充電制御回路、充電制御方法及び携帯端末
【課題】本発明は、ＣＰＵなどの電池を電源として動作する負荷回路の動作条件に過大な制約を加えることなく低温時の電池温度を上昇させることができる充電制御回路を提供する。
【解決手段】ＡＣアダプタ１３から供給される電力を入力とし、電池セル１９に対する充電電流Ｉ２と、電池セル１９を電源として動作する負荷回路２２に対する負荷電流Ｉ１とを制御して出力する充電制御回路１１であって、充電電流Ｉ２と負荷電流Ｉ１とを制御するためのＭＯＳＦＥＴ１４、１５と、電池セル１９の温度が所定の温度より低い場合にＭＯＳＦＥＴ１４、１５によって消費される電力を増加させるようにＭＯＳＦＥＴ１４、１５を制御する充電制御部１６とを備えている。
【解決手段】ＡＣアダプタ１３から供給される電力を入力とし、電池セル１９に対する充電電流Ｉ２と、電池セル１９を電源として動作する負荷回路２２に対する負荷電流Ｉ１とを制御して出力する充電制御回路１１であって、充電電流Ｉ２と負荷電流Ｉ１とを制御するためのＭＯＳＦＥＴ１４、１５と、電池セル１９の温度が所定の温度より低い場合にＭＯＳＦＥＴ１４、１５によって消費される電力を増加させるようにＭＯＳＦＥＴ１４、１５を制御する充電制御部１６とを備えている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、二次電池の充電制御を行うための充電制御回路、充電制御方法、及びそれを用いた携帯端末に関する。
【背景技術】
【０００２】
携帯機器などに用いられている充電制御回路には、電池温度検出機能や電池保護機能を搭載しているものがある。これらの機能は、充電動作による電池へのダメージを考慮したものであり、リチウム二次電池などの二次電池の安全性を高めるために設けられたものである。ここで、電池温度検出機能は、サーミスタなどの検知素子を用いて電池温度を検出する機能である。電池保護機能は、過電圧検出、過電流検出、電池温度検出等の検出結果に応じて、充電動作の停止、充電電流制限などの充電制御によって電池保護を行う機能である。
【０００３】
電池保護機能の一部である電池温度保護に関しては、リチウム二次電池などの二次電池では一般に安全性などの見地から、放電が可能である電池温度の上限値と、充電が可能である電池温度の上限値及び下限値とが定められている。例えば特許文献１、特許文献２では、電池温度が高温となった場合に温度を低下させるための技術の検討が行われている。
【０００４】
特許文献１には、電池パック内の温度が所定値以上となった場合に、電池パック内に設けられている過充電保護用のトランジスタのオン抵抗値を大きくすることで充電電流を低下させ、温度上昇時でも充電を継続するための技術が記載されている。また、特許文献２には、充電時の温度上昇速度や温度低下速度に応じて充電電流を変化させることで、電池温度が設定温度を超える時間を短縮するための技術が記載されている。
【０００５】
一方、電池温度が低温となった場合に温度を上昇させたり、さらに低温とないように維持したりするための技術が、例えば特許文献３〜５において検討されている。
【０００６】
特許文献３には、電池温度が低温の場合に、情報携帯端末のＣＰＵ（中央処理装置）で負荷が大きい演算処理を行わせることで、ＣＰＵの発熱量によって電池温度を上昇させる技術が記載されている。特許文献４には、電池パック内に電池セル加熱用の電流入力端子とヒーターとを設け、低温時にヒーターを加熱させることで内部温度を上昇させる技術が記載されている。また、特許文献５には、極低温状態に至る可能性を予測された場合に、電池を放電させ、内部発熱を促進させることで電池温度を上昇させる技術が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００９−１３１０２３号公報
【特許文献２】特開２０１０−１７２１５８号公報
【特許文献３】特開２００５−１１０４４３号公報
【特許文献４】特開平１０−２８４１３３号公報
【特許文献５】特開２００８−１６２２９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上述した電池温度保護の低温時の保護に係る技術において、例えば特許文献３に記載されている技術は、電池を電源として動作する負荷回路内のＣＰＵを負荷として電力を消費させることで電池温度を上昇させようとするものである。そのため、負荷となるＣＰＵの動作状態や処理内容に一定の制約が求められることになる。すなわち、例えば、低温時には発熱量が高い所定の画像処理を行うような設定をしていた場合、利用者が他の画像処理を伴う操作を行うことができなくなるといったことが考えられる。
【０００９】
また、特許文献４に記載されている技術では、加熱用のヒーターを設ける必要があり、コスト増大や実装面積増大といった課題が生じる。
【００１０】
また、特許文献５に記載されている技術は、電池を放電させることによる内部発熱を利用したものであり、放電による残存容量の低下が課題となる。
【００１１】
なお、これまでは、電池温度が、充電が許される下限温度以下の低温時となった場合には充電停止とするのが一般的であり、下限温度以下の温度における充電制御回路の制御については深く議論されることは少なかった。
【００１２】
本発明は、上記の事情を考慮してなされたものであり、電池を電源として動作するＣＰＵなどからなる負荷回路の動作条件に過大な制約を加えることなく、また、コストや実装面積を増大させることなく、さらに、残存容量の低下といった課題を生じることなく、低温時の電池温度を上昇させることができる充電制御回路、充電制御方法及び携帯端末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】
【００１３】
上記課題を解決するため、本発明は、所定の電源装置から供給される電力を入力とし、二次電池に対する充電電流と、前記二次電池を電源として動作する負荷回路に対する負荷電流とを制御して出力する充電制御回路であって、前記充電電流と前記負荷電流とを制御するためのトランジスタと、前記二次電池の温度が所定の温度より低い場合に前記トランジスタによって消費される電力を増加させるように前記トランジスタを制御する制御部とを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、制御部によって、二次電池の温度が所定の温度より低い場合に、充電電流と負荷電流とを制御するトランジスタが消費する電力が増加するようにトランジスタが制御される。これによれば、少なくとも負荷回路で一定の電流が消費されていれば、負荷電流を供給されるためにトランジスタに流れる電流と、トランジスタによる電圧降下とによって一定の電力をトランジスタにおいて消費させることが可能となる。したがって、このトランジスタの消費電力増大による発熱を利用して二次電池の温度を上昇させることで、ＣＰＵなどの負荷回路の動作条件に大きな制約を加えることなく、また、コストや実装面積を増大させることなく、さらに、残存容量の低下といった課題を生じることなく、低温時の電池温度を上昇させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の一実施形態である充電制御回路１１の構成の一例を示すブロック図である。
【図２】図１の充電制御回路１１の動作を説明するためのフローチャートである。
【図３】本発明の他の実施形態である充電制御回路１１ａの構成の一例を示すブロック図である。
【図４】図３の充電制御回路１１ａの動作特性の一例を示す図である。
