JP2004304940A - Battery pack, electronic apparatus, battery remaining capacity prediction system, and semiconductor device - Google Patents

Battery pack, electronic apparatus, battery remaining capacity prediction system, and semiconductor device Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To prevent the power consumption of a battery pack when the battery pack is not in use, and to precisely predict a battery remaining capacity when the battery pack is in use. <P>SOLUTION: When power is not fed to the other electronic apparatus, power supply to an internal circuit of the battery pack is shut off by a power-feed shut-off circuit, and when the power supply is started to an electronic apparatus from the battery pack, the battery remaining capacity is precisely predicted by a battery voltage equivalent to an unloaded voltage such as the non-supply of the power to the electronic apparatus, so that the battery voltage of the battery pack before the start of the power supply to the electronic apparatus is measured by a voltage measuring circuit. When the power is not fed to the other electronic apparatus, the power supply to the internal circuit of the battery pack is also shut off. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電池パック、電子機器、電池残量予測システム及び半導体装置に関し、特に、電池パックにおける電池残量の予測に関する。
【0002】
【従来の技術】
ノートパソコン等の携帯型電子機器においては、装置用電源として電池が搭載されているが、装置の運用に要するコストや瞬間的に放電可能な電流容量等の関係で、一般にリチウム・イオン二次電池(Li+二次電池)等の二次電池が搭載される。また、ACアダプター等を装置に接続するだけで容易に装置内蔵の二次電池に対して充電を行うことができるように、充電回路も内蔵している装置が多い。携帯型電子機器では、通常は装置電源として内蔵した二次電池を使用するのが一般的であるが、机上での動作等においてはACアダプタ等の外部電源より電力の供給を受けて動作させるような運用もある。
【0003】
二次電池の中で、例えばリチウム・イオン二次電池やニッケル・水素電池(NiMH電池)は、ニッケル・カドミウム電池(Nicad電池)とは異なり過放電に弱く、使用者が誤って過放電させた場合には、容量が減少して電池の機能が劣化するなど回復不能な損傷を受ける。
【0004】
そこで、使用者の誤操作による電池機能の劣化を防止するために、電池の電圧が所定電圧以下になったことを検出して外部への出力を遮断する過放電防止回路を電池とともに電池パックに内蔵するようになっている。
過放電防止回路を内蔵した電池パックを装置にて使用する場合には、装置側では電池パックからの出力電圧を監視し、電池パックの過放電防止回路が作動する前にデータ破壊等が発生しないように装置の内部制御を行わなければならない。
【0005】
特に、ノートパソコン等の情報処理機器においては、動作中に電池パックから電力が供給されなくなると処理中のデータがすべて消滅してしまうので、電池パックの消耗状態を認識して、早めにハードディスク等の不揮発性記録媒体にデータを退避させる必要がある。このような事故の防止を目的として、近年のノートパソコン等の機器には、使用者に電池パックの残量を知らせるための残量表示機能を有するものがある。
【0006】
ここで、電池パックの残量予測を行う方法には、▲1▼電池パックから流出する電流量を積算し、電池パックの定格電流容量から流出した電流量を減算して残量を予測する方法と、▲2▼電池パックの電圧から残量を予測する方法とがある。そのため、電池パックは、残量予測に用いる電流測定回路及び電流積算回路や、電圧測定回路等を内部に有している。
【0007】
電流積算による方法は、微小な抵抗値の抵抗を電池回路に直列に挿入し、当該抵抗を流れる電流により発生する電圧降下(当該抵抗の両端の電位差)を利用して回路に流れる電流を測定し積算する。これには、流れる電流を積分して電流量(クーロン量)を測定するクーロンカウンタ方式や、一定の時間間隔で電流を測定して積算するサンプリング方式がある。
【0008】
図11は、従来の残量管理機能を有する電池パックの構成を示す図である。
図11において、電池パック(バッテリ)50は、3つの電池セルPW1、PW2、PW3、保護回路51、トランジスタ(FET:電界効果トランジスタ)T1、T2を含むスイッチ回路52、残量管理マイコン53、EEPROM54、抵抗R1を有する。また、電池パック50が装着されるパソコン等の電子機器60は、電源マイコン61、負荷62、充電器63を有する。
【0009】
電池パック50が電子機器60に装着されると、例えば特許文献1に開示されているようにして電源マイコン61からの着脱検出信号SIGが電池パック50内の保護回路51に入力される。
このとき、保護回路51は、電池セルPW1〜PW3から負荷62に対して電力を供給する場合にはトランジスタT1をオン状態(スイッチ回路52を閉じた状態)にし、充電器63により電池セルPW1〜PW3を充電する場合にはトランジスタT2をオン状態(スイッチ回路52を閉じた状態)にする。また、保護回路51は、電池セルPW1〜PW3の電圧を監視しており、所定電圧以下になった場合には過放電を防止するためにトランジスタT1をオフ状態にしてスイッチ回路52を開く。
【0010】
一方、電池パック50が電子機器60から抜去され、電源マイコン61からの着脱検出信号SIGが保護回路51に供給されなくなると、保護回路51はトランジスタT1、T2をオフ状態にする。
【0011】
また、保護回路51は、抵抗R1の両端の電位差に基づいて電池から流出する電流量を測定し、残量管理マイコン53に通知する。残量管理マイコン53は、電流積算回路として保護回路51から通知された電流量と時間とを積算し、その積算結果と電池パック50に充電されている電流量とに基づいて電池の残量を予測する。電源マイコン61は、残量管理マイコン53との間でデータDTの授受が可能なように通信インターフェースにより接続されており、残量管理マイコン53で予測された電池残量に基づいて残量表示の制御を行ったり、充電器の制御を行ったりする。
EEPROM54は、電池パック50に関する情報を記憶するためのものであり、例えば電池セルの定格容量や充放電回数や使用年数等の情報が記憶されている。
【0012】
また、二次電池を内蔵した電池パックが電子機器に装着されたときに、二次電池の残存容量を出力する電子機器が特許文献2に開示されている。
【0013】
【特許文献1】
特開2000−32682号公報
【特許文献2】
特開平8−278837号公報
【0014】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来の電池の残量予測方法には、下記のような問題があった。
電池パックから流出した電流の積算により残量を予測する方法では、電流を積算するために電池パックが実際に使用されていない状態(例えば、電子機器が停止しているときや、電池パックが単体でおかれている状態)でも、常に電流量を監視して電流積算を行い、その値を記憶しておかねばならない。したがって、電流積算回路は常に動作している必要があり、電流積算回路自身による電力消費が常時発生する。
【0015】
ここで、上述したようにリチウム・イオン二次電池は、過放電させると電池機能が劣化するので、常に一定量以上の残量があることが要求される。例えば、電池パックが単体で長期間在庫されている状態等の電池パックが使用されていない状態でも、電流積算回路等の残量予測に係る回路が電池の電力を消費するので、定期的な保守充電が必要である。
【0016】
また、電流積算により残量を予測する方法は、クーロン量は保存されるという理論に基づいたものであるが、実際には電池の充放電を繰り返すと、充放電回数の増加にともなって放電できる電流量が減少することから、予測された残量と実際の残量が異なることがある。
【0017】
電池パックの電圧から残量を予測する方法では、後述するように電圧として電池の開放電圧を測定すれば相対的な残量を正しく得ることができるが、実際の使用条件下では、電池が使用されている有負荷状態であり開放電圧を測定することは不可能である。
【0018】
また、一般的には電池から流出する電流量と電圧とを有負荷状態にて測定し、電池の内部インピーダンスを考慮して開放電圧を計算により算出して残量を予測している。しかし、電池の内部インピーダンスは電池の使用回数(充放電回数)や使用条件によって経年変化するので、その変化の影響により予測される残量が誤っていることがある。
【0019】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、電池パックが使用されていないときには電池パックでの電力消費を防止できるようにするとともに、電池パックを使用する際には電池残量を正確に予測できるようにすることを目的とする。
【0020】
【課題を解決するための手段】
本発明は、他の電子機器に電力供給をしない場合に、電池パックの内部回路への電力供給を遮断する電力供給遮断回路と、電池パックから電子機器に電力供給を開始する際、電子機器に電力供給を開始する前の電池パックにおける電池電圧を測定する電圧測定回路とを有する。
【0021】
本発明によれば、電子機器に電力供給を開始する前、すなわち電子機器に電力を供給していない状態で電池パックにおける電池電圧が電圧測定回路にて測定されるので、無負荷時相当の電池電圧を測定することができ、電池パックの電池残量を正確に予測することができるようになる。さらに、無負荷時相当の電池電圧より電池パックの電池残量を予測するので、電池パックが使用されていないときには、電力供給遮断回路により電池パックの内部回路への電力供給をも遮断することができるようになる。
【0022】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【0023】
まず、二次電池の放電特性について、リチウム・イオン二次電池を一例として説明する。
