とする請求項１０記載の二次電池パック。
【請求項１２】
前記認識番号が、ロック時と解除時で異なることを特徴とする請求項１１記載の電池パック。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば携帯電話機のような携帯端末機器に利用される電池パックに関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば携帯電話機のような携帯端末機器は、専用電池パックが装填されて動作する。専用電池パックの二次電池が放電して携帯端末機器への動作に充分な電池容量が獲られなくなると、通常、付属している専用の充電器を用いて商用ＡＣ電源を用いて１〜２時間程度を要して専用電池パックへ充電を行なっている。
【０００３】
しかしながら、専用電池パックに内蔵された例えば負極活物質に炭素材料を使用したリチウムイオン二次電池、ニッケル水素二次電池またはニッケルカドミウム二次電池のような二次電池は充電に時間がかかるため、短時間での携帯端末機器の使用ができない。
【０００４】
このようなことから、外出先でも携帯端末機器の専用電池に供電できるような乾電池（一次電池）を内蔵した簡易型充電器が市販されている。
【０００５】
また、特許文献１，２には充放電可能なリチウムイオン二次電池が内蔵された充電器（予備用二次電池パック）が開示されている。
【０００６】
さらに、特許文献３には携帯端末機器の専用電池パックと交換可能で一次電池が内蔵された電池パックが開示されている。
【０００７】
しかしながら、従来の簡易型充電器および特許文献３記載の電池パックはいずれも充電不可で、使い捨ての一次電池を使用するため、携帯端末機器の利用頻度によっては廃棄する電池量が多くなって環境負荷を高める。
【０００８】
前記特許文献１，２に記載された充電器（予備用二次電池パック）で使用されるリチウムイオン電池は、黒鉛などの炭素材料からなる負極活物質材料を含む負極を備えた構造であるため、急速充電すると負極の炭素材に金属リチウムが析出し、容量の低下や安全性の低下を招く問題があった。
【特許文献１】特開２００４−１１２９０９
【特許文献２】特開２００４−２９７９７４
【特許文献３】特開２００３-３４６７５０
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、携帯端末機器の専用電池パックの専用二次電池が放電したときでも、直ちに携帯端末機器を長時間に亘って連続動作させることが可能で、かつ充電時間を飛躍的に激減でき、さらに簡易充電器に組み込まれた市販の乾電池の購入回数を激減することが可能な電池パックを提供しようとするものである。
【００１０】
本発明は、携帯端末機器の専用二次電池が放電したときでも、直ちに携帯端末機器を動作させることが可能で、かつ充電時間を飛躍的に激減でき、さらに市販の乾電池の購入回数を皆無にすることが可能な電池パックを提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明によると、携帯端末機器に予め内蔵された専用電池パックと交換可能に装填され、前記携帯端末機器の電源として使用される電池パックであって、
専用電池パックに内蔵された二次電池と同種の主二次電池と、
３分間以内で８０％容量の充電が可能な補助二次電池と、
前記補助二次電池の起電力が供給され、その起電力を所定値以下の電流に制限して前記主二次電池側に出力する電流制限回路、およびこの電流制限回路からの前記補助二次電池の起電力の電圧レベルを前記主二次電池の電圧レベルまで昇圧する昇圧回路を有する第１マイクロコンピュータで制御される第１充電制御回路と、
前記第１充電制御回路での前記主二次電池への充電により貯蔵された電力を前記携帯端末機器に供給するための供給回路と
を備えることを特徴とする電池パックが提供される。
【００１２】
また本発明によると、専用二次電池を有する専用電池パックが装填され、かつこの専用電池パックに接続された接続端子を備えた携帯端末機器の前記専用二次電池への充電を可能にする電池パックであって、
３分間以内で８０％容量の充電が可能な急速充電型二次電池と、
前記携帯端末機器の接続端子に着脱可能に接続されるコネクタと、