【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の一実施の形態について説明する。図１は、本発明の一実施形態としての充電制御回路１１の構成の一例を示すブロック図である。図１に示した充電制御回路１１は、入力制限部１４、充電ドライバ部１５、充電制御部１６、及び電池温度モニタ部１７を備えている。ただし、図１に示した充電制御回路１１内には、入力電流Ｉｉｎ、入力電圧Ｖｉｎ、出力電流Ｉｏｕｔ、出力電圧Ｖｏｕｔなどの電流及び電圧の検出回路などの図示していない他の回路も含まれている。
【００１７】
本実施形態の充電制御回路１１は、携帯電話機などの携帯端末３０に搭載されているものとする。この携帯端末３０には、充電制御回路１１のほか、電池パック１２と、電池パック１２以外の回路である負荷回路２２とが設けられている。
【００１８】
電池パック１２は、保護制御回路１８、電池セル１９及び温度検出部２０を備えている。電池セル１９は、リチウム二次電池などの二次電池である。保護制御回路１８は、所定の条件が満たされた場合に電池セル１９の充放電電流を遮断する制御を行う。保護制御回路１８は、電池セル１９の端子電圧や充放電電流を所定の基準値と比較する機能や、温度検出部２０で検出された温度に応じた値と所定の基準値と比較をする機能を有している。そして、保護制御回路１８は、各機能による比較の結果に基づいて、所定の過電圧、過電流、または高電池温度が検出された場合には電池セル１９の充放電電流を遮断する。電池セル１９の充放電流が流れる回路には、図示していないＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ；金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ）スイッチが直列に挿入されている。保護制御回路１８は、このＭＯＳＦＥＴスイッチをオフすることで充放電電流を遮断する。また、温度検出部２０は、サーミスタからなり、電池セル１９の表面温度に応じて電気抵抗を変化させる。
【００１９】
負荷回路１２は、電池パック２１（すなわち電池セル１９）を電源として動作する負荷回路であって、携帯端末３０内の電池パック２１を除く他の電気負荷回路に対応するものである。この例では、負荷回路２２がＤＣ・ＤＣコンバータ（直流電圧変換回路）２３を備えている。そして、電池パック１２との接続端子２１がＤＣ・ＤＣコンバータ２３の入力端子に接続され、端子２１の電圧が所定の電圧に変換されて他の内部回路に供給されるようになっている。
【００２０】
また、充電制御回路１１には、ＡＣアダプタ１３が接続されている。ＡＣアダプタ１３は、商用交流電源を入力として、所定電圧の直流電力を出力する電源装置である。
【００２１】
本実施形態において、充電制御回路１１は、ＡＣアダプタ１３から供給される電力を入力とし、電池パック１２内の電池セル１９に対する充電電流Ｉ２と、電池セル１９を電源として動作する負荷回路２２に対する負荷電流Ｉ１とを制御して出力する回路である。
【００２２】
入力制限部１４は、ＭＯＳＦＥＴ１４１を有し、充電制御部１６からの指示に応じてこのＭＯＳＦＥＴ１４１を制御することで、充電ドライバ部１５を介して出力される電圧Ｖｏｕｔまたは電流Ｉｏｕｔの値を所望の値に制御する。ＭＯＳＦＥＴ１４１の動作モードは、いわゆるリニアモードであってもよいし、スイッチングモード（スイッチモードとも呼ばれる）であってもよい。また、入力制限部１４は、リニアモードと、スイッチングモードとを切り替え可能な構成であってもよい。ただし、スイッチングモードで動作させる場合には、入力制限部１４内にＭＯＳＦＥＴ１４１の出力部に、チョークコイル、平滑キャパシタ、環流ダイオードなどの電子部品が設けられているものとする。
【００２３】
入力制限部１４は、リニアモードの場合、ＭＯＳＦＥＴ１４１のドレイン・ソース間に所定の電圧降下を持たせることで、出力電圧Ｖｏｕｔまたは出力電流Ｉｏｕｔを制御する。この場合、ドレイン・ソース間電圧と出力電流Ｉｏｕｔとを掛け合わせたものが、ＭＯＳＦＥＴ１４１の主な消費電力（つまり電力損失）となる。他方、スイッチングモードの場合、入力制限部１４は、ＭＯＳＦＥＴ１４１を所定の周期でオン・オフ制御し、通流率を変化させることで、出力電圧Ｖｏｕｔまたは出力電流Ｉｏｕｔを制御する。この場合、オン時のドレイン・ソース間電圧と入力電流Ｉｉｎとを掛け合わせたものが、ＭＯＳＦＥＴ１４１の主な消費電力となる。また、スイッチングモードの場合、入力制限部１４は、ＭＯＳＦＥＴ１４１のオン抵抗を変化させることで消費電力を制御することが可能である。
【００２４】
充電ドライバ部１５は、ＭＯＳＦＥＴ１５１を有し、充電制御部１６からの指示に応じてこのＭＯＳＦＥＴ１５１をオン又はオフ状態に制御することで、出力電流Ｉｏｕｔをオン又はオフ状態に制御する。また、充電ドライバ部１５では、オン時のドレイン・ソース間電圧と出力電流Ｉｏｕｔとを掛け合わせたものが、ＭＯＳＦＥＴ１５１の主な消費電力となる。充電電流部１５は、ＭＯＳＦＥＴ１５１のオン抵抗を変化させることで消費電力を制御することが可能となっている。
【００２５】
充電制御部１６は、通常の充電動作の出力制御に加え、本実施形態が特徴とする温度による出力制御を行う。通常の充電動作の出力制御では、既知のプリチャージ、急速充電、定電圧充電などの複数の動作モードによって出力電流Ｉｏｕｔや出力電圧Ｖｏｕｔの制御が行われる。また、充電制御部１６は、充電ドライバ部１５のＭＯＳＦＥＴ１５１を用いて、過電圧保護、過電流保護、動作停止（すなわち出力遮断）などの制御も行う。他方、本実施形態が特徴とする温度による出力制御では、電池温度モニタ部１７から出力される電池セル１９の温度に応じた信号に基づいて、充電動作や充電停止の出力制御に加え、ＭＯＳＦＥＴ１４１やＭＯＳＦＥＴ１５１のゲート・ソース間電圧を変化させることで、入力制限部１４及び充電ドライバイ部１５に対する消費電力の制御が行われる。
【００２６】
充電制御部１６は、例えば、内部にＣＰＵ、揮発性メモリ、不揮発性メモリ、Ａ／Ｄ変換器（アナログ／デジタル変換器）、発振回路などを備えて構成されていて、不揮発性メモリに格納されている所定のプログラムを実行することで上述したような出力制御を実行する。
【００２７】
電池温度モニタ部１７は、電池温度検出部１２の出力を入力し、電池セル１９の表面温度に応じた信号を出力する。
【００２８】
次に、図２のフローチャートを参照して、図１に示した充電制御回路１１の動作について説明する。図２に示す動作では、充電制御回路１１が、電池温度モニタ部１７により温度検出部２０の信号を受けて電池温度を監視し、充電制御部１６によって入力制限部１４と充電ドライバ部１５の出力制御を行う。この図２に示したフローは所定の周期で繰り返し実行される。また、充電制御回路１１の出力動作が可能となる温度範囲の上限値がＴ２、下限値がＴ１であるとする。
【００２９】
まず、充電制御部１９が、電池温度モニタ部１７によって温度検出部２０の信号を受けて電池温度を検出する（ステップＳ１）。
【００３０】
次に充電制御部１９は、ステップＳ１で検出した電池温度と、動作温度上限値Ｔ２及び下限値Ｔ１との比較による判定処理を行う（ステップＳ２）。ステップＳ２の判定条件が満たされた場合（ステップＳ２の判定結果が「ｙｅｓ」の場合）、すなわち、電池温度が、動作温度上限値Ｔ２を超えていたか、または、動作温度下限値Ｔ１に達していなかった場合、充電制御部１９は充電ドライバ部１５のＭＯＳＦＥＴ１５１をオフすることで出力を停止する（ステップＳ３）。
【００３１】
一方、ステップＳ２の判定条件が満たされなかった場合（ステップＳ２の判定結果が「ｎｏ」の場合）、充電制御部１９は、ステップＳ１で検出された電池温度と、所定温度との比較による判定処理を行う（ステップＳ３）。この所定温度は、入力制限部１４や充電ドライバ部１５の消費電力を増加させ、それによって電池温度を上昇させようとするか否かを決定する温度である。より具体的には、入力制限部１４のＭＯＳＦＥＴ１４１によって消費される電力や充電ドライバ部１５のＭＯＳＦＥＴ１５１によって消費される電力を増加させるようにＭＯＳＦＥＴ１４１やＭＯＳＦＥＴ１５１を制御するか否かを決定する温度である。この所定の温度は、充電制御回路１１の動作特性（あるいは仕様）、電池パック１２の特性などに応じて任意に設定することが可能である。
