JP3859608B2 - 電池パック、電子機器、電池残量予測システム及び半導体装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電池パック、電子機器、電池残量予測システム及び半導体装置に関し、特に、電池パックにおける電池残量の予測に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ノートパソコン等の携帯型電子機器においては、装置用電源として電池が搭載されているが、装置の運用に要するコストや瞬間的に放電可能な電流容量等の関係で、一般にリチウム・イオン二次電池（Ｌｉ＋二次電池）等の二次電池が搭載される。また、ＡＣアダプター等を装置に接続するだけで容易に装置内蔵の二次電池に対して充電を行うことができるように、充電回路も内蔵している装置が多い。携帯型電子機器では、通常は装置電源として内蔵した二次電池を使用するのが一般的であるが、机上での動作等においてはＡＣアダプタ等の外部電源より電力の供給を受けて動作させるような運用もある。
【０００３】
二次電池の中で、例えばリチウム・イオン二次電池やニッケル・水素電池（ＮｉＭＨ電池）は、ニッケル・カドミウム電池（Ｎｉｃａｄ電池）とは異なり過放電に弱く、使用者が誤って過放電させた場合には、容量が減少して電池の機能が劣化するなど回復不能な損傷を受ける。
【０００４】
そこで、使用者の誤操作による電池機能の劣化を防止するために、電池の電圧が所定電圧以下になったことを検出して外部への出力を遮断する過放電防止回路を電池とともに電池パックに内蔵するようになっている。
過放電防止回路を内蔵した電池パックを装置にて使用する場合には、装置側では電池パックからの出力電圧を監視し、電池パックの過放電防止回路が作動する前にデータ破壊等が発生しないように装置の内部制御を行わなければならない。
【０００５】
特に、ノートパソコン等の情報処理機器においては、動作中に電池パックから電力が供給されなくなると処理中のデータがすべて消滅してしまうので、電池パックの消耗状態を認識して、早めにハードディスク等の不揮発性記録媒体にデータを退避させる必要がある。このような事故の防止を目的として、近年のノートパソコン等の機器には、使用者に電池パックの残量を知らせるための残量表示機能を有するものがある。
【０００６】
ここで、電池パックの残量予測を行う方法には、▲１▼電池パックから流出する電流量を積算し、電池パックの定格電流容量から流出した電流量を減算して残量を予測する方法と、▲２▼電池パックの電圧から残量を予測する方法とがある。そのため、電池パックは、残量予測に用いる電流測定回路及び電流積算回路や、電圧測定回路等を内部に有している。
【０００７】
電流積算による方法は、微小な抵抗値の抵抗を電池回路に直列に挿入し、当該抵抗を流れる電流により発生する電圧降下（当該抵抗の両端の電位差）を利用して回路に流れる電流を測定し積算する。これには、流れる電流を積分して電流量（クーロン量）を測定するクーロンカウンタ方式や、一定の時間間隔で電流を測定して積算するサンプリング方式がある。
【０００８】
図１１は、従来の残量管理機能を有する電池パックの構成を示す図である。
図１１において、電池パック（バッテリ）５０は、３つの電池セルＰＷ１、ＰＷ２、ＰＷ３、保護回路５１、トランジスタ（ＦＥＴ：電界効果トランジスタ）Ｔ１、Ｔ２を含むスイッチ回路５２、残量管理マイコン５３、ＥＥＰＲＯＭ５４、抵抗Ｒ１を有する。また、電池パック５０が装着されるパソコン等の電子機器６０は、電源マイコン６１、負荷６２、充電器６３を有する。
【０００９】
電池パック５０が電子機器６０に装着されると、例えば特許文献１に開示されているようにして電源マイコン６１からの着脱検出信号ＳＩＧが電池パック５０内の保護回路５１に入力される。
このとき、保護回路５１は、電池セルＰＷ１〜ＰＷ３から負荷６２に対して電力を供給する場合にはトランジスタＴ１をオン状態（スイッチ回路５２を閉じた状態）にし、充電器６３により電池セルＰＷ１〜ＰＷ３を充電する場合にはトランジスタＴ２をオン状態（スイッチ回路５２を閉じた状態）にする。また、保護回路５１は、電池セルＰＷ１〜ＰＷ３の電圧を監視しており、所定電圧以下になった場合には過放電を防止するためにトランジスタＴ１をオフ状態にしてスイッチ回路５２を開く。
【００１０】
一方、電池パック５０が電子機器６０から抜去され、電源マイコン６１からの着脱検出信号ＳＩＧが保護回路５１に供給されなくなると、保護回路５１はトランジスタＴ１、Ｔ２をオフ状態にする。
【００１１】
また、保護回路５１は、抵抗Ｒ１の両端の電位差に基づいて電池から流出する電流量を測定し、残量管理マイコン５３に通知する。残量管理マイコン５３は、電流積算回路として保護回路５１から通知された電流量と時間とを積算し、その積算結果と電池パック５０に充電されている電流量とに基づいて電池の残量を予測する。電源マイコン６１は、残量管理マイコン５３との間でデータＤＴの授受が可能なように通信インターフェースにより接続されており、残量管理マイコン５３で予測された電池残量に基づいて残量表示の制御を行ったり、充電器の制御を行ったりする。
ＥＥＰＲＯＭ５４は、電池パック５０に関する情報を記憶するためのものであり、例えば電池セルの定格容量や充放電回数や使用年数等の情報が記憶されている。
【００１２】
また、二次電池を内蔵した電池パックが電子機器に装着されたときに、二次電池の残存容量を出力する電子機器が特許文献２に開示されている。
【００１３】
【特許文献１】
特開２０００−３２６８２号公報
【特許文献２】
特開平８−２７８８３７号公報
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来の電池の残量予測方法には、下記のような問題があった。
電池パックから流出した電流の積算により残量を予測する方法では、電流を積算するために電池パックが実際に使用されていない状態（例えば、電子機器が停止しているときや、電池パックが単体でおかれている状態）でも、常に電流量を監視して電流積算を行い、その値を記憶しておかねばならない。したがって、電流積算回路は常に動作している必要があり、電流積算回路自身による電力消費が常時発生する。
【００１５】
ここで、上述したようにリチウム・イオン二次電池は、過放電させると電池機能が劣化するので、常に一定量以上の残量があることが要求される。例えば、電池パックが単体で長期間在庫されている状態等の電池パックが使用されていない状態でも、電流積算回路等の残量予測に係る回路が電池の電力を消費するので、定期的な保守充電が必要である。
【００１６】
また、電流積算により残量を予測する方法は、クーロン量は保存されるという理論に基づいたものであるが、実際には電池の充放電を繰り返すと、充放電回数の増加にともなって放電できる電流量が減少することから、予測された残量と実際の残量が異なることがある。
【００１７】
電池パックの電圧から残量を予測する方法では、後述するように電圧として電池の開放電圧を測定すれば相対的な残量を正しく得ることができるが、実際の使用条件下では、電池が使用されている有負荷状態であり開放電圧を測定することは不可能である。
【００１８】
また、一般的には電池から流出する電流量と電圧とを有負荷状態にて測定し、電池の内部インピーダンスを考慮して開放電圧を計算により算出して残量を予測している。しかし、電池の内部インピーダンスは電池の使用回数（充放電回数）や使用条件によって経年変化するので、その変化の影響により予測される残量が誤っていることがある。
【００１９】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、電池パックが使用されていないときには電池パックでの電力消費を防止できるようにするとともに、電池パックを使用する際には電池残量を正確に予測できるようにすることを目的とする。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、他の電子機器に電力供給をしない場合に、電池パックの電池から該電池パックの内部回路への電力供給を遮断する電力供給遮断回路と、電池パックから電子機器に電力供給を開始する際、電池パックが電子機器に装着された後、かつ、電子機器に電力供給を開始する前の電池パックにおける電池電圧を測定する電圧測定回路とを有する。
【００２１】
本発明によれば、電子機器に装着された後、かつ、電子機器に電力供給を開始する前、すなわち電子機器に電力を供給していない状態で電池パックにおける電池電圧が電圧測定回路にて測定されるので、無負荷時相当の電池電圧を測定することができ、電池パックの電池残量を正確に予測することができるようになる。さらに、無負荷時相当の電池電圧より電池パックの電池残量を予測するので、電池パックが使用されていないときには、電力供給遮断回路により電池パックの電池から電池パックの内部回路への電力供給をも遮断することができるようになる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００２３】
