JP4053404B2 - 電池残量検出装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、電池の電池残量を検出する電池残量検出装置に関するものであり、特に電池の劣化に応じた電池残量を検出する電池残量検出装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
一般に電池は、その電池残量が減少するとそれにともなって電池の放電電圧は低下する。したがって、従来はこの放電電圧の電圧値を測定し、この電圧値が予め設定された終止電圧にまで減少したとき、電池の電池残量が限界値になったと判定し、たとえば、警告表示をしたり、その電池を使用する装置の電源を切るなどの制御を行っていた。
【0003】
また、電池の電池残量を表示する場合においては、上記放電電圧の大きさに応じて電池残量に関する数値を表示したり、上記放電電圧の大きさに応じて異なるマークを表示したりしていた。
【0004】
【特許文献1】
特開平11−162524号公報
【0005】
【特許文献2】
特開平7−20215号公報
【0006】
【特許文献3】
特開平7−131856号公報
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、電池は充放電を繰り返しおこなうと電池の劣化が生じて内部抵抗値が増加し、図11に示すように、その内部抵抗値は充電回数にともなって増加する。また、電池は未使用の状態で長時間放置されたりすると劣化を生じ、内部抵抗値が増加する。したがって、図12に示すように、電池の内部抵抗値の増加(充電回数の増加)にともなって放電電圧の電圧降下が早くなるため、終止電圧は電池の内部抵抗値(充電回数)によって異なる。したがって、たとえば、終止電圧を電池の劣化量に関係なく一律にV1としたのでは、図12に示すように、本来の終止電圧であるV2またはV3に達する前に放電電圧が終止電圧に達したと判定され、電池を最後まで使い切ることができない。
【0008】
また、上記のように放電電圧の大きさに応じて電池残量に関する数値を表示したり、上記放電電圧の大きさに応じて異なるマークを表示したりする場合においては、図13および図14に示すように、電池の劣化(充電回数または内部抵抗値)により電池容量が変化するため、同じ放電電圧でも電池の劣化により電池残量が異なり、放電電圧のみによっては適切な電池残量に関する数値やマークを表示することができない。
【0009】
また、上記のように電池残量に関する数値やマークを表示するだけでは、電池の劣化がどれくらい進んでいるのかを知ることができない。
【0010】
本発明は、上記のような事情に鑑み、電池の劣化に応じた適切な電池残量を検出することができるとともに、電池の劣化量を知ることができる電池残量検出装置を提供することを目的とするものである。
【0011】
【課題を解決するための手段】
本発明の第1の電池残量検出装置は、電池の劣化量を検出する劣化量検出手段と、劣化量検出手段により検出された劣化量に応じて電池の終止電圧を算出する終止電圧算出手段とを備えたことを特徴とするものである。
【0012】
ここで、上記「劣化量」とは、電池の劣化の度合いを示す量のことをいう。
【0013】
また、上記「終止電圧」は、放電を終了する限度を示す電圧である。
【0014】
また、上記第1の電池残量検出装置においては、劣化量算出手段を、劣化量として電池の内部抵抗値を検出するものとすることができる。
【0015】
また、劣化量算出手段を、劣化量として電池の充電回数を検出するものとすることができる。
【0016】
また、終止電圧算出手段を、終止電圧が所定の閾値以下の場合には終止電圧を閾値よりも大きい一定値とする限界値設定部を有するものとすることができる。
【0017】
ここで、上記「閾値」としては、たとえば、電池を使用する装置における電源電圧の下限値とすることができる。
【0018】
本発明の第2の電池残量検出装置は、電池の劣化量を検出する劣化量検出手段と、電池の電圧を検出する電圧検出手段と、劣化量および電圧に基づいて電池の電池残量を算出する電池残量算出手段とを備えたことを特徴とするものである。
【0019】
また、上記第2の電池残量検出装置においては、劣化量算出手段を、劣化量として電池の内部抵抗値を検出するものとすることができる。
【0020】
また、劣化量算出手段を、劣化量として電池の充電回数を検出するものとすることができる。
【0021】
本発明の第3の電池残量検出装置においては、電池の劣化量を検出する劣化量検出手段と、電池の電池残量を検出する電池残量検出手段と、劣化量および電池残量に応じて異なるマークを表示する表示手段とを備えたことを特徴とするものである。
