JP2010127700A - 電池診断装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 負荷が駆動している間に二次電池の出力インピーダンスを計測すること。
【解決手段】 携帯電話機は、二次電池１１の過充電を防止するＦＥＴ１５と、ＦＥＴ１５と特性が類似するＦＥＴ２３と、ＦＥＴ１５とＦＥＴ２３それぞれのドレインの電位を比較する電圧比較部２５と、ＦＥＴ２３のドレインの電位が、ＦＥＴ１５のドレインの電位と同じになるようにＦＥＴ２３のドレインに電流を供給する電流供給部２７と、電流供給部２７が供給する電流と電流値が同じ電流を発生する電流発生部２９と、二次電池１１の電圧を計測するとともに、電流発生部２９により発生された電流の電流値を計測する電圧／電流変換部３１と、計測された電圧と計測された電流値とに基づいて、二次電池１１の出力インピーダンスを算出する制御部２１と、を備える。
【選択図】 図１

Description

この発明は、電池診断装置に関し、特に二次電池の蓄電能力を計測する電池診断装置に関する。

近年、携帯電話機などの携帯機器は、駆動源にリチウムポリマ電池等の二次電池が用いられる。二次電池は、充放電を繰返すことにより蓄電容量が減少することが知られている。また、二次電池の出力インピーダンスが、蓄電容量の低下とともに上昇することが知られている。この特性を利用して二次電池の劣化を診断する技術が特開２０００−２２３１６４号公報に記載されている。

特開２０００−２２３１６４号公報に記載の電池パックは、二次電池の正極端子を短絡防止用抵抗を介して正極側電圧測定端子に接続し、二次電池１１の負極端子を負極側電圧測定端子に直接接続し、正極側電圧測定端子と負極側電圧測定端子の間で二次電池の両端電圧を測定する電池パックが記載されている。

しかしながら、従来の電池パックは、二次電池の電圧を計測するために負荷を停止させなければならず、負荷を駆動中に電圧を計測することができないといった問題がある。また、二次電池の電圧を計測するための抵抗を負荷と直列に接続した場合には、負荷の電圧が降下するため好ましくない。
特開２０００−２２３１６４号公報

この発明は上述した問題点を解決するためになされたもので、この発明の目的の一つは、負荷が駆動している間に二次電池の出力インピーダンスを計測することが可能な電池診断装置を提供することである。

この発明の他の目的は、消費電力を小さくした電池診断装置を提供することである。

上述した目的を達成するためにこの発明のある局面によれば、電池診断装置は、二次電池が過充電するのを防止するための第１スイッチング素子と、第１スイッチング素子と特性が類似する第２スイッチング素子と、第１スイッチング素子の第１の端子と第２スイッチング素子の第１の端子とは、電位が同じになるように接続されており、第１スイッチング素子の第２の端子と第２スイッチング素子の第２の端子それぞれの電位を比較する電圧比較手段と、第２スイッチング素子の第２の端子の電位が、第１スイッチング素子の第２の端子の電位と同じになるように第２スイッチング素子の第２の端子に電流を供給する電流供給手段と、電流供給手段が供給する電流と電流値が同じ電流を発生する電流発生手段と、二次電池の電圧を計測する電圧計測手段と、電流発生手段により発生された電流の電流値を計測する電流計測手段と、計測された二次電池の電圧と計測された電流値とに基づいて、二次電池の出力インピーダンスを算出する出力インピーダンス算出手段と、を備える。

この局面に従えば、第１スイッチング素子と、それと特性が類似する第２スイッチング素子との電位が同じになるように第２スイッチング素子に電流を供給するとともに、その電流と電流値が同じ電流を発生し、発生された電流の電流値を計測し、二次電池の電圧と計測された電流値とに基づいて、二次電池の出力インピーダンスが算出される。このため、負荷に直列に接続される第１スイッチング素子に流れる電流と同じ電流を第２スイッチング素子に流し、その電流を計測するので、負荷に流れる電流を変更することなく負荷に流れる電流を計測することができる。その結果、負荷が駆動している間に二次電池の出力インピーダンスを計測することが可能な電池診断装置を提供することができる。また、負荷に流れる電流を計測する間だけ、第２スイッチング素子に電流を流せばよいので、消費電力を小さくした電池診断装置を提供することができる。

好ましくは、電圧比較手段と、電圧比較手段と、電流供給手段と、電流発生手段とは、二次電池から電力の供給を受け、出力インピーダンス算出手段は、電圧比較手段と、電流供給手段と、電流発生手段それぞれに流れる電流の電流値と、計測された電流値とが二次電池から供給されるすべての電流の電流値とみなして出力インピーダンスを算出する。

この局面に従えば、二次電池の出力インピーダンスを正確に算出することができる。

好ましくは、電圧比較手段と、電圧比較手段と、電流供給手段と、電流発生手段と二次電池との間に設けられ、回路を開閉するためのスイッチ手段をさらに備え、スイッチ手段は、電圧計測手段が二次電池の電圧を計測する間、または、電流計測手段が電流発生手段により発生された電流の電流値を計測する間のみ回路を閉じる。