図1(A)は、異なる充放電回数でのリチウム・イオン二次電池の放電特性を示す図であり、横軸は放電開始からの経過時間(放電時間)[min]、縦軸は電池電圧[V]である。なお、負荷は充放電回数にかかわらず同じ負荷である。
【0024】
放電開始からの時間の経過にともない、電池電圧は、満充電時の電圧(4.2V)から最終放電電圧(3.0V)に低下していく。また、充放電回数に依存して実際に使用できる実時間(最終放電電圧になるまでの経過時間)は変化し、充放電回数が増加すると実時間は短縮する。
【0025】
図1(A)に示した各充放電回数での放電特性にて放電時間をそれぞれ正規化することにより得た電池残量(%)と電池電圧との関係を図1(B)に示す。図1(B)において、横軸は電池残量、縦軸は電池電圧である。図1(B)に示すように、電池電圧に対する相対的な電池残量は、充放電回数が増加し実際に使用できる実時間が変化しても、負荷が一定である場合には常に充放電回数にかかわらず同じである。
【0026】
図2(A)は、負荷を変化させた場合のリチウム・イオン二次電池の放電特性を示す図であり、横軸は放電開始からの経過時間(放電時間)[min]、縦軸は電池電圧[V]である。電池電圧は、放電開始からの時間の経過にともない、満充電時の電圧から最終放電電圧に低下していく。また、負荷が大きいほど短時間で電池電圧が最終放電電圧になる。
【0027】
図2(A)に示した各負荷における放電特性にて放電時間をそれぞれ正規化することにより得た電池残量(%)と電池電圧との関係を図2(B)に示す。図2(B)において、横軸は電池残量、縦軸は電池電圧である。
【0028】
上記図1(B)に示したように負荷が一定である場合には、電池電圧に対する相対的な電池残量は、充放電回数にかかわらず常に同じであったが、負荷が異なる場合には、図2(B)に示されるように電池電圧に対する相対的な電池残量は、負荷に応じて異なり、必ずしも一致しない。これは、負荷に応じて流れる電流が異なり、電池の内部インピーダンスによる電圧降下が異なるためである。
【0029】
図3は、図2(B)に示した負荷変化時の電池残量(%)と電池電圧との関係に電池の内部インピーダンスによる電圧降下に関する補正を施した図である。図3から明らかなように、電池の内部インピーダンスによる電圧降下の影響を取り除けば、電池電圧に対する相対的な電池残量は負荷の大きさにかかわらず常に同じである。
【0030】
図4(A)は、満充電状態で高温環境下に放置した時の電池容量の変化を、放電特性として示した図である。横軸は放電時間[min]、縦軸は電池電圧[V]である。電池電圧は、放電時間の増加にともない満充電時の電圧から最終放電電圧に低下していく。また、放置時間に応じて最終放電電圧になるまでの放電時間は異なる。
【0031】
図4(A)に示した満充電状態での高温環境下放置で容量劣化した電池の放電特性にて放電時間をそれぞれ正規化することにより得た電池残量(%)と電池電圧との関係を図4(B)に示す。図4(B)において、横軸は電池残量、縦軸は電池電圧である。図4(B)に示すように、新品状態でも、満充電高温放置で劣化した後でも電池の相対的な残量は同じである。
【0032】
以上の説明からわかるように、図1〜図4によれば、電池の電圧から電池の残量を予測するには、無負荷時の電池電圧、すなわち開放電圧が得られれば正しい電池残量を得られることがわかる。すなわち、電池が単体で長期間放置されていても、無負荷時の電圧である開放電圧さえ正しく測定すれば、即座に電池残量を正確に予測することが可能であることがわかる。
【0033】
そこで、本発明では、電池パックが単体で放置されているときには、電池パック内のすべての回路への電力供給を遮断し、電池パックを使用する際に、外部への電力供給を開始する前に無負荷時相当の電池電圧を測定することにより電池残量を予測する。
【0034】
(第1の実施形態)
図5は、本発明の第1の実施形態を説明するための図である。
図5において、電池パック(バッテリ)10は、直列に接続された3つの電池セルPW1、PW2、PW3、保護回路11、スイッチ回路12、マイコン13、EEPROM(Electrically Erasable and Programmable ROM)18、及び抵抗R1を有する。
【0035】
保護回路11は、電池セルPW1〜PW3の電圧及びマイコン13からの指示等に応じてスイッチ回路12の開閉制御を行う。また、保護回路11は、抵抗R1の両端の電位差に基づいて電池から流出する電流量を測定し、マイコン13に通知する。
【0036】
スイッチ回路12は、電池セルPW1〜PW3と、後述するパソコン等の電子機器(装置)30に接続するための図示しない電源端子との間に設けられ、2つのトランジスタ(FET:電界効果トランジスタ)T1、T2で構成される。
【0037】
マイコン13は、各回路を制御したりデータの授受を行ったりするものであり、電圧測定回路14、AD変換器15、記憶回路16及び通信インターフェース17を有する。電圧測定回路14は、電池セルPW1〜PW3の電圧を測定する。なお、電圧測定回路14は、電池セルPW1〜PW3の電圧を保護回路11に測定させ、その測定結果を受けるように構成しても良いし、マイコン13内ではなく保護回路11内に設けるようにしても良い。
【0038】
AD変換器15は、電圧測定回路14にてアナログ情報として得られた電圧の測定値をデジタル情報に変換する。記憶回路16は、AD変換器15にて変換されたデジタル情報の電圧値を記憶保持するためのものである。通信インターフェース17は、電子機器30との間で着脱検出信号SIGやデータDT等を送受信するためのものである。
EEPROM18は、電池パック10に関する情報(例えば充放電回数や使用年数等の情報)を記憶する。
【0039】
電子機器30は、電源マイコン31、負荷32、及び充電器33を有する。電源マイコン31は、残量予測回路34を有し、マイコン13との間でデータの授受を行ったり、残量表示や充電器33の制御を行ったりする。また、電源マイコン31は、電池パック10が電子機器30に装着されているか否かを示すための着脱検出信号SIGを出力する。
【0040】
残量予測回路34は、マイコン13から供給されるデータDTに基づいて、電池残量を予測する回路である。また、負荷32は、電池パック10から供給される電力を消費する負荷であり、充電器33は電源マイコン31の指示に応じて電池セルPW1〜PW3を充電するためのものである。
【0041】
次に、動作について説明する。
まず、図5に示した電池パック10が電子機器30に装着されていないとき、つまり電池パック10が単体で放置されているときは、電池パック10内のすべての回路(保護回路11、マイコン13等)への電力供給は行わず、オフ状態にする。
【0042】
次に、電池パック10が電子機器30に装着された時の電池パック10での動作を図6に基づいて説明する。
ステップS11にて、電子機器30が有する電源マイコン31から出力され、図示しない装着検出端子を介して電池パック10に供給される着脱検出信号SIGにより電池パック10が電子機器30に装着されたことが電池パック10にて検出されると、ステップS12にて電圧測定に係る回路群(電圧測定回路14、AD変換器15、記憶回路16)のみに電源が投入され動作を開始する。したがって、このときスイッチ回路12は開いた状態(オフ状態)であり、電池パック10から電子機器30への電力供給は行われていない。
【0043】
次に、ステップS13にて、電圧測定回路14は、電池パック10が電子機器30に電力を供給していない状態における電池セルPW1〜PW3の電池電圧をそれぞれ測定する。さらに、電圧測定回路14は、測定結果をAD変換器15を介して記憶回路16に記憶する。
【0044】
ステップS14にて、電圧測定回路14は、電池セルPW1〜PW3の合計の電池電圧を測定し、AD変換器15を介して測定結果を記憶回路16に記憶する。これらステップS13、S14においては、電池パック10内で流れる電流は微小であり電池の内部インピーダンスによる電圧降下は無視できるほど小さいので、無負荷時相当の電池電圧、すなわち略開放電圧を測定したこととなる。
【0045】
次に、ステップS15にて、ステップS13、S14での測定結果により過放電状態であるか否かが判定され、その結果、過放電状態である場合には処理を終了する。一方、判定の結果、過放電状態でない場合には、ステップS16にてマイコン13から保護回路11に、電池パック10が電子機器30に装着されていることが通知され、保護回路11が過放電防止用のスイッチ回路12(トランジスタT1)をオン状態にして電子機器30への電力供給を開始し処理を終了する。ここで、電池パック10にて電池セルPW1〜PW3を測定する時間は、非常に短いので、電池の脱着時間全体から見れば無視できる時間であり、何ら不都合は生じない。
【0046】
電池パック10が電子機器30に装着された時の電子機器30での動作を図7に基づいて説明する。
ステップS11にて、電子機器30は、電池パック10が装着されて電力が供給されていると判断すると、ステップS22にて、電源マイコン31は、マイコン13内の記憶回路16に記憶されている無負荷時相当の電池電圧データを読み出す。そして、ステップS23にて、残量予測回路34は、読み出した電池電圧データに基づいて、例えば図1〜図4に示した電池電圧と電池残量との関係より電池残量を予測する。
【0047】
次に、ステップS24にて、残量予測回路34は、電池パック10が電子機器30に電力を供給している状態における電池セルPW1〜PW3の電池電圧及び放電電流をそれぞれ測定する。なお、ステップS24での測定は、電池パック10にて行い、その測定結果を電源マイコン31に通知するようにしても良い。
【0048】
ステップS25にて、ステップS22において読み出した電池電圧とステップS24において測定した電池電圧及び放電電流とに基づいて、残量予測回路34は、電池の内部インピーダンスを算出する。内部インピーダンスは、(ステップS22において読み出した電池電圧−ステップS24において測定した電池電圧)/(ステップS24において測定した放電電流)により求められる。そして、ステップS26にて、ステップS25において得られた予測内部インピーダンスの値を電池パック10に供給して記憶させ処理を終了する。
【0049】
このように、電池の内部インピーダンスを算出し、以前に算出し記憶させた電池の内部インピーダンスと比較することで電池パック10における電池セルPW1〜PW3の劣化等を判断することができる。その結果、電池セルPW1〜PW3の劣化が著しい場合には使用者に対して警告等を行い、電池パック10の交換等を促すようにしても良い。
【0050】
以降、最新の電池の内部インピーダンスを使用して、有負荷時の電池電圧と放電電流から開放電圧を計算により求めて、電池残量を予測する。
【0051】
電池パック10が電子機器30から抜去された時の電池パック10での動作を図8に基づいて説明する。
ステップS31にて、電池パック10が電子機器30から抜去されたことが電池パック10にて検出されると、ステップS32にて、マイコン13からの指示に基づいて、保護回路11は過放電防止用のスイッチ回路12(トランジスタT1、T2)をオフ状態にして外部への電力供給を遮断する。
【0052】
ステップS32、S33にて、電圧測定回路14は、電池セルPW1〜PW3の各電池電圧及び合計の電池電圧をそれぞれ測定し、AD変換器15を介して測定結果を記憶回路16に記憶する。これにより、次回の装着時にどの位電池残量が減少したかを算出することができる。
次に、ステップS35にて、電圧測定に係る回路群の電源が遮断され、電池パック10内のすべての回路の電源が遮断された状態にして処理を終了する。
