JP3541546B2

JP3541546B2 - バッテリパック及びバッテリの制御方法

Info

Publication number: JP3541546B2
Application number: JP05179396A
Authority: JP
Inventors: 紀男小山; 直樹永野
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1996-03-08
Filing date: 1996-03-08
Publication date: 2004-07-14
Anticipated expiration: 2016-03-08
Also published as: JPH09247852A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えばビデオカメラや携帯用電話機、或いはパーソナルコンピュータ等の各種の電子機器の電源として使用されるバッテリパック及びバッテリの制御方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、リチウムイオン電池、ＮｉＣｄ電池、ニッケル水素電池等の２次電池で構成されたバッテリパックは周知である。
【０００３】
この周知のバッテリパックには、例えば、バッテリの残量計算や当該バッテリを電源とする電子機器との間の通信を行うためのマイクロコンピュータ（いわゆるマイコン）と、このマイコンの周辺回路、さらに当該マイコンにてバッテリの残量計算等を行うために必要な、バッテリセルの状態検出回路等が内蔵されていることが多い。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記バッテリパック内に上記マイコンやその周辺回路、さらにはバッテリセルの状態検出回路等の電気回路を設けた場合、これら電気回路を常に動作させておくと、消費電力が大きくなり、バッテリ残量がすぐに減ってしまう。
【０００５】
そこで、本発明は上述したことを考慮してなされたものであり、不要な電力消費を減らしてバッテリの省電力化を可能とし、バッテリの長寿命化を図ることができるバッテリパック及びバッテリの制御方法を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明に係るバッテリパックは、充放電されるバッテリセルと、上記バッテリセルの充放電電流を検出する電流検出部と、上記バッテリセルの充放電に関する信号処理を行い、通常動作モードと省電力モードとを有する回路部とを備え、上記電流検出部は、電流検出感度が高感度と通常感度とに切換制御される構成を有し、上記電流検出部からの検出出力に基づいて上記回路部の上記各モードの切換制御を行わせ、上記回路部が省電力モードに切換制御されるとき、上記電流検出部の電流検出感度を上記高感度に切換制御することにより、上述の課題を解決する。
また、本発明に係るバッテリパックは、充放電されるバッテリセルと、上記バッテリセルの充放電電流を検出する電流検出部と、上記バッテリセルの端子間電圧を検出する電圧検出部と、上記バッテリセルの充放電に関する信号処理を行い、通常動作モードと省電力モードとを有する回路部と、上記バッテリセルの使用可能な最大充放電サイクル回数のデータを記憶するメモリとを備えるバッテリパックであって、上記電流検出部からの検出出力に基づいて上記回路部の上記各モードの切換制御を行わせるとともに上記電圧検出部からの検出電圧に基づいて上記バッテリセルの充放電サイクル回数を計測し、上記バッテリセルの充放電サイクル回数が上記最大充放電サイクル回数に達したときに、その旨のフラグを上記バッテリパックが装着される電子機器に対して送信するようにしたことにより、上述の課題を解決する。
【０００７】
