JP2005073498A

JP2005073498A - 電池ユニット及び電池ユニットを使用する装置

Info

Publication number: JP2005073498A
Application number: JP2004297733A
Authority: JP
Inventors: Nobuo Tanaka; 信夫田中; Hidekiyo Ozawa; 秀清小澤; Masami Itoyama; 正美糸山; Yoshiro Takeda; 義郎武田
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1996-07-01
Filing date: 2004-10-12
Publication date: 2005-03-17
Anticipated expiration: 2016-07-01
Also published as: DE19654045A1; DE19654045B4; JP3768457B2; DE19655234B4; TW328122B; US6020718A; FR2750507B1; KR100275367B1; GB2314936A; JP3749538B2; JPH1023674A; KR980010712A; JP3618472B2; JP2003092151A; FR2750507A1; CN1169553A; GB2314936B; GB9625885D0; CN100350349C

Abstract

【課題】本発明は、電池ユニット及びそれ利用する装置に関し、電池の利用効率を向上し、電池の充放電が繰り返されても過充電を防止して寿命を延ばすと共に、正確に電池残量を予測可能とすることを目的とする。
【解決手段】複数の直列接続された電池セルと、電池セルの過放電防止回路と、電池セルの電圧のうち最小電圧及び最大電圧の少なくとも一方を出力する回路と、電池セルのうち少なくとも１つの電圧が基準電圧以上となると電池セルの電圧の総和電圧の外部への出力を遮断する遮断回路を備えるように構成する。
【選択図】図２

Description

本発明は、電池ユニット及び電池ユニットを使用する装置に係り、特に過放電に弱い電池の残量を予測するのに適した電池残量予測方法を可能とする電池ユニット、並びに電池ユニットを使用する携帯型電子機器等の装置に関する。

最近、ノート型のパーソナルコンピュータ（又は、ラップトップコンピュータ）等に代表される携帯型電子機器等の装置において、ニッケルカドニウム（ＮｉＣｄ）電池やニッケル金属水素（ＮｉＭＨ）電池等に代わって、リチウムイオン（Ｌｉ＋）電池等が使用されるようになってきた。Ｌｉ＋電池は、ＮｉＣｄ電池やＮｉＭＨ電池等と比較すると、重量が軽く、単位体積当りの容量が大きいので、軽量化及び長時間の連続使用が要求される装置での使用に適している。

しかし、Ｌｉ＋電池等は、過放電に弱く、使用者が誤って電池を過放電させてしまうと、電池に回復不可能なダメージを与えてしまう。このため、Ｌｉ＋電池等からなる電池ユニットには、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るとこれを検出して電池出力を遮断する過放電防止回路が内蔵されている。

他方、上記の如き過放電防止回路が内蔵された電池ユニットを使用する装置では、電池ユニットの出力電圧を監視して、過放電防止回路が動作する前に装置内におけるデータ破壊等が発生しないような対策を取る必要がある。特に、ノート型のパーソナルコンピュータ等においては、電池がなくなると処理中のデータが全て消滅してしまうので、電池の消耗状態を認識してデータを早目にフロッピー（登録商標）ディスク等の不揮発性記録媒体へ退避させておく必要がある。従って、このようなデータ破壊等を防止するために、最近のノート型のパーソナルコンピュータ等には電池の残量を表示する機能が設けられているものもある。

図１０は、従来の電池残量予測方法を説明するための回路図である。同図中、電池ユニット５０１は、ノート型のパーソナルコンピュータ等の装置５０２に接続される。電池ユニット５０１には、回路部分５１０及びスイッチ５１５からなる過放電防止回路が内蔵されている。回路部分５１０は、電圧比較器５１１〜５１３及びオア（ＯＲ）回路５１４を有する。この例では、電池ユニット５０１内に３つの電池セルＥ１〜Ｅ３が直列に接続されており、電圧比較器５１１〜５１３には夫々電池セルＥ１〜Ｅ３の出力電圧及び電池セルＥ１〜Ｅ３の過放電限界電圧を示す基準電圧ｅ１〜ｅ３が供給される。スイッチ５１５は、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）からなる。

電池セルＥ１〜Ｅ３は、例えばＬｉ＋電池からなる。電池の残量を予測する方法は、大別すると電池の容量から使用した電力を減算して残量を予測する方法と、電池の電圧から残量を予測する方法とに分けられる。Ｌｉ＋電池は、満充状態の時の電圧が最も高く、放電が進むに従って電圧が低下する特性を有する。このため、この例では上記の方法のうち、後者の方法を用いて電池の残量を予測する。

