JP2004184135A - 電池の残容量演算システム - Google Patents

Abstract

【課題】１回線の通信回路で検出電流信号と残容量信号を双方向に確実に伝送する。
【解決手段】電池の残容量演算システムは、接続機器本体１に１回線の通信回路３を介して残容量演算装置２を接続している。接続機器本体１は、電流検出部７で電池５に流れる電流を検出し、検出された検出電流信号を一定の送信周期で通信回路３を介して残容量演算装置に伝送する。残容量演算装置２は、伝送される検出電流を演算して電池５の残容量を演算する残容量演算部１０と、この残容量演算部１０で演算された電池５の残容量を示す残容量信号を所定のタイミングで通信回路３に出力する通信処理部１１とを備える。この通信処理部１１は、接続機器本体１が検出電流信号の出力を終了した後であって、次の検出電流信号の出力が開始されるまでのタイミングに残容量信号を通信回路３で接続機器本体１に伝送する。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、接続機器本体で電流を検出して、検出した電流を通信回路で残容量演算装置に伝送し、残容量演算装置が入力される電流から残容量を演算して、演算した残容量を通信回路で接続機器本体に伝送する残容量演算システムに関し、とくに、接続機器本体と残容量演算装置とを１回線の通信回路で接続している残容量演算システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
電池を電源に使用する携帯できる電気機器は、電池の残容量を正確に演算して便利に使用できる。とくに、ラップトップタイプのコンピュータ等においては、正常な動作をさせるために、電池が完全に放電される前に決められた終了処理をして電源をオフにする必要がある。電池の残容量は、電池に流れる充電電流と放電電流を積算して演算される。充電電流の積算値は残容量に加算され、放電電流の積算値は残容量から減算される。
【０００３】
このことを実現するために、接続機器本体に電流検出部を設け、電池を内蔵するパック電池に残容量演算部を内蔵するシステムが開発されている。このシステムは、パック電池に内蔵される残容量演算部が、電池の残容量を高い精度で正確に演算する。電池に最適な条件で残容量演算部が残容量を演算するからである。また、電流検出部を接続機器本体に内蔵するので、使用できなくなると廃棄するパック電池を安価にできる特長もある。ただ、このシステムは、接続機器本体と残容量演算部とで通信する必要がある。接続機器本体から電流信号を残容量演算部に伝送し、残容量演算部は演算して残容量信号を接続機器本体に伝送するからである。通信回路をできるかぎり簡単にするには、１回線の通信回路で検出電流信号と残容量信号を双方向に伝送する必要がある。ただ、１回線の通信回路は、検出電流信号と残容量信号を同時には伝送できない。このため、たとえば以下のようにして残容量を伝送する。
（１） 接続機器本体から残容量演算部に検出電流信号を一定の周期で出力すると共に、残容量を必要とするときには要求信号を出力し、残容量演算部は要求信号を受信したときに残容量信号を接続機器本体に出力する。
（２） 接続機器本体から残容量演算部に一定の周期で検出電流信号を出力すると共に、残容量演算部からは要求信号によらず、一定の周期で残容量信号を接続機器本体に出力する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら前述の（１）のシステムは、接続機器本体から残容量演算部に出力される検出電流を伝送するための信号と、残容量の出力を要求する要求信号とが同時に出力されることがある。また（２）のシステムにおいても、接続機器本体から出力される検出電流の信号と、残容量演算部から出力される残容量の信号とが同時に出力されることがある。このため、正確に電池電流を検出しながら、残容量信号を確実に接続機器本体に伝送できないことがある。
【０００５】
本発明は、さらに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、１回線の通信回路で電流信号と残容量信号を双方向に確実に伝送して、残容量演算部で正確に残容量を演算して、演算された残容量を接続機器本体に確実に伝送できる残容量演算システムを提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の電池の残容量演算システムは、接続機器本体１に１回線の通信回路３を介して残容量演算装置２を接続している。接続機器本体１は、電池５に流れる電流を検出し、検出された検出電流を通信回路３を介して残容量演算装置２に伝送する。残容量演算装置２は、通信回路３を介して伝送される検出電流を演算して電池５の残容量を演算し、演算した残容量を通信回路３を介して接続機器本体１に伝送する。接続機器本体１は、電池５に流れる電流を検出すると共に、検出した検出電流信号を一定の送信周期で通信回路３に出力して残容量演算装置２に伝送する電流検出部７と、残容量演算装置２から入力される残容量信号を受信する残容量受信部８とを備える。残容量演算装置２は、接続機器本体１から通信回路３を介して入力される検出電流信号を演算して電池５の残容量を演算する残容量演算部１０と、この残容量演算部１０で演算された電池５の残容量を示す残容量信号を所定のタイミングで通信回路３に出力して接続機器本体１に伝送する通信処理部１１とを備える。残容量演算装置２に設けている通信処理部１１は、接続機器本体１が通信回路３に検出電流信号の出力を終了した後であって、次の検出電流信号の出力が開始されるまでのタイミングに残容量信号を通信回路３に出力して、残容量信号を接続機器本体１に伝送する。
