JP3027644B2 - 電池残量表示方法及び装置 - Google Patents

電池残量表示方法及び装置

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JP3027644B2 JP03328824A JP32882491A JP3027644B2 JP 3027644 B2 JP3027644 B2 JP 3027644B2 JP 03328824 A JP03328824 A JP 03328824A JP 32882491 A JP32882491 A JP 32882491A JP 3027644 B2 JP3027644 B2 JP 3027644B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、電池残量表示方法及び
装置に関し、特にNi−Cd電池等を満充電検出機能付
充電器に接続して充電を行ったときの電池残量を表示す
る方法及び装置に関するものである。
【0002】Ni−Cd電池等の出力電圧がほぼ一定の
二次電池ではその満充電状態を検出する場合、トリクル
充電電流が無限に継続する場合があるため一定の充電動
作が完了したか否かを判別する必要があり、このことか
ら所謂微少電流を最初から充電電流として与えるトリク
ル充電器でなく、一定の充電が完了した前後においては
充電電流に変化が生ずるように満充電検出機能を有する
充電器と組み合わせて電池残量の表示を行う必要があ
る。
【0003】
【従来の技術】従来においては電池の残存容量を表示す
る場合、充電電流値と放電電流値(又は充電量放電
量)を測定して表示する方法及び装置が知られている。
【0004】即ち、充電量は充電電流Ic と時間Tc
を掛けた値Ic ・Tc で表され、例えば、50mAの充
電電流Ic を10時間充電し続けると、Ic ・Tc =5
00mAhとなり、この500mAhの時点で充電器が
満充電検出して充電電流を変化させたときには、この5
00mAhが満充電量となる。
【0005】また、放電については放電電流ID と放電
時間TD とを乗じたID ・TD が放電量として表され、
上記のようにして決定した満充電量(500mAh)を
放電可能量として電池の両端電圧が1セル当たり1Vと
なる終止電圧に達するまでの間において、1時間に10
mAずつ放電して10時間経過したときの放電量が例え
ばID ・TD =100mAであるとすると、この時点
での電池の残存容量(放電残量)は500−100=4
00mAhとして表示されることとなる。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】このような従来の電池
の残量表示方法及び装置では、充電量が全て放電出来る
ことを前提としており、これは充電効率の変動や周囲環
境によっては充電量と放電量とが1対1の関係には無
く、単に上記のように加減算するだけでは放電過程の末
期においてはその残量表示に誤差が生じてしまうという
問題点があった。
【0007】従って本発明は、常に正確な電池残量を表
する方法及び装置を実現することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段及び作用】図1は上記の目
的を達成するための本発明に係る電池残量表示方法を原
理的に示したもので、特に満充電検出機能付充電器が電
池に接続されている充電モードが示されており、まずこ
の充電モード時の充電器から電池への充電電流値測定
し、この充電電流値がトリクル充電電流値以上であれば
記の測定した充電電流値から求められる充電量を現在
の充電(最初は0)に加えて新たな現在の充電量と
し、この現在の充電量を満充電状態における充電量を示
満充電量(これは前回の充電モードにおいて決定され
ている充電量である)で割ることによりその割合を表示
する。
【0009】また、測定した充電電流値がトリクル充電
電流値未満になったときには既に充電モードが完了して
いると考えられるので現在の充電量を前記の満充電量と
して満充電状態であることを表示する。この満充電量
は図4(a) に示すように電池をバケツに例えると最大の
充電量に相当している。
【0010】図2は図1に示したような充電モードで電
池を充電した後、充電器を電池から取り外した場合の放
電モード(その1)を原理的に示したもので、このモー
ドにおいては、まず最新放電可能量を満充電量で割った
