JP3543579B2

JP3543579B2 - 二次電池の充放電電流検出方法及び装置

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Publication number: JP3543579B2
Application number: JP29743497A
Authority: JP
Inventors: 彰彦工藤; 徹菅原
Original assignee: Shin Kobe Electric Machinery Co Ltd
Current assignee: Shin Kobe Electric Machinery Co Ltd
Priority date: 1997-10-29
Filing date: 1997-10-29
Publication date: 2004-07-14
Anticipated expiration: 2017-10-29
Also published as: JPH11135156A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、鉛蓄電池やリチウムイオン電池等の二次電池電池の充放電電流検出方法及び装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
最近は、電池パック内に充放電電流検出装置を内蔵して充放電電流の演算処理を行い、電池の残存容量を表示したりあるいはそのデータ出力するものが提案されている。従来より、電池の充放電電流を検出する場合には、例えば特開平８−１０３０２６号公報に示されるように、電池と直列に挿入した電流検出用抵抗の両端電圧を差動増幅器で増幅し、この差動増幅器の出力電圧に基づいてマイクロコンピュータにより二次電池の充電電流と放電電流量とを演算により求める方法が知られている。
【０００３】
そしてこの方法を用いる場合に、電流検出用抵抗の抵抗値を大きくすると、電流検出用抵抗の両端に発生する電圧が大きくなるために差動増幅器の増幅率を小さくすることができて、差動増幅器のオフセット電圧及び増幅率の経年変化等の影響を小さくして電流値を安定に検出できることが知られている。しかしながらこの抵抗値を大きくすると、電流検出用抵抗における電圧降下が大きくなって、二次電池の出力を有効に利用できないという問題が発生するため、従来から電流検出用抵抗の抵抗値はできるだけ小さい値が用いられている。
【０００４】
図４は、充放電電流検出回路と測定及び演算回路を有し、残存容量を計算及び出力する機能を有した電池パックにおいて、従来用いられている二次電池の充放電電流検出装置の回路の一例を示している。図４において、二次電池を複数個直並列に接続して構成される組電池１の−端子はそのまま電池パックの−出力端子に接続され、組電池１の＋端子と電池パック＋端子との間には、直列に電流検出用抵抗２が挿入されている。そして抵抗２の両端電圧には、抵抗３，４，５及び６とオペアンプ７で構成される差動増幅器８で差動増幅され、マイクロコンピュータ１７のＡ／Ｄ変換入力に接続される。差動増幅器８の非反転入力端子には電圧源９が接続されている。この電圧源９は、差動増幅器８の出力電圧をマイクロコンピュータ１７においてＡ／Ｄ変換するために必要である。すなわち電圧源９の電圧は、組電池１に充放電電流が流れていない状態で、マイクロコンピュータ１７のＡ／Ｄ変換入力がＡ／Ｄ変換範囲の中点付近となるように設定されている。この例ではマイクロコンピュータ１７の動作電圧が５Ｖであり、Ａ／Ｄ変換入力電圧が２．５Ｖのときに充放電電流が０の状態になる。組電池１から放電電流が流れるとＡ／Ｄ変換電圧は５Ｖ方向に増加し、組電池１に充電電流が流れるとＡ／Ｄ変換入力が２．５Ｖから０Ｖ方向に減少する。
【０００５】
この例ではマイクロコンピュータ１７が一定時間毎に周期的にＡ／Ｄ変換を行って電流値を演算し、演算した電流値を積算して残存容量の計算と出力動作を行う。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の従来の充放電電流検出方法及び装置では以下の課題を有している。
【０００７】
