(57)【要約】【課題】構造を複雑化することなく二次電池の適合性を容易に判別でき、安全な充電制御を可能にする二次電池パック、充電制御回路およびそれらを用いた電子機器を提供する。【解決手段】二次電池パックは、当該二次電池パックの第１端子１０２ａおよび第２端子１０２ｂに正極および負極がそれぞれ接続された二次電池１０１と、当該二次電池パックの第３端子１０２ｃと第２端子１０２ｂに接続された温度センサ１０３と、温度センサ１０３と並列接続された信号処理部１０４と、信号処理部１０４に接続され充電制御回路３０との間で信号の送受信を行うインタフェース１０５と、を有する。信号処理部１０４は第３端子１０２ｃの電圧Ｖｔｈに依存して起動あるいは停止し、起動されると充電制御回路３０からインタフェース１０５を通して受信した信号に応答する信号を返す。充電制御回路３０は、応答信号から二次電池パックの適合性を判定する。【選択図】図３
2009187720.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
温度感知機能を有する二次電池パックにおいて、
当該二次電池パックの第１端子および第２端子に正極および負極がそれぞれ接続された二次電池と、
当該二次電池パックの第３端子と前記第２端子に接続された温度感知手段と、
前記温度感知手段と並列接続された信号処理手段と、
前記信号処理手段に接続され、充電制御回路との間で信号の送受信を行うインタフェース手段と、
を有し、前記信号処理手段は前記第３端子の電圧に依存して起動あるいは停止し、起動されると前記充電制御回路から前記インタフェースを通して受信した信号に応答する信号を返すことを特徴とする二次電池パック。
【請求項２】
前記信号処理手段は、前記受信信号に対して予め定められた演算処理を施し、その演算結果を応答信号として前記充電制御回路へ返信することを特徴とする請求項１に記載の二次電池パック。
【請求項３】
前記信号処理手段は、前記第３端子の電圧が所定電圧より高い第１電圧になると起動し、前記所定電圧より低い第２電圧になると停止し、停止状態では実質的に切断状態の高インピーダンスを示すことを特徴とする請求項１または２に記載の二次電池パック。
【請求項４】
前記信号処理手段が起動された後、前記停止状態になると、前記二次電池の充電が開始されることを特徴とする請求項３に記載の二次電池パック。
【請求項５】
前記温度感知手段は温度に依存して抵抗値が変化するサーミスタであることを特徴とする請求項１−４のいずれか１項に記載の二次電池パック。
【請求項６】
第１端子および第２端子に正極および負極がそれぞれ接続された二次電池と、第３端子と前記第２端子に接続された温度感知手段と、前記温度感知手段と並列接続され前記第３端子の電圧に依存して起動あるいは停止する信号処理手段と、前記信号処理手段に接続され信号の送受信を行う電池側インタフェース手段と、有する二次電池パックに対する充電制御を行う充電制御回路において、
前記信号処理手段を起動する第１電圧と停止する第２電圧とのいずれかを選択して前記第３端子に印加する電圧選択手段と、
前記電池側インタフェースに対応し、前記信号処理手段との間で信号の送受信を行う制御側インタフェース手段と、
前記電圧選択手段により前記第１電圧を選択して前記信号処理手段を起動させ、前記信号処理手段へ送信した信号と、前記信号処理手段から受信した当該送信信号の応答信号とに基づいて前記二次電池パックの適合性を判定する判定手段と、
を有することを特徴とする充電制御回路。
【請求項７】
前記判定手段による前記二次電池パックが適合していると判定されると、前記電圧選択手段により前記第２電圧を選択して前記信号処理手段を停止させ、前記二次電池の充電を開始することを特徴とする請求項６に記載の充電制御回路。
【請求項８】
前記電圧選択手段は、充電ラインと前記第３端子との間に並列接続された分圧用抵抗器と、この分圧用抵抗器を短絡するスイッチからなることを特徴とする請求項６または７に記載の充電制御回路。
【請求項９】
二次電池パックを着脱可能に搭載し、充電器に接続することで当該二次電池パックの充電制御を行う充電制御回路を備えた電子機器において、
前記二次電池パックは、
当該二次電池パックの第１端子および第２端子に正極および負極がそれぞれ接続された二次電池と、
当該二次電池パックの第３端子と前記第２端子に接続された温度感知手段と、
前記温度感知手段と並列接続された信号処理手段と、
前記信号処理手段に接続され、前記充電制御回路との間で信号の送受信を行う電池側インタフェース手段と、
を有し、前記信号処理手段は前記第３端子の電圧に依存して起動あるいは停止し、起動されると前記充電制御回路から前記電池側インタフェースを通して受信した信号に応答する信号を返し、
前記充電制御回路は、
前記信号処理手段を起動する第１電圧と停止する第２電圧とのいずれかを選択して前記第３端子に印加する電圧選択手段と、