放電効率αを求める。この放電効率αは周囲の条件によ
り充電したものがどの程度の割合で放電して行くかを示
す値である。
【0011】この放電効率αを求める際の満充電量は図
1及び図4(a) に示したトリクル充電後の充電量を示し
ており、また、最新放電可能量とは前回の放電モードで
電池の電圧値が終止電圧に達したときの放電残量(放電
し切れなかった量)引いた放電可能量に相当してい
る。
【0012】このようにして求めた放電効率αに現在の
充電量(これは充電モードによって決定される値)を掛
けることにより現在の放電残量(図4(b) 参照)が求め
られ、この間、放電電流値測定しておき、上記に求め
た現在の放電残量から上記の測定した放電電流値から求
められる放電量を引くことにより現在の放電残量が得ら
れることとなる。
【0013】そして、更に上記の推定される現在の放電
残量を上記の最新放電可能量で割ることにより電池の残
量を%で表示できることとなる。
【0014】尚、図2において放電モード時に電池の両
端電圧値が終止電圧に達する前(放電完了前)に上記の
充電モードに戻ったようなときには現在の放電残量を上
記の放電効率αで割ることにより現在の充電量に換算し
て充電モードで使用することが出来る。
【0015】図3は別の放電モードを原理的に示したも
のであり、図2の放電モードの場合は使用者が同じであ
れば使用環境は一定であるとして放電効率αを一定とし
て捉えることができるが、この図3の放電モードの場合
には充電量に対する放電量は周囲温度や放電電流によっ
て変化することに着目し、放電電流値測定するととも
に温度も測定し、これら放電電流値及び温度から放電効
率を設定する。
【0016】この場合の放電効率は図2のように計算に
よって求めるのではなく放電電流値と温度との関数であ
る放電効率を何らかの形で記憶しておき、それぞれに対
応した放電効率を読み出すことにより設定する。
【0017】そしてこのように設定した放電効率をサン
プリング周期に乗算してサンプリング周期を可変するこ
とにより例えば周囲温度が低くて放電量が大きいとき程
放電効率が悪くなるので、サンプリング周期をその分だ
け短かくしこのサンプリング周期により現在の放電残量
から上記の測定した放電電流値から求められる放電量を
引くことにより新しい現在の放電残量を求めることが出
来、この求めた現在の放電残量を充電時に求めた満充電
量によって割ることにより電池残量(%)を表示するこ
とが出来る。
【0018】また、図3の放電モードにおいて電池の両
端電圧値が終止電圧まで減少したときには現在の放電残
量を0とし、充電モードにおいて現在の充電量を0とし
て用いることが出来る。
【0019】図5は図1及び図2に示した本発明に係る
電池残量表示方法を実施するための装置を示しており、
1は電池、2は満充電検出機能付充電器であり、3は充
電時において充電器2から電池1へ流れる充電電流値
は充電器2を取り外したときに電池1から放電する放電
電流値検出して対応する電圧値に変換する電流−電圧
変換回路であり、4はこの電流−電圧変換回路3からの
電圧値で示される電流値及び電池1の両端電圧値をそれ
ぞれディジタル信号の形で出力するA/D変換器であ
り、5はこのA/D変換器4からのディジタル電流値及
びディジタル電圧値を受けて図1に示した充電モード及
び図2に示した放電モードの演算処理を行う演算手段で
あり、6はこの演算手段5からの演算結果を表示する表
示部である。
【0020】この演算手段5は図示のように充電器2の
設置又は取り外しが検出出来るようになっており、図1
に示した充電モードを実行するため、充電器2が接続さ
れている充電モード時にA/D変換器4からの電圧値か
ら充電電流値を求め、これがトリクル充電電流値以上で
あれば充電電流値から求められる充電量を現在の充電
量に加えて現在の充電量とし満充電状態における充電量
を示す満充電量に対する現在の充電量の割合を表示部6
に出力すると共に該トリクル充電電流値未満になった
きには在の充電量を該満充電量として満充電状態で
あることを表示部6に表示させるものである。
【0021】そして、図2に示す放電モードを実行する
ため、在の充電量に最新放電可能量と満充電量との比
で示される放電効率を乗じて現在の放電残量を計算する
と共に放電電流値を電流−電圧変換回路3及びA/D変
換器4から測定し該計算した現在の放電残量から該測定
