(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】2023-11-06
(45)【発行日】2023-11-14
(54)【発明の名称】電子機器及びその制御方法
(51)【国際特許分類】
H01M 10/48 20060101AFI20231107BHJP
H02J 7/00 20060101ALI20231107BHJP
【FI】
H01M10/48 301
H02J7/00 Y
(21)【出願番号】P 2018204351
(22)【出願日】2018-10-30
【審査請求日】2021-09-27
【審判番号】
【審判請求日】2022-11-22
(73)【特許権者】
【識別番号】000006220
【氏名又は名称】ミツミ電機株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100107766
【氏名又は名称】伊東 忠重
(74)【代理人】
【識別番号】100070150
【氏名又は名称】伊東 忠彦
(72)【発明者】
【氏名】西田 哲
(72)【発明者】
【氏名】板垣 孝俊
(72)【発明者】
【氏名】和井内 紀行
(72)【発明者】
【氏名】木下 泰宏
【合議体】
【審判長】土居 仁士
【審判官】衣鳩 文彦
【審判官】寺谷 大亮
(56)【参考文献】
【文献】米国特許出願公開第2018/0261824(US,A1)
【文献】特開2014-120335(JP,A)
【文献】国際公開第2018/138969(WO,A1)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
H02J 7/00- 7/12
H02J 7/34- 7/36
H01M10/42-10/48
G06F 3/03- 3/047
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
リチウムイオン電池と、
タッチパネルと、
前記リチウムイオン電池
に張り付けられた単一の歪みゲージの抵抗変化を電圧変換することで、前記リチウムイオン電池の変形量を検出する変形量検出部と、
前記タッチパネルが検出する接触検出信号の値が所定値以上となったときに接触状態であると判定する接触判定部と、
前記接触判定部による判定結果に基づき、前記タッチパネルが非接触状態である場合に、前記変形量検出部により検出された前記変形量を用いて前記リチウムイオン電池の状態判定を行う状態判定部と、
を有し、
前記状態判定部は、充電に伴い前記リチウムイオン電池の前記変形量が増加する状況下、及び放電に伴い前記リチウムイオン電池の前記変形量が減少する状況下において、前記リチウムイオン電池の状態判定を行うことが可能な閾値が設定されることを特徴とする電子機器。
【請求項2】
前記状態判定部は、前記変形量の大きさが
前記閾値を超えた場合に異常状態と判定する請求項1に記載の電子機器。
【請求項3】
前記状態判定部は、前記変形量検出部により検出された1つの前記変形量を初期値として記録しておき、前記初期値に基づいて前記閾値を決定する請求項
1又は2に記載の電子機器。
【請求項4】
前記状態判定部は、前記変形量の大きさに加えて、前記変形量の時間変化率に基づいて前記状態判定を行う請求項2又は3に記載の電子機器。
【請求項5】
リチウムイオン電池と、タッチパネルと、前記リチウムイオン電池
に張り付けられた単一の歪みゲージの抵抗変化を電圧変換することで、前記リチウムイオン電池の変形量を検出する変形量検出部とを有する電子機器の制御方法において、
前記タッチパネルが検出する接触検出信号の値が所定値以上となったときに接触状態であると判定する接触判定ステップと、
前記接触判定ステップにおける判定結果に基づき、前記タッチパネルが非接触状態である場合に
、前記変形量検出部により検出された前記変形量
と、
充電に伴い前記リチウムイオン電池の前記変形量が増加する状況下、及び放電に伴い前記リチウムイオン電池の前記変形量が減少する状況下において、前記リチウムイオン電池の状態判定を行うことが可能な閾値と、を用いて前記リチウムイオン電池の状態判定を行う状態判定ステップと、
を有する電子機器の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、電子機器及びその制御方法に関する。
【背景技術】
【0002】
