JP2007047102A

JP2007047102A - 電気機器

Info

Publication number: JP2007047102A
Application number: JP2005234031A
Authority: JP
Inventors: Fumiaki Maejima; 史明前嶋
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2005-08-12
Filing date: 2005-08-12
Publication date: 2007-02-22

Abstract

【課題】負荷側の状態に応じた残容量検知の補正を行なうことで、省エネかつ高信頼性の残容量検知を実現すること。
【解決手段】電源に電池を使用して、機構を駆動する電気機器であって、前記機構の動作回数をカウントするカウンタと、前記カウンタによってカウントされた前記機構の動作回数を記憶するメモリと、前記メモリに記憶される前記機構の動作回数に基づいて、前記電池の残り容量を演算する演算手段とを有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、電源に電池を使用して、機構を駆動する電気機器に関する。

近年、小型化によって携帯が可能となる電子機器が増加している。これら携帯電子機器とって、電源である電池は欠かすことのできない要素であり、電池が消耗してしまえば、機器は動作することができなくなってしまう。

単純な機械的動作のみをする電子機器では、電池が無くなり動作をしなくなっても、内部回路や構成部品等を破損してしまう恐れも少ないが、携帯電話や携帯音響機器等メモリを内蔵するものやメモリ内のデータを処理するものの場合、電池が消耗して突然機器が停止してしまうことによって、揮発性メモリ内のデータが損なわれてしまったり、処理の途中で動作できなくなった為に処理中のデータが損なわれてしまうこともある。

とりわけ、上記のディジタル回路と共に、大電流を消費する機械的負荷を有する携帯電子機器においては、データ処理中に大電流が流れることで、電池端子間電圧が急激に低下し、ディジタル回路の動作電圧を下回ってしまうことが起こる可能性があり、突然電子機器の動作が停止してしまうという危険がある。具体的な例としてデジタルカメラを挙げると、
撮影画像の処理中にシャッター等の大きな負荷が動作することがあり、これによって機器が突然停止してしまうと撮影した画像が損なわれてしまいユーザーの被害は非常に甚大なものである。

このような危険を回避する手法として、電池の残容量を事前に検知し、実負荷がかかった時に突然の動作不良を起こさせない様、ユーザーに告知するもしくは機器を停止する残容量検知・残容量表示技術が考案されている。残容量検知・残容量表示機能はユーザビリティの観点や、電子機器の信頼性の観点からも重要な機能となっている。

これまで考案されている残容量検知手法の代表的なものには電流積算式や電圧測定式といった手法がある。

電流積算式は負荷によって電池から取り出された電荷量を積分し、予め測定された完全充電状態での電池容量と比較して、電池の残容量が所定の値を下回った場合に機器を停止するという手法である。残容量の判定が単純な引き算によって可能であったり、他の手法より比較的正確な残容量検知が可能であるが、電流量の積算の為の回路構成が複雑である為にコストがかかってしまう。また、充電池の場合、充放電を繰り返すことで完全充電状態での電池容量が減少してしまう為に正確な残容量検知ができないという課題もある。

電圧測定式は、電池の端子間電圧を測定し、その値と経験的に得られた電圧しきい値と比較することで電池残容量を予測する手法である。回路構成が簡単で低コストであるが、電池によっては出力電圧がほとんど変化しない状態が長い電池などでは予測が困難である等の課題がある。

いずれの手法においても、しきい値は事前にサンプルを使用して経験的に測定された値であり、電池の個体バラツキ、温度条件による電池の特性変化等を考慮して、電子機器の動作条件内においてバランスよく残容量検知が行なえる様に設定する必要がある。
特開２００４−１３８５８８号公報

電流積算式も電圧測定式も、測定された積算電荷量や電圧値を、メモリ内に保存してある経験的に得られたしきい値（しきい値電荷量、しきい値電圧量）と比較して電池の消耗の程度を判断するという点では共通しており、正確な残容量検知の為には適切なしきい値の決定が必要となる。

しきい値の設定が不適切であると、残容量の検知に誤差が生じてしまい、電池の有効残容量がまだあると思っているうちに突然の電池切れを起こしてしまうことがある。この危険を避ける為には、電池残容量測定の誤差を吸収する為の誤差許容幅を測定値に設ける方法もあるが、条件によっては誤差許容幅に基づく早めの警告により、電池を有効に利用できず、また、電池交換の頻度が増す為にユーザーの経済的な負担が増えてしまう。