した放電電流値から求められる放電量を引いて現在の放
電残量を計算し該最新放電可能量に対する在の放電残
量の割合を表示部6で表示させ、A/D変換器4を介し
て検出した電池1の電圧値が終止電圧に達したときに
在の放電残量から該最新放電可能量を求めている。
【0022】また、演算手段5は、該放電モード時に、
該電圧値が終止電圧に達する前に該充電モードに戻った
ときには該現在の放電残量を該放電効率で割って該現在
の充電量に換算しておく。
【0023】図6は図1に示した充電モード及び図3に
示した放電モードを実施するための装置を示したもの
で、この装置と図5に示した装置との相違は温度検出手
段7を設けその出力信号をA/D変換器4に与えて温度
データを演算手段5に与えている点である。
【0024】即ち、この場合の放電モードを実行するた
め、演算手段5は、充電器2が電池1に接続されていな
い放電モード時の放電電流値を電流−電圧変換回路3及
びA/D変換器4から受けると共に該温度をA/D変換
器4を介して受け該温度及び該放電電流値に対応した放
電効率を乗じたサンプリング周期毎に在の放電残量か
ら該放電電流値から求められる放電量を引いて現在の放
電残量を計算し該放電モード時の満充電量に対する現在
の充電量の割合を表示部6で表示するようにしている。
【0025】
【実施例】図7は図1に示した充電モードの実施例を示
したものであり、且つ図5に示す演算手段としてのマイ
クロプロセッサ(MPU)5により実行される演算アル
ゴリズムのフローチャートを示したものであり、以下、
このフローチャートにより図1に示した電池残量表示方
法及び図5に示した電池残量表示装置の動作を説明す
る。
【0026】まずマイクロプロセッサ5は充電器2が設
置されているか否かを判定し(ステップS1)、充電器
2が設置されていないときには放電モード(サブルーチ
ンT0)に移るが、充電器2が設置されているときには
電流−電圧変換回路3及びA/D変換器4を経由して充
電電流値測定する(ステップS2)。
【0027】次に、充電動作が進み、トリクル充電に達
したか否か、即ち充電が完了したか否かをステップS2
で測定した充電電流値より判定する(ステップS3)。
尚、最初に述べたように、この充電器は満充電検出機能
付充電器であるので、トリクル充電に至ると充電電流が
変化するようになっており、この意味で所謂トリクル充
電器では微少電流が最初から流れ続けるので判別し難い
が、このような満充電検出機能付充電器であればトリク
ル充電に至ったか否かを容易に判別することが出来る。
【0028】トリクル充電に至っていない場合にはまだ
充電動作が継続されるので、現在の充電量(これは最初
は“0”とすることが出来る)とステップS2で求めた
測定充電電流値から求められる充電量とを加算すること
により現在の充電量を求める(ステップS4)。
【0029】そして、ステップS4で求めた現在の充電
量を満充電量(これは最初は一定の値を与えておき、そ
の後は前回の放電モードにおける満充電量によって与え
られる充電量)で割ることにより現在の電池残量を%で
表示することが出来る(ステップS5,S6)。
【0030】上記のステップS1〜S6は充電器2が設
置されており且つトリクル充電に至る前には継続して実
行されるが、トリクル充電に至ったときには、この時点
でのステップS4で求めた現在の充電量を満充電量とし
ステップS7)、満充電表示を行い(ステップS
8)、更に充電器2が設置されているか否かを判定し
(ステップS9)、充電器2が取り外された段階で放電
モード(サブルーチンT0)に移ることとなる。
【0031】図8は図2に示した放電モード(その1)
の実施例を示し且つ図5に示すマイクロプロセッサ5に
よって実行される演算アルゴリズムのフローチャートを
示したものであり、以下、このフローチャートにより図
2に示した電池残量表示方法及び図5に示した電池残量
表示装置の動作を説明する。
【0032】まずマイクロプロセッサ5は最新放電可能
量を満充電量で割ることにより放電効率αを求める(ス
テップT1)。
【0033】この放電効率αを規定する最新放電可能量
とは後で述べるステップT8で求められる最新放電可能
量であり、最初は適当な値を用いる。また満充電量は図
7のステップS7において更新した満充電量を示してい
る。
【0034】そして、このようにして求めた放電効率α
を現在の充電量に掛ける(ステップT2)ことにより等