【0053】
以上、説明したように第1の実施形態によれば、電子機器30に電力を供給していない状態で電池パック10における電池電圧を測定することで無負荷時相当の電池電圧を取得し、その電池電圧から電池パック10の電池残量を予測する。すなわち、電流積算による方法とは異なり電池電圧から電池残量を予測しているので、電池パック10が電子機器30に装着されておらず、単体で放置されている場合には、電池パック10内の各回路への電力供給を遮断して電力消費を防止することができる。また、電子機器30に電力を供給していない、無負荷時相当の電池電圧を測定して、電池パック10の電池残量を予測するようにしたので電池残量を正確に予測することができる。
【0054】
なお、上述した第1の実施形態では、電圧測定回路14等の電圧測定に係る回路群を電池パック10に設け、残量予測回路34を電子機器30に設けるようにしているが、例えば、電圧測定に係る回路群及び残量予測回路34の双方を電子機器30に設けるようにしても良い。
【0055】
(第2の実施形態)
次に、本発明の第2の実施形態について説明する。
上述した第1の実施形態では、電子機器30が有する電源マイコン31に残量予測回路34を設け、電子機器30にて電池の残量予測を行っていた。以下に説明する第2の実施形態は、電池パックが有するマイコン内に残量予測回路を設け、電池パックにて電池の残量予測を行うものである。
【0056】
図9は、本発明の第2の実施形態を説明するための図である。なお、図9において、図5に示したブロック等と同一の機能を有するブロック等には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。また、図5に示したブロック等と同一ではないが対応する機能を有するブロック等には、同じ符号に’を付している。
【0057】
図9において、マイコン13’は、電圧測定回路14、AD変換器15、記憶回路16、通信インターフェース17、制御回路19、及び残量予測回路20を有する。したがって、電源マイコン31’には残量予測回路は設けない。
【0058】
制御回路19は、マイコン13’内の各回路を制御し、例えば後述する図10に示す電池の残量予測に関わる処理を制御する。残量予測回路20は、図5に示した残量予測回路34と同様のものである。残量予測回路20は、電子機器30に電力を供給していない状態における記憶回路20に記憶された電池電圧に基づいて電池残量を予測するとともに、通常時等は放電電流に基づいて電池残量を予測する。
【0059】
次に、動作について説明する。
図10は、第2の実施形態での電池パック10の動作を示すフローチャートである。
【0060】
ステップS41にて、図6のステップS11と同様にして電池パック10が電子機器30に装着されたことを検出すると、ステップS42にて電圧測定及び残量予測に係る回路群(電圧測定回路14、AD変換器15、記憶回路16、制御回路19及び残量予測回路20)に電源が投入され動作を開始する。このときスイッチ回路12は開いた状態であり、電池パック10から電子機器30への電力供給は行われない。
【0061】
ステップS43にて、電圧測定回路14は、電池パック10が電子機器30に電力を供給していない状態における電池セルPW1〜PW3の電池電圧を測定し、AD変換器15を介して測定結果を記憶回路16に記憶する。ステップS44にて、残量予測回路20は、記憶回路16に記憶された電池電圧に基づいて、相対電池残量を予測する。ここで、相対電池残量とは、電圧に基づく電池残量のことである。
【0062】
ステップS45にて、残量予測回路20は、ステップS44において得られた相対電池残量と以前に電池パック10を抜去した際の相対電池残量との差分を計算する。さらに、ステップS46にて、残量予測回路20は、ステップS45での計算結果に基づいて、ステップS44において得られた相対電池残量から導かれる絶対電池残量を補正する。ここで、絶対電池残量とは、電流に基づく電池残量のことである。
【0063】
次に、ステップS47にて、過放電状態でない場合には、マイコン13’から保護回路11に電池パック10が電子機器30に装着されていることが通知され、保護回路11は過放電防止用のスイッチ回路12(トランジスタT1)をオン状態にして電子機器30への電力供給を開始する。そして、ステップS48にて放電電流に基づく電流積算等による残量予測処理を開始して処理を終了する。
【0064】
また、ステップS49にて、図8のステップS31と同様にして電池パック10が電子機器30から抜去されたことを検出すると、ステップS50にて、マイコン13’からの指示に基づいて、保護回路11は過放電防止用のスイッチ回路12(トランジスタT1、T2)をオフ状態にして外部への電力供給を遮断する。
【0065】
続いて、ステップS51、S52にて、上述したステップS43、S44と同様にして、相対電池残量を予測する。ステップS53にて電池積算等で計算していた絶対電池残量と、ステップS52において得られた相対電池残量とを記憶回路16(あるいはEEPROM18)に記憶する。さらに、ステップS54にて、ステップS51にて測定した電池電圧も記憶回路16(あるいはEEPROM18)に記憶する。これにより、次回の装着時にどの位電池残量が減少したかを算出することができる。
【0066】
次に、ステップS55にて、電圧測定回路14及び残量予測回路20の電源が遮断され、電池パック10内のすべての回路の電源が遮断された状態にして処理を終了する。
【0067】
以上、説明したように第2の実施形態によれば、上述した第1の実施形態と同様の効果が得られるとともに、電池パック10のみで残量予測を行うことができるので、電池パック10と電子機器30とのインターフェースを単純にすることができる。また、電池パック10のみで残量予測を行っているので、電池パック10や電子機器30の制御もそれぞれ独立して行うことができるので容易になる。
【0068】
なお、第1及び第2の実施形態では、電池パック10は、一例として3つの電池セルPW1〜PW3を有し構成しているが、電池セルの数は任意である。また、スイッチ回路12は一例であり、双方向に電流が流せるとともにオン・オフ制御可能な回路であれば良い。また、記憶回路16を設けずに、EEPROM18が記憶回路16の機能を兼ねるようにしても良い。また、EEPROM18は、これに限定されるものではなく、データを書き換え可能な不揮発性メモリであれば良い。
【0069】
また、第1及び第2の実施形態では、電圧測定回路14は、電池電圧のみを測定し記憶回路16に記憶させるようにしているが、電池電圧に加えて放電電流や電池温度等も測定し記憶回路16に記憶させるようにしても良い。
【0070】
また、上記実施形態は、何れも本発明を実施するにあたっての具体化のほんの一例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。すなわち、本発明はその技術思想、またはその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。
本発明の諸態様を付記として以下に示す。
【0071】
(付記1)他の電子機器に電力供給をしない場合に、電池パックの内部回路への電力供給を遮断する電力供給遮断回路と、
上記電池パックから電子機器に電力供給を開始する際、上記電子機器に電力供給を開始する前の電池パックにおける電池電圧を測定する電圧測定回路とを有することを特徴とする電池パック。
(付記2)上記電池パックは、任意の数の電池セルを有し、上記電池パックにおける電池電圧として上記各電池セルの電池電圧を測定することを特徴とする付記1に記載の電池パック。
(付記3)上記電圧測定回路での測定結果を保持する記憶回路をさらに有し、
上記電力供給を開始する前に上記電池電圧の測定に係る回路群に電力を供給して上記電池パックにおける電池電圧を測定し上記記憶回路に保持した後、上記電子機器に対して電力供給することを特徴とする付記1に記載の電池パック。
(付記4)上記電池パックから流出する電流を測定する電流測定回路をさらに有し、
上記電子機器に電力供給を開始した後の上記電池パックにおける電池電圧と電流とを測定して上記記憶回路に保持したことを特徴とする付記3に記載の電池パック。
(付記5)上記電子機器に電力供給するか否かを制御可能なスイッチ回路を有し、
上記電力供給を開始する前の電池パックにおける電池電圧の測定結果に応じて、上記スイッチ回路を制御することを特徴とする付記1に記載の電池パック。
(付記6)他の電子機器に電力供給をしない場合に、電池パックの内部回路への電力供給を遮断する電力供給遮断回路と、
上記電池パックから電子機器に電力供給を開始する際、上記電子機器に電力供給を開始する前の電池パックにおける電池電圧を測定する電圧測定回路と、
上記電圧測定回路での測定結果に基づいて、上記電池パックの電池残量を予測する残量予測回路とを有することを特徴とする電池残量予測システム。
(付記7)上記残量予測回路は、予め保持している電池電圧と電池残量との対応関係に基づいて、上記電池パックの電池残量を予測することを特徴とする付記6に記載の電池残量予測システム。
(付記8)他の電子機器に電力供給をしない場合に内部回路への電力供給を遮断する電池パックから電子機器に電力供給を開始する際、上記電子機器に電力供給を開始する前に測定された電池パックにおける電池電圧に基づいて、上記電池パックの電池残量を予測する残量予測回路を有することを特徴とする電子機器。
(付記9)上記残量予測回路は、予め取得した電池電圧と電池残量との対応関係に基づいて、上記電池パックの電池残量を予測することを特徴とする付記8に記載の電子機器。
(付記10)電池パックにおける電池電圧を測定する電圧測定回路と、
上記電圧測定回路での測定結果を保持する記憶回路と、
上記電池パックから電子機器に電力供給を開始する前に上記電池電圧を上記電圧測定回路に測定させる制御回路とを有する半導体装置。
(付記11)電池パックにおける電池電圧を測定する電圧測定回路を有し、
上記電圧測定回路を有する電子機器に電力供給を開始する際、上記電子機器内の回路に電力供給を開始する前の電池パックにおける電池電圧を上記電圧測定回路により測定した後、上記電子機器内の回路に電力供給することを特徴とする電子機器。
(付記12)残量予測機能を有する電池パックにおける電池電圧を測定する電圧測定回路と、
上記電圧測定回路での測定結果を保持する記憶回路とを有し、
上記電圧測定回路は、上記電池パックが電子機器から抜去された後の電池電圧及び上記電池パックが上記電子機器に装着され上記電子機器に電力供給を開始する前の電池電圧を測定することを特徴とする電池残量予測システム。
(付記13)上記電池パックが電子機器から抜去されてから上記電子機器に装着されるまでの期間は、上記電池パックが有する回路への電力供給を遮断することを特徴とする付記12に記載の電池残量予測システム。
(付記14)上記電圧測定回路により測定した電池電圧に基づいて予測した上記電池パックの電池残量を用いて、異なる方法により求めた上記電池パックの電池残量を補正することを特徴とする付記12に記載の電池残量予測システム。
【0072】
【発明の効果】