前記急速充電型二次電池と前記コネクタの間に介装され、前記急速充電型二次電池から前記専用二次電池への充電を可能にする定電圧充電補正用の昇圧ＤＣ／ＤＣコンバータを有する第１マイクロコンピュータで制御される第１充電制御回路と
を備えることを特徴とする電池パックが提供される。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、ユーザの利便性が高く、安全で環境にやさしい電池パックを提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の実施形態に係る電池パックを図面を参照して説明する。
【００１５】
（第１実施形態）
図１は、第１実施形態に適用される携帯端末機器（例えば携帯電話機）を示す斜視図、図２は専用電池パックおよびこれに交換可能な第１実施形態に係る電池パックが装填される図１の携帯電話機の背面側を示す斜視図である。
【００１６】
携帯電話機１は、図１および図２に示すように主面側に表示部２、テンキーボタン等の入力操作部３を備え、アンテナ４、さらに背面側に端子５を有する電池パック装填部６を備えている。この端子５は、後述する内部回路に接続されている。前記携帯電話機１前面には、開閉可能なカバー７が取り付けられ、この内側に後述する多機能コネクタが配置されている。通常のリチウムイオン二次電池を内蔵した専用電池パック８は、前記電池パック装填部６に装填され、その電池パック８の端子（図示せず）は前記端子５に接続される。図２中の２１は、前記専用電池パック８の二次電池が放電した際にその電池パック８と交換可能に前記電池パック装填部６に装填される第１実施形態に係る電池パックである。
【００１７】
このような電池パック２１の構成（携帯電話機１の電池パック装填部６に装填した状態での構成）を図３に示すブロック図を参照して説明する。
【００１８】
電池パック２１は、前記携帯電話機１の端子５に第１接続端子２２を通して接続される供給制御回路２３を備えている。なお、前記端子５は携帯電話機１に内蔵された内部回路９に接続されている。この供給制御回路２３は、主二次電池２４、第１充電制御回路２５、補助二次電池２６および第２充電制御回路２７にこの順序で接続されている。この第２充電制御回路２７は、第２接続端子２８を通して前記携帯電話機１の多機能コネクタ１０に接続されている。また、電池パック２１には、前記主二次電池２４の充電表示ランプ、前記補助二次電池２６の要充電表示ランプおよび充電表示ランプがそれぞれ設けられている。
【００１９】
充電器３１は、第３接続端子３２を通して商用電源４０に接続される充電用アダプタ３３と、このアダプタ３３に接続されるＡＣ／ＤＣコンバータ３４を備えている。このコンバータ３４は、第４接続端子３５を通して前記携帯電話機１の多機能コネクタ１０に接続される。
【００２０】
前記供給制御回路２３は、前記主二次電池２４から直流電力を前記携帯電話１の内部回路９に安定的に供給するための制御と、過電流遮断機能を有する。
【００２１】
前記主二次電池２４は、前記専用電池パック８に内蔵された二次電池と同種のものが用いられる。この主二次電池２４としては、例えば炭素材料を負極活物質として含む負極と、コバルト酸リチウムを正極活物質として含む正極と、非水溶媒にリチウム系非水電解質を溶解した電解液とを備えた３．７Ｖ、６３０ｍＡｈのリチウムイオン二次電池が用いられる。また、この主二次電池２４は、前記補助二次電池２６よりも大きな電池容量を有する。
【００２２】
前記補助二次電池２６は、３分間以内で８０％容量の充電が可能、つまり急速充電が可能な二次電池で、前記主二次電池２４が放電して一定の電圧レベル以下になるとその主二次電池２４を充電するために用いられる。この補助二次電池２６としては、例えばリチウムチタン酸化物を負極活物質として含む負極と、コバルト酸リチウムを正極活物質として含む正極と、非水溶媒にリチウム系非水電解質を溶解した電解液とを備えた約２．４Ｖ、５００ｍＡｈのリチウムイオン二次電池が用いられる。活物質である前記リチウムチタン酸化物は、特開２００５−１２３１８３に開示されるとおり、リチウムを吸蔵・放出可能な材料であり、リチウムイオンの挿入・離脱が１．４Ｖから１．７Ｖ／Ｌｉ付近で行われる。このため、この二次電池は大電流での急速充電を行っても、従来の負極活物質に炭素材料を用いた場合と比べてリチウムの析出が起こらずに安全性を確保できる。また、リチウムの吸蔵放出に伴う膨張収縮が生じるのを抑制することができるため、２０Ｃ電流の急速充電を繰り返し行った際にも負極活物質の構造破壊を抑えることができる。その結果、充放電を繰り返し行った場合においても長い寿命を維持できる。
