JP2004170385A - 電池の残容量演算装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 部品コストを高くすることなく、残容量を正確に演算する。
【解決手段】 電池の残容量演算装置は、電池１に流れる電流を検出する電流検出部２と、この電流検出部２で検出される電流値を積算して残容量を演算する残容量演算部３と、特定の電流範囲における放電電流を記憶している記憶部４とを備える。残容量演算部３は、電流検出部２の検出電流値が特定の電流範囲にある状態においては、電流検出部２の検出値ではなくて、記憶部４に記憶される記憶電流値で放電電流を演算して残容量を演算する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、電池電流を検出して電池の残容量を演算する残容量演算装置に関する。

電池の残容量は、充電容量から放電容量を減算して演算できる。充電容量は充電電流を積算して演算され、放電容量は放電電流を積算して演算される。したがって、電池の充電電流と放電電流を検出して演算される。従来の残容量の演算装置は、電池電流を電流検出部で検出し、検出した電流値を積算して残容量を演算している。
特開平１０−２７４６７０号

電流検出部で検出した電流値を積算して残容量を演算する従来の装置は、電流検出部の誤差が残容量を狂わせる。この誤差は、時間が経過するにしたがって次第に累積されて大きくなる。残容量を正確に演算できなくなると、残容量で充放電を制御する方式では、残容量の誤差が電池の過充電や過放電の原因となり、電池を劣化させることになる。電流を正確に検出してこの弊害を防止できる。ただ、高い精度で電流を検出すると部品コストが極めて高くなってしまう。たとえば、デジタル信号を演算して残容量を演算する残容量演算部は、電流検出部のアナログ信号をＡ／Ｄコンバータでデジタル信号に変換して演算するが、このとき量子化ノイズが発生して、電流の測定精度を低下させる。たとえば、８ビットのＡ／Ｄコンバータは、その分解能が１／２５６である。このＡ／Ｄコンバータを使用して、電流検出部の最大検出電流を２．５６Ａとすれば、Ａ／Ｄコンバータの１ビットの分解能は１０ｍＡに相当する。このＡ／Ｄコンバータの測定電流は、１０ｍＡ、２０ｍＡ、３０ｍＡ、４０ｍＡ・・・・と１０ｍＡピッチとなる。このため、たとえば現実の放電電流が１６ｍＡであるとき、電流検出部は放電電流を２０ｍＡと検出する。したがって、２５％もの大きな誤差が発生する。この誤差は累積されて残容量を狂わせ、残容量の演算精度を低下させる。量子化ノイズに起因する誤差はＡ／Ｄコンバータをビット数を多くして少なくできる。たとえば、１０ビットのＡ／Ｄコンバータを使用して量子化ノイズを１／４に減少できる。ただＡ／Ｄコンバータはビット数が大きいほど高価になる欠点がある。また仮に、１０ビット以上のＡ／Ｄコンバータを使用して電流検出部の出力をデジタル値に変換しても、電流検出部自体にも測定誤差があり、この誤差が残容量の演算を狂わせる原因となる。

本発明は、このような欠点を解決することを目的に開発されたものである。本発明の重要な目的は、部品コストを高くすることなく、残容量を正確に演算できる電池の残容量演算装置を提供することにある。

本発明の電池の残容量演算装置は、電池１に流れる電流を検出する電流検出部２と、この電流検出部２で検出される電流値を積算して残容量を演算する残容量演算部３と、特定の電流範囲における放電電流を記憶している記憶部４とを備える。残容量演算部３は、電流検出部２の検出電流値が特定の電流範囲にある状態においては、電流検出部２の検出値ではなくて、記憶部４に記憶される記憶電流値で放電電流を演算して残容量を演算する。

残容量演算部３は、電流検出部２のアナログ値をデジタル値に変換するＡ／Ｄコンバータを備えることができる。この残容量演算部３は、電流検出部２の信号をＡ／Ｄコンバータでデジタル値に変換して残容量を演算する。記憶部４は、複数の電流範囲における複数の電流値を記憶することができる。残容量演算部３は、電流検出部２の検出値が特定の電流範囲において、記憶部４に記憶される記憶電流値で残容量を演算する。