【０００７】
本発明の残容量演算システムは、接続機器本体１に脱着できるように装着しているパック電池４に残容量演算装置２を内蔵することができる。接続機器本体１は、残容量表示部９を備え、この残容量表示部９は残容量受信部８で受信した残容量を表示することができる。電流検出部７は、検出電流信号の正負を切り換えて放電電流と充電電流を通信回路３を介して残容量演算装置２に出力することができる。電流検出部７が検出電流信号を通信回路３に出力する送信周期は、１００ｍｓｅｃ〜１０秒とすることができる。通信処理部１１は、検出電流信号を複数回受信した後、１回の割合で残容量信号を通信回路３に出力することができる。電流検出部７は、送信周期における検出電流を平均して平均電流を通信回路３を介して残容量演算部１０に出力することができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
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システムを例示するものであって、本発明は残容量演算システム以下のものに特定しない。
【０００９】
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。
【００１０】
図１に示す残容量演算システムは、接続機器本体１に１回線の通信回路３を介して残容量演算装置２を接続している。図の残容量演算システムは、接続機器本体１に脱着できるように装着しているパック電池４に残容量演算装置２を内蔵させている。パック電池４は、充電できる電池５を内蔵しており、電池５に接続している正負の電源端子６と１回線の通信回路３を接続機器本体１に接続している。ただし、本発明の残容量演算システムは、残容量演算装置を必ずしもパック電池に内蔵させる必要はなく、残容量演算装置をパック電池と別の回路として設けることができる。
【００１１】
図の残容量演算システムは、接続機器本体１で電池５に流れる電流を検出し、検出された検出電流信号を通信回路３を介して残容量演算装置２に伝送する。残容量演算装置２は、通信回路３を介して伝送される検出電流信号を演算して電池５の残容量を演算し、演算した残容量信号を通信回路３を介して接続機器本体１に伝送する。
【００１２】
接続機器本体１は、電池５に流れる電流を検出して、検出した検出電流信号を一定の送信周期で通信回路３に出力して残容量演算装置２に伝送する電流検出部７と、残容量演算装置２から入力される残容量信号を受信する残容量受信部８とを備える。さらに、図の接続機器本体１は、電池５の残容量を表示する残容量表示部９を有し、この残容量表示部９は残容量受信部８で受信した残容量を表示する。残容量表示部９のある接続機器本体１は、ユーザーが残容量を確認しながら使用できる特長がある。ただ、残容量表示部を設けることなく、残容量が設定容量よりも少なくなると、自動的に接続機器本体の電源をオフに切り換え、あるいはオフに切り換える処理を開始するようにすることもできる。
【００１３】
電流検出部７は、検出した電流を出力する送信周期を特定するタイマーを備えている。タイマーは、一定の送信周期でトリガー信号を出力する。このトリガー信号が出力されると、図２のタイミングチャートに示すように、検出電流信号が一定の送信周期（Ｔ１）で通信回路３に出力される。図のタイミングチャートは、送信周期（Ｔ１）を２秒として、２秒に１回の割合で、電池５に流れる充電電流と放電電流を示す検出電流信号を出力する。検出電流信号は、送信周期における平均値として出力され、あるいは送信するタイミングにおける電流値として出力される。電流検出部７が送信周期における電流を平均電流として出力するシステムは、電池電流が送信周期よりも短い周期で変動する状態にあっても正確に残容量を演算できる。電流検出部７は、検出電流をデジタル信号に変換するＡ／Ｄコンバータを内蔵しており、充電電流をデジタル値の信号として通信回路３に出力する。電流検出部７が検出電流信号を１回出力する時間幅は送信周期に対して充分に小さく、送信周期の間に電流信号を出力しない時間を設けている。電流検出部７は、充電電流と放電電流を正負の信号として識別して通信回路３に出力し、あるいは符号をつけて充電電流と放電電流を識別して伝送する。
【００１４】