まず、二次電池の放電特性について、リチウム・イオン二次電池を一例として説明する。
図１（Ａ）は、異なる充放電回数でのリチウム・イオン二次電池の放電特性を示す図であり、横軸は放電開始からの経過時間（放電時間）［ｍｉｎ］、縦軸は電池電圧［Ｖ］である。なお、負荷は充放電回数にかかわらず同じ負荷である。
【００２４】
放電開始からの時間の経過にともない、電池電圧は、満充電時の電圧（４．２Ｖ）から最終放電電圧（３．０Ｖ）に低下していく。また、充放電回数に依存して実際に使用できる実時間（最終放電電圧になるまでの経過時間）は変化し、充放電回数が増加すると実時間は短縮する。
【００２５】
図１（Ａ）に示した各充放電回数での放電特性にて放電時間をそれぞれ正規化することにより得た電池残量（％）と電池電圧との関係を図１（Ｂ）に示す。図１（Ｂ）において、横軸は電池残量、縦軸は電池電圧である。図１（Ｂ）に示すように、電池電圧に対する相対的な電池残量は、充放電回数が増加し実際に使用できる実時間が変化しても、負荷が一定である場合には常に充放電回数にかかわらず同じである。
【００２６】
図２（Ａ）は、負荷を変化させた場合のリチウム・イオン二次電池の放電特性を示す図であり、横軸は放電開始からの経過時間（放電時間）［ｍｉｎ］、縦軸は電池電圧［Ｖ］である。電池電圧は、放電開始からの時間の経過にともない、満充電時の電圧から最終放電電圧に低下していく。また、負荷が大きいほど短時間で電池電圧が最終放電電圧になる。
【００２７】
図２（Ａ）に示した各負荷における放電特性にて放電時間をそれぞれ正規化することにより得た電池残量（％）と電池電圧との関係を図２（Ｂ）に示す。図２（Ｂ）において、横軸は電池残量、縦軸は電池電圧である。
【００２８】
上記図１（Ｂ）に示したように負荷が一定である場合には、電池電圧に対する相対的な電池残量は、充放電回数にかかわらず常に同じであったが、負荷が異なる場合には、図２（Ｂ）に示されるように電池電圧に対する相対的な電池残量は、負荷に応じて異なり、必ずしも一致しない。これは、負荷に応じて流れる電流が異なり、電池の内部インピーダンスによる電圧降下が異なるためである。
【００２９】
図３は、図２（Ｂ）に示した負荷変化時の電池残量（％）と電池電圧との関係に電池の内部インピーダンスによる電圧降下に関する補正を施した図である。図３から明らかなように、電池の内部インピーダンスによる電圧降下の影響を取り除けば、電池電圧に対する相対的な電池残量は負荷の大きさにかかわらず常に同じである。
【００３０】
図４（Ａ）は、満充電状態で高温環境下に放置した時の電池容量の変化を、放電特性として示した図である。横軸は放電時間［ｍｉｎ］、縦軸は電池電圧［Ｖ］である。電池電圧は、放電時間の増加にともない満充電時の電圧から最終放電電圧に低下していく。また、放置時間に応じて最終放電電圧になるまでの放電時間は異なる。
【００３１】
図４（Ａ）に示した満充電状態での高温環境下放置で容量劣化した電池の放電特性にて放電時間をそれぞれ正規化することにより得た電池残量（％）と電池電圧との関係を図４（Ｂ）に示す。図４（Ｂ）において、横軸は電池残量、縦軸は電池電圧である。図４（Ｂ）に示すように、新品状態でも、満充電高温放置で劣化した後でも電池の相対的な残量は同じである。
【００３２】
以上の説明からわかるように、図１〜図４によれば、電池の電圧から電池の残量を予測するには、無負荷時の電池電圧、すなわち開放電圧が得られれば正しい電池残量を得られることがわかる。すなわち、電池が単体で長期間放置されていても、無負荷時の電圧である開放電圧さえ正しく測定すれば、即座に電池残量を正確に予測することが可能であることがわかる。
【００３３】
そこで、本発明では、電池パックが単体で放置されているときには、電池パック内のすべての回路への電力供給を遮断し、電池パックを使用する際に、外部への電力供給を開始する前に無負荷時相当の電池電圧を測定することにより電池残量を予測する。
【００３４】
（第１の実施形態）
図５は、本発明の第１の実施形態を説明するための図である。
図５において、電池パック（バッテリ）１０は、直列に接続された３つの電池セルＰＷ１、ＰＷ２、ＰＷ３、保護回路１１、スイッチ回路１２、マイコン１３、ＥＥＰＲＯＭ（Electrically Erasable and Programmable ROM）１８、及び抵抗Ｒ１を有する。
【００３５】
保護回路１１は、電池セルＰＷ１〜ＰＷ３の電圧及びマイコン１３からの指示等に応じてスイッチ回路１２の開閉制御を行う。また、保護回路１１は、抵抗Ｒ１の両端の電位差に基づいて電池から流出する電流量を測定し、マイコン１３に通知する。
【００３６】
スイッチ回路１２は、電池セルＰＷ１〜ＰＷ３と、後述するパソコン等の電子機器（装置）３０に接続するための図示しない電源端子との間に設けられ、２つのトランジスタ（ＦＥＴ：電界効果トランジスタ）Ｔ１、Ｔ２で構成される。
【００３７】
マイコン１３は、各回路を制御したりデータの授受を行ったりするものであり、電圧測定回路１４、ＡＤ変換器１５、記憶回路１６及び通信インターフェース１７を有する。電圧測定回路１４は、電池セルＰＷ１〜ＰＷ３の電圧を測定する。なお、電圧測定回路１４は、電池セルＰＷ１〜ＰＷ３の電圧を保護回路１１に測定させ、その測定結果を受けるように構成しても良いし、マイコン１３内ではなく保護回路１１内に設けるようにしても良い。
【００３８】
ＡＤ変換器１５は、電圧測定回路１４にてアナログ情報として得られた電圧の測定値をデジタル情報に変換する。記憶回路１６は、ＡＤ変換器１５にて変換されたデジタル情報の電圧値を記憶保持するためのものである。通信インターフェース１７は、電子機器３０との間で着脱検出信号ＳＩＧやデータＤＴ等を送受信するためのものである。
ＥＥＰＲＯＭ１８は、電池パック１０に関する情報（例えば充放電回数や使用年数等の情報）を記憶する。
【００３９】
電子機器３０は、電源マイコン３１、負荷３２、及び充電器３３を有する。電源マイコン３１は、残量予測回路３４を有し、マイコン１３との間でデータの授受を行ったり、残量表示や充電器３３の制御を行ったりする。また、電源マイコン３１は、電池パック１０が電子機器３０に装着されているか否かを示すための着脱検出信号ＳＩＧを出力する。
【００４０】
残量予測回路３４は、マイコン１３から供給されるデータＤＴに基づいて、電池残量を予測する回路である。また、負荷３２は、電池パック１０から供給される電力を消費する負荷であり、充電器３３は電源マイコン３１の指示に応じて電池セルＰＷ１〜ＰＷ３を充電するためのものである。
【００４１】
次に、動作について説明する。
まず、図５に示した電池パック１０が電子機器３０に装着されていないとき、つまり電池パック１０が単体で放置されているときは、電池パック１０内のすべての回路（保護回路１１、マイコン１３等）への電力供給は行わず、オフ状態にする。
【００４２】
次に、電池パック１０が電子機器３０に装着された時の電池パック１０での動作を図６に基づいて説明する。
ステップＳ１１にて、電子機器３０が有する電源マイコン３１から出力され、図示しない装着検出端子を介して電池パック１０に供給される着脱検出信号ＳＩＧにより電池パック１０が電子機器３０に装着されたことが電池パック１０にて検出されると、ステップＳ１２にて電圧測定に係る回路群（電圧測定回路１４、ＡＤ変換器１５、記憶回路１６）のみに電源が投入され動作を開始する。したがって、このときスイッチ回路１２は開いた状態（オフ状態）であり、電池パック１０から電子機器３０への電力供給は行われていない。
【００４３】
次に、ステップＳ１３にて、電圧測定回路１４は、電池パック１０が電子機器３０に電力を供給していない状態における電池セルＰＷ１〜ＰＷ３の電池電圧をそれぞれ測定する。さらに、電圧測定回路１４は、測定結果をＡＤ変換器１５を介して記憶回路１６に記憶する。
【００４４】
ステップＳ１４にて、電圧測定回路１４は、電池セルＰＷ１〜ＰＷ３の合計の電池電圧を測定し、ＡＤ変換器１５を介して測定結果を記憶回路１６に記憶する。これらステップＳ１３、Ｓ１４においては、電池パック１０内で流れる電流は微小であり電池の内部インピーダンスによる電圧降下は無視できるほど小さいので、無負荷時相当の電池電圧、すなわち略開放電圧を測定したこととなる。
【００４５】
次に、ステップＳ１５にて、ステップＳ１３、Ｓ１４での測定結果により過放電状態であるか否かが判定され、その結果、過放電状態である場合には処理を終了する。一方、判定の結果、過放電状態でない場合には、ステップＳ１６にてマイコン１３から保護回路１１に、電池パック１０が電子機器３０に装着されていることが通知され、保護回路１１が過放電防止用のスイッチ回路１２（トランジスタＴ１）をオン状態にして電子機器３０への電力供給を開始し処理を終了する。ここで、電池パック１０にて電池セルＰＷ１〜ＰＷ３を測定する時間は、非常に短いので、電池の脱着時間全体から見れば無視できる時間であり、何ら不都合は生じない。
【００４６】
電池パック１０が電子機器３０に装着された時の電子機器３０での動作を図７に基づいて説明する。
