JP2011191111A - 電池の内部抵抗の測定方法、電池の内部抵抗の測定装置及びその測定装置を含む情報処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 精度良く電池の内部抵抗を把握する。
【解決手段】 電池に流れる電流と、該電池に印加される電圧とを測定し、電池の内部抵抗を求める、電池の内部抵抗の測定方法において、測定された電流と電圧を用いて電流と電圧との遅延時間を求め、求められた遅延時間に基づいて電流と電圧との遅延時間を補正して前記内部抵抗を求める。電池に流れる電流と、該電池に印加される電圧とを測定し、該電池の内部抵抗を求める、電池の内部抵抗の測定装置において、測定された電流と電圧を用いて電流と電圧との遅延時間を求める遅延演算部と、求められた遅延時間に基づいて電流と電圧との遅延時間を補正して前記内部抵抗を求める遅延補正部とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、電池の内部抵抗の測定方法、電池の内部抵抗の測定装置及びその測定装置を含む情報処理装置に係わり、特に、負荷電流Ｉと電池電圧Ｖを測定し、電池の内部抵抗Ｒを測定する電池の内部抵抗の測定方法、電池の内部抵抗の測定装置及び該測定装置を用いた情報処理装置に関する。

携帯電話機、ゲーム機、ノート型パーソナルコンピュータなどの情報処理装置に用いられる電池パックの容量劣化の判定には、電池パックの内部抵抗Ｒを使用できる。

特許文献１では、負荷電流Ｉと電池電圧Ｖを検出し、その間の関係を近似する直線の式を求め、その直線の傾きから電池の内部抵抗Ｒを算出することが示されている。

また、特許文献２では、電池を定電流でパルス放電させ、放電前及び放電中の電池電圧Ｖ_Ｏ、Ｖ_Ｃを検出し、その時の放電電流量Ｉ_Ｏ、Ｉ_Ｃを、Ｒ_Ｂ＝（Ｖ_Ｏ−Ｖ_Ｃ）／（Ｉ_Ｏ−Ｉ_Ｃ）に代入して、内部抵抗Ｒ_Ｂを算出することが記載されている。

さらに、特許文献３では、電池の内部抵抗を電流遮断時の電圧応答波形の近似波形から求めることが記載されている。

特開２０００−３２３１８３号公報 特開２０００−１２１７１０号公報（段落００１２−００１３） 特開２００８−０３２６８３号公報（段落００３２−００４１）

電池はキャパシタ成分を有する。そして、パルス負荷電流Ｉが流れた際は、このキャパシタ成分により電池電圧Ｖの変化に遅延時間が生じる。

単純に流れている負荷電流Ｉと電池電圧Ｖを測定し、電池の内部抵抗Ｒを計算すると、遅延時間により誤差が発生する。そして、パルス負荷電流Ｉの周波数が高速である時に、この誤差は顕著に現れる。

したがって、電池の容量劣化を内部抵抗Ｒで判定しようとすると、上記誤差に対する配慮が必要となる。

しかし、特許文献１では、パルス負荷電流Ｉによる、電池電圧Ｖの変化の遅延時間については考慮されておらず、誤差が発生する場合がある。特許文献２、３の技術でも同様な課題がある。

特に、携帯電話機の様に、高速のパルス負荷で使用される場合には、電池のキャパシタ成分により電圧と電流に遅延が顕著に生じる。それにより、測定した電圧と電流でそのまま計算した内部抵抗Ｒには誤差が生じる。

本発明の典型的な目的は 精度良く電池の内部抵抗を把握できる電池の内部抵抗の測定方法、電池の内部抵抗の測定装置及び該測定装置を含む情報処理装置を提供することにある。

本発明に係わる典型的な電池の内部抵抗の測定方法は、電池に流れる電流と、該電池に印加される電圧とを測定し、該電池の内部抵抗を求める、電池の内部抵抗の測定方法において、
測定された電流と電圧を用いて電流と電圧との遅延時間を求め、求められた遅延時間に基づいて電流と電圧との遅延時間を補正して前記内部抵抗を求めることを特徴とする。

