JP2003185720A

JP2003185720A - 電池残量測定方法および該測定方法を用いた小型電気機器並びに電池パック

Info

Publication number: JP2003185720A
Application number: JP2001388856A
Authority: JP
Inventors: Masahito Suzuki; 雅人鈴木; Yoshinari Aoshima; 芳成青嶋; Masaru Hasuda; 大蓮田
Original assignee: Hitachi Maxell Ltd
Current assignee: Maxell Holdings Ltd
Priority date: 2001-12-21
Filing date: 2001-12-21
Publication date: 2003-07-03

Abstract

(57)【要約】【課題】二次電池３２を駆動源とする小型電気機器９
にあって、二次電池３２から機能手段１に対して電力を
常時に供給しながら、現在の電池残量を正確に推定する
ことができる様にする。【解決手段】二次電池群１１中に複数の二次電池３２
・３２を備えるとともに、各二次電池３２を切換使用
し、少なくとも１つの二次電池３２からの給電を停止で
きる様にする。そして、給電を停止中の二次電池３２に
おける開放回路電圧を測定し、予め測定しておいた開放
回路電圧と電池容量との関係を示す開放回路電圧特性か
らその電池残量を推定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、携帯電話や携帯
情報機器の様な各種の小型電気機器およびその小型電気
機器用の電池パックであって、特に電池残量の推定手段
を備えたものに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来この種電池残量の推定方法は、二次
電池の満充電状態を１００％、端子電圧が下限値を下回
ると０％の電池残量と設定し、そこから充放電量を積算
して行くことによって、電池の現在容量を推定するもの
が一般的である。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、１００
％または０％の充電率に達して容量補正がなされること
なく充放電を繰り返すと、誤差が累積して正確な電池残
量を知ることは難しい。特に、携帯電話の待ち受け受信
時のような微小な放電量を正確に検出することは困難で
ある。

【０００４】本発明者等はかかる問題について考察した
結果、負荷駆動用の電池を複数組設けて切換使用すると
ともに、通電停止中の電池電圧を測定することにより、
電池残量の絶対補正が行えることを知見した。

【０００５】すなわち、電池容量の検出をすべき二次電
池について、図５（ａ）に例示する開放回路電圧特性
（以下、「ＯＣＶ特性」という）を予め測定しておく。
そして、このＯＣＶ特性が二次電池の劣化や使用温度な
どに拘らず略一定に維持されることを利用すると、図５
（ｂ）の如く、二次電池の開放回路電圧ＶａあるいはＶ
ｂを必要に応じて測定することにより、その測定時点に
おける電池残量ａあるいはｂを推測することができる。

【０００６】更に充電開始直前の充電率がａ［％］で、
充電終了直後の充電率がｂ［％］の場合、充電の終了直
後の充電率ｂから充電開始直前ａの充電率を減算した
「差充電率」は、充電中に二次電池に供給された充電電
流を積分することにより得られる「充電量」だけ充電さ
れたことにより生じるものである。

【０００７】そこで、この充電量を差容量で除算し更に
１００倍することにより、満充電時における総容量（以
下、「満充電容量」という。）が、充電を満充電状態ま
で継続することなく算出される。

【０００８】この様にして満充電容量が得られれば、そ
の満充電容量に測定時点の充電率を乗算することによ
り、「残容量」すなわち二次電池にどれくらいの容量が
残っているかが、二次電池の劣化状態を考慮することな
く算出されるのである。

【０００９】本発明は上記した知見に基づいてなされた
ものであって、二次電池を切換使用し、給電を停止中の
電池における開放回路電圧を測定してその電池残量を絶
対補正することにより、比較的簡単な構成で電池残量を
正確に推定することができる電池残量検出方法およびそ
の検出方法を実施した小型電気機器と電池パックを提供
することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明にかかる小型電気
機器９は、図１にその全体的な構成を概略的に示すごと
く、二次電池３２を機能手段１の駆動源として使用する
とともに、二次電池３２の電池残量を推定する手段２を
備えたものである。

【００１１】更に二次電池３２を複数備えて二次電池群
１１を構成するとともに、各組の二次電池３２は機能手
段１に対して切換手段７により択一的に駆動電力を供給
可能とする一方、電池残量推定手段２は、各二次電池３
２・３２の電池残量を個別に推定可能としたことを特徴
とする。

