(57)【要約】【課題】電池の環境温度が該電池の性能を保証する常温域よりも低い場合であっても、前記電池の性能劣化を防いで電子装置本体の安定動作を保証することのできる簡易な構成の電池駆動式電子装置を提供する。【解決手段】電池を電源として動作する電子装置本体と、前記電池から前記電子装置本体への電力供給をオン・オフするスイッチと、前記電子装置本体の電源入力部に設けられて前記スイッチを介して前記電池から供給される電力を平滑化する入力コンデンサとを備える。特に前記電子装置本体の電源投入時における前記電池の環境温度に応じて前記スイッチのオン・オフ制御幅またはオン・オフ制御周期を変化させて前記電池から前記入力コンデンサに流れ込む突入電流を該電池の許容電流以下に抑えた後、前記スイッチを連続してオンさせて前記電池から前記入力コンデンサに所定の電池電圧を供給する制御装置を備える。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電池と、
この電池を電源として動作する電子装置本体と、
前記電池から前記電子装置本体への電力供給をオン・オフするスイッチと、
前記電子装置本体の電源入力部に設けられて前記スイッチを介して前記電池から供給される電圧を平滑化して前記電子装置本体に与える入力コンデンサと、
前記電子装置本体の電源投入時に前記スイッチをオン・オフ制御すると共に、電源投入時における前記電池の環境温度に応じて該スイッチのオン・オフ制御幅またはオン・オフ制御周期を変化させて前記電池から前記入力コンデンサに流れ込む突入電流を該電池の許容電流以下に抑えた後、前記スイッチを連続してオンさせて前記電池から前記入力コンデンサに所定の電池電圧を供給する制御装置と
を具備したことを特徴とする電池駆動式電子装置。
【請求項２】
前記制御装置は、前記電池の環境温度を計測する温度センサを備えたものであって、
前記電池の環境温度が該電池の性能を保証する常温域よりも低いときに前記スイッチのオン幅を小さくして前記電池から前記入力コンデンサに供給される電流の波形をなだらかにするものである請求項１に記載の電池駆動式電子装置。
【請求項３】
前記電子装置本体は、当該電池駆動式電子装置の設置環境における環境情報を計測する計測部、この計測部により求められた環境情報を表示する表示部、および前記計測部により求められた環境情報が前記設置環境の異常を示すときに警報を発する警報部を備えたものである請求項１に記載の電池駆動式電子装置。
【請求項４】
前記電子装置本体における前記計測部、前記表示部、および前記警報部は、並列に設けられた複数のスイッチを個別に介して前記電池から供給される電力を受けて動作するものである請求項３に記載の電池駆動式電子装置。
【請求項５】
前記制御装置は、前記複数のスイッチのオン・オフを個別に制御して前記計測部、前記表示部、および前記警報部に対する電力供給をそれぞれ制御するものである請求項４に記載の電池駆動式電子装置。
【請求項６】
前記制御装置は、前記電子装置本体の電源投入時に前記複数のスイッチを介する前記計測部、前記表示部、および前記警報部への電力供給を所定の順序で開始させるものである請求項４に記載の電池駆動式電子装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電池を電源として動作する計測装置等の電池駆動式電子装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば温度や湿度等の気象情報、更には地滑りや地震等の自然環境情報を計測する計測装置を構築した電子装置は種々の環境下に設置される。またこの種の電子装置は、その設置環境に商用電源設備がないことも多々あるので、専ら、電池（バッテリ）を電源として動作するように電池駆動式電子装置として構成されることも多い。
【０００３】
図４は、この種の電池駆動式電子装置（計測装置）１の概略構成を示す図で、２は電池（バッテリ）、３は前記電池２を電源として動作する電子装置本体を示している。ちなみに前記電子装置本体３は、例えば図示しない各種のセンサを用いて当該電池駆動式電子装置１の設置環境における上述した気象情報や自然環境情報等を計測する為の計測部（計測回路）３ａを備える。また前記電子装置本体３は、前記の計測部３ａにより求められた環境情報を表示する為の、例えばＬＣＤを主体とする表示部３ｂや、更に前記計測部３ａにより求められた環境情報が前記設置環境の異常状態を示すときに警報を発するブザー等の警報部３ｃを備えて構成される。尚、前記計測部３ａには、例えばその計測情報を監視センター等へ送信する無線通信機能が組み込まれることもある。