電圧比較器５１１〜５１３は、対応する電池セルＥ１〜Ｅ３の電圧が基準電圧ｅ１以下となるとハイレベルの信号を出力する。従って、電圧比較器５１１〜５１３のいずれかがハイレベルの信号を出力すると、スイッチ５１５はＯＲ回路のハイレベル出力信号に応答してオフとされ、電池ユニット５０１を装置５０２から切り離す。これにより、少なくとも１つの電池セルの出力電圧が過放電限界電圧以下となると、電池ユニット５０１からの出力が遮断されて電池セルＥ１〜Ｅ３の過放電を防止する。

尚、装置５０２には、抵抗Ｒ１，Ｒ２からなる分圧回路や電圧測定回路５２０等が設けられている。電圧測定回路５２０は、分圧回路を介して得られる電池ユニット５０１の出力電圧を測定し、所定の基準電圧と比較することで電池ユニット５０１の残量を予測する。この所定の基準電圧は、電池セルＥ１〜Ｅ３の容量のバラツキを考慮して、電池ユニット５０１の基準電圧ｅ１の３倍よりも多少大き目に設定されている。これにより、装置５０２側では、電池セルＥ１〜Ｅ３の出力電圧の総和である電池ユニット５０１の出力電圧が所定の基準電圧以下となると、電池ユニット５０１の出力電圧が過放電電圧に近くなったと判断し、例えば使用者にアラームを出力する。
特開平７−２３５３２号公報特開平７−１０５９８６号公報特開平７−２４１０４０号公報

電池ユニット５０１の過放電による劣化は、個々の電池セルＥ１〜Ｅ３の電圧が基準電圧ｅ１以下となることで発生する。電池ユニット５０１内で直列接続された電池セルＥ１〜Ｅ３の電圧のバランスがとれている場合には、個々の電池セルＥ１〜Ｅ３の電圧を監視しなくても、電池セルＥ１〜Ｅ３の出力電圧の総和を監視し、この総和が基準電圧以下となった時に過放電防止回路を動作させれば良い。

しかし、実際には、個々の電池セルＥ１〜Ｅ３の容量にはバラツキがあり、各電池セルＥ１〜Ｅ３間で容量が１０％程度異なることは極く普通である。又、この容量差は、電池ユニット５０１の充放電のサイクル数が多くなるにつれて、個々の電池セルＥ１〜Ｅ３の劣化状態による容量のバラツキも加わるため、更に大きくなる。このため、電池ユニット５０１に内蔵される過放電防止回路は、個々の電池セルＥ１〜Ｅ３の電圧を監視して、１つでも電池セルの電圧が基準電圧以下となるとスイッチ５１５をオフとして、電池ユニット５０１を装置５０２から切り離すことで電池ユニット５０１の出力を遮断する。

他方、装置５０２では、電池ユニット５０１の出力電圧、即ち、電池セルＥ１〜Ｅ３の出力電圧の総和を監視し、この総和から電池ユニット５０１の残量を予測して、電池ユニット５０１内の過放電防止回路がスイッチ５１５をオフとするのを事前に察知する。このため、各電池セルＥ１〜Ｅ３間の容量差を考慮して、十分なマージンを見込んで所定の基準電圧を設定する必要がある。

ところが、上記マージンが大きすぎると、電池ユニット５０１の残量が実際にはまだ十分ある状態であるにも拘らず、装置５０２では電池ユニット５０１の放電終了が近いと判断されてしまうため、電池ユニット５０１の利用効率が悪いという問題があった。又、電池ユニット５０１の残量がまだ十分ある状態での充電及び放電が繰り返されると、特に過充電により電池ユニット５０１の寿命が短くなるという問題もあった。

これとは逆に、上記マージンが小さすぎると、実際には電池ユニット５０１の放電終了が近いにも拘らず、装置５０２は電池ユニット５０１を使用し続けるため、装置５０２の動作中に突然電池ユニット５０１の出力が過放電防止回路により遮断されてしまうという問題もあった。装置５０２の動作中に、突然電池ユニット５０１の出力が遮断されてしまうと、装置５０２内のデータ破壊等が発生してしまい、使用者にとっては致命的な電源停止となりかねない。

そこで、本発明は、電池の利用効率を向上し、電池の充放電が繰り返されても過充電を防止して寿命を延ばすと共に、正確に電池残量を予測可能とする電池ユニット及び電池ユニットを使用する装置を提供することを目的とする。

上記の課題は、請求項１記載の、複数の直列接続された電池セルと、該電池セルの過放電防止回路と、該電池セルの電圧のうち、最小電圧及び最大電圧の少なくとも一方を出力する回路と、前記電池セルのうち、少なくとも１つの電圧が基準電圧以上となると該電池セルの電圧の総和電圧の外部への出力を遮断する遮断回路を備えた電池ユニットによっても達成される。