前記電池側インタフェースに対応し、前記信号処理手段との間で信号の送受信を行う制御側インタフェース手段と、
前記電圧選択手段により前記第１電圧を選択して前記信号処理手段を起動させ、前記信号処理手段へ送信した信号と、前記信号処理手段から受信した当該送信信号の応答信号とに基づいて前記二次電池パックの適合性を判定する判定手段と、
を有することを特徴とする電子機器。
【請求項１０】
第１端子および第２端子に正極および負極がそれぞれ接続された二次電池と、第３端子と前記第２端子に接続された温度感知手段と、前記温度感知手段と並列接続され前記第３端子の電圧に依存して起動あるいは停止する信号処理手段と、前記信号処理手段に接続され信号の送受信を行う電池側インタフェース手段と、有する二次電池パックの充電制御方法において、
前記二次電池を充電する前に、前記信号処理手段を起動する起動電圧を前記第３端子に印加し、
前記信号処理手段へ前記電池側インタフェース手段を通して任意の信号を送信し、
前記信号処理手段から受信した当該送信信号の応答信号と、前記送信した信号とを比較することで前記二次電池パックの適合性を判定する、
ことを特徴とする充電制御方法。
【請求項１１】
第１端子および第２端子に正極および負極がそれぞれ接続された二次電池と、第３端子と前記第２端子に接続された温度感知手段と、前記温度感知手段と並列接続され前記第３端子の電圧に依存して起動あるいは停止する信号処理手段と、前記信号処理手段に接続され信号の送受信を行う電池側インタフェース手段と、有する二次電池パックの充電制御回路としてコンピュータを機能させるためのプログラムにおいて、
前記二次電池を充電する前に、前記信号処理手段を起動する起動電圧を前記第３端子に印加し、
前記信号処理手段へ前記電池側インタフェース手段を通して任意の信号を送信し、
前記信号処理手段から受信した当該送信信号の応答信号と、前記送信した信号とを比較することで前記二次電池パックの適合性を判定する、
ように前記コンピュータを機能させることを特徴とするプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は二次電池パックとその充電制御回路、並びにそれらを備えた電子機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
携帯電話機や携帯通信端末などのバッテリ駆動の端末装置では、充電可能な二次電池が一般的に使用されている。特にリチウムイオン電池は、電池容量が大きく小型軽量であることから広く採用されている。リチウムイオン電池は電池容量が大きいため、まず、比較的大きな一定電流を電池に流し（定電流充電モードあるいは急速充電モード）、定格電圧値に達した段階で今度は一定の電圧値で充電する（定電圧充電モード）という２段階の充電制御方法が広く用いられている。
【０００３】
図７（Ａ）は二次電池の充電電圧の特性グラフであり、図７（Ｂ）は充電電流の特性グラフである。まず、Ｔ０の時点で充電を開始すると、予め設定された充電電流（Ｉ１）による定電流充電モード（急速充電モード）による充電制御を行い、二次電池の電圧が規定の定格電圧（Ｖ１）に達すると定電圧充電モードに移行する。この一連の充電制御により二次電池は満充電状態となり、この結果、充電電流が減り、満充電と判定される電流値（Ｉ０）なった時点（Ｔ１）で充電が完了する。
【０００４】
このような充電制御を行うために、二次電池パックと充電器との間に充電制御回路が設けられている。以下、一般的な端末装置に設けられた充電制御回路について簡単に説明する。
【０００５】
図８は通常用いられている端末装置の充電制御回路を示す回路図である。一般に、二次電池６０１は温度監視用のサーミスタ素子６０２と一体化した二次電池パック６０３として取り扱われる。温度により抵抗値が変化するサーミスタ素子６０２は分圧用の抵抗器６０４と直列接続されているので、温度検出部６０５が電圧Ｖｔｈを検出することで二次電池６０１の温度を監視することができる。
【０００６】
上述した二次電池６０１の充電制御は充電制御部６０６により実行される。充電制御部６０６は、電流電圧検出部６０７により検出される電流および充電電圧Ｖbattをモニタしながら、上述した定電流充電モード、そして定電圧充電モードで充電が行われるように、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）６０８のゲートバイアス電圧を制御する。具体的には、端末装置６０のコネクタ６０９を通して充電器６１から電圧Ｖchgが供給されるものとすると、二次電池６０１に印加される充電電圧Ｖbattは、Ｖbatt＝Ｖchg−Ｖt−Ｖｒとなる。ここで、Ｖｔは制御ＦＥＴ６０８での電圧降下であり、Ｖｒは電流電圧検出部６０７での電圧降下である。一般的にＶｒは無視できる小さな値であるため、Ｖbatt≒Ｖchg−Ｖｔとなる。Ｖchgは予め定められた一定電圧であるから、結局、充電電圧Ｖbattは制御ＦＥＴ６０８のゲートバイアス電圧により制御されるＶｔにより決定される。
