(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
二次電池と、この二次電池に直列に接続されて該二次電池の充放電をオン・オフするスイッチと、このスイッチのオン・オフ動作時における前記二次電池の充放電電流と充電電圧とをそれぞれ検出して該二次電池のインピーダンスを求める計測手段と、前記二次電池を電源とする電子機器との間で該電子機器側の状態が前記二次電池とは独立に作動可能であるか否かを問い合わせる通信手段と、この通信手段を介して得られた前記電子機器側の状態が、該電子機器が外部電源に接続されて前記二次電池とは独立に作動可能である場合に前記スイッチをオフ動作させて前記計測手段を作動させるスイッチ制御手段とを具備したことを特徴とする二次電池装置。
【請求項２】
請求項１に記載の二次電池装置における二次電池を電源として作動する電子機器であって、
前記二次電池装置との間で通信する通信手段と、前記二次電池に代わる電源としての外部電源の接続を確認する手段と、前記通信手段を介して前記二次電池装置側からインピーダンス計測の実行が通知されたとき、前記外部電源の切り離しを禁止する外部電源固定手段とを具備したことを特徴とする電子機器。
【請求項３】
前記外部電源固定手段は、前記インピーダンス計測の実行が通知されたときに通電駆動されて、外部電源が接続される電源コネクタと該電源コネクタに接続された外部電源の電源端子との接続状態を機械的にロックする係合部材を備えたものである請求項２に記載の電子機器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、二次電池に該二次電池の充放電を制御するフュエルケージ回路を組み込んだ二次電池装置、およびこの二次電池装置を電源として作動する電子機器に関する。
【０００２】
【関連する背景技術】
近時、ノートブック型パーソナル・コンピュータや携帯電話機等の電子機器の電源として、リチウムイオン電池やニッケル水素電池等の二次電池が盛んに用いられるようになってきた。また最近では、上記二次電池の充放電を制御するフュエルゲージ（ＦＧ）回路を該二次電池に一体に組み込んだ二次電池装置が、所謂電池パックとして種々開発されている。
【０００３】
この種の二次電池装置（電池パック）に組み込まれるフュエルゲージ回路は、基本的には二次電池の充放電電流とその充電電圧を検出してその充電容量（放電容量）を求め、該二次電池に対する充放電を制御するものである。特に上記フュエルゲージ回路は、二次電池を効率的に満充電処理したり、或いは放電時における電池容量の残量を管理する等の重要な役割を果たす。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで前記二次電池の放電容量を正確に把握してその放電を管理するには、該二次電池の内部インピーダンスを計測して電池性能を精度良く評価することが重要である。このような二次電池の内部インピーダンスＩmpは、専ら、二次電池の充放電をオン・オフ制御してその充放電電流Ｉとオン時の充放電電圧Ｖon、およびオフ時における二次電池の充電電圧Ｖoffとをそれぞれ計測し、
Ｉmp＝ [(Ｖon−Ｖoff)／Ｉ]
として求められる。但し、上式中、[＊]は＊の絶対値を示している。
【０００５】
ところで上記インピーダンスＩmpは二次電池の使用環境、特に環境温度によって変化し、また充放電の繰り返しによって徐々に変化する。これ故、二次電池装置（電池パック）を電子機器に装着し、前記二次電池を電源として該電子機器を作動させていると雖も、例えば定期的にインピーダンスを計測する必要がある。しかしながら電子機器の作動中に不本意に二次電池の放電を一時的に停止させてインピーダンス計測を実行すると、電子機器への電源供給が遮断されるので、その作動が停止すると言う不具合が生じる。
【０００６】
本発明はこのような事情を考慮してなされたもので、その第１の目的は、電子機器側の状態に応じて、具体的には電子機器が外部電源に接続されて二次電池とは独立に作動可能な状態にあるときにだけ、二次電池のインピーダンス計測を実行するようにした二次電池装置を提供することにある。
また本発明の第２の目的は、前記二次電池装置における二次電池を電源として作動する電子機器であって、前記二次電池装置側において二次電池のインピーダンス計測が実行される期間、電子機器側の上記二次電池から独立した作動、具体的には外部電源による作動を保証することのできる機能を備えた電子機器を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上述した目的を達成するべく本発明に係る二次電池装置は、二次電池に直列に接続されて該二次電池の充放電をオン・オフするスイッチを備えると共に、このスイッチのオン・オフ動作時における前記二次電池の充放電電流と充電電圧とをそれぞれ検出して該二次電池のインピーダンスを求める計測手段を備えたものであって、特に前記二次電池を電源とする電子機器との間で該電子機器側の状態が前記二次電池とは独立に作動可能であるか否かを問い合わせる通信手段と、この通信手段を介して得られた前記電子機器側の状態が、該電子機器が外部電源に接続されて前記二次電池とは独立に作動可能である場合に前記スイッチをオフ動作させて前記計測手段を作動させるスイッチ制御手段とを備えたことを特徴としている。