二次電池であるリチウムイオン電池は、スマートフォン等の電子機器に広く用いられているが、充放電の繰り返し等により劣化することが知られている。特に、リチウムイオン電池は、充放電の繰り返しによる内部の積層体の膨張や、内部温度の上昇による電解液の気化により内圧が上昇することにより膨張する場合がある。このようなリチウムイオン電池の劣化を放置すると、発火や爆発をもたらす危険性がある。
【0003】
そこで、リチウムイオン電池の膨張により生じる圧力を検出する圧力センサを設け、この圧力センサの出力信号に基づいてリチウムイオン電池の変形の有無を監視することが提案されている(例えば、特許文献1参照)。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
しかしながら、特許文献1に記載の技術では、リチウムイオン電池の変形を検出するために用いられる圧力センサは、リチウムイオン電池の膨張以外に、当該リチウムイオン電池を搭載した電子機器に加わる外的要因を検出してしまうことが考えられる。このように、外的要因を検出すると、リチウムイオン電池の状態を正確に判定することができない場合がある。
【0006】
外的要因としては、例えば、ユーザによってタッチパネルになされる操作がある。スマートフォン等の電子機器には、タッチパネルが設けられており、ユーザによって頻繁に操作が行われるので、リチウムイオン電池の状態が誤判定される可能性が高い。
【0007】
また、電子機器がユーザによって使用されていない場合であっても、バッグの中に収容されて持ち運ばれているような状態においては、電子機器に加わる圧力が誤判定の要因となり得る。
【0008】
本発明は、リチウムイオン電池の状態を正確に判定することを可能とすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0009】
開示の技術は、リチウムイオン電池と、タッチパネルと、前記リチウムイオン電池に張り付けられた単一の歪みゲージの抵抗変化を電圧変換することで、前記リチウムイオン電池の変形量を検出する変形量検出部と、前記タッチパネルが検出する接触検出信号の値が所定値以上となったときに接触状態であると判定する接触判定部と、前記接触判定部による判定結果に基づき、前記タッチパネルが非接触状態である場合に、前記変形量検出部により検出された前記変形量を用いて前記リチウムイオン電池の状態判定を行う状態判定部と、を有し、前記状態判定部は、充電に伴い前記リチウムイオン電池の前記変形量が増加する状況下、及び放電に伴い前記リチウムイオン電池の前記変形量が減少する状況下において、前記リチウムイオン電池の状態判定を行うことが可能な閾値が設定されることを特徴とする電子機器である。
【発明の効果】
【0010】
本発明によれば、リチウムイオン電池の状態を正確に判定することができる。
【図面の簡単な説明】
【0011】
【
図1】第1実施形態に係る電子機器の概略構成を例示するブロック図である。
【
図2】歪み検出部が張り付けられたリチウムイオン電池を例示する図である。
【
図3】リチウムイオン電池の状態判定に係る一連の動作を説明するフローチャートである。
【
図4】リチウムイオン電池の変形量の時間変化を例示するグラフである。
【
図5】第2実施形態におけるリチウムイオン電池の状態判定に係る一連の動作を説明するフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【0012】
以下、図面を参照して発明を実施するための形態について説明する。各図面において、同一構成部分には同一符号を付し、重複した説明を省略する場合がある。
【0013】
なお、以下で説明する実施形態では、本発明を適用した電子機器の一例として、スマートフォンを例示する。
【0014】
<第1実施形態>
以下に、本発明の第1実施形態に係る電子機器ついて説明する。
【0015】
[電子機器の概略構成]
図1は、第1実施形態に係る電子機器100の概略構成を例示する図である。
【0016】
図1において、電子機器100は、本体部200と、バッテリモジュールとしての電池部300とを有する。電池部300には、充電器400が接続される。
【0017】
本体部200は、タッチパネル表示器201と、操作ボタン202と、通信部203と、スピーカ204と、マイク205と、CPU(Central Processing Unit)206と、記憶部207と、充電制御部212とを有する。