【０００７】
定電流充電モードでは、図７に示すように、所定の一定電流となるように制御ＦＥＴ６０８が制御される。このために二次電池６０１の特性が充電制御と適合していない場合、異常電流による二次電池６０１の発熱や不適切な充電電圧により充電制御不能となる可能性がある。また、サーミスタの温度特性はサーミスタの種類により異なる。このため、異質なサーミスタを内蔵した二次電池パックが使用された場合、あるいはサーミスタが内蔵されていない二次電池パックが使用された場合、温度検出６０５で検出された温度が不適切なものとなり、電池高温時での保護機能が働かず異常発熱を検出できない可能性がある。
【０００８】
特に、近年、携帯機器の小型化に伴って二次電池パックの形状が均一化される傾向にあり、第三者の製造による偽造電池を挿入する可能性が大きくなっている。このような偽造電池の挿入による異常発熱や充電制御不能の事態を未然に回避するための対策が種々提案されている。
【０００９】
たとえば特許文献１に開示されたパック電池は、一対の充放電端子の他に、パック電池の種別判定のためのパック電池信号端子を設け、電気機器本体からの確認信号およびパック電池からの判定信号を送受信することでパック電池の真贋を判定している（段落０００６〜００１２、図２、図３参照）。
【００１０】
また、特許文献２に開示されたパック電池には、二次電池や温度センサなどに加えて、真贋判別回路が独立して設けられている。真贋判別回路は、電気機器からの起動電波を受信する受信部、真贋判別電波を送信する送信部、および起動電波から電力を得る電源部を有し、電気機器から起動電波を受信し、それに対する真贋判別電波を電気機器へ送信する。これによって電気機器はパック電池の真贋判別を行うことができる（段落０００８、図３、図４参照）。
【００１１】
【特許文献１】特開２００５−９３１０９号公報
【特許文献２】特許第３６２５７９９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、特許文献１に開示された二次電池パックは、充放電端子の他に、種別判定用の信号端子を別個に設ける必要があるために、構造および製造工程が複雑化し小型化も困難になる。
【００１３】
また、特許文献２に開示された二次電池パックは、二次電池の充放電関連回路とは独立して真贋判別回路を設け、起動電波を直流電力に変換して電波の送受信回路を駆動している。このために、真贋判別回路に、共振回路、整流回路、安定化回路などを必要とし、特許文献１と同様に、構造および製造工程が複雑化し、小型化も困難になる。
【００１４】
そこで、本発明の目的は、上記従来の課題を解決しようとするものであり、構造を複雑化することなく二次電池の適合性を容易に判別でき、安全な充電制御を可能にする二次電池パック、充電制御回路およびそれらを用いた電子機器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明による二次電池パックは、当該二次電池パックの第１端子および第２端子に正極および負極がそれぞれ接続された二次電池と、当該二次電池パックの第３端子と前記第２端子に接続された温度感知手段と、前記温度感知手段と並列接続された信号処理手段と、前記信号処理手段に接続され、充電制御回路との間で信号の送受信を行うインタフェース手段と、を有し、前記信号処理手段は前記第３端子の電圧に依存して起動あるいは停止し、起動されると前記充電制御回路から前記インタフェースを通して受信した信号に応答する信号を返すことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、構造を複雑化することなく二次電池の適合性を容易に判別でき、安全な充電制御が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
１．一実施形態
１．１）二次電池パック
図１は本発明の一実施形態による二次電池パックの回路構成を示すブロック図である。二次電池パック１０に内蔵された二次電池１０１は、その正極が＋端子１０２ａに、負極が−端子１０２ｂにそれぞれ接続されている。＋端子１０２ａおよび−端子１０２ｂが二次電池１０１の充電／放電端子である。二次電池１０１の温度を感知する温度センサ１０３は温度検知用（Ｈ）端子１０２ｃと−端子１０２ｂに接続され、温度センサ１０３を機能させる電力が供給される。温度センサ１０３としては、温度に依存して抵抗値が変化する素子（サーミスタ）が望ましい。
【００１８】
