JP3666697B2 - 容量積算方法およびバッテリパック - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、容量積算方法およびバッテリパックに関し、特に、2次電池の充電容量または放電容量の積算値を、精度良く求めることができるようにする容量積算方法およびバッテリパックに関する。
【0002】
【従来の技術】
従来より、2次電池の寿命を知るための目安として、充放電の回数(サイクル)の他、充電容量または放電容量の積算値(累積値)も用いられている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、このような2次電池の寿命を知るための目安として、充電容量または放電容量の積算値(以下、適宜、積算容量)が用いられる場合、その積算容量の従来の求め方としては、2次電池の残容量(2次電池に残っている容量)を検出し、その変化を積算していくことで、何Ah(アンペアアワー)、あるいは何Wh(ワットアワー)の充電または放電が行われたのかを求める方法がある。しかしながら、2次電池の残容量は、ノイズや、充放電レートにより変化する場合があり、また、その検出結果に誤差が含まれる場合もあるため、2次電池の残容量の、誤差と考えられる微小な変化を積算していくと、従来の求め方で求められた積算容量に含まれる誤差が大きなものとなる課題があった。このような誤差が大きな積算容量、即ち、精度の悪い積算容量が、2次電池の寿命を知るための目安として不適であることは自明である。
【0005】
本発明は、このような状況に鑑みてなされたものであり、積算容量を、比較的精度良く求めることができるようにするものである。
【0006】
【課題を解決するための手段】
請求項1に記載の容量積算方法は、2次電池の現在容量を検出し、現在容量が所定のステップ幅以上変化している場合、積算容量を、その値に、現在容量の所定のステップ幅以上の変化を加算したものに更新することを特徴とする。
【0007】
請求項9に記載のバッテリパックは、2次電池の現在容量を検出する検出手段と、現在容量が所定のステップ幅以上変化しているかどうかを判定する判定手段と、現在容量が所定のステップ幅以上変化している場合、積算容量を、その値に、現在容量の所定のステップ幅以上の変化を加算したものに更新する更新手段とを備えることを特徴とする。
【0008】
請求項1に記載の容量積算方法においては、2次電池の現在容量を検出し、現在容量が所定のステップ幅以上変化している場合、積算容量を、その値に、現在容量の所定のステップ幅以上の変化を加算したものに更新するようになされている。
【0009】
請求項9に記載のバッテリパックにおいては、検出手段は、2次電池の現在容量を検出し、判定手段は、現在容量が所定のステップ幅以上変化しているかどうかを判定するようになされている。更新手段は、現在容量が所定のステップ幅以上変化している場合、積算容量を、その値に、現在容量の所定のステップ幅以上の変化を加算したものに更新するようになされている。
【0010】
【発明の実施の形態】
図1は、本発明を適用したパソコンシステムの一実施例の構成を示している。このパソコンシステムは、例えば携帯型のパソコン(本体)30と、それに対して着脱可能なバッテリパック20とから構成されており、パソコン30は、バッテリパック20を電源として動作可能なようになされている。
【0011】
バッテリパック20は、2次電池Eの状態(例えば、2次電池Eの電圧や、充放電電流、残容量など)をモニタして、充電器(図示せず)や、パソコン30などの負荷との間でデータのやりとり(通信)を行う、いわゆるインテリジェントバッテリ(スマートバッテリ(Smart Battery)(デュラセル(Duracell)社、インテル(Intel)社で提唱されている))などと呼ばれるもので、例えば、電池監視用のマイコン(マイクロコンピュータ)1を内蔵している。このようなバッテリパック20によれば、そこから送信されてくる2次電池Eの状態を、充電器あるいは負荷側において、ユーザに報知することができる。
【0012】
バッテリパック20が内蔵する2次電池Eは、例えば、リチウムイオン系の2次電池Eで、その+端子は、パック(バッテリパック20のパッケージ)の+端子7に接続されており、また、その−端子は、電流検出回路3およびスイッチ2を介して、パックの−端子(GND端子)8に接続されている。従って、2次電池Eの放電電流は、+端子2および−端子8を介して流れる(パソコン30に対して、+端子2および−端子8を介して放電電流が供給される)。なお、バッテリパック20が充電される場合も、充電電流は、+端子2および−端子8を介して流れる。
【0013】
マイコン(マイクロコンピュータ)1(検出手段)(判定手段)(更新手段)は、例えば、CPUなどを内蔵し、電流検出回路3または電圧検出回路4の出力を、周期的に受信し、これにより、2次電池Eに流れる電流(放電電流および充電電流)または2次電池Eの電圧(以下、適宜、電池電圧という)を、それぞれ認識するようになされている。そして、マイコン1は、その電圧や電流に基づいて、通常はオンになっているスイッチ2を制御してオフにさせるようになされており、これにより、電流(充電電流または放電電流)を遮断し、過充電や過放電、過電流を防止するようになされている。
【0014】
また、マイコン1は、上述したようにして認識した電池電圧に基づいて、2次電池Eの現在の残容量を求め(検出し)(検出された残容量を、以下、適宜、現在容量という)、さらに、その現在容量に基づいて、充電容量についての積算容量を求めるようにもなされている。さらに、マイコン1は、パックの通信端子9に接続されており、この通信端子9を介して、パソコン30と、所定の通信手順にしたがって通信を行うようにもなされている。即ち、マイコン1は、通信端子9を介して送信されてくるデータ(コマンド)に応じて、所定の処理を行ったり、あるいは、電池電圧、充放電電流、2次電池Eの残容量、積算容量などを、通信端子9を介して、パソコン30に送信するようになされている。
【0015】
ここで、リチウムイオン電池については、その電池電圧(オープン電圧)と残容量とに関連性があり、電池電圧がわかれば、残容量を求めることができる。そこで、マイコン1は、リチウムイオン電池である2次電池Eの残容量を、上述したように、その電池電圧に基づいて求めるようになされている。
【0016】