【０００４】
前記電子装置本体３における前記計測部３ａ、前記表示部３ｂ、および前記警報部３ｃは、一般的には該電子装置本体３の電源投入に伴って互いに連動してオン動作する電源スイッチ４ａ,４ｂ,４ｃをそれぞれ介して前記電池２から所定の電源電圧が印加され、該電池２から供給される電力をエネルギ源としてそれぞれ動作する。尚、前記計測部３ａ、前記表示部３ｂ、および前記警報部３ｃの各電源入力部にそれぞれ設けられた入力コンデンサ５ａ,５ｂ,５ｃは、前記電池２から印加された電源電圧を平滑化して前記計測部３ａ、前記表示部３ｂ、および前記警報部３ｃにそれぞれ供給する役割を担う。
【０００５】
ところで前記電池駆動式電子装置１においては、その電源投入時に前記電源スイッチ４ａ,４ｂ,４ｃを一括してオン動作させ、これによって図５(ａ)に示すように前記電子装置本体３に一定の電源電圧を印加している。この電源投入時には前記入力コンデンサ５ａ,５ｂ,５ｃにそれぞれ充電電流が流れ込むので、定常状態時に比較して前記電池２から出力される電流が図５(ｂ)に示すように一次的に増加する。しかし前記入力コンデンサ５ａ,５ｂ,５ｃの各容量については、専ら、常温状態で前記電池２を用いることを条件として設計されるので、通常、電源投入時に前記入力コンデンサ５ａ,５ｂ,５ｃに流れ込む突入電流が前記電池２の許容電流を超えることはない。
【０００６】
しかしながら前記電池駆動式電子装置１の設置環境の温度（環境温度）が前記電池２の性能を保証する常温域よりも低い場合、前記電池駆動式電子装置１の電源投入に伴う前記電池２からの電力供給開始時に該電池２の内部抵抗の増加に伴って、例えば図６(ａ)に示すように前記電子装置本体３への印加電圧が低下する。また前記環境温度の低下に伴って、例えば図６(ｂ)に示すように前記電池２の許容電流が低下する。この為、電源投入時に前記電池２から前記入力コンデンサ５ａ,５ｂ,５ｃに流れ込む突入電流が、上述した如く低下した前記電池２の許容電流を上回る恐れがある。
【０００７】
このような前記電池２の許容電流を上回る突入電流の発生は、当該電池２の性能を著しく劣化させるものであり、前記電子装置本体３の安定動作を阻害する要因となる。換言すれば前記計測部３ａ、前記表示部３ｂ、および前記警報部３ｃが正常に動作しなくなる恐れが生じる。特に前記電池２の残容量が少なくなったとき、前記電子装置本体３を安定に動作させる上で大きな問題となる。
【０００８】
尚、特許文献１には電池２の出力電圧の変化を監視し、該電池２の出力電圧が低下したときに昇降圧コンバータを昇圧モードに設定することで電子装置本体３に印加する電源電圧を保証することが開示される。また特許文献２には、電源投入時にリアクトルに印加する電源電圧をパルス制御することで電力用コンデンサへの突入電流を軽減する技術が開示される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００３−４７２３８号公報
【特許文献２】特開２００７−６０８４３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら前記特許文献１に開示される技術は、電池２の残容量の減少に伴う出力電圧の低下に対処するものである。また前記特許文献２に開示される技術は、スイッチング電源装置における電力用コンデンサへの突入電流を軽減するものである。即ち、これらの特許文献１,２にそれぞれ開示される技術は、いずれも電池２の使用環境温度の低下に伴う電池性能の劣化に対処するものではない。
【００１１】
本発明はこのような事情を考慮してなされたもので、その目的は、電子装置本体に電力を供給する電池の環境温度が該電池の性能を保証する常温域よりも低い場合であっても、前記電子装置本体の安定動作を保証することのできる簡易な構成の電池駆動式電子装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上述した目的を達成するべく本発明に係る電池駆動式電子装置は、電池と、この電池を電源として動作する電子装置本体と、前記電池から前記電子装置本体への電力供給をオン・オフするスイッチと、前記電子装置本体の電源入力部に設けられて前記スイッチを介して前記電池から供給される電圧を平滑化して前記電子装置本体に与える入力コンデンサとを備える。