【００２３】
具体的には、以下のような方法で組み立てたリチウムイオン二次電池は２０Ｃで３分間充電することにより約８０％の電池容量まで充電することが可能な急速充電二次電池であることを確認した。ここで、『Ｃ』は充放電率を表す単位であり、完全放電から完全充電（または完全充電から完全放電）までを定電流充電した場合に計算上１時間で行えるレートを１Ｃとして表現する。１／１０時間の場合、１０Ｃと表現する。したがって、例えば２０Ｃ充電とは、１Ｃ充電の２０倍の電流が必要になる。
【００２４】
＜負極の作製＞
活物質として、平均粒子径５μｍでＬｉ吸蔵電位が１．５５Ｖ(ｖｓ．Ｌｉ／Ｌｉ+)のチタン酸リチウム（Ｌｉ4Ｔｉ5Ｏ12）粉末と、導電剤として平均粒子径０．４μｍの炭素粉末と、結着剤としてポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）とを重量比で９０：７：３となるように配合し、これらをｎ−メチルピロリドン（ＮＭＰ）溶媒に分散してスラリーを調製した。
【００２５】
なお、活物質の粒子径の測定には、レーザー回折式粒度分布測定装置（島津製作所株式会社  型番ＳＡＬＤ−３００）を用いた。まず、ビーカー等に試料約０．１ｇを入れた後、界面活性剤と１〜２ｍＬの蒸留水を添加して十分に攪拌し、攪拌水槽に注入した。２秒間隔で、６４回光強度分布を測定し、粒度分布データを解析し、累積度数分布が５０％の粒径（Ｄ５０）を平均粒子径とした。
【００２６】
次いで、厚さ１０μｍのアルミニウム箔（純度９９．９９％）を負極集電体に前記スラリーを塗布し、乾燥した後、プレスを施すことにより電極密度２．４ｇ／ｃｍ3の負極を作製した。
【００２７】
＜正極の作製＞
活物質としてリチウムコバルト酸化物（ＬｉＣｏＯ2）と、導電材として黒鉛粉末と、結着剤としてポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）とを重量比で８７：８：５となるように配合し、これらをｎ−メチルピロリドン（ＮＭＰ）溶媒に分散させてスラリーを調製した。厚さ１５μｍのアルミニウム箔（純度９９．９９％）にスラリーを塗布し、乾燥した後、プレスすることにより電極密度３．５ｇ／ｃｍ3の正極を作製した。
【００２８】
＜二次電池の組み立て＞
容器（外装部材）の形成材料として、厚さが０．１ｍｍのアルミニウム含有ラミネートフィルムを用意した。このアルミニウム含有ラミネートフィルムのアルミニウム層は、膜厚約０．０３ｍｍであった。アルミニウム層を補強する樹脂には、ポリプロピレンを使用した。このラミネートフィルムを熱融着で貼り合わせることにより、容器（外装部材）を得、さらに金属アルミニウムの容器に収めた。
【００２９】
次いで、前記正極に帯状の正極端子を電気的に接続すると共に、前記負極に帯状の負極端子を電気的に接続した。厚さ１２μｍのポリエチレン製多孔質フィルムからなるセパレータを正極に密着させて被覆した。セパレータで被覆された正極に負極を対向するように重ね、これらを渦巻状に捲回して電極群を作製した。この電極群をプレスして扁平状に成形した。容器（外装部材）に扁平状に成形した電極群を挿入した。
【００３０】
エチレンカーボネート（ＥＣ）とγ−ブチルラクトン（ＧＢＬ）が体積比（ＥＣ：ＧＢＬ）で１：２の割合で混合された有機溶媒にリチウム塩であるＬｉＢＦ4を１．５ｍｏｌ／Ｌ溶解させ、液状の非水電解質を調製した。得られた非水電解質を前記容器内に注液し、リチウム二次電池を組み立てた。得られた非水電解質を前記容器内に注液し、リチウム二次電池を組み立てた。この二次電池は、満充電時電圧２．８Ｖ、放電終止電圧１．５Ｖで使用できた。
【００３１】
