JP2015111071A - 電池劣化判定装置、電池劣化判定方法および電池劣化判定プログラム - Google Patents
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Abstract
Description
充電可能な電池には寿命があり、何度も充電、放電を繰り返すことによって、徐々に充電および放電が可能な容量が減少していく。充電可能な電池の容量が減少すると、充電を行っても放電可能な時間が短くなる。通常、充電可能な電池は、放電可能な時間がある程度まで短くなると電池の寿命に達したと判断されて、新しい充電可能な電池と交換される。
本実施形態では、スマートフォンなどの携帯機器である端末装置(負荷発生装置の一例)に電池劣化判定装置を搭載する場合を説明する。
図1は、本発明の一実施形態に係る電池劣化判定装置5を含む端末装置1の概略的な構成を示すブロック図である。
端末装置1は、電池部11と、電池劣化判定装置5を備える。なお、端末装置1は、図1に示す機能部以外にも、通常の携帯機器が備えるCPU(Central Processing Unit)、メモリ、タッチパネル等の操作キー、ディスプレイ画面などの機能部を備えるが、図示や詳しい説明を省略する。
電池劣化判定装置5は、消費電流量パターン管理部21と、実電圧測定部22と、端末リソース監視部23と、消費電流量推定部24と、理想電圧推定部25と、劣化度合い要求受け付け部26と、電池劣化度合い判定部27と、劣化度合い表示部28を備える。
消費電流量パターン管理部21は、端末装置1における消費電流量のパターンの情報をファイルなどとしてメモリに記憶して管理する。消費電流量のパターンの情報は、例えば、あらかじめ消費電流量パターン管理部21のメモリに記憶される。
消費電流量のパターンとしては、動作の種類とその動作によって消費される電流量(消費電流量)との対応が用いられる。動作の種類としては、例えば、ユーザによる操作に応じて行われる様々な動作の種類が用いられてもよく、具体的には、CPUにより行われる演算の処理の動作、通信の処理の動作、メモリの処理の動作、インタフェースの処理の動作、GPS(Global Positioning System)の処理の動作、Wi−Fi(登録商標)(Wireless Fidelity)の処理の動作などが用いられる。CPUにより行われる演算の処理は、例えば、CPUのクロック数(周波数)により特定されてもよい。消費電流量としては、例えば、所定の時間(単位となる時間)における消費電流量が用いられる。
ここで、消費電流量のパターンの情報としては、本実施形態では、工場出荷時(新品時)における充電可能な電池が用いられる場合における情報が用いられるが、他の状態の充電可能な電池が用いられる場合における情報が用いられてもよい。また、消費電流量のパターンの情報は、例えば、実際の消費電流量の値をあらかじめ測定した結果の情報が用いられてもよく、または、理論的に計算される消費電流量の値に基づく情報が用いられてもよい。
具体例として、端末装置1における動作の種類として、CPUのクロック数、CPUの動作時間、通信トラフィック、近距離無線通信(NFC:Near Field Communication)のオン/オフ、メモリの動作、通信インタフェースのオン/オフ、GPSのオン/オフ、端末装置1の画面のオン/オフ、カメラのオン/オフ、フラッシュライトのオン/オフ、オーディオのオン/オフ、ビデオのオン/オフなどの動作が用いられてもよい。通信インタフェースとしては、例えば、セルラー通信のインタフェース、Wi−Fi(登録商標)のインタフェース、Bluetooth(登録商標)のインタフェース、WiMAX(Worldwide Interoperability for Microwave Access)のインタフェースなどが含まれてもよい。
また、消費電流量パターンの情報としては、例えば、端末装置1の型番や種類などに応じて作成された情報が用いられてもよい。この場合に、端末装置1(本実施形態では、それに含まれる電池劣化判定装置5)は、消費電流量推定部24により消費電流量の検出を行うときなどに、メモリ(内部のメモリまたは外部のメモリまたは外部のサーバなどの装置のメモリ)から、当該端末装置1の型番や種類などに応じた消費電流量パターンの情報を取得する構成が用いられてもよい。
端末リソース監視部23は、端末装置1におけるリソース(端末リソース)の値や使用時間を監視して、当該リソースに関する動作パターンの情報をメモリに記憶して管理する。リソースとしては、例えば、CPUや、メモリなどがある。