この局面に従えば、二次電池の電圧を計測する間、または、第２スイッチング素子に流れる電流の電流値を計測する間のみ回路を閉じるので、二次電池の蓄電容量が減少するのを極力少なくすることができる。

好ましくは、第２スイッチング素子が第１スイッチング素子と類似する特性は、第２スイッチング素子と第１スイッチング素子とに同じ電流値の電流が流れるときに第２スイッチング素子に印加される電圧と第１スイッチング素子に印加される電圧のとの比は、電流値が変化することによっては変化しない関係である。

好ましくは、出力インピーダンス算出手段は、二次電池が所定の負荷に電力を供給している間に、電流計測手段により計測された電流に基づいて、二次電池の出力インピーダンスを算出する。

この局面に従えば、所定の負荷を駆動しながら二次電池の出力インピーダンスを算出することができる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。以下の説明では同一の部品には同一の符号を付してある。それらの名称および機能も同じである。したがってそれらについての詳細な説明は繰返さない。

本実施の形態においては、携帯電話機１に搭載される電池診断装置について説明する。図１は、本実施の形態における携帯電話機１の機能の一例を示す機能ブロック図である。図１を参照して、携帯電話機１は、電池パック１０と、携帯電話機１の全体を制御する制御部２１と、携帯電話機１の機能を実現するための負荷３と、電池能力計測部２０と、を含む。電池診断装置は、制御部２１と、電池能力計測部２０とで構成される。

負荷３は、携帯電話機１が機能を実行するための種々の回路を含む。これらの回路については周知なのでここでは説明を繰返さないが、例えば、通話のための通信回路、音声信号の符号化または復号するためのコーデック回路、液晶表示装置（ＬＣＤ）を駆動および制御するための表示回路、音声を入出力するための音声処理回路等を含む。

制御部２１は、負荷３と並列に接続されており、負荷３および電池能力計測部２０を制御する。制御部２１は、バックアップ電源としてのコンデンサ３３と、データを不揮発的に記憶するメモリとしてのＥＥＰＲＯＭ２２と、接続されている。制御部２１は、負荷３が駆動しているときは二次電池１１から電力の供給を受けて駆動するが、負荷３が駆動していないときは、コンデンサ３３から電力の供給を受けて駆動する。制御部２１は、コンデンサ３３から電力の供給を受けて、所定の時間駆動することが可能である。

電池パック１０は、二次電池１１と、二次電池１１が過充電または過放電するのを防止するための保護用ＩＣ１３と、保護用ＩＣ１３により制御される２個のＰチャネル電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）１５，１７と、を含む。二次電池１１は、リチウムイオン電池、ニッカド電池、ニッ決水素電池等である。ＦＥＴ１５およびＦＥＴ１７は、負荷３と直列に接続される。したがって、ＦＥＴ１５およびＦＥＴ１７は、負荷３に流れるのと同じ電流値の電流が流れる。

ＦＥＴ１５は、二次電池１１が過充電状態となるのを防止するための第１スイッチング素子であり、保護用ＩＣ１３により制御され、二次電池１１が充電中にＯＮとなり回路を閉じるが、二次電池１１が過充電になるとＯＦＦとなり、回路を開く。また、ＦＥＴ１５は、二次電池１１が放電中はＯＦＦとなり回路を開く。ＦＥＴ１７は、二次電池１１が過放電状態となるのを防止するとともに、過電流が流れるのを防止するためのスイッチング素子であり、保護用ＩＣ１３により制御され、二次電池１１が放電中にＯＮとなり回路を閉じるが、二次電池１１が過放電になる場合、または過電流が流れるとＯＦＦとなり、回路を開く。また、ＦＥＴ１７は、二次電池１１が充電中はＯＦＦとなり回路を開く。

保護用ＩＣ１３は、負荷３に二次電池１１から電流を供給する場合、ＦＥＴ１５のゲート電圧をローにし、ＦＥＴ１７のゲート電圧をハイにする。この場合、二次電池１１のプラス極から負荷へ電流ＩＬ１が流れる。このため、ＦＥＴ１５はＯＦＦとなり回路を開き、ＦＥＴ１７はＯＮとなり回路を閉じる。ＦＥＴ１５はＯＦＦしているが、ＭＯＳ（Ｍｅｔａｌ−Ｏｘｉｄｅ−Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）構造であるため、ソースとドレインとの間にダイオードが構成される。このため、二次電池１１のプラス極から負荷へ電流ＩＬ１がＦＥＴ１５の備えるダイオードを介して流れる。したがって、ＦＥＴ１５のソースとドレインとの間の電圧は、ＦＥＴ１３が備えるダイオードの順方向電圧であり、ここではその電圧をＶｆ１とする。