前記第１充電制御回路２５は、第１マイクロコンピュータで制御され、前記主電池２４が放電して所定の電圧レベル以下になると、前記補助二次電池２６から直流電力を主二次電池２４に供給して充電する機能を有する。すなわち、この第１充電制御回路２５は前記補助二次電池の起電力（直流電力）が供給され、その起電力を所定値以下の電流に制限して前記主電池側に出力する電流制限回路、およびこの電流制限回路からの前記補助二次電池の起電力の電圧レベルを前記主二次電池の電圧レベルまで昇圧する例えばＤＣ／ＤＣコンバータのような昇圧回路を有する。
【００３２】
前記第１充電制御回路２５は、また前記主二次電池２４の電圧、温度を検出する監視機能、主二次電池２４の過放電防止機能、補助二次電池２６から主二次電池２４への充電時の過充電防止機能、ダイオードのような逆流防止機能を有する。前記第１充電制御回路２５は、さらに前記主二次電池２４の電池電圧を前記監視機能で検出し、過放電域になる前に前記補助二次電池２６から直流電力を主二次電池２４に供給して充電する機能を有する。このような制御は、前記第１マイクロコンピュータによってなされる。
【００３３】
このような第１充電制御回路２５の具体的な作用を説明する。
【００３４】
主二次電池２４の起電力（直流電力）が携帯電話機１の内部回路９に供給（放電）されて、第１充電制御回路２５の監視機能により例えばその電圧レベルが３．７Ｖから過放電域になる前の電圧（例えば３．３Ｖ）に低下することを検出すると、第１マイクロコンピュータから前記補助二次電池２６の起電力を前記主二次電池２４に供給する充電指令がなされる。この充電指令に基づいて第１充電制御回路２５の電流制限回路により補助二次電池２６からの起電力を所定値以下（例えば主二次電池２４の容量が６３０ｍＡｈの場合には１２０ｍＡを超えない値）に電流に制限する。さらに、電流制限された補助二次電池２６の起電力はＤＣ／ＤＣコンバータにより２．４Ｖから例えば５Ｖに昇圧される。この昇圧された起電力により前記主二次電池２４が充電される。このとき、主二次電池２４の充電表示ランプが点灯され、目視で主二次電池２４の充電が確認される。また、充電時には前記第１マイクロコンピュータで制御される過充電防止機能が働き、主二次電池２４が例えば４．２Ｖ圧以上充電されるのを防ぐ。
【００３５】
なお、主二次電池２４の終止電圧が例えば３．０Ｖである場合、前記第１充電制御回路２５による電圧検出において、主二次電池２４が３．０Ｖを下回ると、過放電状態として判定し、前記第１マイクロコンピュータからの充電指令がなされなくなる。
【００３６】
前記第２充電制御回路２７は、第２マイクロコンピュータで制御され、前記急速充電可能な補助二次電池２６が放電して所定の電圧レベル以下になったときの前記充電器３１による充電を制御する機能を有する。
【００３７】
前記第２充電制御回路２７は、また前記補助二次電池２６の電圧、温度を検出する監視機能、補助二次電池２６の過放電防止機能、充電器３１から補助二次電池２６への充電時の過充電防止機能、ダイオードのような逆流防止機能を有する。
【００３８】
前記第２マイクロコンピュータは、前記携帯電話機１との接続においてこの携帯電話機１の入力操作部３のテンキーボタンで入力されるユーザが指定した認識番号（例えば４桁の数字）が記憶されている。前記第２充電制御回路２７は、この認識番号の入力により前記補助二次電池２６への充電をロックしたり、解除したりする充電ロック・解除機能をさらに備える。この認識番号は、充電ロック時と充電解除時と同じであっても、異ならせてもよい。
【００３９】
このような第２充電制御回路２７の具体的な作用を説明する。
【００４０】
補助二次電池２６から主二次電池２４への充電（放電）がなされ、第２充電制御回路２７の監視機能によりその補助二次電池２６の電圧レベルが所定値以下に下がることを検出すると、第２マイクロコンピュータからの指令により要充電表示ランプが点灯する。この点灯により、商用電源４０に第３接続端子３２を通して接続された充電器３１の第４接続端子３５を前記携帯電話機１の多機能コネクタ１０に接続して充電の準備を行う。この状態で、前記携帯電話機１のテンキーボタン３で予め第２充電制御回路２７の第２マイクロコンピュータに記憶された４桁の数字（認識番号）を入力すると、第２マイクロコンピュータからの指令に基づいて充電ロック・解除機能による充電解除がなされる。