JP5087812B2 - 電源装置、異常報知装置、救助用無線装置、防犯用装置、盗難防止警報装置、緊急無線装置及び電源装置の制御方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電源装置、異常報知装置、救助用無線装置、防犯用装置、盗難防止警報装置、緊急無線装置及び電源装置の制御方法に関し、例えば２次電池を使用したＰＤＡ（Personal Digital Assistants ）等の情報端末機器、移動体通信機器等に適用することができる。本発明は、２次電池の温度を検出し、温度検出結果に応じて２次電池の温度を制御することにより、著しく環境温度変化の激しい屋外等で使用される場合であっても、容量の変化を緩和することができるようにする。
【０００２】
【従来の技術】
従来、リチウムイオン２次電池等においては、軽量で、寿命が長く、かつエネルギー密度が高いことにより、ノート型パーソナルコンピュータ、各種モバイバル機器等に適用して、移動時の電源として使用されるようになされている。なおこのような機器においては、例えば負荷電流と使用時間の積算により２次電池の使用量を計算し、この計算結果より２次電池の残量を検出してユーザーに通知することにより、ユーザーの使い勝手を向上するようになされている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところでこのような２次電池の使用においては、屋外で使用される場合も考えられ、このような使用環境においては、地域、季節、天候で環境が大きく異なり、多大な環境負荷が年、日、時単位で加わることが考えられる。２次電池における充放電機構は、化学反応であることから、このような環境の変化の中でも、低温時における反応速度の低下が著しく性能に現れる。具体的に、２次電池においては、温度の低下により内部抵抗が上昇し、充放電可能な容量が著しく低下することになる。
【０００４】
このように充放電可能な容量が著しく低下すると、残量を正しく検出することが困難になり、２次電池が満充電になっていないとの検出結果が得られているにもかかわらず、充電することが困難になったりする。またこれとは逆に２次電池に残量が残っているとの検出結果が得られているにもかかわらず、実際には２次電池を使用することが困難であったり、さらには残量の検出結果では２次電池を使い切っているにもかかわらず、２次電池に使用可能な容量が残っている場合があった。
【０００５】
因みに、図５は、温度２５度を基準にして、リチウムイオン２次電池の内部抵抗の相対的な変化を示す特性曲線図である。この特性曲線図によれば、温度の低下による著しい内部抵抗の増大を確認することができる。
【０００６】
本発明は以上の点を考慮してなされたもので、著しく環境温度変化の激しい屋外等で使用される場合であっても、容量の変化を緩和することができる電源装置、異常報知装置、救助用無線装置、防犯用装置、盗難防止警報装置、緊急無線装置及び電源装置の制御方法を提案しようとするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
かかる課題を解決するため請求項１の発明は、外部からの制御に応じて、２次電池の第１の温度を検出する温度検出部と、第１の温度が所定の温度より低い場合に、第１の発熱量で２次電池を加熱するように制御する温度制御部とを備え、所定の操作子に対する操作がなされると、温度検出部は、２次電池の第２の温度を検出し、温度制御部は、第２の温度が所定の温度より低い場合に、第１の発熱量より大きい第２の発熱量で２次電池を加熱するように制御する電源装置である。
【０００８】
また、請求項８の発明は、外部からの制御に応じて、２次電池の第１の温度を検出し、第１の温度が所定の温度より低い場合に、第１の発熱量で２次電池を加熱するように制御し、所定の操作子に対する操作がなされると、２次電池の第２の温度を検出し、第２の温度が所定の温度より低い場合に、第１の発熱量より大きい第２の発熱量で２次電池を加熱するように制御する電源装置における制御方法である。
【０００９】
請求項１の構成によれば、電源装置に適用して、外部からの制御に応じて、２次電池の第１の温度を検出する温度検出部と、第１の温度が所定の温度より低い場合に、第１の発熱量で２次電池を加熱するように制御する温度制御部とを備え、所定の操作子に対する操作がなされると、温度検出部は、２次電池の第２の温度を検出し、温度制御部は、第２の温度が所定の温度より低い場合に、第１の発熱量より大きい第２の発熱量で２次電池を加熱するように制御することで、ユーザーにおいて確認可能にして、２次電池の温度を一定温度以上に保持することができ、これにより温度が低下して内部抵抗が増大することによる容量の変化を緩和することができる。
