JP2005176430A - 電源制御システム、及び該電源制御システムを用いた電子機器 - Google Patents

Abstract

【課題】 容量の異なる電池を接続した場合に、電池の残存容量及び／又は定格容量に応じて、電池からの電源供給を制御することができる電源制御システム、及び該電源制御システムを備えた電子機器を提供する。
【解決手段】 二次電池１、２に接続されたインテリジェント回路１３、２３で算出された二次電池１、２の残存容量のデータをマイクロコントローラ３へ出力する。マイクロコントローラ３は、前記残存容量の大小に基づいて、ＦＥＴ１５、２５の最大駆動時間の長短が制御されたパルス波形ＰＬ１、ＰＬ２をＤＣ／ＤＣ電源ＩＣ４へ出力する。ＤＣ／ＤＣ電源ＩＣ４は、パルス波形ＰＬ１、ＰＬ２に基づいて、出力電圧Ｖが一定になるようにゲート波形ＧＴ１、ＧＴ２をＦＥＴ１５、２５へ出力することにより、二次電池１、２の残存容量の大小に応じて、ＦＥＴ１５、２５の駆動時間の長短を制御できる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、容量の異なる複数の電池が使用可能な電源制御システム、及び該電源制御システムを用いた電子機器に関する。

充電が可能な二次電池を電源として用いる場合は、前記二次電池に接続される機器に対して、十分な動作時間を確保するために、複数の二次電池を並列に接続した電源制御システムが使用される場合が多い。また、機器が稼動中において、二次電池の残存容量が減少した場合に、二次電池を追加して使用できる電源制御システムもある。

複数の二次電池を用いた電源制御システムでは、二次電池の切り替えを行い、放電制御を行うものが用いられている。例えば、通常動作状態においては主二次電池から電力を供給し、バックアップモードにおいては、補助二次電池に切り替えて、負荷に電力を供給するものがある（特許文献１参照）。
また、他の従来例として、複数の二次電池の電圧を検出して、各二次電池からの放電電流を切り替えるものもある。例えば、図１２は従来の複数の二次電池に接続された電源制御システムの構成を示すブロック図である。図において、１０１、１０３夫々は、電池セル１１２、１１２、１１３、１１３及び電池保護回路１１０、１１１を備えた二次電池である。

二次電池１０１、１０３の正側端子には、夫々ＦＥＴスイッチ１０２、１０４のドレーンが接続され、ＦＥＴスイッチ１０２、１０４のソース夫々は、降圧コイル１０８の一端に接続され、降圧コイル１０８の他端は、ＦＥＴ１０７のドレーンに接続されている。ＦＥＴ１０７のソースは、電源制御システムの正側出力端に接続されるとともに、前記電源制御システムの正側出力端と負側出力端の間には、平滑コンデンサ１０９が接続されている。

ＦＥＴ１０７のゲートには、ＤＣ／ＤＣ電源ＩＣ１０６のゲート信号出力端ＧＳが接続されている。ＤＣ／ＤＣ電源ＩＣ１０６は、前記正側出力端から帰還された帰還電圧と、ＤＣ／ＤＣ電源ＩＣ１０６に備えられた基準電圧とを比較し、比較した電圧差に応じて、前記ゲート信号出力端ＧＳから出力されるゲート信号の波形を制御して、ＦＥＴ１０７の駆動時間を調整して出力電圧が一定電圧になるように制御されている。
ＦＥＴスイッチ１０２、１０４のゲート端子夫々には、制御回路１０５のゲート信号端ＳＷ１、ＳＷ２が接続され、二次電池１０１、１０３の正側端子は、夫々制御回路１０５の電圧検出端ＶＦ１、ＶＦ２に接続されている。制御回路１０５は、二次電池１０１、１０３の電圧を検出し、検出した電圧の差に基づいて、ＦＥＴスイッチ１０２、１０４のオン・オフの制御を行う。

二次電池１０３の残存容量が二次電池１０１の残存容量に比べて少なくなり、残存容量の減少に伴って二次電池１０１、１０３の電圧が低下する場合は、残存容量の差に応じて、二次電池１０１、１０３の間で電圧差が生じ、制御回路１０５は、二次電池１０１、１０３の正側端子の電圧を検出し、前記ゲート信号をＦＥＴスイッチ１０４のゲートへ出力し、ＦＥＴスイッチ１０４をオフにする。これにより、残存容量の低下した二次電池１０３を切り離し、残存容量の大きい二次電池１０１により安定した直流電圧を機器に供給することができる。

また、両方の二次電池１０１、１０３の残存容量の差が少ない場合は、ＦＥＴスイッチ１０２、１０４夫々をオンにして、両方の二次電池１０１、１０３から直流電圧を機器に供給することができる。
特開平６−３４２３２７号公報

しかしながら、特許文献１による方法では、主二次電池と補助二次電池との切り替えは、使用者が選択する必要があり、使い勝手が良いものではなかった。また、従来の方法では、複数の二次電池を同時に使用する場合に、二次電池１０１と１０３との間で残存容量が同程度であるときは、制御回路１０５は、両方のＦＥＴスイッチ１０２、１０４をオン状態にするため、両方の二次電池１０１、１０３からは同程度の放電電流が流れ、両方の二次電池１０１、１０３から負荷に対して電力を供給することができるが、二次電池１０１、１０３の残存容量に差が生じた場合、例えば、二次電池１０１の残存容量が二次電池１０３の残存容量よりも大きい場合に、容量差に応じて二次電池１０１、１０３夫々の電圧に差が生じたときは、電圧の低い二次電池１０３からの放電電流が流れず、二次電池１０１からのみ放電電流が流れることになる。したがって、二次電池１０３の残存容量が十分に残存していたとしても、二次電池１０３の残存容量が二次電池１０１の残存容量よりも小さくなると、二次電池１０３からの放電電流が流れなくなり、二次電池１０３からの放電電流を負荷に供給できず、有効に使用することができなかった。

このため、例えば、定格容量の異なる二次電池若しくは残存容量の異なる二次電池などを並列接続した場合、又は二次電池の使用途中に二次電池を追加接続した場合において、両方の二次電池の間の残存容量差又は電圧差が生じたときは、残存容量叉は電圧の低い方の二次電池からの放電電流が流れない。このため、複数の二次電池を使用する場合には、各二次電池の残存容量が同程度の状態で使用する必要があった。