【0018】
タッチパネル表示器201は、表示部201aと、タッチパネル201bとを有する。タッチパネル201bは、表示部201a上に積層されている。
【0019】
表示部201aは、液晶ディスプレイ、有機ELディスプレイなどの表示デバイスである。
【0020】
タッチパネル201bは、その表面に対するユーザの指等の接触と、接触した位置とを検出する。タッチパネル201bは、指等が表面に接触したときに、指等が接触したことを表す接触検出信号とともに、表面上における接触位置を表す位置信号をCPU206に送信する。タッチパネル201bの検出方式は、静電容量方式、抵抗膜方式、表面弾性波方式、赤外線方式、荷重検出方式等のいずれの方式であってもよい。
【0021】
操作ボタン202は、ユーザからの操作入力を受け付ける電源ボタン、音量ボタン等である。
【0022】
通信部203は、例えば、無線により通信を行う無線通信モジュールである。通信部203は、例えば、2G、3G、4G、5G等の通信規格や、近距離無線の通信規格をサポートする。
【0023】
スピーカ204は、CPU206から送出される音信号を音として出力する。スピーカ204は、例えば、電子機器100にて再生される動画の音声、音楽、及び通話時の相手の声などを出力する。マイク205は、入力されるユーザの声等を音信号へ変換してCPU206へ送信する。
【0024】
CPU206は、本体部200の各部と電池部300とを制御する主制御部である。CPU206は、記憶部207に記憶されているデータを必要に応じて参照しつつ、記憶部207に記憶されているプログラムに含まれる命令を実行する。CPU206は、データ及び命令に基づいて各種機能を実現する。
【0025】
記憶部207は、RAM(Random Access Memory)やフラッシュメモリ等のメモリを含んで構成されている。記憶部207は、設定データ、検出データ等の各種データや、プログラムを記憶する。
【0026】
充電制御部212は、電池部300の+端子と-端子に接続され、電池部300の電圧と電流とに基づき、充電器400を制御することにより、リチウムイオン電池301を充電する。
【0027】
電池部300は、リチウムイオン電池301と、変形量検出部としての歪み検出部302と、電圧検出部303と、電流検出部304と、温度検出部305と、制御部306と、記憶部307とを有する。
【0028】
リチウムイオン電池301は、複数の単電池が接続された組電池、又は1つの単電池により構成された二次電池である。リチウムイオン電池301は、電池部300内の各部、及び本体部200に電力供給を行う。すなわち、本体部200は、リチウムイオン電池301に対する負荷機器となる。
【0029】
歪み検出部302は、リチウムイオン電池301の変形量を検出するセンサである。歪み検出部302として、例えば、測定対象物に発生した歪みを電気抵抗値の変化として検出する歪みゲージが用いられる。歪みゲージの抵抗変化は、例えばホイーストンブリッジ回路を用いて電圧に変換することで検出される。
【0030】
歪み検出部302は、リチウムイオン電池301に接着剤等を介して張り付けられている。例えば、
図2に示すように、リチウムイオン電池301が平板状である場合には、歪み検出部302は、リチウムイオン電池301の表面に張り付けられる。
【0031】
なお、歪み検出部302は、歪みゲージに限られず、圧力センサであってもよい。
【0032】
図1に戻り、電圧検出部303は、リチウムイオン電池301の端子間の電圧を検出して、電圧検出値を制御部306へ出力する。
【0033】
電流検出部304は、例えば、リチウムイオン電池301と充電器400との間の充電経路に設けられている。電流検出部304は、検出抵抗を有し、充電電流及び放電電流を検出して電流検出値を、制御部306へ出力する。
【0034】
制御部306は、電池部300内の各部を制御する。制御部306は、記憶部307に記憶されているデータを必要に応じて参照しつつ、記憶部307に記憶されているプログラムに含まれる命令を実行する。制御部306は、データ及び命令に基づいて各種機能を実現する。
【0035】
温度検出部305は、リチウムイオン電池301の温度を検出する温度センサであり、温度検出値を制御部306へ出力する。