【０００９】
また本発明に係る電子機器は、上記の如く構成された二次電池装置の二次電池を電源として作動する電子機器であって、特に該電子機器への前記二次電池に代わる電源としての外部電源の接続を確認する手段と、前記二次電池装置との間で通信して、例えば上記外部電源の接続状態を前記二次電池装置側に通知する通信手段と、この通信手段を介して前記二次電池装置側からインピーダンス計測の実行が通知されたとき、前記外部電源の切り離しを、例えば機械的に禁止する外部電源固定手段とを備えたことを特徴としている。
この外部電源固定手段は、例えば前記インピーダンス計測の実行が通知されたときに通電駆動されて、外部電源が接続される電源コネクタと該電源コネクタに接続された外部電源の電源端子との接続状態を機械的にロックする係合部材を備えたものとして構成される。
【００１０】
即ち、本発明は二次電池装置と、この二次電池装置が装着されて、該二次電池装置の二次電池を電源として作動する電子機器とからなるシステムにおいて、前記二次電池装置と電子機器との間で情報通信を行うことで、前記電子機器側に外部電源が接続されて電子機器が前記二次電池とは独立に作動可能な状態にあるときにだけ、前記二次電池装置側において二次電池のインピーダンス計測を実行するようにしたことを特徴としている。またこの間、電子機器側における外部電源の切り離しを禁止するようにしたことを特徴としている。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の一実施形態について説明する。
図１はこの実施形態に係る二次電池装置１０と、この二次電池装置１０を装着し、該二次電池装置１０が有する二次電池ＢＡＴを電源として作動する電子機器２０を示す概略構成図である。二次電池装置１０は、リチウムイオン電池やニッケル水素電池等の二次電池ＢＡＴにフュエルゲージ（ＦＧ）回路を組み込んだ電池パックとして構成されるものであって、特に上記フュエルゲージ回路が持つ機能の一部として、前記二次電池ＢＡＴの内部インピーダンスを計測するインピーダンス計測機能を備えて実現される。
【００１２】
即ち、前記二次電池ＢＡＴは、単一の電池セル（素電池）、または複数の電池セルを直列、或いは並列に接続した電池ブロックからなる。この二次電池ＢＡＴには、該二次電池ＢＡＴの充放電をオン・オフ制御するスイッチ（ＳＷ）１１が直列に接続されており、該スイッチ１１の導通（オン）時にのみ、その充放電が行われるようになっている。またこの二次電池ＢＡＴの充放電路には、その充放電電流を検出するためのシャント抵抗Ｒが介挿されている。
【００１３】
しかして前述したインピーダンス計測機能は、前記スイッチ１１を選択的に遮断（オフ）動作させるスイッチ制御部１２と、前記シャント抵抗Ｒの両端間電圧から、前記二次電池ＢＡＴの充放電電流を検出する電流検出部１３と、前記二次電池ＢＡＴの端子間電圧からその充放電電圧を検出する電圧検出部１４と、更に前記スイッチ１１のオン時およびオフ時に上記電圧検出部１４によりそれぞれ検出されたオン電圧Ｖonおよびオフ電圧Ｖoffと、その充放電電流Ｉとに基づいて前述したように前記二次電池ＢＡＴの内部インピーダンスＩmpを算出するインピーダンス計算部１５とを備えて実現される。
【００１４】
このようなインピーダンス計測機能を備えて構成される二次電池装置（電池パック）１０が特徴とするところは、前記電子機器２０との間で情報通信を実行する通信手段１６を備え、更に前記スイッチ制御部１２においては後述するように上記通信手段１６を介して電子機器２０側の状態情報を得、電子機器２０が外部電源３０からの電源供給を受けて作動し得る状態にあるときにだけ、上記インピーダンス計測機能を作動させて前記二次電池ＢＡＴの内部インピーダンスＩmpを求める如く構成されている点にある。
【００１５】
一方、前記電子機器２０は、例えばノートブック型のパーソナルコンピュータや携帯電話機等からなるもので、コネクタ２１を介して前記二次電池装置（電池パック）１０を装着することで、該二次電池装置１０との電源ラインおよび通信ライン路がそれぞれ接続される。そして電子機器２０は上記電源ラインを介して前記二次電池ＢＡＴに接続されて該二次電池ＢＡＴを電源として作動する。しかして電子機器２０は、その主体部をなす機器本体２２と、この機器本体２２の作動を制御する動作制御部２３、更には前記二次電池装置１０との間で情報通信を行う通信手段２４を備えている。
【００１６】
