JP2013026010A

JP2013026010A - 電気機器

Info

Publication number: JP2013026010A
Application number: JP2011159417A
Authority: JP
Inventors: Tsukasa Takahashi; 司高橋
Original assignee: Sony Computer Entertainment Inc
Current assignee: Sony Interactive Entertainment Inc
Priority date: 2011-07-20
Filing date: 2011-07-20
Publication date: 2013-02-04
Also published as: WO2013011929A1

Abstract

【課題】サーミスタの一端と二次電池の一端とを共通の外部接続端子に接続する場合に、サーミスタの抵抗値を精度よく測定することのできる電気機器を提供する。
【解決手段】電池モジュール１０と計測回路２０とを備える電気機器１であって、電池モジュール１０は、二次電池１１と、サーミスタ１２と、サーミスタ１２及び二次電池１１双方の一端と接続される基準端子Ｔ１３と、サーミスタ１２の他端と接続されるサーミスタ接続端子Ｔ１２とを備え、計測回路２０は、基準端子Ｔ１３に接続される第１端子Ｔ２１と、サーミスタ接続端子Ｔ１２に接続される第２端子Ｔ２２とを備え、二次電池１１に流れる電流を計測し、第１端子Ｔ２１と第２端子Ｔ２２との間の電圧を測定し、当該電圧に対して計測した電流を用いた補正を行ってサーミスタ１２の抵抗値を算出し、算出した抵抗値を用いて電池モジュール１０の温度を計測する。
【選択図】図１

Description

本発明は、二次電池が供給する電力により動作する電気機器に関する。

二次電池を内蔵した電池モジュールを接続して、この二次電池が供給する電力により動作する電気機器がある。このような電気機器においては、二次電池の電池残量を精度よく検出するなどの目的で、電池モジュール内の温度を計測する機能を備えることがある。具体的には、電池モジュールがサーミスタを内蔵し、電気機器本体はこのサーミスタの抵抗値を測定する計測回路を備える。サーミスタの抵抗値は温度によって変化するため、計測回路は、サーミスタの抵抗値を測定することによって、電池モジュール内の温度を計測することができる。

電池モジュールの外部接続端子を減らすために、サーミスタの一端と二次電池の一端とを共通の外部接続端子に接続する場合がある。しかしながら、このような構成を採用すると、二次電池に流れる電流の影響によって、サーミスタの一端と計測回路との間で電位差が生じ、計測回路がサーミスタの抵抗値を精度よく測定できなくなってしまうおそれがある。

本発明は上記課題を考慮してなされたものであって、その目的の一つは、サーミスタの一端と二次電池の一端とを共通の外部接続端子に接続する場合に、サーミスタの抵抗値を精度よく測定することのできる電気機器を提供することにある。

本発明に係る電気機器は、電池モジュールと計測回路とを備える電気機器であって、前記電池モジュールは、二次電池と、サーミスタと、前記サーミスタの一端、及び前記二次電池の一端の双方と接続される基準端子と、前記サーミスタの他端と接続されるサーミスタ接続端子と、を備え、前記計測回路は、前記基準端子に接続される第１端子と、前記サーミスタ接続端子に接続される第２端子と、前記二次電池に流れる電流を計測する電流計測手段と、前記第１端子と前記第２端子との間の電圧を測定することによって、前記サーミスタの抵抗値を算出し、当該算出した抵抗値を用いて前記電池モジュールの温度を計測する温度計測手段と、を備え、前記温度計測手段は、前記第１端子と前記第２端子との間の電圧に対して、前記計測した電流を用いた補正を行って、前記サーミスタの抵抗値を算出することを特徴とする。

前記電気機器において、前記計測回路は第３端子を備え、前記第１端子と前記第３端子との間には抵抗器が接続され、前記電流計測手段は、前記抵抗器の両端間の電圧を測定することによって、前記二次電池に流れる電流を計測することとしてもよい。