スイッチ2は、マイコン1の制御にしたがってスイッチングし、これにより、充電電流、放電電流をオン/オフするようになされている。電流検出回路3は、そこに流れる電流、即ち、2次電池Eの放電電流、および2次電池Eに対する充電電流を検出し、マイコン1に供給するようになされている。電圧検出回路4は、電池電圧を検出し、マイコン1に供給するようになされている。レジスタ部5は、例えば、積算容量や、後述する基準レベル、容量極小値、容量極大値が保持される変数その他の値を記憶するためのレジスタで構成されている。表示部6(表示手段)は、例えば、液晶ディスプレイなどでなり、マイコン1の制御の下、積算容量その他の情報を表示するようになされている。ROM10には、マイコン1の動作上必要なプログラムやデータが記憶されている。即ち、マイコン1は、このROM10に記憶されているデータを必要に応じて参照しながら、同じくROM10に記憶されているプログラムを実行することで各種の処理を行うようになされている。
【0017】
以上のように構成されるバッテリパック20が、パソコン30に正常に装着されると、その+端子7、−端子8、および通信端子9がパソコン30と電気的に接続される。パソコン30は、バッテリパック20を電源として動作し、この場合、2次電池Eの放電電流が、+端子7、パソコン30、−端子8という経路で流れる。また、パソコン30は、充電器を内蔵しており、バッテリパック20(2次電池E)の充電を行うことができるようになされている。この場合、パソコン30(充電器)からの充電電流が、+端子7、2次電池E、−端子8という経路で流れる。
【0018】
バッテリパック20では、電流検出回路3または電圧検出回路4において、2次電池Eに流れる電流(放電電流、充電電流)またはその電池電圧がそれぞれ検出されており、その電流値および電圧値は、マイコン1において、周期的に受信される。そして、マイコン1は、この電流値、電圧値に基づいて、2次電池Eが過充電状態若しくは過放電状態または過電流状態にあるかどうかを判定し、2次電池Eが過充電状態若しくは過放電状態または過電流状態にあるときは、スイッチ2をオフにして、電流(充電電流、放電電流)を遮断する。
【0019】
また、マイコン1は、2次電池Eの電池電圧に基づいて、現在容量(ここでは、上述したように、2次電池Eの残容量)を算出し、さらに、その現在容量に基づき、必要に応じて、レジスタ部5を参照しながら、積算容量を算出する。
【0020】
マイコン1は、以上のようにして算出した積算容量や、電流検出回路3から供給される電流値、電圧検出回路4から供給される電圧値を、パソコン30からの要求に応じて、通信端子9を介して送信する。また、マイコン1は、求めた積算容量を、表示部6に供給して表示させる。なお、表示部6における積算容量の表示は、必要なときだけ(例えば、図示せぬ操作部が操作されたときなど)行うようにすることも可能である。
【0021】
次に、マイコン1において行われる、充電容量についての積算容量の算出の方法について説明する。まず、図2のフローチャートは、第1の方法により積算容量が算出される場合のマイコン1の処理を示しており、図3は、そのときの基準レベルの時間変化(図3(A))と、積算容量(図3(B))の時間変化を示している。
【0022】
ここで、基準レベルとは、現在容量と比較することにより、現在容量の変化が所定のステップ幅Cph以上あったかどうかを認識するために用いるもので、基準レベルの初期値としては、例えば、最初(バッテリパック20の使用開始前(製造時))の現在容量が設定されている。また、ステップ幅Cphは、誤差とみることができる現在容量の増加より大きな値(例えば、10Whなど)に設定されており、適正なステップ幅Cphは、例えば、実験などにより統計的に求めることができる。
【0023】
なお、ステップ幅Cphは、あらかじめROM10に、変更不可能な値として記憶させておくようにすることもできるし、また、レジスタ部5に記憶させておき、必要に応じて、ユーザが変更することができるようにしておくことも可能である。
【0024】
第1の方法による場合においては、まず最初に、ステップS1において、現在容量が検出され、ステップS2に進み、現在容量と、所定の基準レベルとの差分(現在容量−基準レベル)が、所定のステップ幅Cph(>0)以上であるかどうかが判定される。ステップS2において、現在容量と基準レベルとの差分が、所定のステップ幅Cph以上であると判定された場合、即ち、充電が行われることにより、現在容量が、基準レベルよりステップ幅Cph以上増加した場合、ステップS3に進み、基準レベルが、その値に、ステップ幅Cphを加算したものに更新されるとともに、積算容量も、その値に、ステップ幅Cphを加算したものに更新され、ステップS1に戻る。
【0025】
従って、充電が行われることにより、現在容量が、基準レベルよりステップ幅Cph以上大きくなっている場合においては、基準レベルおよび積算容量は、ステップ幅Cph(以下、適宜、1ステップともいう)だけインクリメントされる。
【0026】
一方、ステップS2において、現在容量と基準レベルとの差分が、所定のステップ幅Cph以上でないと判定された場合、即ち、現在容量が、基準レベル+ステップ幅Cphより小さい場合、ステップS4に進み、現在容量が、基準レベルより小さいかどうかが判定される。ステップS4において、現在容量が、基準レベルより小さいと判定された場合、即ち、放電が行われることにより、現在容量が、基準レベルより下がった場合、ステップS5に進み、基準レベルが、1ステップだけデクリメントされ、ステップS4に戻る。従って、この場合、ステップS4において、現在容量が、基準レベルより小さくないと判定されるまで、即ち、基準レベルが、現在容量以下になるまで、基準レベルは1ステップずつデクリメントされる。
【0027】
そして、ステップS4において、現在容量が、基準レベルより小さくないと判定された場合、即ち、現在容量が基準レベル以上である場合、ステップS1に戻り、再び、ステップS1からの処理を繰り返す。
【0028】
従って、現在容量が、基準レベル以上であって、ステップ幅Cphの範囲内にある場合は、ステップS1,S2、およびS4の処理が繰り返され、この場合、基準レベルおよび積算容量のいずれも更新されない。そして、現在容量が、基準レベルよりステップ幅Cph以上大きくなると、ステップS3において、基準レベルおよび現在容量の両方が1ステップだけインクリメントされる。即ち、この場合、基準レベルまたは現在容量は、それぞれの値に、ステップ幅Cphを加算したものに更新される。また、現在容量が、基準レベルより小さくなると、ステップS4およびS5の処理ループにおいて、基準レベルは、現在容量以下になるまで、1ステップ単位でデクリメントされる。即ち、この場合、基準レベルは、その値から、ステップ幅Cph単位の値(ステップ幅Cphの倍数であって、現在容量と、更新前の基準レベルとの差分以上の最小値)を減算したものに更新される。
【0029】