二次電池１１は、充放電を繰返して劣化すると、出力インピーダンスＺが高くなる。本実施の形態における携帯電話機１は、二次電池１１の出力インピーダンスを求めることによって、二次電池１１の劣化を診断する。二次電池１１の出力インピーダンスを求める方法は、種々存在するが、本実施の形態における携帯電話機１は、次の方法で求める。なお、出力インピーダンスを求める方法は、ここに示す方法に限定されるものではなく、別の方法を用いてもよい。
二次電池の起電力をＥ、出力インピーダンスをＺ、十分に小さい電流値Ｉｒｅｆの電流が流れるときの二次電池１１の両端の電圧をＶＯすれば、次式（１）が成立し、Ｉｒｅｆが十分に小さければ（２）式が成立する。
Ｅ−Ｚ×Ｉｒｅｆ＝ＶＯ … （１）
Ｅ＝ＶＯ … （２）
また、負荷３に電流ＩＬ１が流れるときの電圧をＶＬとすれば、次式（３）が成立し、（２）式と（３）式から次式（４）を導き出すことができる。
Ｅ−Ｚ×ＩＬ１＝ＶＬ
Ｚ＝(ＶＯ−ＶＬ)／ＩＬ１ … （４）
したがって、二次電池１１に十分に小さい電流Ｉｒｅｆが流れるときの二次電池１１の両端の電圧ＶＯと、負荷３に流れる電流ＩＬ１が流れたときの二次電池１１の両端の電圧ＶＬと、電流ＩＬ１とを計測することにより、二次電池１１の出力インピーダンスを求めることができる。

本実施の形態における電池能力計測部２０は、負荷３に十分に小さい電流Ｉｒｅｆが流れるときの二次電池１１の電圧ＶＯと、負荷３に電流ＩＬ１が流れたときの二次電池１１の電圧ＶＬと、負荷に流れる電流ＩＬ１を計測する。負荷３に電流ＩＬ１の計測は、負荷３に流れる電流と同じ電流値の電流がＦＥＴ１５に流れるので、ＦＥＴ１５に流れる電流の電流値を計測する。

このため、電池能力計測部２０は、ＦＥＴ１５と特性が類似したＦＥＴ２３と、ＦＥＴ１５およびＦＥＴ２３それぞれのソースとドレインとの間の電圧を比較する電圧比較部２５と、ＦＥＴ１５およびＦＥＴ２３それぞれのソースとドレイン間の電圧が同じになるようにＦＥＴ２３のドレインに電流を供給する電流供給部２７と、電流供給部２７がＦＥＴ２３に供給する電流と同じ電流を発生する電流発生部２９と、電流発生部２９により発生された電流を電圧に変換する電流／電圧変換部３１と、スイッチＳＷ１、ＳＷ２とを含む。ここでは、説明のために、負荷３に流れる電流、換言すればＦＥＴ１５に流れる電流の電流値をＩＬ１で示し、電流供給部２７がＦＥＴ２３のドレインに供給する電流の電流値をＩＬ２で示す。

ＦＥＴ２３は、そのソースが、ＦＥＴ１５のソースと接続され、ゲートがＦＥＴ１５のゲートと同様に保護用ＩＣ１３と接続される。したがって、ＦＥＴ２３は、ＦＥＴ１５と同じゲート電圧が保護用ＩＣから印加される。

ＦＥＴ２３は、ＦＥＴ１５と電気的特性が類似する。ＦＥＴ１５の電流と電圧とには相関関係があり、ＦＥＴ２３の電流と電圧とは相関関係があるが、電気的特性が類似するので電流と電圧との相関関係はＦＥＴ１５とＦＥＴ２３とで同じである。具体的には、ＦＥＴ１５の電圧Ｖｆ１とＦＥＴ２３の電圧Ｖｆ２とは、電流が同じであれば、Ｖｆ１≒Ｖｆ２が成立する。また、ＦＥＴ２３とＦＥＴ１５との電気的特性の類似には、両者の面積が異なるものが含まれる。ＦＥＴ１５とＦＥＴ２３とで電気的特性が類似し、ＦＥＴ１５の面積Ｓ１とＦＥＴ２３の面積Ｓ２とにＳ１＝Ｎ×Ｓ２の関係があるとき、ＦＥＴ１５の電圧Ｖｆ１とＦＥＴ２３の電圧Ｖｆ２とが同じであれば、ＦＥＴ１５に流れる電流ＩＬ１と、ＦＥＴ２３に流れる電流ＩＬ２とは、ＩＬ１＝Ｎ×ＩＬ２が成立する。ここでは、説明を簡単にするため、ＦＥＴ２３はＦＥＴ１５と電気的特性が類似し、ＦＥＴ１５の面積Ｓ１と、ＦＥＴ２３の面積Ｓ２とが同じ場合を例に説明する。

電圧比較部２５、電流供給部２７、電流発生部２９および電流／電圧変換部３１は、並列に接続され、それぞれがスイッチＳＷ１と直列に接続される。また、電流／電圧変換部３１は、スイッチＳＷ２と直列に接続される。