本発明は、斯かる事情に鑑みてなされたものであり、電池の残存容量及び／又は定格容量に基づいて、前記電池からの電源供給を制御する制御手段を備えることにより、定格容量の異なる電池若しくは残存容量の異なる電池などを並列接続した場合であっても、電池の残存容量及び／又は定格容量に応じて、電池からの電源供給を制御することができる電源制御システム、及び該電源制御システムを備えた電子機器を提供することを目的とする。

また、本発明の他の目的は、電池の残存容量及び／又は定格容量に基づいて、前記電池からの電源供給時間を制御することにより、電池の残存容量及び／又は定格容量の大小にかかわらず、各電池の残存容量又は定格容量に応じて前記電池からの電源供給を制御することができる電源制御システム、及び該電源制御システムを備えた電子機器を提供することにある。

また、本発明の他の目的は、二次電池又は一次電池の残存容量及び／又は定格容量に基づいて、前記二次電池又は一次電池からの電源供給を制御する制御手段を備え、また、前記二次電池又は一次電池からの電源供給時間を制御することにより、前記二次電池又は一次電池の残存容量及び／又は定格容量の大小にかかわらず、各二次電池又は一次電池の残存容量又は定格容量に応じて前記電池からの電源供給を制御することができる電源制御システム、及び該電源制御システムを備えた電子機器を提供することにある。

また、本発明の他の目的は、燃料電池の残存容量及び／又は定格容量に基づいて、前記燃料電池からの電源供給を制御する制御手段を備え、また、前記燃料電池からの電源供給時間を制御することにより、前記燃料電池の残存容量及び／又は定格容量の大小にかかわらず、各燃料電池の残存容量又は定格容量に応じて前記電池からの電源供給を制御することができる電源制御システム、及び該電源制御システムを備えた電子機器を提供することにある。

また、本発明の他の目的は、前記残存容量及び／又は定格容量を算出する算出手段を電池内部又は外部に備えることにより、算出された残存容量及び／又は定格容量に基づいて、電池からの電源供給を制御することができる電源制御システム、及び該電源制御システムを備えた電子機器を提供することにある。

また、本発明の他の目的は、各電池の充電量及び放電量に基づいて、各電池の残存容量及び／又は定格容量を算出することにより、各電池の使用状態による残存容量及び／又は定格容量に応じて電源供給を制御することができる電源制御システム、及び該電源制御システムを備えた電子機器を提供することにある。

また、本発明の他の目的は、各電池の劣化特性に基づいて、各電池の残存容量及び／又は定格容量を算出することにより、各電池の劣化特性を反映して、残存容量及び／又は定格容量に応じて電源供給を制御することができる電源制御システム、及び該電源制御システムを備えた電子機器を提供することにある。

また、本発明の他の目的は、各電池の充放電の回数及び使用温度に応じて設定した劣化特性に基づいて、各電池の残存容量及び／又は定格容量を算出することにより、各電池の使用履歴に応じて、残存容量及び／又は定格容量を算出することができる電源制御システム、及び該電源制御システムを備えた電子機器を提供することにある。

また、本発明の他の目的は、各電池の定格容量を示す電気的素子を有し、該定格容量に基づいて各電池の定格容量を算出することにより、各電池の種類に応じて、電源供給を制御することができる電源制御システム、及び該電源制御システムを備えた電子機器を提供することにある。

本発明に係る電源制御システムは、容量の異なる複数の電池が使用可能な電源制御システムにおいて、前記各電池の残存容量及び／又は定格容量に基づいて、前記各電池からの電源供給を制御する制御手段を備えることを特徴とする。

また、本発明に係る電源制御システムは、前記制御手段は、前記残存容量及び／又は定格容量に基づいて、前記電池からの電源供給時間を制御することを特徴とする。

また、本発明に係る電源制御システムは、前記電池は二次電池又は一次電池であることを特徴とする。

また、本発明に係る電源制御システムは、前記電池は燃料電池であることを特徴とする。

また、本発明に係る電源制御システムは、前記残存容量及び／又は定格容量を算出する算出手段を電池内部又は外部に備えることを特徴とする。

また、本発明に係る電源制御システムは、前記算出手段は、電池の充電量及び放電量に基づいて、残存容量及び／又は定格容量を算出することを特徴とする。

また、本発明に係る電源制御システムは、前記算出手段は、電池の劣化特性に基づいて、残存容量及び／又は定格容量を算出することを特徴とする。

また、本発明に係る電源制御システムは、前記劣化特性は、電池の充放電の回数及び使用温度に応じて設定されてあることを特徴とする。

また、本発明に係る電源制御システムは、容量の異なる複数の二次電池が使用可能な電源制御システムにおいて、前記各二次電池の残存容量及び／又は定格容量に基づいて、前記二次電池からの電源供給時間を制御する制御手段を備えたことを特徴とする。

また、本発明に係る電源制御システムは、容量の異なる複数の二次電池が使用可能な電源制御システムにおいて、前記各二次電池の定格容量を示す電気的素子を有し、該定格容量に基づいて、前記二次電池からの電源供給時間を制御する制御手段を備えたことを特徴とする。

また、本発明に係る電子機器は、本発明に係る電源制御システムのいずれかひとつを備え、各電池の残存容量及び定格容量に基づいて電源供給が制御されることを特徴とする。

本発明にあっては、各電池の残存容量及び／又は定格容量に基づいて、前記各電池からの電源供給を制御する制御手段を備えることにより、容量の異なる電池が複数用いられる場合に、前記各電池の残存容量及び／又は定格容量に応じて、各電池からの電源供給を制御することができる。

また、本発明にあっては、前記制御手段は、前記残存容量及び／又は定格容量に基づいて、前記電池からの電源供給時間を制御することにより、容量の異なる電池が複数用いられる場合に、前記各電池の残存容量及び／又は定格容量の大小に応じて、各電池からの電源供給時間の長短を制御し、残存容量及び／又は定格容量の大きい電池に対しては、該電池からの電源供給時間を長くして多くの放電電流を流し、残存容量及び／又は定格容量の小さい電池に対しては、該電池からの電源供給時間を短くして少ない放電電流を流すことができ、各電池の残存容量及び／又は定格容量に応じて、夫々の電池の電源供給時間を制御することができる。