上記の課題は、請求項２記載の、複数の直列接続された電池セルと該電池セルの過放電防止回路を有する電池ユニットの残量を予測する装置であって、各電池セルの電圧を検出し、検出された電圧を比較して求められた最小電圧及び最大電圧の少なくとも一方に基づいて該電池ユニットの残量を予測する手段を備え、前記予測する手段は、前記最大電圧及び前記最小電圧の差に基づいて該電池ユニットの残量を予測し、予測した該電池ユニットの残量に基づいて該電池ユニットの充電の要否を判定する装置によっても達成できる。

上記の課題は、請求項３記載の、複数の直列接続された電池セルと該電池セルの過放電防止回路を有する電池ユニットの残量を予測する装置であって、各電池セルの電圧を検出し、検出された電圧を比較して求められた最小電圧及び最大電圧の少なくとも一方に基づいて該電池ユニットの残量を予測する手段を備え、前記予測する手段は、前記最大電圧及び前記最小電圧の差に基づいて該電池ユニットの寿命を判断し、予測した該電池ユニットの寿命に基づいて該電池ユニットの充電の要否を判定する装置によっても達成できる。

請求項１記載の発明によれば、電池ユニットの過充電を確実に防止し得る。

請求項２記載の発明によれば、電池ユニットの放電時及び充電時の電池残量を正確に予測することができ、電池ユニットの寿命及び利用効率を向上することができる。

請求項３記載の発明によれば、電池ユニットの放電時及び充電時の電池残量を正確に予測することができ、電池ユニットの寿命及び利用効率を向上することができる。

従って、本発明によれば、電池の利用効率を向上し、電池の充放電が繰り返されても過充電を防止して寿命を延ばすと共に、正確に電池残量を予測可能となる。

上記の問題を解決するために、装置内においても電池ユニット内と同様に、各電池セルの電圧を監視することも考えられる。しかし、この場合には、各電池セルの出力電圧を装置側に供給するための端子を設けると共に、装置内で各電池セルの電圧を対応する基準電圧と比較する回路も設ける必要があり、構成が複雑化してしまう。上記の例では、説明の便宜上電池ユニットは３個の電池セルを有するが、電池セルの数が増加するに従って上記端子数も増加してしまい、電池ユニットと装置との接続に極めて大きな数の端子が必要となってしまうので、実用的ではない。

そこで、本発明では、電池ユニット内の複数の電池セルの出力電圧のうち、少なくとも最小電圧を出力するように電池ユニットを構成する。電池ユニットを使用する装置は、電池ユニットから得られる最小電圧に基づいて、電池ユニットの残量を予測する。

これにより、電池の利用効率を向上し、電池の充放電が繰り返されても過充電を防止して寿命を延ばすと共に、正確に電池残量を予測することが可能となる。又、電池ユニット内の複数の電池セルの出力電圧のうち、最大電圧も出力するように電池ユニットを構成すれば、電池ユニットを使用する装置は、電池ユニットから得られる最大電圧に基づいて、充電を行うべきか否かを判断することができる。

この場合、電池の過充電を確実に防止することができるので、電池の寿命を延ばすことができる。

更に、電池ユニット内の複数の電池セルの出力電圧のうち、最小電圧及び最大電圧も出力するように電池ユニットを構成すれば、最小電圧及び最大電圧のうち少なくとも一方に基づいて電池残量を予測可能である。

先ず、本発明になる電池残量予測方法の第１実施例を説明する。図１は、本発明になる電池ユニットの第１実施例及び本発明になる電池ユニットを使用する装置の一部の第１実施例を示す。この装置は、電池残量予測方法の第１実施例を採用している。

図１において、電池ユニット１は、ノート型のパーソナルコンピュータ等の装置２に接続される。同図では、信号線により電池ユニット１と装置２とが接続されているかの如く図示されているが、実際には電池ユニット１側の複数の端子と装置２側の対応する複数の端子とが周知の方法で接続される。これにより、装置２は、電池ユニット１からのＥ１＋Ｅ２＋Ｅ３なる電圧と、後述する電圧Ｅ（ｍｉｎ）及び／又は電圧Ｅ（ｍａｘ）とを供給される。

電池ユニット１には、回路部分１０及びスイッチ２０からなる過放電防止回路が内蔵されている。回路部分１０は、電圧比較器１１〜１３，オア（ＯＲ）回路１４と、電圧変換用増幅器１５〜１７と、電圧比較器１８と、マルチプレクサ１９とを有する。本実施例では、電池ユニット１内に３つの電池セルＥ１〜Ｅ３が直列に接続されており、電圧比較器１１〜１３には夫々電池セルＥ１〜Ｅ３の出力電圧及び電池セルＥ１〜Ｅ３の過放電限界電圧を示す基準電圧ｅ１が供給される。スイッチ２０は、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）からなる。

