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CN111129617B - 电子设备及其控制方法 - Google Patents

电子设备及其控制方法

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CN111129617B
CN111129617B CN201910979488.XA CN201910979488A CN111129617B CN 111129617 B CN111129617 B CN 111129617B CN 201910979488 A CN201910979488 A CN 201910979488A CN 111129617 B CN111129617 B CN 111129617B
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西田哲
板垣孝俊
和井内纪行
木下泰宏
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Mitsumi Electric Co Ltd
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Mitsumi Electric Co Ltd
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Abstract

本发明提供正确地判定锂离子电池的状态的电子设备及其控制方法。该电子设备具备：锂离子电池；变形量检测部，其检测上述锂离子电池的变形量；满充电检测部，其检测上述锂离子电池的满充电；稳定检测部，其在由上述满充电检测部检测出满充电后，检测稳定状态；以及状态判定部，其使用在上述稳定检测部检测出上述稳定状态时由上述变形量检测部检测出的上述变形量来判定上述锂离子电池的状态。

Description

电子设备及其控制方法
技术领域
本发明涉及电子设备及其控制方法。
背景技术
已知作为二次电池的锂离子电池被广泛用于智能手机等电子设备中，但是会由于重复充电放电等而老化。特别是有时由于重复充电放电造成的内部积层体的膨胀和由内部温度上升造成的电解液的气化而使内压上升，从而使锂离子电池发生膨胀。如果放任这种锂离子电池的老化则会有带来着火或爆炸的危险。
因此，提出一种方案(例如参照专利文献1)，设置检测由于锂离子电池的膨胀而产生的压力的压力传感器，并根据该压力传感器的输出信号来监视锂离子电池有无变形。
专利文献
专利文献1：日本专利第5881593号
发明内容
但是，如专利文献1记载的那样，锂离子电池的变形量不是随时间一起递增，而是在充电时增加并在放电时减少。因此，如果重复锂离子电池的充电放电，则变形量会随着充电放电而重复增加以及减少，同时由于经年变动而整体增加。
因此，锂离子电池的变形量通过充电放电来增减，所以依赖于变形量的检测定时的误差变大，有时不能够正确地判定锂离子电池的状态。
本发明的目的为能够正确地判定锂离子电池的状态。
公开的技术为一种电子设备，具备：锂离子电池；变形量检测部，其检测上述锂离子电池的变形量；满充电检测部，其检测上述锂离子电池的满充电；稳定检测部，其在通过上述满充电检测部检测出满充电后，检测稳定状态；以及状态判定部，其使用在通过上述稳定检测部检测出上述稳定状态时由上述变形量检测部检测出的上述变形量来进行上述锂离子电池的状态判定。
根据本发明，能够正确地判定锂离子电池的状态。
附图说明
图1是例示第一实施方式所涉及的电子设备的概略结构的框图。
图2是例示粘有畸变检测部的锂离子电池的图。
图3是说明满充电检测动作的流程图。
图4是例示锂离子电池的充电特性的图表。
图5是说明稳定检测动作的流程图。
图6是说明锂离子电池的的状态判定的一系列动作的流程图。
图7是例示锂离子电池的变形量的时间变化以及畸变检测定时的图表。
附图标记的说明
100：电子设备、200：本体部、206：CPU、208：状态判定部、209：充电控制部、300电池部、301：锂离子电池、302：畸变检测部(变形量检测部)、303：电压检测部、304：电流检测部、305：温度检测部、306：控制部、309：满充电检测部、310：稳定检测部、311：变形量取得部、400：充电器。
具体实施方式
以下，参照附图说明用于实施发明的方式。在各个附图中，对相同结构部分标注相同标记，有时省略重复的说明。