【００１３】
特に本発明に係る電池駆動式電子装置は、前記電子装置本体の電源投入時に前記スイッチをオン・オフ制御すると共に、電源投入時における前記電池の環境温度に応じて該スイッチのオン・オフ制御幅またはオン・オフ制御周期を変化させて前記電池から前記入力コンデンサに流れ込む突入電流を該電池の許容電流以下に抑えた後、前記スイッチを連続してオンさせて前記電池から前記入力コンデンサに所定の電池電圧を供給する制御装置を備えたことを特徴としている。
【００１４】
好ましくは前記制御装置は、前記電池の環境温度を計測する温度センサを備えたものであって、前記電池の環境温度が該電池の性能を保証する常温域よりも低いときに前記スイッチのオン幅を小さくして前記電池から前記入力コンデンサに供給される電流の波形をなだらかにするように構成される。
【００１５】
具体的には前記電子装置本体は、例えば当該電池駆動式電子装置の設置環境における環境情報を計測する計測部、この計測部により求められた環境情報を表示する表示部、および前記計測部により求められた環境情報が前記設置環境の異常を示すときに警報を発する警報部を備えて構成される。また前記電子装置本体における前記計測部、前記表示部、および前記警報部は、並列に設けられた複数のスイッチを個別に介して前記電池から供給される電力を受けて動作するように構成される。
【００１６】
好ましくは前記制御装置は、前記複数のスイッチのオン・オフを個別に制御して前記計測部、前記表示部、および前記警報部に対する電力供給をそれぞれ制御するように構成される。更に前記制御装置は、例えば前記電子装置本体の電源投入時に前記複数のスイッチを介する前記計測部、前記表示部、および前記警報部への電力供給を所定の順序で開始させるように構成される。
【発明の効果】
【００１７】
上記構成の電池駆動式電子装置によれば、電池の環境温度が該電池の性能を保証する常温域よりも低いとき、前記電子装置本体の電源投入時における前記電池の環境温度に応じて前記スイッチのオン・オフ制御幅またはオン・オフ制御周期を変化させ、これによって電源投入時に前記電池から前記入力コンデンサに流れ込む突入電流を該電池の許容電流以下に抑える制御装置を備える。従って前記電池の環境温度が前記常温域よりも低く、これに起因して前記電池の内部抵抗が増加して該電池の許容電流が低下した場合であっても、電源投入時に前記電池から入力コンデンサに流れ込む突入電流を小さく抑えることができる。
【００１８】
この結果、電源投入時における過大な突入電流に起因する電池性能の劣化を効果的に抑えることが可能となる。そして仮に前記電池の残容量が少なくなった場合であっても、前記電池から前記電子装置本体に対して安定に電力供給することが可能となり、該電子装置本体の安定した動作を効果的に保証することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の一実施形態に係る電池駆動式電子装置の全体的な概略構成図。
【図２】本発明に係る電池駆動式電子装置における常温時での電源投入時の前記電池の出力電圧と出力電流を示す図。
【図３】本発明に係る電池駆動式電子装置における低温時での電源投入時の前記電池の出力電圧と出力電流を示す図。
【図４】従来一般的な電池駆動式電子装置の全体的な概略構成図。
【図５】従来の電池駆動式電子装置における常温時での電源投入時の前記電池の出力電圧と出力電流を示す図。
【図６】従来の電池駆動式電子装置における低温時での電源投入時の前記電池の出力電圧と出力電流を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、図面を参照して本発明の一実施形態に係る電池駆動式電子装置について説明する。尚、ここでは図４に示した従来装置と同一部分については同一符号を付してその説明を省略する。
【００２１】
本発明に係る電池駆動式電子装置１は、図１にその概略構成を概示すように前記電子装置本体３の電源投入に伴ってオン動作する電源スイッチ６を介して起動される制御装置７を備える。この制御装置７は、例えば前記電池２の環境温度を計測する温度センサ（Ｔ）８を備えたマイクロプロセッサ（ＭＰＵ）からなる。そして前記制御装置７は、電源投入時に前記温度センサ８を介して検出される前記電池２の環境温度に応じて前記スイッチ４ａ,４ｂ,４ｃのオン・オフをそれぞれ制御する役割を担う。