また、本発明に係るバッテリの制御方法は、バッテリパックに内蔵されたバッテリセルの充放電電流を検出し、検出された上記バッテリセルの充放電電流が閾値電流以下のとき、上記バッテリパックに内蔵された省電力モードを有する回路部を省電力モードに切換制御し、検出された上記バッテリセルの充放電電流が閾値電流以上のとき、上記回路部を通常動作モードに切換制御し、上記バッテリセルの充放電サイクル回数を計測し、バッテリセルの充放電サイクル回数が最大充放電サイクル回数に達したときに、その旨のフラグを上記バッテリパックが装着される電子機器に対して送信するようにしたことにより、上述の課題を解決する。
【０００８】
すなわち、本発明によれば、バッテリセルの充放電電流に基づいて回路部が動作状態か否かを判断し、動作状態でないと判断したときには省電力モードとすることにより、不要な電力消費を減らすようにしている。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。
【００１０】
図１には、本発明のバッテリパックの一構成例を示す。
【００１１】
この図１に示すバッテリパック１は、充放電がなされるバッテリセル２０と、上記バッテリセル２０の充放電電流を検出する電流検出回路８０と、上記バッテリセル２０の充放電に関する信号処理を行い、通常動作モードと省電力モードとを有するマイクロコンピュータ（マイコン）１０とを備え、当該マイコン１０では上記電流検出回路８０からの検出出力に基づいて上記各モードの切換制御を行うようにしている。
【００１２】
この図１のバッテリパック１において、上記バッテリセル２０の正極は当該バッテリパック１のプラス端子ＴＭ₊に、またバッテリセル２０の負極は電流電圧検出抵抗Ｒ７を介して当該バッテリパック１のマイナス端子ＴＭ_-に接続されている。
【００１３】
当該バッテリパック１に内蔵されるマイコン１０には、シリーズレギュレータやリセット回路等を含むマイコン電源１６からの電源が供給され、当該マイコン１０はこのマイコン電源１６から供給される電源により動作する。このマイコン１０の充電電流検出入力端子ＤＩ１は充電電流検出用に設けられているオペアンプ１３の出力端子と接続され、放電電流検出入力端子ＤＩ２は放電電流検出用に設けられているオペアンプ１４の出力端子と接続されている。また、マイコン１０の割り込み入力端子は、オペアンプ１３と１４の各出力端子が２つの入力端子に接続された２入力ＮＡＮＤゲート１５の出力端子と接続され、さらにこの２入力ＮＡＮＤゲート１５の出力端子はプルアップ用の抵抗Ｒ８を介してマイコン電源１６と接続されている。その他、詳細は後述するが、マイコン１０の温度検出入力端子はバッテリセル２０の周辺温度を検出する温度センサ１９の出力端子と接続され、電圧検出入力端子はバッテリセル２０の端子間電圧を検出する電圧検出回路１８の出力端子と接続され、サイクルデータ入力端子は不揮発性メモリ１７の出力端子と、グランド端子はバッテリセル２０の負極と、通信用の入力端子（ＳＩＮ端子）及び出力端子（ＳＯＵＴ端子）はバッファアンプ１１，１２と接続されている。なお、上記充電電流検出入力端子ＤＩ１及び放電電流検出入力端子ＤＩ２や温度検出入力端子，電圧検出入力端子等のアナログ入力がなされる端子は、全てＡ／Ｄ入力ポートであり、したがって、当該マイコン１０内にはこれらアナログ入力をディジタル変換するＡ／Ｄコンバータが内蔵されている。
【００１４】
上記オペアンプ１３の非反転入力端子は抵抗Ｒ３を介してバッテリセル２０の負極と接続され、反転入力端子は増幅率設定用の負帰還抵抗Ｒ２並びに抵抗Ｒ１と接続されている。したがって、当該オペアンプ１３の出力端子からは、当該バッテリパック１内に流れる電流値（充電時に流れる電流値）を上記抵抗Ｒ１とＲ２の抵抗値の比（Ｒ２／Ｒ１）に応じて増幅した電圧値が出力されることになる。一方、オペアンプ１４の非反転入力端子は抵抗Ｒ６及び電流電圧検出用の抵抗Ｒ７を介してバッテリセル２０の負極と接続され、反転入力端子は負帰還抵抗Ｒ５並びに抵抗Ｒ４と接続されている。したがって、当該オペアンプ１４の出力端子からは、当該バッテリパック１内に流れる電流値（放電時に流れる電流値）を上記抵抗Ｒ４とＲ５の抵抗値の比（Ｒ５／Ｒ４）に応じて増幅した電圧値が出力されることになる。
【００１５】
