特許 7228501 充電装置を備えた電子機器

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-02-15

(45)【発行日】2023-02-24

(54)【発明の名称】充電装置を備えた電子機器

(51)【国際特許分類】

   H02J 7/34 20060101AFI20230216BHJP

   H02J 7/02 20160101ALI20230216BHJP

   H02J 7/00 20060101ALI20230216BHJP

   H01M 10/44 20060101ALI20230216BHJP

   H01M 10/48 20060101ALI20230216BHJP

   H01M 10/0562 20100101ALI20230216BHJP

   H01M 10/0566 20100101ALI20230216BHJP

   H01M 10/052 20100101ALI20230216BHJP

【ＦＩ】

H02J7/34 B

H02J7/02 G

H02J7/02 J

H02J7/00 302C

H01M10/44 P

H01M10/48 P

H01M10/0562

H01M10/0566

H01M10/052

【請求項の数】 6

(21)【出願番号】P 2019215177

(22)【出願日】2019-11-28

(65)【公開番号】P2021087307

(43)【公開日】2021-06-03

【審査請求日】2022-05-11

(73)【特許権者】

【識別番号】000001960

【氏名又は名称】シチズン時計株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100099759

【弁理士】

【氏名又は名称】青木 篤

(74)【代理人】

【識別番号】100123582

【弁理士】

【氏名又は名称】三橋 真二

(74)【代理人】

【識別番号】100114018

【弁理士】

【氏名又は名称】南山 知広

(74)【代理人】

【識別番号】100180806

【弁理士】

【氏名又は名称】三浦 剛

(74)【代理人】

【識別番号】100151459

【弁理士】

【氏名又は名称】中村 健一

(72)【発明者】

【氏名】渡辺 滋

(72)【発明者】

【氏名】加藤 明

(72)【発明者】

【氏名】木戸口 明日美

【審査官】田中 慎太郎

(56)【参考文献】

【文献】特開平０９－０９００６４（ＪＰ，Ａ）

【文献】実開昭６４－００２５３６（ＪＰ，Ｕ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０２Ｊ ７／３４

Ｈ０２Ｊ ７／０２

Ｈ０２Ｊ ７／００

Ｈ０１Ｍ １０／４４

Ｈ０１Ｍ １０／４８

Ｈ０１Ｍ １０／０５６２

Ｈ０１Ｍ １０／０５６６

Ｈ０１Ｍ １０／０５２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

発電手段に並列に接続された主電池及び副電池と、
前記主電池と前記副電池とのいずれか一方あるいは両方から電力供給される駆動回路と、
前記発電手段による前記主電池及び前記副電池への充電を制御すると共に、前記電力供給を制御する制御部と、
前記主電池と前記副電池とのいずれか一方の電圧を検出する電圧検出部と、
を有し、
前記制御部は、
前記副電池の電圧値が上昇して第１閾値に達するまでは、前記副電池のみに充電を行い、
前記副電池の電圧値が前記第１閾値に達した後に、
前記主電池と前記副電池とでそれぞれ定める所要充電容量に基づき、
前記主電池及び前記副電池への充電を時分割で行う、
ことを特徴とする電子機器。

【請求項2】

前記主電池の前記所要充電容量は、
予め定めた期間に渡り前記駆動回路を駆動するために必要な最低駆動容量であり、
前記副電池の前記所要充電容量は、
前記第１閾値からあらかじめ定めた前記第１閾値より高い第２閾値まで前記副電池を充電させるために必要な容量であることを特徴とする請求項１に記載の電子機器。

【請求項3】

前記制御部は、前記副電池の電圧値が上昇し前記第２閾値に達した時に、前記主電池及び前記副電池への充電を並列で行うか、前記副電池を前記発電手段から電気的に切断し前記主電池のみを充電することを特徴とする、
請求項２に記載の電子機器。

【請求項4】

前記主電池が前記駆動回路を駆動する際、前記主電池の電圧が低下して前記第２閾値に達した時に、前記主電池を前記駆動回路から分離し、前記副電池が前記駆動回路を駆動する、請求項２または３に記載の電子機器。

【請求項5】

前記主電池は、前記副電池よりも放電容量の変化に対する電圧の変化がなだらかな充放電特性を有する、請求項１乃至４のいずれか一項に記載の電子機器。

【請求項6】

前記主電池は、液系リチウム電池であり、
前記副電池は、全固体型電池またはコンデンサである、
請求項１乃至５のいずれか一項に記載の電子機器。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、充電装置を備えた電子機器に関する。

【背景技術】

【0002】

発電部で発電された電力により充電される二次電池を搭載した電子時計において、充電される電力より消費電力が大きければ二次電池の電池電圧は徐々に下がっていく。例えば、チタン酸系リチウム二次電池（正極：コバルト酸化物系、負極：チタン酸化物系）の場合、定格電圧２．４［Ｖ］まで充電した後、回路を動作させることにより、電池電圧は徐々に低下し、動作限界電圧である１．５［Ｖ］程度になったときに回路動作は完全停止する。回路動作が停止した後に二次電池の充電を開始すると、充電量に伴って電圧は上昇していき、所定の電圧を超えたときに回路の連続動作が可能となる。