ステップＳ２１にて、電子機器３０は、電池パック１０が装着されて電力が供給されていると判断すると、ステップＳ２２にて、電源マイコン３１は、マイコン１３内の記憶回路１６に記憶されている無負荷時相当の電池電圧データを読み出す。そして、ステップＳ２３にて、残量予測回路３４は、読み出した電池電圧データに基づいて、例えば図１〜図４に示した電池電圧と電池残量との関係より電池残量を予測する。
【００４７】
次に、ステップＳ２４にて、残量予測回路３４は、電池パック１０が電子機器３０に電力を供給している状態における電池セルＰＷ１〜ＰＷ３の電池電圧及び放電電流をそれぞれ測定する。なお、ステップＳ２４での測定は、電池パック１０にて行い、その測定結果を電源マイコン３１に通知するようにしても良い。
【００４８】
ステップＳ２５にて、ステップＳ２２において読み出した電池電圧とステップＳ２４において測定した電池電圧及び放電電流とに基づいて、残量予測回路３４は、電池の内部インピーダンスを算出する。内部インピーダンスは、（ステップＳ２２において読み出した電池電圧−ステップＳ２４において測定した電池電圧）／（ステップＳ２４において測定した放電電流）により求められる。そして、ステップＳ２６にて、ステップＳ２５において得られた予測内部インピーダンスの値を電池パック１０に供給して記憶させ処理を終了する。
【００４９】
このように、電池の内部インピーダンスを算出し、以前に算出し記憶させた電池の内部インピーダンスと比較することで電池パック１０における電池セルＰＷ１〜ＰＷ３の劣化等を判断することができる。その結果、電池セルＰＷ１〜ＰＷ３の劣化が著しい場合には使用者に対して警告等を行い、電池パック１０の交換等を促すようにしても良い。
【００５０】
以降、最新の電池の内部インピーダンスを使用して、有負荷時の電池電圧と放電電流から開放電圧を計算により求めて、電池残量を予測する。
【００５１】
電池パック１０が電子機器３０から抜去された時の電池パック１０での動作を図８に基づいて説明する。
ステップＳ３１にて、電池パック１０が電子機器３０から抜去されたことが電池パック１０にて検出されると、ステップＳ３２にて、マイコン１３からの指示に基づいて、保護回路１１は過放電防止用のスイッチ回路１２（トランジスタＴ１、Ｔ２）をオフ状態にして外部への電力供給を遮断する。
【００５２】
ステップＳ３２、Ｓ３３にて、電圧測定回路１４は、電池セルＰＷ１〜ＰＷ３の各電池電圧及び合計の電池電圧をそれぞれ測定し、ＡＤ変換器１５を介して測定結果を記憶回路１６に記憶する。これにより、次回の装着時にどの位電池残量が減少したかを算出することができる。
次に、ステップＳ３５にて、電圧測定に係る回路群の電源が遮断され、電池パック１０内のすべての回路の電源が遮断された状態にして処理を終了する。
【００５３】
以上、説明したように第１の実施形態によれば、電子機器３０に電力を供給していない状態で電池パック１０における電池電圧を測定することで無負荷時相当の電池電圧を取得し、その電池電圧から電池パック１０の電池残量を予測する。すなわち、電流積算による方法とは異なり電池電圧から電池残量を予測しているので、電池パック１０が電子機器３０に装着されておらず、単体で放置されている場合には、電池パック１０内の各回路への電力供給を遮断して電力消費を防止することができる。また、電子機器３０に電力を供給していない、無負荷時相当の電池電圧を測定して、電池パック１０の電池残量を予測するようにしたので電池残量を正確に予測することができる。
【００５４】
なお、上述した第１の実施形態では、電圧測定回路１４等の電圧測定に係る回路群を電池パック１０に設け、残量予測回路３４を電子機器３０に設けるようにしているが、例えば、電圧測定に係る回路群及び残量予測回路３４の双方を電子機器３０に設けるようにしても良い。
【００５５】
（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。
上述した第１の実施形態では、電子機器３０が有する電源マイコン３１に残量予測回路３４を設け、電子機器３０にて電池の残量予測を行っていた。以下に説明する第２の実施形態は、電池パックが有するマイコン内に残量予測回路を設け、電池パックにて電池の残量予測を行うものである。
【００５６】
図９は、本発明の第２の実施形態を説明するための図である。なお、図９において、図５に示したブロック等と同一の機能を有するブロック等には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。また、図５に示したブロック等と同一ではないが対応する機能を有するブロック等には、同じ符号に’を付している。
【００５７】
図９において、マイコン１３’は、電圧測定回路１４、ＡＤ変換器１５、記憶回路１６、通信インターフェース１７、制御回路１９、及び残量予測回路２０を有する。したがって、電源マイコン３１’には残量予測回路は設けない。
【００５８】
制御回路１９は、マイコン１３’内の各回路を制御し、例えば後述する図１０に示す電池の残量予測に関わる処理を制御する。残量予測回路２０は、図５に示した残量予測回路３４と同様のものである。残量予測回路２０は、電子機器３０に電力を供給していない状態における記憶回路２０に記憶された電池電圧に基づいて電池残量を予測するとともに、通常時等は放電電流に基づいて電池残量を予測する。
【００５９】
次に、動作について説明する。
図１０は、第２の実施形態での電池パック１０の動作を示すフローチャートである。
【００６０】
ステップＳ４１にて、図６のステップＳ１１と同様にして電池パック１０が電子機器３０に装着されたことを検出すると、ステップＳ４２にて電圧測定及び残量予測に係る回路群（電圧測定回路１４、ＡＤ変換器１５、記憶回路１６、制御回路１９及び残量予測回路２０）に電源が投入され動作を開始する。このときスイッチ回路１２は開いた状態であり、電池パック１０から電子機器３０への電力供給は行われない。
【００６１】
ステップＳ４３にて、電圧測定回路１４は、電池パック１０が電子機器３０に電力を供給していない状態における電池セルＰＷ１〜ＰＷ３の電池電圧を測定し、ＡＤ変換器１５を介して測定結果を記憶回路１６に記憶する。ステップＳ４４にて、残量予測回路２０は、記憶回路１６に記憶された電池電圧に基づいて、相対電池残量を予測する。ここで、相対電池残量とは、電圧に基づく電池残量のことである。
【００６２】
ステップＳ４５にて、残量予測回路２０は、ステップＳ４４において得られた相対電池残量と以前に電池パック１０を抜去した際の相対電池残量との差分を計算する。さらに、ステップＳ４６にて、残量予測回路２０は、ステップＳ４５での計算結果に基づいて、ステップＳ４４において得られた相対電池残量から導かれる絶対電池残量を補正する。ここで、絶対電池残量とは、電流に基づく電池残量のことである。
【００６３】
次に、ステップＳ４７にて、過放電状態でない場合には、マイコン１３’から保護回路１１に電池パック１０が電子機器３０に装着されていることが通知され、保護回路１１は過放電防止用のスイッチ回路１２（トランジスタＴ１）をオン状態にして電子機器３０への電力供給を開始する。そして、ステップＳ４８にて放電電流に基づく電流積算等による残量予測処理を開始して処理を終了する。
【００６４】
また、ステップＳ４９にて、図８のステップＳ３１と同様にして電池パック１０が電子機器３０から抜去されたことを検出すると、ステップＳ５０にて、マイコン１３’からの指示に基づいて、保護回路１１は過放電防止用のスイッチ回路１２（トランジスタＴ１、Ｔ２）をオフ状態にして外部への電力供給を遮断する。
【００６５】
続いて、ステップＳ５１、Ｓ５２にて、上述したステップＳ４３、Ｓ４４と同様にして、相対電池残量を予測する。ステップＳ５３にて電池積算等で計算していた絶対電池残量と、ステップＳ５２において得られた相対電池残量とを記憶回路１６（あるいはＥＥＰＲＯＭ１８）に記憶する。さらに、ステップＳ５４にて、ステップＳ５１にて測定した電池電圧も記憶回路１６（あるいはＥＥＰＲＯＭ１８）に記憶する。これにより、次回の装着時にどの位電池残量が減少したかを算出することができる。
【００６６】
次に、ステップＳ５５にて、電圧測定回路１４及び残量予測回路２０の電源が遮断され、電池パック１０内のすべての回路の電源が遮断された状態にして処理を終了する。
【００６７】
以上、説明したように第２の実施形態によれば、上述した第１の実施形態と同様の効果が得られるとともに、電池パック１０のみで残量予測を行うことができるので、電池パック１０と電子機器３０とのインターフェースを単純にすることができる。また、電池パック１０のみで残量予測を行っているので、電池パック１０や電子機器３０の制御もそれぞれ独立して行うことができるので容易になる。
【００６８】