図3は、以上のようにして積算容量が算出される場合の基準レベル(図3(A))、および積算容量(図3(B))の時間変化を示している。
【0030】
なお、図3(A)における点線が基準レベルを表している。また、図3(A)における実線は、現在容量の時間変化を表しており、図3は、同図(A)に示すように現在容量が変化した場合の、基準レベルおよび積算容量の時間変化を示している。さらに、図3において、縦軸に付してある数字は便宜的なもので、実際の値とは関係ない。また、図3(B)における実線は積算容量を示しており、同図(B)における点線は、現在容量の増加分を、単純に積算して求められる積算値(単純な積算値)を示している。なお、以上のことは、後述する図5、図7、図9、図11、図13、および図15においても同様である。
【0031】
図3の実施例においては、最初に、現在容量(図3(A))が増加しており、従って、充電が行われている。この場合、現在容量が、現在の基準レベルを越えてから、その基準レベルよりステップ幅Cph以上大きくなると、ステップS2からステップS3に進み、基準レベル(図3(A))がステップ幅Cphだけ増加されるとともに、積算容量(図3(B))もステップ幅Cphだけ増加される。
【0032】
その後、充電が終了し、放電が開始されると、現在容量(図3(A))は減少するが、この現在容量が、基準レベルより小さくなると、ステップS4およびS5において、基準レベル(図3(B))が、ステップ幅Cph単位の値で減少される。そして、現在容量(図3(A))が、所定値となった後、再び充電が開始され、これにより、現在容量が、基準レベルよりステップ幅Cph以上増加すると、上述したように、ステップS2からステップS3に進み、基準レベル(図3(A))がステップ幅Cphだけ増加されるとともに、積算容量(図3(B))もステップ幅Cphだけ増加される。
【0033】
以下、同様にして、積算容量が求められていく。
【0034】
以上のように、現在容量が、基準レベルより、ステップ幅Cph以上大きいときは、基準レベルおよび積算容量を、ステップ幅Cph(1ステップ)だけインクリメントし、また、現在容量が、基準レベルより小さくなったとき、基準レベルを、現在容量以下の最も大きな値になるように、ステップ幅Cph単位で減少させるようにしたので、誤差とみることができるCph未満の現在容量の増加は無視され、その結果、積算容量を、比較的精度良く求めることができる。
【0035】
ところで、第1の方法による場合においては、現在容量が、その検出周期の間に急増し、基準レベルより、はるかに大きな値となっても、積算容量および基準レベルは1ステップしかインクリメントされないため、そのような現在容量の急激な増加に対応しきれないことがある(但し、このような現在容量の急激な増加は、通常生じない)。
【0036】
そこで、このような場合に対応すべく、図4のフローチャートは、第2の方法により積算容量が算出される場合のマイコン1の処理を示しており、図5は、そのときの基準レベル(図5(A))、および積算容量(図5(B))の時間変化を示している。
【0037】
第2の方法による場合においては、ステップS11乃至S13,S15、またはS16において、図2のステップS1乃至S3,S4、またはS5における場合とそれぞれ同様の処理が行われるようになされており、ステップS13の処理後に、ステップS11に直接戻らず、ステップS14の処理が行われることが、第1の方法による場合と異なっている。
【0038】
即ち、第2の方法による場合においては、ステップS13の処理後、ステップS14に進み、ステップS12における場合と同様に、現在容量と基準レベルとの差分が、所定のステップ幅Cph以上であるかどうかが判定される。
【0039】
ステップS14において、現在容量と基準レベルとの差分が、所定のステップ幅Cph以上であると判定された場合、即ち、ステップS13において、基準レベルを1ステップインクリメントしても、まだ、現在容量が、基準レベルよりステップ幅Cph以上大きい場合、再び、ステップS13に戻る。従って、この場合、現在容量と基準レベルとの差分が、ステップ幅Cph以下になるまで、基準レベル(積算容量も)が1ステップずつデクリメントされる。
【0040】
そして、ステップS14において、現在容量と基準レベルとの差分が、所定のステップ幅Cph以上でないと判定された場合、ステップS11に戻り、再び、ステップS11からの処理を繰り返す。
【0041】
従って、現在容量が、基準レベル以上であって、ステップ幅Cphの範囲内にある場合は、図2における場合と同様に、基準レベルおよび現在レベルのいずれも更新されない。また、現在容量が、基準レベルより小さくなった場合も、図2における場合と同様に、基準レベルは、現在容量以下になるまで、1ステップ単位でデクリメントされる。そして、現在容量が、基準レベルよりステップ幅Cph以上大きくなると、ステップS13およびS14のループ処理において、現在容量と基準レベルとの差分が、ステップ幅Cph以下となるまで、基準レベルおよび現在容量の両方が1ステップ単位でインクリメントされる。即ち、この場合、基準レベルまたは現在容量は、それぞれの値に、ステップ幅Cph単位の値(ステップ幅Cphの倍数であって、現在容量と、更新前の基準レベルとの差分以下の最大値)を加算したものに更新される。
【0042】
図5は、以上のようにして積算容量が算出される場合の基準レベル(図5(A))、および積算容量(図5(B))の時間変化を示している。
【0043】
図5の実施例においても、最初に、現在容量(図5(A))が増加しており、従って、充電が行われている。この場合、現在容量が、現在の基準レベルを越えてから、その基準レベルよりステップ幅Cph以上大きくなると、ステップS13およびS14において、基準レベル(図5(A))に、ステップ幅Cph単位の値が加算されるとともに、積算容量(図5(B))にも、ステップ幅Cph単位の値が加算される。
【0044】
その後、充電が終了し、放電が開始されると、現在容量(図5(A))は減少するが、この現在容量が、基準レベルより小さくなると、ステップS15およびS16において、基準レベル(図5(B))から、ステップ幅Cph単位の値が減算される。そして、現在容量(図5(A))が、所定値となった後、再び充電が開始され、これにより、現在容量が、基準レベルよりステップ幅Cph以上増加すると、上述したように、ステップS13およびS14において、基準レベル(図5(A))に、ステップ幅Cph単位の値が加算されるとともに、積算容量(図5(B))にも、ステップ幅Cph単位の値が加算される。
【0045】
以下、同様にして、積算容量が求められていく。
【0046】