另外，在以下说明的实施方式中，例示智能手机作为应用了本发明的电子设备的一例。
＜第一实施＞
以下说明本发明第一实施方式所涉及的电子设备。
[电子设备的概略结构]
图1是例示第一实施方式所涉及的电子设备100的概略结构的图。
图1中，电子设备100具有本体部200、作为电池模块的电池部300。电池部300与充电器400连接。
本体部200具有触摸面板显示器201、操作按钮202、通信部203、扬声器204、麦克风205、CPU(Central Processing Unit，中央处理器)206、存储部207以及充电控制部209。
触摸面板显示器201具有显示部201a、触摸面板201b。触摸面板201b被层叠在显示部201a上。
显示部201a是液晶显示器、有机EL显示器等显示设备。
触摸面板201b检测相对于其表面的用户的手指等的接触和所接触的位置并将检测信号发送给CPU206。触摸面板201b的检测方式可以是静电容量方式、电阻膜方式、表面弹性波方式、红外线方式、负载检测方式等任意一种方式。
操作按钮202是接受来自用户的操作输入的电源按钮、音量按钮等。
通信部203是例如通过无线进行通信的无线通信模块。通信部203例如支持2G、3G、4G、5G等通信标准和近距离无线的通信标准。
扬声器204将从CPU206发送的声音信号作为声音来输出。扬声器204例如输出通过电子设备100播放的动画的声音、音乐以及通话时的对方的声音等。麦克风25将所输入的用户的声音等转换为声音信号并发送给CPU206。
CPU206是控制本体部200的各部和电池部300的主控制部。CPU206根据需要参照存储在存储部207中的数据，并且执行存储在存储部207中的程序所包括的命令。CPU206根据数据以及命令来实现各种功能。
存储部207构成为包括RAM(Random Access Memory，随机存取存储器)和闪存等的存储器。存储部207存储设定数据、检测数据等各种数据和程序。
充电控制部209将电池部300的+端子和-端子连接，根据电池部300的电压和电流来控制充电器400，从而对锂离子电池301进行充电。
电池部300具有锂离子电池301、作为变形量检测部的畸变检测部302、电压检测部303、电流检测部304、温度检测部305、控制部306以及存储部307。
锂离子电池301是连接了多个单电池的组电池、或者由一个单电池构成的二次电池。锂离子电池301对电池部300内的各部以及本体部200进行电力提供。即，本体部200成为针对锂离子电池301的负荷设备。
畸变检测部302是检查锂离子电池301的变形量的传感器。作为畸变检测部302例如使用将测量对象物所产生的畸变检测为电气电阻值的变化的应变计。例如通过使用惠斯通电桥电路转换为电压来检测应变计的电阻变化。
畸变检测部302经由粘接剂等被粘接到锂离子电池301上。例如，如图2所示，当锂离子电池301为平板状时，畸变检测部302被粘接到锂离子电池301的表面上。
另外，畸变检测部302不限于应变计，也可以是压力传感器。
返回图1，电压检测部303检测锂离子电池301的端子间的电压，并将电压检测值输出给控制部306。
电流检测部304例如被设置在锂离子电池301与充电器400之间的充电路径上。电流检测部304具有检测电阻，检测充电电流以及放电电流，并将电流检测值输出给控制部306。
控制部306控制电池部300内的各部。控制部306根据需要参照存储在存储部307中的数据，并执行存储部307中存储的程序中所包括的命令。控制部306根据数据以及命令来实现各种功能。
温度检测部305是检测锂离子电池301或其周围温度的温度传感器，将温度检测值输出给控制部306。
存储部307构成为包括RAM和闪存等存储器。存储部307存储设定数据、检测数据等各种数据、程序。
[电子设备的功能结构]
接着，说明通过CPU206以及控制部306实现的功能。
控制部306中例如包括满充电检测部309、稳定检测部310、变形量取得部311。
在锂离子电池301的充电中，满充电检测部309根据由电压检测部303检测出的电压检测值和由电流检测部304检测出的电流检测值来检测锂离子电池301为满充电的情况。
锂离子电池301在成为满充电且停止充电后，继续无负荷或微放电的负荷状态，从而输出电压稳定(参照图4)。将满充电之后的输出电压(充电电压V1)与之后继续无负荷或微放电的负荷状态时的输出电压(开放端电压V2)成为大概固定电压时的电压的差(V1-V2)称为过电压。