【００２２】
ちなみに前記電源スイッチ６は、例えば前記電子装置本体３の電源投入に伴ってオン動作するリレー等の機械式スイッチからなり、また前記スイッチ４ａ,４ｂ,４ｃのそれぞれは、例えばＭＯＳ-ＦＥＴ等の半導体スイッチ素子からなる。そして前記制御装置７による前記スイッチ４ａ,４ｂ,４ｃのオン・オフ制御は、前記制御装置７による制御の下でスイッチ駆動回路９を介してそれぞれ個別に電子的に実行される。
【００２３】
ここで前記制御装置７は、基本的には前記電子装置本体３の電源投入時に、先ず前記スイッチ４ａ,４ｂ,４ｃをそれぞれオン・オフ制御して前記入力コンデンサ５ａ,５ｂ,５ｃをパルス充電した後、前記スイッチ４ａ,４ｂ,４ｃのそれぞれを連続してオン動作させる。特に前記制御装置７は、前記電子装置本体３の電源投入時における前記電池２の環境温度に応じて前記スイッチ４ａ,４ｂ,４ｃのオン・オフ制御幅またはオン・オフ制御周期を変化させる。このような電源投入時における前記スイッチ４ａ,４ｂ,４ｃのオン・オフ制御幅またはオン・オフ制御周期の制御により、後述するように電源投入時に前記電池２から前記入力コンデンサ５ａ,５ｂ,５ｃのそれぞれに流れ込む突入電流が該電池２の許容電流以下に抑えられる。
【００２４】
即ち、電源投入時における前記電池２の環境温度が該電池２の性能を保証する常温域内である場合には、前記スイッチ４ａ,４ｂ,４ｃのオン・オフ制御に伴って前記電池２から前記入力コンデンサ５ａ,５ｂ,５ｃに対して、例えば図２(ａ)に示すように所定の電池電圧がパルス的に印加される。そして前記電池２から前記入力コンデンサ５ａ,５ｂ,５ｃへの所定の電池電圧のパルス的な印加に伴って該入力コンデンサ５ａ,５ｂ,５ｃに流れ込む電流（突入電流）は、例えば図２(ｂ)に示すように波状に変化する。
【００２５】
特に電源投入時に前記入力コンデンサ５ａ,５ｂ,５ｃに流れ込む突入電流のピーク値は、前記スイッチ４ａ,４ｂ,４ｃのオン・オフ制御に伴って低く抑えられる。そして前記入力コンデンサ５ａ,５ｂ,５ｃに流れ込む電流の変化は、該入力コンデンサ５ａ,５ｂ,５ｃのパルス充電による充電電圧の上昇に伴って次第に収束し、前記電子装置本体３の負荷に応じた一定電流に安定する。
【００２６】
ちなみに前記スイッチ４ａ,４ｂ,４ｃのオン・オフ制御は、前記電池２の環境温度が常温域内である場合には、前記入力コンデンサ５ａ,５ｂ,５ｃに流れ込む突入電流の大きさが前記電池２の性能を保証する許容電流を超えない範囲で実行される。そして上述したように前記電池２から前記入力コンデンサ５ａ,５ｂ,５ｃに流れ込む電流が安定した時点で前記スイッチ４ａ,４ｂ,４ｃのオン・オフ制御を停止し、該スイッチ４ａ,４ｂ,４ｃを連続してオン動作させる。この結果、前記電子装置本体３には前記入力コンデンサ５ａ,５ｂ,５ｃにより平滑化された前記電池２からの電池電圧が安定に供給される。
【００２７】
ところで前記電池２の環境温度が常温域よりも低い場合、該電池２の許容電流が常温時の許容電流よりも低下することが否めない。従って電源投入時に上述した常温時と同様に前記スイッチ４ａ,４ｂ,４ｃをオン・オフ制御した場合、前記入力コンデンサ５ａ,５ｂ,５ｃに流れ込む突入電流が前記電池２の性能を保証する許容電流を超える恐れがある。このような不具合を避けるべく前記制御装置７においては、電源投入時における前記電池２の環境温度が常温域よりも低いとき、前記スイッチ４ａ,４ｂ,４ｃのオン・オフ制御幅、または前記スイッチ４ａ,４ｂ,４ｃのオン・オフ制御周期を変化させて前記電池２から前記入力コンデンサ５ａ,５ｂ,５ｃに流れ込む突入電流を該電池２の許容電流以下に抑えるものとなっている。
【００２８】
具体的には前記制御装置７は、電源投入時における前記電池２の環境温度が低いとき、図３(ａ)に示すように前記スイッチ４ａ,４ｂ,４ｃのオン幅Ｔonを常温時よりも狭くすると共に、前記スイッチ４ａ,４ｂ,４ｃのオン・オフ制御周期Ｔを常温時よりも広く設定している。そしてこのようなオン・オフ制御の変更により、図３(ｂ)に示すように前記スイッチ４ａ,４ｂ,４ｃの１オン・オフ周期内に前記電池２から前記コンデンサ５ａ,５ｂ,５ｃに流れ込む突入電流を小さくし、その突入電流が低温時における前記電池２の許容電流よりも小さくなるようにしている。
【００２９】