なお、第１及び第２の実施形態では、電池パック１０は、一例として３つの電池セルＰＷ１〜ＰＷ３を有し構成しているが、電池セルの数は任意である。また、スイッチ回路１２は一例であり、双方向に電流が流せるとともにオン・オフ制御可能な回路であれば良い。また、記憶回路１６を設けずに、ＥＥＰＲＯＭ１８が記憶回路１６の機能を兼ねるようにしても良い。また、ＥＥＰＲＯＭ１８は、これに限定されるものではなく、データを書き換え可能な不揮発性メモリであれば良い。
【００６９】
また、第１及び第２の実施形態では、電圧測定回路１４は、電池電圧のみを測定し記憶回路１６に記憶させるようにしているが、電池電圧に加えて放電電流や電池温度等も測定し記憶回路１６に記憶させるようにしても良い。
【００７０】
また、上記実施形態は、何れも本発明を実施するにあたっての具体化のほんの一例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。すなわち、本発明はその技術思想、またはその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。
本発明の諸態様を付記として以下に示す。
【００７１】
（付記１）他の電子機器に電力供給をしない場合に、電池パックの内部回路への電力供給を遮断する電力供給遮断回路と、
上記電池パックから電子機器に電力供給を開始する際、上記電子機器に電力供給を開始する前の電池パックにおける電池電圧を測定する電圧測定回路とを有することを特徴とする電池パック。
（付記２）上記電池パックは、任意の数の電池セルを有し、上記電池パックにおける電池電圧として上記各電池セルの電池電圧を測定することを特徴とする付記１に記載の電池パック。
（付記３）上記電圧測定回路での測定結果を保持する記憶回路をさらに有し、
上記電力供給を開始する前に上記電池電圧の測定に係る回路群に電力を供給して上記電池パックにおける電池電圧を測定し上記記憶回路に保持した後、上記電子機器に対して電力供給することを特徴とする付記１に記載の電池パック。
（付記４）上記電池パックから流出する電流を測定する電流測定回路をさらに有し、
上記電子機器に電力供給を開始した後の上記電池パックにおける電池電圧と電流とを測定して上記記憶回路に保持したことを特徴とする付記３に記載の電池パック。
（付記５）上記電子機器に電力供給するか否かを制御可能なスイッチ回路を有し、
上記電力供給を開始する前の電池パックにおける電池電圧の測定結果に応じて、上記スイッチ回路を制御することを特徴とする付記１に記載の電池パック。
（付記６）他の電子機器に電力供給をしない場合に、電池パックの内部回路への電力供給を遮断する電力供給遮断回路と、
上記電池パックから電子機器に電力供給を開始する際、上記電子機器に電力供給を開始する前の電池パックにおける電池電圧を測定する電圧測定回路と、
上記電圧測定回路での測定結果に基づいて、上記電池パックの電池残量を予測する残量予測回路とを有することを特徴とする電池残量予測システム。
（付記７）上記残量予測回路は、予め保持している電池電圧と電池残量との対応関係に基づいて、上記電池パックの電池残量を予測することを特徴とする付記６に記載の電池残量予測システム。
（付記８）他の電子機器に電力供給をしない場合に内部回路への電力供給を遮断する電池パックから電子機器に電力供給を開始する際、上記電子機器に電力供給を開始する前に測定された電池パックにおける電池電圧に基づいて、上記電池パックの電池残量を予測する残量予測回路を有することを特徴とする電子機器。
（付記９）上記残量予測回路は、予め取得した電池電圧と電池残量との対応関係に基づいて、上記電池パックの電池残量を予測することを特徴とする付記８に記載の電子機器。
（付記１０）電池パックにおける電池電圧を測定する電圧測定回路と、
上記電圧測定回路での測定結果を保持する記憶回路と、
上記電池パックから電子機器に電力供給を開始する前に上記電池電圧を上記電圧測定回路に測定させる制御回路とを有する半導体装置。
（付記１１）電池パックにおける電池電圧を測定する電圧測定回路を有し、
上記電圧測定回路を有する電子機器に電力供給を開始する際、上記電子機器内の回路に電力供給を開始する前の電池パックにおける電池電圧を上記電圧測定回路により測定した後、上記電子機器内の回路に電力供給することを特徴とする電子機器。
（付記１２）残量予測機能を有する電池パックにおける電池電圧を測定する電圧測定回路と、
上記電圧測定回路での測定結果を保持する記憶回路とを有し、
上記電圧測定回路は、上記電池パックが電子機器から抜去された後の電池電圧及び上記電池パックが上記電子機器に装着され上記電子機器に電力供給を開始する前の電池電圧を測定することを特徴とする電池残量予測システム。
（付記１３）上記電池パックが電子機器から抜去されてから上記電子機器に装着されるまでの期間は、上記電池パックが有する回路への電力供給を遮断することを特徴とする付記１２に記載の電池残量予測システム。
（付記１４）上記電圧測定回路により測定した電池電圧に基づいて予測した上記電池パックの電池残量を用いて、異なる方法により求めた上記電池パックの電池残量を補正することを特徴とする付記１２に記載の電池残量予測システム。
【００７２】
【発明の効果】
以上、説明したように本発明によれば、他の電子機器に電力供給をしない場合に、電池パックの電池から該電池パックの内部回路への電力供給を電力供給遮断回路により遮断し、電池パックから電子機器に電力供給を開始する際、電池パックが電子機器に装着された後、かつ、電子機器に電力供給を開始する前の電池パックにおける電池電圧を電圧測定回路にて測定する。これにより、電子機器に電力を供給していない状態での無負荷時相当の電池電圧を測定することができ、電池パックの電池残量を正確に予測することができる。また、電流積算による方法とは異なり、他の電子機器に電力供給をしない場合には、電池パックの電池から電池パックの内部回路への電力供給をも遮断することができる。したがって、電池パックが使用されていないときには電池パックでの電力消費を防止できるとともに、電池パックを使用する際には電池残量を正確に予測することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】充放電回数が異なるリチウム・イオン二次電池の放電特性を示す図である。
【図２】負荷変化時のリチウム・イオン二次電池の放電特性を示す図である。
【図３】負荷変化時のリチウム・イオン二次電池の放電特性を示す図である。
【図４】満充電状態で高温環境下に放置した時の電池容量の変化をリチウム・イオン二次電池の放電特性として示す図である。
【図５】本発明の第１の実施形態を説明するための図である。
【図６】第１の実施形態における電池装着時の電池パック側での動作を示すフローチャートである。
【図７】第１の実施形態における電池装着時の電子機器側での動作を示すフローチャートである。
【図８】第１の実施形態における電池抜去時の動作を示すフローチャートである。
【図９】本発明の第２の実施形態を説明するための図である。
【図１０】第２の実施形態における動作を示すフローチャートである。
【図１１】従来の電池パックの構成を示す図である。
【符号の説明】
１０ 電池パック
１１ 保護回路
１２ スイッチ回路
１３、１３’ マイコン
１４ 電圧測定回路
１５ ＡＤ変換器
１６ 記憶回路
１７ 通信インターフェース
１８ ＥＥＰＲＯＭ
１９ 制御回路
２０、３４ 残量予測回路
３０ 電子機器
３１、３１’ 電源マイコン
ＰＷ１、ＰＷ２、ＰＷ３ 電池セル
Ｒ１ 電流測定用の抵抗
【発明の属する技術分野】
本発明は、電池パック、電子機器、電池残量予測システム及び半導体装置に関し、特に、電池パックにおける電池残量の予測に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ノートパソコン等の携帯型電子機器においては、装置用電源として電池が搭載されているが、装置の運用に要するコストや瞬間的に放電可能な電流容量等の関係で、一般にリチウム・イオン二次電池（Ｌｉ＋二次電池）等の二次電池が搭載される。また、ＡＣアダプター等を装置に接続するだけで容易に装置内蔵の二次電池に対して充電を行うことができるように、充電回路も内蔵している装置が多い。携帯型電子機器では、通常は装置電源として内蔵した二次電池を使用するのが一般的であるが、机上での動作等においてはＡＣアダプタ等の外部電源より電力の供給を受けて動作させるような運用もある。
【０００３】
二次電池の中で、例えばリチウム・イオン二次電池やニッケル・水素電池（ＮｉＭＨ電池）は、ニッケル・カドミウム電池（Ｎｉｃａｄ電池）とは異なり過放電に弱く、使用者が誤って過放電させた場合には、容量が減少して電池の機能が劣化するなど回復不能な損傷を受ける。
【０００４】
そこで、使用者の誤操作による電池機能の劣化を防止するために、電池の電圧が所定電圧以下になったことを検出して外部への出力を遮断する過放電防止回路を電池とともに電池パックに内蔵するようになっている。
過放電防止回路を内蔵した電池パックを装置にて使用する場合には、装置側では電池パックからの出力電圧を監視し、電池パックの過放電防止回路が作動する前にデータ破壊等が発生しないように装置の内部制御を行わなければならない。