制御部２１は、負荷３が駆動していないときに、コンデンサ３３から電力供給を受け、スイッチＳＷ１をＯＦＦにし、スイッチＳＷ２をＯＮに切り換える。これにより、スイッチＳＷ１が回路を開き、電圧比較部２５、電流供給部２７、電流発生部２９、およびＦＥＴ２３に電流は流れない。一方、スイッチＳＷ２が回路を閉じるので、電流／電圧変換部３１に電流が流れる。このときの電流は、負荷３に流れる電流ＩＬ１がゼロのときの電流である。電流／電圧変換部３１は、スイッチＳＷ２が回路を閉じた状態における二次電池１１の電圧を分圧した電圧Ｖａｄ１をアナログ／デジタル（Ａ／Ｄ）変換器で計測し、電圧Ｖａｄ１と基準電圧Ｖｒｅｆとを制御部２１に出力する。分圧比はＡ／Ｄ変換器のダイナミックレンジに合せて選定するようにするのが好ましい。

制御部２１は、電流／電圧変換部３１から入力される電圧Ｖａｄ１および基準電圧Ｖｒｅｆに基づいて、二次電池１１が無負荷状態における電圧ＶＯを算出し、ＥＥＰＲＯＭ２２に記憶する。電圧Ｖａｄ１を取得する場合のみスイッチＳＷ２をＯＮにするので、電流／電圧変換部３１には所定の期間だけ電流が流れる。このため、電圧ＶＯを算出するために消費される二次電池１１の電力を極力少なくすることができる。

一方、制御部２１は、負荷３が駆動中における任意のときに、スイッチＳＷ１をＯＮにし、スイッチＳＷ２をＯＮに切り換える。これにより、スイッチＳＷ１が回路を閉じ、電圧比較部２５、電流供給部２７、電流発生部２９、およびＦＥＴ２３に電流が流れる。電圧比較部２５は、ＦＥＴ１５のドレインの電圧Ｖｆ１と、ＦＥＴ２３のドレインの電圧Ｖｆ２とを比較し、それぞれを電流Ｉ１およびＩ２に変換する。したがって、Ｉ１／Ｉ２＝Ｖｆ１／Ｖｆ２の関係が成立する。また、電圧比較部２５は、電圧Ｖｆ１およびＶｆ２から変換された電流Ｉ１およびＩ２それぞれの電流値を電流供給部２７および電流発生部２９にそれぞれ出力する。

電流供給部２７は、電圧比較部から入力される電流値Ｉ２が電流値Ｉ１と同じになるようにＦＥＴ２３のドレインに供給する電流値を決定し、決定された電流値の電流ＩＬ２をＦＥＴ２３のドレインに供給する。

電流発生部２９は、電圧比較部から入力される電流値Ｉ２が電流値Ｉ１と同じになるようにＦＥＴ２３のドレインに供給する電流値を決定し、決定された電流値の電流ＩＬ２を電流／電圧変換部３１に出力する。

電流／電圧変換部３１は、スイッチＳＷ１が回路を閉じた状態における、二次電池１１の電圧を分圧した電圧Ｖａｄ１をＡ／Ｄ変換器で計測し、計測された電圧Ｖａｄ１および基準電圧Ｖｒｅｆを制御部２１に出力する。制御部２１は、電流／電圧変換部３１から入力される電圧Ｖａｄ１および基準電圧Ｖｒｅｆに基づいて、二次電池１１が負荷３に電力を供給している負荷状態における電圧ＶＬを算出する。さらに、電流／電圧変換部３１は、電流ＩＬ２を基準抵抗で変換した電圧Ｖａｄ２をＡ／Ｄ変換器で計測し、制御部２１に出力する。制御部２１は、電流／電圧変換部３１から入力される電圧Ｖａｄ２および予め定められた基準抵抗の抵抗値に基づいて、ＦＥＴ２３に流れる電流ＩＬ２を算出する。電圧Ｖａｄ２を取得する場合のみスイッチＳＷ１をＯＮにするので、電圧比較部２５、電流供給部２７、電流発生部２９および電流／電圧変換部３１にはスイッチＳＷ１がＯＮとなる所定の期間だけ電流が流れる。また、電圧Ｖａｄ２を取得する場合のみスイッチＳＷ２をＯＮにするので、電流／電圧変換部３１にはスイッチＳＷ２がＯＮの所定の期間だけ電流が流れる。このため、電流ＩＬ２を算出するために消費される二次電池１１の電力を極力少なくすることができる。

制御部２１は、算出された二次電池１１が負荷状態における電圧ＶＬ、ＥＥＰＲＯＭ２２に記憶された二次電池１１が無負荷状態における電圧ＶＯおよび算出されたＦＥＴ２３に流れる電流ＩＬ２と、に基づいて上記式（１）を用いて二次電池１１の出力インピーダンスＺを算出する。上述したように、ＦＥＴ２３に流れる電流ＩＬ２は、負荷３が駆動しているときに、負荷３に流れる電流ＩＬ１と等しい。