価的に現在の放電残量が求められることとなる。尚、こ
の現在の充電量は図7のステップS4で求めた現在の充
電量であり、図7の充電モードがトリクル充電まで実行
された場合には満充電量を示すこととなる。
【0035】この後、マイクロプロセッサ5は電流−電
圧変換回路3及びA/D変換器4を経由して放電電流値
を測定する(ステップT3)。
【0036】また上記のステップT2で求めた現在の放
電残量からステップT3で測定した放電電流値から求め
られる放電量を引くことにより現在の放電残量を計算す
ることが出来(ステップT4)、この現在の放電残量を
最新放電可能量で割ることにより現在の電池の残量を%
表示することが出来る(ステップT5)。
【0037】そして、充電器2が外された放電モードが
継続しているか否かを判定し(ステップT6)、充電器
2が依然外されているときには、A/D変換器4を介し
て電池1の両端電圧を取り込み、この電圧が終止電圧か
否か、即ち放電が完了したか否かを判定し(ステップT
7)、終止電圧に達していないときにはステップT3に
戻って同じ動作を繰り返す。
【0038】そして、ステップT7において終止電圧に
達したことが判ったときには、最新放電可能量から現在
の放電残量(ステップT4)を引くことにより現在の最
新の放電可能量、即ち満充電量(ステップS7)の状態
から放電が完了するまでにどの位の放電量が可能かを放
電し切れなかった放電残量より求めることが出来(ステ
ップT8)、更に充電器2が設置されているか否かを見
て(ステップT9)、充電モード(サブルーチンS0)
に移る。
【0039】一方、ステップT6において充電器2が設
置されている充電モードに移っていることが判ったとき
には、現在の放電残量(ステップT4)を放電効率α
(ステップT1)で割ることにより現在の充電量を求
め、充電モード(サブルーチンS0)に移ったときに現
在の充電量として用いることが出来るように換算して置
く。
【0040】図9は図3に示した放電モードの実施例を
示し且つ図6に示した装置におけるマイクロプロセッサ
5によって実行される演算アルゴリズムを示したフロー
チャートであり、以下、図3に示した電池残量表示方法
及び図6に示した電池残量表示装置の実施例の動作を説
明する。
【0041】まずマイクロプロセッサ5は温度検出手段
としてのサーミスタ7で検出された温度信号をA/D変
換器4で変換された温度データとして入力された温度測
定を行い(ステップT11)、図8の場合と同様に放電
電流値を測定する(ステップT12)。
【0042】このようにして測定した温度及び放電電流
値により放電効率を設定する(ステップT13)。これ
は図7に示す充電時の積算動作(ステップS4)の周期
を1としたときの比率を示しており、放電時はこの放電
効率Eをサンプリング周期xに乗ずることにより短縮さ
れたサンプリング周期xEが生成される(ステップT1
4)。
【0043】この放電効率Eを求める選択テーブルの一
例が図10に示されており、図中、放電効率Eが1.0
の所は充電モードと変わらない周期で行うが、それ以外
の比率では充電時の周期より短い周期となる。例えば、
周囲温度が15°Cで放電電流値が200mAのときに
は放電効率E=0.9となる。
【0044】このようにしてサンプリング周期xEが設
定されると、このサンプリング周期で現在の放電残量
(現在の充電量)から測定した放電電流値から求められ
る放電量を引くことにより現在の放電残量が求められる
(ステップT15)。
【0045】即ち、温度と放電電流値に応じてサンプリ
ング周期が変化するため現在の放電残量の計算の頻度が
多くなり、より正確な放電残量を求めることが出来るこ
ととなる。
【0046】そして、このようにして求めた現在の放電
残量を図7のステップS7で更新した満充電量によって
割ることにより現在の電池残量が%で求められ、これを
表示部6に表示することとなる。(ステップT16,T
17)。
【0047】そして更に充電器2が設置されているか否
かを判定し(ステップT18)、充電器2が設置されて
いるときには充電モード(サブルーチンS0)に移行す
るがそうでないときには放電モードが継続中であるので
更に電池1の両端電圧を監視し、これが終止電圧になっ
ていなければ上記のステップT11に戻って同じステッ
プを実行するが、終止電圧に達したときには現在の放電
残量(充電量)を0にし(ステップT20)、充電器2