以上、説明したように本発明によれば、他の電子機器に電力供給をしない場合に、電池パックの内部回路への電力供給を電力供給遮断回路により遮断し、電池パックから電子機器に電力供給を開始する際、電子機器に電力供給を開始する前の電池パックにおける電池電圧を電圧測定回路にて測定する。これにより、電子機器に電力を供給していない状態での無負荷時相当の電池電圧により電池残量を正確に予測することができるとともに、電流積算による方法とは異なり、他の電子機器に電力供給をしない場合には、電池パックの内部回路への電力供給をも遮断することができる。したがって、電池パックが使用されていないときには電池パックでの電力消費を防止できるとともに、電池パックを使用する際には電池残量を正確に予測することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】充放電回数が異なるリチウム・イオン二次電池の放電特性を示す図である。
【図2】負荷変化時のリチウム・イオン二次電池の放電特性を示す図である。
【図3】負荷変化時のリチウム・イオン二次電池の放電特性を示す図である。
【図4】満充電状態で高温環境下に放置した時の電池容量の変化をリチウム・イオン二次電池の放電特性として示す図である。
【図5】本発明の第1の実施形態を説明するための図である。
【図6】第1の実施形態における電池装着時の電池パック側での動作を示すフローチャートである。
【図7】第1の実施形態における電池装着時の電子機器側での動作を示すフローチャートである。
【図8】第1の実施形態における電池抜去時の動作を示すフローチャートである。
【図9】本発明の第2の実施形態を説明するための図である。
【図10】第2の実施形態における動作を示すフローチャートである。
【図11】従来の電池パックの構成を示す図である。
【符号の説明】
10 電池パック
11 保護回路
12 スイッチ回路
13、13’ マイコン
14 電圧測定回路
15 AD変換器
16 記憶回路
17 通信インターフェース
18 EEPROM
19 制御回路
20、34 残量予測回路
30 電子機器
31、31’ 電源マイコン
PW1、PW2、PW3 電池セル
R1 電流測定用の抵抗
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a battery pack, an electronic device, a battery remaining amount prediction system, and a semiconductor device, and more particularly to prediction of a battery remaining amount in a battery pack.
[0002]
[Prior art]
A portable electronic device such as a notebook computer is equipped with a battery as a power supply for the device. However, due to the cost required for operating the device and the current capacity capable of instantaneously discharging, a lithium ion secondary battery is generally used. (Li + secondary battery) and the like. Many devices also have a built-in charging circuit so that a secondary battery built into the device can be easily charged simply by connecting an AC adapter or the like to the device. Generally, a portable electronic device uses a built-in secondary battery as a device power supply. However, in a case of operation on a desk or the like, an operation is performed by receiving power supply from an external power supply such as an AC adapter. Some operations.
[0003]
Among the secondary batteries, for example, a lithium ion secondary battery and a nickel hydride battery (NiMH battery) are vulnerable to overdischarge unlike a nickel cadmium battery (Nicad battery), and the user has accidentally overdischarged the battery. In such a case, irreparable damage such as a decrease in capacity and deterioration of the battery function is caused.
[0004]
Therefore, in order to prevent the battery function from deteriorating due to user's erroneous operation, an overdischarge prevention circuit that detects that the battery voltage has fallen below a predetermined voltage and shuts off output to the outside is built into the battery pack together with the battery. It is supposed to.
When using a battery pack with a built-in over-discharge prevention circuit in the device, the device monitors the output voltage from the battery pack, and data destruction etc. does not occur before the over-discharge prevention circuit of the battery pack operates The internal control of the device must be performed as described above.
[0005]
Especially in information processing equipment such as notebook computers, if power is not supplied from the battery pack during operation, all data being processed will be lost. It is necessary to save data to a non-volatile recording medium. For the purpose of preventing such accidents, some recent devices such as notebook personal computers have a remaining capacity display function for notifying the user of the remaining capacity of the battery pack.
[0006]
Here, the method of estimating the remaining amount of the battery pack includes: (1) a method of integrating the amount of current flowing out of the battery pack and subtracting the amount of current flowing out from the rated current capacity of the battery pack to predict the remaining amount. And (2) a method of estimating the remaining amount from the voltage of the battery pack. Therefore, the battery pack has a current measuring circuit and a current integrating circuit used for remaining amount prediction, a voltage measuring circuit, and the like inside.
[0007]
In the method based on current integration, a resistor having a small resistance value is inserted in series into a battery circuit, and the current flowing through the circuit is measured using a voltage drop (potential difference between both ends of the resistor) generated by the current flowing through the resistor. Integrate. This includes a coulomb counter method for measuring the amount of current (coulomb amount) by integrating the flowing current, and a sampling method for measuring and integrating the current at fixed time intervals.
[0008]
FIG. 11 is a diagram showing a configuration of a conventional battery pack having a remaining amount management function.
11, a battery pack (battery) 50 includes three battery cells PW1, PW2, PW3, a protection circuit 51, a switch circuit 52 including transistors (FETs: field effect transistors) T1 and T2, a remaining amount management microcomputer 53, and an EEPROM 54. , And a resistor R1. An electronic device 60 such as a personal computer to which the battery pack 50 is attached has a power supply microcomputer 61, a load 62, and a charger 63.