【００１０】
これにより請求項８の構成によれば、著しく環境温度変化の激しい屋外等で使用される場合であっても、容量の変化を緩和することができる電源装置の制御方法を提供することができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、適宜図面を参照しながら本発明の実施の形態を詳述する。
【００１２】
（１）実施の形態の構成
図１は、本発明の実施の形態に係る電源装置を示すブロック図である。この電源装置１は、情報携帯機器に接続される電源装置であり、商用電源等の電力により２次電池ユニット２を充電し、またこの２次電池ユニット２の電力を所定の機器に出力する。
【００１３】
ここで２次電池ユニット２は、１組のリチウムイオン型電池による２次電池４を並列接続して１つのブロックが構成され、このブロックが所定個数だけ直列に接続されて構成される。２次電池ユニット２は、このようにして接続された２次電池４が絶縁テープにより絶縁された後、所定の抵抗値による抵抗電線が全体に巻き付けられて各２次電池４を効率良く加熱できるようにヒータ６が配置されようになされている。またそれぞれサーミスター等による温度検出センサー７が配置され、２次電池４の温度を検出できるようになされている。２次電池ユニット２は、所定の回路素子を介してそれぞれ正極及び負極の電極がコネクタ８に接続され、このコネクタ８を介して供給される電力により充電され、さらには充電した電力を出力できるようになされている。
【００１４】
ＦＥＴ９及び１０は、このコネクタ８と２次電池ユニット２の正極電極との間の充放電経路に配置され、充放電制御回路１１の制御によりオンオフ動作する。これにより電源装置１は、コネクタ８より２次電池ユニット２に充電用の電力を供給し、またこれとは逆に２次電池ユニット２の電力をコネクタ８に出力する。
【００１５】
充放電制御回路１１は、上位のコントローラからの通知による温度制御回路１５の指示により動作を開始し、コネクタ８の端子電圧、電圧検出回路１４で検出される２次電池ユニット２全体の端子電圧に応じて、これらＦＥＴ９、１０、の動作を制御し、２次電池ユニット２の電力をコネクタ８より外部に供給し、またこれとは逆に、コネクタ８より入力される電力により２次電池ユニット２を充電する。充放電制御回路１１は、この充電の処理の際に、例えば定電圧、定電流、さらにはこれらの組み合わせ等の所定の特性により２次電池ユニット２を充電する。また充放電制御回路１１は、これら充放電電流の制御において、後述する電圧検出回路１４で検出される各種電圧により２次電池の異常を監視し、２次電池の異常を検出すると、充放電の処理を中止する。
【００１６】
電圧検出回路１４は、２次電池４による各ブロックの端子電圧、２次電池ユニット２全体の端子電圧を検出して充放電制御回路１１に出力する。
【００１７】
温度検出回路１９は、各２次電池４に配置された温度検出センサー７により各２次電池４の温度を検出し、この検出結果を温度制御回路１５に出力する。
【００１８】
温度制御回路１５は、この電源装置１の動作を制御するコントローラであり、コネクタ８を介してこの電源装置１が接続されてなる機器より動作の開始が指示されると、動作を立ち上げ、各回路ブロックに動作の開始を指示する。さらにこの処理において、図３に示す処理手順を実行し、コネクタ８を介してこの機器より入力される制御信号ＥＮに応じて、ヒータ６を駆動して２次電池ユニット２の温度を制御する。
【００１９】
すなわち温度制御回路１５は、上位の機器の指示による動作を開始すると、ステップＳＰ１からステップＳＰ２に移り、制御信号ＥＮの信号レベルを判定することにより、この機器より２次電池ユニット２の温度制御が指示されているか否か判断する。ここで否定結果が得られると、温度制御回路１５は、ステップＳＰ３に移り、通常の動作モードにより充放電の処理を実行するように、全体の動作を制御する。なおここで通常の動作モードは、何らヒータ６により２次電池ユニットを加熱しないで充放電する動作モードである。
【００２０】
このようにして動作モードを設定すると、温度制御回路１５は、ステップＳＰ４に移り、上位の機器より動作の終了が指示されたか否か判断する。ここで否定結果が得られると、温度制御回路１５は、ステップＳＰ５に移り、内蔵のタイマーにより制御信号ＥＮの信号レベルを判定した後、所定時間経過したか否か判断する。ここで否定結果が得られると、温度制御回路１５は、ステップＳＰ４に戻り、これにより所定時間の経過を待機する。さらに所定時間経過すると、ステップＳＰ５で肯定結果が得られることにより、ステップＳＰ２に戻り、改めて制御信号ＥＮの信号レベルを判定する。これにより温度制御回路１５は、一定の時間間隔により上位の機器より２次電池ユニット２の温度制御が指示されるか否か監視して充放電の処理を実行するようになされている。