ここで、いずれの残容量検知手法においても、しきい値の設定の際に課題となっているのが、電池の特性のばらつきや、使用環境条件による電池の特性の変化などに大きく影響を受けるということである。

具体的な例として、温度条件を挙げると、機械的な負荷は低温環境下においてその負荷が増加する為、その駆動にモーターを使用している場合にはより大きな電流を流す必要がある。また、電池としても、低温環境下では電池の内部インピーダンスが増加する為、同じ出力電流を取り出している時の電池端子間電圧は、低温環境下の電池端子間電圧の方が常温環境下での電池端子間より電圧が低くなる。

また、別の具体例として耐久条件を挙げれば、機械的な負荷を持つ電子機器の場合、動作部の磨耗や劣化によって動作に必要な負荷が増加する為に負荷印加時の出力電流が増加する。

上記の様に負荷電流が増加する場合、残容量検知の時点では残容量ありと判定されてしまう一方で、実際に負荷が印加されると想定以上の電流が流れる為に電池端子間電圧が想定以上に低下し、最悪の場合、突然機器が停止してしまうことがある。このような突然の動作停止を回避するためには、しきい値を早めに有効残容量なしと判断する方向に変更（電流積算方式では積算電荷量のしきい値を小さめに、電圧測定式においては、しきい値電圧を高めに）する必要があるが、それでは常温環境下や機器が新しくて機械的負荷が増加していない場合に、まだ使用可能な電池が、有効残容量無しと判断されるようになってしまう。

従来では、残容量の誤検知に大きな影響を与えるような極低温環境下や多使用後については、電子機器の動作範囲外とする場合もあったが、機械的部材に関する技術の進歩や電池単体の性能向上により電子機器の動作範囲が拡大している為に、残容量検知についても極低温環境下や多使用後といった正確な残容量検知が困難な領域についての対応が要求される様になってきた。

上記の様に、携帯電子機器において正確な残容量検知をする上での適切なしきい値設定の必要性が高まっているのに対して、従来の全環境条件・全耐久条件に対し、しきい値を１値しか用意しない手法では対応することができない。

そこで、本発明の課題は、負荷側の状態に応じた残容量検知の補正を行なうことで、省エネかつ高信頼性の残容量検知を実現することを目的とする。

本発明は、電源に電池を使用して、機構を駆動する電気機器であって、前記機構の動作回数をカウントするカウンタと、前記カウンタによってカウントされた前記機構の動作回数を記憶するメモリと、前記メモリに記憶される前記機構の動作回数に基づいて、前記電池の残り容量を演算する演算手段とを有することを特徴としている。

本発明によれば、温度条件や使用回数などによる負荷電流の増加等の影響がある場合にも、それぞれの条件に適した補正を施すことによって正確な残量検知を実行することが可能となり、これにより突然の電子機器の停止の危険を回避でき、また、残量検知の誤検知によってまだしよう可能な電池を使用不可能と判断してしまうこともなくなるため、省エネかつ高信頼性の残量検知を実現することができる。

以下、本発明の実施の形態を図面を参照しながら説明する。

図１は一実施の形態における補正を考慮した電池残容量検知回路を含むデジタルカメラのブロック図である。この実施形態は予測式・電圧測定型の残容量検知手法に補正を加える構成になっているが、当該補正の手法は電流積算式にも適用できる。

同図に示すように、このデジタルカメラは電源（電池）１０１を備え、電源１０１から定電圧回路１０２によって制御装置１０４、Ａ／Ｄ変換装置１０５、１１６、記憶装置１０６、演算回路１０７、比較回路１０８、表示回路１０９、カウンタ１１５、温度計１１７に定電圧が供給される。また、電源１０１の電圧はＳＷ１（１１１）、ＳＷ２（１１２）を介してダミー負荷１１３、モーター１１０にも供給される。分圧抵抗１１４は電源１０１に直列に接続され、分圧比率に応じて電源１０１の端子間電圧を分圧した電圧をＡ／Ｄ変換装置１０５に供給する。