【0003】

多くの二次電池には何らかの経時劣化が存在し、特に、低電圧状態に長時間放置されると過放電劣化が生じる場合がある。そのため、二次電池は、出来るだけ放電末期まで使用せずに、充放電特性において、放電容量の変化に対する電圧の変化がなだらかな領域で放電を止めておくことが望ましい。

【0004】

特許文献１には、過充電や過放電の状態になると早期劣化が懸念される鉛蓄電池に対して、並列に鉛蓄電池に比べて出力密度又はエネルギー密度の高い第２蓄電池を備え、発電機及び鉛蓄電池と第２蓄電池（リチウムイオン電池）との間に第１スイッチが接続され、第１スイッチと並列に整流手段が接続され、第２蓄電池に対して直列に第２スイッチが接続される車載電源装置が記載されている。これにより、第１、第２スイッチの制御により鉛蓄電池と第２蓄電池（リチウムイオン電池）を適正範囲から外れないようにして、鉛蓄電池及び第２蓄電池（リチウムイオン電池）の早期劣化を抑制している。

【0005】

特許文献１では、鉛蓄電池だけでなくリチウムイオン電池も過充電や過放電の状態による早期劣化が生じるため、双方の電池にとって適正範囲になるような制御を行うが、長期間に渡って発電が無い場合には双方の電池電圧が低下してしまうため、過放電状態となる事は避けられず双方の電池を劣化させてしまう。また、電池電圧に応じて細かな制御が必要であるが、リチウムイオン電池の充電時には充電分極に起因して見かけ上の電圧が上昇してしまう。このとき、電圧の上昇に基づいて充電量が十分であると判断して回路動作を開始すると、実際にはリチウムイオン電池への充電量が不十分であるため、短時間のうちに駆動回路により電力が消費されて、リチウムイオン電池の電圧は駆動回路を駆動可能な電圧以下となり、再度駆動回路が停止する。従って、このような駆動回路の停止と再起動が短時間のうちに繰り返されるという現象が生じる。このように、充電後に駆動回路を再起動するか否かをリチウムイオン電池の電圧に基づいて判断することが難しいという問題がある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【文献】特開２０１１-１７６９５８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

本開示の実施形態に係る電子機器は、長期間に渡って発電が無い場合であっても主電池が過放電状態になる事を防止し、充電時における正確な電池の充電容量を検知することで、安定して駆動回路を動作させることが可能な電子機器を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本開示の実施形態に係る電子機器は、発電手段に並列に接続された主電池及び副電池と、主電池と副電池とのいずれか一方あるいは両方から電力供給される駆動回路と、発電手段による主電池及び副電池への充電を制御すると共に、電力供給を制御する制御部と、主電池と副電池とのいずれか一方の電圧を検出する電圧検出部と、を有し、制御部は、副電池の電圧値が上昇して第１閾値に達するまでは、副電池のみに充電を行い、副電池の電圧値が第１閾値に達した後に、主電池と副電池とでそれぞれ定める所要充電容量に基づき、主電池及び副電池への充電を時分割で行う、ことを特徴とする。

【0009】

また、本開示の実施形態に係る電子機器において、主電池の所要充電容量は、予め定めた期間に渡り駆動回路を駆動するために必要な最低駆動容量であり、副電池の所要充電容量は、第１閾値からあらかじめ定めた第１閾値より高い第２閾値まで副電池を充電させるために必要な容量であることが好ましい。

【0010】

また、本開示の実施形態に係る電子機器において、制御部は、副電池の電圧値が上昇し第１閾値より高い第２閾値に達した時に、主電池及び副電池への充電を並列で行うか、副電池を発電手段から電気的に切断し主電池のみを充電することが好ましい。

【0011】

また、本開示の実施形態に係る電子機器において、主電池が駆動回路を駆動する際、主電池の電圧が低下して第２閾値に達した時に、主電池を駆動回路から分離し、副電池が駆動回路を駆動することが好ましい。

【0012】

また、本開示の実施形態に係る電子機器において、主電池は、副電池よりも放電容量の変化に対する電圧の変化がなだらかな充放電特性を有することが好ましい。

【0013】

また、本開示の実施形態に係る電子機器において、主電池は、液系リチウム電池であり、副電池は、全固体型電池またはコンデンサであることが好ましい。

【発明の効果】

【0014】

本開示の実施形態に係る電子機器によれば、長期間に渡って発電が無い場合であっても主電池が過放電状態になる事を防止し、充電時における正確な電池の充電容量を検知することで、安定して駆動回路を動作させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】本開示の実施形態に係る電子機器の構成図である。

