JP5108454B2

JP5108454B2 - 電子機器

Info

Publication number: JP5108454B2
Application number: JP2007280202A
Authority: JP
Inventors: 栄治柿井
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2007-10-29
Filing date: 2007-10-29
Publication date: 2012-12-26
Anticipated expiration: 2027-10-29
Also published as: JP2009110756A

Description

本発明は、二次電池の変形量の検知が可能な電子機器に関する。

近年、二次電池は、ハンディカメラやノート型ＰＣ（Personal Computer）、携帯電話、ＰＨＳ（Personal Handy phone System）、ＰＤＡ（Personal Digital Assistant）等の携帯機器用の電源として使用されている。これら電子機器は小型、軽量化が進んでおり、併せて二次電池も小型、軽量化が進められている。二次電池には、ニッケル水素電池や鉛蓄電池、リチウムイオン電池等の種類がある。とりわけリチウムイオン電池は、二次電池の種類の中でも小型化、軽量化し易く、電圧やエネルギ密度が高いので携帯機器用の電源として主流となっている。

一般に二次電池は、電池内部での短絡等により温度が上昇すると熱分解が起こる。長期間に渡り充電を繰り返すと二次電池内部の化学反応により、ガスの発生や化学物質の堆積物付着が発生する。二次電池内部の化学反応は、高電圧による充電時、外気が高温であるとき、または電池自体の熱の発生により電池自体が高温になったとき、顕著となる。その影響により二次電池外部に変形が起こる。充電中に二次電池にかかる電流や電圧を検出することで、二次電池の温度を間接的に導出し、二次電池の化学変化を防ぎながら充電する技術が知られている（例えば、特許文献１）。
特開２００７−２２８７０１号公報

上述した技術を用いると、二次電池は、自体から発生する熱を抑えることによって変形を防ぐことができる。しかし、電流や電圧により二次電池の温度を間接的に検出しているので正確に温度を把握することができない。よって、二次電池は、既に変形している状態であるにも拘わらず、検出された間接的な温度が低い状態であれば充電を再度開始してしまうため、さらなる化学反応が進んでしまう。

また、このような問題を回避するため、二次電池内部に直接温度検知部を設置することも可能であるが、二次電池の変形を直接検知するものではないので、変形の許容範囲にあるかどうかまで判断することはできない。

本発明は、従来の技術が有する上記問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、二次電池の化学反応による変形量を検知することが可能な、電子機器を提供することである。

上記課題を解決するにあたり、本発明のある観点によれば、二次電池と、二次電池を固定する固定部と、二次電池を充電する充電回路と、二次電池の所定部位における所定量の変形を検知する検知部と、二次電池の充電中に所定量の変形を検知すると充電回路による二次電池の充電プロセスを変更するプロセス変更部と、を備え、検知部は、発光部と、二次電池の所定部位に設けられこの発光部からの光を反射する反射部と、この反射された光を受光する受光部とで構成され、二次電池の変形による受光量の変化で所定量の変形を検知することを特徴とする、電子機器が提供される。

かかる構成により、電気機器は、二次電池内部の化学反応により二次電池自体が所定量の変形に達しているかどうか常時確認することができ、その変形量が所定の許容範囲を超えると自動的に充電プロセスを変更する。従って、二次電池のそれ以上の変形を防止することが可能となる。

かかる構成により、検知部は、二次電池の変形前と変形後における、発光部より発光し反射部によって反射して受光部が受光した受光量または到達時間の違いによって二次電池の変形量を把握し、所定量の変形を検知することができる。

また本発明の別の観点によれば、二次電池と、二次電池を固定する固定部と、二次電池を充電する充電回路と、二次電池の所定部位における所定量の変形を検知する検知部と、二次電池の充電中に所定量の変形を検知すると充電回路による二次電池の充電プロセスを変更するプロセス変更部と、を備え、検知部は、発光部と、この発光部からの光路が二次電池の変形により遮断される位置に配された受光部とからなることを特徴とする、電子機器が提供される。