また、トランジスタスイッチＴｒ１は例えば電界効果トランジスタからなり、ゲートがマイコン１０のスイッチング制御出力端子ＳＷ１と接続され、ドレインとソース間に上記抵抗Ｒ１が挿入接続されている。したがって、マイコン１０のスイッチング制御出力端子ＳＷ１からの信号レベルが例えばハイ（Ｈ）レベルとなったときには、上記トランジスタスイッチＴｒ１がＯＮし、これにより上記抵抗Ｒ１による抵抗値は略々０（トランジスタスイッチＴｒ１の内部抵抗のみとなる）となり、上記抵抗Ｒ１とＲ２の抵抗値の比（Ｒ２／Ｒ１）に応じて増幅率が設定されるオペアンプ１３の当該増幅率（アンプゲイン）は大となる。一方、マイコン１０のスイッチング制御出力端子ＳＷ１からの信号レベルが例えばロー（Ｌ）レベルとなったときには、上記トランジスタスイッチＴｒ１はＯＦＦし、これにより上記オペアンプ１３の増幅率は上記抵抗Ｒ１とＲ２の抵抗値の比（Ｒ２／Ｒ１）に応じた増幅率、すなわちトランジスタスイッチＴｒ１がＯＮしているときよりも小さい増幅率（アンプゲイン）となる。同様に、トランジスタスイッチＴｒ２も例えば電界効果トランジスタからなり、ゲートがマイコン１０のスイッチング制御出力端子ＳＷ２と接続され、ドレインとソース間に上記抵抗Ｒ４が挿入接続されている。したがって、マイコン１０のスイッチング制御出力端子ＳＷ２からの信号レベルが例えばハイ（Ｈ）レベルとなったときには上記トランジスタスイッチＴｒ２がＯＮし、これにより上記抵抗Ｒ４による抵抗値は略々０（トランジスタスイッチＴｒ２の内部抵抗のみとなる）となり、オペアンプ１４の増幅率（アンプゲイン）は大となる。一方、マイコン１０のスイッチング制御出力端子ＳＷ２からの信号レベルが例えばロー（Ｌ）レベルになったときには上記トランジスタスイッチＴｒ２はＯＦＦし、これによりオペアンプ１４の増幅率（アンプゲイン）は小となる。
【００１６】
ここで、上記マイコン１０は、通常動作モード時（Ｒｕｎ時）には常に上記充電電流検出入力端子ＤＩ１と放電電流検出入力端子ＤＩ２のレベルを監視しており、これら端子ＤＩ１，ＤＩ２のレベルが一定レベル以上になっているときには、上記スイッチング制御出力端子ＳＷ１及びＳＷ２の信号レベルを共にローレベルとなす。これにより、上記トランジスタスイッチＴｒ１及びＴｒ２は共にＯＦＦとなり、オペアンプ１３及び１４のアンプゲインは小となる。したがって、通常動作モード時（Ｒｕｎ時）のマイコン１０は、アンプゲインが小となされたオペアンプ１３及び１４からの出力値を用いて、当該バッテリパック１内に流れる電流値（充電時に流れる電流値又は放電時に流れる電流値）を測定可能となる。このため、マイコン１０は、例えば充放電時に流れる電流値がわかり、充放電電流積算値等が計算できるようになる。
【００１７】
これに対し、上記通常動作モード時（Ｒｕｎ時）にあるときに、当該バッテリパック１内に流れる充放電電流値がある所定値以下の微少電流値になると、上記アンプゲインが小となされているオペアンプ１３及び１４からの出力値も小さくなる。すなわち、上記充電電流検出入力端子ＤＩ１と放電電流検出入力端子ＤＩ２のレベルも小さくなる。このとき、上記マイコン１０は、上記端子ＤＩ１，ＤＩ２のレベルが一定レベル以下となり、この状態が一定時間以上続いたならば、無負荷状態であると判断して省電力モード（スリープモード）に移行する。この省電力モード時には、上記通常動作モード時に比べて消費電力が小さくなり、したがって、回路の省エネルギ化が可能となる。
【００１８】
この省電力モード（スリープモード）になったときのマイコン１０は、上記スイッチング制御出力端子ＳＷ１及びＳＷ２の信号レベルを共にハイレベルとなす。これにより、上記トランジスタスイッチＴｒ１及びＴｒ２は共にＯＮになり、オペアンプ１３及び１４のアンプゲインは大となる。したがって、当該省電力モード（スリープモード）のマイコン１０は、アンプゲインが大となされたオペアンプ１３及び１４からの出力値を用いて、当該バッテリパック１内に流れる微少電流値（充電時に流れる微少電流値又は放電時に流れる微少電流値）を測定可能となる。
【００１９】