また、前記電気機器において、前記計測回路は、前記二次電池の電池残量を検出する機能を備える電池残量検出回路であることとしてもよい。

本発明の実施の形態に係る電気機器の回路構成図である。電池残量検出回路が実現する機能を示す機能ブロック図である。

以下、本発明の実施形態について、図面に基づき詳細に説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係る電気機器１の回路構成図である。同図に示すように、電気機器１は、バッテリパック（電池モジュール）１０と、電池残量検出回路（計測回路）２０と、第１抵抗器２１と、第２抵抗器２２と、充電制御回路３０と、を含んで構成される。電気機器１は、例えば携帯型ゲーム機や携帯電話、ノート型パーソナルコンピュータなど、バッテリパック１０に含まれる二次電池１１を電力供給源として動作する各種の機器であってよい。

バッテリパック１０は、二次電池１１と、サーミスタ１２と、保護回路１３と、を含んで構成されている。また、バッテリパック１０は、外部との接続端子として、電源端子Ｔ１１、サーミスタ接続端子Ｔ１２、及び基準端子Ｔ１３の３つの端子を備えており、これらの接続端子を介して電気機器１本体内の回路基板と接続される。

二次電池１１は、リチウムイオン電池等の充電可能な電池であって、電気機器１の外部から供給される電力によって充電され、充電によって蓄積した電力を電気機器１内の負荷（不図示）に供給する。

サーミスタ１２は、周囲の温度変化に応じて抵抗値が変化する回路素子である。後述する電池残量検出回路２０は、このサーミスタ１２の抵抗値Ｒｔを測定することによって、バッテリパック１０の温度を計測することができる。

保護回路１３は、スイッチ素子として機能するトランジスタＱ１及びＱ２と、各種の条件に応じてこれらのトランジスタのオン／オフを制御する保護ＩＣ１３ａと、を含んで構成される。保護回路１３は、必要に応じて二次電池１１を他の回路から切り離すなどして、二次電池１１を保護する。

電源端子Ｔ１１は、二次電池１１の正極に接続されている。また、基準端子Ｔ１３は、保護回路１３を介して二次電池１１の負極に接続されている。さらに、サーミスタ１２の一端は基準端子Ｔ１３に、他端はサーミスタ接続端子Ｔ１２に、それぞれ接続されている。つまり、バッテリパック１０の内部で、二次電池１１の一端とサーミスタ１２の一端とが保護回路１３を介して互いに接続されている。このようにサーミスタ１２の一端と二次電池１１の一端とを共通の接続端子（ここでは基準端子Ｔ１３）に接続することによって、二次電池１１の両端、及びサーミスタ１２の両端を全て他の端子と独立に外部と接続する場合と比較して、バッテリパック１０が備えるべき外部接続用の端子の数を減らすことができる。なお、以下ではサーミスタ１２の基準端子Ｔ１３側の電位を、サーミスタ１２の基準電位Ｖｏ１（＝０Ｖ）とする。

電池残量検出回路２０は、集積回路等であって、二次電池１１の電池残量を検出する。電池残量検出回路２０は、外部との接続端子として、第１端子Ｔ２１、第２端子Ｔ２２、第３端子Ｔ２３、第４端子Ｔ２４及び第５端子Ｔ２５の５個の端子を備えている。第１端子Ｔ２１はグランド端子であって、その電位が電池残量検出回路２０の基準電位Ｖｏ２となる。第１端子Ｔ２１はバッテリパック１０の基準端子Ｔ１３と接続されている。また、第２端子Ｔ２２はサーミスタ接続端子Ｔ１２と接続されており、第５端子Ｔ２５は電源端子Ｔ１１と接続されている。さらに、第１端子Ｔ２１と第３端子Ｔ２３との間には第１抵抗器２１が接続されており、第２端子Ｔ２２と第４端子Ｔ２４との間には第２抵抗器２２が接続されている。なお、本実施形態において電池残量検出回路２０が実現する機能については、後述する。

充電制御回路３０は、集積回路等であって、電気機器１外部の電力供給源から供給される電力によって二次電池１１を充電する際に、その充電電圧及び充電電流を制御する。図１には示されていないが、充電制御回路３０には、さらに電気機器１の機能を実現するための負荷、及び電力供給源との接続端子が接続される。

以下、電池残量検出回路２０が実現する機能について、説明する。電池残量検出回路２０は、第４端子Ｔ２４から一定電圧を出力する。第４端子Ｔ２４が出力する電圧は、基準電位Ｖｏ２に対してＶｃだけ高い電圧であるものとする。また、以下では、第２端子Ｔ２２、及び第３端子Ｔ２３それぞれの基準電位Ｖｏ２を基準とした電圧値をＶ２及びＶ３と表記する。