【図2】本開示の実施形態に係る電子機器を構成する二次電池の放電曲線の例であり、（ａ）は主電池の放電曲線の例であり、（ｂ）は副電池の放電曲線の例である。

【図3】本開示の実施形態に係る電子機器の動作手順を説明するためのフローチャートである。

【図4】本開示の実施形態に係る電子機器のスイッチの制御信号、主電池、副電池及び電圧検出部の電圧、並びに電圧検出信号のタイミングチャートである。

【図5】本開示の実施形態の他の例に係る電子機器を構成する二次電池の放電曲線であり、（ａ）は主電池の放電曲線の例であり、（ｂ）は副電池の放電曲線の例である。

【発明を実施するための形態】

【0016】

以下、図面を参照して、本発明に係る電子機器について説明する。ただし、本発明の技術的範囲はそれらの実施の形態には限定されず、特許請求の範囲に記載された発明とその均等物に及ぶ点に留意されたい。

【0017】

図１に、本開示の実施形態に係る電子機器の構成図を示す。本開示の実施形態に係る電子機器１００は、発電手段１と、主電池２と、副電池３と、制御部４と、電圧検出部５と、を有する。主電池２及び副電池３は、発電手段１に並列に接続されている。７は逆流防止ダイオードである。

【0018】

発電手段１として、例えば、太陽電池を使用した光発電手段、熱電変換素子を使用した温度差発電手段、または電磁誘導発電機を使用した力学的発電手段を用いることができる。ただし、このような例には限られず、他の発電手段を用いるようにしてもよい。

【0019】

主電池２は、例えば、液系リチウム二次電池（電池）であり、コイン型の形状を備え、負極にチタン酸化物系、正極にコバルト酸化物系の材料を有する。

【0020】

副電池３は、例えば、全固体型二次電池（電池）であり、チップ型（約４［ｍｍ］角）の形状を備え、負極に、チタン酸化物系、若しくはリン酸チタン系材料を有し、正極に、リン酸バナジウム系、若しくはリン酸コバルト系、あるいはリン酸マンガン系材料を有する。ただし、副電池３は、コンデンサであってもよい。さらに副電池３はチップ型の形状を有することが好ましい。チップ型とすることにより副電池のサイズを小型化することができ、腕時計等の小型の電子機器にも容易に搭載することができる。

【0021】

主電池２は、副電池３よりも容量が大きいことが好ましい。

【0022】

図２に本開示の実施形態に係る電子機器を構成する二次電池の放電曲線の例を示す。図２（ａ）は主電池の放電曲線の例であり、図２（ｂ）は副電池の放電曲線の例を示す。図２（ａ）に示すように主電池の放電曲線は、放電容量の変化に対する電圧の変化がなだらかな充放電特性を有していて、放電容量により電池電圧に大きな変化は無いが、ある一定電圧を下回ると急速に電圧がドロップし放電することができなくなる。以下では、放電曲線の放電容量に対し電圧の変化がなだらかな領域を平坦領域と呼び、急速に電圧ドロップを起こしている領域をドロップ領域と呼ぶ。

【0023】

主電池２の残存容量が減少し運針限界電圧（例えば１．５［Ｖ］）を下回ると、時計の計時部や駆動部を駆動できず、全ての計時機能が停止し計時データが失われる。更に、主電池２の電池電圧がドロップ領域の値で放置されると、残存容量の非常に少ない領域のため、自己放電や微小な漏れ電流などにより電池電圧はさらに低下してしまい、主電池２の過放電劣化が進行することになる。一方で副電池３は、全固体リチウム電池等のような全固体型の二次電池を用いるために、電解液に起因する過放電による性能劣化や充電時の分極の発生を抑制でき、主電池２のような特性劣化が極めて小さい。図２（ｂ）に示すように副電池の放電曲線は、放電容量に対する電圧の変化が主電池よりも大きい充放電特性を有することが好ましい。

【0024】

さらに、主電池の平坦領域に対応する電圧（例えば、第１の値）が、副電池の放電曲線に対応する範囲の電圧に含まれるという条件を満たす必要がある。この条件を満たす場合、主電池と副電池が同じ電圧で駆動回路を駆動することができ、駆動回路の駆動電源を主電池と副電池との間で切り替えることができる。図２（ａ）、（ｂ）で示した例では、主電池及び副電池は、共通の電圧２．３～２．５［Ｖ］の範囲で、駆動回路の動作を主電池と副電池との間で切り替えることができる。ここで、主電池２と副電池３とを切り替える電圧値は、主電池２の放電特性において、ドロップ領域の最大電圧値よりマージン電圧分だけ高い電圧値であり、以下では第１の値として説明する。マージン電圧は、主電池２の個体特性とそのバラツキ幅、温度特性、電圧検出部の測定誤差、等を考慮して定めた電圧であり、例えば０.０２［Ｖ］としても良い。従って図２（ａ）において第１の値は、ドロップ領域寄りの平坦領域における電圧範囲となる。