ここで、当該省電力モードになっているときに、当該バッテリパック１内に流れる充放電電流値が上記所定値以上の電流値になると、上記アンプゲインが小となされているオペアンプ１３及び１４からの出力値は共に大きくなる。すなわち、上記２入力ＮＡＮＤゲート１５の２つの入力端子のレベルは共にハイレベルとなり、したがって、当該２入力ＮＡＮＤゲート１５の出力はローレベルとなる。このように、割り込み入力端子に供給されている上記２入力ＮＡＮＤゲート１５の出力レベルがローレベルになると、マイコン１０は、上記省電力モードを解除して通常動作モードに移行する。
【００２０】
上述のように、図１の構成によれば、省電力モード時には通常動作モード時に比べて消費電力が小さいため、回路の省エネルギ化を図ることができる。また、図１の構成によれば、マイコン１０がスイッチング制御出力ＳＷ１，ＳＷ２にてトランジスタＴｒ１，Ｔｒ２をＯＮ／ＯＦＦ制御することにより、オペアンプ１３，１４のアンプゲインを切り換え可能となし、これにより、省電力モード時の微少電流値の検出と、通常動作モード時の電流値の測定を、上記構成で兼用可能となしている。
【００２１】
次に、上記マイコン１０における動作モードの切り換え処理の流れを図２を用いて説明する。
【００２２】
図２において、ステップＳＴ１ではマイコン１０がＲｕｎ（通常動作モード）となっているとする。このとき、ステップＳＴ２のように、スイッチング制御出力端子ＳＷ１とＳＷ２の出力レベルは共にローレベルとなされている。次にステップＳＴ３では前記一定時間との比較に用いる変数ｔを０に初期化し、ステップＳＴ４では充電電流検出入力端子ＤＩ１の入力値が固定値Ｉ₀より小さいか、また放電電流検出入力端子ＤＩ２の入力値が固定値Ｉ₀より小さいかの判断を行う。ステップＳＴ４で小さくないと判断した場合にはステップＳＴ１に戻り、小さいと判断した場合にはステップＳＴ５に進む。
【００２３】
ステップＳＴ５では、変数ｔに１を加え（インクリメント）、次のステップＳＴ６では変数ｔが前記一定時間である固定値ｔ₀より小さいか否かを判断し、小さいと判断した場合にはステップＳＴ４に戻り、小さくないと判断した場合（すなわち一定時間を越えたと判断した場合）にはステップＳＴ７に進む。ステップＳＴ７ではスイッチング制御出力端子ＳＷ１とＳＷ２の値をハイレベルにし、これによりステップＳＴ８にてスリープモード（省電力モード）に入る。
【００２４】
また、ステップＳＴ９では割り込み入力端子の状態を見ており、割り込み入力がないとき（割り込み入力がハイレベルのとき）は、当該ステップＳＴ９の判断を繰り返し、割り込み入力があったとき（割り込み入力がローレベル）になったときはステップＳＴ１に進む。
【００２５】
次に、図１の他の構成要素について説明する。
【００２６】
電圧検出回路１８は、抵抗Ｒ９及びＲ１０からなる分圧抵抗であり、この分圧抵抗によりバッテリセル２０の端子間電圧を検出する。この電圧検出回路１８からの電圧検出値が、マイコン１０の上記電圧検出入力端子に供給されている。したがって、当該マイコン１０は上記電圧検出入力端子に供給された電圧検出回路１８からの電圧検出値に基づいて、バッテリセル２０の端子間電圧の変化を知ることができる。
【００２７】
また、温度センサ１９は、例えば温度検出用サーミスタ等からなり、バッテリセル２０の近傍或いは接して配置されており、この温度センサ１９の温度検出値が上記マイコン１０の温度検出入力端子に供給されるようになっている。したがって、当該マイコン１０は、上記温度検出入力端子に供給された温度検出値に基づいて、バッテリセル２０の温度を知ることができる。
【００２８】
さらに、不揮発性メモリ１７は、上記バッテリセル２０の使用可能な最大充放電サイクル回数のデータ（サイクルデータ）を少なくとも記憶する例えばＥＥＰ−ＲＯＭからなっている。マイコン１０は、当該不揮発性メモリ１７からの最大充放電サイクル回数のデータ（サイクルデータ）を読み出すと共に、前記電圧検出回路１８からの検出電圧に基づいて上記バッテリセル２０の充放電サイクル回数を計測し、バッテリセル２０の充放電サイクル回数が上記最大充放電サイクル回数に達したときに、その旨のフラグを当該バッテリパック１が装着される電子機器に対して送信するようになされている。