在锂离子电池301为满充电之后，稳定检测部310根据由电压检测部303检测出的电压检测值和由电流检测部304检测出的电流检测值来检测成为了稳定的状态(稳定状态)的情况。
变形量取得部311从畸变检测部302取得锂离子电池301的变形量。如果变形量取得部311取得变形量，则将所取得的变形量(取得数据)记录在存储部307中。控制部306在从CPU206接收到变形量(取得数据)的请求命令时，将存储在存储部307中的变形量(取得数据)发送给CPU206。
CPU206中例如包括状态判定部208。
状态判定部208根据在由稳定检测部310检测出稳定状态时由畸变检测部302检测出的锂离子电池301的变形量，判定锂离子电池301的状态。
例如，在由稳定检测部310检测出稳定状态时，状态判定部208对控制部306的变形量取得部311进行指示，接收由变形量取得部311取得的变形量的取得数据并记录在存储部207中。在每次进行锂离子301的充电时，将在稳定状态中取得的变形量的取得数据记录于存储部207中。
例如在锂离子电池301的变形量为预定阈值以上时，状态判定部208判定为锂离子电池301中产生固定以上的膨胀并且为异常状态。
在判定为异常状态时，状态判定部208使用显示部201a和扬声器204将表示锂离子电池301为异常状态的消息等通知给用户。
另外，即使在生产电子设备100的初始阶段中锂离子电池301也会产生变形。进一步地，锂离子电池301的变形量中还存在个体差和安装偏差。因此，状态判定部208将在电子设备100的生产时的检查工序等、出货前的上述稳定状态中由畸变检测部302检测出的一个变形量作为初始值记录在存储部207中，并根据该初始值来决定状态判定所使用的上述阈值。
另外，由于在存储部207中变形量被记录为与变形量的检测时间相关联的时间系列数据，所以状态判定部208除了基于变形量大小的判定，也可以根据变形量的事件变化率来进行异常判定。
另外，在本实施例中，变形量取得部311如果从畸变检测部302取得锂离子电池301的变形量，则将所取得的变形量(取得数据)记录在存储部307中。控制部306如果从CPU206接收到变形量(取得数据)的请求命令，则将存储在存储部307中的变形量(取得数据)发送给CPU206。控制部306取得由畸变检测部302检测出的锂离子电池301的变形量，并且可以不根据CPU206的指示就将该变形量的取得数据发送给CPU206的状态判定部208。
[满充电检测动作]
接着，更详细地说明满充电检测部309的满充电检测动作。
图3是说明满充电检测动作的流程图。图4是例示锂离子电池301的充电特性的图表。
如果开始充电控制部209的充电动作，则如图3所示，满充电检测部309取得由电压检测部303检测出的电压检测值(步骤S10)，并取得由电流检测部304检测出的电流检测值(步骤S11)。
满充电检测部309判定所取得的电压检测值是否是预定阈值Vth以上(步骤S12)。在电压检测值是预定阈值Vth以上时(步骤S12：是)，满充电检测部309判定电流检测值是否不满预定阈值Ith(步骤S13)。
在判定为电流检测值不满阈值Ith时(步骤S13：是)，满充电检测部309进行时间测量(步骤S14)，判定是否经过了固定时间(步骤S15)。满充电检测部309在没有经过固定时间时(步骤S15：否)，将处理返回步骤S10。
另外，在电压检测值不是阈值Vth以上时(步骤S12：否)以及电流检测值不是不满阈值Ith(步骤S13：否)时，满充电检测部309重置测量时间(步骤S17)，并将处理返回步骤S10。
满充电检测部309在经过了固定时间时(步骤S15：是)，即在电压为阈值Vth并且电流不满Ith的状态持续了一定时间时，判定为达到了满充电(步骤S16)。这里，一定时间是指例如从10秒到1分钟的范围内选择出的时间。
另外，步骤S10～S13的检测顺序和判定顺序不限于此，能够适当变更。
[稳定检测动作]
接着，更详细地说明稳定检测部310的稳定检测动作。图5是说明稳定检测动作的流程图。
稳定检测部310在由满充电检测部309检测到满充电时开始动作，将控制部306中包括的计时器(未图示)的计数(计时器计数)设定为0(零)(步骤S20)，将处理转到步骤S21。
在步骤S21，对计时器计数加1，并且将处理转到步骤S22。