【０００５】
特に、ノートパソコン等の情報処理機器においては、動作中に電池パックから電力が供給されなくなると処理中のデータがすべて消滅してしまうので、電池パックの消耗状態を認識して、早めにハードディスク等の不揮発性記録媒体にデータを退避させる必要がある。このような事故の防止を目的として、近年のノートパソコン等の機器には、使用者に電池パックの残量を知らせるための残量表示機能を有するものがある。
【０００６】
ここで、電池パックの残量予測を行う方法には、▲１▼電池パックから流出する電流量を積算し、電池パックの定格電流容量から流出した電流量を減算して残量を予測する方法と、▲２▼電池パックの電圧から残量を予測する方法とがある。そのため、電池パックは、残量予測に用いる電流測定回路及び電流積算回路や、電圧測定回路等を内部に有している。
【０００７】
電流積算による方法は、微小な抵抗値の抵抗を電池回路に直列に挿入し、当該抵抗を流れる電流により発生する電圧降下（当該抵抗の両端の電位差）を利用して回路に流れる電流を測定し積算する。これには、流れる電流を積分して電流量（クーロン量）を測定するクーロンカウンタ方式や、一定の時間間隔で電流を測定して積算するサンプリング方式がある。
【０００８】
図１１は、従来の残量管理機能を有する電池パックの構成を示す図である。
図１１において、電池パック（バッテリ）５０は、３つの電池セルＰＷ１、ＰＷ２、ＰＷ３、保護回路５１、トランジスタ（ＦＥＴ：電界効果トランジスタ）Ｔ１、Ｔ２を含むスイッチ回路５２、残量管理マイコン５３、ＥＥＰＲＯＭ５４、抵抗Ｒ１を有する。また、電池パック５０が装着されるパソコン等の電子機器６０は、電源マイコン６１、負荷６２、充電器６３を有する。
【０００９】
電池パック５０が電子機器６０に装着されると、例えば特許文献１に開示されているようにして電源マイコン６１からの着脱検出信号ＳＩＧが電池パック５０内の保護回路５１に入力される。
このとき、保護回路５１は、電池セルＰＷ１〜ＰＷ３から負荷６２に対して電力を供給する場合にはトランジスタＴ１をオン状態（スイッチ回路５２を閉じた状態）にし、充電器６３により電池セルＰＷ１〜ＰＷ３を充電する場合にはトランジスタＴ２をオン状態（スイッチ回路５２を閉じた状態）にする。また、保護回路５１は、電池セルＰＷ１〜ＰＷ３の電圧を監視しており、所定電圧以下になった場合には過放電を防止するためにトランジスタＴ１をオフ状態にしてスイッチ回路５２を開く。
【００１０】
一方、電池パック５０が電子機器６０から抜去され、電源マイコン６１からの着脱検出信号ＳＩＧが保護回路５１に供給されなくなると、保護回路５１はトランジスタＴ１、Ｔ２をオフ状態にする。
【００１１】
また、保護回路５１は、抵抗Ｒ１の両端の電位差に基づいて電池から流出する電流量を測定し、残量管理マイコン５３に通知する。残量管理マイコン５３は、電流積算回路として保護回路５１から通知された電流量と時間とを積算し、その積算結果と電池パック５０に充電されている電流量とに基づいて電池の残量を予測する。電源マイコン６１は、残量管理マイコン５３との間でデータＤＴの授受が可能なように通信インターフェースにより接続されており、残量管理マイコン５３で予測された電池残量に基づいて残量表示の制御を行ったり、充電器の制御を行ったりする。
ＥＥＰＲＯＭ５４は、電池パック５０に関する情報を記憶するためのものであり、例えば電池セルの定格容量や充放電回数や使用年数等の情報が記憶されている。
【００１２】
また、二次電池を内蔵した電池パックが電子機器に装着されたときに、二次電池の残存容量を出力する電子機器が特許文献２に開示されている。
【００１３】
【特許文献１】
特開２０００−３２６８２号公報
【特許文献２】
特開平８−２７８８３７号公報
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来の電池の残量予測方法には、下記のような問題があった。
電池パックから流出した電流の積算により残量を予測する方法では、電流を積算するために電池パックが実際に使用されていない状態（例えば、電子機器が停止しているときや、電池パックが単体でおかれている状態）でも、常に電流量を監視して電流積算を行い、その値を記憶しておかねばならない。したがって、電流積算回路は常に動作している必要があり、電流積算回路自身による電力消費が常時発生する。
【００１５】
ここで、上述したようにリチウム・イオン二次電池は、過放電させると電池機能が劣化するので、常に一定量以上の残量があることが要求される。例えば、電池パックが単体で長期間在庫されている状態等の電池パックが使用されていない状態でも、電流積算回路等の残量予測に係る回路が電池の電力を消費するので、定期的な保守充電が必要である。
【００１６】
また、電流積算により残量を予測する方法は、クーロン量は保存されるという理論に基づいたものであるが、実際には電池の充放電を繰り返すと、充放電回数の増加にともなって放電できる電流量が減少することから、予測された残量と実際の残量が異なることがある。
【００１７】
電池パックの電圧から残量を予測する方法では、後述するように電圧として電池の開放電圧を測定すれば相対的な残量を正しく得ることができるが、実際の使用条件下では、電池が使用されている有負荷状態であり開放電圧を測定することは不可能である。
【００１８】
また、一般的には電池から流出する電流量と電圧とを有負荷状態にて測定し、電池の内部インピーダンスを考慮して開放電圧を計算により算出して残量を予測している。しかし、電池の内部インピーダンスは電池の使用回数（充放電回数）や使用条件によって経年変化するので、その変化の影響により予測される残量が誤っていることがある。
【００１９】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、電池パックが使用されていないときには電池パックでの電力消費を防止できるようにするとともに、電池パックを使用する際には電池残量を正確に予測できるようにすることを目的とする。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、他の電子機器に電力供給をしない場合に、電池パックの電池から該電池パックの内部回路への電力供給を遮断する電力供給遮断回路と、電池パックから電子機器に電力供給を開始する際、電池パックが電子機器に装着された後、かつ、電子機器に電力供給を開始する前の電池パックにおける電池電圧を測定する電圧測定回路とを有する。
【００２１】
本発明によれば、電子機器に装着された後、かつ、電子機器に電力供給を開始する前、すなわち電子機器に電力を供給していない状態で電池パックにおける電池電圧が電圧測定回路にて測定されるので、無負荷時相当の電池電圧を測定することができ、電池パックの電池残量を正確に予測することができるようになる。さらに、無負荷時相当の電池電圧より電池パックの電池残量を予測するので、電池パックが使用されていないときには、電力供給遮断回路により電池パックの電池から電池パックの内部回路への電力供給をも遮断することができるようになる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００２３】
まず、二次電池の放電特性について、リチウム・イオン二次電池を一例として説明する。
図１（Ａ）は、異なる充放電回数でのリチウム・イオン二次電池の放電特性を示す図であり、横軸は放電開始からの経過時間（放電時間）［ｍｉｎ］、縦軸は電池電圧［Ｖ］である。なお、負荷は充放電回数にかかわらず同じ負荷である。
【００２４】
放電開始からの時間の経過にともない、電池電圧は、満充電時の電圧（４．２Ｖ）から最終放電電圧（３．０Ｖ）に低下していく。また、充放電回数に依存して実際に使用できる実時間（最終放電電圧になるまでの経過時間）は変化し、充放電回数が増加すると実時間は短縮する。
【００２５】
図１（Ａ）に示した各充放電回数での放電特性にて放電時間をそれぞれ正規化することにより得た電池残量（％）と電池電圧との関係を図１（Ｂ）に示す。図１（Ｂ）において、横軸は電池残量、縦軸は電池電圧である。図１（Ｂ）に示すように、電池電圧に対する相対的な電池残量は、充放電回数が増加し実際に使用できる実時間が変化しても、負荷が一定である場合には常に充放電回数にかかわらず同じである。
【００２６】
図２（Ａ）は、負荷を変化させた場合のリチウム・イオン二次電池の放電特性を示す図であり、横軸は放電開始からの経過時間（放電時間）［ｍｉｎ］、縦軸は電池電圧［Ｖ］である。電池電圧は、放電開始からの時間の経過にともない、満充電時の電圧から最終放電電圧に低下していく。また、負荷が大きいほど短時間で電池電圧が最終放電電圧になる。
【００２７】
図２（Ａ）に示した各負荷における放電特性にて放電時間をそれぞれ正規化することにより得た電池残量（％）と電池電圧との関係を図２（Ｂ）に示す。図２（Ｂ）において、横軸は電池残量、縦軸は電池電圧である。
【００２８】