電池セルＥ１〜Ｅ３は、例えばＬｉ＋電池からなる。電池の残量を予測する方法は、大別すると電池の容量から使用した電力を減算して残量を予測する方法と、電池の電圧から残量を予測する方法とに分けられるが、Ｌｉ＋電池は、満充状態の時の電圧が最も高く、放電が進むに従って電圧が低下する特性を有する。このため、本実施例では上記の方法のうち、後者の方法を用いて電池の残量を予測する。

電圧比較器１１〜１３は、対応する電池セルＥ１〜Ｅ３の電圧が基準電圧ｅ１以下となるとハイレベルの信号を出力する。従って、電圧比較器１１〜１３のいずれかがハイレベルの信号を出力すると、スイッチ２０はＯＲ回路１４のハイレベル出力信号に応答してオフとされ、電池ユニット１を装置２から切り離す。これにより、少なくとも１つの電池セルの出力電圧が過放電限界電圧以下となると、電池ユニット１からの出力が遮断されて電池セルＥ１〜Ｅ３の過放電を防止する。

電圧変換用増幅器１５〜１７は、対応する電池セルＥ１〜Ｅ３の電圧を夫々電圧比較器１８及びマルチプレクサ１９に供給する。電圧比較器１８は、電圧変換用増幅器１５〜１７から得られる電圧を比較し、マルチプレクサ１９は、少なくとも最小電圧Ｅ（ｍｉｎ）を電圧比較器１８での比較結果に応じて選択出力する。尚、本実施例では、電圧比較器１８は、電圧変換用増幅器１５〜１７から得られる電圧を比較し、マルチプレクサ１９は、最大電圧Ｅ（ｍａｘ）も電圧比較器１８の比較結果に応じて選択出力する。後述する如く、この最大電圧Ｅ（ｍａｘ）は、電池ユニット１の過充電を防止するのに用い得る。

他方、装置２には、電圧測定回路２１等が設けられている。電圧測定回路２１は、マルチプレクサ１９から得られる電池ユニット１の出力電圧を測定し、所定の基準電圧と比較することで電池ユニット１の残量を予測する。より具体的には、電池ユニット１から得られる最小電圧Ｅ（ｍｉｎ）を所定の基準電圧と比較し、最小電圧Ｅ（ｍｉｎ）が所定の基準電圧以下となると、電池ユニット１の電池セルＥ１〜Ｅ３のうち少なくとも１つの電池セルの出力電圧が過放電電圧に近くなったと判断し、例えば使用者にアラームを出力する。この場合、上記所定の基準電圧は、電池セルＥ１〜Ｅ３の容量のバラツキを考慮したマージンを含むように設定される必要はない。

電池ユニット１の過放電による劣化は、個々の電池セルＥ１〜Ｅ３の電圧が基準電圧ｅ１以下となることで発生する。電池ユニット１内で直列接続された電池セルＥ１〜Ｅ３の電圧のバランスがとれている場合には、個々の電池セルＥ１〜Ｅ３の電圧を監視しなくても、電池セルＥ１〜Ｅ３の出力電圧の総和を監視し、この総和が基準電圧以下となった時に過放電防止回路を動作させれば良い。

しかし、実際には、個々の電池セルＥ１〜Ｅ３の容量にはバラツキがあり、各電池セルＥ１〜Ｅ３間で容量が１０％程度異なることは極く普通である。又、この容量差は、電池ユニット１の充放電のサイクル数が多くなるにつれて、個々の電池セルＥ１〜Ｅ３の劣化状態による容量のバラツキも加わるため、更に大きくなる。このため、電池ユニット１に内蔵される過放電防止回路は、個々の電池セルＥ１〜Ｅ３の電圧を監視して、１つでも電池セルの電圧が基準電圧以下となるとスイッチ２０をオフとして、電池ユニット１を装置２から切り離すことで電池ユニット１の出力を遮断する。

又、装置２でも、電池ユニット１の電池セルＥ１〜Ｅ３のうち、最小電圧Ｅ（ｍｉｎ）を電池セルの出力電圧を監視し、この最小電圧Ｅ（ｍｉｎ）に基づいて電池ユニット１の残量を予測して、電池ユニット１内の過放電防止回路がスイッチ２０をオフとするのを事前に察知する。本実施例では、各電池セルＥ１〜Ｅ３間の容量差を考慮して、十分なマージンを見込んで上記所定の基準電圧を設定する必要はない。このため、本実施例では、正確に電池ユニット１の残量を予測することができ、電池ユニット１の使用効率を向上させることが可能となる。

従って、本実施例によれば、電池ユニット１の残量が実際にはまだ十分ある状態であるにも拘らず、装置２では電池ユニット１の放電終了が近いと判断されてしまうことはなく、電池ユニット１の利用効率が向上する。又、電池ユニット１の残量がまだ十分ある状態での充電及び放電が繰り返されると、特に過充電により電池ユニット１の寿命が短くなってしまうが、本実施例ではそのような問題は解消される。