[0009]
When the battery pack 50 is mounted on the electronic device 60, a detachment detection signal SIG from the power supply microcomputer 61 is input to the protection circuit 51 in the battery pack 50, for example, as disclosed in Patent Document 1.
At this time, when power is supplied from the battery cells PW1 to PW3 to the load 62, the protection circuit 51 turns on the transistor T1 (a state in which the switch circuit 52 is closed). When charging PW3, the transistor T2 is turned on (the switch circuit 52 is closed). The protection circuit 51 monitors the voltages of the battery cells PW1 to PW3. When the voltage drops below a predetermined voltage, the protection circuit 51 turns off the transistor T1 to open the switch circuit 52 to prevent overdischarge.
[0010]
On the other hand, when the battery pack 50 is removed from the electronic device 60 and the detachment detection signal SIG from the power supply microcomputer 61 is not supplied to the protection circuit 51, the protection circuit 51 turns off the transistors T1 and T2.
[0011]
Further, the protection circuit 51 measures the amount of current flowing out of the battery based on the potential difference between both ends of the resistor R1, and notifies the remaining amount management microcomputer 53 of the measurement. The remaining amount management microcomputer 53 integrates the current amount and the time notified from the protection circuit 51 as a current integration circuit, and calculates the remaining amount of the battery based on the integration result and the amount of current charged in the battery pack 50. Predict. The power supply microcomputer 61 is connected by a communication interface so as to be able to exchange data DT with the remaining amount management microcomputer 53, and displays a remaining amount based on the battery remaining amount predicted by the remaining amount management microcomputer 53. Controls and controls the charger.
The EEPROM 54 stores information on the battery pack 50, and stores, for example, information such as the rated capacity of the battery cells, the number of times of charge / discharge, and the number of years of use.
[0012]
Patent Document 2 discloses an electronic device that outputs the remaining capacity of a secondary battery when a battery pack containing a secondary battery is mounted on the electronic device.
[0013]
[Patent Document 1]
JP-A-2000-32682
[Patent Document 2]
JP-A-8-278837
[0014]
[Problems to be solved by the invention]
However, the above-described conventional battery remaining amount prediction method has the following problems.
In the method of estimating the remaining amount by integrating the current flowing out of the battery pack, a state where the battery pack is not actually used to integrate the current (for example, when the electronic device is stopped, or when the battery pack is In this case, it is necessary to constantly monitor the amount of current, perform current integration, and store the value. Therefore, the current integrating circuit must always be operating, and power consumption by the current integrating circuit itself always occurs.
[0015]
Here, as described above, a lithium-ion secondary battery deteriorates its battery function when it is overdischarged. Therefore, it is required that the lithium-ion secondary battery always has a remaining amount equal to or more than a certain amount. For example, even when the battery pack is not used, such as when the battery pack is in stock for a long period of time, a circuit for predicting the remaining amount, such as a current integrating circuit, consumes battery power. Charging is required.
[0016]
Also, the method of predicting the remaining amount by current integration is based on the theory that the coulomb amount is preserved, but in practice, when charging and discharging of the battery are repeated, the battery can be discharged with an increase in the number of times of charging and discharging. Since the amount of current decreases, the predicted remaining amount may differ from the actual remaining amount.
[0017]
In the method of estimating the remaining amount from the voltage of the battery pack, the relative remaining amount can be obtained correctly by measuring the open-circuit voltage of the battery as a voltage, as described later. It is impossible to measure the open-circuit voltage under the load condition.
[0018]
In general, the amount of current and voltage flowing out of the battery are measured in a loaded state, and the open voltage is calculated by taking into account the internal impedance of the battery to predict the remaining amount. However, since the internal impedance of the battery changes over time depending on the number of times the battery is used (the number of times of charging and discharging) and the use conditions, the estimated remaining amount may be incorrect due to the influence of the change.
[0019]
The present invention has been made in view of such circumstances, and it is possible to prevent power consumption in a battery pack when the battery pack is not used, and to reduce a remaining battery level when using the battery pack. It is intended to be able to predict accurately.
[0020]
[Means for Solving the Problems]
The present invention provides a power supply cutoff circuit that cuts off power supply to an internal circuit of a battery pack when power is not supplied to another electronic device, and a power supply cutoff circuit that starts supplying power to the electronic device from the battery pack. And a voltage measuring circuit for measuring a battery voltage in the battery pack before starting power supply.
[0021]
According to the present invention, the battery voltage in the battery pack is measured by the voltage measurement circuit before the power supply to the electronic device is started, that is, in a state where the power is not supplied to the electronic device. The voltage can be measured, and the remaining battery capacity of the battery pack can be accurately predicted. Furthermore, since the remaining battery level of the battery pack is predicted from the battery voltage corresponding to the no-load condition, when the battery pack is not used, the power supply cutoff circuit can also cut off the power supply to the internal circuit of the battery pack. become able to.
[0022]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0023]
First, the discharge characteristics of a secondary battery will be described using a lithium ion secondary battery as an example.
FIG. 1A is a diagram showing the discharge characteristics of a lithium ion secondary battery at different charge / discharge times, where the horizontal axis represents the elapsed time from the start of discharge (discharge time) [min], and the vertical axis represents the battery voltage. [V]. The load is the same regardless of the number of times of charging and discharging.
[0024]
As time elapses from the start of discharge, the battery voltage decreases from the voltage at full charge (4.2 V) to the final discharge voltage (3.0 V). In addition, the actual time that can be actually used (elapsed time until reaching the final discharge voltage) changes depending on the number of times of charging and discharging, and the actual time decreases as the number of times of charging and discharging increases.
[0025]
FIG. 1B shows the relationship between the remaining battery level (%) and the battery voltage obtained by normalizing the discharge time based on the discharge characteristics at each charge / discharge count shown in FIG. In FIG. 1B, the horizontal axis represents the remaining battery capacity, and the vertical axis represents the battery voltage. As shown in FIG. 1 (B), the relative remaining amount of the battery with respect to the battery voltage is always constant even when the load is constant, even if the number of times of charging and discharging increases and the actual time that can be used actually changes. It is the same regardless of the number of times.
[0026]
FIG. 2A is a diagram showing the discharge characteristics of the lithium-ion secondary battery when the load is changed. The horizontal axis represents the elapsed time from the start of discharge (discharge time) [min], and the vertical axis represents the battery. Voltage [V]. The battery voltage decreases from the voltage at the time of full charge to the final discharge voltage as time elapses from the start of discharge. Also, as the load increases, the battery voltage becomes the final discharge voltage in a shorter time.
[0027]
FIG. 2B shows the relationship between the remaining battery level (%) and the battery voltage obtained by normalizing the discharge time based on the discharge characteristics at each load shown in FIG. 2A. In FIG. 2B, the horizontal axis represents the remaining battery capacity, and the vertical axis represents the battery voltage.
[0028]
When the load is constant as shown in FIG. 1B, the remaining battery level relative to the battery voltage is always the same regardless of the number of times of charging and discharging. As shown in FIG. 2B, the remaining battery level relative to the battery voltage differs depending on the load and does not always match. This is because the current flowing varies depending on the load, and the voltage drop due to the internal impedance of the battery varies.
[0029]
FIG. 3 is a diagram in which the relationship between the remaining battery level (%) and the battery voltage at the time of load change shown in FIG. 2B is corrected for the voltage drop due to the internal impedance of the battery. As is clear from FIG. 3, if the influence of the voltage drop due to the internal impedance of the battery is removed, the relative remaining amount of the battery relative to the battery voltage is always the same regardless of the size of the load.
[0030]
FIG. 4A is a diagram showing, as a discharge characteristic, a change in the battery capacity when the battery is left in a high temperature environment in a fully charged state. The horizontal axis is the discharge time [min], and the vertical axis is the battery voltage [V]. The battery voltage decreases from the voltage at full charge to the final discharge voltage as the discharge time increases. Further, the discharge time until reaching the final discharge voltage differs depending on the leaving time.
[0031]
4A shows the relationship between the remaining battery level (%) and the battery voltage obtained by normalizing the discharge time based on the discharge characteristics of the battery whose capacity has been degraded when left in a high temperature environment in a fully charged state. Is shown in FIG. In FIG. 4B, the horizontal axis represents the remaining battery capacity, and the vertical axis represents the battery voltage. As shown in FIG. 4B, the relative remaining amount of the battery is the same even when it is in a new state and after it has been deteriorated by being left at a full charge and high temperature.
[0032]
As can be understood from the above description, according to FIGS. 1 to 4, in order to predict the remaining amount of the battery from the voltage of the battery, the battery voltage at no load, that is, the correct remaining battery amount is obtained if the open voltage is obtained. It can be seen that it can be obtained. In other words, even if the battery is left alone for a long period of time, it can be understood that the battery remaining amount can be immediately and accurately predicted if the open circuit voltage, which is the voltage at no load, is correctly measured.