上記図１（Ｂ）に示したように負荷が一定である場合には、電池電圧に対する相対的な電池残量は、充放電回数にかかわらず常に同じであったが、負荷が異なる場合には、図２（Ｂ）に示されるように電池電圧に対する相対的な電池残量は、負荷に応じて異なり、必ずしも一致しない。これは、負荷に応じて流れる電流が異なり、電池の内部インピーダンスによる電圧降下が異なるためである。
【００２９】
図３は、図２（Ｂ）に示した負荷変化時の電池残量（％）と電池電圧との関係に電池の内部インピーダンスによる電圧降下に関する補正を施した図である。図３から明らかなように、電池の内部インピーダンスによる電圧降下の影響を取り除けば、電池電圧に対する相対的な電池残量は負荷の大きさにかかわらず常に同じである。
【００３０】
図４（Ａ）は、満充電状態で高温環境下に放置した時の電池容量の変化を、放電特性として示した図である。横軸は放電時間［ｍｉｎ］、縦軸は電池電圧［Ｖ］である。電池電圧は、放電時間の増加にともない満充電時の電圧から最終放電電圧に低下していく。また、放置時間に応じて最終放電電圧になるまでの放電時間は異なる。
【００３１】
図４（Ａ）に示した満充電状態での高温環境下放置で容量劣化した電池の放電特性にて放電時間をそれぞれ正規化することにより得た電池残量（％）と電池電圧との関係を図４（Ｂ）に示す。図４（Ｂ）において、横軸は電池残量、縦軸は電池電圧である。図４（Ｂ）に示すように、新品状態でも、満充電高温放置で劣化した後でも電池の相対的な残量は同じである。
【００３２】
以上の説明からわかるように、図１〜図４によれば、電池の電圧から電池の残量を予測するには、無負荷時の電池電圧、すなわち開放電圧が得られれば正しい電池残量を得られることがわかる。すなわち、電池が単体で長期間放置されていても、無負荷時の電圧である開放電圧さえ正しく測定すれば、即座に電池残量を正確に予測することが可能であることがわかる。
【００３３】
そこで、本発明では、電池パックが単体で放置されているときには、電池パック内のすべての回路への電力供給を遮断し、電池パックを使用する際に、外部への電力供給を開始する前に無負荷時相当の電池電圧を測定することにより電池残量を予測する。
【００３４】
（第１の実施形態）
図５は、本発明の第１の実施形態を説明するための図である。
図５において、電池パック（バッテリ）１０は、直列に接続された３つの電池セルＰＷ１、ＰＷ２、ＰＷ３、保護回路１１、スイッチ回路１２、マイコン１３、ＥＥＰＲＯＭ（Electrically Erasable and Programmable ROM）１８、及び抵抗Ｒ１を有する。
【００３５】
保護回路１１は、電池セルＰＷ１〜ＰＷ３の電圧及びマイコン１３からの指示等に応じてスイッチ回路１２の開閉制御を行う。また、保護回路１１は、抵抗Ｒ１の両端の電位差に基づいて電池から流出する電流量を測定し、マイコン１３に通知する。
【００３６】
スイッチ回路１２は、電池セルＰＷ１〜ＰＷ３と、後述するパソコン等の電子機器（装置）３０に接続するための図示しない電源端子との間に設けられ、２つのトランジスタ（ＦＥＴ：電界効果トランジスタ）Ｔ１、Ｔ２で構成される。
【００３７】
マイコン１３は、各回路を制御したりデータの授受を行ったりするものであり、電圧測定回路１４、ＡＤ変換器１５、記憶回路１６及び通信インターフェース１７を有する。電圧測定回路１４は、電池セルＰＷ１〜ＰＷ３の電圧を測定する。なお、電圧測定回路１４は、電池セルＰＷ１〜ＰＷ３の電圧を保護回路１１に測定させ、その測定結果を受けるように構成しても良いし、マイコン１３内ではなく保護回路１１内に設けるようにしても良い。
【００３８】
ＡＤ変換器１５は、電圧測定回路１４にてアナログ情報として得られた電圧の測定値をデジタル情報に変換する。記憶回路１６は、ＡＤ変換器１５にて変換されたデジタル情報の電圧値を記憶保持するためのものである。通信インターフェース１７は、電子機器３０との間で着脱検出信号ＳＩＧやデータＤＴ等を送受信するためのものである。
ＥＥＰＲＯＭ１８は、電池パック１０に関する情報（例えば充放電回数や使用年数等の情報）を記憶する。
【００３９】
電子機器３０は、電源マイコン３１、負荷３２、及び充電器３３を有する。電源マイコン３１は、残量予測回路３４を有し、マイコン１３との間でデータの授受を行ったり、残量表示や充電器３３の制御を行ったりする。また、電源マイコン３１は、電池パック１０が電子機器３０に装着されているか否かを示すための着脱検出信号ＳＩＧを出力する。
【００４０】
残量予測回路３４は、マイコン１３から供給されるデータＤＴに基づいて、電池残量を予測する回路である。また、負荷３２は、電池パック１０から供給される電力を消費する負荷であり、充電器３３は電源マイコン３１の指示に応じて電池セルＰＷ１〜ＰＷ３を充電するためのものである。
【００４１】
次に、動作について説明する。
まず、図５に示した電池パック１０が電子機器３０に装着されていないとき、つまり電池パック１０が単体で放置されているときは、電池パック１０内のすべての回路（保護回路１１、マイコン１３等）への電力供給は行わず、オフ状態にする。
【００４２】
次に、電池パック１０が電子機器３０に装着された時の電池パック１０での動作を図６に基づいて説明する。
ステップＳ１１にて、電子機器３０が有する電源マイコン３１から出力され、図示しない装着検出端子を介して電池パック１０に供給される着脱検出信号ＳＩＧにより電池パック１０が電子機器３０に装着されたことが電池パック１０にて検出されると、ステップＳ１２にて電圧測定に係る回路群（電圧測定回路１４、ＡＤ変換器１５、記憶回路１６）のみに電源が投入され動作を開始する。したがって、このときスイッチ回路１２は開いた状態（オフ状態）であり、電池パック１０から電子機器３０への電力供給は行われていない。
【００４３】
次に、ステップＳ１３にて、電圧測定回路１４は、電池パック１０が電子機器３０に電力を供給していない状態における電池セルＰＷ１〜ＰＷ３の電池電圧をそれぞれ測定する。さらに、電圧測定回路１４は、測定結果をＡＤ変換器１５を介して記憶回路１６に記憶する。
【００４４】
ステップＳ１４にて、電圧測定回路１４は、電池セルＰＷ１〜ＰＷ３の合計の電池電圧を測定し、ＡＤ変換器１５を介して測定結果を記憶回路１６に記憶する。これらステップＳ１３、Ｓ１４においては、電池パック１０内で流れる電流は微小であり電池の内部インピーダンスによる電圧降下は無視できるほど小さいので、無負荷時相当の電池電圧、すなわち略開放電圧を測定したこととなる。
【００４５】
次に、ステップＳ１５にて、ステップＳ１３、Ｓ１４での測定結果により過放電状態であるか否かが判定され、その結果、過放電状態である場合には処理を終了する。一方、判定の結果、過放電状態でない場合には、ステップＳ１６にてマイコン１３から保護回路１１に、電池パック１０が電子機器３０に装着されていることが通知され、保護回路１１が過放電防止用のスイッチ回路１２（トランジスタＴ１）をオン状態にして電子機器３０への電力供給を開始し処理を終了する。ここで、電池パック１０にて電池セルＰＷ１〜ＰＷ３を測定する時間は、非常に短いので、電池の脱着時間全体から見れば無視できる時間であり、何ら不都合は生じない。
【００４６】
電池パック１０が電子機器３０に装着された時の電子機器３０での動作を図７に基づいて説明する。
ステップＳ２１にて、電子機器３０は、電池パック１０が装着されて電力が供給されていると判断すると、ステップＳ２２にて、電源マイコン３１は、マイコン１３内の記憶回路１６に記憶されている無負荷時相当の電池電圧データを読み出す。そして、ステップＳ２３にて、残量予測回路３４は、読み出した電池電圧データに基づいて、例えば図１〜図４に示した電池電圧と電池残量との関係より電池残量を予測する。
【００４７】
次に、ステップＳ２４にて、残量予測回路３４は、電池パック１０が電子機器３０に電力を供給している状態における電池セルＰＷ１〜ＰＷ３の電池電圧及び放電電流をそれぞれ測定する。なお、ステップＳ２４での測定は、電池パック１０にて行い、その測定結果を電源マイコン３１に通知するようにしても良い。
【００４８】
ステップＳ２５にて、ステップＳ２２において読み出した電池電圧とステップＳ２４において測定した電池電圧及び放電電流とに基づいて、残量予測回路３４は、電池の内部インピーダンスを算出する。内部インピーダンスは、（ステップＳ２２において読み出した電池電圧−ステップＳ２４において測定した電池電圧）／（ステップＳ２４において測定した放電電流）により求められる。そして、ステップＳ２６にて、ステップＳ２５において得られた予測内部インピーダンスの値を電池パック１０に供給して記憶させ処理を終了する。
【００４９】
このように、電池の内部インピーダンスを算出し、以前に算出し記憶させた電池の内部インピーダンスと比較することで電池パック１０における電池セルＰＷ１〜ＰＷ３の劣化等を判断することができる。その結果、電池セルＰＷ１〜ＰＷ３の劣化が著しい場合には使用者に対して警告等を行い、電池パック１０の交換等を促すようにしても良い。
【００５０】
以降、最新の電池の内部インピーダンスを使用して、有負荷時の電池電圧と放電電流から開放電圧を計算により求めて、電池残量を予測する。