さらに、本実施形態による二次電池パック１０には、信号処理部１０４およびインタフェース１０５が設けられ、信号処理部１０４はＨ端子１０２ａと−端子１０２ｂに接続され電力が供給される。インタフェース１０５は信号処理部１０４に接続され、後述するように、充電制御回路側のインタフェースとの間で信号の送受信を行う。インタフェースはワイヤレスあるいは非接触型であることが望ましい。
【００１９】
二次電池パック１０は、たとえばプラスチックケース内に二次電池１０１、温度センサ１０３、信号処理部１０４およびインタフェース１０５を内蔵し、電池端子１０２を所定位置に露出させている。さらに、インタフェース１０５は、二次電池パック１０が電子機器にセットされたときに、電子機器の充電制御回路側のインタフェースと通信可能に対向するように、ケース表面付近の所定位置に配置される。
【００２０】
信号処理部１０４は、Ｈ端子１０２ｃと−端子１０２ｂとの間の電圧が所定電圧以上に上昇したときに起動し、所定電圧より低いときには高インピーダンス状態に維持される。起動した信号処理部１０４は、インタフェース１０５を通して受信したデジタル符号に所定の演算を施し、その演算結果を同じくインタフェース１０５を通して充電制御回路側へ返す（詳しくは後述する。）。なお、信号処理部１０４の高インピーダンス状態は温度センサ１０３のインピーダンスよりも十分高くし、温度センサ１０３の温度検知動作に実質的に影響を与えないようにすることが望ましい。以下、信号処理部１０４の一例を示す。
【００２１】
（具体例）
図２は本実施形態による二次電池パックに設けられた信号処理部の一例を示す回路図である。ここでは、信号処理部１０４が電源回路２０１、データ処理回路２０２および信号送受信回路２０３からなる。電源回路２０１は、上述したように、Ｈ端子１０２ｃと−端子１０２ｂとの間の電圧が所定電圧以上に上昇すればデータ処理回路２０２および信号送受信回路２０３へ電力を供給し（起動）、所定電圧より低いときには電力供給を停止して高インピーダンス状態となる（停止）。図２に示す電源回路２０１は、このような電圧値による起動／停止制御を行う回路の一例である。
【００２２】
電源回路２０１は、直列接続された抵抗器２１０およびツェナーダイオード２１１と、比較器２１２および半導体判定動作起動スイッチ２１３を有する。Ｈ端子１０２ｃの電圧Ｖｔｈは、半導体判定動作起動スイッチ２１３が導通（ＯＮ）状態ならば、電源電圧としてデータ処理回路２０２および信号送受信回路２０３へ供給される（起動）。半導体判定動作起動スイッチ２１３が非導通（ＯＦＦ）状態ならば、電力は供給されない（停止）。
【００２３】
半導体判定動作起動スイッチ２１３のＯＮ／ＯＦＦは比較器２１２の出力により制御される。比較器２１２をオペアンプで構成すれば、Ｈ端子１０２ｃの電圧Ｖｔｈは、直列接続された抵抗器２１０およびツェナーダイオード２１１に印加され、抵抗器２１０の両端の電圧が比較器２１２の非反転（＋）入力および反転（−）入力にそれぞれ印加される。ツェナーダイオード２１１のツェナー電圧をＶｚとすれば、Ｈ端子１０２ｃの電圧ＶｔｈがＶｚより低いとき、ツェナーダイオード２１１は動作しない。この場合、比較器２１２の非反転（＋）入力および反転（−）入力は同一電圧Ｖｔｈとなるので、比較器２１２の出力は変化せず、半導体判定動作起動スイッチ２１３はＯＦＦ状態のままである（停止）。したがって、電源回路２１０は高インピーダンス状態を維持する。
【００２４】
これに対して、Ｈ端子１０２ｃの電圧ＶｔｈがＶｚを超えると、比較器２１２の非反転（＋）入力は同じ電圧Ｖｔｈであるが、反転（−）入力はツェナーダイオード２１１のツェナー降伏によりツェナー電圧Ｖｚ（＜Ｖｔｈ）となる。この電位差の発生によって比較器２１２の出力が変化し、半導体判定動作起動スイッチ２１３がＯＮ状態となり、Ｈ端子１０２ｃの電圧Ｖｔｈがデータ処理回路２０２および信号送受信回路２０３へ供給される（起動）。
【００２５】
こうしてデータ処理回路２０２および信号送受信回路２０３が起動すると、信号送受信回路２０３がインタフェース１０５から受信した信号をデータに変換し、データ処理回路２０２が受信データを所定演算により応答データに変換し、信号送受信回路２０３が応答データを送信信号に変換してインタフェース１０５を通して送信する。なお、データ処理回路２０２および信号送受信回路２０３による信号処理の具体例は後述する。
【００２６】
１．２）充電制御回路
図３は本発明の一実施形態による充電制御回路の概略的回路構成を示すブロック図である。ここでは、図１に示す二次電池パック１０の温度センサ１０３をサーミスタ素子とし、以下、「サーミスタ素子１０３」と記す。サーミスタ素子１０３は、常温で抵抗値が高く、温度の上昇と共に抵抗値が低下する温度−抵抗特性を有するものが望ましい。また、信号処理部１０４は受信したデジタル符号に対して所定演算ｆを実行するものとする。その他、図１と同じ回路要素には同一参照番号を付している。