記憶領域１０６には残容量検知時の算出過程や残容量判定過程にて使用するパラメータや、補正を施す際の補正値が予め用意されている。詳細については後述する。

この構成においての残容量検知の動作について説明する。まず電源１０１がデジタルカメラに接続されてデジタルカメラが起動している状態では、定電圧回路１０２より定電圧が電子機器内の各電子回路（制御回路１０４、表示回路１０９等）に供給されている為に電源１０１からは軽い負荷が引き出されている。この負荷電流をＩＣＣ１と定義する。この時、電池の端子間電圧は電源の内部抵抗での電圧降下により開放時の電圧より低い電圧が測定される。このとき分圧抵抗１１４、Ａ／Ｄ変換回路１０５の測定結果から求めた電池１０１の端子間電圧をＶＢＣ１とする。

次にＳＷ１（１１１）を所定の時間だけ閉じてダミー負荷１１３に通電させ、その時の電源１０１の端子間電圧をＡ／Ｄ変換回路１０５により測定する。ＳＷ１（１１１）が閉じている間に電源１０１から引き出される電流をＩＣＣ２、Ａ／Ｄ変換回路１０５の測定結果から求めた電池１０１の端子間電圧をＶＢＣ２と定義する。ダミー負荷１１３に通電する電流はデジタルカメラの最大負荷電流よりも小さくて良くそのように抵抗値を設定する。

上記によって得た各値ＶＢＣ１、ＶＢＣ２、ＩＣＣ１、ＩＣＣ２より、デジタルカメラが最大負荷電流を引き出している間の電池１０１の端子間電圧を算出する。その算出手法をグラフ化したものを図２に示す。軽負荷時のＶＢＣ１とＩＣＣ１、ダミー負荷１１３通電時のＶＢＣ２とＩＣＣ２より電源１０１の起電力と内部抵抗値がわかる。電源１０１のある状態における起電力をＶ０、内部抵抗をｒ０と定義すると、デジタルカメラが最大負荷電流（ＩＬＯＡＤと定義する。ここで当該負荷電流は事前に測定されたものとする。）を引き出している時の電源１０１の端子間電圧ＶＢＣ３は起電力Ｖ０から内部抵抗ｒ０での電圧降下を差し引いた値として求められる。当該演算は記憶装置１０６内のデータから演算回路１０７にて算出される。

上記の手順によって算出されたデジタルカメラが最大負荷電流を引き出している時の電源１０１の端子間電圧ＶＢＣ３と、記憶装置１０６内に保存されたしきい値とを、比較回路１０８にて比較することにより電池の消耗の程度を判断する。比較の結果によって、電池の残容量を表示装置１０９に表示したり、動作禁止のしきい値を下回っている場合にはデジタルカメラの動作を停止する。

上記のしきい値については当該各種電池の特性を事前に測定することによって得た特性データから決めた値とする。以上が予測型・電圧測定式の残量検知手法の典型的な残量検知手順である。

次に補正の手順について説明する。補正に関して説明するにあたり、記憶装置１０６に用意されているデータについて定義する。当該実施例では温度補正と耐久補正についての補正値が用意されている。

まず、記憶装置１０６のａ１領域とａ２領域には常温・使用回数０回時の最大負荷電流値としきい値が用意されている。ａ１，ａ２には電池の種類ごとに最大負荷電流としきい値が用意されている。

ｂ１領域とｂ２領域には最大負荷電流としきい値に対する使用回数に応じた補正値が複数用意されている。ｃ１領域とｃ２領域には同様に各温度条件に応じた補正値が複数用意されている。このｂ１，ｂ２，ｃ１，ｃ２領域内の補正データはａ１，ａ２領域内に用意された各種の電池に対してそれぞれに適当な補正値が用意されている。

また、領域ｄ、領域ｅが用意され、それぞれシャッタ１１９の使用回数と、シャッタ１１９の周辺の温度条件が随時記憶される。

当該実施例では温度、耐久についての補正値について述べているが、電池の負荷電流に影響を及ぼす他の条件についても、事前の測定に基づいての補正が可能であれば補正値を予め記憶装置１０６内に用意することで対応が可能である。

まず、耐久補正についての手順を説明する。本実施形態のデジタルカメラではシャッタ１１９の動作をセンサ１０８によって検知し、動作回数をカウンタ１１５がカウントして、記憶装置１０６の領域ｄに初期始動からの総動作回数を記憶・加算していく。