また、特定の電流範囲及び記憶電流値は、接続される接続機器７からの情報により、設定される。

本発明の電池の残容量演算装置は、部品コストを高くすることなく、残容量を正確に演算できる特長がある。それは、本発明の残容量演算装置が、電池に流れる電流を電流検出部でのみ検出するのではなく、特定の電流範囲における放電電流を記憶部に記憶電流値として記憶させているからである。電池の残容量を演算する残容量演算部は、電流検出部の検出電流値が特定の電流範囲にあっては、電流検出部の検出電流値ではなく、記憶部に記憶している記憶電流値を放電電流として残容量を演算する。したがって、電流検出部に測定誤差があり、あるいは電流検出部のデジタル値をアナログ値に変換するときに量子化ノイズが発生しても、特定の電流範囲における放電電流を正確に検出して残容量を高い精度で演算できる。多くの電気機器は、通常の状態では一定の電流で放電される。一定の電流で放電させる時間は、大電流で放電される時間よりも長いので、電流範囲における電流を正確に検出することが特に大切である。本発明では、この状態における放電電流を正確に検出できるので、残容量を高い精度で演算できる特長がある。とくに、アナログ値をデジタル値に変換するＡ／Ｄコンバータのビット数を多くし、あるいは電流検出部の測定精度を高くすることなく、残容量を正確に演算できる。このため、部品コストを高くすることなく残容量を正確に誤差なく演算できる極めて優れた特長がある。

特定の電流範囲及び記憶電流値は、接続される接続機器からの情報により、設定されることより、特定の電流範囲、記憶電流値を、残容量演算装置に予め記憶された値にのみに限定されることなく、接続機器の使用状態又はモード、異なるタイプの接続機器に対応した適切な特定の電流範囲、記憶電流値とすることができ、残容量を正確に演算することができる。また、接続機器からの情報により、特定の電流範囲、記憶電流値を設定できることより、これらの値を残容量演算装置に予め設定、記憶させることを、省略することもできる。

以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。ただし、以下に示す実施例は、本発明の技術思想を具体化するための残容量演算装置を例示するものであって、本発明は演算装置を以下のものに特定しない。

さらに、この明細書は、特許請求の範囲を理解しやすいように、実施例に示される部材に対応する番号を、「特許請求の範囲の欄」、および「課題を解決するための手段の欄」に示される部材に付記している。ただ、特許請求の範囲に示される部材を、実施例の部材に特定するものでは決してない。

図１に示す電池の残容量演算装置は、電池１に流れる放電電流と充電電流を検出する電流検出部２と、この電流検出部２で検出される電流値を積算して電池１の残容量を演算する残容量演算部３と、特定の電流範囲における放電電流を記憶している記憶部４と、電池電圧を検出する電圧検出部５と、装着される接続機器７に電池１の残容量を伝送する通信処理部６とを備える。

電流検出部２は、図示しないが、電池と直列に接続している電流検出抵抗と、この電流検出抵抗の両端に発生する電圧を増幅するアンプとを備える。この電流検出部２は、電池１に流れる電流に比例した電圧をアナログ値として出力する。電池１に流れる放電電流と充電電流は電流の方向が逆となるので、電流検出部２から出力される電圧で放電電流と充電電流を判別できる。すなわち、出力電圧で電流の大きさを、正負の方向で放電電流と充電電流を識別する。ただし、本発明の残容量演算装置は、電流検出部を以上のものに特定しない。電流検出部は、電池に流れる電流を検出できる全てのもの、たとえば、電流に比例する磁束を検出して電流を検出する電流検出部も使用できる。

残容量演算部３は、充電容量から放電容量を減算して残容量を演算する。充電容量は、充電電流の積算値から演算され、放電容量は放電電流の積算値から演算される。さらに、充電電流を積算して演算される充電容量は放電効率で補正され、放電電流から積算される放電容量は放電効率で補正される。充電電流が１００％電池１の充電に使用されず、また放電電流によって使用できる容量が変化するからである。

残容量演算部３は、電流検出部２の検出電流値と、記憶部４に記憶される記憶電流値で残容量を演算する。残容量演算部３は、電流検出部２で検出する電流値が特定の電流範囲にある状態においては、電流検出部２の検出値ではなくて、記憶部４に記憶される記憶電流値で放電電流を演算して残容量を演算する。

残容量演算部３は、電流検出部２から出力されるアナログ値の電流信号をデジタル値に変換するＡ／Ｄコンバータ（図示せず）を備える。Ａ／Ｄコンバータでデジタル値に変換された電流を演算して残容量を演算する。残容量演算部３は、電流検出部２から出力される電流信号のみでは残容量を演算しない。残容量演算部３は、電流検出部２の検出電流値が特定の電流範囲にある状態においては、電流検出部２の検出値ではなくて、記憶部４に記憶している記憶電流値で放電電流を演算して残容量を演算する。

たとえば、図２に示すように、通常は１６ｍＡの電流で放電され、ときどきは２００ｍＡ程度のパルス電流で放電されるとする。このような状態で放電されるとき、残容量演算部３は、電流検出部２で検出される電流値が３０ｍＡより小さい状態にあっては、電流検出部２の検出電流ではなくて、記憶部４に記憶している記憶電流値である１６ｍＡを電池１の放電電流として残容量を演算する。電流検出部２で検出する電流値は、分解能が低いので２０ｍＡとなり、記憶電流値は１６ｍＡとなって現実の電流に近い電流となる。