【００２１】
これに対してステップＳＰ４で肯定結果が得られると、温度制御回路１５は、ステップＳＰ６に移り、この処理手順を終了する。
【００２２】
これに対して上位の機器より２次電池ユニット２の温度制御が指示されると、温度制御回路１５においては、ステップＳＰ２で肯定結果が得られ、ステップＳＰ７に移る。ここで温度制御回路１５は、温度検出回路１９から２次電池４の現在温度Ｔｎｏｗを取得する。なお温度制御回路１５は、複数の２次電池４より得られる温度検出結果の平均値を２次電池４の現在温度Ｔｎｏｗとして取得する。
【００２３】
このようにして現在温度Ｔｎｏｗを取得すると、温度制御回路１５は、ステップＳＰ８に移り、ここで制御データテーブルの記録を参照して、現在温度Ｔｎｏｗが所定の判定基準温度Ｔ０より高いか否か判断する。ここでこの判定基準温度Ｔ０は、２次電池ユニット２における内部抵抗の増大により充放電可能な容量の変化が外部の機器において無視できなくなると考えられる温度である。
【００２４】
このステップＳＰ８において、肯定結果が得られると、この場合、２次電池ユニット２が十分に温まった状態であることにより、温度制御回路１５は、ステップＳＰ９に移る。ここで温度制御回路１５は、それまで発光ダイオードによる警告灯２０を点灯している場合には、この警告灯２０の点灯を中止した後、ステップＳＰ３に移る。これにより温度制御回路１５は、２次電池ユニット２の温度が所定温度以上の場合、何ら２次電池ユニット２を加熱することなく充放電の処理を実行するようになされている。
【００２５】
これに対してステップＳＰ８で否定結果が得られると、温度制御回路１５は、ステップＳＰ１０に移る。ここで温度制御回路１５は、警告灯２０を点灯してユーザーに警告を発する。ここでこの場合、電源装置１では、２次電池ユニット２の温度が著しく低下している場合であることにより、内部抵抗の増大により充放電容量が少なくなっている場合である。これにより温度制御回路１５は、警告灯２０の点灯により、残容量の検出等に誤差の発生する可能性をユーザーに通知するようになされている。
【００２６】
かくするにつきこのようにして警告灯２０を点灯すると、温度制御回路１５は、ステップＳＰ１１に移り、温度データテーブルを参照して、小さな発熱量により２次電池ユニット２を加熱するようにヒータ６の動作を制御し、これにより動作モードを加温モードに設定した後、ステップＳＰ３に移る。
【００２７】
これらにより温度制御回路１５は、２次電池ユニット２の温度変化を緩和し、その分、著しく環境温度変化の激しい屋外等で使用される場合であっても、容量の変化を緩和するようになされている。
【００２８】
さらに温度制御回路１５は、このような制御において、ユーザーにより操作子２１が押圧操作されると、割り込みの処理により、２次電池ユニット２の温度を制御する。すなわち温度制御回路１５は、図４に示すように、操作子２１が押圧操作されると、ステップＳＰ２１からステップＳＰ２２に移り、上述したステップＳＰ７と同様にして、２次電池４の現在温度Ｔｎｏｗを取得する。
【００２９】
さらに温度制御回路１５は、ステップＳＰ２３に移り、ここで制御データテーブルの記録を参照して、現在温度Ｔｎｏｗが判定基準温度Ｔ０より高いか否か判断する。ここで否定結果が得られると、温度制御回路１５は、ステップＳＰ２７に移り、元の処理に戻る。
【００３０】
これに対してステップＳＰ２３で肯定結果が得られると、温度制御回路１５は、ステップＳＰ２４に移り、ここで警告灯２０を点灯する。さらに続くステップＳＰ２５において、温度データテーブルを参照して、大きな発熱量により２次電池ユニット２を加熱するようにヒータ６の動作を制御し、これにより動作モードを加温モードに設定する。温度制御回路１５は、このようにして２次電池の加熱を開始すると、ステップＳＰ２６に移り、ここで内蔵のタイマーによりこの割り込みの処理を開始して所定時間経過したか否か判断する。ここで否定結果が得られると、温度制御回路１５は、ステップＳＰ２６を繰り返し、これにより所定時間の経過を待機する。さらに所定時間経過すると、ステップＳＰ２６で肯定結果が得られることにより、ステップＳＰ２７に移って、元の処理に戻る。
【００３１】