【0022】
また、上記第3の電池残量検出装置においては、劣化量算出手段を、劣化量として電池の内部抵抗値を検出するものとすることができる。
【0023】
また、劣化量算出手段を、劣化量として電池の充電回数を検出するものとすることができる。
【0024】
また、表示手段を、劣化量が大きいほど小さいマークを表示するものとすることができる。
【0025】
【発明の効果】
本発明の第1の電池残量検出装置によれば、電池の劣化量を検出し、劣化量検その劣化量に応じて電池の終止電圧を算出するようにしたので、劣化した電池でも最後まで使い切ることができる。
【0026】
また、上記のようにして算出された終止電圧が所定の閾値以下の場合には終止電圧を閾値よりも大きい一定値とするようにした場合には、たとえば、上記閾値を電池を使用する装置の電源電圧の下限値とすれば、終止電圧が上記下限値よりも小さくなることを回避することができる。
【0027】
本発明の第2の電池残量検出装置によれば、電池の劣化量を検出し、電池の電圧を検出し、その劣化量および電圧に基づいて電池の電池残量を算出するようにしたので、電池の劣化量に応じた適切な電池残量を算出することができる。
【0028】
本発明の第3の電池残量検出装置によれば、電池の劣化量を検出し、電池の電池残量を検出し、劣化量および電池残量に応じて異なるマークを表示するようにしたので、マーク表示により電池残量を知るとともに、電池の劣化量を知ることができる。
【0029】
また、上記第3の電池残量検出装置において、劣化量が大きいほど小さいマークを表示するようにした場合には、たとえば、劣化量の大きさとマークの面積とを比例するようにすれば、どれくらい劣化しているかを適切に知ることができる。
【0030】
また、上記第1から第3の電池残量検出装置において、劣化量として電池の内部抵抗値または電池の充電回数を検出するようにした場合には、簡易な構成で電池の劣化量を検出することができる。
【0031】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の電池残量検出装置の第1の実施形態について説明する。図1は本実施形態の電池残量検出装置の概略構成を示すブロック図である。
【0032】
本実施形態の電池残量検出装置は、図1に示すように、電池1の内部抵抗値を検出する内部抵抗値検出手段10と、内部抵抗値検出手段10により検出された内部抵抗値に応じて終止電圧を算出する終止電圧算出手段12を備えている。
【0033】
まず、内部抵抗値検出手段10において、内部抵抗値を算出する作用を説明する。内部抵抗値検出手段10には所定の負荷Rが設けられており、この負荷に対して電池1を放電させ、このときの放電電圧および負荷に流れる電流Iを測定する。上記のようにして負荷Rに対して放電したとき、その放電電圧は図2に示すように電圧降下する。図2において、ΔV1(実線)がまだ充電を行なっていないときの電池1の電圧降下であり、ΔV2(破線)が300回充電を行なった電池1の電圧降下であり、ΔV3(一点鎖線)が500回充電を行なった電池1の電圧降下である。まず、充電を行なってときの電池の内部抵抗値rを下式(1)により求める。
【0034】
r=ΔV1/I … (1)
次に、300回の充電を行なった電池1の内部抵抗値変化Δr300、500回の充電を行なった電池1の内部抵抗値変化Δr500をそれぞれ下式(2)、下式(3)式により求める。
【0035】
Δr300=(ΔV2−ΔV1)/I … (2)
Δr500=(ΔV3−ΔV1)/I … (3)
そして、上記のようにして求められたr、Δr300およびΔr500は終止電圧算出手段12に出力される。
【0036】
次に、終止電圧算出手段12において、300回の充電を行なった電池1の終止電圧V300、500回の充電を行なった電池1の終止電圧V500がそれぞれ下式(4)、下式(5)により算出される。なお、Vは、まだ充電を行なっていない電池1の終止電圧であり、予め設定された値である。
【0037】
V300=V−(Δr300−r)×I … (4)
V500=V−(Δr500−r)×I … (5)
上記のようにして算出された終止電圧は、たとえば、電池1の放電電圧が終止電圧になったとき、電池1を使用する装置において電池残量がなくなったことを表示したり、警告音を鳴らして知らせる場合に用いられる。また、電池1の放電電圧が終止電圧になったとき、上記装置の電源を切るようにしてもよい。
【0038】
また、上記実施形態のようにして終止電圧を算出した場合、内部抵抗値変化が大きくなると必要以上に低い終止電圧が算出されることになる。したがって、終止電圧算出手段14において算出された終止電圧が所定の閾値よりも低くなった場合には、閾値よりも高い所定の一定値に終止電圧を設定する限界値設定部を設けるようにしてもよい。上記閾値としては、たとえば、電池を使用する装置における電源電圧の下限値とすることができる。