【0025】

主電池２にはスイッチＳ１が直列に接続され、副電池３にはスイッチＳ２が直列に接続され、スイッチＳ１及びＳ２は、発電手段１からの充電や駆動回路６の駆動を制御することができる。主電池２の電圧は、駆動回路６を駆動することにより、図２（ａ）の矢印（１）のように徐々に低下する。

【0026】

制御部４は、主電池２に接続されたスイッチＳ１をオン／オフするための制御信号ＳＣ１、及び、副電池３に接続されたスイッチＳ２をオン／オフするための制御信号ＳＣ２により、発電手段１から、主電池２及び副電池３への充電を制御する。また、制御部４は、制御信号ＳＣ３によりスイッチＳ３をオン／オフし、駆動回路６である計時部の駆動を制御する。また、制御部４は、制御信号ＳＣ４によりスイッチＳ４を制御して、主電池２及び副電池３のいずれを電圧検出部５により測定するかを選択することもできる。

【0027】

次に、本開示の実施形態に係る電子機器の動作について説明する。図３に本開示の実施形態に係る電子機器の動作手順を説明するためのフローチャートを示す。ここでは、発電手段１により主電池２及び副電池３が、すでに充電されているものとして説明する。スイッチＳ１、Ｓ３がオン状態、スイッチＳ２がオフ状態、スイッチＳ４はＶ１に接続されており、主電池２の電圧検出値が第１の値よりも大きい場合には、この状態が維持され主電池２によって計時部６が駆動される。この際、スイッチＳ２をオン状態にして、主電池２と副電池３とで計時部６を駆動し、発電手段１で発電した電力を並列して充電しても良い。

【0028】

ステップＳ１０１において、主電池２が駆動回路６を駆動することにより、主電池２の電圧が低下し、第１の値になった時に、スイッチＳ１をオフ、Ｓ２及びＳ３をオンとすることにより、主電池２を駆動回路６から分離し、駆動回路６の駆動電源を副電池３に切り替え、電圧検出部５が検出する電圧も主電池２から副電池３に切り変わる。このとき、主電池２の放電は停止し、主電池２の電圧は、平坦領域上の第１の値に維持される。このため、主電池２が完全に放電して、過放電により劣化するというリスクを低減することができ、主電池２の寿命を伸ばすことができる。

【0029】

次に、ステップＳ１０２において、副電池３のみで駆動回路６を駆動する。このとき、副電池３の電圧は、図２（ｂ）の矢印（２）で示すように低下するが、先に述べた様にどの電池電圧で長い期間維持されたとしても副電池３の性能劣化は生じない。また副電池３は、主電池２の様に放電特性が平坦ではなく傾きを持っているため、電力消費に応じた電池電圧の低下を把握し易い利点もある。これにより電力の消費状況に合わせて、時計機能の制限を段階的に実施したり、使用者に対して電池の充電レベルが低下したことを示す警告表示をきめ細かく行うことが可能になる。警告表示の一例として、通常の１秒ごとの秒針の運針とは異なり、２秒ごとに１回秒針が進む変則的な運針をするなどの方法がある。

【0030】

次に、ステップＳ１０３において、副電池３の電圧が駆動回路６を駆動する限界の電圧（例えば、運針限界電圧）である第２の値（例えば、１．５［Ｖ］）となったとき、スイッチＳ３をオフすることにより、システムを停止する。このとき、スイッチＳ１はオフ、Ｓ２はオンとなっており、副電池３のみが発電手段１に接続されている。

【0031】

次に、ステップＳ１０４において、発電手段１が発電を開始した場合、充電再開により副電池３のみを再充電する。このとき、副電池３の電圧は、図２（ｂ）の矢印（３）で示すように徐々に増加するが、例えば太陽電池による充電などでは、常に安定した電力が供給されるわけではないため、駆動可能電圧になったとしても電圧の変動が懸念される。そこで、駆動回路６を復帰させる際は、駆動可能電圧に対して予め定めた電圧マージンを加えている。従って、第２の値ではＳ１はオフ、Ｓ２はオン、Ｓ３はオフである。

【0032】

次に、ステップＳ１０５において、副電池３の電圧が第２の値よりも十分高い電圧値である第３の値（例えば、１．８［Ｖ］）となったときに、スイッチＳ３をオン状態とすることにより副電池３による駆動回路６の駆動を再開する。なお、この場合も、電圧値が第１の値に達するまでは、先に述べた充電警告表示等をして使用者に充電を促すことが望ましい。

【0033】

更に、ステップＳ１０６において、副電池３の電圧が、図２（ｂ）の矢印（４）で示すように、第３の値となったときに主電池２との時分割充電を開始する。即ち、制御部４は、副電池３の電圧値が第３の値（第１閾値）に達するまでは、副電池３のみへの充電を行い、副電池３の電圧値が第３の値（第１閾値）に達した後に、主電池２及び副電池３がそれぞれ必要とする充電容量の比に基づいて、主電池２及び副電池３への充電を時分割で行う。時分割充電は、副電池３の電圧が第１の値（第２閾値）に達するまで継続する。