第１の課題は、パルス状の放電電流の測定精度である。実際の用途、例えばノート型パーソナルコンピュータ等では放電電流にパルス電流が含まれている場合が多い。特に、最近の高速動作を行うＣＰＵ搭載品では、ＣＰＵの発熱を抑えるためにＣＰＵのクロック周波数の制御を高速で切り替えている場合が多い。その場合、ＣＰＵの消費電流はクロック周波数に比例するために、負荷電流即ち放電電流にパルス成分が含まれることになる。従来の装置では、１００ｍｓ〜５００ｍｓ間隔で充放電電流を測定して積算している場合が多い。しかしながらパルス状の放電電流が通電されるときに、この１００ｍｓ〜５００ｍｓ間隔で測定した電流値を積算して残存容量を計算すると、計算結果と実際の値とに大きな誤差が生じる。これを防止するために測定時間間隔を更に短くすることが考えられるが、これを実行するためにはマイクロコンピュータ１７を高速で動作させる必要があり、装置の価格が高価になるだけでなく、消費電流が大きくなってしまい実際的ではなかった。
【０００８】
また第２の課題は、電流検出回路の安定度である。特に差動増幅部はオペアンプであるためオフセット電流，オフセット電圧の温度変化と経年変化の影響を受けて出力電圧が変動して誤差となってしまう。特に電流積算方式で残存容量を求める場合に、充放電電流が０である付近で電流の演算に大きな誤差があると、充放電電流がほぼ０であるにもかかわらず充電あるいは放電電流が流れたと計測されて残存容量が積算されてしまい誤差となる。これは電池が未使用状態で長期間放置される場合には積算値が無視できない値となるために問題である。
【０００９】
第３の課題は、Ａ／Ｄ変換器のビット数である。Ａ／Ｄ変換器としては、８〜１２ビット程度のものが使用される場合が多いが、コストの点からは低ビットのものが有利である。特にマイクロコンピュータ内蔵のものは８〜１０ビット程度のものが多く、これを使用すればコストは下げられる。しかし、低ビットのものを使用した場合には、電流測定値の分解能が下がるために、分解能以下の電流は測定することができず、また積算ができない。実際のノート型パソコンではパソコンの未使用時においても、電池パック回路の消費電流以外に微少電流がパソコン本体に供給される場合が多く、この電流を検出して積算できないと残存容量の誤差となってしまう可能性が多い。
【００１０】
本発明の目的は、上記各課題を解決することができる二次電池の充放電電流検出方法及び装置並びに二次電池の残存容量検出方法を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、まず二次電池に電流検出用抵抗を直列に接続し、この電流検出用抵抗の両端電圧を差動増幅器を用いて差動増幅し、差動増幅器の出力電圧に基づいてマイクロコンピュータにより二次電池の充電電流と放電電流量とを演算により求める二次電池の充放電電流検出方法を改良の対象とする。そして本発明においては、差動増幅器の出力を積分し且つ周期的にリセット（初期化）されるアナログ積分器を差動増幅器とマイクロコンピュータとの間に設ける。そしてこの周期的にリセットされるアナログ積分器を用いて差動増幅器の出力を積分し、このアナログ積分器のリセット直前の積分電圧に基づいてマイクロコンピュータにより二次電池の充電電流及び放電電流を演算する。ここでアナログ積分器をリセットする周期を、予想されるパルス状の電流の発生周期よりも長くしておかなければならないとは勿論である。アナログ積分器は、リセットされるまで差動増幅器の出力をすべて積分するため、放電電流がパルス状であっても、パルス状の放電電流に比例した電流値の検出が可能になる。その上、アナログ積分器を周期的にリセットするため、アナログ積分器の分解能を高くすることができる。マイクロコンピュータは、例えば、リセット時におけるアナログ積分器の積分電圧を内蔵するＡ／Ｄ変換器によりデジタル信号に変換する。そしてこの変換した値から電流値がゼロのときの積分電圧の変換値を減算し、その値を積分時間と電流検出用抵抗の抵抗値とで割った値がその積分時間における平均電流値となる。放電時にこの平均電流値を積算して放電開始前の容量から減算すれば残存容量を求めることができる。また充電時には、この平均電流値を積算した値を充電開始前の容量に加算して残存容量とする。このようにして前述の第１の課題が解決される。