図２は、電池能力計測部の詳細な回路構成の一例を示す図である。電池パック１０、負荷３、制御部２１、コンデンサ３３、ＥＥＰＲＯＭ２２、およびＦＥＴ２３は、図１に示したのと同じである。したがって、ここでは説明を繰返さない。

図２を参照して、電圧比較部２５は、４つのＦＥＴ５１，５３，５５，５７と、定電流源５８とを含む。ＦＥＴ５５のゲートには、ＦＥＴ１５のドレイン電圧と同じ電圧が印加され、電流Ｉ１が流れる。ＦＥＴ５７にはＦＥＴ２３のドレイン電圧と同じ電圧が印加され、電流Ｉ２が流れる。ＦＥＴ５５とＦＥＴ５７それぞれのソースはショートされ、電流Ｉ０を発生する定電流源５８に接続される。このため、Ｉ０＝Ｉ１＋Ｉ２である。

ＦＥＴ５５のドレインは、電流供給部２７が備えるＦＥＴ６１および電流発生部２９が備えるＦＥＴ７１それぞれのゲートに接続される。また、ＦＥＴ５７のドレインは、電流供給部２７が備えるＦＥＴ６３および電流発生部２９が備えるＦＥＴ７３それぞれのゲートに接続される。

電流供給部２７は、４つのＦＥＴ６１，６３，６５，６７を含む。電圧比較部２５が備えるＦＥＴ５１と電流供給部２７が備えるＦＥＴ６１とでカレントミラー回路が構成される。このため、電圧比較部２５が備えるＦＥＴ５１に流れる電流Ｉ１と同じ電流Ｉ１が、電流供給部２７が備えるＦＥＴ６１に流れる。同様に、電圧比較部２５が備えるＦＥＴ５３と電流供給部２７が備えるＦＥＴ６３とでカレントミラー回路が構成される。このため、電圧比較部２５が備えるＦＥＴ５３に流れる電流Ｉ２と同じ電流Ｉ２が、電流供給部２７が備えるＦＥＴ６３に流れる。さらに、ＦＥＴ６５と、ＦＥＴ６７とでカレントミラー回路が構成される。ＦＥＴ６７には、ＦＥＴ６３と同じ電流Ｉ２が流れるので、ＦＥＴ６５に電流Ｉ２が流れる。このため、ポイントＡにおいては、Ｉ１＝ＩＬ２＋Ｉ２が成立する。

より具体的に説明すると、ＦＥＴ１５に負荷３に流れるのと同じ電流ＩＬ１が流れ、電圧Ｖｆ１が発生しており、ＦＥＴ２３には、初期状態として電流が流れていないものとすると、ＦＥＴ２３に発生する電圧Ｖｆ２は０Ｖであり、ＦＥＴ５７のゲート電圧も０Ｖである。

ＦＥＴ１５のドレインがそのゲートに接続されるＦＥＴ５５にドレイン電流ＩＬ１が流れ、ＦＥＴ５７にドレイン電流Ｉ２が流れる。ＦＥＴ５５のソースとＦＥＴ５７のソースとはショートされ、電流Ｉ０を発生する定電流源５８に接続されるため、Ｉ０＝Ｉ１＋Ｉ２となる。

ＦＥＴ５５のゲート電圧がＦＥＴ５７のゲート電圧よりも大きいと、ＦＥＴ５５のＯＮ抵抗が小さくなるため、ゲート電圧の関係から、Ｉ１＞Ｉ２となる。ＦＥＴ５１とＦＥＴ６１とで構成されるカレントミラー回路によって、ＦＥＴ６１のソース電流はＦＥＴ５１のソース電流Ｉ１と同じになる。ＦＥＴ５３とＦＥＴ６３とで構成されるカレントミラー回路でＦＥＴ６３のソース電流はＦＥＴ５３のソース電流Ｉ２と同じになり、ＦＥＴ６７のソース電流もまたＦＥＴ５３のソース電流Ｉ２と同じになる。

このため、ＦＥＴ６１のソースと、ＦＥＴ６５のドレインと、ＦＥＴ２３のドレインとが接続されるポイントＡでは、Ｉ１＝Ｉ２＋ＩＬ２が成立する。Ｉ１＞Ｉ２なので、その差の電流ＩＬ２がＦＥＴ２３のドレインに流れ、電圧Ｖｆ２が増加する。電圧Ｖｆ２が増加する結果、電圧Ｖｆ２がＦＥＴ１５の電圧Ｖｆ１と等しくなると、ＦＥＴ５５のゲート電圧と、ＦＥＴ５７のゲート電圧とが平衡し、ＦＥＴ２３に流れる電流が電流値ＩＬ２で安定する。