【００２７】
二次電池パック１０がセットされると、電池端子１０２の−端子１０２ｂは接地ＧＮＤに、＋端子１０２ａは充電ライン１１にそれぞれ接続される。さらに、サーミスタ素子１０３に接続されたＨ端子１０２ｃは、並列接続された分圧用抵抗器１２および判定動作起動スイッチ２１をそれぞれ介して充電ライン１１に接続される。サーミスタ電圧検出部２０はサーミスタ素子１０３の電圧、ここではＨ端子１０２ｃの電圧Ｖｔｈを検出し、その検出信号を充電制御回路３０へ出力する。
【００２８】
判定動作起動スイッチ２１は充電制御回路３０からのＯＮ／ＯＦＦ信号に従ってＯＮ／ＯＦＦ制御される。本実施形態によれば、充電開始前に信号処理部１０４を起動することにより二次電池パック１０の適／不適を判定する。上述したように、信号処理部１０４は、Ｈ端子１０２ｃの電圧Ｖｔｈを所定電圧Ｖｚより上昇させることで起動することができる。本実施形態によれば、判定動作起動スイッチ２１を閉じて分圧用抵抗器１２を短絡し、充電ライン１１の充電電圧Ｖbattを直接サーミスタ素子１０３へ供給することでサーミスタ素子１０３の電圧Ｖｔｈを所定電圧Ｖｚより高くする。
【００２９】
このように、判定動作起動スイッチ２１は分圧用抵抗器１２を短絡することでＨ端子１０２ｃに印加される電圧を上昇させることができる。したがって、言い換えれば、分圧用抵抗器１２および判定動作起動スイッチ２１からなる並列回路は、Ｈ端子１０２ｃへの印加電圧を選択する回路である。ただし、印加電圧選択回路は、分圧用抵抗器１２を短絡する判定動作起動スイッチ２１のＯＮ／ＯＦＦだけでなく、所定電圧Ｖｚよりも高い電圧と低い電圧のいずれかをＯＮ／ＯＦＦ信号に従って選択する選択回路で実現することも可能である。
【００３０】
インタフェース１０５は、充電制御回路側のインタフェース２２と対向して信号の送受信が可能である。インタフェース２２は信号送受信部２３により駆動され、信号送受信部２３は充電制御回路３０により制御される。
【００３１】
充電制御回路３０は、乱数発生器３０１、演算部３０２および判定部３０３を用いて、二次電池パック１０の適／不適を判定する（詳しくは後述する。）。二次電池パック１０が適正であると判定されると、充電制御回路３０は、充電器から供給された一定の充電電圧を入力し、図７に示すように制御された電圧および電流を充電ライン１１を介して二次電池パック１０へ供給する。
【００３２】
１．３）動作
図４（Ａ）はインタフェース間で送信される信号レベルの一例を示す波形図、図４（Ｂ）は信号レベルを二値化して得られたデジタル符号の波形図、図４（Ｃ）は本実施形態による充電制御回路の二次電池判定動作の一例を示すシーケンス図である。
【００３３】
図４（Ａ）および（Ｂ）に示すように、信号送受信部２３および信号処理部１０４において、受信信号は信号レベルの高低に応じてデジタル符号に変換されデータ処理され、データは０／１に応じて送信信号レベルを変化させる。図４の（Ａ）および（Ｂ）に示す例では、図４（Ａ）に示す信号レベルの波形が図４（Ｂ）に示すデータ符号「０１１１  ０００１  １１１１  ０１１０」（１６進表示で「７１Ｆ６」）に変換され、あるいはその逆方向の変換が行われる。
【００３４】
たとえば、インタフェース２２から二次電池パック１０のインタフェース１０５へデータが送信される場合、信号送受信部２３は、「１」のデータのタイミングで高い信号レベルとなるようにインタフェース２３を駆動し、「０」のデータのタイミングでインタフェース２３の駆動を停止するように制御を行う。
【００３５】
図３（Ｃ）において、充電制御回路３０は、二次電池パック１０の充電を開始する前に、まず乱数発生器３０１に乱数を発生させ、その乱数を信号送受信部２３およびインタフェース２２を通して送信する（ステップＳ３００１）。同時に、同じ乱数を演算部３０２へ出力して、所定の演算ｆを実行する（ステップＳ３００２）。この演算結果は判定部３０３へ出力される。たとえば、送信された乱数が１６進表示で「７１Ｆ６」、所定値が「ＡＡＡＡ」で、所定演算がＥｘＯＲであれば、演算結果「ＤＢ５Ｃ」が判定部３０３へ出力される。
【００３６】
二次電池パック１０側では、インタフェース１０５を通して受信した信号をデータ符号に変換し（ステップＳ１００１）、充電制御回路３０と同じ所定値を用いて所定の演算を実行する（ステップＳ１００２）。その演算結果を送信信号に変換し、インタフェース１０５を通して充電制御回路３０へ返信する（ステップＳ１００３）。二次電池パック１０の信号処理部１０４に充電制御回路３０と同じ演算ｆが設定されていれば、たとえば、受信した乱数が１６進表示で「７１Ｆ６」、所定値が「ＡＡＡＡ」で、所定演算ｆがＥｘＯＲであれば、演算結果「ＤＢ５Ｃ」が生成され、この演算結果が返信される。
【００３７】