動作パターンとしては、動作の種類とその動作が継続した時間との対応が用いられる。ここで、この時間としては、一例として、リソースの使用時間を特定する時刻(例えば、開始の時刻と、終了の時刻)が用いられる。具体例として、この対応としては、「CPUにより行われる演算の処理の動作が、2012年1月1日9時から9時30分まで継続した」という対応や、「通信の処理の動作が、2012年1月1日11時から12時まで継続した」という対応などが用いられる。また、「CPUにより行われる演算の処理の動作が、2012年1月1日9時から9時30分まで継続した」という対応の代わりに、「クロック数が100MHzであるCPUの動作が、2012年1月1日9時から9時30分まで継続した」という対応や、「クロック数が200MHzであるCPUの動作が、2012年1月1日9時から9時30分まで継続した」という対応などが用いられてもよい。
なお、他の構成例として、時刻(例えば、開始の時刻や終了の時刻)の情報が使用されない場合には、リソースに関する動作が継続した時間として、リソースの使用時間そのものが用いられてもよい。
一例として、充電に関して、所定の監視時間の範囲における開始のタイミングとしては、電池部11における電池の充電が開始されるタイミング、あるいは、電池部11における電池の充電の割合(例えば、電池の残量)が所定の閾値(例えば、45%など)を超えたタイミングなどが用いられる。また、充電に関して、所定の監視時間の範囲における終了のタイミングとしては、電池部11における電池の充電の割合(例えば、電池の残量)が所定の閾値(例えば、90%など)を超えたタイミング、あるいは、充電の開始から所定の時間(例えば、5時間など)が経過したタイミングなどが用いられる。
他の例として、放電に関して、所定の監視時間の範囲における開始のタイミングとしては、電池部11における電池の放電が開始されるタイミング、あるいは、電池部11における電池の放電時の電圧の割合(例えば、電池の残量)が所定の閾値(例えば、90%など)より下がったタイミングなどが用いられる。また、放電に関して、所定の監視時間の範囲における終了のタイミングとしては、電池部11における電池の放電時の電圧の割合(例えば、電池の残量)が所定の閾値(例えば、45%など)より下がったタイミング、あるいは、放電の開始から所定の時間(例えば、5時間など)が経過したタイミングなどが用いられる。
具体例として、端末リソース監視部23は、あらかじめ定められた開始のタイミングに規定される条件が満たされたことをトリガーとして、端末リソースに関する監視を開始し、その後、あらかじめ定められた終了のタイミングに規定される条件が満たされたことをトリガーとして、端末リソースに関する監視を終了する。これにより、開始から終了までの監視時間の範囲における端末リソースに関する情報が得られる。
ここで、電池の特性としては、本実施形態では、工場出荷時(新品時)における充電可能な電池が用いられる場合における特性が用いられるが、他の状態の充電可能な電池が用いられる場合における特性が用いられてもよい。また、電池の特性としては、例えば、実際の特性をあらかじめ測定した結果が用いられてもよく、または、理論的に計算される特性が用いられてもよい。
例えば、放電に関する電池特性として、放電の消費電流量および放電時間と、電圧の下降の度合いとの対応の情報が用いられる。具体例として、放電に関する電池特性として、「電圧の下降の度合いが、放電の消費電流量に比例し、放電時間に比例する」という情報、または、「電圧の下降の度合いが、放電の消費電流量と放電時間をパラメータとする所定の関数(比例関係以外の関数を含む。)で表される」という情報が用いられる。
本実施形態では、電池劣化判定装置5は、電池の劣化度合いの判定を行う要求を受け付けたことをトリガーとして、電池の劣化度合いの判定およびその判定の結果の表示を行う。
電池劣化度合い判定部27は、理想電圧推定部25により検出された理想的な電池の電圧に関する情報である理想的な電池の電圧の変化量の情報に基づいて、所定の判定時間(本実施形態では、所定の監視時間と同じ時間が用いられる。)が終了した時点における理想的な電池の電圧を算出する。具体例として、電池劣化度合い判定部27は、所定の判定時間の開始時点における電圧(例えば、実電圧測定部22により測定された電圧)に対して、当該所定の判定時間の範囲(開始時点から終了時点までの範囲)における理想的な電池の電圧の変化量を加えた結果の電圧を、理想的な電池の電圧として算出する。なお、図1の例では、放電に関するため、所定の判定時間の範囲における理想的な電池の電圧の変化量は負の値であり、この負の値を所定の判定時間の開始時点における電圧に対して加えた結果の電圧は、元の電圧より減少する。そして、電池劣化度合い判定部27は、算出した理想的な電池の電圧と、実電圧測定部22により測定された電圧とを比較して、これら2つの電圧の差分に基づいて、電池部11における電池の劣化度合いを判定する。電池の劣化度合いは、例えば、電池が劣化している度合いを示すパーセント(%)の情報などにより表される。