また本発明に係わる典型的な電池の内部抵抗の測定装置は、電池に流れる電流と、該電池に印加される電圧とを測定し、該電池の内部抵抗を求める、電池の内部抵抗の測定装置において、
測定された電流と電圧を用いて電流と電圧との遅延時間を求める遅延演算部と、
求められた遅延時間に基づいて電流と電圧との遅延時間を補正して前記内部抵抗を求める遅延補正部とを備えたことを特徴とする。

本発明によれば、電池のキャパシタ成分による電圧、電流の遅延を見積り、補正しているので、精度の高い電池内部抵抗Ｒが測定できる。

本発明の典型的な一実施形態としての電池の内部抵抗の測定装置の構成を示すブロック図である。 図１の測定装置を含む携帯電話機の主要な構成を示すブロック図である。 図１の電池パック抵抗の測定方法の動作を示すフローチャートである。

以下、本発明の典型的な実施の形態について図面を用いて詳細に説明する。

図１は本発明の典型的な一実施形態としての電池の内部抵抗の測定装置の構成を示すブロック図である。図２は図１の測定装置を含む携帯電話機の主要な構成を示すブロック図である。

図１に示すように、本実施形態の電池の内部抵抗の測定装置は、遅延補正ユニット１１、電流センサ１７、電圧センサ１８、ＣＰＵ１９を備えている。
図２におけるＣＰＵ１９と抵抗測定部２６は図１の測定装置を構成する。図２の抵抗測定部２６は図１の遅延補正ユニット１１、電流センサ１７、電圧センサ１８から構成される。

図１の測定装置は図２に示す携帯電話機に内蔵されており、ＣＰＵ１９は図２の抵抗測定部２６の制御の他に、記憶部２１、音声処理部２２、操作部２３、送受信部２４及び表示部２５の制御も行う。

図１に示すように、遅延補正ユニット１１は、電流センサ１７、電圧センサ１８、ＣＰＵ１９と接続される。遅延補正ユニット１１は電池パック１６のキャパシタ成分による電圧と電流の遅延時間を測定、演算し、そして電圧と電流の測定タイミングを調整する。

電池パック１６は携帯電話機を駆動する電力を供給する。電流センサ１７は電池パック１６、及び端末に流れた電流値を積算測定する。電圧センサ１８は電池パック１６にかかる電圧値を測定する。電流センサ１７と電圧センサ１８は、ＡＤコンバータ等で構成することができ、アナログ信号をデジタル化して、電流、電圧を測定する。

ＣＰＵ１９は、電池パック１６の充電、その他機能を含めた動作を制御する。ＣＰＵ１９は、遅延補正ユニット１から制御信号を受けることで、所定の測定パルス負荷を発生する。

以下、遅延補正ユニットの構成について説明する。

遅延補正ユニット１１は遅延演算部１２と遅延補正部１３、タイマー１４、メモリ部１５を備えている。遅延演算部１２と遅延補正部１３は、専用ＩＣ等で構成することができるが、プログラムで実行することもできる。

遅延演算部１２は、電圧と電流の遅延時間を測定する為の測定パルス負荷を出すことを、端末ＣＰＵ１９へ指示する。遅延演算部１２は、電圧センサ１８、電流センサ７から測定パルス負荷の電圧、電流データを受ける。そして、この電圧、電流データを用いて、電池パック１６のキャパシタ成分による電圧と電流の変化遅延時間を演算する。

また、遅延演算部１２は、メモリ部１５に保管される過去のデータ、近似式を元に、計算した遅延時間が妥当な値かどうかを判定する。近似式は、例えば、最小二乗法を用いることができる。遅延演算部１２は、妥当と判断した計算データと過去データより、近似式を演算する。遅延演算部１２は、計算データと近似式を、タイマー１４の情報と共にメモリ部１５へ保存する。