在步骤S22，取得由电压检测部303测量到的电压值，并将处理转到步骤S23。在步骤S23，取得由电流检测部304测量到的电流值，进行电流积算容量值的计算，将处理转到步骤S24。
在步骤S24，取得由温度检测部305测量到的温度，将处理转到步骤S25。
在步骤S25，稳定检测部310判定计时器计数是否是阈值以上，当判定为判定计时器计数不是阈值以上时(否定判定)，将处理返回步骤S21。另一方面，在判定为是计时器计数时(是判定)，稳定检测部310将处理转到步骤S26。
在步骤S26，稳定检测部310判定由电流检测部304测量到的电流值是否不满阈值，当判定为测量到的电流值不是不满阈值时(否定判定)，将处理转到步骤S32。在步骤S32，将在步骤S22取得的电压数据作为上次取得电压数据存储在存储部307中，重置电流积算容量，并将处理返回步骤S20。另一方面，稳定检测部310在步骤S26中判断为测量到的电流值不满阈值时(是判定)，转到步骤S27的处理。
在步骤S27，稳定检测部310判定在步骤S22取得的电压数据是否是在开始稳定检测动作后的初次的数据，当判定为是初次的数据时(是判定)，将处理转到步骤S32。另一方面，稳定检测部310在判断为不是初次的数据时(否定判定)，将处理转到步骤S28。
在步骤S28，稳定检测部310根据在步骤S24测量到的测量温度来计算并决定电压变化率的阈值，将处理转到步骤S29。
在步骤S29，稳定检测部310根据存储在存储部307中的上次取得电压数据和本次取得的电压数据来计算电压变化率，并对计算出的电压变化率和在步骤S28中决定的电压变化率的阈值进行比较。在判定为电压变化率不是不满阈值时(否定判定)，稳定检测部310将处理转到步骤S32。另一方面，稳定检测部310在判定为电压变化率是不满阈值时(是判定)，将处理转到步骤S30。
在步骤S30，稳定检测部310判定在步骤S23计算出的电流积算容量值是否不满阈值，当判定为电流积算容量值不是不满阈值时(否定判定)，将处理转到步骤S32。另一方面，在判定为电流积算容量值是不满阈值时(是判定)，稳定检测部310判定为是稳定状态(步骤S31)。
另外，步骤S20～S32的检测顺序和判定顺序不限于此，能够适当变更。
进一步地，作为稳定检测部310能够适用日本特开2011-169817号公报等公开的二次电池的剩余容量计。只要根据剩余容量(充电率)的变化率来检测稳定状态即可。
[锂离子电池的状态判定动作]
接着，更详细地说明锂离子电池301的状态判定所涉及的一系列动作。
图6是说明锂离子电池301的状态判定的一系列动作的流程图。
图6中，由CPU206判定是否通过充电控制部209开始了充电动作(步骤S40)。如果开始充电动作(步骤S40：是)，则由满充电检测部309进行满充电的检测动作(步骤S41)。
如果由满充电检测部309检测出满充电(步骤S41：是)，则由稳定检测部310进行稳定状态的检测动作(步骤S42)。
如果由稳定检测部310检测出稳定状态(步骤S42：是)，则状态判定部208经由变形量取得部31取得由畸变检测部302检测出的锂离子电池301的变形量(步骤S43)，并进行锂离子电池301的状态判定(步骤S44)。
并且，CPU206判定是否满足预定的结束条件(步骤S45)，当满足结束条件时(步骤S45：是)，结束动作。另一方面，当没有满足结束条件时(步骤S45：否)，CPU206将处理返回步骤S40。
[变形量的时间变化]
图7是例示锂离子电池301的变形量的时间变化以及畸变检测定时的图表。
锂离子电池301由于充电而使内部的叠层体发生膨胀，所以示出由于充电使变形量增加，由于放电使变形量减少的倾向。
另外，锂离子电池301的变形量的平均值具有由于经年变动而增加的倾向。这里列举以下几个原因：锂离子电池301的充电放电的循环老化、高温状态下的电子设备100的放置、由电子设备100的掉下等造成的锂离子电池301的变形等。
这样，锂离子电池301的变形量一边重复随着充电放电的增加以及减少，一边由于经年变动而作为整体进行增加。
在本实施方式的电子设备100中，根据在满充电后的稳定状态中由畸变检测部302检测出的变形量进行状态判定，所以能够抑制充电放电造成的变形量增减的影响，从而正确地判定锂离子电池301的状态。
另外，也考虑在锂离子电池301的满充电时进行畸变检测，但是从满充电后到成为稳定状态的期间，由于温度、电池电压发生变动，所以成为锂离子电池301变形的主要原因，因此通过使用在稳定状态下检测出的变形量来提高状态判定的精度。