【００３２】
ステップＳ４の判定において、電池温度が所定温度を超えていると判定された場合（ステップＳ４で「ｙｅｓ」の場合）、充電制御部１６は、通常の充電制御を実行する（ステップＳ５）。ステップＳ５では、充電制御部１６は、例えば通常の充電制御を行う場合の設定にしたがって入力制限部１４及び充電ドライバ部１５を制御する。上述したように、通常の充電動作の出力制御では、プリチャージ、急速充電、低電圧充電などの複数の動作モードによって出力電流Ｉｏｕｔや出力電圧Ｖｏｕｔの制御が行われる。
【００３３】
一方、ステップＳ４の判定において、電池温度が所定温度を超えていないと判定された場合（ステップＳ４で「ｎｏ」の場合）、充電制御部１６は、さらに、ステップＳ１で検出された電池温度が充電可能下限温度を以上であるか否かの判定処理を行う（ステップＳ６）。充電可能下限温度とは、それ未満の温度では電池パック１２に対して充電電流を流すことが禁止される温度である。例えば電池セル１９がリチウム二次電池である場合、充電可能下限温度は０℃程度であることが多い。
【００３４】
ステップＳ６の判定において、電池温度が充電可能下限温度以上であると判定された場合（ステップＳ６で「ｙｅｓ」の場合）、充電制御部１６は、入力制限部１４や充電ドライバ部１５のＭＯＳＦＥＴ１４１やＭＯＳＦＥＴ１５１の消費電力を増加させた上で通常と同様の充電制御を実行する（ステップＳ７）。すなわち、充電制御部１６は、通常の充電動作の出力制御と同様に、プリチャージ、急速充電、低電圧充電などの複数の動作モードによって出力電流Ｉｏｕｔや出力電圧Ｖｏｕｔの制御を行うのであるが、その際、入力制限部１４や充電ドライバ部１５の消費電力を増加させる制御が行われるのである。
【００３５】
ステップＳ７では、入力制限部１４がリニアモードで動作している場合、充電制御部１６は、充電ドライバ部１５のＭＯＳＦＥＴ１５１のゲート・ソース間電圧を変化させ、ＭＯＳＦＥＴ１５１のオン抵抗を増加させる制御を行う。この場合、出力電流Ｉｏｕｔや出力電圧Ｖｏｕｔの値は、入力制御部１４によってステップＳ５での通常の制御と同様に制御される。したがって、充電動作の特性が低下することはない。しかしながら、充電ドライバ部１５のＭＯＳＦＥＴ１５１における消費電力が増加し、よってＭＯＳＦＥＴ１５１の発熱量が通常の場合よりも増加することになる。
【００３６】
他方、入力制限部１４がスイッチングモードで動作している場合、ステップＳ７で充電制御部１６は、次の２通りの手法で消費電力を増大させることができる。１つ目の手法は、リニアモードの場合と同様に、充電ドライバ部１５のＭＯＳＦＥＴ１５１のゲート・ソース間電圧を変化させ、ＭＯＳＦＥＴ１５１のオン抵抗を増加させる制御である。他方、２つめの手法は、入力制限部１４のＭＯＳＦＥＴ１４１のオン時のゲート・ソース間電圧を増大させ、ＭＯＳＦＥＴ１４１のオン抵抗を増加させる制御である。この場合、出力電流Ｉｏｕｔや出力電圧Ｖｏｕｔの値は、入力制御部１４によってステップＳ５での通常の制御と同様にして制御される。したがって、充電動作の特性が低下することはない。しかしながら、入力制限部１４のＭＯＳＦＥＴ１４１における消費電力が増加し、したがってＭＯＳＦＥＴ１４１の発熱量が通常の場合よりも増加することになる。また、この２つ目の手法では、ＭＯＳＦＥＴ１４１のオン抵抗を増加させる制御に、ＭＯＳＦＥＴ１５１のオン抵抗を増加させる制御を組み合わせるようにしてもよい。
【００３７】
一方、ステップＳ６の判定において、電池温度が充電可能下限温度以上ではないと判定された場合（ステップＳ６で「ｎｏ」の場合）、充電制御部１６は、電池パック１２への充電電流を零にした上で負荷回路２２に対して負荷電流（図１の電流Ｉ１）を供給するための制御を実行する。この実施形態では、充電制御部１６が、まず、電池パック１２の端子電圧である電池電圧Ｖｂａｔを取得し（ステップＳ８）、次に、出力電圧Ｖｏｕｔを電池電圧Ｖｂａｔとほぼ等しくなるようにする制御を行う（ステップＳ９）。また、同時に、ステップＳ７の動作について説明したように、入力制限部１４や充電ドライバ部１５の消費電力を増加させる制御も行うようにする。ステップＳ９で出力電圧Ｖｏｕｔを電池電圧Ｖｂａｔがほぼ等しくなるよう制御された場合、図１において、電池セル１９へ流れ込む電流（すなわち充電電流）Ｉ２はほぼ零となる。出力電圧Ｖｏｕｔと電池電圧Ｖｂａｔが等しい場合、負荷電流Ｉ１は、出力電流Ｉｏｕｔと電池セル１２からの放電電流Ｉ２（ただし矢印の方向は図示の場合と逆）を足し合わせたものとなる。この場合に、充電制御回路１１または電池パック１２から電流を出力した場合の出力特性（主に出力インピーダンスの特性）に合わせて出力電圧Ｖｏｕｔがわずかに電池電圧Ｖｂａｔを上回るように制御することで、負荷電流Ｉ１＝出力電流Ｉｏｕｔの関係とすることが可能である。このようにすることで、電池パック１２へ充電電流を流し込まず、かつ、電池パック１２から放電電流を出力させずに、充電制御回路１１から負荷電流Ｉ１を供給しつつ、入力制限部１４１や充電ドライバ部１５１の消費電力による発熱によって、電池パック１２の温度を上昇させることが可能となる。
【００３８】
なお、ステップＳ８での電池電圧Ｖｂａｔの取得は、例えば、充電ドライバ部１５のＭＯＳＦＥＴ１５１を短時間オフし、その間に出力端子の電圧Ｖｏｕｔを検出することで行うことができる。この場合、ＭＯＳＦＥＴ１５１をオフすることで出力電流Ｉｏｕｔは零となるので、電圧Ｖｏｕｔと電池電圧Ｖｂａｔは一致することになる。また、ステップＳ８とステップＳ９とに代わる他の手法としては、負荷回路２２の特性に基づいて負荷電流Ｉ１を推定し、出力電流Ｉｏｕｔが負荷電流Ｉ１と等しくなるように出力Ｖｏｕｔの値を制御することが考えられる。この場合にも、Ｉ１＝ＩｏｕｔすなわちＩ２＝０とすることができる。
【００３９】
なお、上記実施形態においては、ＭＯＳＦＥＴ１４１やＭＯＳＦＥＴ１５１の発熱を電池パック１２あるいは電池セル１９に対して伝導しやすくなるように、ＭＯＳＦＥＴ１４１やＭＯＳＦＥＴ１５１を配置するようにすることが望ましい。例えば、電池セル１９の真裏に充電制御回路１１を配置するなどすると、低温時の大きな発熱量を効率的に電池セル１９に伝達することが可能となる。
【００４０】
以上のように本実施形態によれば、充電制御部１６（制御部）によって、電池セル１９（二次電池）の温度が所定の温度より低い場合に（ステップＳ４で「ｎｏ」の場合に）、充電電流Ｉ２と負荷電流Ｉ１とを制御するＭＯＳＦＥＴ１４１やＭＯＳＦＥＴ１５１（トランジスタ）が消費する電力が増加するようにＭＯＳＦＥＴ１４１やＭＯＳＦＥＴ１５１が制御される。これによれば、少なくとも負荷回路２２で一定の電流が消費されていれば、負荷電流Ｉ１を供給されるためにＭＯＳＦＥＴ１４１やＭＯＳＦＥＴ１５１に流れる電流と、ＭＯＳＦＥＴ１４１やＭＯＳＦＥＴ１５１による電圧降下とによって一定の電力をＭＯＳＦＥＴ１４１やＭＯＳＦＥＴ１５１において消費させることが可能となる。したがって、ＭＯＳＦＥＴ１４１やＭＯＳＦＥＴ１５１の消費電力増大による発熱を利用して電池セル１９の温度を上昇させることが可能となり、ＣＰＵなどの負荷回路の動作条件に大きな制約を加えることなく、また、コストや実装面積を増大させることなく、さらに、残存容量の低下といった課題を生じることなく、低温時の電池温度を上昇させることができる。
【００４１】
また、本実施形態によれば、電池セル１９の温度を積極的に上昇させることが可能となり、電池低温度から常温付近まで電池温度を短時間で上昇させることで、放電温度特性の良好な温度範囲にて充電もしくは負荷回路２２への電源供給が行うことが可能となる。