また電子機器２０には、例えばＡＣアダプタのような外部電源３０を接続するための電源コネクタ２５が設けられており、この電源コネクタ２５を介して上記外部電源３０から供給される電源を逆流防止用のダイオードＤを介して取り込むことで、前記二次電池ＢＡＴの放電を伴うことなしに作動する如く構成されている。尚、二次電池ＢＡＴを電源として作動するか、或いは前記外部電源３０を電源として作動するかは、前記動作制御部２３により制御される。
【００１７】
しかして前記電源コネクタ２５には、該電源コネクタ２５への前記外部電源３０の接続と、該外部電源３０からの電源供給を検出する為の外部電源確認部２６が設けられている。この外部電源確認部２６は、前記外部電源３０が上記電源コネクタ２５に接続されて電源供給がなされているとき、その情報を前記動作制御部２３に与える役割を担う。更にこの電子機器２０には、前記動作制御部２３の制御の下で前記機器本体２２の作動状態や、前記通信手段１６,２４を介して得られる前記二次電池装置１０側の動作状態を表示する為の表示部２７が設けられている。
【００１８】
また電子機器２０には、上記表示部２７による動作状態表示に関連して、前記電源コネクタ２５からの前記外部電源３０の切り離し（取り外し）を禁止するための外部電源固定部２８が設けられている。この外部電源固定部２８は、例えばプランジャ機構（図示せず）の通電によって進退駆動されて、前記電源コネクタ２５と外部電源３０の電源端子との接続状態を機械的にロックする係合部材（図示せず）を備えて構成される。
【００１９】
ちなみに前記二次電池装置１０における二次電池ＢＡＴの充電は、電子機器２０から二次電池装置１０を取り外した単体状態で行い得るが、二次電池装置１０を電子機器２０に装着した状態で、前記外部電源３０から電子機器２０の電源ラインを介して行うことも可能である。また前記電子機器２０が前記外部電源３０からの電源供給により作動しているときには、前記二次電池ＢＡＴは前記電子機器２０の電源ラインを介して前記外部電源３０により充電される。そして前記外部電源３０からの電源供給がないとき、前記電子機器２０は前記二次電池ＢＡＴを電源として作動し、これによって前記二次電池ＢＡＴの放電が行われる。
【００２０】
システム的には上述した如く構成される二次電池装置（電池パック）１０と電子機器２０とにおいて本発明が特徴とするところは、前記スイッチ制御部１２が通信手段１６,２４を駆使して電子機器２０側の状態を把握しながら、該電子機器２０が前記外部電源３０からの電力供給を受けて作動可能な状態にあるときにだけ前記スイッチ１１を遮断（オフ）動作させて前記二次電池ＢＡＴの内部インピーダンスの計測を実行し、この間、電子機器２０側での外部電源３０の不本意な切り離しを防止し、該電子機器２０の安定した作動の継続を保証するようにした点にある。
【００２１】
即ち、図２にその概略的な処理手順を示すように前記スイッチ制御部１２は、先ず通信手段１６,２４を介して電子機器２０に対して外部電源３０からの電源供給状態を問い合わせ［ステップＳ１］、電子機器２０からの応答を待つ［ステップＳ２］。しかして上記問い合わせを受けた電子機器２０では、前記外部電源確認部２６を通して前記電源コネクタ２５への外部電源３０の接続と、該外部電源３０からの電源供給の状態を調べ［ステップＴ１］、その状態を前記通信手段１６,２４を介して応答する［ステップＴ２］。
【００２２】
するとこの応答を受けたスイッチ制御部１２では、その応答情報から前記スイッチ１１を遮断（オフ）動作させて二次電池ＢＡＴの放電を停止させた場合であっても、前記電子機器２０が外部電源３からの電力供給を受けてその作動を継続可能か否かを判定する［ステップＳ３］。そして電子機器２０がその作動を継続することができない場合には、この時点でインピーダンスの計測処理自体を中止する。しかし前記電子機器２０が作動を継続可能であるならば、前記スイッチ制御部１２は前記通信手段１６,２４を介して電子機器２０に対してインピーダンス計測を実行する旨を通知し［ステップＳ４］、これに対する前記電子機器２０からの応答を待つ［ステップＳ５］。
【００２３】
このような通知を受けた電子機器２０側においては、前記動作制御部２３の制御の下で前記表示部２７が駆動され、インピーダンス計測の実行に伴って二次電池ＢＡＴからの放電が一時的に中断すること、従って外部電源３０の動作を停止させてはいけない旨の警告、或いはメッセージ表示が行われる。同時に外部電源固定部２８が駆動されて、前記電源コネクタ２５からの外部電源３０の電源端子の機械的な固定化（ロック）が行われる［ステップＴ３］。そしてこれらの一連の動作が完了したとき、前記動作制御部２３は状態を確認してその確認情報を前記通信手段１６,２４を介して応答する［ステップＴ２］。
【００２４】