遅延補正部１３は、電池の内部抵抗Ｒを測定するにあたり、電流センサ１７と電圧センサ１８の電流、電圧の測定タイミングを制御する。

電池の内部抵抗Ｒを算出するタイミングにおいて、遅延補正部１３は、メモリ部１５より、近似式を読み出しする。遅延補正部１３は、読み出しした近似式より読み出したデータより、電流センサ１７と電圧センサ１８の測定タイミングを制御する。

タイマー１４は各種アクションのタイミングを測定する。メモリ部１５は過去のデータと近似式を保存する。

図１のタイマー１４、メモリ部１５、電池パック１６は、当業者にとってよく知られているので、その詳細な構成は省略する。

次に図２を用いて、携帯電話機の主要な構成について説明する。かかる構成にカメラ部などの他の構成を加えても良い。

図２に示すように、本実施の形態にかかる携帯電話機は、記憶部２１、ＣＰＵ１９、音声処理部２２、操作部２３、送受信部２４、表示部２５、電池パック１６、抵抗測定部２６を備えている。

記憶部３１１は、ＲＯＭ（Read Only Memory）とＲＡＭ（Random Access Memory）とを備えている。ＲＯＭには携帯電話機の動作を実現するプログラムが記憶され、ＲＡＭには送受信部２４で受信したデータ、送信するデータ、及びＣＰＵ１９の演算処理に必要なデータが記憶される。

ＣＰＵ（Central Processing Unit）１９は、ＲＯＭに記憶されているプログラムに従って各種の処理を実行する。ＲＯＭに図３に示す処理を記述したプログラムを記憶し、電池の内部抵抗の測定を実行してもよい。この場合、遅延演算部１２、遅延補正部１３はソフトウェアで実行される。

音声処理部２２は、送受信部２４から入力された信号を音声信号に変換し、スピーカから出力し、マイクから入力された音声信号を送信信号に変換し、送受信部２４から出力する。

操作部２３は、数字キー等からなる。各キーを押下することで、電話番号を入力したり、電子メールを送信する等のキーに割り当てられた機能を実行する。
送受信部２４はアンテナを介して信号を送受信する。表示部２５は電子メールの送信、電池パック１６の容量劣化状態等を表示する。

抵抗測定部２６は図１の遅延補正ユニット１１、電流センサ１７、電圧センサ１８から構成される。抵抗測定部２６とＣＰＵ１９とによって、電池パックの内部抵抗を測定する。

次に、本実施形態の測定装置の動作について説明する。

図３に示すように、携帯電話機の電源がＯＮになる（ステップＳ３１）と、遅延補正ユニット１１がＯＮとなる（ステップＳ３２）。

遅延補正ユニット１１がＯＮになると、遅延演算部１２はＣＰＵ１９へ、測定パルス負荷を出す様に指示する（ステップＳ３３）。

指示を受けたＣＰＵ１９は、所定の測定パルス負荷を発生する（ステップＳ３４）。測定パルス負荷は、端末の通常駆動時の負荷電流と誤認識しない様に、あらかじめ測定用と判別でき、ノイズが乗っていないか判別できるものをあらかじめ決めておく。

測定パルス負荷が発生すると、電流センサ１７と電圧センサ１８にて、それぞれ電流と電圧を測定する（ステップＳ３５）。次に、電流と電圧の測定結果から、遅延演算部１２にて遅延時間の計算を行う（ステップＳ３６）。条件によっては、ＡＤコンバータのサンプリング周波数と測定時間により、遅延時間がリニアには測定できない場合がある。その場合には、ＡＤコンバータの積分値差分と、サンプリング周波数により、遅延時間を計算することができる。

計算した遅延時間が問題ないかの確認（妥当性の確認）を、遅延演算部１２にて行う（ステップＳ３７）。メモリ１５より、過去のデータ及び、近似式を読出して、異常な値で無いか確認をする。異常な値と判断された場合、所定の回数をステップＳ３３から再度行う。ループの回数は、使用される機器の条件に合わせて決めることができる。最初データに関しては、過去データが無い為、数回のアベレージングを取るなどで対処する。