【0036】
記憶部307は、RAMやフラッシュメモリ等のメモリを含んで構成されている。記憶部307は、設定データ、検出データ等の各種データや、プログラムを記憶する。
【0037】
[電子機器の機能構成]
次に、CPU206及び制御部306で実現される機能について説明する。
【0038】
制御部306には、例えば、変形量取得部310が含まれる。
【0039】
変形量取得部310は、CPU206からの指示に基づき、歪み検出部302から定期的にリチウムイオン電池301の変形量を取得する。変形量取得部310は、CPU206から変形量(取得データ)の要求命令を受信すると、記憶部307に記録された変形量(取得データ)をCPU206に送信する。
【0040】
CPU206には、例えば、接触判定部210と、状態判定部211とが含まれる。
【0041】
接触判定部210は、タッチパネル201bからCPU206に入力される接触検出信号に基づき、タッチパネル201bにユーザの指等が接触して押圧力が印加された状態(接触状態)であるか否かを判定する。接触判定部210は、接触判定信号を状態判定部211に供給する。
【0042】
タッチパネル201bは、指等が近接し、実際には非接触である状態でも接触検出信号を検出し得るので、接触判定部210は、接触検出信号が所定値以上である場合に、接触状態と判定することが好ましい。
【0043】
状態判定部211には、変形量取得部310から変形量の取得データが入力される。状態判定部211は、入力された取得データを記憶部207に記録するとともに、取得データに基づいてリチウムイオン電池301の状態を判定する。例えば、状態判定部211は、変形量が所定の閾値以上となった場合に、リチウムイオン電池301に一定以上の膨張が生じたとして、異常状態であると判定する。
【0044】
また、状態判定部211は、接触判定部210から入力される接触判定信号(判定結果)に基づき、タッチパネル201bが接触状態であると判定される場合には、変形量取得部310から入力される変形量の取得データは記憶部207に記録せずに破棄する。すなわち、状態判定部211は、タッチパネル201bが接触状態にある場合に検出されたリチウムイオン電池301の変形量を、外的要因(外乱ノイズ)を含むと判定して異常判定に使用しないことにより判定精度を高める。
【0045】
状態判定部211は、異常状態と判定した場合には、表示部201aやスピーカ204を用いて、リチウムイオン電池301が異常状態である旨を表すメッセージ等を、ユーザに対して報知する。
【0046】
なお、記憶部207には、変形量が、変形量の検出時間に対応付けられて記録される。状態判定部211は、変形量の大きさに基づく判定に加えて、変形量の計時的な変化(時間変化率)に基づいて異常判定を行ってもよい。例えば、状態判定部211は、変形量の絶対値が第1閾値を超えており、かつ、時間変化率が第2閾値を超えている場合に、異常状態と判定してもよい。
【0047】
また、リチウムイオン電池301は、電子機器100が製造された初期の段階でも変形が生じ得る。また、リチウムイオン電池301の変形量には、個体差や実装ばらつきが存在する。このため、状態判定部211は、電子機器100の製造時の検査工程等、出荷前に歪み検出部302により検出された1つの変形量を初期値として記憶部207に記録しておき、この初期値に基づいて状態判定に用いる上記閾値を決定することが好ましい。
【0048】
[リチウムイオン電池の状態判定動作]
次に、リチウムイオン電池301の状態判定に係る一連の動作をより詳細に説明する。
【0049】
図3は、リチウムイオン電池301の状態判定に係る一連の動作を説明するフローチャートである。
【0050】
図3において、まず、制御部306の変形量取得部310は、本体部200のCPU206からの指示に基づき、歪み検出部302により検出されたリチウムイオン電池301の変形量を取得し(ステップS10)、この変形量の取得データをCPU206の状態判定部211へ送信する(ステップS11)。
【0051】
接触判定部210は、タッチパネル201bから入力される接触検出信号に基づき、タッチパネル201bが接触状態であるか否かを判定する(ステップS12)。
【0052】