尚、ここでは前記スイッチ４ａ,４ｂ,４ｃの１オン・オフ周期に前記電池２から前記入力コンデンサ５ａ,５ｂ,５ｃに供給される電流量が減るので、常温時よりも前記スイッチ４ａ,４ｂ,４ｃのオン・オフの繰り返し回数を増やしている。そして前記入力コンデンサ５ａ,５ｂ,５ｃの充電電圧が所定値に収束した後、前記スイッチ４ａ,４ｂ,４ｃを連続してオン動作させるものとなっている。この結果、低温時においても前記入力コンデンサ５ａ,５ｂ,５ｃへの突入電流を抑制した上で、前記電子装置本体３に前記入力コンデンサ５ａ,５ｂ,５ｃにより平滑化した電池電圧を安定に供給することが可能となる。
【００３０】
以上説明したように本発明に係る電池駆動式電子装置１においては、電子装置本体３の電源投入時には前記スイッチ４ａ,４ｂ,４ｃをオン・オフ制御して前記電池２から前記入力コンデンサ５ａ,５ｂ,５ｃへの突入電流を抑え、該入力コンデンサ５ａ,５ｂ,５ｃが十分に充電された後、前記スイッチ４ａ,４ｂ,４ｃを連続的にオンさせるものとなっている。従って前記入力コンデンサ５ａ,５ｂ,５ｃを介して前記電池２から供給される電池電圧を前記電子装置本体３に安定に供給することが可能となる。
【００３１】
しかも電源投入時における前記電池２の環境温度が該電池２の性能を保証する常温域よりも低い低温時においては、前記スイッチ４ａ,４ｂ,４ｃのオン・オフ制御幅またはオン・オフ制御周期を変更し、これによって電源投入時に前記電池２から前記入力コンデンサ５ａ,５ｂ,５ｃに流れ込む突入電流を抑え、低温時に低下した前記電池２の許容電流を超えないようにしている。従って低温時に前記電子装置本体３を電源投入する場合であっても前記入力コンデンサ５ａ,５ｂ,５ｃに流れ込む突入電流を該電池２の許容電流以下に抑えることが可能となるので、過大な突入電流による前記電池２の性能劣化を未然に防ぐことが可能となる。よって前記電池２の性能を十分に活かして前記電子装置本体３を動作させることが可能となる等の実用上多大なる効果が奏せられる。
【００３２】
尚、本発明は上述した実施形態に限定されるものではない。ここでは前記複数のスイッチ４ａ,４ｂ,４ｃのそれぞれを一括してオン・オフ制御するものとして説明したが、例えば電源投入時における前記電池２の環境温度に応じて前記スイッチ４ａ,４ｂ,４ｃのオン・オフ制御の開始タイミングに時間差を持たせるようにしても良い。例えば前記電池２の環境温度が低く、これに伴って前記電池２の性能（例えば電池容量）を十分に引き出すことができないような場合には、先ず前記計測部（計測回路）３ａに対してのみ前記電池２からの電力を供給し、その後、前記警報部（ブザー）３ｃへ、更に前記表示部（ＬＣＤ）３ｂへと前記電池２からの電力を順次供給するように前記スイッチ４ａ,４ｂ,４ｃのオン・オフ制御の開始タイミングを制御することも可能である。
【００３３】
また前記複数のスイッチ４ａ,４ｂ,４ｃをそれぞれオン制御するタイミングにずれを持たせ、前記電池２から前記入力コンデンサ５ａ,５ｂ,５ｃに対して同時に突入電流が流れ込むことを回避することで、前記電池２から流れ出る突入電流をその許容電流よりも低く抑えることも有用である。また前記電子装置本体３の電源投入については、マニュアル的に行うことも可能ではあるが、前記電子装置本体３を間欠的に動作させるように、例えばタイマー管理の下で所定の周期毎に電源投入を行うことも勿論可能である。このようにすれば、前記電池２が有する電池容量を有効に用いて前記電池駆動式電子装置１を長期間に亘って稼働することが可能となる。その他、本発明はその要旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。
【符号の説明】
【００３４】
１  電池駆動式電子装置
２  電池（バッテリ）
３  電子装置本体
３ａ  計測部（計測回路）
３ｂ  表示部（ＬＣＤ）
３ｃ  警報部（ブザー）
４ａ,４ｂ,４ｃ  電源スイッチ
５ａ,５ｂ,５ｃ  入力コンデンサ
６  電源スイッチ
７  制御装置
８  温度センサ
９  スイッチ駆動回路
【図１】
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【図２】
2017093095.tif 000004
【図３】
2017093095.tif 000005
【図４】
2017093095.tif 000006
【図５】
2017093095.tif 000007
【図６】
2017093095.tif 000008