以上のように、現在容量が、基準レベルより、ステップ幅Cph以上大きいときは、基準レベルおよび積算容量を、ステップ幅Cph単位でインクリメントし、また、現在容量が、基準レベルより小さくなったとき、基準レベルを、ステップ幅Cph単位で減少させるようにしたので、誤差とみることができるCph未満の現在容量の増加は無視され、その結果、積算容量を、比較的精度良く求めることができる。さらに、急激な現在容量の増加にも対応することが可能となる。
【0047】
次に、第1および第2の方法による場合においては、現在容量が基準レベルより小さくなると、即座に、基準レベルを、ステップ幅Cph単位で減少させるようにしたので、図3(A)および図5(A)の後半部分(右半分の部分)に示したように、現在容量が、基準レベルがとり得る値を横切るようにふらついている場合には、基準レベルのインクリメントとデクリメントとが繰り返される。第1および第2の方法によれば、積算容量は、基準レベルとともにインクリメントされるから、現在容量が、基準レベルがとり得る値を横切るようにふらついている場合には、積算容量は、真の値に比較して大きくなってしまうことになる。
【0048】
そこで、このような場合に対応すべく、図6のフローチャートは、第3の方法により積算容量が算出される場合のマイコン1の処理を示しており、図7は、そのときの基準レベル(図7(A))、および積算容量(図7(B))の時間変化を示している。
【0049】
第3の方法による場合においては、ステップS24において、図2のステップS4における場合と異なる処理が行われる他は、ステップS21乃至S23またはS25において、図2のステップS1乃至S3またはS5における場合とそれぞれ同様の処理が行われるようになされている。
【0050】
即ち、第3の方法による場合においては、ステップS24において、基準レベルと現在容量との差分(基準レベル−現在容量)が、ステップ幅Cphより大きいかどうかどうかが判定される。ステップS24において、基準レベルと現在容量との差分が、ステップ幅Cphより大きいと判定された場合、ステップS25に進み、基準レベルが、1ステップだけデクリメントされ、ステップS24に戻る。そして、ステップS24において、基準レベルと現在容量との差分が、ステップ幅Cphより大きくないと判定された場合、ステップS21に戻る。
【0051】
従って、第3の方法によれば、現在容量が、基準レベルよりステップ幅Cph以上大きくなった場合は、第1の方法における場合と同様に、基準レベルおよび現在容量の両方がインクリメントされる。また、現在容量が、基準レベルから、ステップ幅Cphの範囲内(基準レベル±Cph)にある場合は、基準レベルおよび現在レベルのいずれも更新されない。そして、基準レベルは、それより、現在容量がステップ幅以上小さくなったときのみデクリメントされる。
【0052】
図7は、以上のようにして積算容量が算出される場合の基準レベル(図7(A))、および積算容量(図7(B))の時間変化を示している。
【0053】
図7の実施例においては、最初に、現在容量(図7(A))が増加しており、従って、充電が行われている。この場合、現在容量が、現在の基準レベルを越えてから、その基準レベルよりステップ幅Cph以上大きくなると、ステップS22からステップS23に進み、基準レベル(図7(A))がステップ幅Cphだけ増加されるとともに、積算容量(図7(B))もステップ幅Cphだけ増加される。
【0054】
その後、充電が終了し、放電が開始されると、現在容量(図7(A))は減少するが、この現在容量が、基準レベルよりステップ幅以上小さくなると、ステップS24およびS25において、基準レベル(図7(B))から、ステップ幅Cph単位の値が減算される。そして、現在容量(図7(A))が、所定値となった後、再び充電が開始され、これにより、現在容量が、基準レベルよりステップ幅Cph以上増加すると、上述したように、ステップS22からステップS23に進み、基準レベル(図7(A))がステップ幅Cphだけ増加されるとともに、積算容量(図7(B))もステップ幅Cphだけ増加される。
【0055】
以下、同様にして、積算容量が求められていく。
【0056】
以上のように、現在容量が、基準レベルより、ステップ幅Cph以上大きいときは、基準レベルおよび積算容量を、ステップ幅Cph(1ステップ)だけインクリメントし、また、現在容量が、基準レベルより、ステップ幅Cph以上小さくなったとき、基準レベルを、ステップ幅Cph単位で減少させるようにしたので、誤差とみることができるCph未満の現在容量の増加は無視され、その結果、積算容量を、比較的精度良く求めることができる。さらに、図7(A)の後半部分に示すように、現在容量が、基準レベルがとり得る値を横切るようにふらついている場合であっても、積算容量が、真の値に比較して大きくなってしまうことを防止することができる。
【0057】
次に、第3の方法による場合においては、第1の方法における場合と同様に、積算容量および基準レベルのインクリメントを、現在容量が、基準レベルよりステップ幅Cph以上大きいときに、1ステップ分だけ行うようにしたが、現在容量が、基準レベルよりステップ幅Cph以上大きいときには、第2の方法における場合のように、積算容量および基準レベルのインクリメントは、1ステップ分だけでなく、必要に応じて、その整数倍の値(ステップ幅Cph単位の値)だけ行うようにすることが可能である。
【0058】
図8のフローチャートは、そのような第4の方法により積算容量が算出される場合のマイコン1の処理を示しており、図9は、そのときの基準レベル(図9(A))、および積算容量(図9(B))の時間変化を示している。
【0059】
なお、第4の方法による場合においては、ステップS31乃至S34において、図4のステップS11乃至S14における場合とそれぞれ同様の処理が行われ、また、ステップS35またはS36において、図6のステップS24またはS25における場合とそれぞれ同様の処理が行われることから、図8および図9についての詳細な説明は省略する。
【0060】
第4の方法によれば、積算容量を、比較的精度良く求めることができる他、図9(A)の後半部分に示すように、現在容量が、基準レベルがとり得る値を横切るようにふらついている場合であっても、積算容量が、真の値に比較して大きくなってしまうことを防止することができ、さらに、急激な現在容量の増加にも対応することが可能となる。
【0061】
ところで、第1乃至第4の方法による場合においては、基準レベルの増減が、nステップ(nは1以上の整数)単位で行われるため、そのとり得る値は、例えば、Cph,2Cph,3Cph,・・・などのように固定値となる。基準レベルが、このように固定値のみをとる場合、その値を、ROM10(図1)に記憶させておき、必要な基準レベルは、ROM10にアドレスを与えて読み出すようにすることができ、レジスタ部5に基準レベルを記憶するレジスタを設けずに済むようになる。即ち、書換可能なレジスタは、一般的に、読み出し専用のROM10に比較して、高価で、その大きさも大きいため、基準レベルがとり得る固定値を、ROM10に記憶させておくようにした場合には、装置の低コスト化、小型化を図ることが可能となる。