更に、実際には電池ユニット１の放電終了が近いにも拘らず、装置２は電池ユニット１を使用し続けてしまうことで、装置２の動作中に突然電池ユニット１の出力が過放電防止回路により遮断されてしまうということもない。つまり、装置２の動作中に、突然電池ユニット１の出力が遮断されてしまうと、装置２内のデータ破壊等が発生してしまい、使用者にとっては致命的な電源停止となりかねないが、本実施例ではそのような問題は発生しない。

ところで、ノート型のパーソナルコンピュータ等に代表される携帯型電子機器等の装置においては、装置用の電源として電池が搭載されているが、装置の運用コストや瞬間的に放電可能な電流容量等の関係で、ＮｉＣｄ電池、ＮｉＭＨ電池やＬｉ＋電池が二次電池として搭載されているのが一般的である。又、装置にＡＣアダプタ等を接続するだけで簡単に二次電池を充電できるように、装置に充電回路が内蔵されている場合が多い。携帯型の装置の場合、装置の電源として通常は二次電池を使用するのが普通であるが、机上での使用中は、ＡＣアダプタ等を用いた外部電源からの電力供給を利用することもある。

このような二次電池を使用する装置を、ＡＣアダプタ等を用いた外部電源からの電力供給で動作させる場合、二次電池からの電力供給は利用しないので、理論的には二次電池の電力が消費されることはない。しかし、二次電池は自己放電により電力を消費するため、たとえ装置がＡＣアダプタ等を用いた外部電源からの電力供給を利用している場合でも、自己放電による電力消費分は常に充電により補う必要がある。二次電池がＮｉＣｄ電池やＮｉＭＨ電池の場合、ＡＣアダプタ等を用いた外部電源からの電力供給を利用している際には、低率の充電レートで常に二次電池を充電していれば、自己放電による目減りを防止できる。この種の充電を、トリクル充電という。

しかし、二次電池がＬＩ＋電池の場合、Ｌｉ＋電池の過充電により劣化を招くため、上記の如きトリクル充電は行えない。そこで、Ｌｉ＋電池の場合には、装置がＡＣアダプタ等を用いた外部電源からの電力供給を利用している際にも、Ｌｉ＋電池の電圧を監視して電池残量を予測する必要がある。又、監視しているＬｉ＋電池の電圧が基準電圧以下になったら、充電を開始して自己放電による電力消費分を補うことで、Ｌｉ＋電池を常に満充電状態に近い状態に維持することによりトリクル充電を行う。

Ｌｉ＋電池セルからなる電池ユニットの過充電による劣化は、個々の電池セル自身の電圧が基準電圧以上になることで発生する。このため、電池ユニット内で直列接続された電池セルの電圧のバランスがとれている場合には、個々の電池セルの電圧を監視しなくても、電池セルの出力電圧の総和を監視し、この総和が基準電圧以上となった時に電池ユニットに内蔵された過充電防止回路を動作させれば良い。

しかし、実際には、個々の電池セルの容量にはバラツキがあり、各電池セル間で容量が１０％程度異なることは極く普通である。又、この容量差は、電池ユニットの充放電のサイクル数が多くなるにつれて、個々の電池セルの劣化状態による容量のバラツキも加わるため、更に大きくなる。このため、電池ユニットに内蔵される過充電防止回路は、個々の電池セルの電圧を監視して、１つでも電池セルの電圧が過充電の上限である基準電圧以上となると電池ユニットを装置から切り離すことで電池ユニットの出力を遮断する。

他方、上記の如き従来装置では、電池ユニットの出力電圧、即ち、電池セルの出力電圧の総和を監視し、この総和と所定の基準電圧とを比較することで電池ユニットの残量を予測しているので、電池ユニット内の過充電防止回路が動作するのを事前に察知する場合にもこの予測に基づいて行われることになる。このため、各電池セル間の容量差を考慮して、十分なマージンを見込んで所定の基準電圧を低めに設定する必要がある。

ところが、上記マージンが大きすぎると、電池ユニットの充電が実際にはまだ不十分ある状態であるにも拘らず、装置では電池ユニットの充電終了が近いと判断されてしまうため、電池ユニットの利用効率が悪い。

これとは逆に、上記マージンが小さすぎると、実際には電池ユニットの充電終了が近いにも拘らず、装置は電池ユニットを充電し続けるため、電池ユニットが過充電状態に維持されて電池ユニットの劣化を招いてしまう。

そこで、これらの不都合をも解消し得る実施例を以下に説明する。

次に、本発明になる電池残量予測方法の第２実施例を説明する。図２は、本発明になる電池ユニットの第２実施例及び本発明になる電池ユニットを使用する装置の第２実施例を示す。この装置は、電池残量予測方法の第２実施例を採用している。図２中、図１と同一部分には同一符号を付し、その説明は省略する。