【００１２】
また差動増幅器を構成するオペアンプのオフセット電流，オフセット電圧の温度変化と経年変化の影響を受けて出力電圧が変動して発生する誤差を補正するためには、アナログ積分器をリセットする周期よりも十分に長い周期でアナログ積分器の積分動作時間に相当する所定時間だけ電流検出用抵抗を短絡する短絡回路を設ける。そしてマイクロコンピュータは、短絡回路が電流検出用抵抗を短絡している期間中のアナログ積分器の積分電圧を放電電流及び充電電流がゼロのときの積分電圧として、次に短絡動作を行うまでの間アナログ積分器の積分電圧からこの放電電流及び充電電流がゼロのときの積分電圧を減算し、この値に基づいて放電電流及び充電電流の演算をする。このようにすると差動増幅器のオフセット電流，オフセット電圧が温度あるいは経年変化等で変化しても、一定時間毎に差動増幅器の入力を短絡しているときの積分電圧、つまり充放電電流が０のときの積分電圧でアナログ積分器の出力が補正されるため、充放電電流が０付近の検出電流を安定して測定することができ、第２の課題が解決される。
【００１３】
第３の課題である、低ビットのＡ／Ｄコンバータで誤差が生じるという問題点に対しては、アナログ積分器の出力電圧の測定値がある設定値範囲であれば積分電圧の初期化（アナログ積分器のリセット）を行わずに積分動作を継続することにより対応する。具体的には、リセット直前のアナログ積分器の積分電圧が予め定めた値を超えるときには、アナログ積分器をリセットする周期を通常の周期とし、リセット直前の積分電圧が予め定めた値を超えないときには、アナログ積分器をリセットする周期を前記通常の周期よりも長くする。なおアナログ積分器をリセットするリセット信号をマイクロコンピュータから出力する場合には、マイクロコンピュータは、積分電圧が予め定めた値を超えるときには、通常の周期でリセット信号を出力し、積分電圧が予め定めた値を超えないときには、通常の周期よりも長い周期でリセット信号を出力するようにする。
【００１４】
このようにアナログ積分器のリセット周期を長くすると（言い換えると積分時間を長くすると）、微少電流の場合は積分時間が延長されてアナログ積分器の出力電圧が高くなり、マイクロコンピュータで低ビットのＡ／Ｄコンバータを用いても微少電流の測定が可能である。なお、この場合の測定値は積分時間が長くなるので、積分器の出力電圧を正規の積分時間に対する実際の積分時間の比で除算することで真の測定電流とすることができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下図面を参照して本発明の実施の形態の一例を詳細に説明する。図１は、本発明の二次電池の充放電電流検出方法を実施する装置の一例の回路図である。図１において、二次電池を複数個直並列に接続して構成される組電池１の−端子はそのまま電池パックの−出力端子に接続され、組電池１の＋端子と電池パック＋端子との間には、直列に電流検出用抵抗２が挿入されている。そして抵抗２の両端電圧には、抵抗３，４，５及び６とオペアンプ７で構成される差動増幅器８で差動増幅され、マイクロコンピュータ１７のＡ／Ｄ変換入力に接続される。差動増幅器８の非反転入力端子には電圧源９が接続されている。ここまでの構成は図４に示す従来の装置と同一である。
【００１６】
本発明の異なる点は、差動増幅器８の出力とマイクロコンピュータ１７との間に、抵抗１０，オペアンプ１１，コンデンサ１２及びスイッチ１３〜１５で構成されるアナログ積分器１６が接続されている点と、マイクロコンピュータ１７でスイッチ１３〜１５が制御されてアナログ積分器１６が周期的にリセットされ、アナログ積分器１６の出力電圧（積分電圧）に基づいて二次電池１の充電電流及び放電電流を演算する点である。なお電圧源９，差動増幅器８，アナログ積分器１６及びマイクロコンピュータ１７の電源は、電池１である。したがって電池１が完全に放電するまでは、この装置は電流の測定動作及び残存容量の演算を繰り返し実行する。
【００１７】