しかして上記電子機器２０からの確認情報を受けたスイッチ制御部１２においては、次に前記スイッチ１１を一時的に遮断（オフ）動作させて二次電池ＢＡＴからの放電を停止させ［ステップＳ６］、前記電圧検出部１４を作動させてスイッチオフ（放電停止）時における前記二次電池ＢＡＴの充電電圧Ｖoffを測定する［ステップＳ７］。次いで前記スイッチ１１を導通（オン）動作させて前記二次電池ＢＡＴを元の放電状態に戻し［ステップＳ８］、前記電圧検出部１４を作動させてスイッチオン（放電）時における前記二次電池ＢＡＴの充電電圧Ｖonを測定し［ステップＳ９］、更に前記電流検出部１３を作動させて前記二次電池ＢＡＴの放電電流Ｉを測定する［ステップＳ１０］。
【００２５】
そして上述した如く二次電池ＢＡＴのオン電圧Ｖon、オフ電圧Ｖoff、そして放電電流Ｉをそれぞれ計測したならば、前記インピーダンス計算部１５を作動させて前述したように該二次電池ＢＡＴの内部インピーダンスＩmpを算出する［ステップＳ１１］。その後、このようにして計測した内部インピーダンスＩmpを、例えば演算バッファ（図示せず）に格納して該二次電池ＢＡＴの充放電容量の演算に供すると共に、前記通信手段１６,２４を介して電子機器２０に対して解除指令を発する［ステップＳ１２］。そして上記解除指令を受けた電子機器２０側においては、前記表示部２７による警告（メッセージ表示）を終了すると共に、前記外部電源固定部２８による外部電源３０の電源端子の前記電源コネクタ２５への固定を解除する［ステップＴ５］。
【００２６】
以上のようにして実行される二次電池ＢＡＴのインピーダンス計測は、例えば所定の周期で定期的に実行され、或いは二次電池装置１０の使用環境温度が大幅に変化したとき、または電子機器２０の使用者による強制的な指令を受けて実行される。また電子機器２０への二次電池装置１０の装着時や、電子機器２０の長期間に亘る不使用状態が続いた後に、該電子機器２０が起動されたとき等に実行するようにすれば良い。
【００２７】
かくして上述した如く構成された二次電池装置１０と電子機器２０とを備えたシステムによれば、電子機器２０の作動に支障を来すことなしに二次電池ＢＡＴの内部インピーダンスＩmpを計測することができる。しかもインピーダンス計測中における電子機器２０の作動継続を効果的に保証することができる。従って電子機器２０の動作停止と言う不慮の事態を招くことなく二次電池ＢＡＴの内部インピーダンスを常に精度良く把握しながら、その充放電を制御することが可能となり、実用的利点が多大である。しかも通信手段を備えて電子機器２０側の状態を把握すると言う簡単な構成にて、その安定した動作を保証することができる等の効果が奏せられる。
【００２８】
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。例えば前述した送信手段１６,２４においては、二次電池装置１０と電子機器２０との間での双方向通信を実現したが、その通信手段を電子機器２０側から二次電池装置１０側に対して外部電源３０の接続情報を一方的に通知する第１の一方向通信手段と、二次電池装置１０側から電子機器２側にインピーダンス計測を実行する旨を一方的に通知する第２の一方通信手段として実現することもできる。またこのような状態の通知を、例えばアクチュエータ等の機械的変位手段を用いて実現することもできる。また情報伝達を電気的に行うことのみならず、フォトカプラを用いた光情報の伝達により実現することもできる。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。
【００２９】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、二次電池装置（電池パック）と、この二次電池装置の二次電池を電源として作動する電子機器との間で情報通信を行うことで、前記電子機器側に外部電源が接続されて電子機器が前記二次電池とは独立に作動可能な状態にあるときにだけ、前記二次電池装置側において二次電池のインピーダンス計測を実行し、また電子機器側における外部電源の切り離しを禁止するので、電子機器の継続した作動を効果的に保証しながら二次電池のインピーダンスを高精度に求めてその充放電を効率的に制御することができる等の実用上多大なる効果が奏せられる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る二次電池装置と、この２１次電池装置の二次電池を電源として作動する電子機器とを示す概略的な構成図。
【図２】二次電池装置で実行される二次電池のインピーダンス測定の実行手順と、電子機器側での処理を示す図。
【符号の説明】
ＢＡＴ  二次電池
１０  二次電池装置（電池パック
１１  スイッチ（ＳＷ）
１２  スイッチ制御部
１３  電流検出部
１４  電圧検出部
１５  インピーダンス計算部
１６  通信手段
２０  電子機器
２１  コネクタ
２２  機器本体
２３  動作制御部
２４  通信手段
２５  電源コネクタ
２６  外部電源確認部
２７  表示部
２８  外部電源固定部
３０  外部電源
【図１】
0004226677.tif 000002
【図２】
0004226677.tif 000003