【００４２】
また、本実施形態によれば、携帯機器においてリチウム二次電池などの二次電池を低温状態にて充電する場合に、充電制御回路において積極的に回路を発熱させることで電池温度の上昇を図り、一般的には充電禁止とされていた低温度充電帯域の実質的な拡大、及びリチウム二次電池などの二次電池の放電温度特性の改善が可能となる。
【００４３】
次に、図３及び図４を参照して、図１及び図２を参照して説明した上記の実施形態の変形例について説明する。なお、図３において図１と同一の構成には同一の符号を用い、説明を省略する。
【００４４】
図３において、携帯機器３０ａが図１の携帯機器３０に、充電制御回路１１ａが図１の充電制御回路１１に、そして、充電制御部１６ａが図１の充電制御部１６にそれぞれ対応している。また、図３の充電制御回路１１ａには、新たに充電電流制御部２４が設けられている。充電電流制御部２４は、充電ドライバ部１５の出力と、電池パック１２との間に設けられ、電池パック１２への充電電流Ｉ２を制御する。なお、電池パック１２からの放電電流は充電電流制御部２４を介して負荷回路２２へ供給されるようになっている。
【００４５】
充電電流制御部２４は、ＭＯＳＦＥＴ２４１を有し、充電制御部１６ａからの指示に応じてこのＭＯＳＦＥＴ２４１を制御することで、電池パック１２の充電電流Ｉ２を制御する。すなわち、図３の充電制御回路１１ａでは、電池パック１２への充電電流Ｉ２と、負荷回路２２へ供給される負荷電流Ｉ１とを独立して制御することが可能である。この構成によれば、例えば、充電ドライバ部１５の出力電圧Ｖｏｕｔが電池パック１２の端子電圧よりも高い場合（すなわち出力電圧Ｖｏｕｔをそのまま電池パック１２に印加してしまうと充電電流Ｉ２が流れてしまうような場合）であっても、充電電流制御部２４のＭＯＳＦＥＴ２４１をオフすることで充電電流Ｉ２を零にすることが可能となる。この構成によれば、充電電流Ｉ２を零にしなければならないような状態（例えば０℃以下の状態）でも、入力制限部１４や充電ドライバ部１５による消費電力を比較的自由に制御することが可能となる。なお、ＭＯＳＦＥＴ２４１を、他のＭＯＳＦＥＴ１４１やＭＯＳＦＥＴ１５１と同様に発熱源となるように制御することも可能である。
【００４６】
図４に、充電制御回路１１ａの発熱量と電池温度との関係の一例を模式的に表した。横軸が電池温度、縦軸が発熱量である。充電制御回路１１ａの出力動作が可能となる温度範囲の上限値をＴ２、下限値をＴ１としている。この例では、Ｔ１〜０℃の発熱量Ｗ１を一定量としている。また、発熱量Ｗ２は充電制御回路１１ａにおける最小の電力損失に対応している。なお、Ｔ１〜０℃の発熱量Ｗ１は、一定とせず、変化させてもよい。例えば、Ｔ１〜−１０℃で発熱量を増やし、−１０℃〜０℃では発熱量をやや減らすというようにすることなどが可能である。
【００４７】
なお、本発明の実施の形態は上記のものに限定されず、例えば、所定温度以下の出力制御において、ＭＯＳＦＥＴ１４１やＭＯＳＦＥＴ１５１の消費電力を一定とせず、電池温度に応じて徐々に変化させる変更などが適宜可能である。
【００４８】
なお、本実施の形態に係る携帯端末は、内部にコンピュータシステムを有している。そして、動作の過程は、プログラムの形式でコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記憶されており、このプログラムをコンピュータシステムが読み出して実行することによって、上記処理が行われる。ここでいう「コンピュータシステム」とは、ＣＰＵ及び各種メモリやＯＳ、周辺機器等のハードウェアを含むものである。
また、「コンピュータシステム」は、ＷＷＷシステムを利用している場合であれば、ホームページ提供環境（あるいは表示環境）も含むものとする。
【００４９】
また、各ステップを実現するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、また、この機能を実現するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することにより、検出対象物の形状情報の推定値を算出する処理を行ってもよい。
また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、フラッシュメモリ等の書き込み可能な不揮発性メモリ、ＣＤ−ＲＯＭ等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。
【００５０】
さらに「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムが送信された場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリ（例えばＤＲＡＭ（Dynamic Random Access Memory））のように、一定時間プログラムを保持しているものも含むものとする。
また、上記プログラムは、このプログラムを記憶装置等に格納したコンピュータシステムから、伝送媒体を介して、あるいは、伝送媒体中の伝送波により他のコンピュータシステムに伝送されてもよい。ここで、プログラムを伝送する「伝送媒体」は、インターネット等のネットワーク（通信網）や電話回線等の通信回線（通信線）のように情報を伝送する機能を有する媒体のことをいう。
また、上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであっても良い。さらに、前述した機能をコンピュータシステムに既に記録されているプログラムとの組合せで実現できるもの、いわゆる差分ファイル（差分プログラム）であっても良い。
【符号の説明】
【００５１】
１１、１１ａ 充電制御回路
１２ 電池パック
１３ ＡＣアダプタ
１４ 入力制限部
１５ 充電ドライバ部
１６ 充電制御部
１７ 電池温度モニタ部
１９ 電池セル
２０ 温度検出部
２２ 負荷回路
２４ 充電制御回路
３０、３０ａ 携帯機器
１４１、１５１、２４２ ＭＯＳＦＥＴ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、二次電池の充電制御を行うための充電制御回路、充電制御方法、及びそれを用いた携帯端末に関する。
【背景技術】
【０００２】
携帯機器などに用いられている充電制御回路には、電池温度検出機能や電池保護機能を搭載しているものがある。これらの機能は、充電動作による電池へのダメージを考慮したものであり、リチウム二次電池などの二次電池の安全性を高めるために設けられたものである。ここで、電池温度検出機能は、サーミスタなどの検知素子を用いて電池温度を検出する機能である。電池保護機能は、過電圧検出、過電流検出、電池温度検出等の検出結果に応じて、充電動作の停止、充電電流制限などの充電制御によって電池保護を行う機能である。
【０００３】
電池保護機能の一部である電池温度保護に関しては、リチウム二次電池などの二次電池では一般に安全性などの見地から、放電が可能である電池温度の上限値と、充電が可能である電池温度の上限値及び下限値とが定められている。例えば特許文献１、特許文献２では、電池温度が高温となった場合に温度を低下させるための技術の検討が行われている。
【０００４】
特許文献１には、電池パック内の温度が所定値以上となった場合に、電池パック内に設けられている過充電保護用のトランジスタのオン抵抗値を大きくすることで充電電流を低下させ、温度上昇時でも充電を継続するための技術が記載されている。また、特許文献２には、充電時の温度上昇速度や温度低下速度に応じて充電電流を変化させることで、電池温度が設定温度を超える時間を短縮するための技術が記載されている。
【０００５】