さらに、図３に示すように、通常は微小電流で放電され、使用するときに小電流とパルス電流で放電される接続機器７がある。たとえば携帯電話は、待機中には微小電流で放電され、受信しているときは小電流で放電され、送信するときには大電流で放電される。この状態で接続機器７が放電するとき、残容量演算部３は、電流検出部２の検出電流値が１０ｍＡよりも低いときは、記憶部４に記憶している第１記憶電流値である５ｍＡで放電しているとして残容量を演算し、電流検出部２の検出電流値が１０〜３０ｍＡの範囲にあっては、記憶部４に記憶している第２記憶電流値である１６ｍＡで放電しているとして残容量を演算する。

以上のように、残容量演算部３は、電流検出部２の検出電流で残容量を演算する電流範囲と、記憶部４に記憶される記憶電流値で残容量を演算する電流範囲とを記憶している。残容量演算部３は、図２に示すように、ひとつの電流範囲を記憶しており、電流検出部２の検出電流がこの電流範囲にあると、電池１の正確な放電電流を記憶部４に記憶される記憶電流値とする。残容量演算部３は、図３に示すように、ふたつの電流範囲を記憶して、電流検出部２の検出電流が記憶される各々の電流範囲にあると、電池１の正確な放電電流を記憶部４に記憶される記憶電流値とすることもできる。さらに、図示しないが、残容量演算部３は、３つ以上の電流範囲において、電流検出部２の検出電流ではなくて、記憶部４に記憶される記憶電流値を選択して残容量を演算することもできる。

携帯電話等の送受信機を内蔵する接続機器のみでなく、種々の携帯機器においては、図２と図３に示すように、一定の微小電流あるいは低電流で放電され、ときどき大きな電流で放電される放電特性となる。とくに、複数のブロックを備える接続機器であって、各々のブロックを動作状態と非動作状態とする接続機器は、動作状態となるブロックにより放電電流が特定される。接続機器を構成するブロックは、一定の電流で放電されるものがある。一定の電流で放電されるひとつあるいは複数のブロックが動作状態となるとき、接続機器の放電電流は一定電流となる。たとえば、ビデオカメラやデジタルカメラ等の接続機器においては、シャッターを押したときに大電流で放電されるが、電源スイッチをオンにする状態であってシャッターを押さない状態では小さい一定の電流で放電される。また、これらの接続機器は、モニタをオフにすると微小電流で放電され、モニタをオンにすると大きな電流で放電される。さらに、シャッターを押すと種々のデジタル処理をするために大電流で放電される。また、ラップトップマイクロコンピュータ等も、待機状態では微小電流で放電されるが、キー操作をして種々のデジタル処理をするとき、あるいはハードディスクやＣＤ−ＲＯＭ等を駆動するときに大電流で放電される。このように種々の接続機器は、使用状態において、動作状態となる回路やメカニズムがブロック単位で切り換えられて放電電流が変動する。本発明の残容量演算装置は、全ての状態において電流検出部２で正確に電流を検出するのではない。一定の電流で放電される特定の電流範囲にあっては、記憶部４に記憶している記憶電流値で放電しているとして、残容量を電流検出部２やＡ／Ｄコンバータの精度よりも高い精度で正確に演算する。

記憶部４は、特定の電流範囲における負荷の放電電流を記憶電流値として記憶している。記憶電流値はひとつあるいは複数である。電池１から電力が供給される接続機器７である負荷は、特定の電流範囲において一定の電流で放電される。いいかえると、記憶部４は、接続機器７が一定の電流で放電される特定の電流範囲における放電電流を記憶している。したがって、一定の電流で放電される電流範囲が複数である接続機器７に装着される電池１の残容量演算装置の記憶部４は、複数の電流範囲における放電電流を記憶電流値として記憶している。記憶部４はメモリである。ただ、記憶部４には、メモリ以外のものであって、記憶電流値を記憶できる全ての記憶部材、たとえばハードディスク等とすることもできる。とくに、図１に示すように、通信処理部６を有する残容量演算装置は、電池１を装着する接続機器７に記憶部を設けて、この記憶部に記憶電流値を記憶させることもできる。したがって、本発明の残容量演算装置は、図１に示すように、必ずしも記憶部４をパック電池１に内蔵させる必要はなく、パック電池１の外部に設けることもできる。