また、本発明にあっては、前記電池は二次電池又は一次電池であることにより、各二次電池又は一次電池の残存容量及び／又は定格容量に基づいて、前記各二次電池又は一次電池からの電源供給を制御する制御手段を備えることにより、容量の異なる二次電池又は一次電池が複数用いられる場合に、前記各二次電池又は一次電池の残存容量及び／又は定格容量に応じて、各二次電池又は一次電池からの電源供給を制御することができ、また、前記制御手段は、前記残存容量及び／又は定格容量に基づいて、前記二次電池又は一次電池からの電源供給時間を制御することにより、容量の異なる二次電池又は一次電池が複数用いられる場合に、前記各二次電池又は一次電池の残存容量及び／又は定格容量の大小に応じて、各二次電池又は一次電池からの電源供給時間の長短を制御し、残存容量及び／又は定格容量の大きい二次電池又は一次電池に対しては、該二次電池又は一次電池からの電源供給時間を長くして多くの放電電流を流し、残存容量及び／又は定格容量の小さい二次電池又は一次電池に対しては、該二次電池又は一次電池からの電源供給時間を短くして少ない放電電流を流すことができ、各二次電池又は一次電池の残存容量及び／又は定格容量に応じて、夫々の二次電池又は一次電池の電源供給時間を制御することができる。

また、本発明にあっては、前記電池は燃料電池であることにより、各燃料電池の残存容量及び／又は定格容量に基づいて、前記各燃料電池からの電源供給を制御する制御手段を備えることにより、容量の異なる燃料電池が複数用いられる場合に、前記各燃料電池の残存容量及び／又は定格容量に応じて、各燃料電池からの電源供給を制御することができ、また、前記制御手段は、前記残存容量及び／又は定格容量に基づいて、前記燃料電池からの電源供給時間を制御することにより、容量の異なる燃料電池が複数用いられる場合に、前記各燃料電池の残存容量及び／又は定格容量の大小に応じて、各燃料電池からの電源供給時間の長短を制御し、残存容量及び／又は定格容量の大きい燃料電池に対しては、該燃料電池からの電源供給時間を長くして多くの放電電流を流し、残存容量及び／又は定格容量の小さい燃料電池に対しては、該燃料電池からの電源供給時間を短くして少ない放電電流を流すことができ、各燃料電池の残存容量及び／又は定格容量に応じて、夫々の燃料電池の電源供給時間を制御することができる。

また、本発明にあっては、前記残存容量及び／又は定格容量を算出する算出手段を電池内部又は外部に備えることにより、容量の異なる電池が複数用いられる場合に、前記算出手段が算出した前記各電池の残存容量及び／又は定格容量に応じて、各電池からの電源供給を制御することができる。

また、本発明にあっては、前記算出手段は、各電池の充電量及び放電量に基づいて、各電池の残存容量及び／又は定格容量を算出することにより、各電池が充電された場合に蓄積された容量及び放電された場合の放電容量から、残存容量及び／定格容量を算出することができ、使用状態に応じた各電池の残存容量及び／定格容量を算出することができる。

また、本発明にあっては、前記算出手段は、各電池の劣化特性に基づいて、残存容量及び／又は定格容量を算出することにより、前記各電池の使用状態に応じた性能の劣化を反映して、各電池の残存容量及び／定格容量を算出することができる。

また、本発明にあっては、前記劣化特性は、電池の充放電の回数及び使用温度に応じて設定してあることにより、各電池の充電回数、放電回数、動作温度に対する劣化特性に基づいて、各電池の残存容量及び／又は定格容量を算出することにより、各電池の使用履歴に応じた各電池の残存容量及び／又は定格容量を算出することができる。

また、本発明にあっては、二次電池の定格容量を示す電気的素子を有し、該定格容量に基づいて、前記二次電池からの電源供給時間を制御する制御手段を備えたことにより、予め二次電池の定格容量に応じて前記電気的素子を設定することができ、異なる定格容量の二次電池が用いられる場合でも、設定された定格容量に基づいて、電源供給時間を制御することができる。

本発明にあっては、定格容量の異なる電池若しくは残存容量の異なる電池などを並列接続した場合、又は電池の使用途中に別個の電池を追加接続した場合などのように各電池の残存容量及び／又は定格容量に差がある場合であっても、各電池の残存容量及び／又は定格容量に応じて、電池ごとに電源供給を制御し、又は該電源供給の時間を制御することができ、電池からの放電電流が流れなくなる事態を防止できるため、各電池から負荷に対して電力を供給することができる。

また、本発明にあっては、二次電池、一次電池、又は燃料電池に対して、各電池の残存容量及び／又は定格容量に応じて、電池からの電源供給を制御し、又は該電源供給の時間を制御することができる。

また、本発明にあっては、各電池の充放電などの使用状況に応じて、残存容量及び／又は定格容量を算出して、電源供給を制御し、又は該電源供給の時間を制御することができる。

また、本発明にあっては、各電池の充放電の回数、動作温度などの情報に基づいて、各電池の性能劣化特性を把握して、残存容量及び／又は定格容量を算出することができる。

また、本発明にあっては、定格容量に基づいて電源供給を制御し、又は該電源供給の時間を制御することができ、電池の種類に応じて電源供給時間を設定することができる。

実施の形態１
図１は本発明に係る電源制御システムの構成を示すブロック図である。図において、１は二次電池であり、複数の電池セル１１、１１と、電池セル１１、１１への過電流又は加熱を防止する電池保護回路１２と、二次電池１の使用状況を監視するインテリジェント回路１３とを備える。インテリジェント回路１３は、二次電池１の正側端子と負側端子との間に接続され、二次電池１の充電時及び放電時の電圧及び電流を検出するとともに、充電開始及び放電開始からの経過時間を検出する。なお、二次電池２も同様の構成を有する。

二次電池１の正側端子ＶＢ＋には、降圧コイル１７の一端が接続され、降圧コイル１７の他端は、ＦＥＴ１５のドレーンに接続されている。ＦＥＴ１５のソースは、電流検出部１８の入力端に接続され、電流検出部１８の出力端は、電源制御システムの出力端Ｖout+に接続されている。また、電流検出部１８の出力端には、平滑コンデンサ５の正側端子が接続され、平滑コンデンサ５の負側端子は接地されている。ＦＥＴ１５のソースには、コンデンサ１９の一端が接続され、コンデンサ１９の他端は、二次電池１の負側端子ＶＢ−に接続され、前記負側端子ＶＢ−は、電源制御システムの負側の出力端Ｖout-に接続されているとともに、接地されている。