【００２９】
このバッテリバック１が装着される電子機器は、上記バッテリパック１から伝送されてきた上記フラグを受信することにより、例えばバッテリパック１の交換をユーザに促すための表示を行うことが可能となる。なお、この表示例としては、例えば「このバッテリは古くなりました、取りかえて下さい」というような表示を行う。これにより、ユーザ等は簡単にバッテリバック１の寿命を知ることが可能となる。
【００３０】
次に、図３には、図１の構成に更に他の回路ブロック３０を付加た例を示す。この回路ブロック３０は、上記マイコン１０のように自分自身で通常動作モードと省電力モードの切り換え制御ができないものである。この図３の構成では、上記回路ブロック３０がスイッチ３１を介してバッテリセル２０と接続されている。当該スイッチ３１は、上記スイッチング制御出力端子ＳＷ１からの信号に応じてＯＮ／ＯＦＦするものであり、スイッチング制御出力端子ＳＷ１からの信号が例えば通常動作モード時を示すとき（ローレベル）にはＯＮとなり、省電力モードを示すとき（ハイレベル）にはＯＦＦとなる。これにより、省電力モードのときには、当該回路ブロック３０への電力供給が停止され、したがって、電力消費が抑えられるようになる。なお、回路ブロック３０としては、例えば前記温度センサ１９への電源供給回路等が挙げられる。なお、微少電流が流れている省電力モード時にはバッテリセル２０の温度を監視する必要性が少ないため、当該温度センサ１９への電源供給を停止してもよい。
【００３１】
次に、図４には、上述したバッテリパック１が適用されるシステム構成として、例えばカメラ一体型のビデオテープレコーダ（以下ビデオカメラ６０とする）のシステムの概略構成を示す。
【００３２】
この図４において、バッテリパック１には上記マイコン１０とバッテリセル２０と前記充放電検出回路８０とが少なくとも設けられ、マイコン１０にはビデオカメラ６０との間で通信を行うための通信回路７２と、このバッテリパック１の状態を示す情報を生成する情報生成回路７１とが内蔵されている。この構成例の情報生成回路７１では、上記バッテリバック１の状態を示す情報として、例えばバッテリ残容量情報や充放電電流検出情報、バッテリセル電圧検出情報、温度検出情報、前記最大充放電サイクル回数に達した時のフラグ等を生成する。なお、バッテリパック１０のマイコン１０とビデオカメラ６０との通信は、バッテリパック１０側のバッファアンプ１１及び１２と、ビデオカメラ６０側のバッファアンプ６１，６２を介して行われる。また、ビデオカメラ６０は撮影のための構成や撮影した映像信号を記録／再生するための各種構成を有するが、図４の例ではマイコン６３と表示デバイス６４のみを図示している。
【００３３】
当該バッテリパック１のプラス端子はビデオカメラ６０のプラス端子と接続され、バッテリパック１のマイナス端子はビデオカメラ６０のマイナス端子と接続され、これらプラス端子とマイナス端子を介してバッテリパック１からビデオカメラ６０に対して電源が供給される。また、バッテリパック１とビデオカメラ６０との間はコントロール端子を介して行われる。
【００３４】
ビデオカメラ６０は、上記コントロール端子を介してバッテリパック１から当該バッテリパック１の状態を示す情報を受信し、マイコン６３に取り込む。マイコン６３の通信回路６５を介した情報は、計算回路６６に送られ、ここで各種の計算が行われ、そのうち表示すべき情報が表示制御回路６７に送られる。当該表示制御回路６７では上記表示すべき情報から表示信号を生成し、表示デバイス６４に送る。これにより表示デバイス６４にはバッテリパック１の例えばバッテリ状態として例えばバッテリ残量や最大充放電サイクル回数を過ぎた旨の表示等がなされる。
【００３５】
なお、上述した説明では、バッテリパックが装着される電子機器としてビデオカメラを例に挙げたが、この電子機器はビデオカメラに限らず、携帯用電話機やパーソナルコンピュータ等の各種電子機器であって、前記バッテリ残時間等を表示可能な表示デバイスを有するものであれば、何れのものであってもよい。
