JP2005012960A

JP2005012960A - 小型電気機器

Info

Publication number: JP2005012960A
Application number: JP2003176159A
Authority: JP
Inventors: Masaru Hasuda; 大蓮田; Yoshinari Aoshima; 芳成青嶋; Masahito Suzuki; 雅人鈴木
Original assignee: Hitachi Maxell Ltd
Current assignee: Maxell Holdings Ltd
Priority date: 2003-06-20
Filing date: 2003-06-20
Publication date: 2005-01-13

Abstract

【課題】プログラムに従って動作するデータ処理手段１１の制御により、ハードウェア的に構成された複数の機能手段１２に対する二次電池１０からの給電時期を規制可能とする小型電気機器にあって、機器全体の省電力化を有効に図りながら、比較的簡単な構成で正確な電池残量推定を可能とする。
【解決手段】データ処理手段１１の制御モード中に、二次電池１０の電池情報の測定モードを設け、そのモード中は、二次電池１０から機能手段に対する供給電流を最小限に抑制する制御を行う。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、携帯情報端末の様な各種の小型電気機器であって、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】
従来この種の二次電池における残容量の推定方法としては、二次電池の端子電圧を測定し、その電圧値から電池残量を推定することが多い。しかしながら、二次電池の放電特性は一般的に残容量が１０％程度までは電圧変化が少なく、その後急激に電圧が低下する傾向を示すため、容量変化に比例した残容量表示をすることが難しい。更に、二次電池の劣化や使用環境の変化等に伴って同一の充電率であっても端子電圧は異なる結果、充電率の推定は更に困難となる。
【０００３】
そこで、満充電時の充電量を１００％に、二次電池の端子電圧が下限値を下回った時点の残量を０％にセットするとともに、その間の容量は充放電量を積算することにより推定する方法も行われている。
【０００４】
ところで、二次電池は充放電を繰り返したり長期間保存すると劣化し、その劣化度に応じて満充電時の容量が減少方向に変化することが知られている。この積算方法を利用することにより満充電時から放電終了までの電流容量を積算すると、劣化を考慮した満容量を推定することが可能であるが、二次電池が満充電状態から放電終了まで一度に使用されるとは限らず、むしろその途中で充放電を繰り返すことが多いため、この方法では現在の劣化状態に即した満容量を検出することは現実的には難しい。
【０００５】
かかる不都合に対し、本出願人は以前、図５に例示する二次電池の開放回路電圧と充電率の関係が電池の劣化に拘りなく略一定になることを利用し、二次電池の残容量をリアルタイムに推測可能とする方法を提案した（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】
特開２００１−２３１１７９
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら一部の小型電気機器にあっては、その機能上、本体の電源スイッチがオンされて通常の動作をさせるか、オフされて通電を完全に停止するかしか選択できないものもあり、その様な機器にあって開放回路電圧による残量推定をしようとしても、推定精度が著しく低下する問題があった。
【０００７】
また、二次電池はその分極が影響して端子電圧が収束するまでに長時間を有するものであり、充放電中にその収束値を推測して電池残量を算出するためには高い演算力能力を必要とするため、携帯電話の様な小型電気機器にあっては負担が大きい。
【０００８】
本発明はかかる不都合に対してなされたものであって、動作モード中に電池情報の測定モードを設け、そのモード中は二次電池からの供給電流を最小限に抑制する制御を可能とすることにより、省電力化を有効に図りながら、比較的簡単な構成で正確な電池残量推定を可能とする小型電気機器を提供することを目的とする。