二次電池２の正側端子ＶＢ＋には、降圧コイル２７の一端が接続され、降圧コイル２７の他端は、ＦＥＴ２５のドレーンに接続されている。ＦＥＴ２５のソースは、電流検出部２８の入力端に接続され、電流検出部２８の出力端は、電源制御システムの出力端Ｖout+に接続されている。また、電流検出部２８の出力端には、平滑コンデンサ５の正側端子が接続され、平滑コンデンサ５の負側端子は接地されている。ＦＥＴ２５のソースには、コンデンサ２９の一端が接続され、コンデンサ２９の他端は、二次電池２の負側端子ＶＢ−に接続され、前記負側端子ＶＢ−は、電源制御システムの負側の出力端Ｖout-に接続されているとともに、接地されている。

電流検出部１８、２８は抵抗を備え、該抵抗を流れる電流を電圧に変換し、変換した電圧を検出端子ＩＳ１、ＩＳ２からＤＣ／ＤＣ電源ＩＣ４の電流制限端子Ｉ１、Ｉ２へ出力する。

インテリジェント回路１３、２３の出力端ＤＴ１、ＤＴ２夫々は、マイクロコントローラ３の入力端Ｓ１、Ｓ２に接続され、インテリジェント回路１３、２３で算出された二次電池１、２夫々の残存容量のデータが、マイクロコントローラ３へ出力される。マイクロコントローラ３は、入力された二次電池１、２夫々の残存容量データに基づいて、前述のＦＥＴ１５、２５夫々をオン状態に駆動する最大期間を定めるために用いられるパルス波形ＰＬ１、ＰＬ２を、出力端Ｄ１、Ｄ２からＤＣ／ＤＣ電源４のパルス入力端Ｐ１、Ｐ２へ出力する。

ＤＣ／ＤＣ電源ＩＣ４は、マイクロコントローラ３から出力されたパルス波形ＰＬ１、ＰＬ２を入力するパルス入力端Ｐ１、Ｐ２と、ＦＥＴ１５、２５のゲートを駆動するためのＦＥＴゲート駆動端Ｇ１、Ｇ２と、電流検出部１８、２８からＦＥＴ１５、２５を流れる過電流を検出し、検出した電流を入力する電流制限端Ｉ１、Ｉ２と、電源制御システムの出力電圧Ｖを帰還する電圧帰還端Ｖｏとを備えている。

ＦＥＴゲート駆動端Ｇ１、Ｇ２夫々は、ＦＥＴ１５、２５のゲートへ接続され、ＦＥＴ１５、２５を駆動するためのゲート波形ＧＴ１、ＧＴ２を出力する。電圧帰還端Ｖｏは、出力端Ｖout+へ接続され、出力端Ｖout+の電圧を帰還して、出力電圧Ｖが一定になるように、前記ゲート波形ＧＴ１、ＧＴ２のゲート駆動時間のパルス幅を調整する。
電流検出部１８、２８は、ＦＥＴ１５、２５を流れる電流を検出して、過電流が流れた場合には、ＦＥＴ１５、２５の駆動を停止して、二次電池１、２、電源制御システムなどを保護する。

上述の電源制御システムは、例えば、携帯通信端末、モニター一体型ビデオカメラなどの電子機器に内蔵され、該電子機器が動作する場合に、電池からの電源供給を行う。

図２は、インテリジェント回路１３の構成を示すブロック図である。インテリジェント回路１３は二次電池１の使用状態を監視する。なお、インテリジェント回路２３も同様の構成を有する。図において、１３１は、二次電池１の電圧を検出する電圧検出部であり、充電時及び放電時の電圧を検出する。
電流検出部１３２は、二次電池１の充電時及び放電時の電流を検出する。時計部１３３は、充電開始及び放電開始からの経過時間を計測する。

演算部１３９は、電圧検出部１３１で検出した電圧、電流検出部１３２で検出した電流、及び時計部１３３で計測した経過時間から、二次電池１へ充電された容量、二次電池１から放電された容量、及び二次電池１の残存容量を算出して記憶部１３４へ記憶する。また、充電回数及び放電回数を検出して記憶部１３４へ記憶する。
例えば、残存容量は、初期の容量から放電経過時間に電圧及び電流を積算したものを差し引いて算出することができる。また、放電終了後、充電が開始された場合は、放電終了時の残存容量に、充電時の電圧、電流、及び充電経過時間を積算したものを加えることにより残存容量を算出することができる。

また、演算部１３９は、後述する劣化係数に基づいて、算出した残存容量を補正して補正後の残存容量を算出する。すなわち、例えば、充放電の回数が増えるにつれて、検出した電圧、電流、及び経過時間に基づいて算出した残存容量に対して、劣化係数を積算することにより、使用履歴に応じた二次電池の残存容量を算出する。

記憶部１３４は、演算部１３９で算出された二次電池１の残存容量、充放電の回数などを記憶する。温度検出部１３５は、二次電池１の温度を検出する。
ＲＯＭ１３６は、二次電池１の型式、定格容量、充放電回数に対する二次電池容量の劣化係数を示す劣化特性、使用温度に対する二次電池容量の劣化係数などが、予め記憶されている。
図３は、二次電池１の充放電回数及び使用温度に対する劣化係数を示す説明図である。劣化係数は、新品の二次電池の残存容量に対して、充放電の回数が増加することによる性能劣化を示すとともに、使用温度の高低による性能劣化を示す。なお、使用される二次電池の種類によって、性能劣化の特性は異なる。

通信部１３７は、記憶部１３４に記憶された二次電池１の残存容量のデータを、マイクロコントローラ３へ出力する。
制御部１３８は、電圧検出部１３１、電流検出部１３２及び時計部１３３夫々で検出された電圧、電流、及び経過時間を演算部１３９へ出力し、ＲＯＭ１３６に記憶されたデータを演算部１３９へ出力し、二次電池１の残存容量を算出し、算出した結果を記憶部１３４へ記憶するための処理を制御する。また、制御部１３８は、記憶部１３４に記憶された二次電池の残存容量のデータを、通信部１３７を介してマイクロコントローラ３へ出力するための処理を制御する。