が設置されていれば充電モードに移行する(ステップT
21,S0)。
【0048】
【発明の効果】以上説明したように本発明に係る電池残
量表示方法及び装置によれば、充電時には測定した充電
電流値から求められる充電量をそのまま加算して現在の
充電量とし満充電検出時はその時の容量を最新満充電量
として満充電量に対する現在の充電量の割合を表示
し、放電モードでは最新の放電可能量と満充電との比
で示される放電効率を現在の充電量に乗じて現在の放電
残量を計算しこの放電残量から測定放電電流値から求め
られる放電量を引いて行くことにより最新放電可能量に
対する現在の放電残量の割合を表示するように構成した
ので、最新の放電残量に合わせた自己学習機能を持たせ
ることが出来、使用パターンが一定の条件で正確な残量
表示を行うことが出来る。
【0049】また、放電モードにおいて更に温度を測定
し温度と放電電流値に対応した放電効率を設定しこの放
電効率に比例したサンプリング周期で現在の放電残量を
計算し満充電量に対する現在の放電残量の割合を表示す
るように構成することも出来、この場合には周囲温度や
放電電流が変動しても正確な残留表示を行うことが出来
ることとなる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る電池残量表示方法における充電モ
ードの原理を示したフローチャート図である。
【図2】本発明に係る電池残量表示方法における放電モ
ード(その1)の原理を示したフローチャート図であ
る。
【図3】本発明に係る電池残量表示方法における放電モ
ード(その2)の原理を示したフローチャート図であ
る。
【図4】本発明における充電量/放電量の説明図であ
る。
【図5】本発明に係る電池残量表示装置の原理構成(そ
の1)を示したブロック図である。
【図6】本発明に係る電池残量表示装置の原理構成(そ
の2)を示したブロック図である。
【図7】本発明における充電モードの実施例を示したフ
ローチャート図である。
【図8】本発明における放電モード(その1)の実施例
を示したフローチャート図である。
【図9】本発明における放電モード(その2)の実施例
を示したフローチャート図である。
【図10】本発明に用いる放電効率の選択テーブルを示
した図である。
【符号の説明】
1 電池 2 満充電検出機能付充電器 3 電流−電圧変換回路 4 A/D変換器 5 演算手段(MPU) 6 表示部 7 温度検出手段(サーミスタ) 図中、同一符号は同一又は相当部分を示す。
フロントページの続き (72)発明者 高山 富雄 神奈川県川崎市中原区上小田中1015番地 富士通株式会社内 (56)参考文献 特開 平2−193533(JP,A) 特開 平3−249581(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01M 10/42 - 10/48 H02J 7/00

Claims (10)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 電池に満充電検出機能付充電器が接続さ
    れている充電モード時の充電電流値を測定し、 これがトリクル充電電流値以上であれば測定した充電
    電流値から求められる充電量を現在の充電量に加えて現
    在の充電量とし満充電状態における充電量を示す満充電
    量に対する現在の充電量の割合を表示し、 該トリクル充電電流値未満になったときには在の充電
    量を該満充電量として満充電状態であることを表示す
    る、 ことを特徴とした電池残量表示方法。
  2. 【請求項2】 請求項1に記載の電池残量表示方法にお
    いて、 該電池に該充電器が接続されていない放電モード時の放
    電電流値を測定し、 在の充電量に最新放電可能量と満充電量との比で示さ
    れる放電効率を乗じて現在の放電残量を計算し、 該計算した現在の放電残量から該測定した放電電流値か
    ら求められる放電量を引いて現在の放電残量を計算し該
    最新放電可能量に対する在の放電残量の割合を表示
    し、 該電池電圧値が終止電圧に達したときに前回の放電モ
    ードで放電し切れなかった残量から該最新放電可能量を
    求めることを特徴とした電池残量表示方法
  3. 【請求項3】 請求項2に記載の電池残量表示方法にお
    いて、 該放電モード時に、該電圧値が終止電圧に達する前に該