一方、電池温度が低温となった場合に温度を上昇させたり、さらに低温とないように維持したりするための技術が、例えば特許文献３〜５において検討されている。
【０００６】
特許文献３には、電池温度が低温の場合に、情報携帯端末のＣＰＵ（中央処理装置）で負荷が大きい演算処理を行わせることで、ＣＰＵの発熱量によって電池温度を上昇させる技術が記載されている。特許文献４には、電池パック内に電池セル加熱用の電流入力端子とヒーターとを設け、低温時にヒーターを加熱させることで内部温度を上昇させる技術が記載されている。また、特許文献５には、極低温状態に至る可能性を予測された場合に、電池を放電させ、内部発熱を促進させることで電池温度を上昇させる技術が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００９−１３１０２３号公報
【特許文献２】特開２０１０−１７２１５８号公報
【特許文献３】特開２００５−１１０４４３号公報
【特許文献４】特開平１０−２８４１３３号公報
【特許文献５】特開２００８−１６２２９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上述した電池温度保護の低温時の保護に係る技術において、例えば特許文献３に記載されている技術は、電池を電源として動作する負荷回路内のＣＰＵを負荷として電力を消費させることで電池温度を上昇させようとするものである。そのため、負荷となるＣＰＵの動作状態や処理内容に一定の制約が求められることになる。すなわち、例えば、低温時には発熱量が高い所定の画像処理を行うような設定をしていた場合、利用者が他の画像処理を伴う操作を行うことができなくなるといったことが考えられる。
【０００９】
また、特許文献４に記載されている技術では、加熱用のヒーターを設ける必要があり、コスト増大や実装面積増大といった課題が生じる。
【００１０】
また、特許文献５に記載されている技術は、電池を放電させることによる内部発熱を利用したものであり、放電による残存容量の低下が課題となる。
【００１１】
なお、これまでは、電池温度が、充電が許される下限温度以下の低温時となった場合には充電停止とするのが一般的であり、下限温度以下の温度における充電制御回路の制御については深く議論されることは少なかった。
【００１２】
本発明は、上記の事情を考慮してなされたものであり、電池を電源として動作するＣＰＵなどからなる負荷回路の動作条件に過大な制約を加えることなく、また、コストや実装面積を増大させることなく、さらに、残存容量の低下といった課題を生じることなく、低温時の電池温度を上昇させることができる充電制御回路、充電制御方法及び携帯端末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】
【００１３】
上記課題を解決するため、本発明は、所定の電源装置から供給される電力を入力とし、二次電池に対する充電電流と、前記二次電池を電源として動作する負荷回路に対する負荷電流とを制御して出力する充電制御回路であって、前記充電電流と前記負荷電流とを制御するためのトランジスタと、前記二次電池の温度が所定の温度より低い場合に前記トランジスタによって消費される電力を増加させるように前記トランジスタを制御する制御部とを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、制御部によって、二次電池の温度が所定の温度より低い場合に、充電電流と負荷電流とを制御するトランジスタが消費する電力が増加するようにトランジスタが制御される。これによれば、少なくとも負荷回路で一定の電流が消費されていれば、負荷電流を供給されるためにトランジスタに流れる電流と、トランジスタによる電圧降下とによって一定の電力をトランジスタにおいて消費させることが可能となる。したがって、このトランジスタの消費電力増大による発熱を利用して二次電池の温度を上昇させることで、ＣＰＵなどの負荷回路の動作条件に大きな制約を加えることなく、また、コストや実装面積を増大させることなく、さらに、残存容量の低下といった課題を生じることなく、低温時の電池温度を上昇させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の一実施形態である充電制御回路１１の構成の一例を示すブロック図である。
【図２】図１の充電制御回路１１の動作を説明するためのフローチャートである。
【図３】本発明の他の実施形態である充電制御回路１１ａの構成の一例を示すブロック図である。
【図４】図３の充電制御回路１１ａの動作特性の一例を示す図である。
【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の一実施の形態について説明する。図１は、本発明の一実施形態としての充電制御回路１１の構成の一例を示すブロック図である。図１に示した充電制御回路１１は、入力制限部１４、充電ドライバ部１５、充電制御部１６、及び電池温度モニタ部１７を備えている。ただし、図１に示した充電制御回路１１内には、入力電流Ｉｉｎ、入力電圧Ｖｉｎ、出力電流Ｉｏｕｔ、出力電圧Ｖｏｕｔなどの電流及び電圧の検出回路などの図示していない他の回路も含まれている。
【００１７】
本実施形態の充電制御回路１１は、携帯電話機などの携帯端末３０に搭載されているものとする。この携帯端末３０には、充電制御回路１１のほか、電池パック１２と、電池パック１２以外の回路である負荷回路２２とが設けられている。
【００１８】
電池パック１２は、保護制御回路１８、電池セル１９及び温度検出部２０を備えている。電池セル１９は、リチウム二次電池などの二次電池である。保護制御回路１８は、所定の条件が満たされた場合に電池セル１９の充放電電流を遮断する制御を行う。保護制御回路１８は、電池セル１９の端子電圧や充放電電流を所定の基準値と比較する機能や、温度検出部２０で検出された温度に応じた値と所定の基準値と比較をする機能を有している。そして、保護制御回路１８は、各機能による比較の結果に基づいて、所定の過電圧、過電流、または高電池温度が検出された場合には電池セル１９の充放電電流を遮断する。電池セル１９の充放電流が流れる回路には、図示していないＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ；金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ）スイッチが直列に挿入されている。保護制御回路１８は、このＭＯＳＦＥＴスイッチをオフすることで充放電電流を遮断する。また、温度検出部２０は、サーミスタからなり、電池セル１９の表面温度に応じて電気抵抗を変化させる。
【００１９】
負荷回路１２は、電池パック２１（すなわち電池セル１９）を電源として動作する負荷回路であって、携帯端末３０内の電池パック２１を除く他の電気負荷回路に対応するものである。この例では、負荷回路２２がＤＣ・ＤＣコンバータ（直流電圧変換回路）２３を備えている。そして、電池パック１２との接続端子２１がＤＣ・ＤＣコンバータ２３の入力端子に接続され、端子２１の電圧が所定の電圧に変換されて他の内部回路に供給されるようになっている。
【００２０】
また、充電制御回路１１には、ＡＣアダプタ１３が接続されている。ＡＣアダプタ１３は、商用交流電源を入力として、所定電圧の直流電力を出力する電源装置である。
【００２１】
本実施形態において、充電制御回路１１は、ＡＣアダプタ１３から供給される電力を入力とし、電池パック１２内の電池セル１９に対する充電電流Ｉ２と、電池セル１９を電源として動作する負荷回路２２に対する負荷電流Ｉ１とを制御して出力する回路である。
【００２２】