【００１２】電池残量推定手段２は、各二次電池３２ご
とに予め図５（ａ）の様なＯＣＶ特性を検出手段３を用
いて個別に測定しておき、二次電池群１１による機能手
段１に対する通電の停止中に、その使用停止中の二次電
池３２における開放回路電圧を測定することにより、図
５（ｂ）の如くＯＣＶ特性から電池残量を推定する。

【００１３】なお、上記した構成のすべてまたは大部分
を、図２に例示する小型電気機器の本体ケース１２内に
備えることも可能である。しかしながら、二次電池群１
１と電池残量推定手段２を電池ケース１８内に収納し、
機能手段１とその機能手段１を制御する制御手段４とそ
の制御手段４の制御状態を示す表示手段５とを備えた本
体ケース１２に対して着脱自在に構成することもでき
る。この場合、電池ケース１８と本体ケース１２間で有
線あるいは無線状態でデータの受渡を可能とするととも
に、電池残量推定手段２で算出された電池残量データは
本体ケース１２側に送られ、表示手段５で表示される。

【００１４】機能手段１は、定格電力でその通常動作が
維持される駆動モードと、微小電力でその最低限の動作
が維持される待機モードとを備え、二次電池群１１を構
成する少なくとも１つの二次電池３２によって常時に電
力が供給される。

【００１５】なお電池ケース１８内には更に、携帯式の
パソコン装置の様な各種の外部機器との間におけるデー
タの受渡手段８を備え、外部機器では受け取ったデータ
に対応したデータ処理を行わせることができる。

【００１６】

【発明の効果】この発明は上記の如く、二次電池群１１
中に複数の二次電池３２を備えるとともに、各二次電池
３２を切換使用し、給電を停止中の二次電池３２におけ
る開放回路電圧を測定してその電池残量を推定すること
により、二次電池群１１から電力を常時に供給しなが
ら、比較的簡単な構成で電池残量を正確に推定すること
ができる。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下本発明にかかる小型電気機器
を、図２〜図４に例示する如く、携帯電話１０に実施し
た一例を示すがこれに限らず、ポケットタイプのパソコ
ンなど、電池を駆動源として使用した各種の小型電気機
器に対しても略同様に実施できることは勿論である。

【００１８】携帯電話１０は、図２にその外観形状を示
す如く、扁平な矩形箱状の本体ケース１２の正面側に、
液晶表示板による表示画面１３およびスピーカ１４から
なる表示部１５と、キーボード３３およびマイク３４か
らなる操作部１７とを備える。

【００１９】更に本体ケース１２の裏面側には、電池ケ
ース１８内にリチウムイオン電池の様な二次電池３２を
内蔵した電池パック３６を、電極３５を介し本体ケース
１２に対して着脱自在に取り付けるとともに、本体ケー
ス１２と電池ケース１８の内部に分散して制御に必要な
電子回路１６を収納している。

【００２０】図３は、携帯電話１０に内蔵する電子回路
１６がハードウェアとして備える機能を模式的に示した
ものであって、携帯電話１０としての基本的な送受機能
を備えた送受信部１９に加え、１チップマイコンを制御
の中心に備えた制御部２０および記憶部２１に格納され
たソフトウェアを利用した制御動作によって、データの
ダウンロードや映像表示の様な各種の機能を実現してい
る。なお、携帯電話１０としての基本的な回路構成は従
来の多機能電話と略同様なので、詳細な説明は省略す
る。

【００２１】本発明にあっては、図４に例示する如く、
上記した二次電池３２は素電池を複数備えて所定の端子
電圧および電池容量に設計したものであって、その二次
電池３２を複数組（本実施例にあっては２組）備えて二
次電池群１１を構成している。

【００２２】更に、制御回路２３によって動作が制御さ
れる切換スイッチ３８によって、各組の二次電池３２・
３２を択一的に切換使用可能とすることにより、少なく
とも一方の組の二次電池３２による通電を停止できる様
にしている。更にまた、電池ケース１８内には電池残量
監視部２２を備え、各二次電池３２の残容量を個別に把
握可能とする。