【００５１】
電池パック１０が電子機器３０から抜去された時の電池パック１０での動作を図８に基づいて説明する。
ステップＳ３１にて、電池パック１０が電子機器３０から抜去されたことが電池パック１０にて検出されると、ステップＳ３２にて、マイコン１３からの指示に基づいて、保護回路１１は過放電防止用のスイッチ回路１２（トランジスタＴ１、Ｔ２）をオフ状態にして外部への電力供給を遮断する。
【００５２】
ステップＳ３２、Ｓ３３にて、電圧測定回路１４は、電池セルＰＷ１〜ＰＷ３の各電池電圧及び合計の電池電圧をそれぞれ測定し、ＡＤ変換器１５を介して測定結果を記憶回路１６に記憶する。これにより、次回の装着時にどの位電池残量が減少したかを算出することができる。
次に、ステップＳ３５にて、電圧測定に係る回路群の電源が遮断され、電池パック１０内のすべての回路の電源が遮断された状態にして処理を終了する。
【００５３】
以上、説明したように第１の実施形態によれば、電子機器３０に電力を供給していない状態で電池パック１０における電池電圧を測定することで無負荷時相当の電池電圧を取得し、その電池電圧から電池パック１０の電池残量を予測する。すなわち、電流積算による方法とは異なり電池電圧から電池残量を予測しているので、電池パック１０が電子機器３０に装着されておらず、単体で放置されている場合には、電池パック１０内の各回路への電力供給を遮断して電力消費を防止することができる。また、電子機器３０に電力を供給していない、無負荷時相当の電池電圧を測定して、電池パック１０の電池残量を予測するようにしたので電池残量を正確に予測することができる。
【００５４】
なお、上述した第１の実施形態では、電圧測定回路１４等の電圧測定に係る回路群を電池パック１０に設け、残量予測回路３４を電子機器３０に設けるようにしているが、例えば、電圧測定に係る回路群及び残量予測回路３４の双方を電子機器３０に設けるようにしても良い。
【００５５】
（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。
上述した第１の実施形態では、電子機器３０が有する電源マイコン３１に残量予測回路３４を設け、電子機器３０にて電池の残量予測を行っていた。以下に説明する第２の実施形態は、電池パックが有するマイコン内に残量予測回路を設け、電池パックにて電池の残量予測を行うものである。
【００５６】
図９は、本発明の第２の実施形態を説明するための図である。なお、図９において、図５に示したブロック等と同一の機能を有するブロック等には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。また、図５に示したブロック等と同一ではないが対応する機能を有するブロック等には、同じ符号に’を付している。
【００５７】
図９において、マイコン１３’は、電圧測定回路１４、ＡＤ変換器１５、記憶回路１６、通信インターフェース１７、制御回路１９、及び残量予測回路２０を有する。したがって、電源マイコン３１’には残量予測回路は設けない。
【００５８】
制御回路１９は、マイコン１３’内の各回路を制御し、例えば後述する図１０に示す電池の残量予測に関わる処理を制御する。残量予測回路２０は、図５に示した残量予測回路３４と同様のものである。残量予測回路２０は、電子機器３０に電力を供給していない状態における記憶回路２０に記憶された電池電圧に基づいて電池残量を予測するとともに、通常時等は放電電流に基づいて電池残量を予測する。
【００５９】
次に、動作について説明する。
図１０は、第２の実施形態での電池パック１０の動作を示すフローチャートである。
【００６０】
ステップＳ４１にて、図６のステップＳ１１と同様にして電池パック１０が電子機器３０に装着されたことを検出すると、ステップＳ４２にて電圧測定及び残量予測に係る回路群（電圧測定回路１４、ＡＤ変換器１５、記憶回路１６、制御回路１９及び残量予測回路２０）に電源が投入され動作を開始する。このときスイッチ回路１２は開いた状態であり、電池パック１０から電子機器３０への電力供給は行われない。
【００６１】
ステップＳ４３にて、電圧測定回路１４は、電池パック１０が電子機器３０に電力を供給していない状態における電池セルＰＷ１〜ＰＷ３の電池電圧を測定し、ＡＤ変換器１５を介して測定結果を記憶回路１６に記憶する。ステップＳ４４にて、残量予測回路２０は、記憶回路１６に記憶された電池電圧に基づいて、相対電池残量を予測する。ここで、相対電池残量とは、電圧に基づく電池残量のことである。
【００６２】
ステップＳ４５にて、残量予測回路２０は、ステップＳ４４において得られた相対電池残量と以前に電池パック１０を抜去した際の相対電池残量との差分を計算する。さらに、ステップＳ４６にて、残量予測回路２０は、ステップＳ４５での計算結果に基づいて、ステップＳ４４において得られた相対電池残量から導かれる絶対電池残量を補正する。ここで、絶対電池残量とは、電流に基づく電池残量のことである。
【００６３】
次に、ステップＳ４７にて、過放電状態でない場合には、マイコン１３’から保護回路１１に電池パック１０が電子機器３０に装着されていることが通知され、保護回路１１は過放電防止用のスイッチ回路１２（トランジスタＴ１）をオン状態にして電子機器３０への電力供給を開始する。そして、ステップＳ４８にて放電電流に基づく電流積算等による残量予測処理を開始して処理を終了する。
【００６４】
また、ステップＳ４９にて、図８のステップＳ３１と同様にして電池パック１０が電子機器３０から抜去されたことを検出すると、ステップＳ５０にて、マイコン１３’からの指示に基づいて、保護回路１１は過放電防止用のスイッチ回路１２（トランジスタＴ１、Ｔ２）をオフ状態にして外部への電力供給を遮断する。
【００６５】
続いて、ステップＳ５１、Ｓ５２にて、上述したステップＳ４３、Ｓ４４と同様にして、相対電池残量を予測する。ステップＳ５３にて電池積算等で計算していた絶対電池残量と、ステップＳ５２において得られた相対電池残量とを記憶回路１６（あるいはＥＥＰＲＯＭ１８）に記憶する。さらに、ステップＳ５４にて、ステップＳ５１にて測定した電池電圧も記憶回路１６（あるいはＥＥＰＲＯＭ１８）に記憶する。これにより、次回の装着時にどの位電池残量が減少したかを算出することができる。
【００６６】
次に、ステップＳ５５にて、電圧測定回路１４及び残量予測回路２０の電源が遮断され、電池パック１０内のすべての回路の電源が遮断された状態にして処理を終了する。
【００６７】
以上、説明したように第２の実施形態によれば、上述した第１の実施形態と同様の効果が得られるとともに、電池パック１０のみで残量予測を行うことができるので、電池パック１０と電子機器３０とのインターフェースを単純にすることができる。また、電池パック１０のみで残量予測を行っているので、電池パック１０や電子機器３０の制御もそれぞれ独立して行うことができるので容易になる。
【００６８】
なお、第１及び第２の実施形態では、電池パック１０は、一例として３つの電池セルＰＷ１〜ＰＷ３を有し構成しているが、電池セルの数は任意である。また、スイッチ回路１２は一例であり、双方向に電流が流せるとともにオン・オフ制御可能な回路であれば良い。また、記憶回路１６を設けずに、ＥＥＰＲＯＭ１８が記憶回路１６の機能を兼ねるようにしても良い。また、ＥＥＰＲＯＭ１８は、これに限定されるものではなく、データを書き換え可能な不揮発性メモリであれば良い。
【００６９】
また、第１及び第２の実施形態では、電圧測定回路１４は、電池電圧のみを測定し記憶回路１６に記憶させるようにしているが、電池電圧に加えて放電電流や電池温度等も測定し記憶回路１６に記憶させるようにしても良い。
【００７０】
また、上記実施形態は、何れも本発明を実施するにあたっての具体化のほんの一例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。すなわち、本発明はその技術思想、またはその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。
本発明の諸態様を付記として以下に示す。
【００７１】
（付記１）他の電子機器に電力供給をしない場合に、電池パックの内部回路への電力供給を遮断する電力供給遮断回路と、
上記電池パックから電子機器に電力供給を開始する際、上記電子機器に電力供給を開始する前の電池パックにおける電池電圧を測定する電圧測定回路とを有することを特徴とする電池パック。
（付記２）上記電池パックは、任意の数の電池セルを有し、上記電池パックにおける電池電圧として上記各電池セルの電池電圧を測定することを特徴とする付記１に記載の電池パック。
（付記３）上記電圧測定回路での測定結果を保持する記憶回路をさらに有し、
上記電力供給を開始する前に上記電池電圧の測定に係る回路群に電力を供給して上記電池パックにおける電池電圧を測定し上記記憶回路に保持した後、上記電子機器に対して電力供給することを特徴とする付記１に記載の電池パック。
（付記４）上記電池パックから流出する電流を測定する電流測定回路をさらに有し、