【０００９】
本発明は更に、電池情報測定モードへの切り換えを、電源スイッチのオンオフ操作と連動して自動的に入るように構成することにより、電池容量の補正が的確に行われる小型電気機器を提供することを目的とする。更にまた、連続する低消費電流の期間を測定して検出された電池情報の確度を判定する様にすることにより、より正確な電池残量の推定を可能とする小型電気機器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１３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１０と、プログラムに従って動作するＣＰＵを含むデータ処理手段１１と、ハードウェア的に構成されてデータ処理手段１１による制御によって二次電池１０からの通電時期を規制可能とする複数の機能手段１２とを備えている。
【００１１】
ここで機能手段１２として、データ処理手段１１における動作内容を指示する操作スイッチ群の様な操作手段１２ａと、データ処理部２９における演算結果を表示する表示手段１２ｂと、二次電池１０における電池情報の測定手段１２ｃとを備える。そして、その測定手段１２ｃにより取得された電池情報から電池残量を推測可能とする電池残量推測機能を、データ処理手段１１におけるプログラムによって構成可能としている。
【００１２】
更に、データ処理手段１１による給電制御モードとして、機能手段１２の通常の使用モードと、測定手段１２ｃによる電池情報の測定モードと、二次電池１０からの給電を停止する給電停止モードとにその動作モードを切り換え可能としている。そして電池情報の測定モードに入ると、二次電池１０からの給電電流が電池情報の取得に必要最小限な値に自動的に抑制されることを特徴とする。
【００１３】
測定モードで測定される電池情報として、二次電池１０の開放回路電圧を利用する場合にあっては、データ処理手段１１で実行される電池残量推測機能では、予め該当の二次電池１０について保存しておいた開放回路電圧と充電率との関係情報と、測定手段１２ｃにより測定した開放回路電圧とから電池残量を推測する。
【００１４】
そして、測定モードに入ると、予め設定した時間経過後に電池情報測定手段１２ｃで開放回路電圧が測定されたのち、他のモードに自動的に移る。また、測定モード中に他のモードに強制的に切り換えられると、その直前における開放回路電圧を電池情報測定手段１２ｃにより測定するとともに、測定モードに入ってから開放回路電圧が測定されるまでの時間が取得され、その時間が設定値を下回ったことが判定されると、測定された開放回路電圧の電池残量推定への使用が排除される様に構成することができる。
【００１５】
データ処理手段１１による制御は、操作手段１２ａとして備えた電源スイッチの操作に対応して、給電制御モードを給電停止モードと他の動作モードとに切り換え可能とすることができる。この場合にあっては、給電停止モードに入る直前または出た直後の少なくとも何れか一方において、測定モードに自動的に入る様に構成することが好ましい。
【００１６】
なお、電源スイッチの操作が極めて少ない小型電気機器にあっては、機能手段１２の使用時間帯がデータ処理手段１１により学習され、機能手段１２の使用頻度が最低となる時間帯に対応して、測定モードが自動的に実行される様に構成することも有効である。また、二次電池１０が電池ケース２６内に収納され、機器本体に対して着脱自在に構成された電池パック１５とした場合、その電池パック１５内に測定手段１２ｃを収納することもできる。
【００１７】
【発明の効果】
本発明は上記の如く、動作モード中に電池情報の測定モードを設け、そのモード中は二次電池からの供給電流を最小限に抑制する制御を可能とすることにより、省電力化を有効に図りながら、比較的簡単な構成で正確な電池残量推定を可能とする。
【００１８】
更に、電池情報測定モードへの切り換えを、電源スイッチのオンオフ操作と連動して自動的に入るように構成することにより、電池容量の補正が的確に行われる。また、連続する低消費電流の期間を測定して検出された電池情報の確度を判定する様にすることにより、より正確な電池残量の推定できる。
【００１９】