【００２３】なお本実施例にあっては、２組の二次電池
３２・３２が同一容量のものを想定しているが、各二次
電池３２の容量を異ならせ、必要とする供給電力に応じ
て使用する二次電池３２を切り換えることも可能である
し、複数組の二次電池を並列に接続して同時に電力供給
させるなど、二次電池群１１の構成および給電方法は限
定されるものでない。

【００２４】ここで図４は、図３における電池残量監視
部２２の構成を明確にするため、電池ケース１８内の二
次電池群１１に対する充放電に関する構成を中心に表し
たブロック図である。

【００２５】各二次電池３２からの出力電圧は、制御回
路２３でその動作が制御される放電回路２４を介して上
記した各部に印加されることにより、通常は一方の二次
電池３２を駆動電源として電子回路１６は動作する。

【００２６】また、商用交流電源２５から出力される１
００〜２００Ｖの商用交流電圧は、ＡＣ−ＤＣコンバー
タ２６により低圧の直流電圧に変換されたのち、本体ケ
ース１２の下面に備えた着脱自在なコネクタ２７を介
し、本体ケース１２内の電子回路１６に印加される。

【００２７】この本体ケース１２の外部から送られる直
流電圧は、二次電池群１１に代えて電子回路１６の各部
に駆動電力を供給可能とすると同時に、制御回路２３で
制御される充電回路２８によって充電電圧および充電電
流を制御しながら二次電池３２に印加することにより、
上記した放電回路２４と連動して各二次電池３２におけ
る正確な電池残容量を把握しながら、所定の充電率まで
二次電池３２を充電可能とする。

【００２８】電池残量監視部２２は、充電電流の大きさ
を検出可能とする充電電流センサ２９を充電回路２８
に、放電電流の大きさを検出可能とする放電電流センサ
３０を放電回路２４に各々設けるとともに、電池残量監
視部２２の全体を制御するプログラム式の制御回路２３
を備える。更に、２組の二次電池３２・３２における端
子電圧を制御回路２３に入力し、その値を個別に検出で
きる様にしている。

【００２９】そして、各センサ２９・３０による検出値
に基づいて二次電池１１に対する充放電量を制御すると
同時に、例えば検出した充放電電流を積算するなど、電
池残量推定用プログラム３で規定するアルゴリズムによ
り、使用中の素電池群における現在の電池残容量をリア
ルタイムで算出して推定可能とする。

【００３０】また、電池ケース１８内には更に記憶回路
３１と温度センサ３２とを一体に内蔵し、記憶回路３１
に備えた電池の特性情報と、温度センサ３２による電池
表面における温度変化情報に基づき、前記した積算によ
る電池残量を補正するとともに、電池残量に関する報知
情報を保存可能とする。

【００３１】ここで記憶回路３１は、フラッシュメモリ
あるいは電池でバックアップされたＲＡＭの様な書き換
え可能な記憶素子を備え、その記憶素子に対するデータ
の書き込みおよび読み出しを電池パック単独で可能とす
るとともに、消費電力を必要最小限に抑制された回路構
成をとる。

【００３２】また、記憶回路３１に格納される情報とし
ては、制御回路２３で行われる制御に使用されるプログ
ラムと、そのプログラムで参照される電池残量を推定す
るための情報とが含まれる。そしてこれらの情報は、電
池パック３６の使用に先立ってあるいは使用中に記憶回
路３１中に書き込み或いはデータ更新が行われる一方、
必要に応じて任意のデータを電池パック３６の外部に取
り出し、あるいは内部で参照可能としている。

【００３３】電池パックに関する情報としては、電池パ
ック３６の製造番号や製造日あるいは定格値の様な基本
データに加えて、内蔵する二次電池３２を構成する素電
池の負荷特性、温度特性あるいは劣化特性の様な充放電
量を計算するの必要な電池の特性データや、充放電中に
おける電池残量およびその時点の時刻の様に、充放電中
は勿論、電池ケース１８を本体ケース１２から取り外し
たのちも電池の残容量の変化を推測するのに必要な各種
のデータが含まれる。

【００３４】一方、制御回路２３の制御に利用するプロ
グラムには、電池の電池残量を検出するためのアルゴリ
ズムを記載した電池残量推定用プログラムが含まれる。
本発明で実施するアルゴリズムとしては、二次電池３２
のＯＣＶ特性を利用する方法が採用されている。