このとき、入力操作部３のテンキーボタンで入力した認識番号が第２マイクロコンピュータに予め入力された認識番号と相違すると、充電の解除がなされない。充電解除後において、第２充電制御回路２７の監視機能による補助二次電池２６の電圧検出値が過放電（例えば２．０Ｖ）域に達しないことを確認すると、充電器３１のＡＣ／ＤＣコンバータ３４を通して直流電力が補助二次電池２６に供給されて充電が開始される。充電は、３分間で、補助二次電池２６の容量の８０％（２００ｍＡｈ）まで充電される。つまり、急速充電がなされる。このとき、補助二次電池２６の充電表示ランプが点灯され、目視で補助二次電池２６の充電が確認される。また、充電時には前記第１マイクロコンピュータで制御される過充電防止機能が働き、補助二次電池２６が例えば３Ｖ以上充電されるのを防ぐ。充電完了後、前記携帯電話機１の入力操作部３のテンキーボタンで再度、予め第２充電制御回路２７の第２マイクロコンピュータに記憶された４桁の数字（認識番号）を入力すると、第２マイクロコンピュータからの指令に基づいて充電ロック・解除機能による充電ロックがなされる。
【００４１】
このような構成によれば、携帯電話機１の専用電池パックの専用二次電池が放電した場合、図１、図２に示すように携帯電話機１の電池パック装填部６から専用電池パック８を取り外し、ユーザが予め携帯した電池パック２１を電池パック装填部６に装填する、つまり交換する。図３に示すように電池パック２１の装填により、主二次電池２４から起電力（直流電力）が供給制御回路２３、第１接続端子、２２、端子５を通して携帯電話機１の内部回路９に供給され、携帯電話機１の使用が可能になる。
【００４２】
主二次電池２４を電源とした携帯電話機１の使用において、その主二次電池２４が放電し、所定の電圧レベルにまで下がると、第１充電制御回路２５が前述したように作動して補助二次電池２６から主二次電池２４への充電がなされ、再び、主二次電池２４を電源とした携帯電話機１の使用が可能になる。
【００４３】
補助二次電池２６から主二次電池２４への充電により、その補助二次電池２６が放電し、所定の電圧レベルにまで下がると、第２充電制御回路２７が前述したように作動して要充電ランプが点灯する。この点灯において、商用電源４０に接続された充電器３１の第４接続端子３５の携帯電話機１の多機能コネクタ１０への接続による充電準備、前記携帯電話機１の入力操作部３のテンキーボタンでの認識番号の入力、第２充電制御回路２７の第２マイクロコンピュータからの指令に基づく充電ロック・解除機能による充電解除を行うことにより補助二次電池２６を充電する。この補助二次電池２６は、急速充電可能な二次電池であるため、３分間で、容量の８０％の充電が可能になる。このような補助二次電池２６の短時間の充電により、再び、主二次電池２４への充電（つまり主二次電池２４を電源とした携帯電話機１の使用）が可能になる。充電完了後、前記携帯電話機１の入力操作部３のテンキーボタンでの再度の認識番号の入力、第２マイクロコンピュータからの指令に基づく充電ロック・解除機能による充電ロックを行う。
【００４４】
したがって、携帯電話機１に装填された専用電池パック８の専用二次電池が放電したときでも、主二次電池２４および補助二次電池２６を備えた第１実施形態に係る電池パック２１と交換することによって、直ちに携帯電話機１を使用することができる。しかも、簡易充電器に組み込まれた市販の乾電池の購入回数を皆無または減少できる。その結果、廃棄物による環境負荷を低減できる。
【００４５】
また、第１充電制御回路２５の制御により補助二次電池２６の起電力で携帯電話機１の電源として働く主二次電池２４を充電し、かつ補助二次電池２６が急速充電可能な二次電池であるため、充電時間を飛躍的に激減でき、放電後に短時間での携帯電話の使用が可能になる。すなわち、主二次電池２４の電池容量が携帯電話機１を動作するに不足した場合には補助二次電池２６から主二次電池２４へ電力を供給することによって、携帯電話機１の動作を長時間化することが可能となる。その上、補助二次電池２６の電池容量が消費され場合においても３分で急速充電が可能になることから、携帯電話機１の利用者にとっては従来に比べ充電時間を気にすることなく利用可能となる。
【００４６】