【0034】

上記では、副電池３の電圧が第３の値に達したとき、副電池３による駆動回路６の駆動開始と、主電池２及び副電池３への時分割充電を開始することとして説明したが、これには限られない。例えば、副電池３の電圧が第３の値に達したときに副電池３による駆動回路６の駆動を開始し、副電池３の電圧が第４の値（例えば、２.０［Ｖ］）に達したときに主電池２及び副電池３への時分割充電を開始することとしても良い。この場合、第４の値が第１閾値となる。これにより、副電池３の電圧が第３の値から第４の値に至るまでは、副電池３のみに充電されるため蓄電量を速く向上させる事ができ、駆動回路６を安定して駆動することが可能になる。また、発電手段１が太陽電池の場合に、蛍光灯などの光が時計にあたって発電量が少ない状態であっても、副電池３の蓄電量を向上させて、駆動回路６を駆動することができる。

【0035】

上記のように主電池２及び副電池３への時分割充電を行わず、副電池３のみに充電を行い、副電池３の電圧が上昇して第１の値に達した時に、副電池３から主電池２に切り替え充電を行うと、主電池２では分極現象により真に蓄電された電圧よりも高い電圧が見かけ上検出され、あたかも高い蓄電量があるかのごとく電池電圧が表示されるが、主電池２は副電池３に切り替わる前の蓄電量が保持された状態であり、電力消費に伴い電池電圧がすぐにドロップしてしまうため、発電手段１の発電が滞ると短時間で駆動回路６が停止してしまう虞がある。

【0036】

特に発電手段１が太陽電池の場合は、光が照射される時間が安定して継続するとは限らず、短時間の発電しか行われないことも珍しくない。発電期間が短いと主電池２の蓄電量は増えないが、上記の理由によりあたかも高い蓄電量があるかのごとく電池電圧量が検出され、電池容量表示が行われる。特に、使用する頻度が少なく発電の機会も少ない時計は、電池電圧が低下して電波受信などの重負荷となる機能が制限されて、時刻ずれを発生していることが多く、場合によってはシステムが停止して時刻情報が失われていることもある。従って、発電により主電池２の電池容量がある程度回復すると、電波受信を実施して時刻情報を取得する可能性が高い。しかし実際は、主電池２に十分な電池容量は無いため、電波受信も完遂されず、場合によってはシステムが再度停止してしまう。

【0037】

上記の不安定な動作を防止するために、発電手段１の発電が継続し副電池３の充電量が向上したことにより、駆動回路の電力供給源を直ぐに主電池２に切り替えるのではなく、予め定めた期間に渡り駆動回路を駆動するために必要な主電池２の充電容量を最低駆動容量として求め、副電池３と主電池２とを時分割で交互に充電して、主電池２に最低駆動容量を充電できた時点で、駆動回路の電力供給源を副電池３から主電池２に切り替える。主電池２に最低駆動容量が蓄電されたか否かは、副電池３の電圧を検出することで時分割充電の比率から推定可能である。ここで最低駆動容量は、例えば１週間に渡り駆動回路を駆動するために必要な主電池２の容量である。

【0038】

主電池２と副電池３とに対する時分割充電の時間比率は、以下の様に定めるのが望ましい。例えば最低駆動容量が０．３［ｍＡｈ］であり、副電池３を第４の値２.０［Ｖ］から第１の値２．３５［Ｖ］に充電した時の充電容量が０．１［ｍＡｈ］であるとする。主電池２の１サイクル当たりの充電時間ｔ₁を、副電池３の１サイクル当たりの充電時間ｔ₂の３倍となるように時分割充電することで、時分割充電によって副電池３が２.０［Ｖ］から２．３５［Ｖ］に電圧が向上したときには、副電池３には０．１［ｍＡｈ］が充電され、主電池２には０．３［ｍＡｈ］が充電されている事になる。つまり主電池２の充電量は副電池３の電池電圧を検出する事によって、主電池２に最低駆動容量を充電できたか否かを判定する事が可能になる。従って、副電池３の電圧が２．３５［Ｖ］に充電されたタイミングで、駆動回路の電力供給源を副電池３から主電池２に切り替えた場合に、主電池２は充電した最低駆動容量によって少なくとも１週間に渡り駆動回路を駆動することが可能になる。