妥当と判断された場合、新たに近似式を演算し、計算データと共にメモリ１５へ再度保存する（ステップＳ３８）。

次に、内部抵抗Ｒの測定タイミングが来たかどうか判断する（ステップＳ３９）。測定タイミングは、ユーザーが任意に設けることも出来るし、事前にタイマー等で所定のタイミングを設けても良い。

測定タイミングで無い場合、遅延時間測定タイマーのタイミングかどうか確認を行う（ステップＳ４３）。ステップＳ４３で、遅延時間測定タイマーのタイミングである場合は、ステップＳ３３に再度戻る。遅延時間測定タイマーのタイミングでない場合は、ステップＳ３９に戻る。こうして、内部抵抗Ｒの測定タイミングか、遅延時間測定タイマーのタイミングが来るまで、ステップＳ３９、ステップＳ４３の動作が繰り返される。

ステップＳ３９において、内部抵抗Ｒの測定タイミングと判定された場合、遅延補正部１３がメモリ部１５より近似式と計算データを読出し、所定のタイミングに電流センサ１７と電圧センサ１８の測定タイミングを調整する（ステップＳ４０）。

次に、抵抗測定が完了したか判定する（ステップＳ４１）。抵抗測定が完了しない場合にはステップＳ４０に戻る。そして、抵抗測定が完了するまで、ステップＳ４０、４１が繰り返される。

抵抗測定が完了した後は、電源がオフしたか否かを判断し（ステップＳ４２）、オフの場合は終了する。電源がオフしていない場合には、ステップＳ４３に移行する。

このようにして、本実施形態では、電流と電圧の遅延時間を測定、演算し、電池の内部抵抗Ｒを測定する際に、電流と電圧の測定タイミングを補正しているので、精度の高い電池の内部抵抗測定ができる。

本実施形態では、測定パルス負荷は、ＣＰＵ１９で制御を行っているが、遅延補正部１３内に負荷発生機能を盛り込んでも良い。

以上説明した、図１に示した本実施形態の測定装置は図２に示したような電池パックを備えた携帯電話機の他、ゲーム機、デジタルカメラ、ビデオカメラ、パーソナルコンピュータ等の情報処理装置に内蔵して用いることができる。しかし、図１に示した本実施形態の測定装置は、情報処理装置に内蔵させず、情報処理装置とは別な装置としてもよい。

以上、本発明の代表的な実施形態について説明したが、本発明は、本願の請求の範囲によって規定される、その精神または主要な特徴から逸脱することなく、他の種々の形で実施することができる。そのため、前述した実施形態は単なる例示にすぎず、限定的に解釈されるべきではない。本発明の範囲は特許請求の範囲によって示すものであって、明細書や要約書の記載には拘束されない。さらに、特許請求の範囲の均等範囲に属する変形や変更はすべて本発明の範囲内のものである。

上記の実施形態の一部又は全部は、以下の付記のようにも記載されうるが、以下の構成には限られない。

（付記１） 電池に流れる電流と、該電池に印加される電圧とを測定し、該電池の内部抵抗を求める、電池の内部抵抗の測定方法において、
測定された電流と電圧を用いて電流と電圧との遅延時間を求め、求められた遅延時間に基づいて電流と電圧との遅延時間を補正して前記内部抵抗を求めることを特徴とする電池の内部抵抗の測定方法。

（付記２） 付記１に記載の電池の内部抵抗の測定方法において、求められた前記遅延時間に基づいて、電流と電圧の測定タイミングを調整することで前記遅延時間の補正を行うことを特徴とする電池の内部抵抗の測定方法。

（付記３） 付記１に記載の電池の内部抵抗の測定方法において、測定した前記電流と前記電圧の積算量と測定時間から、前記遅延時間を求めることを特徴とする電池の内部抵抗の測定方法。

（付記４） 付記１に記載の電池の内部抵抗の測定方法において、求めた前記遅延時間が妥当かどうかを、過去のデータ、及び近似式に基づいて判断することを特徴とする電池の内部抵抗の測定方法。