充電制御回路３０の判定部３０３は、演算部３０２からの演算結果と、二次電池パック１０から受信した演算結果とを比較し、一致するか否かを判定する（ステップＳ３００３）。こうして判定結果が一致すれば、セットされた二次電池パック１０が正規の製品であると判断して充電を開始するが、応答がない場合あるいは判定結果が一致しない場合には安全のために充電を停止する。
【００３８】
１．４）効果
上述した本実施形態による二次電池パック１０および充電制御回路３０を用いることで、信号処理部１０４をＨ端子１０２ｃの電圧Ｖｔｈを選択するだけで起動することができ、二次電池パック１０に特別な端子を新たに設けることなく二次電池パック１０の適合性を容易に判定することができる。これによって使用する電子機器に適合していない二次電池パックの充電問題を未然に回避することができる。
【００３９】
さらに、充電制御回路３０と二次電池パック１０とのデータ処理を所定演算により秘匿状態で行うことができ、第三者による二次電池パックの複製を防止する効果がある。
【実施例】
【００４０】
２．実施例
２．１）回路構成
図５は本発明の一実施例による二次電池パックおよび充電制御回路の回路構成を示すブロック図である。ここでは、図１に示す二次電池パック１０の温度センサ１０３をサーミスタ素子、信号処理部１０４を電磁界処理部、信号処理部１０４に接続されたインタフェース１０５をループアンテナとし、電磁界信号によりデータの送受信が行われるものとする。その他、図１に示す二次電池パック１０と同じ回路要素には同一参照番号を付している。
【００４１】
図５において、二次電池パック１０をセットした端末装置４００は、コネクタ４０１を介して充電器４０２に接続することができる。ここで、端末装置４００は、携帯電話機や携帯情報通信端末などの電子機器である。
【００４２】
コネクタ４０１の＋端子は、制御ＦＥＴ４０２および電流検出用の抵抗器４０３を直列に介して給電ライン４０４に接続されている。給電ライン４０４は二次電池パック１０の＋端子１０２ａに接続されている。また給電ライン４０４は、端末装置４００内の各回路へ電力を供給する。
【００４３】
コネクタ４０１の＋端子は充電電圧検出４０５にも接続され、充電器４０２の充電電圧Ｖchgを検出している。制御ＦＥＴ４０２のゲート電極には、バイアス電圧発生部４０６からバイアス電圧が印加され、バイアス電圧に従って給電ライン４０４へ供給される電圧および電流が制御される。給電ライン４０４を流れる電流は、抵抗器４０３の両端の電圧を用いて電流検出部４０７によって検出される。さらに、給電ライン４０４の電圧Ｖbattは電池電圧検出部４０８によって検出され、二次電池パック１０のＨ端子１０２ｃの電圧Ｖthはサーミスタ電圧検出部４０９によって検出される。二次電池パック１０のＨ端子１０２ｃは、並列接続された分圧用抵抗器４１０および判定動作起動スイッチ４１１をそれぞれ介して給電ライン４０４に接続される。判定動作起動スイッチ４１１は充電制御部４１２からのＯＮ／ＯＦＦ信号に従ってＯＮ／ＯＦＦ制御される。
【００４４】
充電制御部４１２は、充電動作を実行する場合には、判定動作起動スイッチ４１１を開いて（ＯＦＦにして）、充電電圧検出４０５から充電電圧値Ｖchgを、電流検出部４０７から充電電流値を、電池電圧検出部４０８から電池電圧値Ｖbattを、サーミスタ電圧検出部４０９からサーミスタ電圧値Ｖthを、それぞれデジタル信号で入力する。そして、充電制御部４１２は、バイアス電圧発生部４０６から制御ＦＥＴ４０２へ出力されるゲートバイアス電圧を制御することで制御ＦＥＴ４０２のインピーダンスを変化させ、図７で示すような充電制御を実行する。さらに、充電制御部４１２は、サーミスタ電圧検出部４０９からの電圧Ｖｔｈによって充電中の二次電池の温度をモニタし、もし異常発熱が検知されれば充電動作を即時停止する。
【００４５】
充電制御部４１２には、さらに信号送受信部４１３が接続され、信号送受信部４１３にはループアンテナ４１４が接続されている。充電制御部４１２と二次電池パック１０の信号処理部１０４とは、ループアンテナ１０５および４１４を通した電磁界信号によって乱数の送受信、演算結果の送受信が可能となる。充電制御部４１２には、図３で示す乱数発生部３０１、演算部３０２および判定部３０３と同等の機能がソフトウエアあるいはハードウエアで実現されているものとする。また、充電制御部４１２は、充電の開始、充電停止あるいは充電異常発生などのメッセージを表示部４１５に表示してユーザに通知する。
【００４６】