電池残量検出回路２０は、機能的に、図２に示すように、電流計測部２０ａと、温度計測部２０ｂと、電池残量算出部２０ｃと、を含んでいる。

電流計測部２０ａは、第１抵抗器２１の両端間の電圧Ｖｒ１を測定することによって、二次電池１１に流れる電流の電流値Ｉ１を計測する。第１抵抗器２１の両端間の電圧は、基準電位Ｖｏ２に対する第３端子Ｔ２３の電圧値Ｖ３に一致する。そのため電流計測部２０ａは、第３端子Ｔ２３の電圧をＡ／Ｄ変換することによって、第１抵抗器２１の両端間の電圧Ｖｒ１（＝Ｖ３）を測定する。

さらに電流計測部２０ａは、測定された第１抵抗器２１の電圧Ｖｒ１と第１抵抗器２１の抵抗値Ｒ１とを用いて、第１抵抗器２１を流れる電流（すなわち、二次電池１１に流れる電流）の電流値Ｉ１を算出する。電流値Ｉ１は、以下の計算式により算出される。
Ｉ１＝Ｖｒ１／Ｒ１
なお、第１抵抗器２１の抵抗値Ｒ１は、予め電池残量検出回路２０内に記憶されている。

温度計測部２０ｂは、サーミスタ１２の抵抗値Ｒｔを測定することによって、バッテリパック１０内の温度を計測する。具体的に、もし仮に電池残量検出回路２０の基準電位Ｖｏ２とサーミスタ１２の基準電位Ｖｏ１とが一致すると仮定した場合、第４端子Ｔ２４から出力される定電圧Ｖｃは、第２抵抗器２２及びサーミスタ１２によって分圧されるので、第２端子Ｔ２２の電圧値Ｖ２は、第２抵抗器２２の抵抗値Ｒ２を用いて、
Ｖ２＝（Ｒｔ／（Ｒ２＋Ｒｔ））・Ｖｃ・・・（１）
と表される。そのため温度計測部２０ｂは、第２端子Ｔ２２の電圧をＡ／Ｄ変換することによって、電圧値Ｖ２を取得し、取得した電圧値Ｖ２と既知の抵抗値Ｒ２及び定電圧Ｖｃとを用いて上記式（１）によりその時点での抵抗値Ｒｔを算出できる。抵抗値Ｒｔが分かれば、サーミスタ１２の抵抗値Ｒｔの温度依存性に関する情報を用いてバッテリパック１０内の温度を知ることができる。

しかしながら、実際には、充放電によって二次電池１１に比較的大きな電流Ｉ１が流れるので、第１端子Ｔ２１とバッテリパック１０の基準電位点との間のインピーダンスによって、基準電位Ｖｏ２と基準電位Ｖｏ１との間には電位差が生じる。そのため、上述の式（１）を使用するだけでは精度よくサーミスタ１２の抵抗値Ｒｔを算出することができない。そこで本実施形態において温度計測部２０ｂは、電流計測部２０ａが計測した電流Ｉ１の情報を用いて、基準電位Ｖｏ１と基準電位Ｖｏ２との間の電位差を吸収する補正を行う。

具体的に、第１端子Ｔ２１とバッテリパック１０の基準電位点との間の抵抗の大きさをＲ３とする。この抵抗Ｒ３は、回路パターンのインピーダンスやバッテリパック１０の基準端子Ｔ１３における接触抵抗等によって生じるものであって、電気機器１の回路設計時に予めその値を特定することができる。基準電位Ｖｏ２は、基準電位Ｖｏ１を０として
Ｖｏ２＝Ｒ３・Ｉ１
と算出される。ただし、ここでは二次電池１１の負極に向かって流れる向き（すなわち、二次電池１１が放電する際の電流の向き）を電流Ｉ１の正方向としている。放電時には電流Ｉ１が正の値となるので、基準電位Ｖｏ２は基準電位Ｖｏ１より高くなる。充電時には逆に電流Ｉ１が負の値となるので、基準電位Ｖｏ２は基準電位Ｖｏ１より低くなる。このように、基準電位Ｖｏ２は、充電時と放電時とで正負が逆になるので、充電時と放電時とで比較的大きな差が生じることになる。そのため、この基準電位Ｖｏ２と基準電位Ｖｏ１との間の差異を補正しない場合には、充電時と放電時とで温度が大きく変化するように見えてしまう。