[0033]
Therefore, according to the present invention, when the battery pack is left alone, the power supply to all the circuits in the battery pack is shut off, and when the battery pack is used, before the power supply to the outside is started, The remaining battery level is estimated by measuring the battery voltage corresponding to no load.
[0034]
(1st Embodiment)
FIG. 5 is a diagram for explaining the first embodiment of the present invention.
5, a battery pack (battery) 10 includes three battery cells PW1, PW2, and PW3 connected in series, a protection circuit 11, a switch circuit 12, a microcomputer 13, an EEPROM (Electrically Erasable and Programmable ROM) 18, and a resistor. R1.
[0035]
The protection circuit 11 controls opening and closing of the switch circuit 12 according to the voltages of the battery cells PW1 to PW3, instructions from the microcomputer 13, and the like. Further, the protection circuit 11 measures the amount of current flowing out of the battery based on the potential difference between both ends of the resistor R <b> 1 and notifies the microcomputer 13.
[0036]
The switch circuit 12 is provided between the battery cells PW1 to PW3 and a power supply terminal (not shown) for connecting to an electronic device (device) 30 such as a personal computer, which will be described later, and includes two transistors (FETs: field effect transistors) T1. , T2.
[0037]
The microcomputer 13 controls each circuit and exchanges data, and has a voltage measurement circuit 14, an AD converter 15, a storage circuit 16, and a communication interface 17. The voltage measurement circuit 14 measures the voltages of the battery cells PW1 to PW3. The voltage measurement circuit 14 may be configured to cause the protection circuit 11 to measure the voltages of the battery cells PW1 to PW3 and receive the measurement result, or to provide the voltage in the protection circuit 11 instead of the microcomputer 13. May be.
[0038]
The AD converter 15 converts the measured value of the voltage obtained as analog information by the voltage measuring circuit 14 into digital information. The storage circuit 16 stores and holds the voltage value of the digital information converted by the AD converter 15. The communication interface 17 is for transmitting and receiving the attachment / detachment detection signal SIG and the data DT to / from the electronic device 30.
The EEPROM 18 stores information on the battery pack 10 (for example, information on the number of times of charge / discharge and the number of years of use).
[0039]
The electronic device 30 includes a power supply microcomputer 31, a load 32, and a charger 33. The power supply microcomputer 31 has a remaining amount predicting circuit 34, exchanges data with the microcomputer 13, displays a remaining amount, and controls the charger 33. The power supply microcomputer 31 outputs a detachment detection signal SIG for indicating whether or not the battery pack 10 is mounted on the electronic device 30.
[0040]
The remaining amount prediction circuit 34 is a circuit that predicts the remaining amount of the battery based on the data DT supplied from the microcomputer 13. The load 32 is a load that consumes power supplied from the battery pack 10, and the charger 33 is for charging the battery cells PW <b> 1 to PW <b> 3 according to an instruction from the power supply microcomputer 31.
[0041]
Next, the operation will be described.
First, when the battery pack 10 shown in FIG. 5 is not attached to the electronic device 30, that is, when the battery pack 10 is left alone, all the circuits (the protection circuit 11, the microcomputer 13 , Etc.), and is turned off.
[0042]
Next, the operation of the battery pack 10 when the battery pack 10 is mounted on the electronic device 30 will be described with reference to FIG.
In step S11, the battery pack 10 is attached to the electronic device 30 by the detachment detection signal SIG output from the power supply microcomputer 31 of the electronic device 30 and supplied to the battery pack 10 via the attachment detection terminal (not shown). When detected by the battery pack 10, in step S12, only the circuits related to the voltage measurement (the voltage measurement circuit 14, the AD converter 15, and the storage circuit 16) are turned on to start the operation. Therefore, at this time, the switch circuit 12 is in an open state (off state), and power is not supplied from the battery pack 10 to the electronic device 30.
[0043]
Next, in step S13, the voltage measurement circuit 14 measures the battery voltages of the battery cells PW1 to PW3 in a state where the battery pack 10 is not supplying power to the electronic device 30. Further, the voltage measurement circuit 14 stores the measurement result in the storage circuit 16 via the AD converter 15.
[0044]
In step S14, voltage measurement circuit 14 measures the total battery voltage of battery cells PW1 to PW3, and stores the measurement result in storage circuit 16 via AD converter 15. In these steps S13 and S14, the current flowing in the battery pack 10 is very small and the voltage drop due to the internal impedance of the battery is so small that it can be neglected. Become.
[0045]
Next, in step S15, it is determined based on the measurement results in steps S13 and S14 whether or not the battery is overdischarged. As a result, if the battery is overdischarged, the process ends. On the other hand, if the result of determination is that the battery is not in an overdischarged state, the microcomputer 13 notifies the protection circuit 11 that the battery pack 10 is mounted on the electronic device 30 in step S16, and the protection circuit 11 The switch circuit 12 (transistor T1) is turned on to start supplying power to the electronic device 30, and the process ends. Here, since the time for measuring the battery cells PW1 to PW3 in the battery pack 10 is very short, it is negligible in view of the entire battery removal time, and does not cause any inconvenience.
[0046]
The operation of the electronic device 30 when the battery pack 10 is mounted on the electronic device 30 will be described with reference to FIG.
In step S11, when the electronic device 30 determines that the battery pack 10 is mounted and power is being supplied, in step S22, the power supply microcomputer 31 determines whether there is no power stored in the storage circuit 16 in the microcomputer 13. Read the battery voltage data corresponding to the load. Then, in step S23, the remaining amount prediction circuit 34 predicts the remaining battery amount based on the read battery voltage data, for example, from the relationship between the battery voltage and the remaining battery amount shown in FIGS.
[0047]
Next, in step S24, the remaining amount prediction circuit 34 measures the battery voltage and the discharge current of the battery cells PW1 to PW3 in a state where the battery pack 10 supplies power to the electronic device 30. Note that the measurement in step S24 may be performed by the battery pack 10, and the measurement result may be notified to the power supply microcomputer 31.
[0048]
In step S25, the remaining amount prediction circuit 34 calculates the internal impedance of the battery based on the battery voltage read in step S22 and the battery voltage and discharge current measured in step S24. The internal impedance is obtained by (battery voltage read in step S22−battery voltage measured in step S24) / (discharge current measured in step S24). Then, in step S26, the value of the predicted internal impedance obtained in step S25 is supplied to and stored in the battery pack 10, and the process ends.
[0049]
As described above, the deterioration and the like of the battery cells PW1 to PW3 in the battery pack 10 can be determined by calculating the internal impedance of the battery and comparing it with the previously calculated and stored internal impedance of the battery. As a result, when the battery cells PW1 to PW3 are significantly deteriorated, a warning or the like may be issued to the user to urge the replacement of the battery pack 10 or the like.
[0050]
Thereafter, using the latest internal impedance of the battery, an open-circuit voltage is obtained by calculation from the battery voltage and the discharge current at the time of load, and the battery remaining amount is predicted.
[0051]
The operation of the battery pack 10 when the battery pack 10 is removed from the electronic device 30 will be described with reference to FIG.
In step S31, when the battery pack 10 detects that the battery pack 10 has been removed from the electronic device 30, in step S32, based on the instruction from the microcomputer 13, the protection circuit 11 The switch circuit 12 (transistors T1, T2) is turned off to shut off power supply to the outside.
[0052]
In steps S32 and S33, the voltage measurement circuit 14 measures each battery voltage of the battery cells PW1 to PW3 and the total battery voltage, and stores the measurement result in the storage circuit 16 via the AD converter 15. As a result, it is possible to calculate how much the remaining battery power has decreased during the next mounting.
Next, in step S35, the power supply of the circuit group related to the voltage measurement is cut off, and the power supply of all the circuits in the battery pack 10 is cut off, and the process ends.
[0053]
As described above, according to the first embodiment, by measuring the battery voltage in the battery pack 10 in a state where power is not supplied to the electronic device 30, a battery voltage equivalent to a no-load condition is obtained. The remaining battery level of the battery pack 10 is predicted from the battery voltage. That is, unlike the method based on the current integration, the remaining battery level is predicted from the battery voltage, so that when the battery pack 10 is not attached to the electronic device 30 and is left alone, the battery pack 10 Power supply to each circuit can be cut off to prevent power consumption. In addition, the battery voltage of the battery pack 10 that is not supplying power to the electronic device 30 and corresponding to a no-load condition is measured to predict the remaining battery level of the battery pack 10, so that the remaining battery level can be accurately predicted. .
[0054]
In the first embodiment described above, a circuit group related to voltage measurement such as the voltage measurement circuit 14 is provided in the battery pack 10 and the remaining amount prediction circuit 34 is provided in the electronic device 30. Both the circuit group related to the measurement and the remaining amount prediction circuit 34 may be provided in the electronic device 30.
[0055]
(Second embodiment)
Next, a second embodiment of the present invention will be described.