【0062】
しかしながら、その一方、基準レベルが固定値しかとり得ない場合、即ち、例えば、第3や第4の方法によれば、最悪の場合、現在容量が増加することにより、基準レベルより2Cph近く大きくなり、その後減少したときに、積算容量がまったくインクリメントされないことがある。即ち、この場合、誤差とは考えにくい、2Cph近くの現在容量の増加が、積算容量に反映されないことになり、その結果、積算容量の精度が低下することになる。
【0063】
そこで、このようなことを防止すべく、基準レベルを可変な値をとることができるようにすることができる。図10のフローチャートは、可変な値をとり得る基準レベルを用いる第5の方法により積算容量が算出される場合のマイコン1の処理を示しており、図11は、そのときの基準レベル(図11(A))、および積算容量(図11(B))の時間変化を示している。
【0064】
第5の方法による場合においては、ステップS41乃至S44において、図2のステップS1乃至S4における場合とそれぞれ同様の処理が行われる。そして、ステップS44において、現在容量が、基準レベルより小さいと判定された場合、即ち、現在容量が、基準レベルより下がった場合、ステップS45に進み、基準レベルに、現在容量の値がコピーされ(基準レベルの値が現在容量に等しい値に更新され)、ステップS41に戻る。
【0065】
図11は、以上のようにして積算容量が算出される場合の基準レベル(図11(A))、および積算容量(図11(B))の時間変化を示している。
【0066】
充電が行われている場合においては、図3における場合と同様に、現在容量が、基準レベルを越えてから、その基準レベルよりステップ幅Cphだけ増加すると、基準レベル(図11(A))が1ステップだけ増加されるとともに、積算容量(図11(B))も1ステップだけ増加される(ステップS43)。
【0067】
その後、充電が終了し、放電が開始されると、現在容量(図11(A))は減少するが、この現在容量が、基準レベル以下となると、基準レベル(図11(A))も、現在容量とともに減少される(ステップS45)。そして、現在容量(図11(A))が、所定値となった後、再び充電が開始され、これにより、現在容量が、基準レベルよりステップ幅Cphだけ大きくなると、上述したように、基準レベル(図11(B))が1ステップだけ増加されるとともに、積算容量(図11(C))も1ステップだけ増加される。
【0068】
以下、同様にして、積算容量が求められていく。
【0069】
以上のように、現在容量が、基準レベルより、ステップ幅Cphだけ大きくなったとき、基準レベルおよび積算容量を、ステップ幅Cph(1ステップ)だけインクリメントし、また、現在容量が、基準レベルより小さくなったとき、その基準レベルを、現在容量とともに減少させるようにしたので、誤差とみることができる現在容量の増加は無視されるとともに、誤差とは考えにくい現在容量の増加が考慮されることになり、その結果、積算容量を、より精度良く求めることができる。
【0070】
次に、第5の方法による場合においては、第1の方法における場合と同様に、積算容量および基準レベルのインクリメントを、現在容量が、基準レベルよりステップ幅Cph以上大きいときに、1ステップ分だけ行うようにしたが、現在容量が、基準レベルよりステップ幅Cph以上大きいときには、第2の方法における場合のように、積算容量および基準レベルのインクリメントは、1ステップ分だけでなく、必要に応じて、その整数倍の値(ステップ幅Cph単位の値)だけ行うようにすることが可能である。
【0071】
図12のフローチャートは、そのような第6の方法により積算容量が算出される場合のマイコン1の処理を示しており、図13は、そのときの基準レベル(図13(A))、および積算容量(図13(B))の時間変化を示している。
【0072】
なお、第6の方法による場合においては、ステップS51乃至S54において、図4のステップS11乃至S14における場合とそれぞれ同様の処理が行われ、また、ステップS55またはS56において、図10のステップS44またはS45における場合とそれぞれ同様の処理が行われることから、図12および図13についての詳細な説明は省略する。
【0073】
第6の方法によれば、積算容量を、より精度良く求めることができる他、急激な現在容量の増加にも対応することが可能となる。
【0074】
次に、例えば、第1の方法による場合においては、図3(A)に示したように、現在容量が、Cmax(<6Cph)まで増加し、その後減少しているが、この場合において、現在容量が、5Cphを越えてからCmaxとなるまでに、Cmax−5Cph分の容量が充電されているのにも拘らず、Cmaxは、そのとき基準レベル(5Cph)+ステップ幅Cph以下であるため、その容量分(このような容量を、以下、適宜、積算すべき容量という)は、積算容量には含められない。
【0075】
従って、第1の方法による場合には、真の積算容量より、積算すべき容量だけ小さな積算容量が算出される。このことは、第2乃至第6の方法についても同様である。
【0076】
そこで、図14のフローチャートは、このような積算すべき容量をも積算の対象とする第7の方法により積算容量が算出される場合のマイコン1の処理を示しており、図15は、そのときの基準レベル(図15(A))、および積算容量(図15(B))の時間変化を示している。
【0077】
第7の方法による場合においては、現在容量が、ステップ幅Cph以上増加または減少したかどうかを検出し、そのステップ幅Cph以上増加または減少する前の現在容量を、それぞれ容量極小値または容量極大値として、その容量極大値と容量極小値との差分を、積算容量に積算するようになされている。
【0078】
即ち、現在容量がステップ幅Cph以上減少し、その後、ステップ幅Cph以上増加したとき、その区間における現在容量の最小値(極小値)を検出し、それを、容量極小値とする。また、現在容量がステップ幅Cph以上増加し、その後、ステップ幅Cph以上減少したとき、その区間における現在容量の最大値(極大値)を検出し、それを、容量極大値とする。容量極小値と容量極大値とは、必ず交互に出現し、第7の方法によれば、例えば、容量極大値が検出されると、その容量極大値から、その直前に検出された容量極小値を減算した減算値が、積算容量に加算されることにより、積算容量が更新される。
【0079】