電圧Ｖｃ及びＶ２は、いずれも基準電位Ｖｏ２を基準とした電圧なので、基準電位Ｖｏ２と基準電位Ｖｏ１との差が無視できない場合、温度計測部２０ｂは、式（１）におけるＶｃ及びＶ２のそれぞれを（Ｖｃ＋Ｖｏ２）及び（Ｖ２＋Ｖｏ２）に置換した下記の式（２）を用いて、抵抗値Ｒｔを算出する。
Ｖ２＋Ｖｏ２＝（Ｒｔ／（Ｒ２＋Ｒｔ））（Ｖｃ＋Ｖｏ２）・・・（２）
これにより、温度計測部２０ｂは、電流Ｉ１を用いて精度よく抵抗値Ｒｔを算出することができる。

なお、電流計測部２０ａは、一定時間おきに電流Ｉ１を計測している。また、温度計測部２０ｂも、一定時間おきに温度の計測を行う。そこで、電流計測部２０ａは、最後に計測された電流Ｉ１の値を電池残量検出回路２０内に記憶しておき、温度計測部２０ｂは、この記憶された電流Ｉ１の値（すなわち、直近の過去に計測された電流Ｉ１の値）を用いて、温度の計測を行うこととする。

電池残量算出部２０ｃは、二次電池１１の電池電圧等の情報を用いて二次電池１１のその時点での電池残量を算出する。このとき電池残量算出部２０ｃは、温度計測部２０ｂによって計測されたバッテリパック１０内の温度の情報を用いて、算出された電池残量の値を補正する。これにより、電池残量検出回路２０は、精度よく二次電池１１の電池残量を検出することができる。

以上説明した本実施形態に係る電気機器１によれば、サーミスタ１２の基準電位Ｖｏ１と二次電池１１の基準電位が共通になっているので、それぞれを独立に外部と接続する場合と比較して、バッテリパック１０が備える外部接続端子の数を少なくすることができる。一方で、このような構成を採用すると、二次電池１１に流れる電流と回路パターン等に起因するインピーダンスによって、電池残量検出回路２０の基準電位Ｖｏ２とサーミスタ１２の基準電位Ｖｏ１との間に電位差が生じる。しかしながら、本実施形態では、電池残量検出回路２０が備える電流計測機能によって計測された電流Ｉ１を用いて、この電位差を算出し、この算出された電位差の情報を用いて温度計測の際に測定する電圧Ｖ２を補正する。そのため、精度よく温度の計測を行うことができる。

１電気機器、１０バッテリパック、１１二次電池、１２サーミスタ、２０電池残量検出回路、２０ａ電流計測部、２０ｂ温度計測部、２０ｃ電池残量算出部。

Claims

電池モジュールと計測回路とを備える電気機器であって、
前記電池モジュールは、
二次電池と、
サーミスタと、
前記サーミスタの一端、及び前記二次電池の一端の双方と接続される基準端子と、
前記サーミスタの他端と接続されるサーミスタ接続端子と、
を備え、
前記計測回路は、
前記基準端子に接続される第１端子と、
前記サーミスタ接続端子に接続される第２端子と、
前記二次電池に流れる電流を計測する電流計測手段と、
前記第１端子と前記第２端子との間の電圧を測定することによって、前記サーミスタの抵抗値を算出し、当該算出した抵抗値を用いて前記電池モジュールの温度を計測する温度計測手段と、
を備え、
前記温度計測手段は、前記第１端子と前記第２端子との間の電圧に対して、前記計測した電流を用いた補正を行って、前記サーミスタの抵抗値を算出する
ことを特徴とする電気機器。
請求項１に記載の電気機器において、
前記計測回路は第３端子を備え、
前記第１端子と前記第３端子との間には抵抗器が接続され、
前記電流計測手段は、前記抵抗器の両端間の電圧を測定することによって、前記二次電池に流れる電流を計測する
ことを特徴とする電気機器。
請求項１又は２に記載の電気機器において、
前記計測回路は、前記二次電池の電池残量を検出する機能を備える電池残量検出回路である
ことを特徴とする電気機器。