これによりこの温度制御回路１５は、操作子２１が操作された場合も、２次電池ユニット２の温度変化を緩和し、その分、著しく環境温度変化の激しい屋外等で使用される場合であっても、容量の変化を緩和するようになされている。またこのように操作子２１が操作された場合には、上位の機器からの制御信号ＥＮにより温度制御が指示された場合に比して、大きな発熱量により２次電池ユニット２を加熱して短時間で２次電池ユニット２を所定温度以上に暖めるようになされ、これによりこの操作子２１を操作してユーザーの使い勝手を向上するようになされている。
【００３２】
（２）実施の形態の動作
以上の構成において、この電源装置１は（図１）、接続された機器より動作の開始が指示されると、充放電制御回路１１の制御により、コネクタ８に充電用の電源が供給されている場合には、この電力により２次電池ユニット２を充電し、またコネクタ８に負荷が接続されている場合には、２次電池ユニット２の電力をこの負荷に供給する。またこのような電力がコネクタ８に供給されていない場合であって、負荷がコネクタ８に接続されていない場合、待機の状態に保持される。
【００３３】
電源装置１では、このような充電の状態、放電の状態、待機の状態において、接続された機器より制御信号ＥＮが出力されると、制御データテーブルの記録に従って、温度検出回路１９で検出される２次電池ユニット２の温度Ｔｎｏｗが所定温度Ｔ０以上か否か判断され、温度Ｔ０以上の場合、何らヒータ６により２次電池ユニット２を加熱することなく、充放電の処理が実行される。これに対して温度Ｔ０より現在の温度Ｔｎｏｗが低い場合、電源装置１では、温度制御回路１５の制御によりヒータ６が駆動され、このヒータ６の発熱により２次電池ユニット２の温度が上昇される。
【００３４】
また充電の状態、放電の状態、待機の状態において、ユーザーが操作子２１を操作すると、同様に、制御データテーブルの記録に従って、温度検出回路１９で検出される２次電池ユニット２の温度Ｔｎｏｗが所定温度Ｔ０以上か否か判断され、温度Ｔ０以上の場合、何らヒータ６により２次電池ユニット２を加熱することなく、充放電の処理が実行される。これに対して温度Ｔ０より低い場合、電源装置１では、温度制御回路１５の制御によりヒータ６が駆動され、このヒータ６の発熱により２次電池ユニット２の温度が上昇される。
【００３５】
これによりこの電源装置１では、機器の制御により、又は操作子の操作に応動して、２次電池ユニット２の温度を制御し、これにより著しく環境温度変化の激しい屋外等で使用される場合であっても、容量の変化を緩和することができる。またこのようにして温度制御することにより、２次電池の性能を最大限に引き出す効果も得ることができる。
【００３６】
電源装置１では、このようにして温度制御するにつき、ユーザーにより操作子２１が操作された場合には、高い発熱量により発熱するようにヒータ６を駆動し、これにより速やかに温度が立ち上げるられる。これにより電源装置１では、例えば機器の運用を開始する前に、この操作子２１を操作して短い待ち時間により十分に２次電池ユニット２の温度を立ち上げることができる。
【００３７】
またこのように機器からの制御信号により温度制御を実行することにより、この電源装置１が種々の装置に装着されて使用される場合に、例えば外部に携帯して使用する機器においては、このような温度制御の処理を機器側より指示することができ、これにより必要に応じて適切に温度制御の処理を実行することができる。
【００３８】
因みに、図５について上述したように、２次電池セルを１度以上の温度で放電させる場合、日常の使用温度と考えられる０度〜４０度近傍でも、内部抵抗が変動し、大電流により放電する場合には、使用可能時間が大きく変化することになる。また出力電圧に関して、電圧値はセルの直列接続数により決まるが、装置全体を軽量化、小型化する場合には、セルの直列接続数を少なくし、セル単体で見たとき大電流により使用することが望まれる。
【００３９】
この実施の形態においては、必要に応じて適切に温度制御の処理を実行できることにより、所望の放電電圧、放電電流を少ない直列接続数により確保することができる。
【００４０】
かくするにつき電源装置１では、このようにして２次電池ユニット２の温度が所定温度Ｔ０以下であり、ヒータ６を駆動している場合には、警告灯２０が点灯され、これによりユーザーへの注意が喚起される。
【００４１】
（３）実施の形態の効果
以上の構成によれば、２次電池の温度を検出し、その温度検出結果に応じて２次電池の温度を制御することにより、著しく環境温度変化の激しい屋外等で使用される場合であっても、容量の変化を緩和することができる。
【００４２】
また所定の操作子の操作により、２次電池を加熱することにより、ユーザーの指示により温度制御を実行して使い勝手を向上することができる。
【００４３】
また２次電池の電力を送受する機器からの制御により、２次電池の温度を制御することにより、必要に応じて適切に温度制御の処理を実行することができる。