電池劣化度合い判定部27は、ユーザから電池の劣化度合いの判定の要求が受け付けられた時点において得られている情報に基づいて、例えば、その時点までの状況がその後も継続するとみなして、所定の監視時間の範囲が終了した時点における消費電流量に基づく理想的な電池の電圧、および電池の実電圧を推定(推定的に検出)し、当該推定の結果に基づいて電池の劣化度合いの判定を行う。
この場合、電池の劣化度合いとして、推定された理想的な電池の電圧(P−ΔQ)と推定された実電圧(P−4×ΔP)に基づく値を用いることができ、例えば、{100×(4×ΔP)/ΔQ−100}%などの値を用いることができる。
図2に示すグラフにおいて、横軸は電池の放電時間(時間)を表わしており、縦軸は電池の電圧(V)を表わしている。
本例では、端末装置1に備えられた電池部11における充電可能な電池について、電池の電圧が満充電(本例では、4.1V)から3.4Vに達するまでの放電の状況の例を示す。
図2に示される実際の測定結果に基づく特性301は、上記した具体例における推定された実電圧(P−4×ΔP)に対応する特性である。
図2に示される理想の特性302は、上記した具体例における推定された理想的な電池の電圧(P−ΔQ)に対応する特性である。
なお、電池劣化度合い判定部27は、所定の監視時間の範囲の途中のタイミングに電池の劣化度合いの判定を推定的に行う場合に、他の処理部(例えば、消費電流量推定部24や、理想電圧推定部25)の機能を利用してもよい。
所定の監視時間の範囲の途中のタイミングに電池の劣化度合いの判定が行われる場合においても、端末リソース監視部23は、端末リソースに関する監視を継続して行う。
劣化度合い表示部28は、例えば、端末リソース監視部23により端末リソースに関する監視を行う所定の監視時間の範囲が終了したタイミングごとに、当該所定の監視時間の範囲について電池劣化度合い判定部27により行われた電池の劣化度合いの判定の結果の情報を表示する。この表示は、例えば、所定の監視時間の範囲が終了するたびに、電池劣化判定装置5により自動的に行われてもよく、または、端末装置1に備えられた操作キーなどの操作部によりユーザから受け付けられる指示にしたがって、表示の有無や、表示のタイミングなどが制御されてもよい。一例として、ユーザから指示が受け付けられたタイミングで、この表示が行われてもよい。
また、劣化度合い表示部28は、電池劣化度合い判定部27により検出された所定の監視時間の推定値の情報や、所定の監視時間が終了する時刻の推定値の情報を、電池の劣化度合いの判定結果と共に、表示することも可能である。
電池劣化判定装置5では、所定の監視時間の範囲ごとに、電池の劣化度合いの判定を行っている。
このとき、ユーザは、所定の監視時間の途中であるか否かにかかわらず、電池の劣化度合いの判定の結果を把握したいときに、端末装置1の操作部を操作して、電池の劣化度合いの判定の要求を入力する。
電池劣化判定装置5では、劣化度合い要求受け付け部26により、ユーザから電池の劣化度合いの判定の要求を受け付けると(ステップS1)、電池劣化度合い判定部27により、端末リソース監視部23による端末リソースに関する監視について、所定の監視時間が終了しているタイミングであるか否か(本実施形態では、所定の監視時間の途中ではないかまたは途中であるか)を判定する(ステップS2)。
図4は、変形例に係る電池劣化判定装置105を含む端末装置101の概略的な構成を示すブロック図である。
端末装置101は、電池部111と、電池劣化判定装置105を備える。なお、端末装置101は、図4に示す機能部以外にも、通常の携帯機器が備えるCPU、メモリ、タッチパネル等の操作キー、ディスプレイ画面などの機能部を備えるが、図示や詳しい説明を省略する。
電池劣化判定装置105は、充電電流量管理部121と、実電圧測定部122と、理想電圧推定部123と、劣化度合い要求受け付け部124と、電池劣化度合い判定部125と、劣化度合い表示部126を備える。
なお、図4の例に係る電池劣化判定装置105の構成や動作は、図1の例に係る電池劣化判定装置5の構成や動作と比べて、電池の充電に基づいて当該電池の劣化度合いの判定を行う点で異なっており、他の点については同様であるため、同様な構成や動作については詳しい説明を省略する。
実電圧測定部122は、電池部111における充電可能な電池の電圧(実際の電圧)を測定する。