（付記５） 電池に流れる電流と、該電池に印加される電圧とを測定し、該電池の内部抵抗を求める、電池の内部抵抗の測定装置において、
測定された電流と電圧を用いて電流と電圧との遅延時間を求める遅延演算部と、
求められた遅延時間に基づいて電流と電圧との遅延時間を補正して前記内部抵抗を求める遅延補正部とを備えたことを特徴とする電池の内部抵抗の測定装置。

（付記６） 付記５に記載の電池の内部抵抗の測定装置において、前記遅延補正部は、求められた前記遅延時間に基づいて、電流と電圧の測定タイミングを調整することで前記遅延時間の補正を行うことを特徴とする電池の内部抵抗の測定装置。

（付記７） 付記５に記載の電池の内部抵抗の測定装置において、前記遅延演算部は、測定した前記電流と前記電圧の積算量と測定時間から、前記遅延時間を求めることを特徴とする電池の内部抵抗の測定装置。

（付記８） 付記５に記載の電池の内部抵抗の測定装置において、前記遅延演算部は、求めた前記遅延時間が妥当かどうかを、過去のデータ、及び近似式に基づいて判断することを特徴とする電池の内部抵抗の測定装置。

（付記９） 電池と、該電池の内部抵抗を測定する、付記５から８のいずれか１項に記載の測定装置と、を備えた情報処理装置。

１１ 遅延補正ユニット
１２ 遅延演算部
１３ 遅延補正部
１４ タイマー
１５ メモリ部
１６ 電池パック
１７ 電流センサ
１８ 電圧センサ
１９ ＣＰＵ

Claims (9)

1. 電池に流れる電流と、該電池に印加される電圧とを測定し、該電池の内部抵抗を求める、電池の内部抵抗の測定方法において、
   測定された電流と電圧を用いて電流と電圧との遅延時間を求め、求められた遅延時間に基づいて電流と電圧との遅延時間を補正して前記内部抵抗を求めることを特徴とする電池の内部抵抗の測定方法。
2. 請求項１に記載の電池の内部抵抗の測定方法において、求められた前記遅延時間に基づいて、電流と電圧の測定タイミングを調整することで前記遅延時間の補正を行うことを特徴とする電池の内部抵抗の測定方法。
3. 請求項１に記載の電池の内部抵抗の測定方法において、測定した前記電流と前記電圧の積算量と測定時間から、前記遅延時間を求めることを特徴とする電池の内部抵抗の測定方法。
4. 請求項１に記載の電池の内部抵抗の測定方法において、求めた前記遅延時間が妥当かどうかを、過去のデータ、及び近似式に基づいて判断することを特徴とする電池の内部抵抗の測定方法。
5. 電池に流れる電流と、該電池に印加される電圧とを測定し、該電池の内部抵抗を求める、電池の内部抵抗の測定装置において、
   測定された電流と電圧を用いて電流と電圧との遅延時間を求める遅延演算部と、
   求められた遅延時間に基づいて電流と電圧との遅延時間を補正して前記内部抵抗を求める遅延補正部とを備えたことを特徴とする電池の内部抵抗の測定装置。
6. 請求項５に記載の電池の内部抵抗の測定装置において、前記遅延補正部は、求められた前記遅延時間に基づいて、電流と電圧の測定タイミングを調整することで前記遅延時間の補正を行うことを特徴とする電池の内部抵抗の測定装置。
7. 請求項５に記載の電池の内部抵抗の測定装置において、前記遅延演算部は、測定した前記電流と前記電圧の積算量と測定時間から、前記遅延時間を求めることを特徴とする電池の内部抵抗の測定装置。
8. 請求項５に記載の電池の内部抵抗の測定装置において、前記遅延演算部は、求めた前記遅延時間が妥当かどうかを、過去のデータ、及び近似式に基づいて判断することを特徴とする電池の内部抵抗の測定装置。
9. 電池と、該電池の内部抵抗を測定する、請求項５から８のいずれか１項に記載の測定装置と、を備えた情報処理装置。

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