【0039】

即ち、主電池２と副電池３とに対する時分割充電の時間比率を定めるためのそれぞれの所要充電容量について、主電池２の所要充電容量は、予め定めた期間に渡り主電池２が駆動回路を駆動するために必要な最低駆動容量であり、副電池３の所要充電容量は、第１閾値からあらかじめ定めた第２の値（第１閾値）より高い第１の値（第２閾値）まで副電池３を充電させるために必要な容量といえる。この主電池２と副電池３の所要充電容量の比率によって、時分割充電の時間比を設定する。そして、駆動回路の電力供給源を副電池３から主電源２に切り替えるための電圧検出において、真の蓄電量を把握できない主電池２の電圧検出は行わず、副電池３の電圧に基づいて主電池２に蓄えられる充電量を推定して切り替えを行なうことで、復帰後の不安定な動作を防止することが可能になる。

【0040】

図４は、本開示の実施形態に係る電子機器が時分割充電を行う際の各スイッチの制御信号、主電池、副電池及び電圧検出部の電圧、並びに電圧検出信号のタイミングチャートであり、発電により副電池３の充電量が増して第２の値に達し、時分割充電により主電池２と副電池３とに充電が行われる場合の制御動作を示している。ＳＣ１及びＳＣ２は、それぞれ主電池２及び副電池３に接続されたスイッチＳ１及びＳ２の制御信号であり、ハイ（「１」）のときに各スイッチがオン状態となる。Ｖ１は主電池２の電圧であり、Ｖ２は副電池３の電圧である。ＳＣ４は、電圧検出のためのスイッチＳ４の制御信号であり、ロウ（「０」）でＶ１に接続し、ハイ（「１」）ではＶ２に接続する。電圧検出信号は、電圧検出部５においてスイッチＳ４の選択した電圧を検出する制御信号で有り、ハイ（「１」）の時に電圧検出を行う。ＢＤ１は電圧検出部への入力電圧を示しており、電圧検出部５で計測された電圧に基づき、駆動回路や計時回路の電源制御を行う。

【0041】

時分割駆動を開始する時点では、駆動回路６は副電池３により駆動された状態となっている。即ち、駆動回路６に直列に接続されたスイッチＳ３を制御する信号ＳＣ３はハイとなっている。

【0042】

以下、図４について説明する。発電手段１により発電が生じると、ＳＣ１とＳＣ２の制御信号により主電池２と副電池３に充電が行われる。ここで、ＳＣ１の１サイクル当たりの充電時間をｔ₁、ＳＣ２の１サイクル当たりの充電時間をｔ₂とすると、先に述べたように、主電池２に充電する最低駆動容量と、第３の値（もしくは第４の値）から第１の値まで副電池３を充電させるために必要な容量との比率によってｔ₁とｔ₂は定まり、ここではｔ₁をｔ₂の３倍としている。

【0043】

時分割充電により、副電池３の電圧Ｖ２は時間経過とともに上昇するが、主電池２の電圧Ｖ１は分極現象により見かけの電圧が急上昇する。電圧検出部５は、定期的に電圧検出信号とＳＣ４に基づいてＶ２の電圧値を検出しており、この検出電圧がしきい値電圧（例えば第１の値）以上になると、スイッチＳ４はＶ１の検出に切り替わり、検出電圧に応じて駆動回路６や計時回路の電源制御を行い、例えば重負荷機能の駆動を許可する制御を行う。これに伴い駆動回路や計時回路の電源供給は、副電池３から主電池２に切り替わる。

【0044】

ここでは、しきい値電圧を第１の値としているが、Ｖ２とＶ１が同値あるいは近い値の電圧を選択すれば良く、駆動回路の電源供給が副電池３から主電池２に切り替わりの前後で、電源供給する電圧が急激に変化しないため、電源制御を複雑にせずに済む。また、主電池２の電圧Ｖ１は分極現象のため、どの程度蓄電されているのかが不明であるが、時分割充電により時間分割比に基づきＶ１が充電されているため、駆動回路に電力供給をＶ２からＶ１に切り替えても、主電池２には十分な電力が確保されており、発電が滞ったとしても一定期間は電力不足による不具合が発生する事は無い。

【0045】

駆動回路６を駆動する電池を主電池２から副電池３に切り替えてから、副電池３の電圧が低下し駆動回路６を停止するまでの時間を所望の時間に変更したいときは、適宜、制御部４における駆動回路６を停止する電圧を変更すればよい。その際には、時分割充電を開始する副電池３の電圧と、主電池２と副電池３の時分割充電時間の比率も調整する。例えば、時分割充電の開始電圧が上記の例より高くなった場合は、主電池２と副電池３が、時分割充電の開始電圧から第１の値の電圧となるまでに必要な単位時間あたりの充電容量から時間分割比を求め、例えば主電源２の比率をさらに高くすることで、副電池３の電圧が第１の値に達した際には、駆動回路を一定期間駆動するのに十分な電力を主電池２に蓄えられる。