In the above-described first embodiment, the power supply microcomputer 31 included in the electronic device 30 is provided with the remaining amount prediction circuit 34, and the electronic device 30 predicts the remaining amount of the battery. In the second embodiment described below, a remaining capacity prediction circuit is provided in a microcomputer of a battery pack, and the remaining capacity of the battery is predicted by the battery pack.
[0056]
FIG. 9 is a diagram for explaining the second embodiment of the present invention. In FIG. 9, blocks and the like having the same functions as the blocks and the like shown in FIG. 5 are denoted by the same reference numerals, and redundant description will be omitted. In addition, blocks and the like that are not the same as the blocks and the like illustrated in FIG. 5 but have corresponding functions are denoted by the same reference numerals.
[0057]
9, the microcomputer 13 'includes a voltage measurement circuit 14, an AD converter 15, a storage circuit 16, a communication interface 17, a control circuit 19, and a remaining amount prediction circuit 20. Therefore, the power supply microcomputer 31 'does not include the remaining amount prediction circuit.
[0058]
The control circuit 19 controls each circuit in the microcomputer 13 ', and controls, for example, a process related to a remaining battery amount prediction shown in FIG. The remaining amount prediction circuit 20 is the same as the remaining amount prediction circuit 34 shown in FIG. The remaining amount predicting circuit 20 predicts the remaining battery amount based on the battery voltage stored in the storage circuit 20 in a state where power is not supplied to the electronic device 30, and at normal times, based on the discharging current. Predict the amount.
[0059]
Next, the operation will be described.
FIG. 10 is a flowchart illustrating the operation of the battery pack 10 according to the second embodiment.
[0060]
In step S41, when it is detected that the battery pack 10 is attached to the electronic device 30 in the same manner as in step S11 of FIG. 6, in step S42, a circuit group (voltage measurement circuit 14, The power is supplied to the AD converter 15, the storage circuit 16, the control circuit 19, and the remaining amount prediction circuit 20) to start the operation. At this time, the switch circuit 12 is in an open state, and power is not supplied from the battery pack 10 to the electronic device 30.
[0061]
In step S43, voltage measurement circuit 14 measures the battery voltage of battery cells PW1 to PW3 in a state where battery pack 10 is not supplying power to electronic device 30, and stores the measurement result via AD converter 15. It is stored in the circuit 16. In step S44, remaining amount prediction circuit 20 predicts a relative remaining amount of battery based on the battery voltage stored in storage circuit 16. Here, the relative remaining battery level is the remaining battery level based on the voltage.
[0062]
In step S45, the remaining amount prediction circuit 20 calculates a difference between the relative remaining amount of the battery obtained in step S44 and the relative remaining amount of the battery when the battery pack 10 was previously removed. Further, in step S46, the remaining amount prediction circuit 20 corrects the absolute remaining battery amount derived from the relative remaining battery amount obtained in step S44, based on the calculation result in step S45. Here, the absolute remaining battery level is the remaining battery level based on the current.
[0063]
Next, in step S47, if the battery pack 10 is not in the overdischarge state, the microcomputer 13 'notifies the protection circuit 11 that the battery pack 10 is mounted on the electronic device 30, and the protection circuit 11 The switch circuit 12 (transistor T1) is turned on to start supplying power to the electronic device 30. Then, in step S48, a remaining amount prediction process by current integration or the like based on the discharge current is started, and the process ends.
[0064]
When it is detected in step S49 that the battery pack 10 has been removed from the electronic device 30 in the same manner as in step S31 of FIG. 8, in step S50, the protection circuit 11 is determined based on an instruction from the microcomputer 13 '. Turns off the switch circuit 12 (transistors T1 and T2) for preventing overdischarge, and cuts off power supply to the outside.
[0065]
Subsequently, in steps S51 and S52, the relative battery remaining amount is predicted in the same manner as in steps S43 and S44 described above. The absolute battery remaining amount calculated by battery integration or the like in step S53 and the relative battery remaining amount obtained in step S52 are stored in the storage circuit 16 (or the EEPROM 18). Further, in step S54, the battery voltage measured in step S51 is also stored in the storage circuit 16 (or the EEPROM 18). As a result, it is possible to calculate how much the remaining battery power has decreased during the next mounting.
[0066]
Next, in step S55, the power supply of the voltage measurement circuit 14 and the remaining amount prediction circuit 20 is cut off, and the power supply of all the circuits in the battery pack 10 is cut off, and the process ends.
[0067]
As described above, according to the second embodiment, the same effects as those of the above-described first embodiment can be obtained, and the remaining amount can be predicted using only the battery pack 10. The interface with the electronic device 30 can be simplified. In addition, since the remaining amount prediction is performed only by the battery pack 10, the control of the battery pack 10 and the electronic device 30 can be performed independently of each other, which is easy.
[0068]
In the first and second embodiments, the battery pack 10 has three battery cells PW1 to PW3 as an example, but the number of battery cells is arbitrary. Further, the switch circuit 12 is an example, and any circuit may be used as long as current can flow in both directions and ON / OFF control can be performed. Further, the EEPROM 18 may have the function of the storage circuit 16 without providing the storage circuit 16. Further, the EEPROM 18 is not limited to this, and may be any nonvolatile memory in which data can be rewritten.
[0069]
In the first and second embodiments, the voltage measurement circuit 14 measures only the battery voltage and stores it in the storage circuit 16, but also measures the discharge current and the battery temperature in addition to the battery voltage. The information may be stored in the storage circuit 16.
[0070]
Further, each of the embodiments described above is merely an example of a concrete example for carrying out the present invention, and the technical scope of the present invention should not be interpreted in a limited manner. That is, the present invention can be implemented in various forms without departing from the technical idea or the main features.
Various aspects of the present invention are shown below as supplementary notes.
[0071]
(Supplementary Note 1) a power supply cutoff circuit that cuts off power supply to an internal circuit of the battery pack when power is not supplied to another electronic device;
A battery measuring circuit for measuring a battery voltage of the battery pack before starting power supply to the electronic device when starting power supply to the electronic device from the battery pack.
(Supplementary Note 2) The battery pack according to Supplementary Note 1, wherein the battery pack has an arbitrary number of battery cells, and measures a battery voltage of each of the battery cells as a battery voltage in the battery pack.
(Supplementary Note 3) The storage device further includes a storage circuit that holds a measurement result of the voltage measurement circuit,
Before starting the power supply, supplying power to a circuit group related to the measurement of the battery voltage, measuring a battery voltage in the battery pack, storing the battery voltage in the storage circuit, and then supplying power to the electronic device. 3. The battery pack according to claim 1, wherein
(Supplementary Note 4) The battery pack further includes a current measurement circuit that measures a current flowing out of the battery pack,
4. The battery pack according to claim 3, wherein a battery voltage and a current of the battery pack after starting power supply to the electronic device are measured and stored in the storage circuit.
(Supplementary Note 5) A switch circuit capable of controlling whether to supply power to the electronic device,
2. The battery pack according to claim 1, wherein the switch circuit is controlled in accordance with a measurement result of a battery voltage in the battery pack before starting the power supply.
(Supplementary Note 6) a power supply cutoff circuit that cuts off power supply to an internal circuit of the battery pack when power is not supplied to another electronic device;
When starting power supply to the electronic device from the battery pack, a voltage measurement circuit that measures a battery voltage in the battery pack before starting power supply to the electronic device,
And a remaining amount predicting circuit for predicting a remaining amount of the battery of the battery pack based on a measurement result of the voltage measuring circuit.
(Supplementary note 7) The supplementary note 6, wherein the remaining amount prediction circuit predicts the remaining battery amount of the battery pack based on the correspondence between the battery voltage and the remaining battery amount held in advance. Battery level prediction system.
(Supplementary Note 8) When starting the power supply to the electronic device from the battery pack that shuts off the power supply to the internal circuit when the power supply to the other electronic device is not performed, it is measured before the power supply to the electronic device is started. An electronic device comprising a remaining amount prediction circuit for predicting the remaining amount of the battery of the battery pack based on the battery voltage of the battery pack.
(Supplementary Note 9) The electronic device according to Supplementary Note 8, wherein the remaining amount prediction circuit predicts the remaining battery amount of the battery pack based on the correspondence between the battery voltage and the remaining battery amount acquired in advance. .
(Supplementary Note 10) A voltage measurement circuit for measuring a battery voltage in the battery pack;
A storage circuit for holding a measurement result in the voltage measurement circuit,
A control circuit for causing the voltage measurement circuit to measure the battery voltage before starting power supply to the electronic device from the battery pack.
(Supplementary Note 11) A voltage measurement circuit for measuring a battery voltage in the battery pack,
When starting the power supply to the electronic device having the voltage measurement circuit, after measuring the battery voltage in the battery pack before starting the power supply to the circuit in the electronic device by the voltage measurement circuit, An electronic device characterized by supplying power to a circuit.