電圧検出部５は、電池電圧を検出して、残容量演算部３で演算された残容量を補正する。電池１が完全に放電され、あるいは満充電されると電池電圧が所定の電圧になるからである。とくに、リチウムイオン二次電池は、電池電圧で完全放電と満充電を検出できるので、電池１が完全に放電された状態と、満充電された状態を検出して、残容量を補正できる。ニッケル−水素電池とニッケル−カドミウム電池は満充電されると、電池電圧がピーク電圧となり、あるいはピーク電圧からΔＶ低下するので、この特性を検出して満充電を判別できる。また、最低電圧を検出して完全放電を検出できる。

通信処理部６は、残容量演算部３で演算された残容量を接続機器７に伝送する。通信処理部６は、一定の時間間隔で電池１の残容量を接続機器７に伝送し、あるいは接続機器７から残容量の要求信号が入力されるときに残容量を出力する。残容量が伝送される接続機器７は、電池１の過充電や過放電とならないように、残容量をパラメーターとして電池１の充放電を制御する。たとえば、電池１が過放電しないように電源をオフに切り換え、あるいは電源をオフにする指示を表示する。また、電池１が過充電されないように充電を停止する。

ここで、残容量演算部３は、上述のように、電流検出部２の検出電流値が特定の電流範囲にある状態においては、電流検出部２の検出値ではなくて、記憶部４に記憶している記憶電流値で放電電流を演算して残容量を演算する。そして、通信処理部６、残容量演算部３、演算記憶部４に、次の機能を付加することにより、接続機器７の使用状態又はモード、異なるタイプの接続機器７に応じた、特定の電流範囲及びこれに対応する適切な特定の電流範囲、記憶電流値を、接続機器７からの情報に基づいて設定することができる。

例えば、一つの携帯電話である接続機器７が、図２及びその説明で示した特定の電流範囲、記憶電流値を採用するモードと、図３及びその説明で示した特定の電流範囲、記憶電流値を採用するモードとを取る場合、接続機器７より、情報を発信して、本実施例の残容量演算装置の通信処理部６を介して、各モード状態において対応した特定の電流範囲、記憶電流値を設定する。

また、例えば、本実施例の残容量演算装置に、異なるタイプの接続機器７を接続する場合においては、図２及びその説明で示した特定の電流範囲、記憶電流値を採用する一つのタイプの接続機器７、図３及びその説明で示した特定の電流範囲、記憶電流値を採用する他のタイプの接続機器７が接続される場合、接続された接続機器７より、情報を発信して、本実施例の残容量演算装置の通信処理部６を介して、各タイプの接続機器対応した特定の電流範囲、記憶電流値を設定する。

以上より、特定の電流範囲、記憶電流値を、残容量演算装置に予め記憶された値にのみに限定されることなく、接続機器７の使用状態又はモード、異なるタイプの接続機器７に対応した適切な特定の電流範囲、記憶電流値とすることができ、残容量を正確に演算することができる。また、接続機器７からの情報により、特定の電流範囲、記憶電流値を設定できることより、これらの値を残容量演算装置に予め設定、記憶させることを、省略することもできる。

本発明の一実施例にかかる電池の残容量演算装置のブロック図 接続機器の放電状態の一例を示すグラフ 接続機器の放電状態の他の一例を示すグラフ

符号の説明

１…電池
２…電流検出部
３…残容量演算部
４…記憶部
５…電圧検出部
６…通信処理部
７…接続機器

Claims (4)

1. 電池(1)に流れる電流を検出する電流検出部(2)と、この電流検出部(2)で検出される電流値を積算して残容量を演算する残容量演算部(3)と、特定の電流範囲における放電電流を記憶している記憶部(4)とを備え、
   残容量演算部(3)が、電流検出部(2)の検出電流値が特定の電流範囲にある状態においては、電流検出部(2)の検出値ではなくて、記憶部(4)に記憶される記憶電流値で放電電流を演算して残容量を演算する電池の残容量演算装置。
2. 残容量演算部(3)が、電流検出部(2)のアナログ値をデジタル値に変換するＡ／Ｄコンバータを備えており、電流検出部(2)の信号をＡ／Ｄコンバータでデジタル値に変換して残容量を演算する請求項１に記載される電池の残容量演算装置。
3. 記憶部(4)が、複数の電流範囲における複数の電流値を記憶しており、電流検出部(2)の検出値が特定の電流範囲においては、残容量演算部(3)は記憶部(4)に記憶される記憶電流値で残容量を演算する請求項１に記載される電池の残容量演算装置。
4. 前記特定の電流範囲及び前記記憶電流値は、接続される接続機器(7)からの情報により、設定されることを特徴とする請求項１に記載される電池の残容量演算装置。
   
   

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