さらに、携帯電話機１のテンキーボタン３の操作で第２充電制御回路２７の第２マイクロコンピュータに記憶され、ユーザが指定した認識番号を入力することによって、急速充電可能な補助二次電池２６の充電の解除、ロックを行うことができる。その結果、本人以外のユーザの無闇な充電による誤使用を防止でき、保安性の高い電池パックを提供できる。
【００４７】
なお、充電器は商用電源に接続されるものに限らず、３Ｖ仕様の市販の乾電池またはアルカリ乾電池を内蔵した充電器を用いてもよい。
【００４８】
（第２実施形態）
図４は、携帯端末機器（例えば携帯電話機）に適用される第２実施形態に係る電池パックを示す正面図、図５は図４の電池パックのブロック図である。
【００４９】
電池パック５１は、後述する第１充電制御回路、急速充電型二次電池および第２充電制御回路を内蔵するパック本体５２を備えている。多機能コネクタ５３は、前記パック本体５２に取り付けられている。この多機能コネクタ５３は、前記第１実施形態で説明した図２に示す携帯電話機１の多機能コネクタに接続される。充電コネクタ５４は、前記パック本体５２に取り付けられ、充電器のコネクタが接続される。前記急速充電型二次電池の要充電表示ランプ５５および充電表示ランプ５６は、前記パック本体５２に設けられている。
【００５０】
このような電池パック５１の構成を図５に示すブロック図を参照して説明する。
【００５１】
電池パック５１は、前記多機能コネクタ５３に接続された第１充電制御回路５７を備えている。なお、前記多機能コネクタ５３は携帯電話機１の多機能コネクタ１０に接続され、この多機能コネクタ１０は携帯電話機１に内蔵された専用電池パック８および内部回路９にこの順序で接続されている。この専用電池パック８に内蔵された二次電池は、例えば炭素材料を負極活物質として含む負極と、コバルト酸リチウムを正極活物質として含む正極と、非水溶媒にリチウム系非水電解質を溶解した電解液とを備えた３．７Ｖ、６３０ｍＡｈのリチウムイオン二次電池が用いられる。
【００５２】
前記第１充電制御回路５７は、急速充電型二次電池５８および第２充電制御回路５９にこの順序で接続されている。この第２充電制御回路５９は、前記充電コネクタ５４に接続されている。
【００５３】
充電器６１は、接続端子６２を通して商用電源７０に接続される充電用アダプタ６３と、このアダプタ６３に接続されるＡＣ／ＤＣコンバータ６４を備えている。このコンバータ６４は、コネクタ６５を通して前記充電コネクタ５４に接続される。
【００５４】
前記急速充電型二次電池５８は、３分間以内で８０％容量の充電が可能ある。この二次電池５８としては、例えばリチウムチタン酸化物を負極活物質として含む負極と、コバルト酸リチウムを正極活物質として含む正極と、非水溶媒にリチウム系非水電解質を溶解した電解液とを備えた約２．４Ｖ、５００ｍＡｈのリチウムイオン二次電池が用いられる。活物質である前記リチウムチタン酸化物は、特開２００５−１２３１８３に開示されるとおり、リチウムを吸蔵・放出可能な材料であり、リチウムイオンの挿入・離脱が１．４Ｖから１．７Ｖ／Ｌｉ付近で行われる。このため、この二次電池は大電流での急速充電を行っても、従来の負極活物質に炭素材料を用いた場合と比べてリチウムの析出が起こらずに安全性を確保できる。また、リチウムの吸蔵放出に伴う膨張収縮が生じるのを抑制することができるため、２０Ｃ電流の急速充電を繰り返し行った際にも負極活物質の構造破壊を抑えることができる。その結果、充放電を繰り返し行った場合においても長い寿命を維持できる。
【００５５】
前記リチウムイオン二次電池は、具体的には前記第１実施形態で説明したように２０Ｃで３分間充電することにより約８０％の電池容量まで充電することが可能な急速充電二次電池であることを確認した。ここで、『Ｃ』は充放電率を表す単位であり、完全放電から完全充電（または完全充電から完全放電）までを定電流充電した場合に計算上１時間で行えるレートを１Ｃとして表現する。１／１０時間の場合、１０Ｃと表現する。したがって、例えば２０Ｃ充電とは、１Ｃ充電の２０倍の電流が必要になる。
【００５６】
前記第１充電制御回路５７は、第１マイクロコンピュータで制御され、多機能コネクタ５３を前記携帯電話機１の多機能コネクタ１０に接続してその専用電池パック８の専用二次電池を正常に充電する機能を有する。すなわち、この第１充電制御回路５７は前記急速充電型二次電池５８から前記専用電池パック８の専用二次電池への充電を可能にする定電圧充電補正用の昇圧ＤＣ／ＤＣコンバータを有する。