電流発生部２９は、４つのＦＥＴ７１，７３，７５，７７を含む。電圧比較部２５が備えるＦＥＴ５１と電流発生部２９が備えるＦＥＴ７１とでカレントミラー回路が構成される。このため、電圧比較部２５が備えるＦＥＴ５１に流れる電流Ｉ１と同じ電流値の電流Ｉ１が、電流発生部２９が備えるＦＥＴ７１に流れる。同様に、電圧比較部２５が備えるＦＥＴ５３と電流発生部２９が備えるＦＥＴ７３とでカレントミラー回路が構成される。このため、電圧比較部２５が備えるＦＥＴ５３に流れる電流Ｉ２と同じ電流値の電流Ｉ２が、電流発生部２９が備えるＦＥＴ７３に流れる。さらに、ＦＥＴ７５と、ＦＥＴ７７とでカレントミラー回路が構成される。ＦＥＴ７７には、ＦＥＴ７３と同じ電流Ｉ２が流れるので、ＦＥＴ７５に電流Ｉ２が流れる。このため、ポイントＢにおいては、Ｉ１＝ＩＬ２＋Ｉ２が成立する。したがって、電流ＩＬ２が電流／電圧変換部３１の基準抵抗Ｒａｄに流れる。

電流／電圧変換部３１は、二次電池１１と直列に接続された抵抗Ｒ１，Ｒ２およびスイッチＳＷ２と、基準抵抗Ｒａｄおよび基準電圧源８１とを含む。基準抵抗Ｒａｄは、一端が電流発生部２９のポイントＢと接続され、他端が基準電圧源８１と接続される。電流／電圧変換部３１は、二次電池１１の電圧を分圧した電圧Ｖａｄ１をＡ／Ｄ変換器で計測し、制御部２１に出力する。また、電流／電圧変換部３１は、電流発生部２９から供給される電流ＩＬ２を基準抵抗Ｒａｄで変換した電圧Ｖａｄ２をＡ／Ｄ変換器で計測し、制御部２１に出力する。

図３は、二次電池の能力計測処理の流れの一例を示すフローチャートである。能力計測処理は、制御部２１が電池診断プログラムを実行することにより、制御部２１により実行される処理である。図３を参照して、制御部２１は、負荷３が起動されたか否かを判断する（ステップＳ０１）。負荷３が起動されたならば処理をステップＳ０２に進めるが、そうでなければ処理をステップＳ１２に進める。具体的には、携帯電話機１の主電源をＯＮにする操作を受け付けると、負荷が起動されたと判断する。

ステップＳ０２においては、スイッチＳＷ１と、スイッチＳＷ２とをともにＯＮに切り換える。スイッチＳＷ２をＯＮに切り換えることにより、抵抗Ｒ１，Ｒ２に電流が流れる。次のステップＳ０３においては、電流／電圧変換部３１が出力する電圧Ｖａｄ１および基準電圧Ｖｒｅｆを取得する。Ｖａｄ１は、二次電池１１が負荷３に電力を供給しているときの電圧を、抵抗Ｒ１および抵抗Ｒ２で分圧した電圧である。ステップＳ１１においては、ステップＳ１０において取得された電圧Ｖａｄ１と、基準電圧Ｖｒｅｆと、抵抗Ｒ１および抵抗Ｒ２それぞれの抵抗値Ｒ１，Ｒ２とに基づいて、次式（５）を用いて二次電池１１の負荷状態における電圧ＶＬを算出する（ステップＳ０４）。

ＶＬ＝Ｖａｄ１／（Ｒ２／（Ｒ１＋Ｒ２））＋Ｖｒｅｆ … （５）
次のステップＳ０５においては、電流／電圧変換部３１が出力する電圧Ｖａｄ２および基準電圧Ｖｒｅｆを取得する。電圧Ｖａｄ２は、二次電池１１が負荷３に電力を供給しているときに、負荷３に流れる電流ＩＬ１と同じ電流ＩＬ２が基準抵抗Ｒａｄに流れるときの電圧である。具体的には、電圧Ｖａｄ２は、基準抵抗Ｒａｄ、基準電圧Ｖｒｅｆおよび電流ＩＬ２を用いた次式（６）で示される。

Ｖａｄ２＝Ｖｒｅｆ＋Ｒａｄ×ＩＬ２ … （６）
次のステップＳ０６においては、Ａ／Ｄ変換器により計測される電圧Ｖａｄ２と、基準抵抗Ｒａｄの抵抗値Ｒａｄとから電流ＩＬ２を次式（７）を用いて算出する。

ＩＬ２＝（Ｖａｄ２−Ｖｒｅｆ）／Ｒａｄ … （７）
次に、ＥＥＰＲＯＭ２２に記憶された無負荷状態における電圧ＶＯを読出す（ステップＳ０７）。ＥＥＰＲＯＭ２２には、後述するステップＳ１７において、電圧ＶＯが記憶される。ステップＳ１７が実行されるのは、携帯電話機１の主電源をＯＦＦにした後なので、ステップＳ０１が実行される前に、携帯電話機１の主電源がＯＮからＯＦＦに切り換えられた後に、再び携帯電話機１の主電源がＯＮに切り換えられ、そしてステップＳ１７が実行される場合に、ＥＥＰＲＯＭ２２に記憶された電圧ＶＯが読み出されることになる。