【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、携帯情報端末１３ａに実施した一例に基づいて詳細に説明する。しかしながらこれに限らず、ポケットタイプのパソコンや携帯電話など、二次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。
【００２０】
携帯情報端末１３ａ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１６の正面側に、液晶表示板による表示画面１７およびスピーカ１８からなる表示部１９と、その表示部１９にポインティングデバイスとして設けたタッチパネル２０や、電源スイッチを含む操作ボタン群２１からなる操作部２２とを備える。
【００２１】
更に、本体ケース１６の側面位置には、メモリカード形式、ハードディスク形式あるいはＣＤ−ＲＯＭ形式などの各種形式の記憶媒体２３が挿脱可能に嵌る媒体制御部２４を備え、その記憶媒体を介してデータの受け渡しが行える様にしている。
【００２２】
また、裏蓋２５でその下面が閉じられた本体ケース１６の内側には、電池ケース２６内に二次電池１０を内蔵した電池パック１５を収納している。更に、本体ケース１６と電池ケース２６に分散して必要な電子回路２７を収納するとともに、この電池パック１５内の二次電池１０と本体ケース１６内の電子回路２７を、電極２８を介して着脱自在に接続している。
【００２３】
図３は、携帯情報端末１３ａに内蔵する電子回路２７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、携帯情報端末１３ａとしての基本的な情報管理機能を実現するため、ＣＰＵや各種ハードウェアを制御するための専用ＩＣチップなどを備えたデータ処理部２９を制御の中心として備え、記憶部３０内に予め格納されたコンピュータプログラムを利用した制御動作によって、後記する各種の機能を実現している。更にリアルタイムクロックの様な計時手段を利用した時間制御部３１を備え、後記する時間による制御動作を可能としている。なお、携帯情報端末しての基本的な回路構成は従来のものと略同様なので、詳細な説明は省略する。
【００２４】
本実施例にあっては更に、上記した電池ケース２６内に電池情報測定部３２を備え、二次電池１０に関する各種の情報をリアルタイムで把握可能とするとともに、充放電制御部３３を備えて、二次電池１０に対する充放電制御を可能としている。
【００２５】
なお、電池情報測定部３２で取得可能とする電池情報として、本実施例では二次電池１０の端子電圧と充放電電流の値とが含まれるが、それに限らず、電流の積算値や電池温度などその種類は限定されるものでない。更に、電池パック１５内に電池情報の記憶手段を備えることにより、電池パック１５を本体ケース１６から取り外した場合にあっても、測定した電池情報が保持できるようにすることもできる。素電池の基礎的データを同時に記憶させてもよい。更にまた、電池情報測定部３２と充放電制御部３３の一部または全部を本体ケース１６側に備えることも可能である。
【００２６】
この様にして電池ケース２６内で取得された電池情報は、電池情報取得部３４を介して本体ケース１６内の記憶部３０に格納され、データ処理部２９による電池残量の推定動作に利用される。電池情報取得部３４はデータ処理部２９と電池情報測定部３２間にあって、電池情報測定部３２の動作時期を規制するとともに、有線あるいは無線状態でデータを受け渡す機能を果たすものであって、データ処理部２９によって動作時期が規制される機能手段の１つとして働く。
【００２７】
ここで図４は、電池残量推定動作のための構成を明確にするため、図３で示すデータ処理部２９においてソフトウェア的に実行される機能構成を中心に表したブロック図である。
【００２８】
すなわち、本発明にかかるデータ処理部２９では、操作部２２に備えた各種操作用デバイスの操作状況に対応した信号を出力可能とする操作内容取得機能３５と、この操作内容取得機能３５からの出力信号に対応して各機能手段に対する通電時期の規制を可能とする動作時期制御機能３６と、電池情報取得部３４から送られる電池情報を記憶部３０に取り込むと同時に、その取り込んだ値に基づいて電池残量の推定を行う電池残量推定機能１４とから構成される。