図４は、マイクロコントローラ３の構成を示すブロック図である。図において、３１は二次電池１、２から残存容量のデータを入力する入力部である。
記憶部３５は、入力部３１に入力された二次電池１、２の残存容量のデータを一旦記憶する。
ＲＯＭ３３は、二次電池１、２の残存容量に対応して、後述するパルス発生部３７から出力するパルス波形ＰＬ１、ＰＬ２のパルス幅を予め定めた変換テーブルを記憶している。また、ＲＯＭ３３は、二次電池１、２の種類に応じて、複数の変換テーブルを記憶している。

演算部３６は、記憶部３５から読み出した二次電池１、２の残存容量と、ＲＯＭ３３に記憶された前記変換テーブルとを参照して、二次電池１、２夫々に対するパルス波形ＰＬ１、ＰＬ２のパルス幅を算出し、後述のパルス発生部３７へ出力する。
パルス発生部３７は、演算部３６で算出された、パルス波形ＰＬ１、ＰＬ２のパルス幅に基づいて、パルス波形ＰＬ１、ＰＬ２を作成し、出力端Ｄ１、Ｄ２からＤＣ／ＤＣ電源ＩＣ４のパルス入力端Ｐ１、Ｐ２へ出力する。
制御部３４は、基本クロックを発生するクロック部３４１を備え、マイクロコントローラ３内部の各部の処理を制御する。
基準電圧部３８、Ａ／Ｄ変換部３２については後述する。

図５は、ＤＣ／ＤＣ電源ＩＣ４の構成を示すブロック図である。図において、４１はゲート波形発生部であり、パルス入力端Ｐ１、Ｐ２へ入力されたパルス波形ＰＬ１、ＰＬ２の立ち上がりに同期して立ち上がり、後述のタイミング回路部４４から入力されたトリガパルスＴＲ１、ＴＲ２により、高レベルから低レベルへ下がるゲート波形ＧＴ１、ＧＴ２を作成し、ＦＥＴゲート駆動端Ｇ１、Ｇ２夫々からＦＥＴ１５、２５のゲートへ出力する。
パルス入力端Ｐ１、Ｐ２に入力されたパルス波形ＰＬ１、ＰＬ２が高レベルである期間は、ＦＥＴ１５、２５がオン状態になる駆動期間の最大期間を示し、この期間の範囲内において、ゲート波形ＧＴ１、ＧＴ２の高レベルである時間幅が調整される。

三角波形発生部４２は、クロック部３４１で発生する基本クロックに同期した三角波形Ｒを発生し、タイミング回路部４４へ出力する。
電圧帰還部４３は、演算増幅器を備え、電圧帰還端Ｖｏに入力された出力電圧Ｖと予め定められた基準電圧Ｖｒとを比較して、出力電圧Ｖが基準電圧Ｖｒに等しくなるように、電圧帰還部４３の出力電圧をタイミング回路部４４へ出力する。

タイミング回路部４４は、三角波形発生部４２から入力された三角波形Ｒの立ち上がり時の電圧と、電圧帰還部４４から入力された電圧とを比較して、両者の電圧が等しくなったタイミングごとに、トリガパルスＴＲ１、ＴＲ２を作成し、トリガパルスＴＲ１、ＴＲ２をゲート波形発生部４１へ出力する。したがって、出力電圧Ｖが変動した場合でも、出力電圧Ｖが基準電圧Ｖｒに等しくなるようにトリガパルスＴＲ１、ＴＲ２の発生タイミングを調整して、出力電圧Ｖが一定になるように制御する。

ゲート波形停止部４５は、ＦＥＴ１５、２５を流れる最大許容電流に対応する電圧閾値を予め設定してあり、電流検出部１８、２８から入力された電圧と、前記電圧閾値とを比較し、前記入力された電圧値が、前記電圧閾値を超えた場合には、ゲート波形発生部４１に対して、ゲート波形ＧＴ１、ＧＴ２の発生を停止する信号を出力する。

次に本発明に係る電源制御システムの動作について説明する。図６はマイクロコントローラ３における動作の手順を示すフローチャートである。図７は二次電池１、２の容量差に応じてマイクロコントローラ３から出力されるパルス波形ＰＬ１、ＰＬ２を示す説明図である。
マイクロコントローラ３の入力部３１は、インテリジェント回路１３、２３から出力された二次電池１、２の定格容量及び残存容量を示すデータ（以下、容量データという）を受信する（Ｓ１）。制御部３４は、入力部３１で受信した二次電池１、２の容量データを一旦記憶部３５へ記憶し（Ｓ２）、装着されている二次電池の定格容量に対応した変換テーブルを、ＲＯＭ３３から読み出す（Ｓ３）。

演算部３６は、記憶した二次電池１、２の容量データから残存容量を読み出し、読み出した残存容量データと前記変換テーブルとを比較し（Ｓ４）、二次電池１、２夫々の残存容量に対するパルス波形ＰＬ１、ＰＬ２のパルス幅を算出する（Ｓ５）。制御部３４は、演算部３６で算出されたパルス幅をパルス発生部３７へ出力し、パルス発生部３７は、二次電池１、２夫々に対するパルス波形ＰＬ１、ＰＬ２を発生し（Ｓ６）、出力端Ｄ１、Ｄ２からＤＣ／ＤＣ電源ＩＣ４のパルス入力端Ｐ１、Ｐ２へ出力する。負荷の電源遮断の有無を判定し（Ｓ７）、電源遮断がない場合には（Ｓ７でＮＯ）、ステップＳ１に戻り、ステップＳ１以降の処理を続ける。一方、電源遮断があった場合には（Ｓ７でＹＥＳ）、処理は終了する。

図７において、横軸を容量、縦軸をパルス幅として表された曲線は、ＲＯＭ３３に記憶された変換テーブルの一例を模式的に示したものである。例えば、２つの二次電池１、２夫々の算出された残存容量をＣ１、Ｃ２（Ｃ１＞Ｃ２）とすると、容量Ｃ１に対するパルス波形のパルス幅はＴ１であり、容量Ｃ２に対するパルス波形のパルス幅はＴ２（Ｔ１＞Ｔ２）である。
演算部３６において、二次電池１、２の残存容量から算出されたパルス幅Ｔ１、Ｔ２に基づいて、パルス発生部３７は、制御部３４から供給される基本クロックの立ち上がり部及び立下り部において、高レベルの幅がＴ１であるパルス波形ＰＬ１と及び高レベルの幅がＴ２であるパルス波形ＰＬ２を作成する。