【００４４】
（４）他の実施の形態
なお上述の実施の形態においては、操作子の操作に応じて、又は機器からの制御信号に応じて、２次電池を温度制御する場合について述べたが、本発明はこれに限らず、必要に応じて常時、温度制御の処理を実行するようにしてもよい。また操作子と制御信号との論理和による制御に代えて、排他的論理和、論理積等により制御するようにしてもよい。
【００４５】
また上述の実施の形態においては、ヒータの駆動を２段階で切り換える場合について述べたが、本発明はこれに限らず、種々の駆動方法により２次電池を加熱する場合に広く適用することができる。
【００４６】
また上述の実施の形態においては、情報形態機器の電源に本発明を適用する場合について述べたが、本発明はこれに限らず、種々の電源に広く適用することができ、特に、緊急時の異常警報、異常信号、救助用無線等の電源、さらには人目に付かない箇所に設置する防犯用装置の電源等に適用して、小型軽量で、簡易な構成による電源を提供することができる。
【００４７】
因みに、このような防犯用装置においては、例えばバイクの盗難防止警報装置に適用することが考えられ、この場合、第３者には発見できないような箇所に電源を配置し、通常のバイクに保持された鉛蓄電池によりこの電源を充電し、また温度を制御するようにし、車体の異常な傾き、鉛蓄電池の取り外し等を検出したときに、この電源により盗難の警報を発生し、また以後、位置情報を無線通信手段により通知することが考えられる。またこのような緊急時の電源としては、海難事故、登山等の防災グッズである緊急無線装置等が考えられる。
【００４８】
また上述の実施の形態においては、リチウムイオン電池による電源装置に本発明を適用する場合について述べたが、本発明はこれに限らず、種々の２次電池による電源装置に広く適用することができる。
【００４９】
【発明の効果】
上述のように本発明によれば、２次電池の温度を検出し、その温度検出結果に応じて２次電池の温度を制御することにより、著しく環境温度変化の激しい屋外等で使用される場合であっても、容量の変化を緩和することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係る電源装置を示すブロック図である。
【図２】図１の電源装置において制御データテーブルを示す図表である。
【図３】図１の電源装置における温度制御回路の処理手順を示すフローチャートである。
【図４】図３の温度制御回路の割り込み処理手順を示すフローチャートである。
【図５】２次電池の内部抵抗の温度特性を示す特性曲線図である。
【符号の説明】
１……電源装置、２……２次電池ユニット、６……ヒータ、９、１０……ＦＥＴ、１１……充放電制御回路、１５……温度制御回路、１９……温度検出回路

Claims (8)

1. 外部からの制御に応じて、２次電池の第１の温度を検出する温度検出部と、
   前記第１の温度が所定の温度より低い場合に、第１の発熱量で前記２次電池を加熱するように制御する温度制御部と
   を備え、
   所定の操作子に対する操作がなされると、前記温度検出部は、前記２次電池の第２の温度を検出し、
   前記温度制御部は、前記第２の温度が前記所定の温度より低い場合に、前記第１の発熱量より大きい第２の発熱量で前記２次電池を加熱するように制御する電源装置。
2. 前記第１の温度または前記第２の温度が前記所定の温度より低いことを通知する通知部を備える請求項１に記載の電源装置。
3. 前記２次電池の電力を送受する外部機器に接続するための接続部を備え、
   前記温度検出部は、前記接続部を介して供給される所定の制御信号に応じて、前記第１の温度を検出する請求項１または２に記載の電源装置。
4. 請求項１乃至３のいずれか１に記載の電源装置を備える、異常報知装置または救助用無線装置。
5. 請求項１乃至３のいずれか１に記載の電源装置を備える防犯用装置。
6. 請求項１乃至３のいずれか１に記載の電源装置を備える盗難防止警報装置。
7. 請求項１乃至３のいずれか１に記載の電源装置を備える緊急無線装置。
8. 外部からの制御に応じて、２次電池の第１の温度を検出し、
   前記第１の温度が所定の温度より低い場合に、第１の発熱量で前記２次電池を加熱するように制御し、
   所定の操作子に対する操作がなされると、前記２次電池の第２の温度を検出し、
   前記第２の温度が前記所定の温度より低い場合に、前記第１の発熱量より大きい第２の発熱量で前記２次電池を加熱するように制御する電源装置における制御方法。

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