【0046】

主電池２及び副電池３の時分割充電を行うことにより、副電池３の電圧が図２（ｂ）の矢印（４）に示すように増加し、副電池３の電圧が第１の値に戻ったときに、スイッチＳ１及びＳ２をオン状態とすることにより、主電池２及び副電池３の並列充電に移行する。即ち、制御部４は、副電池３の電圧値が第３（もしくは第４の値（第１閾値））より高い第１の値（第２閾値）に達した時に、主電池２及び副電池３への充電を並列で行う。また、効率的に主電池２を充電することを優先するのであれば、副電池３の電圧が第１の値まで充電されたときに、副電池３は発電手段１から電気的に切断し主電池２のみの充電を行っても良い。

【0047】

次に、ステップＳ１０７において、主電池２の充電量が十分な動作時間を得られる量まで達したと判断したら、主電池２により駆動回路を駆動し、通常の状態に戻る。

【0048】

以上説明したように、本開示の実施形態に係る電子機器によれば、主電池と副電池の充電を、主電池２に充電する最低駆動容量と、第３の値（もしくは第４の値）から第１の値まで副電池３を充電させるために必要な容量との容量比に応じて時分割充電することにより、副電池の電圧測定結果から主電池の充電量を推定することができる。

【0049】

ここまで、主電池２と副電池３とを切り替える電圧は第１の値として説明してきたが、主電池２から副電池３に切り替える電圧と、副電池３から主電池２に切り替える電圧とを違う値にしても良い。その場合、副電池３から主電池２に切り替える電圧は、主電池２から副電池３に切り替える電圧よりも大きいことが望ましい。これにより、主電池２から副電池３に切り替える場合には、主電池２の電圧がドロップ領域に至る手前の電圧になるまで、高い電力供給が可能な主電池２で駆動回路を駆動できるため、電圧変動を少なくする事ができ、副電池３から主電池２に切り替える場合には、一定期間駆動回路を駆動できる十分な電力を蓄えているため、安定して計時動作を継続する事が可能になる。

【0050】

次に、本開示の実施形態の他の例に係る電子機器について説明する。本実施形態の他の例に係る電子機器の主電池は、液系リチウム二次電池であり、コイン型の形状を備え、負極にチタン酸化物系、正極にマンガン酸化物系の材料を有する。本実施形態の他の例に係る主電池の放電曲線を図５（ａ）に示す。図５（ａ）に示すように、主電池は、放電容量の変化に対して電圧の変化がなだらかな充放電特性を有する。

【0051】

本実施形態の他の例に係る電子機器の副電池は、全固体型二次電池であり、チップ型（約４［ｍｍ］角）の形状を備え、負極と正極にリン酸バナジウム系材料を含有している。本実施形態の他の例の副電池の放電曲線を図５（ｂ）に示す。図５（ｂ）に示すように、副電池は、放電容量の変化に対して電圧の変化が主電池よりも大きい充放電特性を有する。

【0052】

さらに、主電池の平坦領域に対応する電圧が、副電池の放電曲線に対応する範囲の電圧に含まれるという条件を満たす必要がある。この条件を満たす場合、主電池と副電池が同じ電圧で駆動回路を駆動することができ、駆動回路の駆動電源を主電池と副電池との間で切り替えることができる。図５（ａ）、（ｂ）で示した例では、主電池及び副電池は、共通の電圧１．３～１．５［Ｖ］の範囲で、駆動回路の駆動電源を主電池と副電池との間で切り替えることができる。

【0053】

次に、本開示の実施形態の他の例に係る電子機器の動作について説明する。本開示の実施形態の他の例に係る電子機器の回路構成は図１に示した構成と同様である。以下では、発電手段１により主電池２及び副電池３がすでに充電されているものとして説明する。

【0054】

主電池２が駆動回路６を駆動することにより、主電池２の電圧は、図５（ａ）の矢印（１）のように徐々に低下する。主電池２の電圧が第１の値（例えば、１．３［Ｖ］）になった時に、主電池２を駆動回路６から分離し、駆動回路６の駆動電源を副電池３に切り替え、電圧検出部５が検出する電圧も主電池２から副電池３に切り変わる。このとき、主電池２の放電は停止し、主電池２の電圧は、平坦領域上の第１の値に維持される。このため、主電池２が完全に放電して、過放電により劣化するというリスクを低減することができ、主電池２の寿命を伸ばすことができる。

【0055】

副電池３のみで駆動回路６を駆動すると、副電池３の電圧は、図５（ｂ）の矢印（２）で示すように低下するが、先に述べた様に副電池３はどの電池電圧で長い期間維持されたとしても性能劣化を生じない。また副電池３は、放電特性が主電池２の様に平坦ではなく傾きを持っているため、電力消費に応じた電池電圧の低下や上昇を把握し易い利点もある。これにより、電力の消費状況に合わせて、時計機能の制限を段階的に行ったり、使用者に対する警告を与えたりすることが可能になる。

【0056】

次に、副電池３の電圧が駆動回路６を駆動する限界の電圧（例えば、運針限界電圧）である第２の値（例えば、１．０［Ｖ］）となったとき、システムを停止する。このとき、副電池３のみが発電手段１に接続されている。