【００３６】
【発明の効果】
本発明のバッテリパックにおいては、バッテリセルの充放電電流を検出し、この充放電電流の検出出力に基づいて、通常動作モードと省電力モードとの切換制御を行うようにし、本発明のバッテリの制御方法においては、バッテリセルの充放電電流を検出し、この検出したバッテリセルの充放電電流が閾値電流以下のとき、内蔵している回路部を省電力モードに切り換え制御し、一方、検出したバッテリセルの充放電電流が閾値電流以上のとき、回路部を通常動作モードに切換制御することにより、不要な電力消費を減らしてバッテリの省電力化が可能となり、バッテリの長寿命化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のバッテリパックの具体的構成例を示す回路図である。
【図２】本発明のバッテリパックにおける省電力モードと通常動作モードの切り換え制御の判断処理の流れを示すフローチャートである。
【図３】本発明のバッテリパックの他の具体的構成例を示す回路図である。
【図４】本発明のバッテリパック及びバッテリの制御方法が適用されるビデオカメラシステムの一構成例を示すブロック回路図である。
【符号の説明】
１バッテリパック、１０マイコン、１７不揮発性メモリ、１８電圧検出回路、２０バッテリセル、８０充放電検出回路

Claims

充放電されるバッテリセルと、
上記バッテリセルの充放電電流を検出する電流検出部と、
上記バッテリセルの充放電に関する信号処理を行い、通常動作モードと省電力モードとを有する回路部とを備え、
上記電流検出部は、電流検出感度が高感度と通常感度とに切換制御される構成を有し、
上記電流検出部からの検出出力に基づいて上記回路部の上記各モードの切換制御を行わせ、上記回路部が省電力モードに切換制御されるとき、上記電流検出部の電流検出感度を上記高感度に切換制御すること
を特徴とするバッテリパック。
上記電流検出部は、上記バッテリセルの充電電流検出手段と、放電電流検出手段とを有して成ること
を特徴とする請求項１記載のバッテリパック。
上記回路部とは別に、省電力モードを持たない第２の回路部を有し、上記電流検出部からの検出出力に基づいて上記第２の回路部をオン／オフ制御すること
を特徴とする請求項１記載のバッテリパック。
充放電されるバッテリセルと、
上記バッテリセルの充放電電流を検出する電流検出部と、
上記バッテリセルの端子間電圧を検出する電圧検出部と、
上記バッテリセルの充放電に関する信号処理を行い、通常動作モードと省電力モードとを有する回路部と、
上記バッテリセルの使用可能な最大充放電サイクル回数のデータを記憶するメモリとを備えるバッテリパックであって、
上記電流検出部からの検出出力に基づいて上記回路部の上記各モードの切換制御を行わせるとともに上記電圧検出部からの検出電圧に基づいて上記バッテリセルの充放電サイクル回数を計測し、上記バッテリセルの充放電サイクル回数が上記最大充放電サイクル回数に達したときに、その旨のフラグを上記バッテリパックが装着される電子機器に対して送信するようにしたこと
を特徴とするバッテリパック。
バッテリパックに内蔵されたバッテリセルの充放電電流を検出し、
検出された上記バッテリセルの充放電電流が閾値電流以下のとき、上記バッテリパックに内蔵された省電力モードを有する回路部を省電力モードに切換制御し、
検出された上記バッテリセルの充放電電流が閾値電流以上のとき、上記回路部を通常動作モードに切換制御し、上記バッテリセルの充放電サイクル回数を計測し、バッテリセルの充放電サイクル回数が最大充放電サイクル回数に達したときに、その旨のフラグを上記バッテリパックが装着される電子機器に対して送信するようにしたこと
を特徴とするバッテリの制御方法。
上記バッテリセルの充放電電流が閾値電流以下となる状態が一定時間以上連続したとき、上記回路部を省電力モードに切換制御すること
を特徴とする請求項５記載のバッテリの制御方法。