入力制限部１４は、ＭＯＳＦＥＴ１４１を有し、充電制御部１６からの指示に応じてこのＭＯＳＦＥＴ１４１を制御することで、充電ドライバ部１５を介して出力される電圧Ｖｏｕｔまたは電流Ｉｏｕｔの値を所望の値に制御する。ＭＯＳＦＥＴ１４１の動作モードは、いわゆるリニアモードであってもよいし、スイッチングモード（スイッチモードとも呼ばれる）であってもよい。また、入力制限部１４は、リニアモードと、スイッチングモードとを切り替え可能な構成であってもよい。ただし、スイッチングモードで動作させる場合には、入力制限部１４内にＭＯＳＦＥＴ１４１の出力部に、チョークコイル、平滑キャパシタ、環流ダイオードなどの電子部品が設けられているものとする。
【００２３】
入力制限部１４は、リニアモードの場合、ＭＯＳＦＥＴ１４１のドレイン・ソース間に所定の電圧降下を持たせることで、出力電圧Ｖｏｕｔまたは出力電流Ｉｏｕｔを制御する。この場合、ドレイン・ソース間電圧と出力電流Ｉｏｕｔとを掛け合わせたものが、ＭＯＳＦＥＴ１４１の主な消費電力（つまり電力損失）となる。他方、スイッチングモードの場合、入力制限部１４は、ＭＯＳＦＥＴ１４１を所定の周期でオン・オフ制御し、通流率を変化させることで、出力電圧Ｖｏｕｔまたは出力電流Ｉｏｕｔを制御する。この場合、オン時のドレイン・ソース間電圧と入力電流Ｉｉｎとを掛け合わせたものが、ＭＯＳＦＥＴ１４１の主な消費電力となる。また、スイッチングモードの場合、入力制限部１４は、ＭＯＳＦＥＴ１４１のオン抵抗を変化させることで消費電力を制御することが可能である。
【００２４】
充電ドライバ部１５は、ＭＯＳＦＥＴ１５１を有し、充電制御部１６からの指示に応じてこのＭＯＳＦＥＴ１５１をオン又はオフ状態に制御することで、出力電流Ｉｏｕｔをオン又はオフ状態に制御する。また、充電ドライバ部１５では、オン時のドレイン・ソース間電圧と出力電流Ｉｏｕｔとを掛け合わせたものが、ＭＯＳＦＥＴ１５１の主な消費電力となる。充電電流部１５は、ＭＯＳＦＥＴ１５１のオン抵抗を変化させることで消費電力を制御することが可能となっている。
【００２５】
充電制御部１６は、通常の充電動作の出力制御に加え、本実施形態が特徴とする温度による出力制御を行う。通常の充電動作の出力制御では、既知のプリチャージ、急速充電、定電圧充電などの複数の動作モードによって出力電流Ｉｏｕｔや出力電圧Ｖｏｕｔの制御が行われる。また、充電制御部１６は、充電ドライバ部１５のＭＯＳＦＥＴ１５１を用いて、過電圧保護、過電流保護、動作停止（すなわち出力遮断）などの制御も行う。他方、本実施形態が特徴とする温度による出力制御では、電池温度モニタ部１７から出力される電池セル１９の温度に応じた信号に基づいて、充電動作や充電停止の出力制御に加え、ＭＯＳＦＥＴ１４１やＭＯＳＦＥＴ１５１のゲート・ソース間電圧を変化させることで、入力制限部１４及び充電ドライバイ部１５に対する消費電力の制御が行われる。
【００２６】
充電制御部１６は、例えば、内部にＣＰＵ、揮発性メモリ、不揮発性メモリ、Ａ／Ｄ変換器（アナログ／デジタル変換器）、発振回路などを備えて構成されていて、不揮発性メモリに格納されている所定のプログラムを実行することで上述したような出力制御を実行する。
【００２７】
電池温度モニタ部１７は、電池温度検出部１２の出力を入力し、電池セル１９の表面温度に応じた信号を出力する。
【００２８】
次に、図２のフローチャートを参照して、図１に示した充電制御回路１１の動作について説明する。図２に示す動作では、充電制御回路１１が、電池温度モニタ部１７により温度検出部２０の信号を受けて電池温度を監視し、充電制御部１６によって入力制限部１４と充電ドライバ部１５の出力制御を行う。この図２に示したフローは所定の周期で繰り返し実行される。また、充電制御回路１１の出力動作が可能となる温度範囲の上限値がＴ２、下限値がＴ１であるとする。
【００２９】
まず、充電制御部１９が、電池温度モニタ部１７によって温度検出部２０の信号を受けて電池温度を検出する（ステップＳ１）。
【００３０】
次に充電制御部１９は、ステップＳ１で検出した電池温度と、動作温度上限値Ｔ２及び下限値Ｔ１との比較による判定処理を行う（ステップＳ２）。ステップＳ２の判定条件が満たされた場合（ステップＳ２の判定結果が「ｙｅｓ」の場合）、すなわち、電池温度が、動作温度上限値Ｔ２を超えていたか、または、動作温度下限値Ｔ１に達していなかった場合、充電制御部１９は充電ドライバ部１５のＭＯＳＦＥＴ１５１をオフすることで出力を停止する（ステップＳ３）。
【００３１】
一方、ステップＳ２の判定条件が満たされなかった場合（ステップＳ２の判定結果が「ｎｏ」の場合）、充電制御部１９は、ステップＳ１で検出された電池温度と、所定温度との比較による判定処理を行う（ステップＳ３）。この所定温度は、入力制限部１４や充電ドライバ部１５の消費電力を増加させ、それによって電池温度を上昇させようとするか否かを決定する温度である。より具体的には、入力制限部１４のＭＯＳＦＥＴ１４１によって消費される電力や充電ドライバ部１５のＭＯＳＦＥＴ１５１によって消費される電力を増加させるようにＭＯＳＦＥＴ１４１やＭＯＳＦＥＴ１５１を制御するか否かを決定する温度である。この所定の温度は、充電制御回路１１の動作特性（あるいは仕様）、電池パック１２の特性などに応じて任意に設定することが可能である。
【００３２】
ステップＳ４の判定において、電池温度が所定温度を超えていると判定された場合（ステップＳ４で「ｙｅｓ」の場合）、充電制御部１６は、通常の充電制御を実行する（ステップＳ５）。ステップＳ５では、充電制御部１６は、例えば通常の充電制御を行う場合の設定にしたがって入力制限部１４及び充電ドライバ部１５を制御する。上述したように、通常の充電動作の出力制御では、プリチャージ、急速充電、低電圧充電などの複数の動作モードによって出力電流Ｉｏｕｔや出力電圧Ｖｏｕｔの制御が行われる。
【００３３】
一方、ステップＳ４の判定において、電池温度が所定温度を超えていないと判定された場合（ステップＳ４で「ｎｏ」の場合）、充電制御部１６は、さらに、ステップＳ１で検出された電池温度が充電可能下限温度を以上であるか否かの判定処理を行う（ステップＳ６）。充電可能下限温度とは、それ未満の温度では電池パック１２に対して充電電流を流すことが禁止される温度である。例えば電池セル１９がリチウム二次電池である場合、充電可能下限温度は０℃程度であることが多い。
【００３４】
ステップＳ６の判定において、電池温度が充電可能下限温度以上であると判定された場合（ステップＳ６で「ｙｅｓ」の場合）、充電制御部１６は、入力制限部１４や充電ドライバ部１５のＭＯＳＦＥＴ１４１やＭＯＳＦＥＴ１５１の消費電力を増加させた上で通常と同様の充電制御を実行する（ステップＳ７）。すなわち、充電制御部１６は、通常の充電動作の出力制御と同様に、プリチャージ、急速充電、低電圧充電などの複数の動作モードによって出力電流Ｉｏｕｔや出力電圧Ｖｏｕｔの制御を行うのであるが、その際、入力制限部１４や充電ドライバ部１５の消費電力を増加させる制御が行われるのである。
【００３５】
ステップＳ７では、入力制限部１４がリニアモードで動作している場合、充電制御部１６は、充電ドライバ部１５のＭＯＳＦＥＴ１５１のゲート・ソース間電圧を変化させ、ＭＯＳＦＥＴ１５１のオン抵抗を増加させる制御を行う。この場合、出力電流Ｉｏｕｔや出力電圧Ｖｏｕｔの値は、入力制御部１４によってステップＳ５での通常の制御と同様に制御される。したがって、充電動作の特性が低下することはない。しかしながら、充電ドライバ部１５のＭＯＳＦＥＴ１５１における消費電力が増加し、よってＭＯＳＦＥＴ１５１の発熱量が通常の場合よりも増加することになる。
【００３６】