ここで、電池の特性としては、本実施形態では、工場出荷時(新品時)における充電可能な電池が用いられる場合における特性が用いられるが、他の状態の充電可能な電池が用いられる場合における特性が用いられてもよい。また、電池の特性としては、例えば、実際の特性をあらかじめ測定した結果が用いられてもよく、または、理論的に計算される特性が用いられてもよい。
例えば、充電に関する電池特性として、充電の電流量および充電時間と、電圧の上昇の度合いとの対応の情報が用いられる。具体例として、充電に関する電池特性として、「電圧の上昇の度合いが、充電の電流量に比例し、充電時間に比例する」という情報、または、「電圧の上昇の度合いが、充電の電流量と充電時間をパラメータとする所定の関数(比例関係以外の関数を含む。)で表される」という情報が用いられる。
電池劣化度合い判定部125は、理想電圧推定部123により検出された理想的な電池の電圧に関する情報である理想的な電池の電圧の変化量の情報に基づいて、所定の判定時間(本実施形態では、所定の監視時間と同じ時間が用いられる。)が終了した時点における理想的な電池の電圧を算出する。具体例として、電池劣化度合い判定部125は、所定の判定時間の開始時点における電圧(例えば、実電圧測定部122により測定された電圧)に対して、当該所定の判定時間の範囲(開始時点から終了時点までの範囲)における理想的な電池の電圧の変化量を加えた結果の電圧を、理想的な電池の電圧として算出する。なお、図4の例では、充電に関するため、所定の判定時間の範囲における理想的な電池の電圧の変化量は正の値であり、この正の値を所定の判定時間の開始時点における電圧に対して加えた結果の電圧は、元の電圧より増加する。そして、電池劣化度合い判定部125は、算出した理想的な電池の電圧と、実電圧測定部122により測定された電圧とを比較して、これら2つの電圧の差分に基づいて、電池部111における電池の劣化度合いを判定する。電池の劣化度合いは、例えば、電池が劣化している度合いを示すパーセント(%)の情報などにより表される。
なお、所定の監視時間の範囲としては、例えば、図1の例に係る電池劣化判定装置5について説明した所定の監視時間の範囲と同じものが用いられる。
電池劣化度合い判定部125は、ユーザから電池の劣化度合いの判定の要求が受け付けられた時点において得られている情報に基づいて、例えば、その時点までの状況がその後も継続するとみなして、所定の監視時間の範囲が終了した時点における理想的な電池の電圧、および電池の実電圧を推定(推定的に検出)し、当該推定の結果に基づいて電池の劣化度合いの判定を行う。
この場合、電池の劣化度合いとして、推定された理想的な電池の電圧(M+ΔN)と推定された実電圧(M+4×ΔM)に基づく値を用いることができ、例えば、{100×ΔN/(4×ΔM)−100}%などの値を用いることができる。
図5に示すグラフにおいて、横軸は電池の充電時間(時間)を表わしており、縦軸は電池の電圧(V)を表わしている。
本例では、端末装置1に備えられた電池部11における充電可能な電池について、電池の電圧が3.4Vから満充電(本例では、4.1V)に達するまでの充電の状況の例を示す。
図5に示される実際の測定結果に基づく特性401は、上記した具体例における推定された実電圧(M+4×ΔM)に対応する特性である。
図5に示される理想の特性402は、上記した具体例における推定された理想的な電池の電圧(M+ΔN)に対応する特性である。
なお、電池劣化度合い判定部125は、所定の監視時間の範囲の途中のタイミングに電池の劣化度合いの判定を推定的に行う場合に、他の処理部(例えば、理想電圧推定部123)の機能を利用してもよい。
以上のように、本実施形態に係る電池劣化判定装置5、105では、電池の劣化度合いの判定を行う所定の時間(本実施形態では、監視時間)の途中においても、そのときまでの状況(例えば、放電や充電の状況)に基づいて、当該所定の時間の終了時における判定(診断)の結果を推定する。
したがって、本実施形態に係る電池劣化判定装置5、105によると、電池の劣化度合いの判定時間(本実施形態では、監視時間)の途中においても、電池の劣化度合いの推定的な判定結果を得ることができる。
また、本実施形態に係る電池劣化判定装置5、105では、例えば、従来と比べて、端末装置1、101のハードウェアを変更せずに、かつ、端末装置1、101の管理者権限を取得せずに、ソフトウェアを新規に導入することで、電池の劣化度合いの判定時間の途中においても電池の劣化度合いの推定的な判定結果を得る構成とすることが可能である。
一構成例として、電池(図1、図4の例では、電池部11、111における電池)の劣化の判定を行う所定の時間(図1、図4の例では、所定の監視時間に相当する判定時間)の途中に、当該途中の時点までに得られた情報に基づいて、前記所定の時間の終了時における前記電池の劣化の判定を行う電池劣化判定部(図1、図4の例では、電池劣化度合い判定部27、125)を備える、電池劣化判定装置(図1、図4の例では、電池劣化判定装置5、105)である。