充電中の異常発熱は、背景技術の欄でも述べたように、二次電池パック１０が不適合な電池である場合に生じやすい。そこで、図３において説明したように、充電制御部４１２は、充電開始前に信号処理部１０４を起動することにより二次電池パック１０の適／不適を判定する。すなわち、充電制御部４１２は、判定動作起動スイッチ４１１を閉じて分圧用抵抗器４１０を短絡し、給電ライン４０４の充電電圧Ｖbattを直接サーミスタ素子１０３へ供給する。これによってサーミスタ素子１０３の電圧Ｖｔｈは所定電圧Ｖｚより高くなる。これによって、図２において例示したように信号処理部１０４の回路に電力が供給されて起動し、充電制御部４１２と協働して二次電池パック１０の適／不適を判定することができる。
【００４７】
こうして、二次電池パック１０が適合していると判定されれば、充電制御部４１２は判定動作起動スイッチ４１１を開いて、通常の充電動作を実行する。以下、本実施例の判定動作を詳細に説明する。
【００４８】
２．２）判定動作
図６の本発明の一実施例による充電制御回路の判定制御動作を示すフローチャートである。個々では、図５に示す充電制御回路の判定制御について説明する。
【００４９】
まず、充電器４０２がコネクタ４０１を介して端末装置４００に接続されると、充電器４０２の電圧Ｖchgが充電電圧検出部４０５により検出され、充電制御部４１２へ通知される（ステップＳ５０１）。充電制御部４１２は充電器４０２の印加電圧Ｖchgが所定の適正電圧の範囲内であるか否かを判定し（ステップＳ５０２）、不適正な電圧であれば（Ｓ５０２：ＮＯ）、充電制御の動作を停止して終了する（Ｓ５１０）。
【００５０】
充電器４０２の印加電圧Ｖchgが所定の適正電圧の範囲内であれば（ステップＳ５０２：ＹＥＳ）、充電制御部４１２は、充電を開始する前に、判定動作起動スイッチ４１１を閉じて分圧用抵抗器４１０を短絡すると共に、ランダム数を算出してデジタル符号データとして信号送受信部４１３へ送出する（ステップＳ５０３）。信号送受信部４１３は、デジタル符号のデータが「１」のタイミングでループアンテナ４１４を駆動して電磁界信号を送信し、「０」のタイミングで電磁界信号を停止する。
【００５１】
ループアンテナ４１４から送信された電磁界信号は二次電池パック１０のループアンテナ１０５に受信され、信号処理部１０４へ出力される。上述したように、判定動作起動スイッチ４１１が閉じていることにより二次電池パック１０の信号処理部１０４は起動状態であるから、データ処理部２０２は、受信したデータ（たとえば１６進表示で「７１Ｆ６」）に対し、所定の値（たとえば１６進表示で「ＡＡＡＡ」）との排他論理和の演算処理を実施して応答データ（この例では「ＤＢ５Ｃ」）を算出する。この演算により得られた応答データに従って信号送受信部２０３はループアンテナ１０５を駆動して電磁界信号を送信する。
【００５２】
ループアンテナ４１４によって二次電池パック１０から電磁界信号を受信すると、信号送受信部４１３はデジタル符号に変換して充電制御部４１３へ出力する。
【００５３】
充電制御部４１３は、上記二次電池パック１０の演算処理と並行して、ランダム数を信号送受信部４１３へ出力した後、信号処理部１０４と同一の演算処理（ここでは、所定値「ＡＡＡＡ」との排他論理和演算）を実施し、その結果を保存する（ステップＳ５０４）。
【００５４】
続いて、充電制御部４１３は、信号送受信部４１３が二次電池側の応答データを受信したか否かを判定し（ステップＳ５０５）、一定時間経過後も応答がなかった場合には（ステップＳ５０５：ＮＯ）、この二次電池保体１０は適正電池ではないと判断し、異常であることを示す表示を表示器４１５に表示させ（ステップＳ５０９）、充電制御の動作を停止させる（ステップＳ５１０）。
【００５５】
他方、信号送受信部４１３が二次電池側の応答データを所定時間内に受信した場合は（ステップＳ５０５：ＹＥＳ）、このデータを読み出し（ステップＳ５０６）、ステップＳ５０４で演算した結果との照合を行う（ステップＳ５０７）。
【００５６】
充電制御部４１３で演算した結果と二次電池パック１０の信号処理部１０４で演算した結果とが一致すれば（ステップＳ５０７：ＹＥＳ）、充電制御部４１２は二次電池パック１０は適正であると判断し、判定動作起動スイッチ４１１を開いて所定の充電動作を開始する（Ｓ５０８）。他方、データが不一致の場合（ステップＳ５０７：ＮＯ）、充電制御部４１２はこの二次電池保体１０は適正電池ではないと判断し、異常であることを示す表示を表示器４１５に表示させ（ステップＳ５０９）、充電制御の動作を停止させる（ステップＳ５１０）。
【００５７】
以上の制御を実施することにより、二次電池の充電動作は適合した電池のみに行われることとなる。
【００５８】
なお、上述した判定制御は、充電器４０２が端末装置４００に接続された際、短い時間内で実行され、二次電池パック１０の判定処理が完了した段階で、充電制御部４１２は判定動作起動スイッチ４１１を開くので、サーミスタ素子１０３による温度検出は可能となる。
【００５９】
また、充電制御部４１２で最初に使用するデータはランダム数であり、かつ、演算処理は独自なものであるため、このシーケンス制御を真似た二次電池パック１０の信号処理部１０４の製造は困難なものとなる。