かかる構成により、検知部は、発光部より発光された光が受光部に到達しなかったことのみで二次電池の変形量を把握することができる。

プロセス変更部が機能した場合、二次電池の変形が所定量に達したことを報知する報知部をさらに備えることが可能となる。

報知部は、二次電池の変形が所定量に達するとその旨報知するため、ユーザが二次電池の変形を認識することが可能となり、二次電池の変形が他の部位へ与える物理的応力の影響を未然に防ぐことができる。

充電プロセスの変更は、充電の停止であってもよい。かかる構成により、充電プロセス変更部は、二次電池の変形が所定量に達すると二次電池から熱を発しないよう充電を停止することができる。

充電プロセスの変更は、二次電池の充電完了条件となる目標電圧値、停止電流値、充電時間の群から選択される１または２以上の値の変更であってもよい。

かかる構成により、プロセス変更部は、二次電池の変形が所定量に達すると、二次電池の目標電圧値を下げる、二次電池の停止電流値を高くする、充電時間を短縮する、といった充電プロセスの変更を行う。従って、二次電池の充電プロセスが変更され充電量は少なくなるものの、熱量の発生を低く抑えることができるので、二次電池の変形を進行させずにすむ。

以上説明したように本発明の電子機器は、二次電池の化学反応による変形量を検知し、二次電池のそれ以上の変形を防止することが可能となる。

以下に図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

本実施形態では、二次電池の変形、特に膨張により発生する物理的応力が他の部位に加わりさらなる弊害が生じるのを未然に防ぐことを目的としている。本実施形態は、二次電池を利用するハンディカメラ、ノート型ＰＣ、携帯端末等の様々な電子機器に適用可能であるが、ここでは理解を容易にするため携帯端末を例に挙げて説明する。

図１は、携帯端末１００の機能を示した機能ブロック図であり、図２は携帯端末１００の概略的な構成を説明するための外観斜視図である。かかる携帯端末１００は、端末制御部１１０と、端末メモリ１１２と、表示部１１４と、操作部１１６と、音声入力部１１８と、音声出力部１２０と、無線通信部１２２と、二次電池１２４と、固定部１２６と、充電回路１２８と、検知部１３０と、プロセス変更部１３２と、報知部１３４と、を含んで構成される。

上記端末制御部１１０は、中央処理装置（ＣＰＵ）を含む半導体集積回路により携帯端末１００全体を管理および制御する。端末制御部１１０は、端末メモリ１１２のプログラムを用いて、携帯端末１００を利用した通信機能やメール配信機能も当然にして遂行する。

上記端末メモリ１１２は、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＥＥＰＲＯＭ、不揮発性ＲＡＭ、フラッシュメモリ、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）等で構成され、端末制御部１１０で処理されるプログラムや音声データ等を記憶する。

上記表示部１１４は、第１筐体１６０に設けられ、液晶ディスプレイ、ＥＬ(Electro Luminescence)、ＰＤＰ(Plasma Display Panel)等で構成され、端末メモリ１１２に記憶された、または通信網を介してアプリケーション中継サーバ（図示せず）から提供される、ＷｅｂブラウザやアプリケーションのＧＵＩ（Graphical User Interface）を表示することができる。

上記操作部１１６は、第２筐体１６２に設けられ、キーボード、十字キー、ジョイスティック等の操作キーから構成され、ユーザの操作入力を受け付ける。

上記音声入力部１１８は、第２筐体１６２においてマイク等の音声認識装置で構成され、通話時に入力されたユーザの音声を携帯端末１００内で処理可能な電気信号に変換する。

上記音声出力部１２０は、第１筐体１６０においてスピーカで構成され、携帯端末１００で受信した通話相手の音声信号を音声に変えて出力する。また、着信音や後述する操作部１１６による操作音、アラーム音等も出力できる。

上記無線通信部１２２は、携帯電話網における基地局１４０と無線通信を行う。かかる無線通信としては、基地局１４０内でフレームを時分割した複数のタイムスロットをそれぞれ携帯端末１００のチャネルに割り当てて通信を行う時分割多重方式等がある。

上記二次電池１２４は、ニッケル水素電池や鉛蓄電池、リチウムイオン電池等で構成される。例えば、一般に用いられるリチウムイオン電池は、電解質中のリチウムイオンが電気伝導を担い、電池内に金属リチウムを含まない。二次電池１２４は、電池容量が少なくなるもしくはなくなったとしても、充電を行うことで再度電池として使用することができる。