図のタイミングチャートは送信周期を２秒としているが、送信周期は１００ｍｓｅｃ〜１０秒とすることもできる。送信周期を短くして、電池電流の変動する状態で正確に残容量を演算できる。ただ、送信周期を短くすると全ての処理を高速処理する必要があるので、部品コストが高くなる。反対に送信周期を遅くすると部品コストを低減できる。電池電流の変化が少ない接続機器本体等では、送信周期を長くして残容量を比較的正確に演算できる。
【００１５】
残容量演算装置２は、接続機器本体１から通信回路３を介して入力される検出電流信号を演算して電池５の残容量を演算する残容量演算部１０と、この残容量演算部１０で演算された電池５の残容量を所定のタイミングで通信回路３に出力して接続機器本体１に伝送する通信処理部１１とを備える。
【００１６】
残容量演算部１０は、充電容量を残容量に加算し、放電容量を残容量から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に充電効率をかけて演算される。放電容量は放電電流の積算値に放電効率をかけて演算される。図の残容量演算装置２は、電池５の電圧を検出する電圧検出回路１２を備える。この残容量演算装置２は、電流に加えて電池電圧も検出して残容量を演算する。電池電圧を検出して残容量を演算する残容量演算部１０は、より正確に残容量を演算できる。とくに、電流を積算して演算する残容量を、電池電圧で補正してより正確に残容量を演算できる。電池５が完全に放電されて残容量が０となり、あるいは電池５が満充電されて残容量が１００％になると、電池電圧が特定の電圧となり、あるいは特定の電圧特性を示すので、電池電圧を検出して残容量を正確に補正することができる。とくに、完全に放電された状態と、満充電された状態とで正確に残容量を補正できる。電池５はリチウムイオン二次電池、ニッケル−水素電池、ニッケル−カドミウム電池等の二次電池であるが、リチウムイオン二次電池は、電池が完全に放電されると予め設定している最低電圧まで電圧が低下し、満充電されると予め設定している最大電圧となるので、電圧を検出して残容量の０％と１００％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、完全に放電されると設定している最低電圧まで電圧が低下し、満充電されるとピーク電圧となり、さらに充電するピーク電圧からΔＶ低下するので、ピーク電圧を検出し、あるいは−ΔＶを検出して満充電を検出できる。
【００１７】
通信処理部１１は、図２に示すタイミングで残容量を示す残容量信号を通信回路３に出力する。この図に示す通信処理部１１は、接続機器本体１が通信回路３に検出電流信号の出力を終了した後であって、次の検出電流信号の出力が開始されるまでのタイミングに、残容量信号を通信回路３に出力する。出力された残容量信号は通信回路３で接続機器本体１に伝送される。通信処理部１１は、残容量信号を出力するタイミングを記憶するタイマーを備える。このタイマーは、検出電流信号の出力が開始されるタイミングから残容量信号を出力するまでの遅延時間（Ｔ２）を記憶している。タイマーは、図示しないが、検出電流信号が出力を終了したタイミングから残容量信号が出力されるまでの遅延時間を記憶することもできる。タイマーに記憶される遅延時間は、図２のタイミングチャートに示すように、検出電流信号の間に残容量信号を送信できるタイミング、いいかえると検出電流信号と残容量信号とが同時に送信されないタイミングに設定される。図２のタイミングチャートは、通信処理部１１のタイマーに記憶される遅延時間（Ｔ２）を、送信周期（Ｔ１）の１／２としている。この遅延時間（Ｔ２）に設定すると、残容量信号を検出電流信号の中央部のタイミングで出力できる。ただし、通信処理部１１は、残容量信号と検出電流信号とが同時にならないタイミングで残容量信号を出力することができる。通信処理部１１のタイマーは検出電流信号を検出してカウントを開始し、設定時間が経過するとトリガー信号を出力する。通信処理部１１は、このトリガー信号を検出すると、残容量演算部１０で演算された残容量を示す残容量信号を通信回路３に出力する。
【００１８】
通信処理部１１は、検出電流信号を複数回受信した後、あるいは検出電流信号を１回受信した後、１回の割合で残容量信号を通信回路３に出力する。複数回の検出電流信号を受信した後に残容量信号を出力する通信処理部１１は、検出電流信号の受信回数をカウントして、カウント値が設定値になるとトリガー信号を出力するカウンターを備える。この通信処理部１１は、カウンターとタイマーの両方から出力されるトリガー信号を検出して残容量信号を出力する。また、複数回の検出電流信号を受信した後に残容量信号を出力する通信処理部１１は、残容量演算部１０から入力される残容量信号とタイマーのトリガー信号の両方を検出して残容量信号を出力する回路構成とすることもできる。この通信処理部１１は、残容量演算部１０から残容量信号が出力され、かつタイマーからトリガー信号が入力されたときに残容量信号を出力する。
【００１９】