状態判定部211は、接触判定部210から入力される接触判定信号に基づき、接触状態でないと判定される場合には(ステップS12:No)、変形量取得部310から受信した取得データを記憶部207に記録して(ステップS13)、リチウムイオン電池301の状態判定を行う(ステップS14)。一方、状態判定部211は、接触状態であると判定される場合には(ステップS12:Yes)、変形量取得部310から受信した取得データは記憶部207に記録せずに破棄する(ステップS15)。
【0053】
そして、CPU206は、所定の終了条件を満たすか否かを判定し(ステップS16)、終了条件を満たす場合には(ステップS16:Yes)、動作を終了する。一方、終了条件を満たさない場合には(ステップS16:No)、CPU206は、処理をステップS10に戻す。
【0054】
なお、ステップS10の変形量の取得処理は、一定の周期ごとに行われてもよいが、所定の条件を満たす場合(すなわち、非周期的)に行われてもよい。
【0055】
また、ステップS11では、制御部306の変形量取得部310は、本体部200のCPU206からの指示に基づき、歪み検出部302により検出されたリチウムイオン電池301の変形量を取得し(ステップS10)、この変形量の取得データをCPU206の状態判定部211へ送信するようにしているが、制御部306は、歪み検出部302により検出されたリチウムイオン電池301の変形量を取得し、この変形量の取得データをCPU206の指示によらず、CPU206の状態判定部211へ送信するように処理を行ってもよい。
【0056】
また、上記一連の動作は、電子機器100がユーザにより実際に使用されていないスタンバイ状態(スリープ状態)においても行うことが好ましい。これにより、電子機器100がバッグの中に収容されて持ち運ばれているような状態において加わる圧力により誤判定が生じることが抑制される。
【0057】
[変形量の時間変化]
図4は、リチウムイオン電池301の変形量の時間変化を例示するグラフである。リチウムイオン電池301は、充電によって内部の積層体が膨張するので、充電により変形量が増加し、放電により変形量が減少する傾向を示す。
【0058】
また、リチウムイオン電池301の変形量の平均値は、経年変動により増加する傾向にある。これは、リチウムイオン電池301の充放電のサイクリング劣化や、高温状態での電子機器100の放置や、電子機器100の落下等によるリチウムイオン電池301の変形等が原因として挙げられる。
【0059】
また、ユーザによるタッチパネル201bの操作や、電子機器100の持ち運び時等に加わる外圧等の外的要因により、リチウムイオン電池301の変形量が一時的に変動する。なお、
図4では、外的要因は変形量を減少させる方向(リチウムイオン電池301が収縮方向)に作用しているが、リチウムイオン電池301への歪み検出部302の取り付け位置等の条件によっては、外的要因が変形量を増加させる方向(リチウムイオン電池301が膨張する方向)に作用することも考えられる。
【0060】
本実施形態の電子機器100では、上記のような外的要因が作用する期間における変形量のデータがリチウムイオン電池301の状態判定に用いられないため、リチウムイオン電池301の状態を正確に判定することができる。
【0061】
また、状態判定では、初期値を基準として閾値が設定されるので、リチウムイオン電池301の個体差や実装ばらつき等による誤判定を抑制することができる。
【0062】
<第2実施形態>
以下に、本発明の第2実施形態に係る電子機器ついて説明する。
【0063】
第2実施形態に係る電子機器は、リチウムイオン電池301の状態判定に係る一連の動作が第1実施形態と異なる。その他の構成は第1実施形態と同様であるので、以下、異なる点のみについて説明する。
【0064】
図5は、リチウムイオン電池301の状態判定に係る一連の動作を説明するフローチャートである。
【0065】
図5において、まず、CPU206の接触判定部210は、タッチパネル201bから入力される接触検出信号に基づき、タッチパネル201bが接触状態であるか否かを判定する(ステップS20)。接触判定部210は、タッチパネル201bが接触状態である場合には(ステップS20:Yes)、接触状態の判定(ステップS20)を繰り返す。
【0066】
接触判定部210は、タッチパネル201bが接触状態でない場合、すなわち非接触状態となった場合には(ステップS20:No)、タッチパネル201bが非接触状態である旨を制御部306の変形量取得部310に通知する(ステップS21)。なお、接触判定部210は、タッチパネル201bの非接触状態となってから一定時間経過後に当該通知を行ってもよい。