図２において、電池ユニット１にはスイッチ４０が更に設けられている。又、回路部分１０Ａは、電圧比較器３１〜３３と、ＯＲ回路３４と、ＦＥＴからなるスイッチ３５，３６とが更に設けられている。装置２には、充電器５１が更に設けられている。過放電防止回路は、回路部分１０Ａの一部とスイッチ２０により構成され、過充電防止回路は、回路部分１０Ａの一部とスイッチ４０により構成される。

電圧比較器３１〜３３は、対応する電池セルＥ１〜Ｅ３の電圧が上記基準電圧ｅ１とは異なる基準電圧ｅ２以上となるとハイレベルの信号を出力する。従って、電圧比較器３１〜３３のいずれかがハイレベルの信号を出力すると、スイッチ４０はＯＲ回路３４のハイレベル出力信号に応答してオフとされ、電池ユニット１を装置２から切り離す。これにより、少なくとも１つの電池セルの出力電圧が過充電限界電圧以上となると、電池ユニット１が装置２の充電器５１から遮断されて電池セルＥ１〜Ｅ３の過充電を防止する。

電池ユニット１のマルチプレクサ１９は、電池ゼルＥ１〜Ｅ３の電圧のうち最小電圧Ｅ（ｍｉｎ）をスイッチ３５を介して装置２の電圧測定回路２１に供給する。従って、電圧測定回路２１は、この最小電圧Ｅ（ｍｉｎ）に基づいて電池ユニット１の残量を正確に予測することができ、必要に応じて使用者に対してアラームを出力することもできる。又、電池ユニット１のマルチプレクサ１９は、電池ゼルＥ１〜Ｅ３の電圧のうち最大電圧Ｅ（ｍａｘ）をスイッチ３６を介して装置２の電圧測定回路２１に供給する。従って、電圧測定回路２１は、この最大電圧Ｅ（ｍａｘ）に基づいて電池ユニット１の残量、即ち、充電状態を正確に予測することができ、充電の要否を判断し、必要に応じて使用者に対して充電の要否を示すアラームを出力することもできる。

従って、電池ユニット１の残量を正確に予測して、この予測に基づいて電池ユニット１の過放電及び過充電を防止することができるので、電池ユニット１の利用効率が向上し、電池ユニット１の寿命を延ばすこともできる。

尚、電池ユニット１を装置２から遮断した後は、極力電池ユニット１からの放電を防止することが望ましい。そこで、本実施例では、ＯＲ回路１４の出力信号がハイレベルとなるとスイッチ３５，３６をオフとすることにより、電池ユニット１を装置２から遮断した後は最小電圧Ｅ（ｍｉｎ）及び最大電圧Ｅ（ｍａｘ）を夫々０Ｖに設定する。これにより、電池ユニット１が装置２から遮断した後に装置１の電圧測定回路２１等により電池ユニット１の電力が消費されることを防止することができ、電池ユニット１の放電を最小限に抑制することが可能となる。

図３〜図６は、夫々本発明者らが電池セルＥ１〜Ｅ３の容量のバラツキを調べた実験結果を説明する図である。

図３は、放電終了電圧及び充電終了電圧の充放電サイクル数との関係を電池セルＥ１〜Ｅ３について示す図であり、電池セルＥ１の電圧を三角印、電池セルＥ２の電圧を四角印、電池セルＥ３の電圧を五角印で示す。放電終了電圧は、１Ｃ（＝２．５Ａ）定電流（８．５Ｖｃｕｔ）の条件下で測定し、充電終了電圧は１２．３Ｖまで１Ｃ（＝２．５Ａ）定電流定電圧（４０ｍＡ又は２．５ｈｃｕｔ）の条件下で測定した。

図４は、電池電圧と放電時間との関係を充放電を未使用の電池セルＥ１〜Ｅ３について示す図であり、電池セルＥ１の電圧を細かい破線、電池セルＥ２の電圧を実線、電池セルＥ３の電圧を粗い破線で示す。放電は、１Ｃ（＝２．５Ａ）定電流（８．５Ｖｃｕｔ）の条件下で測定し、充電は１２．３Ｖまで１Ｃ（＝２．５Ａ）定電流定電圧（４０ｍＡ又は２．５ｈｃｕｔ）の条件下で測定した。

図５は、電池電圧と放電時間との関係を充放電を３００サイクル行った電池セルＥ１〜Ｅ３について示す図であり、電池セルＥ１の電圧を細かい破線、電池セルＥ２の電圧を実線、電池セルＥ３の電圧を粗い破線で示す。放電は、１Ｃ（＝２．５Ａ）定電流（８．５Ｖｃｕｔ）の条件下で測定し、充電は１２．３Ｖまで１Ｃ（＝２．５Ａ）定電流定電圧（４０ｍＡ又は２．５ｈｃｕｔ）の条件下で測定した。