他方、入力制限部１４がスイッチングモードで動作している場合、ステップＳ７で充電制御部１６は、次の２通りの手法で消費電力を増大させることができる。１つ目の手法は、リニアモードの場合と同様に、充電ドライバ部１５のＭＯＳＦＥＴ１５１のゲート・ソース間電圧を変化させ、ＭＯＳＦＥＴ１５１のオン抵抗を増加させる制御である。他方、２つめの手法は、入力制限部１４のＭＯＳＦＥＴ１４１のオン時のゲート・ソース間電圧を増大させ、ＭＯＳＦＥＴ１４１のオン抵抗を増加させる制御である。この場合、出力電流Ｉｏｕｔや出力電圧Ｖｏｕｔの値は、入力制御部１４によってステップＳ５での通常の制御と同様にして制御される。したがって、充電動作の特性が低下することはない。しかしながら、入力制限部１４のＭＯＳＦＥＴ１４１における消費電力が増加し、したがってＭＯＳＦＥＴ１４１の発熱量が通常の場合よりも増加することになる。また、この２つ目の手法では、ＭＯＳＦＥＴ１４１のオン抵抗を増加させる制御に、ＭＯＳＦＥＴ１５１のオン抵抗を増加させる制御を組み合わせるようにしてもよい。
【００３７】
一方、ステップＳ６の判定において、電池温度が充電可能下限温度以上ではないと判定された場合（ステップＳ６で「ｎｏ」の場合）、充電制御部１６は、電池パック１２への充電電流を零にした上で負荷回路２２に対して負荷電流（図１の電流Ｉ１）を供給するための制御を実行する。この実施形態では、充電制御部１６が、まず、電池パック１２の端子電圧である電池電圧Ｖｂａｔを取得し（ステップＳ８）、次に、出力電圧Ｖｏｕｔを電池電圧Ｖｂａｔとほぼ等しくなるようにする制御を行う（ステップＳ９）。また、同時に、ステップＳ７の動作について説明したように、入力制限部１４や充電ドライバ部１５の消費電力を増加させる制御も行うようにする。ステップＳ９で出力電圧Ｖｏｕｔを電池電圧Ｖｂａｔがほぼ等しくなるよう制御された場合、図１において、電池セル１９へ流れ込む電流（すなわち充電電流）Ｉ２はほぼ零となる。出力電圧Ｖｏｕｔと電池電圧Ｖｂａｔが等しい場合、負荷電流Ｉ１は、出力電流Ｉｏｕｔと電池セル１２からの放電電流Ｉ２（ただし矢印の方向は図示の場合と逆）を足し合わせたものとなる。この場合に、充電制御回路１１または電池パック１２から電流を出力した場合の出力特性（主に出力インピーダンスの特性）に合わせて出力電圧Ｖｏｕｔがわずかに電池電圧Ｖｂａｔを上回るように制御することで、負荷電流Ｉ１＝出力電流Ｉｏｕｔの関係とすることが可能である。このようにすることで、電池パック１２へ充電電流を流し込まず、かつ、電池パック１２から放電電流を出力させずに、充電制御回路１１から負荷電流Ｉ１を供給しつつ、入力制限部１４１や充電ドライバ部１５１の消費電力による発熱によって、電池パック１２の温度を上昇させることが可能となる。
【００３８】
なお、ステップＳ８での電池電圧Ｖｂａｔの取得は、例えば、充電ドライバ部１５のＭＯＳＦＥＴ１５１を短時間オフし、その間に出力端子の電圧Ｖｏｕｔを検出することで行うことができる。この場合、ＭＯＳＦＥＴ１５１をオフすることで出力電流Ｉｏｕｔは零となるので、電圧Ｖｏｕｔと電池電圧Ｖｂａｔは一致することになる。また、ステップＳ８とステップＳ９とに代わる他の手法としては、負荷回路２２の特性に基づいて負荷電流Ｉ１を推定し、出力電流Ｉｏｕｔが負荷電流Ｉ１と等しくなるように出力Ｖｏｕｔの値を制御することが考えられる。この場合にも、Ｉ１＝ＩｏｕｔすなわちＩ２＝０とすることができる。
【００３９】
なお、上記実施形態においては、ＭＯＳＦＥＴ１４１やＭＯＳＦＥＴ１５１の発熱を電池パック１２あるいは電池セル１９に対して伝導しやすくなるように、ＭＯＳＦＥＴ１４１やＭＯＳＦＥＴ１５１を配置するようにすることが望ましい。例えば、電池セル１９の真裏に充電制御回路１１を配置するなどすると、低温時の大きな発熱量を効率的に電池セル１９に伝達することが可能となる。
【００４０】
以上のように本実施形態によれば、充電制御部１６（制御部）によって、電池セル１９（二次電池）の温度が所定の温度より低い場合に（ステップＳ４で「ｎｏ」の場合に）、充電電流Ｉ２と負荷電流Ｉ１とを制御するＭＯＳＦＥＴ１４１やＭＯＳＦＥＴ１５１（トランジスタ）が消費する電力が増加するようにＭＯＳＦＥＴ１４１やＭＯＳＦＥＴ１５１が制御される。これによれば、少なくとも負荷回路２２で一定の電流が消費されていれば、負荷電流Ｉ１を供給されるためにＭＯＳＦＥＴ１４１やＭＯＳＦＥＴ１５１に流れる電流と、ＭＯＳＦＥＴ１４１やＭＯＳＦＥＴ１５１による電圧降下とによって一定の電力をＭＯＳＦＥＴ１４１やＭＯＳＦＥＴ１５１において消費させることが可能となる。したがって、ＭＯＳＦＥＴ１４１やＭＯＳＦＥＴ１５１の消費電力増大による発熱を利用して電池セル１９の温度を上昇させることが可能となり、ＣＰＵなどの負荷回路の動作条件に大きな制約を加えることなく、また、コストや実装面積を増大させることなく、さらに、残存容量の低下といった課題を生じることなく、低温時の電池温度を上昇させることができる。
【００４１】
また、本実施形態によれば、電池セル１９の温度を積極的に上昇させることが可能となり、電池低温度から常温付近まで電池温度を短時間で上昇させることで、放電温度特性の良好な温度範囲にて充電もしくは負荷回路２２への電源供給が行うことが可能となる。
【００４２】
また、本実施形態によれば、携帯機器においてリチウム二次電池などの二次電池を低温状態にて充電する場合に、充電制御回路において積極的に回路を発熱させることで電池温度の上昇を図り、一般的には充電禁止とされていた低温度充電帯域の実質的な拡大、及びリチウム二次電池などの二次電池の放電温度特性の改善が可能となる。
【００４３】
次に、図３及び図４を参照して、図１及び図２を参照して説明した上記の実施形態の変形例について説明する。なお、図３において図１と同一の構成には同一の符号を用い、説明を省略する。
【００４４】
図３において、携帯機器３０ａが図１の携帯機器３０に、充電制御回路１１ａが図１の充電制御回路１１に、そして、充電制御部１６ａが図１の充電制御部１６にそれぞれ対応している。また、図３の充電制御回路１１ａには、新たに充電電流制御部２４が設けられている。充電電流制御部２４は、充電ドライバ部１５の出力と、電池パック１２との間に設けられ、電池パック１２への充電電流Ｉ２を制御する。なお、電池パック１２からの放電電流は充電電流制御部２４を介して負荷回路２２へ供給されるようになっている。
【００４５】
充電電流制御部２４は、ＭＯＳＦＥＴ２４１を有し、充電制御部１６ａからの指示に応じてこのＭＯＳＦＥＴ２４１を制御することで、電池パック１２の充電電流Ｉ２を制御する。すなわち、図３の充電制御回路１１ａでは、電池パック１２への充電電流Ｉ２と、負荷回路２２へ供給される負荷電流Ｉ１とを独立して制御することが可能である。この構成によれば、例えば、充電ドライバ部１５の出力電圧Ｖｏｕｔが電池パック１２の端子電圧よりも高い場合（すなわち出力電圧Ｖｏｕｔをそのまま電池パック１２に印加してしまうと充電電流Ｉ２が流れてしまうような場合）であっても、充電電流制御部２４のＭＯＳＦＥＴ２４１をオフすることで充電電流Ｉ２を零にすることが可能となる。この構成によれば、充電電流Ｉ２を零にしなければならないような状態（例えば０℃以下の状態）でも、入力制限部１４や充電ドライバ部１５による消費電力を比較的自由に制御することが可能となる。なお、ＭＯＳＦＥＴ２４１を、他のＭＯＳＦＥＴ１４１やＭＯＳＦＥＴ１５１と同様に発熱源となるように制御することも可能である。
【００４６】
図４に、充電制御回路１１ａの発熱量と電池温度との関係の一例を模式的に表した。横軸が電池温度、縦軸が発熱量である。充電制御回路１１ａの出力動作が可能となる温度範囲の上限値をＴ２、下限値をＴ１としている。この例では、Ｔ１〜０℃の発熱量Ｗ１を一定量としている。また、発熱量Ｗ２は充電制御回路１１ａにおける最小の電力損失に対応している。なお、Ｔ１〜０℃の発熱量Ｗ１は、一定とせず、変化させてもよい。例えば、Ｔ１〜−１０℃で発熱量を増やし、−１０℃〜０℃では発熱量をやや減らすというようにすることなどが可能である。
【００４７】