【００２９】
そして、携帯情報端末１３ａの電源スイッチをオンして通常のデータ処理中にあっては、操作部２２の操作状況が操作内容取得機能３５により判定され、その判定内容に対応した各機能手段が動作時期制御機能３６によって選択および給電される。それにより、たとえばデータ処理結果が表示部１９で表示されるなどの各機能手段毎の所定動作が行われると同時に、機能手段に対する不要な給電が停止され、省電力化が有効に図られる。
【００３０】
同時に、動作時期制御機能３６により連続的あるいは間欠的に動作される電池情報取得部３４により、電池ケース２６内の電池情報測定部３２は動作させられ、電流値あるいはその積算値を電池情報として取り出す。電池残量推定機能では、満充電時における電池残量を１００％に、電池電圧が下限値を下回った時点での電池残量を０％とするとともに、その間を電流値の積算値で補正することにより、電池残量をリアルタイムで推測可能としている。
【００３１】
なお、電池残量の推定方法は上記のものに限らず、従来の各種アルゴリズムが利用できる。また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。
【００３２】
本発明は上記した構成にあって、充放電中における電池残量の推定値を補正する方法に特徴を有する。すなわち、電池残量が０あるいは１００％に達することなく、その間にあって充放電を繰り返すと、電池自体の劣化も原因して、電流の積算値に累積誤差が発生する結果、電池残量の誤差も大きくなる。
【００３３】
ところで、二次電池１０における開放回路電圧と満充電時を「１００」とした比率で表わした充電率とは、図５に例示する如く、電池の劣化に拘らず一定の関係を示す。そこで、何らかの方法で開放回路電圧Ｖａを測定できれば、その電圧値Ｖａからその時点における充電率ａが推測でき、その推測された充電率ａで現在容量を補正できる。
【００３４】
そこで本発明にあっては、図６に例示する如く、通常の動作をさせている例えば時刻ｔ１に電源スイッチをオフした場合、直ちに消費電流がゼロあるいはそれに極めて近い状態にまで二次電池１０からの給電を制限するのではなく、一旦、二次電池１０からの給電範囲を電池情報の取得に必要な最小限に抑制することにより、二次電池１０の開放回路電圧を測定し得る電池情報の取得モードを設定時間Ｔ１だけ維持したのち、時刻ｔ２に電池電圧を取得したあと、時刻ｔ３に電源を完全にオフさせる。
【００３５】
一方、電源のオフ状態から時刻ｔ４に電源をオンすると、先ず電池情報の取得モードに入り、時刻ｔ５に電池情報を取得したあと、時刻ｔ６に通常の動作モードに戻る。
【００３６】
ここで電池情報の取得モードは、例えば電池情報測定部３２のみを駆動させる一方、他の表示部１９や媒体制御部２４の様な、電池情報の取得に不要な機能手段に対する給電を全て停止するとともに、データ処理部２９のＣＰＵをスリープモードにすることにより、二次電池１０における消費電力を電池情報の取得に必要な最小限に限定することを可能とするものである。
【００３７】
この電池情報取得モードに入った場合、二次電池１０の端子電圧を含む各種電池情報を設定時間毎に複数回に亘って取得する他に、電池情報測定部３２さえも停止させ、無負荷状態に極めて近い状態を設定時間Ｔ１だけ維持したのち、電池情報測定部３２を起動して端子電圧の測定をさせるなど、その測定手順は限定されるものではない。
【００３８】
また、電源スイッチのオフ時とオン時に対応させて電池情報の取得モードを設けるのではなく、何れか一方のみに電池情報取得モードを設けることもできる。更に、操作者が意識的に電源スイッチをオンオフした場合に限らず、例えば操作部２２による操作が設定時間だけ行われなかったことが検知された場合に、機器全体が強制的にレジューム状態に入る機会を捉え、電池情報の取得モードへ入ることも可能である。
【００３９】
更にまた、電源スイッチがオフされることが少ない機器にあっては、操作部２２が操作される頻度が少ない時間帯を学習し、その時間帯に自動的に電池情報取得モードに入って電池情報を取得することも出来る。その他、電池情報所得モードに入るタイミングは限定されるものではなく、その機器の種類や動作パターンに対応させて、適宜変更して実施できるものである。