そして、読み出された二次電池１１が無負荷状態における電圧ＶＯと、ステップＳ１１において算出された二次電池１１が負荷状態における電圧ＶＬと、ステップＳ０６において算出された電流ＩＬ２とに基づいて、次式（８）を用いて二次電池１１の出力インピーダンスＺを算出する（ステップＳ０８）。

二次電池１１の負荷は、負荷３に加えて、ＦＥＴ２３、電圧比較部２５、電流供給部２７および電流／電圧変換部３１が負荷となる。ＦＥＴ２３、電圧比較部２５、電流供給部２７および電流／電圧変換部３１それぞれには、電流Ｉ０が流れるので、それらに流れる電流の合計は、３×Ｉ０である。負荷３に流れる電流はＩＬ１は電流ＩＬ２と等しいので、二次電池１１の出力インピーダンスＺは次式（８）で表される。
Ｚ＝（ＶＯ−ＶＬ）／（ＩＬ２＋３×Ｉ０） … （８）
なお、Ｉ０は、電池能力計測部２０を設計する段階で定まる値であり、既知の値である。

ステップＳ０９においては、算出された出力インピーダンスをしきい値Ｔと比較する。出力インピーダンスがしきい値Ｔ以上ならば処理をステップＳ１０に進めるが、そうでなければステップＳ１０をスキップして処理をステップＳ１１に進める。ステップＳ１０においては、警告し、処理を終了する。警告の具体例は、二次電池１１の交換をユーザに促すメッセージを、携帯電話機１が備えるＬＣＤに表示する。ステップＳ１１においては、スイッチＳＷ１をＯＦＦに、ＳＷ２をＯＦＦに切り換え、処理をステップＳ１２に進める。

ステップＳ１２においては、負荷３の駆動を停止したか否かを判断する（ステップＳ０１）。負荷３の駆動を停止したならば処理をステップＳ１３に進めるが、そうでなければ処理をステップＳ０１に戻す。具体的には、携帯電話機１の主電源をＯＦＦにする操作を受け付けると、負荷を停止したと判断する。

次に、電源を二次電池１１からバックアップ電源であるコンデンサ３３に切り換える（ステップＳ１３）。したがって、この段階で、二次電池１１は、放電しなくなる。次のステップＳ１４においては、スイッチＳＷ１をＯＦＦにし、ＳＷ２をＯＮに切り換える。これにより、抵抗Ｒ１およびＲ２に電流が流れ、電流／電圧変換部３１が出力する電圧Ｖａｄ１および基準電圧Ｖｒｅｆを取得する（ステップＳ１５）。電圧Ｖａｄ１は、二次電池１１が負荷３に電力を供給していないときの電圧を、抵抗Ｒ１および抵抗Ｒ２で分圧した電圧である。

ステップＳ１６においては、取得された電圧Ｖａｄ１と、基準電圧Ｖｒｅｆと、抵抗Ｒ１および抵抗Ｒ２それぞれの抵抗値Ｒ１，Ｒ２とに基づいて、次式（９）を用いて二次電池１１の無負荷状態における電圧ＶＯを算出する。

ＶＯ＝Ｖａｄ１／（Ｒ２／（Ｒ１＋Ｒ２））＋Ｖｒｅｆ … （９）
そして、算出された電圧ＶＯを、ＥＥＰＲＯＭ２２に記憶する（ステップＳ１７）。次のステップＳ１８においては、スイッチＳＷ２をＯＦＦに切り換え、処理を終了する。

なお、携帯電話機１は、電池パック１０が備える二次電池１１の過充電を防止するための第１スイッチング素子であるＦＥＴ１５と類似する電気特性を有する第２スイッチング素子としてのＦＥＴ２３と、電池能力計測部２０とを備えている。ＦＥＴ２３には、ＦＥＴ１５に流れる電流ＩＬ１と同等の電流ＩＬ２が流れるため、電池能力計測部２０にも３×Ｉ０の電流が流れる。このため、電池能力計測部２０に流れる３×Ｉ０の電流値の電流が、負荷３に流れる負荷電流ＩＬ１に対して無視できない大きさになる。一方、ＦＥＴ１５に比べ、ＦＥＴ２３の面積が１／ｎになると、その順方向電圧が同じ場合、電流が１／ｎ倍になることが知られている。ここで、面積とは、素子のＰＮ接合面積またはＦＥＴの素子サイズを含む。このため、ＦＥＴ２３の面積をＦＥＴ１５のそれの１／ｎにすることにより、ＦＥＴ２３に流れる電流ＩＬ２をＦＥＴ１５に流れる電流ＩＬ１の１／ｎにすることができる。これにより、二次電池１１が負荷電流ＩＬ１を放電中における、二次電池１１の電圧ＶＬと、ＦＥＴ２３に流れる電流ＩＬ２を計測するための消費電力を少なくすることができ、二次電池１１の蓄電容量が減少するのを極力少なくすることができる。