図２のタイミングチャートは、検出電流信号が２回入力される毎に１回の割合で残容量信号を出力する。このタイミングチャートに示すように、検出電流信号が複数回入力された後、１回の割合で残容量信号を出力する残容量演算装置２は、残容量演算部１０が時間をかけて電池５の残容量を演算できる。
【００２０】
【発明の効果】
本発明の残容量演算システムは、１回線の通信回路で電流信号と残容量信号を双方向に確実に伝送し、接続機器本体に通信回路を介して接続している残容量演算装置で残容量を演算し、この演算された残容量を確実に接続機器本体に伝送できる特長がある。それは、本発明の残容量演算システムが、接続機器本体に設けている電流検出部で電池に流れる電流を検出し、検出された検出電流信号を一定の送信周期で通信回路を介して残容量演算装置に伝送し、検出電流信号が伝送される残容量演算装置には、検出電流信号を演算して電池の残容量を演算する残容量演算部と、この残容量演算部で演算された電池の残容量を示す残容量信号を所定のタイミングで通信回路に出力する通信処理部とを設けており、この通信処理部が、接続機器本体から出力される検出電流信号の出力を終了した後であって、次の検出電流信号の出力が開始されるまでのタイミングに残容量信号を通信回路で接続機器本体に伝送するからである。
【００２１】
さらに、本発明の請求項２の残容量演算システムは、残容量演算装置をパック電池に内蔵し、接続機器本体に電流検出部を内蔵させているので、廃棄するパック電池には電流検出部を内蔵する必要がなく、パック電池を安価に多量生産しながら、残容量を正確に検出できる特長がある。電池を内蔵するパック電池に電池の残容量を正確に検出できる残容量演算装置を内蔵させて電池の残容量を正確に検出し、廃棄するパック電池には電流検出部を内蔵させないで部品コストと製造コストを低減できからである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例にかかる電池の残容量演算システムのブロック図
【図２】検出電流信号と残容量信号の送信タイミングを示すタイミングチャート図
【符号の説明】
１…接続機器本体
２…残容量演算装置
３…通信回路
４…パック電池
５…電池
６…電源端子
７…電流検出部
８…残容量受信部
９…残容量表示部
１０…残容量演算部
１１…通信処理部
１２…電圧検出回路

Claims (7)

1. 接続機器本体（１）に１回線の通信回路（３）を介して残容量演算装置（２）を接続しており、接続機器本体（１）で電池（５）に流れる電流を検出し、検出された検出電流を通信回路（３）を介して残容量演算装置（２）に伝送し、残容量演算装置（２）は通信回路（３）を介して伝送される検出電流を演算して電池（５）の残容量を演算し、演算した残容量を通信回路（３）を介して接続機器本体（１）に伝送するようにしてなる電池の残容量演算システムであって、
   接続機器本体（１）は、電池（５）に流れる電流を検出すると共に、検出した検出電流信号を一定の送信周期で通信回路（３）に出力して残容量演算装置（２）に伝送する電流検出部（７）と、残容量演算装置（２）から入力される残容量信号を受信する残容量受信部（８）とを備え、
   残容量演算装置（２）は、接続機器本体（１）から通信回路（３）を介して入力される検出電流信号を演算して電池（５）の残容量を演算する残容量演算部（１０）と、この残容量演算部（１０）で演算された電池（５）の残容量を示す残容量信号を所定のタイミングで通信回路（３）に出力して接続機器本体（１）に伝送する通信処理部（１１）とを備え、
   残容量演算装置（２）に設けている通信処理部（１１）は、接続機器本体（１）が通信回路（３）に検出電流信号の出力を終了した後であって、次の検出電流信号の出力が開始されるまでのタイミングに残容量信号を通信回路（３）に出力して、残容量信号を接続機器本体（１）に伝送するようにしてなる電池の残容量演算システム。
2. 接続機器本体（１）に脱着できるように装着しているパック電池（４）に残容量演算装置（２）を内蔵している請求項１に記載される電池の残容量演算システム。
3. 接続機器本体（１）が残容量表示部（９）を有し、この残容量表示部（９）は残容量受信部（８）で受信した残容量を表示する請求項１に記載される電池の残容量演算システム。
4. 電流検出部（７）は、検出電流信号の正負を切り換えて放電電流と充電電流を通信回路（３）を介して残容量演算装置（２）に出力する請求項１に記載される電池の残容量演算システム。
5. 電流検出部（７）が検出電流信号を通信回路（３）に出力する送信周期が１００ｍｓｅｃ〜１０秒である請求項１に記載される電池の残容量演算システム。
6. 通信処理部（１１）が、検出電流信号を複数回受信した後、１回の割合で残容量信号を通信回路（３）に出力する請求項１に記載される電池の残容量演算システム。
7. 電流検出部（７）が、送信周期における検出電流を平均して平均電流を通信回路（３）を介して残容量演算装置（２）に出力する請求項１に記載される電池の残容量演算システム。

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