【００３５】かかる方法は、二次電池３２の使用前に図
５（ａ）で例示するＯＣＶ特性を測定し、その特定デー
タを記憶回路３１に格納しておく。そして、切換スイッ
チ３８の切り換えによって通電が停止された二次電池３
２の開放回路電圧を測定し、図５（ｂ）でその時点にお
ける電池残量を推定するものである。しかしながら、か
かる方法に代えあるいは加えて、他のアルゴリズムで電
池残量を推定することは可能である。

【００３６】例えば、満充電時の検出方法として、電池
温度の時間変化率がある設定値以上になった時点とする
方法、電池電圧が上昇後下降に転じて更にある設定値以
上降下した時点とする方法、電池電圧の時間に対する二
次微分が充電量１００％に近い領域で正から負に変化し
た時点とする方法など、そのシステムに最適なアルゴリ
ズムが採用される。

【００３７】更に、電池ケース１８中の記憶回路３１に
格納した電池特性情報を利用し、前記した満充電の検出
と充放電量の積算動作を、実際に使用している二次電池
３２に対応させて行わせる。また、算出された電池残容
量とその時刻は絶えず記憶回路３１中に記憶されてお
り、例えば電池ケース１８を本体ケース１２から一旦外
して再度取り付けた場合にあっては、取り外し中の経過
時間と放電特性とから自己放電量を推測し、電池ケース
１８の取り外し前の電池残容量から自己放電量を引いて
現在容量の補正を行うことができる。

【００３８】上記した構成にあって、電池パック３６を
携帯電話１０に装着すると、電池パック３６中の記憶回
路３１に格納した電気機器情報と電池パック情報とを利
用して電池残量監視部２２を初期化するとともに、適宜
時期に、給電に使用する二次電池３２を切換使用するこ
とにより、各二次電池３２の電池残量の測定と充放電量
の積算動作を、実際に使用している携帯電話１０および
二次電池３２に対応させて行わせる。

【００３９】また、算出された電池残容量とその時刻は
絶えず記憶回路３１中に記憶されており、例えば電池ケ
ース１８を本体ケース１２から一旦外して再度取り付け
た場合にあっては、取り外し中の経過時間と放電特性と
から自己放電量を推測し、電池ケース１８の取り外し前
の電池残容量から自己放電量を引いて現在容量の補正を
行うこともできる。

【００４０】更に電池パック３６の記憶回路３１に格納
された電池残量推定用プログラムや電池残量推定用の情
報あるいはその他のデータは、データ通信部３７を介し
て外部のデータ処理装置に送出可能としている。ここで
データ通信部３７は、「Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ」の様に、
電波や赤外線あるいは超音波等による短距離の無線状態
によるデータ通信、あるいはまた、電極３５を介した有
線によるデータの受け渡しを可能とする汎用的あるいは
専用のものであって、そのデータ通信部３７を携帯電話
１０および外部のデータ処理装置の両者に備えることに
より、互いにデータの受け渡しあるいはデータ表示等の
データ処理を可能とするのである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の構成の基本的な構成を示す概略図であ
る。

【図２】本発明を携帯電話とパソコン装置からなるデー
タ処理システムに実施した一例を示す斜視図である。

【図３】電子回路の構成を概略的に示すブロック図であ
る。

【図４】電池残量監視部の構成を示すブロック図であ
る。

【図５】電池残量の測定原理を示すグラフであって、
（ａ）は開放回路電圧特性、（ｂ）は電池の端子電圧と
電池残量の関係を各々示す。

【符号の説明】

１機能手段２電池残量推定手段３検出手段４制御手段５表示手段６操作手段７切換手段８データ受渡手段９小型電気機器１０携帯電話１１二次電池群１２本体ケース１３表示画面１４スピーカ１５表示部１６電子回路１７操作部１８電池ケース１９送受信部２０制御部２１記憶部２２電池残量監視部２３制御回路２４放電回路２５商用交流電源２６ＡＣ−ＤＣコンバータ２７コネクタ２８充電回路２９充電電流センサ３０放電電流センサ３１記憶回路３２二次電池３３キーボード３４マイク３５電極３６電池パック３７データ通信部３８切換スイッチ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者蓮田大大阪府茨木市丑寅１丁目１番88号日立マクセル株式会社内Ｆターム(参考） 2G016 CB11 CB12 CB21 CB22 CB31 CC01 CC03 CC06 CC07 CC12 CC13 CC23 CC27 CC28 CD02 CD03 CE03 CE07 CF06 5G003 BA04 DA02 DA18 EA05 GC05 5H030 AA03 AS06 AS11 FF41 FF44 5H040 AA00 AA40 AS13