    充電モードに戻ったときには在の放電残量を該放電効
    率で割って在の充電量に換算しておくことを特徴とし
    た電池残量表示方法。
  4. 【請求項4】 請求項2に記載の電池残量表示方法にお
    いて、 該放電効率を計算する代わりに、温度及び該放電電流値
    に対応した放電効率を設定し、この放電効率を乗じたサ
    ンプリング周期毎に在の放電残量から該放電電流値
    ら求められる放電量を引いて現在の放電残量を計算し該
    充電モード時の満充電量に対する現在の充電量の割合を
    表示することを特徴とした電池残量表示方法。
  5. 【請求項5】 請求項4に記載の電池残量表示方法にお
    いて、該電池の電圧値が終止電圧まで減少したとき
    の放電残量を零とすることを特徴とした電池残量表示方
    法。
  6. 【請求項6】 電池(1) と、 満充電検出機能付充電器(2) と、 該充電器(2) が該電池(1) に接続されているときの充電
    電流値を電圧値に変換する電流−電圧変換回路(3) と、 該変換回路(3) からの電圧値をディジタル値に変換する
    A/D変換器(4) と、 該充電器(2) が接続されているか否かを検出すると共に
    該充電器(2) が接続されている充電モード時に該A/D
    変換器(4) からの電圧値から充電電流値を求めこれがト
    リクル充電電流値以上であれば充電電流値から求めら
    れる充電量を現在の充電量に加えて現在の充電量とし
    充電状態における充電量を示す満充電量に対する現在の
    充電量の割合を表示部(6) に出力すると共に該トリクル
    充電電流値未満になったときには在の充電量を該満充
    電量として満充電状態であることを該表示部(6) に表
    示させる演算手段(5) と、 を備えたことを特徴とする電池残量表示装置。
  7. 【請求項7】 請求項6に記載の電池残量表示装置にお
    いて、 該演算手段(5) が、該充電器(2) が該電池(1) に接続さ
    れていない放電モード時には、在の充電量に最新放電
    可能量と満充電量との比で示される放電効率を乗じて現
    在の放電残量を計算すると共に放電電流値を該電流−電
    圧変換回路(3)及び該A/D変換器(4) から測定し該計
    算した現在の放電残量から該測定した放電電流値から求
    められる放電量を引いて現在の放電残量を計算し該最新
    放電可能量に対する在の放電残量の割合を該表示部
    (6) で表示させ、該A/D変換器(4) を介して検出した
    該電池(1) の電圧値が終止電圧に達したときに在の放
    電残量から該最新放電可能量を求めることを特徴とした
    電池残量表示装置。
  8. 【請求項8】 請求項7に記載の電池残量表示装置にお
    いて、 該演算手段(5) が、該放電モード時に、該電圧値が終止
    電圧に達する前に該充電モードに戻ったときには在の
    放電残量を該放電効率で割って在の充電量に換算して
    おくことを特徴とした電池残量表示装置。
  9. 【請求項9】 請求項6に記載の電池残量表示装置にお
    いて、 温度測定手段(7) を設けて該A/D変換器(4) に接続
    し、 該演算手段(5) が、該充電器(2) が該電池(1) に接続さ
    れていない放電モード時の放電電流値を該電流−電圧変
    換回路(3) 及び該A/D変換器(4) から受けると共に該
    温度を該A/D変換器(4) を介して受け該温度及び該放
    電電流値に対応した放電効率を乗じたサンプリング周期
    毎に在の放電残量から該放電電流値から求められる放
    電量を引いて現在の放電残量を計算し該充電モード時の
    満充電量に対する現在の充電量の割合を該表示部(6) で
    表示することを特徴とした電池残量表示装置。
  10. 【請求項10】 請求項9に記載の電池残量表示装置に
    おいて、 該A/D変換器(4) が該電池(1) の電圧値をディジタル
    値に変換し、該演算手段(5) が該電池(1) の電圧値が終
    止電圧まで減少したとき在の放電残量を零とすること
    を特徴とした電池残量表示装置。
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