これにより、二次電池１、２の残存容量に応じて、パルス幅の異なるパルス波形ＰＬ１、ＰＬ２を作成することができ、残存容量の大きい二次電池に対応するパルス波形ＰＬ１は、高レベルの幅を大きくし、残存容量の小さい二次電池に対応するパルス波形ＰＬ２は、高レベルの幅を小さくすることができる。パルス波形ＰＬ１、ＰＬ２夫々は、高レベルである時間（Ｔ１、Ｔ２）によりＦＥＴ１５、２５夫々の最大動作期間を規定する。
二次電池１、２の最大容量時において、パルス波形ＰＬ１、ＰＬ２が高レベルになる期間は、前記基本クロックの半周期より短く設定してある。また、パルス波形ＰＬ１、ＰＬ２夫々は、前記基本クロックの立ち上がり時及び立下り時をトリガにしているため、交互に高レベルになり、同時に高レベルになることはない。

図８はＤＣ／ＤＣ電源ＩＣ４の動作を示す説明図である。ＤＣ／ＤＣ電源ＩＣ４は、マイクロコントローラ３から入力されたパルス波形ＰＬ１、ＰＬ２夫々の高レベルである期間の範囲内において、出力電圧Ｖを一定に維持するために、ＦＥＴ１５、２５のゲートへ出力されるゲート波形ＧＴ１、ＧＴ２の高レベルである期間のパルス幅を調整する。

三角波形発生部４２で作成した三角波形Ｒ、及び電圧帰還部４３へ帰還された出力電圧Ｖは、タイミング回路部４４へ入力される。タイミング回路部４４は、三角波形Ｒの立ち上がり時において、三角波形Ｒの電圧が電圧帰還部４３から入力された電圧Ｖと等しくなる時（Ｔ１１）に、トリガパルスＴＲ１１を発生し、ゲート波形発生部４１へ出力する。ゲート波形発生部４１は、マイクロコントローラ３から入力されたパルス波形ＰＬ１の立ち上がりと同期して、ゲート波形Ｇ１１を高レベルとし、トリガパルスＴＲ１１の立ち上がり時に、ゲート波形Ｇ１１を高レベルから低レベルにすることにより、高レベルの幅がＴ１１であるゲート波形Ｇ１１を発生する。

出力電圧Ｖが、基準電圧Ｖｒよりも低い場合は、出力電圧Ｖを基準電圧Ｖｒに等しくすべく、電圧帰還部４３から出力される電圧が上昇する。これにより、タイミング回路発生部４４は、三角波形Ｒの電圧が基準電圧Ｖｒに等しくなる時（Ｔ１２）にトリガパルスＴＲ１２を発生し、ゲート波形発生部４１へ出力する。ゲート波形発生部４１は、マイクロコントローラ３から入力されたパルス波形ＰＬ１の立ち上がりと同期して、ゲート波形Ｇ１２を高レベルとし、トリガパルスＴＲ１２の立ち上がり時に、ゲート波形Ｇ１２を高レベルから低レベルにすることにより、高レベルの幅がＴ１２であるゲート波形Ｇ１２を発生する。

これにより、出力電圧Ｖが基準電圧Ｖｒより低い場合には、ＦＥＴ１５を駆動するゲート波形ＧＴ１の高レベルである幅がＴ１１からＴ１２（Ｔ１２＞Ｔ１１）へと長くし、ＦＥＴ１５がオン状態になる期間を長くして、出力電圧Ｖを増加して基準電圧Ｖｒに近づけ、出力電圧Ｖを一定にする。
また、出力電圧Ｖが基準電圧Ｖｒより高い場合も同様に、出力電圧Ｖが一定になるように制御する。
なお、ＦＥＴ２５を駆動するゲート波形ＧＴ２についても同様である。

ＤＣ／ＤＣ電源ＩＣ４から出力されたゲート波形ＧＴ１は、ＦＥＴ１５のゲートへ出力され、ゲート波形ＧＴ１が高レベルである期間においてＦＥＴ１５はオン状態となり、ゲート波形ＧＴ１が低レベルである期間においてＦＥＴ１５はオフ状態となる。同様に、ゲート波形ＧＴ２は、ＦＥＴ２５のゲートへ出力され、ゲート波形ＧＴ２が高レベルである期間においてＦＥＴ２５はオン状態となり、ゲート波形ＧＴ２が低レベルである期間においてＦＥＴ２５はオフ状態となる。これにより、ＦＥＴ１５、２５夫々は、交互にオン・オフ状態を繰り返し、同時にオン状態にはならない。

例えば、ＦＥＴ１５がオン状態の場合は、二次電池１からの電流は、降圧コイル１７を流れ、コンデンサ１９及び平滑コンデンサ５を充電するとともに、電源制御システムの出力端に接続された機器に電力を供給する。ＦＥＴ１５がオフ状態の場合は、二次電池１からの電流はＦＥＴ１５で遮断され、コンデンサ１９及び平滑コンデンサ５に蓄積されたエネルギーが放電され、前記機器に電力を供給する。ＦＥＴ２５も同様に交互にオン・オフを繰り返し、二次電池２からの放電電流が制御される。

図９は本発明に係る電源制御システムの動作を示す説明図である。図において、ＦＥＴ１５及びＦＥＴ２５の動作時間は、パルス波形ＰＬ１及びＰＬ２の高レベルの期間であり、ＦＥＴ１５、２５夫々がオン状態となる最大時間を示す。すなわち、このＦＥＴ１５、２５の動作時間の範囲内において、出力電圧Ｖが一定になるように、ゲート波形ＧＴ１、ＧＴ２の高レベルの期間が調整される。