【００５７】
前記第１充電制御回路５７は、また前記専用二次電池の電圧、温度を検出する監視機能、急速充電型二次電池５８から専用二次電池への充電時の過充電防止機能、ダイオードのような逆流防止機能を有する。このような機能の制御は、前記第１マイクロコンピュータによってなされる。
【００５８】
このような第１充電制御回路５７の具体的な作用を説明する。
【００５９】
携帯電話機１の専用電池パック８の専用二次電池が放電され、携帯電話機１が使用できないときに、電池パック５１の多機能コネクタ５３を携帯電話１の多機能コネクタ１０に接続する。このとき、第１充電制御回路５７の監視機能により例えば専用二次電池の電圧レベルが３．７Ｖから過放電域になる前の電圧（例えば３．３Ｖ）に低下することを検出すると、第１充電制御回路５７の第１マイクロコンピュータから前記急速充電型二次電池５８の起電力を前記専用二次電池に供給する充電指令がなされる。この充電指令に基づいて急速充電型二次電池５８の起電力は、第１充電制御回路５７の定電圧充電補正用の昇圧ＤＣ／ＤＣコンバータにより２．４Ｖから例えば５Ｖに昇圧される。この昇圧された起電力により前記専用二次電池が充電される。この充電時には前記第１マイクロコンピュータで制御される過充電防止機能が働き、専用二次電池が例えば４．２Ｖ圧以上充電されるのを防ぐ。
【００６０】
なお、専用二次電池の終止電圧が例えば３．０Ｖである場合、前記第１充電制御回路５７による電圧検出において、専用二次電池が３．０Ｖを下回ると、過放電状態として判定し、前記第１マイクロコンピュータからの充電指令がなされなくなる。
【００６１】
前記第２充電制御回路５９は、第２マイクロコンピュータで制御され、前記急速充電型二次電池５８が放電して所定の電圧レベル以下になったときの前記充電器６１による充電を制御する機能を有する。
【００６２】
前記第２充電制御回路５９は、また前記急速充電型二次電池５８の電圧、温度を検出する監視機能、急速充電型二次電池５８の過放電防止機能、充電器６１から急速充電型二次電池５８への充電時の過充電防止機能、ダイオードのような逆流防止機能を有する。
【００６３】
前記第２マイクロコンピュータは、前記携帯電話機１との接続においてこの携帯電話機１のテンキーボタンで入力されるユーザが指定した認識番号（例えば４桁の数字）が記憶されている。前記第２充電制御回路５９は、この認識番号の入力により前記急速充電型二次電池５８への充電をロックしたり、解除したりする充電ロック・解除機能をさらに備える。この認識番号は、充電ロック時と充電解除時と同じであっても、異ならせてもよい。
【００６４】
このような第２充電制御回路５９の具体的な作用を説明する。
【００６５】
急速充電型二次電池５８から携帯電話機１の専用二次電池への充電（放電）がなされ、第２充電制御回路５９の監視機能によりその急速充電型二次電池５８の電圧レベルが所定値以下に下がることを検出すると、第２マイクロコンピュータからの指令により要充電表示ランプ５５が点灯する。この点灯により、商用電源７０に接続端子６２を通して接続された充電器６１のコネクタ６５を前記電池パック５１の充電コネクタ５４に接続して充電の準備を行う。この状態で、前記携帯電話機１の入力操作部のテンキーボタンで予め第２充電制御回路５９の第２マイクロコンピュータに記憶された４桁の数字（認識番号）を入力すると、第２マイクロコンピュータからの指令に基づいて充電ロック・解除機能による充電解除がなされる。このとき、入力操作部のテンキーボタンで入力した認識番号が第２マイクロコンピュータに予め入力された認識番号と相違すると、充電の解除がなされない。充電解除後において、第２充電制御回路５９の監視機能による急速充電型二次電池５８の電圧検出値が過放電（例えば２．０Ｖ）域に達しないことを確認すると、充電器６１のＡＣ／ＤＣコンバータ６４を通して直流電力が急速充電型二次電池５８に供給されて充電が開始される。充電は、３分間で、急速充電型二次電池５８の容量の８０％（２００ｍＡｈ）まで充電される。つまり、急速充電がなされる。このとき、充電表示ランプが点灯され、目視で急速充電型二次電池５８の充電が確認される。また、充電時には前記第１マイクロコンピュータで制御される過充電防止機能が働き、急速充電型二次電池５８が例えば３Ｖ以上充電されるのを防ぐ。充電完了後、前記携帯電話機１の入力操作部のテンキーボタンで再度、予め第２充電制御回路５９の第２マイクロコンピュータに記憶された４桁の数字（認識番号）を入力すると、第２マイクロコンピュータから指令に基づいて充電ロック・解除機能による充電ロックがなされる。