アナログ積分器１６の構成を以下に説明する。充放電電流は、電流検出用抵抗２の両端電圧として電圧に変換され、差動増幅器８で電圧源９を基準電圧とする電圧信号に変換される。そしてこの電圧信号は、アナログ積分器１６の非反転入力端子に入力される。アナログ積分器１６では、オペアンプ１１の出力がスイッチ１５，コンデンサ１２を通じて反転入力端子に接続され、また反転入力端子は抵抗１０を通じて基準電圧源９に接続されている。抵抗１０とコンデンサ１２にはそれぞれ並列にスイッチ１３とスイッチ１４が接続されている。オペアンプ１１の出力はスイッチ１５を通じてマイクロコンピュータ１７に内蔵されたＡ／Ｄ変換器への入力端子を構成するＡ／Ｄ変換入力に接続されている。マイクロコンピュータ１７の出力ポートの出力端子からの制御指令に応じてスイッチ１３〜１５が開閉制御される。なおスイッチ１３〜１５は、マイクロコンピュータ１７から出力される制御指令に応じて開閉するものであればいかなる構造でもよく、例えば電磁スイッチやトランジスタ等の半導体スイッチでもよい。スイッチ１３及び１４は、マイクロコンピュータ１７から周期的に（例えば５００ｍｓごとに）出力される積分電圧測定指令とリセット指令に応じて、時間間隔をあけてオン（閉）状態となり、最終的にアナログ積分器１６をリセット（初期化）する［この例ではコンデンサ１２の端子電圧が電圧源９の電圧になるまで放電する］。図２のタイムチャートに示されるように、積分電圧測定のためにスイッチ１３が先にオン状態となり、後からリセットのためにスイッチ１４がオン状態となる。このときスイッチ１５はオフ（開）状態にある。放電が完了した後にスイッチ１３及び１４がともにオフ状態となり、スイッチ１５がオン状態になると、コンデンサ１２は再び充電可能な状態となる。この状態で、アナログ積分器１６のコンデンサ１２は差動増幅器８の出力で充電される。
【００１８】
本発明では、マイクロコンピュータ１７によりアナログ積分器１６の積分電圧に基づいて二次電池１の充電電流及び放電電流を演算し、残留容量を演算するため、マイクロコンピュータ１７を駆動するソフトウエアは図４の従来の装置で用いるソフトウエアとは構成が異なるものである。
【００１９】
次に、アナログ積分器１６の動作を説明する。電流検出用抵抗２に充電電流または放電電流が流れているときに、マイクロコンピュータ１７からの積分指令により、スイッチ１３とスイッチ１４がオフ状態となり、スイッチ１５がオン状態になっているとき、即ち積分動作時には、オペアンプ１１の出力がコンデンサ１２を通じて反転入力端子に接続されるフィードバックループが形成される。オペアンプ１１の反転入力端子には、抵抗１０が接続されており、非反転入力端子には差動増幅器８の出力が接続されているので、基準電圧源９からの電圧を基準電圧として差動増幅器８からの入力電圧に比例した電流がコンデンサ１２に流れてコンデンサ１２が充電されて電流が積分される。
【００２０】
マイクロコンピュータ１７から周期的に出力される積分電圧測定指令により、まずスイッチ１５がオフ状態となり、スイッチ１４がオフ状態を維持し、更にスイッチ１３がオン状態になる。このときコンデンサ１２には充電電流が流れなくなり且つオペアンプ１１の反転入力端子側が基準電圧源９に直接接続される。従ってアナログ積分器１６の出力電圧即ち積分電圧は基準電圧源９の電圧とコンデンサ１２の両端電圧の和となり、電流を積分した積分電圧が出力される。この積分電圧は、マイクロコンピュータ１７のＡ／Ｄ変換入力に入力されてＡ／Ｄ変換され、この積分電圧に基づいて放電電流または充電電流が演算される。
【００２１】
アナログ積分器１６をリセット（初期化）する場合には、スイッチ１５がオフ状態を維持しスイッチ１３がオン状態を維持した状態で、１４がオン状態となってコンデンサ１２に蓄積された電荷を放電させる。これによりコンデンサ１２に蓄積された電荷がゼロになる。以上の動作を繰り返して積分動作、積分電圧の測定動作、リセット動作が繰り返し行われる。
【００２２】