上記固定部１２６は、二次電池１２４を携帯端末１００に固定する。

上記充電回路１２８は、外部から受電した電力を利用して二次電池１２４を充電する。特に、充電する二次電池１２４がリチウムイオン電池である場合、充電回路１２８は、リチウムイオン電池の蓄電量に応じてその充電電力を制御する制御回路を含んでいる。例えば、制御回路では、目標電圧値を４．２Ｖに設定し、その設定した電圧に端子電圧が達すると、充電を停止する。また、放電により端子電圧が３．９Ｖまで下がると、充電停止状態が解除されて、再度充電が可能になる。

上記検知部１３０は、二次電池１２４が固定部１２６に固定された状態で、所定部位の平面垂直方向の変形が所定量の変形に達したかどうかを常時検知する。なお、検知部１３０の詳細な構成については後述する。

上記プロセス変更部１３２は、充電の停止や充電時間の短縮といった充電プロセスの変更を行う。プロセス変更部１３２は、このような充電プロセスの変更を行うことで二次電池１２４のさらなる変形を停止もしくは緩和する。

上記報知部１３４は、表示部１１４における「電池が膨らんでいます」等のテキストメッセージや音声出力部１２０における「電池が膨らんでいます」等の音声を通じて、二次電池１２４の所定部位の変形が所定量の変形に達したことをユーザに報知する。

図３は、報知部１３４による報知例を説明するための斜視図である。ここで報知部１３４は、表示部１１４を通じてメッセージを報知し、二次電池１２４が所定量の変形を検知すると、表示部１１４に「電池が膨らんでいます」というメッセージを表示して、その旨ユーザに伝達している。

続いて、上述した携帯端末１００における二次電池１２４嵌合の具体的な構成を説明する。

図４は、携帯端末１００の二次電池１２４の嵌合を示す組み立て図である。ここでは、携帯端末１００の第２筐体１６２裏側に設けられた固定部１２６に二次電池１２４を嵌合し、さらにその外側を二次電池保護蓋１７０が覆う構成が説明されている。二次電池１２４が固定部１２６に固定されることで、充電回路１２８と二次電池１２４とが電気的に接続され、充電回路１２８による二次電池１２４の充電が可能となる。

ここで、二次電池保護蓋１７０は、二次電池１２４の脱落、および比較的熱を帯びた二次電池１２４にユーザが接触するのを防止している。

図４を参照すると固定部１２６側に設けられた検知部１３０が、二次電池１２４の所定部位１３６と重なるので、二次電池１２４の所定量変形を検知できることが理解できる。

図５は、上述した二次電池１２４の断面図である。特に図５（ａ）では、購入した直後の外観およびＢ-Ｂ断面を、図５（ｂ）では経時により変形してしまった外観およびＣ-Ｃ断面を示している。

図５（ａ）における二次電池１２４のＢ-Ｂ断面は、各辺が直線となる長方形の形状をしているが、充電を繰り返し実施して変形してしまった図５（ｂ）の二次電池１２４のＣ-Ｃ断面は、短手方向に中膨れしており、樽形の形状になっている。従って図５（ｂ）の二次電池１２４は、携帯端末１００内に装着したまま使用し続けると固定部１２６や二次電池保護蓋１７０を圧迫し、ついにはそれらを破壊してしまう可能性がある。そこで、本実施形態では、固定部１２６や二次電池保護蓋１７０の破壊に至らないように上述した検知部１３０で事前にその変形を検知している。以下、検知部１３０による所定量の変形の検知構造を詳細に説明する。

図６は、検知部１３０を説明するための図２Ａ-Ａ断面図である。ここでは、検知部１３０として、二次電池１２４の所定部位の変形方向に配されるスイッチを用いている。また、ここでは理解を容易にするため、二次電池１２４、検知部１３０、第２筐体１６２、二次電池保護蓋１７０のみを挙げてその構成を説明する。