ＦＥＴ１５の動作時間内で、ＦＥＴ１５のゲート波形ＧＴ１が期間Ｔ１５の間において高レベルである場合は、ＦＥＴ１５がオン状態となり電流が流れ、この期間Ｔ１５において、電流検出部１８で検出された電圧波形は、ほぼ平坦になる。期間Ｔ１５を経過してゲート波形ＧＴ１が低レベルである場合は、ＦＥＴ１５はオフ状態となり、コンデンサ１９に充電されたエネルギーが電流検出部１８を経由して流れるため、電流検出部１８で検出された電圧波形は、なだらかに減少し、次にゲート波形ＧＴ１が高レベルになるまで、コンデンサ１９からの放電が続く。

同様に、ＦＥＴ２５の動作時間内で、ＦＥＴ２５のゲート波形ＧＴ２が期間Ｔ２５の間において高レベルである場合は、ＦＥＴ２５がオン状態となり電流が流れ、この期間Ｔ２５において、電流検出部２８で検出された電圧波形は、ほぼ平坦になる。期間Ｔ２５を経過してゲート波形ＧＴ２が低レベルである場合は、ＦＥＴ２５はオフ状態となり、コンデンサ２９に充電されたエネルギーが電流検出部２８を経由して流れるため、電流検出部２８で検出された電圧波形は、なだらかに減少し、次にゲート波形ＧＴ２が高レベルになるまで、コンデンサ２９からの放電が続く。

これにより、電源制御システムの出力電圧波形は、期間Ｔ１５において、ほぼ平坦になり、期間Ｔ１５を経過すると、なだらかに減少し、期間Ｔ２５において、再度ほぼ平坦になり、期間Ｔ２５を経過すると、なだらかに減少し、以降同様の波形を繰り返す。

以上、説明したように、二次電池１、２夫々の残存容量を算出し、算出した残存容量に基づいて、パルス波形ＰＬ１、ＰＬ２の高レベルである期間のパルス幅を調整し、二次電池１、２の残存容量が大きい場合は、パルス波形ＰＬ１、ＰＬ２の高レベルの期間を長くし、ＦＥＴ１５、２５のオン状態の期間を長くし、二次電池１、２の残存容量が小さい場合は、パルス波形ＰＬ１、ＰＬ２の高レベルの期間を短くし、ＦＥＴ１５、２５のオン状態の期間を短くすることにより、二次電池１、２の残存容量が異なる場合においても、算出した残存容量に応じて、交番的に二次電池１、２のひとつから放電電流が流れ、かつ流れる時間の長短を制御することができる。

実施の形態２
図１０は本発明に係る電源制御システムの構成を示すブロック図である。なお、図１に示す電源制御システムの構成と同様の個所の説明は省略する。図において、二次電池１の正負側端子間には、変換部１４が接続されている。変換部１４は、２つの抵抗１４１、１４２が直列に接続され、抵抗１４１の一端は二次電池１の正側端子へ接続され、抵抗１４１の他端は、抵抗１４２の一端に接続され、抵抗１４２の他端は、二次電池１の負側端子へ接続されている。抵抗１４１と１４２の接続点は、二次電池１の電圧検出端Ｖ１に接続され、電圧検出端Ｖ１は、マイクロコントローラ３の電圧検出端Ａ１に接続されている。
二次電池２についても、同様の構成を有し、二次電池２の電圧検出端Ｖ２は、マイクロコントローラ３の電圧検出端Ａ２に接続されている。

変換部１４における抵抗１４１、１４２は二次電池１の定格容量を示すために任意の抵抗値を用いることができる。例えば、二次電池１、２の定格容量の大小に応じて、抵抗１４１、１４２の抵抗値を組み合わせることができる。

図４に示すように、マイクロコントローラ３は、基準電圧部３８とＡ／Ｄ変換部３２とを備え、電圧検出端Ａ１、Ａ２夫々は、基準電圧部３８及びＡ／Ｄ変換部３２に接続されている。
基準電圧部３８から供給された電圧は、変換部１４の抵抗１４１、１４２により分圧され、Ａ／Ｄ変換部３２へ入力される。これにより、二次電池１、２の定格容量に応じて変換部１４で変換された電圧がＡ／Ｄ変換部３２へ出力される。
Ａ／Ｄ変換部３２は、入力された電圧をデジタル値に変換し、一旦記憶部３５へ記憶する。

図１１は二次電池１、２の残存容量差に応じてマイクロコントローラ３から出力されるパルス波形ＰＬ１、ＰＬ２を示す説明図である。変換部１４、２４の抵抗１４１、１４２は、二次電池１、２の定格容量に応じて設定するため、図に示すように、二次電池１、２の定格容量の大小に応じて変換される電圧が異なる。これにより、二次電池の定格容量を算出することができる。

次に、二次電池１、２の残存容量に応じて、該二次電池１、２の端子電圧が変化することを利用して、例えば、二次電池１、２の残存容量Ｃ３、Ｃ４（Ｃ３＞Ｃ４）を二次電池１、２の電圧Ｖ３、Ｖ４（Ｖ３＞Ｖ４）に変換する。
横軸を電圧、縦軸をパルス幅として表された曲線は、ＲＯＭ３３に記憶された電圧・パルス幅の変換テーブルの一例を模式的に示したものである。例えば、２つの二次電池１、２夫々の算出された電圧をＶ３、Ｖ４とすると、電圧Ｖ３に対するパルス波形ＰＬ１のパルス幅はＴ３であり、電圧Ｖ４に対するパルス波形ＰＬ２のパルス幅はＴ４（Ｔ３＞Ｔ４）である。

演算部３６において、算出されたパルス幅Ｔ３、Ｔ４に基づいて、パルス発生部３７は、制御部３４から供給される基本クロックの立ち上がり部及び立下り部において、高レベルの幅がＴ３であるパルス波形ＰＬ１と及び高レベルの幅がＴ４であるパルス波形ＰＬ２を作成する。

これにより、二次電池１、２の残存容量に応じて、パルス幅の長短が異なるパルス波形ＰＬ１、ＰＬ２を作成することができ、残存容量の大きい二次電池１に対応するパルス波形ＰＬ１は、高レベルの幅を大きくし、残存容量の小さい二次電池２に対応するパルス波形ＰＬ２は、高レベルの幅を小さくすることができる。パルス波形ＰＬ１、ＰＬ２夫々は、高レベルである時間（Ｔ３、Ｔ４）によりＦＥＴ１５、２５夫々の最大動作期間を規定する。
二次電池１、２の最大容量時において、パルス波形ＰＬ１、ＰＬ２が高レベルになる期間は、前記基本クロックの半周期より短く設定してある。また、パルス波形ＰＬ１、ＰＬ２夫々は、前記基本クロックの立ち上がり時及び立下り時をトリガにしているため、交互に高レベルになり、同時に高レベルになることはない。