【００６０】
３．具体例
以下、図２に示す二次電池パック１０を端末装置４００に装着した場合の具体的な動作を説明する。
【００６１】
図５に示すように、二次電池パック１０が端末装置４００にセットされた状態で、サーミスタ素子１０３は分圧用抵抗器４１０と直列接続されている。サーミスタ素子１０３は、周囲の温度（ここでは二次電池１０１の温度）に従って抵抗値が変化するので、Ｈ端子１０２ｃの電圧Ｖthをサーミスタ電圧検出部４０９でモニタすることにより二次電池１０１の温度を検出することができる。
【００６２】
一例として、二次電池パック１０の信号処理部１０４がツェナー電圧Ｖｚ＝３．２Ｖの電源回路２０１を有し（図２参照）、電池電圧Ｖbatt＝３．８Ｖ、サーミスタ素子１０３の常温（２５°Ｃ）での抵抗値ＲT＝１０ＫΩ程度、分圧用抵抗器４１０の抵抗値Ｒ１＝１０ＫΩとした場合、判定動作起動スイッチ４１１が開いた状態では、２５℃での電圧Ｖth＝Ｖbatt×ＲT／（Ｒ１＋ＲT）＝１．９Ｖとなる。信号処理部１０４の印加電圧Ｖthはツェナー電圧Ｖｚ＝３．２Ｖより低いので、電源回路２０１の半導体判定動作起動スイッチ２１３は非導通状態となり、電源回路２０１は高インピーダンス状態を維持する。したがって、信号処理部１０４と並列接続されているサーミスタ素子１０３の電圧検出には実質的に影響しない。
【００６３】
これに対して、判定動作起動スイッチ４１１が閉じられると、給電ライン４０４とＨ端子１０２ｃとが短絡し、電池電圧Ｖbattがサーミスタ素子１０３に直接印加されるので、２５℃での電圧Ｖth＝Ｖbatt＝３．８Ｖとなる。これによって、信号処理部１０４の印加電圧Ｖthがツェナー電圧Ｖｚ＝３．２Ｖを超えるので、電源回路２０１の半導体判定動作起動スイッチ２１３が導通して信号処理部１０４が起動する。その際、データ処理回路２０２および信号送受信部２０３の消費電流Ｉ＝５ｍＡとすれば、信号処理部１０４のインピーダンスはＶbatt／Ｉ＝７６０Ωとなる。サーミスタ素子１０３の常温（２５°Ｃ）での抵抗値ＲT＝１０ＫΩであるから、信号処理部１０４の起動時には、サーミスタ素子１０３が並列接続されていても、信号処理部１０４の動作には実質的に影響しない。
【００６４】
なお、電池電圧Ｖbattが３．３Ｖ以下になった場合、あるいはサーミスタ素子１０３が−１０℃以下になって抵抗値が４２ＫΩ以上になると、端末装置４００の動作が主制御部（図示せず）によって停止されるので、信号処理部１０４の誤動作を防止できる。
【００６５】
このように、判定動作起動スイッチ４１１の開閉制御により、二次電池パック１０の信号処理部１０４の起動／停止制御が可能となる。信号処理部１０４が起動することで、二次電池パック１０が適正な電池であるか否かを容易に且つ短時間で判定することができる。そして、適正電池であると判断された場合に限り、二次電池１０１の充電が開始される。
【産業上の利用可能性】
【００６６】
本発明は、充電器を接続して二次電池の充電を行う携帯電話機や携帯情報通信端末などの電子機器に適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】本発明の一実施形態による二次電池パックの回路構成を示すブロック図である。
【図２】本実施形態による二次電池パックに設けられた信号処理部の一例を示す回路図である。
【図３】本発明の一実施形態による充電制御回路の概略的回路構成を示すブロック図である。
【図４】（Ａ）はインタフェース間で送信される信号レベルの一例を示す波形図、（Ｂ）は信号レベルを二値化して得られたデジタル符号の波形図、（Ｃ）は本実施形態による充電制御回路の二次電池判定動作の一例を示すシーケンス図である。
【図５】本発明の一実施例による二次電池パックおよび充電制御回路の回路構成を示すブロック図である。
【図６】本発明の一実施例による充電制御回路の判定制御動作を示すフローチャートである。
【図７】（Ａ）は二次電池の充電電圧の特性グラフであり、（Ｂ）は充電電流の特性グラフである。
【図８】通常用いられている端末装置の充電制御回路を示す回路図である。
【符号の説明】
【００６８】
１０  二次電池パック
１１  充電ライン
１２  分圧用抵抗器
２０  サーミスタ電圧検出部
２１  判定動作起動スイッチ
２２  インタフェース
２３  信号送受信部
３０  充電制御回路
１０１  二次電池
１０２  電池端子
１０３  温度センサ（サーミスタ）
１０４  信号処理部
１０５  インタフェース（ループアンテナ）
３０１  乱数発生部
３０２  演算部
３０３  判定部
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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