ここでアナログ積分器１６をリセットする周期は、予想されるパルス状の電流の発生周期よりも長くしておかなければならない。具体的には、５００ｍｓ以上が好ましい。アナログ積分器１６は、リセットされるまで差動増幅器８の出力電流をすべて積分するため、放電電流がパルス状であっても、パルス状の放電電流に比例した電流値の検出が可能になる。マイクロコンピュータ１７は、例えば、リセット直前のアナログ積分器１６の積分電圧を内蔵するＡ／Ｄ変換器によりデジタル信号に変換する。そしてこの変換した値から電流値がゼロのときの積分電圧の変換値を減算し、その値を積分時間（スイッチ１５がオン状態になってからオフ状態になるまでの時間）と電流検出用抵抗２の抵抗値とで割って、積分時間における平均電流値を求める。負荷への放電時にこの平均電流値を放電電流として逐次積算して放電開始前の容量から減算すれば残存容量を求めることができる。また電池１の充電時には、この平均電流値を積算した値を充電開始前の容量に加算して残存容量とする。マイクロコンピュータ１７は、この演算動作を実行するためのソフトウエアに基づいて動作している。
【００２３】
図１の実施の形態の動作のタイムチャートは図２に示す通りであり、図２（Ａ）〜（Ｃ）は、マイクロンピュータ１７から出力されるスイッチ１３，１４及び１５の制御指令であり、図２（Ｄ）は電流検出用抵抗２を流れる放電電流及び充電電流であり、図２（Ｅ）はアナログ積分器１６の出力電圧である。電池１から負荷に放電電流が流れているときには、電圧源９の基準電圧２．５Ｖからマイクロコンピュータ１７の電源電圧である５Ｖに向かってアナログ積分器１６の出力電圧が上昇し、電池１を充電しているときには、電圧源９の基準電圧２．５Ｖから０Ｖに向かってアナログ積分器１６の出力電圧が減少する。図２のタイムチャートは、放電から充電に切り替わるときの状態を示すものである。
【００２４】
実際に図１の放電電流検出装置と、図４に示した従来の充放電電流検出装置を用いて検出特性を比較した。いずれの検出装置も放電電流５．１２Ａから充電電流５．１２Ａの電流を０Ｖから５Ｖの電圧に変換するように差動増幅器８を構成し、またマイクロコンピュータ１７に１０ビットのＡ／Ｄコンバータを内蔵して電流を測定するようにした。従って、Ａ／Ｄコンバータ測定電圧２．５Ｖ（１６進数で２００ｈ）が充放電電流０Ａ、放電電流５．１１ＡがＡ／Ｄコンバータ測定電圧４．９９５Ｖ（１６進数で３ＦＦｈ）、充電電流５．１２ＡがＡ／Ｄコンバータ測定電圧０Ｖ（１６進数で０００ｈ）と計測される。電流の分解能は１０ｍＡである。
【００２５】
そして図４の従来の充放電電流検出装置では、５００ｍｓ毎に電流を測定するようにし、また図１の充放電電流検出装置でも５００ｍｓ毎にアナログ積分器１６のリセットを行って積分電圧を測定した。実際に通電したパルス電流は、５００ｍｓの周期で、５Ａの放電電流を１０ｍｓから５００ｍｓ通電するようにした。５００ｍｓ通電の場合は、パルス電流ではなく連続通電である。
【００２６】
図１の充放電電流検出装置でこのパルス電流を測定した結果を表１に示す。表に示されるように、パルス幅が１０ｍｓから５００ｍｓの連続通電まで誤差が少なく測定可能であった。
【００２７】
【表１】

これに対して従来の充放電電流検出回装置測定した結果を表２に示す。
【００２８】
【表２】

表２に示されるように、電流が測定できたのは５００ｍｓ通電の場合のみであり、他は０Ａと測定された。この原因は、電流測定時つまりＡ／Ｄコンバータで測定時に電流が通電されていないためである。このように、単に一定時間毎に電流を測定する従来の充放電電流検出装置では、パルス電流を測定した場合に大きな誤差となり、本発明が解決しようとする第１の課題に対する本発明の充放電電流検出装置の有効性が確認できた。
【００２９】
図３は、本発明の方法の他の実施の形態を実施するための充放電電流検出装置の回路図を示している。この実施の形態は、本発明が解決しようとする前述の第２の課題、すなわち充放電電流検出装置の安定度を改善するものである。図３に示される回路では、図１と比べてスイッチ１８が追加されている点が相違する。このスイッチ１８も、マイクロコンピュータ１７でオン・オフが制御される。スイッチ１８は一定時間毎に差動増幅器８の非反転入力端子側を反転入力端子側と接触して電流検出用抵抗２を短絡する短絡回路を構成する。この短絡期間中におけるアナログ積分器１６の積分電圧は放電電流及び充電電流がゼロの状態を示す基準となる。スイッチ１８をオン状態にして電流検出用抵抗２を短絡する周期は、アナログ積分器１６をリセットする周期よりも十分に長い周期、例えば１時間に１回の周期で行うようにする。