なお、本発明の実施の形態は上記のものに限定されず、例えば、所定温度以下の出力制御において、ＭＯＳＦＥＴ１４１やＭＯＳＦＥＴ１５１の消費電力を一定とせず、電池温度に応じて徐々に変化させる変更などが適宜可能である。
【００４８】
なお、本実施の形態に係る携帯端末は、内部にコンピュータシステムを有している。そして、動作の過程は、プログラムの形式でコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記憶されており、このプログラムをコンピュータシステムが読み出して実行することによって、上記処理が行われる。ここでいう「コンピュータシステム」とは、ＣＰＵ及び各種メモリやＯＳ、周辺機器等のハードウェアを含むものである。
また、「コンピュータシステム」は、ＷＷＷシステムを利用している場合であれば、ホームページ提供環境（あるいは表示環境）も含むものとする。
【００４９】
また、各ステップを実現するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、また、この機能を実現するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することにより、検出対象物の形状情報の推定値を算出する処理を行ってもよい。
また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、フラッシュメモリ等の書き込み可能な不揮発性メモリ、ＣＤ−ＲＯＭ等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。
【００５０】
さらに「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムが送信された場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリ（例えばＤＲＡＭ（Dynamic Random Access Memory））のように、一定時間プログラムを保持しているものも含むものとする。
また、上記プログラムは、このプログラムを記憶装置等に格納したコンピュータシステムから、伝送媒体を介して、あるいは、伝送媒体中の伝送波により他のコンピュータシステムに伝送されてもよい。ここで、プログラムを伝送する「伝送媒体」は、インターネット等のネットワーク（通信網）や電話回線等の通信回線（通信線）のように情報を伝送する機能を有する媒体のことをいう。
また、上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであっても良い。さらに、前述した機能をコンピュータシステムに既に記録されているプログラムとの組合せで実現できるもの、いわゆる差分ファイル（差分プログラム）であっても良い。
【符号の説明】
【００５１】
１１、１１ａ 充電制御回路
１２ 電池パック
１３ ＡＣアダプタ
１４ 入力制限部
１５ 充電ドライバ部
１６ 充電制御部
１７ 電池温度モニタ部
１９ 電池セル
２０ 温度検出部
２２ 負荷回路
２４ 充電制御回路
３０、３０ａ 携帯機器
１４１、１５１、２４２ ＭＯＳＦＥＴ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の電源装置から供給される電力を入力とし、二次電池に対する充電電流と、前記二次電池を電源として動作する負荷回路に対する負荷電流とを制御して出力する充電制御回路であって、
前記充電電流と前記負荷電流とを制御するためのトランジスタと、
前記二次電池の温度が所定の温度より低い場合に前記トランジスタによって消費される電力を増加させるように前記トランジスタを制御する制御部と
を備えることを特徴とする充電制御回路。
【請求項２】
前記トランジスタの発熱を前記二次電池に対して伝導しやすくなるように前記トランジスタが配置されている
ことを特徴とする請求項１に記載の充電制御回路。
【請求項３】
前記トランジスタによって消費される電力が、前記負荷電流を供給されるために前記トランジスタに流れる電流と、前記トランジスタによる電圧降下とによって発生するものである
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の充電制御回路。
【請求項４】
所定の電源装置から供給される電力を入力とし、二次電池に対する充電電流と、前記二次電池を電源として動作する負荷回路に対する負荷電流とを所定の回路によって出力させる充電制御方法であって、
前記二次電池の温度を監視し、
前記二次電池の温度が所定の温度より低い場合に、前記充電電流と前記負荷電流とを制御するためのトランジスタによって消費される電力を増加させるように前記トランジスタを制御する
ことを特徴とする充電制御方法。
【請求項５】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の充電制御回路と、
前記負荷回路と
を備えることを特徴とする携帯端末。
【請求項１】
所定の電源装置から供給される電力を入力とし、二次電池に対する充電電流と、前記二次電池を電源として動作する負荷回路に対する負荷電流とを制御して出力する充電制御回路であって、
前記充電電流と前記負荷電流とを制御するためのトランジスタと、
前記二次電池の温度が所定の温度より低い場合に前記トランジスタによって消費される電力を増加させるように前記トランジスタを制御する制御部と
を備えることを特徴とする充電制御回路。
【請求項２】
前記トランジスタの発熱を前記二次電池に対して伝導しやすくなるように前記トランジスタが配置されている
ことを特徴とする請求項１に記載の充電制御回路。
【請求項３】
前記トランジスタによって消費される電力が、前記負荷電流を供給されるために前記トランジスタに流れる電流と、前記トランジスタによる電圧降下とによって発生するものである
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の充電制御回路。
【請求項４】
所定の電源装置から供給される電力を入力とし、二次電池に対する充電電流と、前記二次電池を電源として動作する負荷回路に対する負荷電流とを所定の回路によって出力させる充電制御方法であって、
前記二次電池の温度を監視し、
前記二次電池の温度が所定の温度より低い場合に、前記充電電流と前記負荷電流とを制御するためのトランジスタによって消費される電力を増加させるように前記トランジスタを制御する
ことを特徴とする充電制御方法。
【請求項５】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の充電制御回路と、
前記負荷回路と
を備えることを特徴とする携帯端末。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１３−２１７５２（Ｐ２０１３−２１７５２Ａ）
【公開日】平成２５年１月３１日（２０１３．１．３１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１５０８０２（Ｐ２０１１−１５０８０２）
【出願日】平成２３年７月７日（２０１１．７．７）
【出願人】（３１０００６８５５）ＮＥＣカシオモバイルコミュニケーションズ株式会社 (1,081)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年１月３１日（２０１３．１．３１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年７月７日（２０１１．７．７）
【出願人】（３１０００６８５５）ＮＥＣカシオモバイルコミュニケーションズ株式会社 (1,081)
【Ｆターム（参考）】
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