具体的には、まず最初に、ステップS61において、現在容量が検出され、ステップS62に進み、その現在容量が、変数RAMLおよびRAMHに、初期値としてセットされる。
【0080】
ここで、変数RAMLとRAMHは、レジスタ部5(図1)を構成するレジスタに記憶されるようになされており、それぞれは、容量極小値または容量極大値を検出するために用いられる。
【0081】
その後、ステップS63に進み、再び、現在容量が検出される。そして、ステップS64において、現在容量と変数RAMLとの差分D1(=現在容量−RAML)が求められるとともに、変数RAMHと現在容量との差分D2(=RAMH−現在容量)が求められ、ステップS65に進み、差分D1がステップ幅Cphより大きいかどうかが判定される。ステップS65において、差分D1がステップ幅Cphより大きいと判定された場合、即ち、現在容量が、最初に検出された現在容量(ステップS61で検出された現在容量)(例えば、ユーザが、バッテリパック20を購入し、その使用を開始したときに検出された現在容量)より、ステップ幅Cph以上増加した場合、最初に検出された現在容量が容量極小値とみなされる。そして、ステップS66に進み、変数RAMHが有効とされ、ステップS69に進む。ここで、変数RAMHが有効とされている間は、後段の処理において、変数RAMHが更新の対象とされ、変数RAMLは更新の対象とはされない。
【0082】
一方、ステップS65においいて、差分D1がステップ幅Cphより大きくないと判定された場合、ステップS67に進み、差分D2がステップ幅Cphより大きいかどうかが判定される。ステップS67において、差分D2がステップ幅Cphより大きくないと判定された場合、即ち、現在容量が、最初に検出された現在容量より、ステップ幅Cph以上増加もしていないし、また、減少もしていない場合、ステップS63に戻る。
【0083】
また、ステップS67において、差分D2がステップ幅Cphより大きいと判定された場合、即ち、現在容量が、最初に検出された現在容量より、ステップ幅Cph以上減少した場合、最初に検出された現在容量が容量極大値とみなされる。そして、ステップS68に進み、変数RAMLが有効とされ、ステップS69に進む。ここで、変数RAMLが有効とされている間は、後段の処理において、変数RAMLが更新の対象とされ、変数RAMHは更新の対象とはされない。
【0084】
以上のようにして、変数RAMHまたはRAMLのうちのいずれか一方が有効とされると、ステップS69において、再び、現在容量が検出され、ステップS70に進み、いま、変数RAMHまたはRAMLのうちのいずれが有効となっているのかが判定される。ステップS70において、変数RAMHが有効になっていると判定された場合、即ち、現在容量の前回の極値が極小値(容量極小値)であった場合、ステップS71に進み、現在容量が変数RAMHより大きいかどうかが判定される。
【0085】
ステップS71において、現在容量が変数RAMHより大きいと判定された場合、ステップS72に進み、変数RAMHが現在容量に更新され、ステップS69に戻り、ステップS69からの処理を繰り返す。即ち、この場合、変数RAMHは有効とされたままであるから、ステップS69乃至S72の処理が繰り返され、これにより、変数RAMHには、前回の容量極小値が検出されてから現在までの現在容量の最大値が記憶される。
【0086】
また、ステップS71において、現在容量が変数RAMHより大きくないと判定された場合、即ち、いま検出された現在容量が、前回の容量極小値が検出されてから現在までの現在容量の最大値以下の値である場合、ステップS73に進み、変数RAMHと現在容量との差分D2が求められ、ステップS74に進む。ステップS74では、差分D2がステップ幅Cphより大きいかどうかが判定される。
【0087】
ステップS74において、差分D2がステップ幅Cphより大きくないと判定された場合、即ち、現在容量が減少したが、その減少幅が、ステップ幅Cph以下である場合、ステップS69に戻る。また、ステップS74において、差分D2がステップ幅Cphより大きいと判定された場合、即ち、現在容量が、変数RAMH(前回の容量極小値が検出されてから現在までの現在容量の最大値)よりステップ幅Cph以上減少した場合、そのときの変数RAMHが、容量極大値として確定される。そして、ステップS75に進み、積算容量が、その値に、変数RAMHとRAMLとの差分を加算したものに更新され、ステップS76に進む。
【0088】
ステップS76では、変数RAMHに代えて、変数RAMLが有効とされ、即ち、容量極大値が検出された後は、変数RAMLが有効とされ、ステップS77に進み、変数RAMLが現在容量に更新され、ステップS69に戻り、ステップS69からの処理を繰り返す。
【0089】
この場合、ステップS70では、変数RAMLが有効であると判定される。ステップS70において、変数RAMLが有効であると判定された場合、ステップS78に進み、現在容量が変数RAMLより小さいかどうかが判定される。
【0090】
ステップS78において、現在容量が変数RAMLより小さいと判定された場合、ステップS79に進み、変数RAMLが現在容量に更新され、ステップS69に戻り、ステップS69からの処理を繰り返す。即ち、この場合、変数RAMLは有効とされたままであるから、ステップS69,S70,S78、およびS79の処理が繰り返され、これにより、変数RAMLには、前回の容量極大値が検出されてから現在までの現在容量の最小値が記憶される。
【0091】
また、ステップS78において、現在容量が変数RAMLより小さくないと判定された場合、即ち、いま検出された現在容量が、前回の容量極大値が検出されてから現在までの現在容量の最小値以上の値である場合、ステップS80に進み、現在容量と変数RAMLとの差分D1が求められ、ステップS81に進む。ステップS81では、差分D1がステップ幅Cphより大きいかどうかが判定される。
【0092】
ステップS81において、差分D1がステップ幅Cphより大きくないと判定された場合、即ち、現在容量が増加したが、その増加幅が、ステップ幅Cph以下である場合、ステップS69に戻る。また、ステップS81において、差分D1がステップ幅Cphより大きいと判定された場合、即ち、現在容量が、変数RAML(前回の容量極大値が検出されてから現在までの現在容量の最小値)よりステップ幅Cph以上増加した場合、そのときの変数RAMLが、容量極小値として確定される。そして、ステップS82において、変数RAMLに代えて、変数RAMHが有効とされ、即ち、容量極小値が検出された後は、変数RAMHが有効とされ、ステップS83に進み、変数RAMHが現在容量に更新され、ステップS69に戻り、ステップS69からの処理を繰り返す。