另外，在状态判定中，将初始值作为基准来设定阈值，所以能够抑制锂离子电池301的个体差和安装偏差造成的错误判定。
另外，在第一实施方式中，畸变检测部302只在稳定状态的情况下进行畸变检测，但是不管是否是稳定状态，畸变检测部302定期地检测变形量并记录在存储部中，状态判定部208根据稳定状态的判定结果，从存储部取得在稳定状态下检测出的变形量。
因此，本发明所涉及的电子设备根据锂离子电池301的满充电后的稳定状态的判定结果，根据在稳定状态的情况下检测出的锂离子电池301的变形量来判定锂离子电池301的状态。
另外，用于状态判定部208的状态判定的变形量也可以不与由稳定检测部310检测出稳定状态的时间点同时取得，只要在检测出稳定状态后，在继续得到稳定状态的期间内检测出即可。
另外，在上述实施方式中，控制部306设置在电池部300内，但是也可以将控制部306设置在本体部200内。
另外，在上述实施方式中，个别设置CPU206和控制部306，但是也可以通过一个运算处理电路来构成这些。
另外，在上述实施方式中，将满充电检测部309、稳定检测部310、以及变形量取得部311设置在控制部306内，但是也可以将它们设置在CPU206内。
另外，在上述实施方式中，状态判定部208在判定为锂离子电池301为异常状态时通知异常状态的情况，但是除此之外或者代替该情况，当判定为异常状态时，将命令赋予充电控制部209，并变更充电方式和充电条件。
另外，在上述实施方式中，以作为电子设备的智能手机为例进行了说明，但是本发明不限于智能手机而能够应用于各种电子设备。
以上，详细说明了本发明的优选实施方式，但是本发明不限于上述实施方式，在不脱离本发明的范围内可以将各种变形以及置换增加到上述实施方式中。

Claims (6)

1.一种电子设备，其特征在于，
该电子设备具备：
二次电池；
变形量检测部，其检测上述二次电池的变形量；
满充电检测部，其检测上述二次电池的满充电；
稳定检测部，其在由上述满充电检测部检测出满充电后，检测稳定状态；以及
状态判定部，其使用在由上述稳定检测部检测出上述稳定状态时由上述变形量检测部检测出的上述变形量来进行上述二次电池的状态判定，
在电压检测值达到电压预定阈值、且电流检测值不满电流预定阈值的状态持续了一定时间时，所述满充电检测部判定为达到了满充电，
上述稳定检测部基于满充电状态下的电流检测值来计算电流积算容量，
在计时器的计数为计数阈值以上时，上述稳定检测部基于不是不满稳定检测电流阈值的电流检测值、或被判定为开始稳定检测动作后的电压检测值是初次的数据的情况来重置上述电流积算容量，
在电压变化率、满充电后的上述电流积算容量分别不满预定的电压变化率阈值和预定的电流积算容量阈值时，上述稳定检测部判定为上述稳定状态。
2.根据权利要求1所述的电子设备，其特征在于，
在上述变形量的大小超过了预定的变形量阈值时，上述状态判定部判定为异常状态。
3.根据权利要求2所述的电子设备，其特征在于，
在检测出上述稳定状态时，上述状态判定部将由上述变形量检测部检测出的一个上述变形量记录为初始值，并根据上述初始值来决定上述变形量阈值。
4.根据权利要求2所述的电子设备，其特征在于，
上述状态判定部除了根据上述变形量的大小，还根据上述变形量的时间变化率来进行上述状态判定。
5.根据权利要求1所述的电子设备，其特征在于，
上述变形量检测部是应变计或压力传感器。
6.一种电子设备的控制方法，该电子设备具有二次电池、检测上述二次电池的变形量的变形量检测部，其特征在于，
该方法包括以下步骤：
检测上述二次电池的满充电的满充电检测步骤；
在检测出上述满充电后，检测稳定状态的稳定检测步骤；以及
使用在检测出上述稳定状态时由上述变形量检测部检测出的上述变形量来进行上述二次电池的状态判定的状态判定步骤，
在电压检测值达到电压预定阈值、且电流检测值不满电流预定阈值的状态持续了一定时间时，判定为达到了满充电，
在上述稳定检测步骤中，基于满充电状态下的电流检测值来计算电流积算容量，
在上述稳定检测步骤中，在计时器的计数为计数阈值以上时，基于不是不满稳定检测电流阈值的电流检测值、或被判定为开始稳定检测动作后的电压检测值是初次的数据的情况来重置上述电流积算容量，
在电压变化率、满充电后的上述电流积算容量分别不满预定的电压变化率阈值和预定的电流积算容量阈值时，判定为上述稳定状态。
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