上記電子機器に電力供給を開始した後の上記電池パックにおける電池電圧と電流とを測定して上記記憶回路に保持したことを特徴とする付記３に記載の電池パック。
（付記５）上記電子機器に電力供給するか否かを制御可能なスイッチ回路を有し、
上記電力供給を開始する前の電池パックにおける電池電圧の測定結果に応じて、上記スイッチ回路を制御することを特徴とする付記１に記載の電池パック。
（付記６）他の電子機器に電力供給をしない場合に、電池パックの内部回路への電力供給を遮断する電力供給遮断回路と、
上記電池パックから電子機器に電力供給を開始する際、上記電子機器に電力供給を開始する前の電池パックにおける電池電圧を測定する電圧測定回路と、
上記電圧測定回路での測定結果に基づいて、上記電池パックの電池残量を予測する残量予測回路とを有することを特徴とする電池残量予測システム。
（付記７）上記残量予測回路は、予め保持している電池電圧と電池残量との対応関係に基づいて、上記電池パックの電池残量を予測することを特徴とする付記６に記載の電池残量予測システム。
（付記８）他の電子機器に電力供給をしない場合に内部回路への電力供給を遮断する電池パックから電子機器に電力供給を開始する際、上記電子機器に電力供給を開始する前に測定された電池パックにおける電池電圧に基づいて、上記電池パックの電池残量を予測する残量予測回路を有することを特徴とする電子機器。
（付記９）上記残量予測回路は、予め取得した電池電圧と電池残量との対応関係に基づいて、上記電池パックの電池残量を予測することを特徴とする付記８に記載の電子機器。
（付記１０）電池パックにおける電池電圧を測定する電圧測定回路と、
上記電圧測定回路での測定結果を保持する記憶回路と、
上記電池パックから電子機器に電力供給を開始する前に上記電池電圧を上記電圧測定回路に測定させる制御回路とを有する半導体装置。
（付記１１）電池パックにおける電池電圧を測定する電圧測定回路を有し、
上記電圧測定回路を有する電子機器に電力供給を開始する際、上記電子機器内の回路に電力供給を開始する前の電池パックにおける電池電圧を上記電圧測定回路により測定した後、上記電子機器内の回路に電力供給することを特徴とする電子機器。
（付記１２）残量予測機能を有する電池パックにおける電池電圧を測定する電圧測定回路と、
上記電圧測定回路での測定結果を保持する記憶回路とを有し、
上記電圧測定回路は、上記電池パックが電子機器から抜去された後の電池電圧及び上記電池パックが上記電子機器に装着され上記電子機器に電力供給を開始する前の電池電圧を測定することを特徴とする電池残量予測システム。
（付記１３）上記電池パックが電子機器から抜去されてから上記電子機器に装着されるまでの期間は、上記電池パックが有する回路への電力供給を遮断することを特徴とする付記１２に記載の電池残量予測システム。
（付記１４）上記電圧測定回路により測定した電池電圧に基づいて予測した上記電池パックの電池残量を用いて、異なる方法により求めた上記電池パックの電池残量を補正することを特徴とする付記１２に記載の電池残量予測システム。
【００７２】
【発明の効果】
以上、説明したように本発明によれば、他の電子機器に電力供給をしない場合に、電池パックの電池から該電池パックの内部回路への電力供給を電力供給遮断回路により遮断し、電池パックから電子機器に電力供給を開始する際、電池パックが電子機器に装着された後、かつ、電子機器に電力供給を開始する前の電池パックにおける電池電圧を電圧測定回路にて測定する。これにより、電子機器に電力を供給していない状態での無負荷時相当の電池電圧を測定することができ、電池パックの電池残量を正確に予測することができる。また、電流積算による方法とは異なり、他の電子機器に電力供給をしない場合には、電池パックの電池から電池パックの内部回路への電力供給をも遮断することができる。したがって、電池パックが使用されていないときには電池パックでの電力消費を防止できるとともに、電池パックを使用する際には電池残量を正確に予測することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】充放電回数が異なるリチウム・イオン二次電池の放電特性を示す図である。
【図２】負荷変化時のリチウム・イオン二次電池の放電特性を示す図である。
【図３】負荷変化時のリチウム・イオン二次電池の放電特性を示す図である。
【図４】満充電状態で高温環境下に放置した時の電池容量の変化をリチウム・イオン二次電池の放電特性として示す図である。
【図５】本発明の第１の実施形態を説明するための図である。
【図６】第１の実施形態における電池装着時の電池パック側での動作を示すフローチャートである。
【図７】第１の実施形態における電池装着時の電子機器側での動作を示すフローチャートである。
【図８】第１の実施形態における電池抜去時の動作を示すフローチャートである。
【図９】本発明の第２の実施形態を説明するための図である。
【図１０】第２の実施形態における動作を示すフローチャートである。
【図１１】従来の電池パックの構成を示す図である。
【符号の説明】
１０ 電池パック
１１ 保護回路
１２ スイッチ回路
１３、１３’ マイコン
１４ 電圧測定回路
１５ ＡＤ変換器
１６ 記憶回路
１７ 通信インターフェース
１８ ＥＥＰＲＯＭ
１９ 制御回路
２０、３４ 残量予測回路
３０ 電子機器
３１、３１’ 電源マイコン
ＰＷ１、ＰＷ２、ＰＷ３ 電池セル
Ｒ１ 電流測定用の抵抗
Claims (10)
- 他の電子機器に電力供給をしない場合に、電池パックの電池から該電池パックの内部回路への電力供給を遮断する電力供給遮断回路と、
上記電池パックから電子機器に電力供給を開始する際、上記電池パックが上記電子機器に装着された後、かつ、上記電子機器に電力供給を開始する前の電池パックにおける電池電圧を測定する電圧測定回路とを有することを特徴とする電池パック。 - 上記電池パックは、任意の数の電池セルを有し、上記電池パックにおける電池電圧として上記各電池セルの電池電圧を測定することを特徴とする請求項１に記載の電池パック。
- 上記電圧測定回路での測定結果を保持する記憶回路をさらに有し、
上記電力供給を開始する前に上記電池電圧の測定に係る回路群に電力を供給して上記電池パックにおける電池電圧を測定し上記記憶回路に保持した後、上記電子機器に対して電力供給することを特徴とする請求項１に記載の電池パック。 - 上記電池パックから流出する電流を測定する電流測定回路をさらに有し、
上記電子機器に電力供給を開始した後の上記電池パックにおける電池電圧と電流とを測定して上記記憶回路に保持したことを特徴とする請求項３に記載の電池パック。 - 上記電子機器に電力供給するか否かを制御可能なスイッチ回路を有し、
上記電力供給を開始する前の電池パックにおける電池電圧の測定結果に応じて、上記スイッチ回路を制御することを特徴とする請求項１に記載の電池パック。 - 他の電子機器に電力供給をしない場合に、電池パックの電池から該電池パックの内部回路への電力供給を遮断する電力供給遮断回路と、
上記電池パックから電子機器に電力供給を開始する際、上記電池パックが上記電子機器に装着された後、かつ、上記電子機器に電力供給を開始する前の電池パックにおける電池電圧を測定する電圧測定回路と、
上記電圧測定回路での測定結果に基づいて、上記電池パックの電池残量を予測する残量予測回路とを有することを特徴とする電池残量予測システム。 - 他の電子機器に電力供給をしない場合に電池パックの電池から該電池パックの内部回路への電力供給を遮断する電池パックから、電子機器に電力供給を開始する際、上記電池パックが上記電子機器に装着された後で、かつ、上記電子機器に電力供給を開始する前に測定された電池パックにおける電池電圧に基づいて、上記電池パックの電池残量を予測する残量予測回路を有することを特徴とする電子機器。
- 電池パックにおける電池電圧を測定する電圧測定回路と、
上記電圧測定回路での測定結果を保持する記憶回路と、
上記電池パックが電子機器に装着された後で、かつ、上記電池パックから上記電子機器に電力供給を開始する前に上記電池電圧を上記電圧測定回路に測定させる制御回路とを有する半導体装置。 - 電池パックにおける電池電圧を測定する電圧測定回路を有し、
上記電圧測定回路を有する電子機器に電力供給を開始する際、上記電池パックが装着された後、かつ、上記電子機器内の回路に電力供給を開始する前の電池パックにおける電池電圧を上記電圧測定回路により測定した後、上記電子機器内の回路に電力供給することを特徴とする電子機器。 - 残量予測機能を有する電池パックにおける電池電圧を測定する電圧測定回路と、
上記電圧測定回路での測定結果を保持する記憶回路とを有し、
上記電圧測定回路は、上記電池パックが電子機器から抜去された後の電池電圧及び上記電池パックが上記電子機器に装着され上記電子機器に電力供給を開始する前の電池電圧を測定することを特徴とする電池残量予測システム。
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