【0093】
図15は、以上のようにして積算容量が算出される場合の基準レベル(図15(A))、および積算容量(図15(B))の時間変化を示している。
【0094】
図15の実施例においては、最初に、現在容量(図15(A))が増加しており、従って、充電が行われている。この場合、現在容量が、最初の現在容量からステップ幅Cph以上増加した時刻t1において、最初の現在容量が、容量極小値とされるとともに、変数RAMHが有効とされる。
【0095】
変数RAMHが有効とされている間、この変数RAMHは、時刻t1からいままでにおける現在容量の最大値に更新されていく。そして、充電が終了し、放電が開始されると、現在容量(図15(A))は減少するが、この現在容量が、変数RAMHよりステップ幅Cph以上小さい値に減少すると、その時刻t3において変数RAMHに記憶されていた値(現在容量)が、容量極大値として確定される。即ち、例えば、図15(A)に示した場合においては、時刻t2において極大値が出現しているが、この極大値は、時刻t3において、容量極大値として確定される。
【0096】
容量極大値が確定すると、積算容量が(図15(B))が、変数RAMHとRAMLとの差分だけ増加され、さらに、変数RAMLが有効とされるとともに、その変数RAMLに、現在容量(時刻t3において検出された現在容量)がセットされる。
【0097】
その後、変数RAMLが有効とされている間は、変数RAMLは、時刻t3(変数RAMLが有効とされた時刻)からいままでにおける現在容量の最小値に更新されていく。そして、放電が終了し、充電が再び開始されると、現在容量(図15(A))は増加するが、この現在容量が、変数RAMLよりステップ幅Cph以上大きい値に増加すると、その時刻t4において変数RAMLに記憶されていた値(現在容量)が、容量極小値として確定される。
【0098】
容量極小値が確定すると、変数RAMHが再び有効とされ、さらに、変数RAMHに、現在容量(時刻t4において検出された現在容量)がセットされる。そして、変数RAMHを更新していき、以下、同様にして、積算容量が求められていく。
【0099】
以上のように、現在容量が、ステップ幅Cph以上増加または減少したかどうかを検出し、そのステップ幅Cph以上増加または減少する前の現在容量を、それぞれ容量極小値または容量極大値として、その容量極大値と容量極小値との差分を、積算容量に積算するようにしたので、誤差とみることができるCph未満の現在容量の増加は無視され、その結果、積算容量を、比較的精度良く求めることができる。さらに、第7の方法によれば、積算すべき容量も積算容量に含められるので、より精度良く、積算容量を求めることができる。
【0100】
なお、上述した、基準レベルが所定の固定値のみをとる第1乃至第4の方法は、その固定値どうしの間隔を小さくすることで、この第7の方法に近づくことになる。
【0101】
次に、以上のような方法で求められた積算容量は、上述したように、表示部6などにおいて表示されるが、第7の方法による場合においては、容量極大値が確定されるまでは、前回の容量極小値からの充電容量は、積算容量に加算されないから、その間における積算容量の変化は表示に反映されないことになる(容量極大値が出現したときしか、積算容量の表示が変化しない)。即ち、第7の方法により求められた積算容量値を、そのまま表示するのでは、表示部6の表示値(以下、適宜、表示容量値という)はリアルタイムに変化しない。
【0102】
そこで、表示容量値をリアルタイムに変化させるには、マイコン1に、例えば、図16に示すフローチャートにしたがった表示処理を行わせるようにすれば良い。即ち、この場合、まず最初に、ステップS91において、変数RAMLまたはRAMHのうちのいずれが有効であるかが判定される。ステップS91において、変数RAMHが有効であると判定された場合、ステップS92に進み、積算容量に、変数RAMHとRAMLとの差分が加算され、その加算値が、表示容量値として表示され、表示処理を終了する。
【0103】
また、ステップS91において、変数RAMLが有効であると判定された場合、ステップS93に進み、積算容量が、そのまま表示容量値として表示され、表示処理を終了する。
【0104】
この場合、図17に示すように、前回の容量極小値から、次の容量極大値が出現するまでの間は、その容量極小値からの容量の増分(RAMH−RAML)が、積算容量(同図において点線で示す部分)に加算されて表示されるので、表示容量値をリアルタイムに変化させることが可能となる。
【0105】
以上、本発明をパソコンシステムに適用した場合について説明したが、本発明は、パソコン以外の電子機器に用いられるバッテリパックなどにも適用可能である。
【0106】
なお、図14における場合においては、容量極大値が確定されたときに、前回の容量極小値からの差分を、積算容量に加算し、変数RAMLを現在容量に更新するようにしたが、その他、例えば、現在容量が、変数RAMLよりステップ幅Cph以上の値に増加したときに、変数RAMHとRAMLとの差分を、積算容量に加算し、変数RAMLを、変数RAMHに記憶された値に更新することにより、積算容量を求めるようにすることもできる。この場合、リアルタイムに変化する積算容量を得ることが可能となる。
【0107】
また、本実施例においては、電池電圧から、現在容量を検出するようにしたが、現在容量は、例えば、電流積算法その他によって検出するようにしても良い。
【0108】
さらに、2次電池Eは、リチウムイオン電池に限定されるものではなく、2次電池Eとしては、例えば、Nicd電池その他を用いることが可能である。
【0109】
また、以上説明した第1乃至第7の方法のうちの、第7の方法による場合においては、基準レベルを用いずに積算容量を求めるようにしたが、第7の方法による場合においても、基準レベルを用いて、積算容量を求めるようにすることが可能である。この場合、基準レベルは、第1乃至第6の方法のうちのいずれかと同様に変化させるようにし、変数RAMHおよびRAMLには、そこに本来記憶させるべき値の、基準レベルからの差分値を記憶させるようにする。この場合、変数RAMHおよびRAMLを記憶させるために必要なレジスタのビット数を小さくすることが可能となる。
【0110】
さらに、積算容量は、バッテリパック20が使用不可能となるまで計算されるものであり、従って、莫大な値になることもあることから、その表示などのための有効桁数は、適宜定める必要がある。
【0111】
また、本実施例では、電池電圧から検出された残容量を、現在容量としてそのまま用いるようにしたが、その他、例えば、マイコン1に、残容量の、所定の期間における移動平均値を計算させ、これを、現在容量として用いるようにすることが可能である。