一構成例として、前記電池劣化判定部は、前記所定の時間の終了時に、前記所定の時間の全体について、前記電池の劣化の判定を行う。
一構成例として、前記電池劣化判定部は、前記電池劣化判定部により行われた判定の結果に関する情報を出力する判定結果出力部を備える。
一構成例として、前記電池劣化判定装置は、前記電池を使用する負荷発生装置に備えられる。
以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述したが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。
また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ROM(Read Only Memory)、フラッシュメモリ等の書き込み可能な不揮発性メモリ、DVD(Digital Versatile Disk)等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。
また、上記のプログラムは、このプログラムを記憶装置等に格納したコンピュータシステムから、伝送媒体を介して、あるいは、伝送媒体中の伝送波により他のコンピュータシステムに伝送されてもよい。ここで、プログラムを伝送する「伝送媒体」は、インターネット等のネットワーク(通信網)や電話回線等の通信回線(通信線)のように情報を伝送する機能を有する媒体のことをいう。
また、上記のプログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであってもよい。さらに、上記のプログラムは、前述した機能をコンピュータシステムに既に記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるもの、いわゆる差分ファイル(差分プログラム)であってもよい。
Claims (8)
- 電池の劣化の判定を行う所定の時間の途中に、当該途中の時点までに得られた情報に基づいて、前記所定の時間の終了時における前記電池の劣化の判定を行う電池劣化判定部を備える、
電池劣化判定装置。 - 前記電池は、充電可能な電池であり、
放電または充電に関する理想的な前記電池の特性に関する情報を検出する理想特性情報検出部と、前記電池の特性を測定する実特性測定部と、を備え、
前記電池劣化判定部は、前記理想特性情報検出部により検出された情報および前記実特性測定部により測定された特性の情報に基づいて、前記電池の劣化の判定を行い、
前記電池劣化判定部は、前記所定の時間の途中に前記所定の時間の終了時における前記電池の劣化の判定を行う場合には、当該途中の時点までに得られた情報に基づいて前記所定の時間の終了時における理想的な前記電池の特性および前記電池の実特性を推定し、当該推定の結果に基づいて前記電池の劣化の判定を行う、
請求項1に記載の電池劣化判定装置。 - 前記電池劣化判定部は、前記所定の時間の途中に、ユーザから受け付けられた要求に応じて、当該途中の時点までに得られた情報に基づいて、前記所定の時間の終了時における前記電池の劣化の判定を行う、
請求項1または請求項2のいずれか1項に記載の電池劣化判定装置。 - 前記電池劣化判定部は、前記所定の時間の終了時に、前記所定の時間の全体について、前記電池の劣化の判定を行う、
請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の電池劣化判定装置。 - 前記電池劣化判定部により行われた判定の結果に関する情報を出力する判定結果出力部を備える、
請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の電池劣化判定装置。 - 前記電池劣化判定装置は、前記電池を使用する負荷発生装置に備えられる、
請求項1から請求項5のいずれか1項に記載の電池劣化判定装置。 - 電池劣化判定部が、電池の劣化の判定を行う所定の時間の途中に、当該途中の時点までに得られた情報に基づいて、前記所定の時間の終了時における前記電池の劣化の判定を行う、
電池劣化判定方法。 - 電池劣化判定部が、電池の劣化の判定を行う所定の時間の途中に、当該途中の時点までに得られた情報に基づいて、前記所定の時間の終了時における前記電池の劣化の判定を行うステップを、
コンピュータに実行させるための電池劣化判定プログラム。
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