(Supplementary Note 12) A voltage measurement circuit that measures a battery voltage in a battery pack having a remaining amount prediction function,
A storage circuit for holding a measurement result in the voltage measurement circuit,
The voltage measurement circuit measures a battery voltage after the battery pack is removed from the electronic device and a battery voltage before the battery pack is mounted on the electronic device and power supply to the electronic device is started. Battery remaining amount prediction system.
(Supplementary Note 13) The power supply to a circuit included in the battery pack is interrupted during a period from when the battery pack is removed from the electronic device to when the battery pack is attached to the electronic device, according to Supplementary Note 12. Battery level prediction system.
(Supplementary note 14) The supplementary note, wherein the remaining battery capacity of the battery pack obtained by a different method is corrected using the remaining battery capacity of the battery pack predicted based on the battery voltage measured by the voltage measurement circuit. The battery remaining amount prediction system according to claim 12.
[0072]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, when power is not supplied to another electronic device, power supply to the internal circuit of the battery pack is cut off by the power supply cutoff circuit, and power is supplied from the battery pack to the electronic device. Is started, the battery voltage in the battery pack before starting the power supply to the electronic device is measured by the voltage measurement circuit. As a result, the remaining battery level can be accurately predicted based on the battery voltage corresponding to the no-load state when power is not supplied to the electronic device, and unlike the method based on current integration, the power is supplied to other electronic devices. When the power is not supplied, the power supply to the internal circuit of the battery pack can be cut off. Therefore, power consumption in the battery pack can be prevented when the battery pack is not used, and the remaining battery level can be accurately predicted when the battery pack is used.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing discharge characteristics of lithium ion secondary batteries having different charge / discharge times.
FIG. 2 is a diagram showing discharge characteristics of a lithium ion secondary battery when a load changes.
FIG. 3 is a diagram showing discharge characteristics of a lithium ion secondary battery when a load changes.
FIG. 4 is a diagram showing a change in battery capacity when left in a high temperature environment in a fully charged state as a discharge characteristic of a lithium ion secondary battery.
FIG. 5 is a diagram for explaining the first embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a flowchart showing an operation on the battery pack side when a battery is mounted in the first embodiment.
FIG. 7 is a flowchart illustrating an operation on the electronic device side when the battery is mounted in the first embodiment.
FIG. 8 is a flowchart showing an operation at the time of removing a battery in the first embodiment.
FIG. 9 is a diagram for explaining a second embodiment of the present invention.
FIG. 10 is a flowchart showing an operation in the second embodiment.
FIG. 11 is a diagram showing a configuration of a conventional battery pack.
[Explanation of symbols]
10 Battery pack
11 Protection circuit
12 Switch circuit
13, 13 'microcomputer
14 Voltage measurement circuit
15 AD converter
16 Memory circuit
17 Communication interface
18 EEPROM
19 Control circuit
20, 34 Remaining amount prediction circuit
30 Electronic equipment
31, 31 'power supply microcomputer
PW1, PW2, PW3 Battery cells
R1 Resistance for current measurement

Claims (10)

他の電子機器に電力供給をしない場合に、電池パックの内部回路への電力供給を遮断する電力供給遮断回路と、
上記電池パックから電子機器に電力供給を開始する際、上記電子機器に電力供給を開始する前の電池パックにおける電池電圧を測定する電圧測定回路とを有することを特徴とする電池パック。
A power supply cutoff circuit that cuts off power supply to an internal circuit of the battery pack when not supplying power to other electronic devices;
A battery measuring circuit for measuring a battery voltage of the battery pack before starting power supply to the electronic device when starting power supply to the electronic device from the battery pack.
上記電池パックは、任意の数の電池セルを有し、上記電池パックにおける電池電圧として上記各電池セルの電池電圧を測定することを特徴とする請求項1に記載の電池パック。The battery pack according to claim 1, wherein the battery pack has an arbitrary number of battery cells, and measures a battery voltage of each of the battery cells as a battery voltage in the battery pack. 上記電圧測定回路での測定結果を保持する記憶回路をさらに有し、
上記電力供給を開始する前に上記電池電圧の測定に係る回路群に電力を供給して上記電池パックにおける電池電圧を測定し上記記憶回路に保持した後、上記電子機器に対して電力供給することを特徴とする請求項1に記載の電池パック。
Further comprising a storage circuit for holding a measurement result in the voltage measurement circuit,
Before starting the power supply, supplying power to a circuit group related to the measurement of the battery voltage, measuring a battery voltage in the battery pack, storing the battery voltage in the storage circuit, and then supplying power to the electronic device. The battery pack according to claim 1, wherein:
上記電池パックから流出する電流を測定する電流測定回路をさらに有し、
上記電子機器に電力供給を開始した後の上記電池パックにおける電池電圧と電流とを測定して上記記憶回路に保持したことを特徴とする請求項3に記載の電池パック。
A current measuring circuit for measuring a current flowing out of the battery pack,
4. The battery pack according to claim 3, wherein a battery voltage and a current of the battery pack after starting power supply to the electronic device are measured and stored in the storage circuit. 5.
上記電子機器に電力供給するか否かを制御可能なスイッチ回路を有し、
上記電力供給を開始する前の電池パックにおける電池電圧の測定結果に応じて、上記スイッチ回路を制御することを特徴とする請求項1に記載の電池パック。
A switch circuit capable of controlling whether to supply power to the electronic device,
2. The battery pack according to claim 1, wherein the switch circuit is controlled according to a measurement result of a battery voltage in the battery pack before starting the power supply. 3.
他の電子機器に電力供給をしない場合に、電池パックの内部回路への電力供給を遮断する電力供給遮断回路と、
上記電池パックから電子機器に電力供給を開始する際、上記電子機器に電力供給を開始する前の電池パックにおける電池電圧を測定する電圧測定回路と、
上記電圧測定回路での測定結果に基づいて、上記電池パックの電池残量を予測する残量予測回路とを有することを特徴とする電池残量予測システム。
A power supply cutoff circuit that cuts off power supply to an internal circuit of the battery pack when not supplying power to other electronic devices;
When starting power supply to the electronic device from the battery pack, a voltage measurement circuit that measures a battery voltage in the battery pack before starting power supply to the electronic device,
And a remaining amount predicting circuit for predicting a remaining amount of the battery of the battery pack based on a measurement result of the voltage measuring circuit.
他の電子機器に電力供給をしない場合に内部回路への電力供給を遮断する電池パックから電子機器に電力供給を開始する際、上記電子機器に電力供給を開始する前に測定された電池パックにおける電池電圧に基づいて、上記電池パックの電池残量を予測する残量予測回路を有することを特徴とする電子機器。When starting the power supply to the electronic device from the battery pack that shuts off the power supply to the internal circuit when not supplying the power to the other electronic devices, the battery pack measured before starting the power supply to the electronic device. An electronic apparatus, comprising: a remaining amount predicting circuit for predicting a remaining amount of a battery of the battery pack based on a battery voltage. 電池パックにおける電池電圧を測定する電圧測定回路と、
上記電圧測定回路での測定結果を保持する記憶回路と、
上記電池パックから電子機器に電力供給を開始する前に上記電池電圧を上記電圧測定回路に測定させる制御回路とを有する半導体装置。
A voltage measurement circuit for measuring a battery voltage in the battery pack;
A storage circuit for holding a measurement result in the voltage measurement circuit,
A control circuit for causing the voltage measurement circuit to measure the battery voltage before starting power supply to the electronic device from the battery pack.
電池パックにおける電池電圧を測定する電圧測定回路を有し、
上記電圧測定回路を有する電子機器に電力供給を開始する際、上記電子機器内の回路に電力供給を開始する前の電池パックにおける電池電圧を上記電圧測定回路により測定した後、上記電子機器内の回路に電力供給することを特徴とする電子機器。
A voltage measurement circuit for measuring a battery voltage in the battery pack,
When starting the power supply to the electronic device having the voltage measurement circuit, after measuring the battery voltage in the battery pack before starting the power supply to the circuit in the electronic device by the voltage measurement circuit, An electronic device characterized by supplying power to a circuit.
残量予測機能を有する電池パックにおける電池電圧を測定する電圧測定回路と、
上記電圧測定回路での測定結果を保持する記憶回路とを有し、
上記電圧測定回路は、上記電池パックが電子機器から抜去された後の電池電圧及び上記電池パックが上記電子機器に装着され上記電子機器に電力供給を開始する前の電池電圧を測定することを特徴とする電池残量予測システム。
A voltage measuring circuit for measuring a battery voltage in a battery pack having a remaining amount predicting function,
A storage circuit for holding a measurement result in the voltage measurement circuit,
The voltage measurement circuit measures a battery voltage after the battery pack is removed from the electronic device and a battery voltage before the battery pack is mounted on the electronic device and power supply to the electronic device is started. Battery remaining amount prediction system.
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