【0057】

次に、発電手段１が発電を開始した場合、副電池３のみを再充電する。このとき、副電池３の電圧は、図５（ｂ）の矢印（３）で示すように徐々に増加するが、副電池３が駆動回路６を駆動するのに必要な電圧まで充電されていない状態では駆動回路６を駆動しない。

【0058】

次に、副電池３の電圧が駆動回路６を駆動するために十分な電圧値である第３の値（例えば、１．１［Ｖ］）となったときに、副電池３による駆動回路６の駆動を再開する。

【0059】

更に、副電池３の電圧が、図５（ｂ）の矢印（４）で示すように、第３の値となったときに主電池２との時分割充電を開始する。即ち、制御部４は、副電池３の電圧値が第３の値（第１閾値）に達するまでは、副電池３のみへの充電を行い、副電池３の電圧値が第３の値（第１閾値）に達した後に、主電池２に充電する最低駆動容量と、第２の値から第１の値まで副電池３を充電させるために必要な容量との比率に基づいて、主電池２及び副電池３への充電を時分割で行う。

【0060】

上記では、副電池３の電圧が第３の値に達したとき、副電池３による駆動回路６の駆動開始と、主電池２及び副電池３への時分割充電を開始することとして説明したが、これに限られるわけではない。例えば、副電池３の電圧が第３の値に達したときに副電池３による駆動回路６の駆動を開始し、副電池３の電圧が第４の値（例えば、１.２［Ｖ］）に達したときに主電池２及び副電池３への時分割充電を開始することとしても良い。このようにする事によって、副電池３の電圧が第３の値から第４の値に至るまでは、副電池３のみに充電されるため蓄電量を速く向上させる事ができ、駆動回路６を安定して駆動することが可能になる。また、発電手段１が太陽電池の場合に、蛍光灯などの光が時計にあたって発電量が少ない状態であっても、副電池３の蓄電量を向上させて、駆動回路６を駆動することができる。
尚、時分割駆動を開始する時点では、駆動回路６は副電池３により駆動された状態となっている。

【0061】

図５の放電特性を有する主電池２と副電池３の時分割充電について、以下に詳しく述べる。例えば、１週間は充電がなくても駆動が続けられる電力を主電池２に充電することを考慮すると、１日当たりの消費電力が０．０１［ｍＡｈ］の電子機器である場合、１週間駆動するためには、０．０７［ｍＡｈ］の充電が必要となる。これに対して、副電池３の電圧が第４の値から第１の値に充電されるまでの容量は約０．００７［ｍＡｈ］である。つまり、主電池２の１サイクル当たりの充電時間ｔ₁を副電池３の１サイクル当たりの充電時間ｔ₂の１０倍となるように時分割充電することで、副電池３の電圧が第１の値に達した際には、主電池２にはその後駆動に十分な電力が蓄えられることとなる。

【0062】

主電池２と副電池３に対する時分割充電の比率は、以下の様に定めるのが望ましい。例えば最低駆動容量が０．０７［ｍＡｈ］であり、副電池３の放電特性から第４の値１.２［Ｖ］から第１の値１．３［Ｖ］に充電した時の充電容量が０．００７［ｍＡｈ］であるとする。主電池２の１サイクル当たりの充電時間ｔ₁を、副電池３の１サイクル当たりの充電時間ｔ_２の１０倍となるように時分割充電することで、時分割充電によって副電池３が１.２［Ｖ］から１．３［Ｖ］に電圧が向上したときには、副電池３には０．００７［ｍＡｈ］が充電され、主電池２には０．０７［ｍＡｈ］が充電されている事になる。つまり、その充電量は副電池３の電池電圧を検出する事によって、主電池２に最低駆動容量を充電できたか判定する事が可能になる。従って、副電池３の電圧が１．３［Ｖ］に充電されたタイミングで、駆動回路の電力供給源を副電池３から主電池２に切り替えた場合に、主電池２は充電した最低駆動容量によって少なくとも１週間に渡り駆動回路を駆動することが可能になる。

【0063】

次に、主電池２及び副電池３の時分割充電を行うことにより、副電池３の電圧が図５（ｂ）の矢印（４）に示すように増加し、副電池３の電圧が第１の値（第２閾値）に戻ったときに、主電池２及び副電池３の並列充電に移行する。また、効率的に主電池２を充電することを優先するのであれば、副電池３の電圧が第１の値まで充電されたときに、副電池３は発電手段１から切断し主電池２のみの充電に移行してもよい。

【0064】

以上の説明において、電子機器として腕時計を用いた例について説明したが、このような例には限定されない。例えば、電子機器として、携帯端末、デジタルカメラ、ゲーム機、電子辞書、電卓、ラジオ等にも適用することができる。

【符号の説明】

【0065】

１ 発電手段
２ 主電池
３ 副電池
４ 制御部
５ 電圧検出部
６ 駆動回路

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】