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】機能手段の駆動源として使用される二次
電池の電池残量を測定する方法であって、前記二次電池を複数備えて二次電池群を構成するととも
に、各二次電池は前記機能手段に対して択一的に駆動電
力を供給可能とする一方、各二次電池の通電停止期間に対応して電池残量を測定す
ることを特徴とする電池残量測定方法。
【請求項２】前記通電停止中に行われる電池残量の測
定は、各二次電池毎に予め、電池容量と開放回路電圧と
の関係を示す開放回路電圧特性を個別に測定しておき、
二次電池による機能手段に対する通電の停止中に、該通
電停止中の二次電池の開放回路電圧を測定することによ
って電池残量を推定する請求項１記載の電池残量測定方
法。
【請求項３】前記機能手段は、定格電力でその通常動
作が維持される駆動モードと、微小電力でその最低限の
動作が維持される待機モードとを備え、前記二次電池の
切り換えによって、前記機能手段には常時に電力が供給
される請求項１または２記載の電池残量測定方法。
【請求項４】二次電池を機能手段の駆動源として使用
するとともに、前記二次電池の電池残量推定手段を備え
た小型電気機器であって、前記二次電池を複数備えて二次電池群を構成するととも
に、各二次電池は前記機能手段に対して択一的に駆動電
力を供給可能とする一方、前記電池残量推定手段は、各
二次電池の電池残量を個別に推定可能としたことを特徴
とする小型電気機器。
【請求項５】前記電池残量推定手段は、各二次電池毎
に予め開放回路電圧特性を個別に測定しておき、二次電
池による機能手段に対する通電の停止中に、該通電停止
中の二次電池の開放回路電圧を測定することによって電
池残量を推定する請求項４記載の小型電気機器。
【請求項６】前記二次電池群と電池残量推定手段は電
池ケース内に収納され、前記機能手段と該機能手段を制
御する制御手段と該制御手段の制御状態を示す表示手段
とを備えた本体ケースに対して着脱自在に構成するとと
もに、前記電池ケースと本体ケース間で、データの受渡を可能
とし、前記電池残量推定手段で算出された電池残量デー
タは本体ケース側に送られ、前記表示手段で表示される
請求項４または５記載の小型電気機器。
【請求項７】前記機能手段は、定格電力でその通常動
作が維持される駆動モードと、微小電力でその最低限の
動作が維持される待機モードとを備え、常時に電力が供
給される請求項４乃至６の何れかに記載の小型電気機
器。
【請求項８】機能手段を備えた小型電気機器の本体ケ
ースに対して電池ケースを着脱自在に取り付け、電池ケ
ース内に収納した二次電池から前記機能手段に対する給
電を可能とする電池パックであって、前記電池パック内には更に、電池残量の推定手段を備え
るとともに、前記二次電池を複数備えて二次電池群を構成し、各二次
電池は前記機能手段に対して択一的に駆動電力を供給可
能とする一方、前記電池残量推定手段は、各二次電池の電池残量を個別
に推定可能としたことを特徴とする電池パック。
【請求項９】前記電池残量推定手段は、各二次電池毎
に予め開放回路電圧特性を個別に測定しておき、二次電
池による機能手段に対する通電の停止中に、該通電停止
中の二次電池の開放回路電圧を測定することによって電
池残量を推定する請求項８記載の電池パック。
【請求項１０】前記電池ケース内には更に、外部機器
との間におけるデータの受渡手段を備え、該外部機器では受け取ったデータに対応した表示を可能
とする請求項８または９記載の電池パック。
【請求項１１】前記電池パックは、内部の二次電池の
いずれか１つから電力が常時に供給可能とする請求項８
乃至１０の何れかに記載の電池パック。