残容量検知を行なう際、前述の算出過程において記憶装置１０６内のＩＬＯＡＤとしきい値を読み出すが、その前に記憶装置１０６の領域ｄの総動作回数を確認し、その回数に応じた補正量ΔＩＬＯＡＤを記憶装置１０６の領域ｂ１から読み出してＩＬＯＡＤに加算してから前述の様なＶＢＣ３の算出を行なう。

次に温度補正についての手順を説明する。本実施形態のデジタルカメラでは、温度計１１７をシャッタ１１９の近くに配してシャッタ１１９の周辺温度を測定し、Ａ／Ｄ変換装置１１６によって数値化した後に記憶装置１０６の領域ｅに記憶させる。残容量検知を行なう際は前述の耐久補正と同様に、まず、領域ｅに記憶されたシャッタ１１９の周辺温度値に応じた補正量ΔＩＬＯＡＤを領域ｃ１から読み出してＩＬＯＡＤに加算してから前述の様なＶＢＣ３の算出を行なう。

以上が温度条件・耐久条件に対して最大負荷電流ＩＬＯＡＤに補正を施した場合の手順であるが、補正としてはしきい値に対する補正を行なってもよい。また、当該実施例では補正はＩＬＯＡＤかしきい値かのいずれかに対してのみ行なうものとした。

本発明の効果を図２を用いて説明する。図２には累計使用回数が多くて負荷電流が増加した場合についての補正手法が記されている。当該条件の場合、ダミー負荷の抵抗値には変化がない為に、デジタルカメラが新品でシャッタの動作負荷が軽い場合も、使用回数が多くてシャッタの動作負荷が大きい場合も、ＶＢＣ１、ＶＢＣ２については同じ電池に対しては同じ測定結果となる。ここで、補正を考慮しない未使用時の想定最大負荷電流値ＩＬＯＡＤａを用いてＶＢＣ３を算出してしまった値が図２中のＶＢＣ３ａである。

この残容量検知過程での算出結果ＶＢＣ３ａに対し、累計使用回数が多くてシャッタの動作負荷が大きくなったデジタルカメラに実際の負荷がかかった場合では、所定の動作をする為には前述の未使用時での想定最大負荷ＩＬＯＡＤａ以上の電流を引き出す必要があり、その結果、電池の端子間電圧は図２のＶＢＣ３ｂに示すように、未使用時での想定最大負荷電流ＩＬＯＡＤａから算出したＶＢＣ３ａより低い電圧となってしまう。

この時、場合によってはＶＢＣ３ｂは、デジタルカメラ内の電子回路が動作するために必要な電圧を下回る可能性があり、突然停止してしまう危険がある。

ここで前述の様にＶＢＣ３算出過程において使用回数に応じた補正量ΔＩＬＯＡＤを想定最大負荷電流ＩＬＯＡＤａに加算してＩＬＯＡＤｂに近づけることで、実負荷に見合ったＶＢＣ３を算出することが可能となり、突然の停止の危険を回避することができる。

また、シャッタの動作負荷などの機械的負荷の条件に応じて随時・適切な補正を加えていく為に、予め補正値を考慮して想定最大負荷電流を設定した場合に発生する、まだ使用可能な電池を使用不可と判断してしまう様な誤検知も回避することができる。

表１に使用回数に応じた最大負荷電流に対する補正の例を示す。

一実施の形態における補正を考慮した電池残容量検知回路を含む携帯電子回路である。一実施の形態における補正の効果をグラフ化したものである。

符号の説明

１０１電源（電池）
１０２定電圧回路
１０３残量検知回路
１０４制御回路
１０５Ａ／Ｄ変換回路
１０６記憶装置
１０７演算回路
１０８比較回路
１０９表示回路
１１０モーター
１１１スイッチ１
１１２スイッチ２
１１３ダミー負荷
１１４分圧抵抗
１１５カウンタ
１１６Ａ／Ｄ変換回路
１１７温度計
１１８センサ
１１９シャッタ

Claims

電源に電池を使用して、機構を駆動する電気機器であって、
前記機構の動作回数をカウントするカウンタと、
前記カウンタによってカウントされた前記機構の動作回数を記憶するメモリと、
前記メモリに記憶される前記機構の動作回数に基づいて、前記電池の残り容量を演算する演算手段とを有することを特徴とする電気機器。
前記機構の周辺温度を計測する温度計測手段を有し、前記演算手段は前記温度計測手段の計測結果に基づいて、前記電池の残り容量を演算することを特徴とする請求項１に記載の電気機器。