【0112】
ここで、残容量の、所定の期間における移動平均値とは、次のようにして計算することができる。即ち、所定の期間に相当する時間窓が時刻の進行方向に移動していくことを考えた場合、現在時刻における残容量が時間窓に取り込まれるときに、既に取り込まれている残容量の総和から、その平均値(既に、時間窓内にある残容量の総和を、時間窓の幅で除算したもの)を減算した値に、現在時刻における残容量を加算した値を、時間窓の幅で除算した値が移動平均値となる。従って、現在の移動平均値は、時間窓内の残容量それぞれを記憶しておかなくても、前回の移動平均値を計算するのに用いた残容量の総和値を記憶しておくだけで計算することができる。即ち、現在の移動平均値は、前回の移動平均値を計算するのに用いた残容量の総和値から、その値を時間窓の幅で除算した値(これは、前回の移動平均値である)を減算し、その減算値に、現在時刻の残容量を加算し、時間窓の幅で除算することにより求めることができる。
【0113】
なお、この移動平均値は、残容量を、時間窓の幅に対応する時間のタイムコンスタントの、抵抗とコンデンサでなるローパスフィルタ(RCフィルタ)を通過させて得られる値と等価である。
【0114】
また、本実施例においては、充電容量の積算値を求める場合について説明したが、本発明は、放電容量の積算値を求める場合にも適用可能である。即ち、現在容量を、現在の2次電池の残容量ではなく、現在の2次電池の空き容量(満充電時を、例えば0とした、使用された容量)とすることにより(これは、例えば、図3(A)などに示した現在容量の時間変化の縦軸の値の符号を、正から負にすることと等価である)、上述した場合と同様にして、放電容量の積算値を求めることができる。
【0115】
なお、本発明においては、「より大きい」という場合と、「以上」という場合とを、特に厳密に区別する必要はないので、本明細書中および図面においても、厳密には使い分けていない。「より小さい」(あるいは、「未満」)という場合と、「以下」という場合についても同様である。
【0116】
【発明の効果】
請求項1に記載の容量積算方法および請求項9に記載のバッテリパックによれば、2次電池の現在容量が検出され、現在容量が所定のステップ幅以上変化している場合、積算容量が、その値に、現在容量の所定のステップ幅以上の変化を加算したものに更新される。従って、比較的精度の高い容量の積算値を求めることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明を適用したパソコンシステムの一実施例の構成を示すブロック図である。
【図2】第1の容量算出方法を説明するためのフローチャートである。
【図3】第1の容量算出方法を説明するための図である。
【図4】第2の容量算出方法を説明するためのフローチャートである。
【図5】第2の容量算出方法を説明するための図である。
【図6】第3の容量算出方法を説明するためのフローチャートである。
【図7】第3の容量算出方法を説明するための図である。
【図8】第4の容量算出方法を説明するためのフローチャートである。
【図9】第4の容量算出方法を説明するための図である。
【図10】第5の容量算出方法を説明するためのフローチャートである。
【図11】第5の容量算出方法を説明するための図である。
【図12】第6の容量算出方法を説明するためのフローチャートである。
【図13】第6の容量算出方法を説明するための図である。
【図14】第7の容量算出方法を説明するためのフローチャートである。
【図15】第7の容量算出方法を説明するための図である。
【図16】図14のフローチャートにしたがって算出された積算容量を表示するときの処理を説明するためのフローチャートである。
【図17】表示容量値の時間変化を示す図である。
【符号の説明】
1 マイコン(検出手段)(判定手段)(更新手段) 2 スイッチ, 3 電流検出回路, 4 電圧検出回路, 5 レジスタ部, 6 表示部(表示手段), 20 バッテリパック
Claims (10)
- 2次電池の充電容量または放電容量の積算値である積算容量を求める容量積算方法であって、
前記2次電池の現在容量を検出し、
前記現在容量が所定のステップ幅以上変化している場合、前記積算容量を、その値に、前記現在容量の所定のステップ幅以上の変化を加算したものに更新する
ことを特徴とする容量積算方法。 - 前記現在容量と所定の基準レベルとを比較し、
前記現在容量が、所定の基準レベルより、前記所定のステップ幅以上大きいとき、前記所定の基準レベルまたは積算容量を、それぞれの値に、前記所定のステップ幅単位の値を加算したものに更新する
ことを特徴とする請求項1に記載の容量積算方法。 - 前記現在容量が、前記所定の基準レベルより小さいとき、前記所定の基準レベルを、その値から、前記所定のステップ幅単位の値を減算したものに更新する
ことを特徴とする請求項2に記載の容量積算方法。 - 前記現在容量が、所定の基準レベルより、所定のステップ幅以上小さいとき、前記所定の基準レベルを、その値から、前記所定のステップ幅単位の値を減算したものに更新する
ことを特徴とする請求項2に記載の容量積算方法。 - 前記現在容量が、前記所定の基準レベルより小さいとき、前記所定の基準レベルを、前記現在容量に更新する
ことを特徴とする請求項2に記載の容量積算方法。 - 前記現在容量が前記所定のステップ幅以上増加したときの、その増加前の前記現在容量である容量極小値を、前記現在容量が前記所定のステップ幅以上減少したときの、その減少前の前記現在容量である容量極大値から減算した減算値を求め、
前記積算容量を、その値に、前記減算値を加算した値に更新する
ことを特徴とする請求項1に記載の容量積算方法。 - 前記現在容量として、その移動平均値を用いる
ことを特徴とする請求項1に記載の容量積算方法。 - 前記現在容量は、前記2次電池の、現在の残容量または空き容量である
ことを特徴とする請求項1に記載の容量積算方法。 - 2次電池を内蔵し、その充電容量または放電容量の積算値である積算容量を求めるバッテリパックであって、
前記2次電池の現在容量を検出する検出手段と、
前記現在容量が所定のステップ幅以上変化しているかどうかを判定する判定手段と、
前記現在容量が所定のステップ幅以上変化している場合、前記積算容量を、その値に、前記現在容量の所定のステップ幅以上の変化を加算したものに更新する更新手段と
を備えることを特徴とするバッテリパック。 - 前記積算容量を表示する表示手段をさらに備える
ことを特徴とする請求項9に記載のバッテリパック。
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