図６（ａ）に示すように、検知部１３０が設けられていない従来の構成では、二次電池１２４の変形を妨げる手段が何ら存在しないので、二次電池１２４は変形し続け、ついには、二次電池保護蓋１７０を押圧するようになる。このような状況下では、二次電池保護蓋１７０を一旦第２筐体１６２から取り外すと、二次電池保護蓋１７０を元のように第２筐体１６２に取り付けることができなくなってしまう。

本実施形態では、図６（ｂ）のように、検知部１３０が二次電池１２４の所定部位１３６に対応した位置に設けられる。ここでは、二次電池１２４がまだ変形していないので、検知部１３０は何ら反応しない。

二次電池１２４は、充電を繰り返すことで膨張し、特に所定部位１３６において変形が生じる場合がある。図６（ｃ）に示すように所定量の変形が生じると検知部１３０が押圧されその変形を検知し、プロセス変更部１３２が動作する。かかるプロセス変更部１３２により充電回路１２８の充電プロセスが変更され、二次電池１２４の変形が止められる。ただし、充電プロセスを変更したからといって変形した二次電池１２４が元に戻るわけではないので、二次電池１２４を交換しない限り、検知部１３０は所定量の変形を検知し続けることになる。

図７は、検知部の他の例を説明するための図２Ａ-Ａ断面図である。ここで検知部は、図７（ａ）に示すように、二次電池１２４の所定部位１３６表面に設けられた金属１８２と、固定部１２６側に設けられた金属１８４とで構成されている。

固定部１２６側に設けられた金属１８４には常時微電流が流され、その金属間の電気抵抗が測定される。二次電池１２４が膨らんでいない図７（ａ）の状態では、非常に高い電気抵抗値が示される。そして、図７（ｂ）のように、二次電池１２４に設けられた金属１８２が固定部１２６側の２つの金属１８４にいずれも接触すると固定部１２６側の２つの金属１８４が導通し、その間の金属抵抗が０（ゼロ）になる。このような電気抵抗の変化により検知部は、所定量の変形を検知することができる。

図８は、検知部のさらに他の例を説明するための図２Ａ-Ａ断面図である。ここで検知部は、図８（ａ）に示すように、発光部１９０と、二次電池１２４の所定部位１３６に設けられ発光部１９０からの光を反射する反射部１９２と、反射された光を受光する受光部１９４とを含んで構成される。

発光部１９０は、反射部１９２に向けて光を発光し、反射部１９２は、その光を反射させ、受光部１９４は、反射部１９２が反射した光を受光する。検知部では、かかる状態における受光部１９４の受光量を計測および保持する。図８（ｂ）のように二次電池１２４が変形すると、発光部１９０および受光部１９４と反射部１９２との距離が短くなり、受光部１９４の受光量が変化する。その受光量が所定値を上回ったら所定量の変形と判断する。

図９は、検知部のさらに他の例を説明するための図２Ａ-Ａ断面図である。ここで検知部は、発光部１９６と、発光部１９６からの光路が二次電池１２４の変形により遮断される位置に配された受光部１９８とを含んで構成される。

上記発光部１９６が発した光は、受光部１９８が直接受光する。図９（ａ）のように二次電池１２４の所定部位１３６の変形量が所定量まで達していなければ、発光部１９６が発した光は、受光部１９８が受光し続ける。しかし、図９（ｂ）のように、発光部１９６が発した光が受光部１９８で受光できなくなれば、所定部位１３６の変形量は、所定量に達しているので光を遮っていると判断する。従って、検知部は、二次電池１２４の変形量が所定量であると検知する。

図１０は、プロセス変更部１３２の動作、特に目標電圧値の変更動作を説明するための説明図である。二次電池１２４が所定量まで達しない場合、検知部１３０は何ら反応せず、二次電池１２４の充電は、図１０（ａ）に示すように端子電圧が目標電圧値に達した時点（充電容量が所定量になった時点）で終了する。

しかし、検知部１３０が、二次電池１２４の所定量の変形を検知した場合、図１０（ｂ）に示すように、目標電圧値が低く設定変更される。例えば、プロセス変更部１３２は、検知部検知前の目標電圧値である４．２Ｖを検知後は４．０Ｖに変更する。目標電圧値を下げると、端子電圧の最終値が下がる。高電圧（例えば、４．２Ｖ）充電状態での充電時間を減少させることで、化学反応を抑えることができると共に、端子電圧が目標電圧値に早く達することとなり、充電時間を短縮することができる。よって二次電池１２４の変形量の進行を抑止できる。