パルス波形ＰＬ１、ＰＬ２に基づいて、ＦＥＴ１５、２５を駆動する方法は、実施の形態１と同様であるので、説明は省略する。
以上説明したように、本実施の形態によれば、抵抗１４１、１４２の直列回路という簡便な構成で、二次電池１、２夫々の定格容量及び残存容量を電圧に変換し、変換した電圧に基づいて、パルス波形ＰＬ１、ＰＬ２の高レベルである期間のパルス幅を調整し、二次電池１の残存容量が大きい場合は、パルス波形ＰＬ１の高レベルの期間を長くし、ＦＥＴ１５のオン状態の期間を長くし、二次電池２の残存容量が小さい場合は、パルス波形ＰＬ２の高レベルの期間を短くし、ＦＥＴ２５のオン状態の期間を短くすることにより、二次電池１、２の残存容量が異なる場合においても、算出した残存容量に応じて、交番的に二次電池１、２のひとつから放電電流が流れ、かつ流れる時間の長短を制御することができる。

上述の実施の形態にあっては、２つの二次電池を用いた電源制御システムであるが、これに限られるものではなく、３つ以上の二次電池を用いるものであってもよい。

上述の実施の形態にあっては、降圧型のＤＣ／ＤＣコンバータにおける電源制御システムであるが、これに限られるものではなく、昇圧型のＤＣ／ＤＣコンバータ、昇降圧型のＤＣ／ＤＣコンバータなどであってもよい。

上述の実施の形態にあっては、二次電池１、２夫々の残存容量に応じて、パルス波形ＰＬ１、ＰＬ２のパルス幅を変換する変換テーブルを用いたが、二次電池１、２の残存容量の差に応じて、パルス波形ＰＬ１、ＰＬ２のパルス幅を変換するものであってもよい。

上述の実施の形態にあっては、二次電池を用いた電源制御システムであるが、二次電池に限られるものではなく、一次電池、又は燃料電池などであってもよい。

上述の実施の形態にあっては、インテリジェント回路１３、２３、変換部１４、２４は二次電池１、２の内部にある構成であったが、これに限られるものではなく、二次電池１、２の外部に設けられた構成を有してもよい。

本発明に係る電源制御システムの構成を示すブロック図である。 インテリジェント回路の構成を示すブロック図である。 二次電池の充放電回数及び使用温度に対する劣化係数を示す説明図である。 マイクロコントローラの構成を示すブロック図である。 ＤＣ／ＤＣ電源ＩＣの構成を示すブロック図である。 マイクロコントローラにおける動作の手順を示すフローチャートである。 二次電池の容量差に応じてマイクロコントローラから出力されるパルス波形を示す説明図である。 ＤＣ／ＤＣ電源ＩＣの動作を示す説明図である。 本発明に係る電源制御システムの動作を示す説明図である。 本発明に係る電源制御システムの構成を示すブロック図である。 二次電池の残存容量差に応じてマイクロコントローラから出力されるパルス波形を示す説明図である。 従来の複数の二次電池に接続された電源制御システムの構成を示すブロック図である。

符号の説明

１、２ 二次電池
３ マイクロコントローラ（制御手段）
４ ＤＣ／ＤＣ電源ＩＣ
５ 平滑コンデンサ
１１、２１ 電池セル
１３、２３ インテリジェント回路（算出手段）
１４、２４ 変換部（算出手段）
１５、２５ ＦＥＴ
１７、２７ 降圧コイル
１８、２８ 電流検出部
１９、２９ コンデンサ
３１ 入力部
３２ Ａ／Ｄ変換部
３３ ＲＯＭ
３４ 制御部
３５ 記憶部
３６ 演算部
３７ パルス発生部
３８ 基準電圧部
４１ ゲート波形発生部
４２ 三角波形発生部
４３ 電圧帰還部
４４ タイミング回路部
４５ ゲート波形停止部
１３１ 電圧検出部
１３２ 電流検出部
１３３ 時計部
１３４ 記憶部
１３５ 温度検出部
１３６ ＲＯＭ
１３７ 通信部
１３８ 制御部
１３９ 演算部
１４１、１４２、２４１、２４２ 抵抗（電気的素子）

Claims (11)

1. 容量の異なる複数の電池が使用可能な電源制御システムにおいて、
   前記各電池の残存容量及び／又は定格容量に基づいて、前記各電池からの電源供給を制御する制御手段を備えることを特徴とする電源制御システム。
2. 前記制御手段は、前記残存容量及び／又は定格容量に基づいて、前記電池からの電源供給時間を制御することを特徴とする請求項１に記載された電源制御システム。
3. 前記電池は二次電池又は一次電池であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載された電源制御システム。
4. 前記電池は燃料電池であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載された電源制御システム。
5. 前記残存容量及び／又は定格容量を算出する算出手段を電池内部又は外部に備えることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載された電源制御システム。
6. 前記算出手段は、電池の充電量及び放電量に基づいて、残存容量及び／又は定格容量を算出することを特徴とする請求項５に記載された電源制御システム。
7. 前記算出手段は、電池の劣化特性に基づいて、残存容量及び／又は定格容量を算出することを特徴とする請求項５に記載された電源制御システム。
8. 前記劣化特性は、電池の充放電の回数及び使用温度に応じて設定されてあることを特徴とする請求項７に記載された電源制御システム。
9. 容量の異なる複数の二次電池が使用可能な電源制御システムにおいて、
   前記各二次電池の残存容量及び／又は定格容量に基づいて、前記二次電池からの電源供給時間を制御する制御手段を備えたことを特徴とする電源制御システム。
10. 容量の異なる複数の二次電池が使用可能な電源制御システムにおいて、
    前記各二次電池の定格容量を示す電気的素子を有し、該定格容量に基づいて、前記二次電池からの電源供給時間を制御する制御手段を備えたことを特徴とする電源制御システム。
11. 請求項１乃至請求項１０の何れかひとつに記載された電源制御システムを備えたことを特徴とする電子機器。

Images