そしてスイッチ１８をオン状態に維持する期間即ち短絡期間は、アナログ積分器１６の積分動作時間に相当する所定時間（スイッチ１５がオン状態になってからオフ状態になるまでの時間）とする。マイクロコンピュータ１７は、スイッチ１８が電流検出用抵抗２を短絡している期間中のアナログ積分器１６の積分電圧を放電電流及び充電電流がゼロのときの積分電圧として、次に短絡動作を行うまでの間アナログ積分器１６の積分電圧からこの放電電流及び充電電流がゼロのときの積分電圧を減算し、この値に基づいて放電電流及び充電電流の演算をする。このようにすると差動増幅器８のオフセット電流，オフセット電圧が温度あるいは経年変化等で変化しても、一定時間毎に差動増幅器８の入力を短絡したときの電圧、つまり充放電電流が０のときの出力電圧で積分器８の出力が補正されるため、充放電電流が０付近の検出電流を安定して測定することができ、前述の第２の課題が解決される。この実施例のマイクロコンピュータ１７を駆動するソフトウエアは、１時間に１回スイッチ１８をオン状態とし、このときの積分電圧をメモリに記憶してメモリ値を更新し、この記憶した（更新した）積分電圧をスイッチ１８をオフ状態にしているときに短い周期で測定する積分電圧から毎回減算する演算を実行するルーチンを含むように構成されている。その他の点は、図１の装置で用いるソフトウエアと同じである。
【００３０】
図３の装置と図１の装置を用いて、５０℃の温度で１週間電池の放置試験を行い、残存容量計算値の変化を測定した。その結果、図１に示した装置では、電流検出誤差が生じて、１週間の放置で１６８０ｍＡｈの残存容量が減少したことになったが、図３に示す装置では１週間の放置で１２０ｍＡｈの残存容量の減少にとどまっていた。これは、５０℃の温度で電流０Ａのときのマイクロコンピュータ１７のＡ／Ｄコンバータ入力電圧がずれるため、図１の装置では誤差が生じて放電電流が流れたと測定され、残存容量が減算されたためである。これに対して図３の装置では電流０ＡのＡ／Ｄコンバータ入力電圧がずれても、１時間に１回電流０Ａの電圧を測定して補正するために誤差が少なくなった。
【００３１】
次に、本発明が解決しようとする第３の課題、すなわちマイクロコンピュータ１７に内蔵するＡ／Ｄコンバータが低いビットの場合でも、微少電流の測定を可能とする方法の実施の形態について説明する。この方法の実施の形態を実施する場合の装置は、図１及び図３のいずれの回路構成を有していてもよく、マイクロコンピュータ１７を駆動するソフトウエアを変更することにより、この実施の形態は実施可能である。この実施の形態では、アナログ積分器１６の出力電圧が設定値範囲であれば積分電圧の初期化（リセット）を行わずに積分動作を継続する。具体的には、リセット直前のアナログ積分器１６の積分電圧が予め定めた値（例えば２．７４４Ｖ以上あるいは２．５５９Ｖ以下）を超えるときには、アナログ積分器１６をリセットする周期を通常の周期とする。そしてリセット直前の積分電圧が前述の予め定めた値を超えないときには、測定電流が微小電流であると判断してアナログ積分器１６をリセットする周期（積分動作時間）を前記通常の周期（積分動作時間）よりも長くする。これを実現するためには、マイクロコンピュータ１７を駆動するソフトウエアを、積分電圧を前述の予め定めた値と毎回比較し、積分電圧が予め定めた値を超えるときには、通常の周期でリセット信号を出力し、積分電圧が予め定めた値を超えないときには、通常の周期よりも長い周期でリセット信号を出力するように構成すればよい。このようにアナログ積分器１６のリセット周期（積分動作時間）を長くすると、微少電流の場合は積分時間が延長されてアナログ積分器１６の出力電圧が高くなり、マイクロコンピュータで低ビットのＡ／Ｄコンバータを用いても微少電流の測定が可能になる。なお、この場合の測定値は積分時間が長くなるので、アナログ積分器１６の出力電圧を正規の積分時間に対する実際の積分時間の比で除算することで真の測定電流とすることができる。
【００３２】