図６は、電池電圧と放電時間との関係を充放電を５００サイクル行った電池セルＥ１〜Ｅ３について示す図であり、電池セルＥ１の電圧を細かい破線、電池セルＥ２の電圧を実線、電池セルＥ３の電圧を粗い破線で示す。放電は、１Ｃ（＝２．５Ａ）定電流（８．５Ｖｃｕｔ）の条件下で測定し、充電は１２．３Ｖまで１Ｃ（＝２．５Ａ）定電流定電圧（４０ｍＡ又は２．５ｈｃｕｔ）の条件下で測定した。

図３〜図６からも明らかなように、個々の電池セルＥ１〜Ｅ３の容量にはバラツキがあり、各電池セルＥ１〜Ｅ３間で容量が１０％程度異なることは極く普通であることが確認された。又、この容量差は、電池ユニット１の充放電のサイクル数が多くなるにつれて、個々の電池セルＥ１〜Ｅ３の劣化状態による容量のバラツキも加わるため、更に大きくなることも確認された。しかし、本実施例によれば、このような個々の電池セルＥ１〜Ｅ３の容量にバラツキがあっても、装置２側で最小電圧Ｅ（ｍｉｎ）及び／又は最大電圧Ｅ（ｍａｘ）に基づいて正確に電池ユニット１の残量を予測できた。これは、上記第１実施例の場合も同様であった。

尚、装置２内の電圧測定回路２１は、例えば周知の中央処理装置（ＣＰＵ）及びメモリの組み合わせからなる構成としても良い。図７は、この場合の電圧測定回路２１の構成を示すブロック図である。同図中、電圧測定回路２１は、図示の如く接続されたＣＰＵ２１０及びメモリ２１１からなる。メモリ２１１は、ＣＰＵ２１０が実行するプログラムやデータを格納する。ＣＰＵ２１０には、図２に示す電池ユニット１からの最小電圧Ｅ（ｍｉｎ）及び最大電圧Ｅ（ｍａｘ）が供給される。

図８は、ＣＰＵ２１０の動作の一実施例を説明するフローチャートである。同図中、ステップＳ１は、装置２が電池ユニット１の充電状態にあるか否かを判定する。装置２が電池ユニット１を充電する際には、ＡＣアダプタ等（図示せず）を介して外部電源からの電力が装置１に供給されるので、ＣＰＵ２１０はＡＣアダプタが装置２に接続されたことを示す検出信号Ｅｘに基づいて、装置２が電池ユニット１の充電状態にあるか否かを判定することができる。

ステップＳ１の判定結果がＮＯであると、ステップＳ２で最大電圧Ｅ（ｍａｘ）及び最小電圧Ｅ（ｍｉｎ）を測定し、ステップＳ３でｖ＝Ｅ（ｍａｘ）−Ｅ（ｍｉｎ）なる電圧差ｖを計算する。ステップＳ４は、電圧差ｖが放電時の過放電下限電圧Ｖ_ＤＣＨより小さいか否かを判定し、判定結果がＹＥＳであると処理は終了する。ステップＳ４の判定結果がＮＯであれば、ステップＳ５で電池ユニット１の寿命が来ていると判定して処理が終了する。電池ユニット１の寿命が来ていると判定された場合、例えばＣＰＵ２１０から周知の方法で使用者に対してアラームを出力する。

ステップＳ１の判定結果がＹＥＳの場合、ステップＳ６で最大電圧Ｅ（ｍａｘ）及び最小電圧Ｅ（ｍｉｎ）を測定し、ステップＳ７でｖ＝Ｅ（ｍａｘ）−Ｅ（ｍｉｎ）なる電圧差ｖを計算する。ステップＳ８は、電圧差ｖが放電時の過充電上限電圧Ｖ_ＣＨＧより小さいか否かを判定し、判定結果がＹＥＳであると処理は終了する。ステップＳ８の判定結果がＮＯであれば、ステップＳ５で電池ユニット１の寿命が来ていると判定し、例えばＣＰＵ２１０から周知の方法で使用者に対してアラームを出力してから処理が終了する。

従って、装置２は、電池ユニット１からの最小電圧Ｅ（ｍｉｎ）及び最大電圧Ｅ（ｍａｘ）に基づいて、放電時及び充電時における電池ユニット１の寿命を正確に判断することができる。