【００４０】
更に、開放回路電圧を利用して充電率を推定する場合、二次電池１０による給電中から無負荷状態になっても、所定の時定数で一定値に収束するまでに長時間を要する。そこで、電池情報の取得モードの途中で操作部２２による指示で通常の動作モードへ強制的に戻された場合、電池情報取得モードに入ってからそのモードを抜けるまでの時間Ｔ２を測定しておき、その消費電流が停止または抑制された期間に対する測定時間が設定値よりも短い場合はその値の使用を排除することにより、より高い精度で開放回路電圧を取得することが可能となる。
【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】本発明を携帯情報端末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】データ処理部で実行される機能の構成を示す説明図である。
【図５】開放回路電圧特性の一例を示す説明図である。
【図６】モード変更の手順を示す説明図である。
【符号の説明】
１０二次電池
１１データ処理手段
１２機能手段
１３小型電気機器
１４電池残量推測機能
１５電池パック
１６本体ケース
１７表示画面
１８スピーカ
１９表示部
２０タッチパネル
２１操作ボタン群
２２操作部
２３記憶媒体
２４媒体制御部
２５裏蓋
２６電池ケース
２７電子回路
２８電極
２９データ処理部
３０記憶部
３１時間制御部
３２電池情報測定部
３３充放電制御部
３４電池情報取得部
３５操作内容取得機能
３６動作時期制御機能

Claims

二次電池と、プログラムに従って動作するデータ処理手段と、ハードウェア的に構成されて前記データ処理手段による制御によって二次電池からの給電時期を規制可能とする複数の機能手段とを備え、
前記機能手段として、前記データ処理手段における動作内容を指示する操作手段と、データ処理部における演算結果を表示する表示手段と、前記二次電池における電池情報の測定手段とを備えるとともに、該測定手段により取得された電池情報から電池残量を推測可能とする電池残量推測機能を前記データ処理手段におけるプログラムによって構成可能とした小型電気機器であって、
前記データ処理手段による前記機能手段に対する給電制御の内容として、前記機能手段の使用モードと、前記測定手段による電池情報の測定モードと、前記二次電池からの給電を停止する給電停止モードとにその動作モードを切り換え可能とし、
前記電池情報の測定モードに入ると、前記二次電池からの給電電流が電池情報の取得に必要最小限な値に自動的に抑制されることを特徴とする小型電気機器。
前記測定モードで測定される電池情報は、前記二次電池の開放回路電圧であって、
前記データ処理手段で実行される電池残量推測機能では、予め該当の二次電池について保存しておいた開放回路電圧と電池残量との関係情報と、前記測定手段により測定した開放回路電圧とから、電池残量を推測する請求項１記載の小型電気機器。
前記測定モードに入ると、予め設定した時間経過後に電池情報測定手段で開放回路電圧が測定されたのち、他のモードに自動的に移る請求項２記載の小型電気機器。
前記測定モード中に他のモードに切り換えられると、その直前における開放回路電圧を前記電池情報測定手段により測定するとともに、測定モードに入ってから開放回路電圧が測定されるまでの時間が取得され、その時間が設定値を下回ったことが判定されると、測定された開放回路電圧の電池残量の推定への使用が排除される請求項２記載の小型電気機器。
前記データ処理手段による制御は、電源スイッチの操作に対応して、前記給電制御モードを給電停止モードと他の動作モードとに切り換え可能とするものであって、
該給電停止モードに入る直前または出た直後の少なくとも何れか一方において、前記測定モードに自動的に入ることを特徴とする請求項１乃至４の何れかに記載の小型電気機器。
前記機能手段の使用時間帯が前記データ処理手段により学習され、機能手段の使用頻度が最低となる時間帯に対応して前記測定モードが自動的に実行される請求項１記載の小型電気機器。
前記二次電池は電池ケース内に収納され、機器本体に対して着脱自在に構成された電池パックであって、
該電池パック内に前記測定手段が収納されている請求項１乃至６の何れかに記載の小型電気機器。