具体的には、図１で示した充放電電流検出装置で５００ｍｓ毎に測定した電流測定値が±０．５０Ａ（積分電圧が２．７４４Ｖ〜２．５５９Ｖ）以内の場合は、次回からの電流測定と積分動作を５００ｍｓ毎に行うのではなく、５ｓ毎に行うようにした。５ｓ毎の測定値は、アナログ積分器１６での積分時間が５００ｍｓの１０倍であるため、測定値を１０分の１倍にすることで真値に変換できる。従って±０．５０Ａ以内の微小充放電電流は１ｍＡ以内の分解能とすることができ、残存容量の測定誤差を小さくすることができる。実際にこの定数で設定した場合、３ｍＡの放電電流を２４時間通電した場合、低電流で５ｓ毎の積分動作を行うプログラムでは７２ｍＡｈの残存容量の変化であったが、０．５ｓ毎の積分動作では０ｍＡｈの残存容量変化で誤差が生じてしまい、本発明の有効性が確認できた。なお、５ｓ毎の電流測定で測定値がＡ／Ｄ変換入力電圧をオーバーする場合（積分電圧が０Ｖ以下あるいは４．９９５Ｖ以上となる場合）には、アナログ積分器１６のリセット周期すなわち積分時間を０．５ｓ毎に戻して測定すればよい。
【００３３】
上述のように、上記実施の形態に係る二次電池の充放電電流検出方法及び装置では、アナログ積分器１６を用いて充放電電流に比例する電流を積分するようにしたため、負荷にパルス電流が流れても正確に平均電流として測定できるので、残存容量の計算等で電流値を積算する場合でも正確に計算できる。
【００３４】
また、一定周期毎にスイッチ１８をオン状態にして電流検出用抵抗２を短絡して積分動作を１周期行い、その測定値で測定電流を補正するようにしたため、温度や経年変化で増幅器の特性が変わった場合でも正確に０点補正ができ、電池が放置中でも正確に電流積算で残存容量の計算ができる。
【００３５】
さらに、測定値がある範囲内では積分動作の初期化を行わないようにすれば、小さい電流でもアナログ積分器１６の電圧は大きくなるため、マイクロコンピュータで低ビットのＡ／Ｄコンバータを用いて測定を行っても正確に電流測定が可能である。
【００３６】
【発明の効果】
本発明によれば、アナログ積分器がリセットされるまでに差動増幅器から出力される電流を積分し、アナログ積分器の積分電圧に基づいて充放電電流値を検出するため、放電電流がパルス状であっても、パルス状の放電電流に比例した電流値の検出が可能になり、残存容量の計算等で電流値を積算する場合でも正確に計算できる利点がある。
【００３７】
また差動増幅器のオフセット電流，オフセット電圧が温度あるいは経年変化等で変化しても、一定時間毎に差動増幅器の入力を短絡したときの積分電圧、つまり充放電電流が０のときの積分電圧でアナログ積分器の出力を補正すると、充放電電流が０付近の検出電流を安定して測定することができる利点がある。
【００３８】
更に微小電流を測定する場合に、アナログ積分器のリセット周期を長くすると（積分時間を長くすると）、アナログ積分器の出力電圧が高くなり、マイクロコンピュータで低ビットのＡ／Ｄコンバータを用いても微少電流の測定が可能になる利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る二次電池の充放電電流検出装置の実施の形態の一例の構成を示す回路図である。
【図２】図１の充放電電流検出装置の動作を説明するタイムチャート図である。
【図３】本発明に係る二次電池の充放電電流検出装置の他の実施の形態の一例の構成を示す回路図である。
【図４】従来の充放電電流検出装置の構成を示す回路図である。
【符号の説明】
１組電池（二次電池）
２電流検出用抵抗
３，４，５，６抵抗
７オペアンプ
８差動増幅器
９基準電圧源
１０抵抗
１１オペアンプ
１２コンデンサ
１３，１４，１５スイッチ
１６アナログ積分器
１７マイクロコンピュータ
１８スイッチ

Claims

二次電池に電流検出用抵抗を直列に接続し、前記電流検出用抵抗の両端電圧を差動増幅器を用いて差動増幅し、前記差動増幅器の出力電圧に基づいてマイクロコンピュータにより前記二次電池の充電電流と放電電流量とを演算により求める二次電池の充放電電流検出方法であって、
周期的にリセットされるアナログ積分器を用いて前記差動増幅器の出力を積分し、
前記マイクロコンピュータにより前記アナログ積分器のリセット直前の積分電圧に基づいて前記二次電池の充電電流及び放電電流を演算することを特徴とする二次電池の充放電電流検出方法。