図９は、ＣＰＵ２１０の動作の他の実施例を説明するフローチャートである。同図中、ステップＳ１１は、電池ユニット１からの最小電圧Ｅ（ｍｉｎ）を測定して電池ユニット１全体としての出力電圧Ｅを求める。本実施例では、電池ユニット１は３つの電池セルＥ１〜Ｅ３を有するので、例えばＥ＝Ｅ（ｍｉｎ）×３から求める。ステップＳ１２は、電圧Ｅが残量が１００％での電池電圧Ｖ（１００）以上であるか否かを判定し、判定結果がＹＥＳであると、ステップＳ１３が電池ユニット１の残量が１００％であると判定して処理が終了する。ステップＳ１２の判定結果がＮＯであると、ステップＳ１４は、電圧Ｅが残量が９０％での電池電圧Ｖ（９０）以上であるか否かを判定し、判定結果がＹＥＳであると、ステップＳ１５が電池ユニット１の残量が９０％であると判定して処理が終了する。ステップＳ１４の判定結果がＮＯであると、ステップＳ１６は、電圧Ｅが残量が８０％での電池電圧Ｖ（８０）以上であるか否かを判定し、判定結果がＹＥＳであると、ステップＳ１７が電池ユニット１の残量が８０％であると判定して処理が終了する。以下同様な処理が行われ、ステップＳ１８は、電圧Ｅが残量が１０％での電池電圧Ｖ（１０）以上であるか否かを判定し、判定結果がＹＥＳであると、ステップＳ１９が電池ユニット１の残量が１０％であると判定して処理が終了する。他方、ステップＳ１８の判定結果がＮＯであると、ステップＳ２０で電池ユニット１の残量が０％であると判定して処理が終了する。

ステップＳ１３，Ｓ１５，Ｓ１７，Ｓ１９，Ｓ２０等の判定の結果は、例えばＣＰＵ２１０から周知の方法で使用者に対して出力される。又、例えばステップＳ１９，Ｓ２０等の判定の結果は、例えばＣＰＵ２１０から周知の方法で使用者に対してアラームの形で出力しても良い。

上記実施例では、電池セルがＬｉ＋電池セルの場合を例にとって説明したが、本発明が適用できる電池セルの種類はＬｉ＋電池セルに限定されるものではなく、例えばＮｉＭＨ電池セルにも同様にして適用可能である。

以上、本発明を実施例により説明したが、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の範囲内で種々の変形及び改良が可能であることは言うまでもない。

本発明になる電池ユニットの第１実施例及び本発明になる電池ユニットを使用する装置の一部の第１実施例を示す回路図である。本発明になる電池ユニットの第２実施例及び本発明になる電池ユニットを使用する装置の一部の第２実施例を示す回路図である。放電終了電圧及び充電終了電圧の充放電サイクル数との関係を各電池セルについて示す図である。電池電圧と放電時間との関係を未使用の電池セルについて示す図である。電池電圧と放電時間との関係を充放電を３００サイクル行った電池セルについて示す図である。電池電圧と放電時間との関係を充放電を５００サイクル行った電池セルについて示す図である。電圧測定回路の構成を示すブロック図である。ＣＰＵの動作の一実施例を説明するフローチャートである。ＣＰＵの動作の他の実施例を説明するフローチャートである。従来の電池残量予測方法を説明するための回路図である。

符号の説明

１電池ユニット
２装置
１０，１０Ａ回路部分
１１〜１３，３１〜３３電圧比較器
１４，３４ＯＲ回路
１５〜１７電圧変換用増幅器
１８電圧比較器
１９マルチプレクサ
２０，３５，３６，４０スイッチ
２１電圧測定回路
５１充電器
２１０ＣＰＵ
２１１メモリ

Claims

複数の直列接続された電池セルと、
該電池セルの過放電防止回路と、
該電池セルの電圧のうち、最小電圧及び最大電圧の少なくとも一方を出力する回路と、
前記電池セルのうち、少なくとも１つの電圧が基準電圧以上となると該電池セルの電圧の総和電圧の外部への出力を遮断する遮断回路を備えた、電池ユニット。
複数の直列接続された電池セルと該電池セルの過放電防止回路を有する電池ユニットの残量を予測する装置であって、
各電池セルの電圧を検出し、検出された電圧を比較して求められた最小電圧及び最大電圧の少なくとも一方に基づいて該電池ユニットの残量を予測する手段を備え、
前記予測する手段は、前記最大電圧及び前記最小電圧の差に基づいて該電池ユニットの残量を予測し、予測した該電池ユニットの残量に基づいて該電池ユニットの充電の要否を判定する、装置。
複数の直列接続された電池セルと該電池セルの過放電防止回路を有する電池ユニットの残量を予測する装置であって、
各電池セルの電圧を検出し、検出された電圧を比較して求められた最小電圧及び最大電圧の少なくとも一方に基づいて該電池ユニットの残量を予測する手段を備え、
前記予測する手段は、前記最大電圧及び前記最小電圧の差に基づいて該電池ユニットの寿命を判断し、予測した該電池ユニットの寿命に基づいて該電池ユニットの充電の要否を判定する、装置。