以上説明したように本実施の形態における携帯電話機１は、負荷３に直列接続されたＦＥＴ１５およびそれと特性が類似するＦＥＴ２３それぞれの電位が同じになるようにＦＥＴ２３に電流を供給するとともに、その電流と電流値が同じ電流を発生し、発生された電流の電流地を計測し、二次電池１１の電圧と、計測された電流値とに基づいて、二次電池１１の出力インピーダンスを算出する。このため、負荷３に流れる電流を変更することなく負荷に流れる電流を計測することができる。その結果、負荷３が駆動している間に二次電池１１の出力インピーダンスを計測することができる。また、負荷３に流れる電流を計測する間だけ、スイッチＳＷ１およびＳＷ２を閉じて、ＦＥＴ２３に電流を流せばよいので、消費電力を小さくすることができる。

また、電圧比較部２５、電流供給部２７、電流発生部２９および電流／電圧変換部３１それぞれに流れる電流の電流値と、計測された電流値とを二次電池１１から供給されるすべての電流の電流値とみなして出力インピーダンスを算出するので、二次電池１１の出力インピーダンスを正確に算出することができる。

また、制御部２１は、スイッチＳＷ１およびＳＷ２を、二次電池１１の電圧を計測する間、または、ＦＥＴ２３を流れる電流の電流値を計測する間のみ閉じるので、二次電池１１の蓄電容量が減少するのを極力少なくすることができる。

さらに、制御部２１は、二次電池１１が負荷３に電力を供給している間に、ＦＥＴ２３を流れる電流の電流値を計測するので、負荷３を駆動しながら二次電池１１の出力インピーダンスを算出することができる。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

本実施の形態における携帯電話機の機能の一例を示す機能ブロック図である。 電池能力計測部の詳細な回路構成の一例を示す図である。 二次電池の能力計測処理の流れの一例を示すフローチャートである。

符号の説明

１ 携帯電話機、３ 負荷、１０ 電池パック、１１ 二次電池、２０ 電池能力計測部、２１ 制御部、２２ ＥＥＰＲＯＭ、２５ 電圧比較部、２７ 電流供給部、２９ 電流発生部、３１ 電圧変換部、３３ コンデンサ、５１,５３,５５,５８,６２,６３，６５，６７，７１，７３，７５，７７ ＦＥＴ、５８ 定電流源、８１ 基準電圧源、ＩＣ 保護用、１３ 保護用ＩＣ、Ｒ１，Ｒ２ 抵抗、Ｒａｄ 基準抵抗、ＳＷ１，ＳＷ２ スイッチ。

Claims (5)

1. 二次電池が過充電するのを防止するための第１スイッチング素子と、
   前記第１スイッチング素子と特性が類似する第２スイッチング素子と、
   前記第１スイッチング素子の第１の端子と前記第２スイッチング素子の第１の端子とは、電位が同じになるように接続されており、
   前記第１スイッチング素子の第２の端子と前記第２スイッチング素子の第２の端子それぞれの電位を比較する電圧比較手段と、
   前記第２スイッチング素子の第２の端子の電位が、前記第１スイッチング素子の第２の端子の電位と同じになるように前記第２スイッチング素子の前記第２の端子に電流を供給する電流供給手段と、
   前記電流供給手段が供給する電流と電流値が同じ電流を発生する電流発生手段と、
   前記二次電池の電圧を計測する電圧計測手段と、
   前記電流発生手段により発生された電流の電流値を計測する電流計測手段と、
   前記計測された二次電池の電圧と前記計測された電流値とに基づいて、前記二次電池の出力インピーダンスを算出する出力インピーダンス算出手段と、を備えた電池診断装置。
2. 前記電圧比較手段と、前記電圧比較手段と、前記電流供給手段と、前記電流発生手段とは、前記二次電池から電力の供給を受け、
   前記出力インピーダンス算出手段は、前記電圧比較手段と、前記電流供給手段と、前記電流発生手段それぞれに流れる電流の電流値と、前記計測された電流値とが前記二次電池から供給されるすべての電流の電流値とみなして出力インピーダンスを算出する、請求項１に記載の電池診断装置。
3. 前記電圧比較手段と、前記電圧比較手段と、前記電流供給手段と、前記電流発生手段と前記二次電池との間に設けられ、回路を開閉するためのスイッチ手段をさらに備え、
   前記スイッチ手段は、前記電圧計測手段が二次電池の電圧を計測する間、または、前記電流計測手段が前記電流発生手段により発生された電流の電流値を計測する間のみ回路を閉じる、請求項１または２に記載の電池診断装置。
4. 前記第２スイッチング素子が前記第１スイッチング素子と類似する特性は、前記第２スイッチング素子と前記第１スイッチング素子とに同じ電流値の電流が流れるときに前記第２スイッチング素子に印加される電圧と前記第１スイッチング素子に印加される電圧のとの比は、電流値が変化することによっては変化しない関係である、請求項１〜３のいずれかに記載の電池診断装置。
5. 前記出力インピーダンス算出手段は、前記二次電池が所定の負荷に電力を供給している間に、前記電流計測手段により計測された電流に基づいて、前記二次電池の出力インピーダンスを算出する、請求項１〜４のいずれかに記載の電池診断装置。

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