前記アナログ積分器をリセットする周期よりも十分に長い周期で少なくとも前記アナログ積分器の積分動作時間に相当する所定時間だけ前記電流検出用抵抗を短絡し、この短絡期間中における前記アナログ積分器の前記積分電圧を前記放電電流及び充電電流がゼロのときの積分電圧とし、次に短絡動作を行うまで前記アナログ積分器の前記積分電圧から前記放電電流及び充電電流がゼロのときの積分電圧を減算した値に基づいて前記マイクロコンピュータは前記放電電流及び充電電流の演算をすることを特徴とする請求項１に記載の二次電池の充放電電流検出方法。
前記積分電圧が予め定めた値を超えるときには、前記アナログ積分器をリセットする周期を通常の周期とし、
前記積分電圧が前記予め定めた値を超えないときには、前記アナログ積分器をリセットする周期を前記通常の周期よりも長くすることを特徴とする請求項１または２に記載の二次電池の充放電電流検出方法。
二次電池に直列に接続された電流検出用抵抗と、前記電流検出用抵抗の両端電圧を差動増幅する差動増幅器と、前記差動増幅器の出力に基づいて前記二次電池の充電電流及び放電電流を演算するマイクロコンピュータとからなる二次電池の充放電電流量検出装置であって、
前記差動増幅器の出力を積分し且つ周期的にリセットされるアナログ積分器が前記差動増幅器と前記マイクロコンピュータとの間に設けられ、
前記マイクロコンピュータが前記アナログ積分器がリセットされる直前の積分電圧に基づいて前記二次電池の充電電流及び放電電流を演算することを特徴とする二次電池の充放電電流検出装置。
前記アナログ積分器をリセットする周期よりも十分に長い周期で前記アナログ積分器の積分動作時間に相当する所定時間だけ前記電流検出用抵抗を短絡する短絡回路を更に備え、
前記マイクロコンピュータは、前記短絡回路が前記電流検出用抵抗を短絡している期間中の前記アナログ積分器の前記積分電圧を前記放電電流及び充電電流がゼロのときの積分電圧として、次に短絡動作を行うまで前記アナログ積分器の前記積分電圧から前記放電電流及び充電電流がゼロのときの積分電圧を減算した値に基づいて前記放電電流及び充電電流の演算をすることを特徴とする請求項４に記載の二次電池の充放電電流検出装置。
前記アナログ積分器をリセットするリセット信号を前記マイクロコンピュータから出力するようにし、
前記マイクロコンピュータは、前記積分電圧が予め定めた値を超えるときには、通常の周期で前記リセット信号を出力し、前記積分電圧が前記予め定めた値を超えないときには、前記通常の周期よりも長い周期で前記リセット信号を出力することを特徴とする請求項４または５に記載の二次電池の充放電電流検出装置。
二次電池に電流検出用抵抗を直列に接続し、前記電流検出用抵抗の両端電圧を差動増幅器を用いて差動増幅し、前記差動増幅器の出力に基づいてマイクロコンピュータにより放電量と充電量とを演算して前記二次電池の残存容量を検出する二次電池の残存容量検出方法であって、
周期的にリセットされるアナログ積分器を用いて前記差動増幅器の出力を積分し、
前記マイクロコンピュータにより、前記アナログ積分器のリセット直前の積分電圧に基づいて前記二次電池の充電電流及び放電電流を演算し、その演算結果に基づいて残存容量を検出することを特徴とする二次電池の残存容量検出方法。
前記アナログ積分器をリセットする周期よりも十分に長い周期で少なくとも前記アナログ積分器の積分動作時間に相当する所定時間だけ前記電流検出用抵抗を短絡し、この短絡期間中における前記アナログ積分器の前記積分電圧を前記放電電流及び充電電流がゼロのときの積分電圧とし、次に短絡動作を行うまで前記アナログ積分器の前記積分電圧から前記放電電流及び充電電流がゼロのときの積分電圧を減算した値に基づいて前記マイクロコンピュータは前記放電電流及び充電電流の演算をすることを特徴とする請求項７に記載の二次電池の残存容量検出方法。
前記積分電圧が予め定めた値を超えるときには、前記アナログ積分器をリセットする周期を通常の周期とし、
前記積分電圧が前記予め定めた値を超えないときには、前記アナログ積分器をリセットする周期を前記通常の周期よりも長くすることを特徴とする請求項７または８に記載の二次電池の残存容量検出方法。