【００６６】
このような構成によれば、携帯電話機１の専用電池パック８の専用二次電池が放電した場合、電池パック５１の多機能コネクタ５３を携帯電話機１の多機能コネクタ１０に接続すると、第１充電制御回路５７が前述したように作動して急速充電型二次電池５８から起電力（直流電力）が専用二次電池に充電され、再び、専用二次電池を電源とした携帯電話機の使用が可能になる。
【００６７】
急速充電型二次電池５８から専用二次電池への充電により、その急速充電型二次電池５８が放電し、所定の電圧レベルにまで下がると、第２充電制御回路５９が前述したように作動して要充電ランプ５５が点灯する。この点灯において、商用電源７０に接続された充電器６１のコネクタ６５の電池パック５１の充電コネクタ５４への接続による充電準備、前記携帯電話機１の入力操作部のテンキーボタンでの認識番号の入力、第２充電制御回路５９の第２マイクロコンピュータからの指令に基づく充電ロック・解除機能による充電解除を行うことにより急速充電型二次電池５８を充電する。この急速充電型二次電池５８は、３分間で、容量の８０％の充電が可能になる。このような急速充電型二次電池５８の短時間の充電により、再び、携帯電話機１の専用二次電池への充電（つまり専用二次電池を電源とした携帯電話機の使用）が可能になる。充電完了後、前記携帯電話機１の入力操作部のテンキーボタンでの再度の認識番号の入力、第２充電制御回路５９の第２マイクロコンピュータからの指令に基づく充電ロック・解除機能による充電ロックを行う。
【００６８】
したがって、携帯電話機１に装填された専用電池パック８の専用二次電池が放電したときでも、第１、第２の充電制御回路５７，５９および急速充電型二次電池５８を備えた第２実施形態に係る電池パック５１を携帯電話機１に接続することにより、直ちに携帯電話機１を使用することができる。しかも、この電池パック５１は充電が可能であるため、簡易充電器に組み込まれた市販の乾電池の購入回数を皆無にできる。その結果、廃棄物による環境負荷を低減できる。
【００６９】
また、内蔵された急速充電型二次電池５８は充電時間を飛躍的に激減できるため、放電後、短時間での携帯電話の使用が可能になる。
【００７０】
さらに、携帯電話機１の入力操作部のテンキーボタンの操作で第２充電制御回路５９の第２マイクロコンピュータに記憶され、ユーザが指定した認識番号を入力することによって、急速充電型二次電池５８の充電の解除、ロックを行うことができる。その結果、本人以外のユーザの無闇な充電による誤使用を防止でき、保安性の高い電池パックを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００７１】
【図１】第１実施形態に適用される携帯電話機を示す斜視図。
【図２】専用電池パックおよびこれに交換可能な第１実施形態に係る電池パックが装填される図１の携帯電話機の背面側を示す斜視図。
【図３】第１実施形態に係る電池パックが携帯電話機本体に装填された状態を示すブロック図。
【図４】携帯電話機に適用される第２実施形態に係る電池パックを示す正面図。
【図５】図４の電池パックのブロック図。
【符号の説明】
【００７２】
１…携帯電話機、３…入力操作部、６…電池パック装填部、８…専用電池パック、２１…電池パック、２３…供給制御回路、２４…主二次電池、２５…第２充電制御回路、２６…補助二次電池、３１，６１…充電用アダプタ、５１…電池パック、５７…第２充電制御回路、５８…急速充電型二次電池、５９…第２充電制御回路。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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