図１１は、プロセス変更部１３２の動作、特に停止電流値の変更動作を説明するための説明図である。二次電池１２４が所定量まで達しない場合は、検知部１３０は何ら反応せず、二次電池１２４の充電は、図１１（ａ）に示すように、充電電流が停止電流値まで下がった時点で終了する。

しかし、検知部１３０が、二次電池１２４の所定量の変形を検知した場合、図１１（ｂ）に示すように、停止電流値が高く設定変更される。例えば、プロセス変更部１３２は、検知部検知前の停止電流値である５ｍＡを検知後は２０ｍＡに変更する。停止電流値を高く設定すると、充電電流が停止電流値に早く到達することとなり、充電時間を短縮することができる。よって二次電池１２４の変形量の進行を抑止できる。

また、プロセス変更部１３２は、充電を強制的に停止したり、充電時間を短縮したりすることができる。充電の停止や充電時間の短縮化により、二次電池１２４への充電自体が抑制されるので熱量の発生を著しく抑えることができ、二次電池１２４の変形量を停止もしくは緩和することができる。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

本発明は、二次電池の変形量の検知が可能な電子機器に利用することができる。

本実施形態における携帯端末の機能を示した機能ブロック図である。本実施形態における携帯端末の概略的な構成を説明するための外観斜視図である。本実施形態における報知部による二次電池の変形の報知処理を説明するための斜視図である。本実施形態における携帯端末の二次電池の嵌合を示す組み立て図である。本実施形態における二次電池の変形前後の断面図である。本実施形態における検知部を説明するための図２Ａ-Ａ断面図であるである。本実施形態における検知部の他の例を説明するための図２Ａ-Ａ断面図である。本実施形態における検知部のさらに他の例を説明するための図２Ａ-Ａ断面図である。本実施形態における検知部のさらに他の例を説明するための図２Ａ-Ａ断面図である。本実施形態におけるプロセス変更部の目標電圧値動作である。本実施形態におけるプロセス変更部の停止電流値動作である。

符号の説明

１００ …携帯端末
１１４ …表示部
１２０ …音声出力部
１２４ …二次電池
１２６ …固定部
１２８ …充電回路
１３０ …検知部
１３２ …プロセス変更部
１３４ …報知部
１３６ …所定部位
１７０ …二次電池保護蓋
１８２、１８４ …金属
１９０、１９６ …発光部
１９２ …反射部
１９４、１９８ …受光部

Claims

二次電池と、
前記二次電池を固定する固定部と、
前記二次電池を充電する充電回路と、
前記二次電池の所定部位における所定量の変形を検知する検知部と、
前記二次電池の充電中に前記所定量の変形を前記検知部が検知すると前記充電回路による前記二次電池の充電プロセスを変更するプロセス変更部と、
を備え、
前記検知部は、発光部と、前記二次電池の所定部位に設けられ該発光部からの光を反射する反射部と、該反射された光を受光する受光部とで構成され、前記二次電池の変形による受光量の変化で所定量の変形を検知することを特徴とする、電子機器。
二次電池と、
前記二次電池を固定する固定部と、
前記二次電池を充電する充電回路と、
前記二次電池の所定部位における所定量の変形を検知する検知部と、
前記二次電池の充電中に前記所定量の変形を前記検知部が検知すると前記充電回路による前記二次電池の充電プロセスを変更するプロセス変更部と、
を備え、
前記検知部は、発光部と、該発光部からの光路が前記二次電池の変形により遮断される位置に配された受光部とからなることを特徴とする、電子機器。
前記プロセス変更部が機能した場合、前記二次電池の変形が所定量に達したことを報知する報知部をさらに備えることを特徴とする、請求項１または２に記載の電子機器。
前記充電プロセスの変更は、充電の停止であることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載の電子機器。
前記充電プロセスの変更は、前記二次電池の充電完了条件となる目標電圧値、停止電流値、充電時間の群から選択される１または２以上の値の変更であることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載の電子機器。