【0067】
変形量取得部310は、当該通知を受けると、歪み検出部302により検出されたリチウムイオン電池301の変形量を取得し(ステップS22)、本体部200のCPU206からの指示に基づき、この変形量の取得データをCPU206の状態判定部211へ送信する(ステップS23)。
【0068】
状態判定部211は、変形量取得部310から受信した取得データを記憶部207に記録して(ステップS24)、リチウムイオン電池301の状態判定を行う(ステップS25)。
【0069】
そして、CPU206は、所定の終了条件を満たすか否かを判定し(ステップS26)、終了条件を満たす場合には(ステップS26:Yes)、動作を終了する。一方、終了条件を満たさない場合には(ステップS26:No)、CPU206は、処理をステップS20に戻す。
【0070】
本実施形態においても第1実施形態と同様に、外的要因が作用する期間における変形量のデータがリチウムイオン電池301の状態判定に用いられないため、リチウムイオン電池301の状態を正確に判定することができる。
【0071】
本実施形態においても、電子機器の製造時の検査工程等、出荷前に歪み検出部302により検出された1つの変形量を初期値として記録しておき、この初期値に基づいて状態判定に用いる閾値を決定することが好ましい。
【0072】
以上のように、第1実施形態では、タッチパネル201bが非接触状態である場合に歪み検出部302により検出された検出値(変形量)を破棄しているのに対して、第2実施形態では、タッチパネル201bが非接触状態である場合には歪み検出部302による検出は行わない。
【0073】
第1実施形態及び第2実施形態は、共に、タッチパネル201bが接触状態であるか否かの判定結果に基づき、タッチパネル201bが非接触状態である場合に検出されたリチウムイオン電池301の変形量に基づいてリチウムイオン電池301の状態を判定するものである。
【0074】
なお、タッチパネル201bが接触状態又は非接触状態であるかにかかわらず、上記変形量を検出して記憶部に記録しておき、状態判定を行う際に、タッチパネル201bが非接触状態の場合に検出された変形量を記憶部から取得して状態判定を行ってもよい。
【0075】
また、上記各実施形態では、変形量取得部310を制御部306内に設けているが、変形量取得部310をCPU206内に設けてもよい。
【0076】
また、上記各実施形態では、CPU206と制御部306とを個別に設けているが、これらを1つの演算処理回路により構成してもよい。
【0077】
また、制御部306の変形量取得部310は、本体部200のCPU206からの指示に基づき、歪み検出部302により検出されたリチウムイオン電池301の変形量を取得し、この変形量の取得データをCPU206の状態判定部211へ送信するようにしているが、制御部306は、歪み検出部302により検出されたリチウムイオン電池301の変形量を取得し、この変形量の取得データをCPU206の指示によらず、CPU206の状態判定部211へ送信するように構成されていてもよい。
【0078】
また、上記各実施形態では、状態判定部211は、リチウムイオン電池301が異常状態であると判定した場合に異常状態である旨の報知を行っているが、これに加えて、又はこれに代えて、異常状態であると判定した場合に、変形量取得部310に命令を与えて、充電方式や充電条件を変更してもよい。
【0079】
また、上記各実施形態では、電子機器としてスマートフォンを例に挙げて説明したが、本発明は、スマートフォンに限られず種々の電子機器に適用可能である。
【0080】
以上、本発明の好ましい実施の形態について詳説したが、本発明は、上述した実施の形態に制限されることはなく、本発明の範囲を逸脱することなく、上述した実施の形態に種々の変形及び置換を加えることができる。
【符号の説明】
【0081】
100 電子機器
200 本体部
201 タッチパネル表示器
201a 表示部
201b タッチパネル
210 接触判定部
211 状態判定部
300 電池部
301 リチウムイオン電池
302 歪み検出部(変形量検出部)
306 制御部
310 変形量取得部
400 充電器