【0039】
上記第1の実施の形態の電池残量検出装置によれば、電池の内部抵抗値を検出し、その内部抵抗値に応じて電池の終止電圧を算出するようにしたので、劣化した電池でも最後まで使い切ることができる。
【0040】
また、上記第1の実施の形態においては、電池の劣化量として内部抵抗値を直接求めるようにしたが、予め充電回数に対する内部抵抗値をルックアップテーブルとして設定しておき、電池の劣化量として充電回数を検出し、その充電回数に基づいて内部抵抗値を算出するようにしてもよい。
【0041】
次に、本発明の電池残量検出装置の第2の実施形態について説明する。図3に本実施形態の電池残量検出装置の概略構成図を示す。
【0042】
本実施形態の電池残量検出装置は、図3に示すように、電池1の充電回数をカウントするカウント手段20、電池1の電圧を検出する電圧検出手段22、およびカウント手段20によりカウントされた充電回数および電圧検出手段22により検出された電圧に基づいて電池1の電池残量を算出する電池残量算出手段24を備えている。
【0043】
カウント手段20は、電池1の充電回数をカウントするものであるが、その構成は如何なる構成でもよい。たとえば、電池1の充放電を制御する充放電制御回路において充電したことを検出し、メモリに記憶してカウントするようにしてもよいし、また、充電器にセットされた回数をスイッチなどにより検出して充電回数をカウントするようにしてもよい。
【0044】
次に、上記第2の実施形態の電池残量検出装置の作用について説明する。
【0045】
まず、電圧検出手段22において検出された電圧値とカウント手段20によりカウントされた充電回数が電池残量算出手段24に出力される。そして、上記カウント手段20から出力された充電回数に基づいて電池1の劣化量を求める。この劣化量は、図4に示すような充電回数と劣化量との関係を示すルックアップテーブルにより求められる。そして、電池残量算出手段24には、図5に示すようなルックアップテーブルが設けられており、上記電圧値と劣化量とに基づいて動作時間が算出される。たとえば、電圧検出手段22において4.0V以上が検出されたとき、この電圧値が電池残量算出手段24に出力される。また、このときカウント手段20から150回が出力された場合には、図4に示すルックアップテーブルにより劣化量20%が求められ、上記電圧値4.0V以上および劣化量20%に基づいて、図4に示すルックアップテーブルにより動作時間48分が求められる。
【0046】
一方、このとき、たとえば、図6に示すような動作時間算出回路により、電池1から電池1を使用する装置に流れる電流を測定し、電池1を使用する装置での消費電流を算出し、この消費電流に基づいて電池1を使用する装置での放電容量を求め、電池1がまだ劣化していないときの全放電容量から上記放電容量を差し引いた値に基づいて動作時間を算出する。
【0047】
そして、上記のようにして動作時間算出回路にて算出された動作時間が、電池残量算出手段24により求められた動作時間よりも大きい場合には、動作時間は動作時間算出回路にて算出された値に設定され、電圧検出手段22より検出される電圧が4.0V未満になるまでは動作時間算出回路で算出された値が設定される。動作時間算出回路にて算出された動作時間が、電池残量算出手段24により求められた動作時間よりも小さい場合には、電池残量算出手段24において求められた48分が動作時間として設定される。
【0048】
そして、次に電圧検出手段22により3.8V以上4.0V未満の電圧値が検出されたとき、この電圧値が電池残量算出手段24に出力される。そして、上記と同様にして劣化量20%が求められ、上記3.8V以上4.0V未満の電圧値および劣化量20%に基づいて、図4に示すルックアップテーブルにより動作時間36分が求められる。
【0049】
一方、このとき、動作時間算出回路により算出された動作時間が、電池残量算出手段24により求められた動作時間36分よりも大きい場合には、動作時間は動作時間算出回路にて算出された値に設定され、電圧検出手段22より検出される電圧が3.8V未満になるまでは動作時間算出回路で算出された値が設定される。動作時間算出回路にて算出された動作時間が、電池残量算出手段24により求められた動作時間よりも小さい場合には、電池残量算出手段24において求められた36分が動作時間として設定される。
【0050】
さらに、次に電圧検出手段22により3.6V以上3.8V未満の電圧値が検出されたとき、この電圧値が電池残量算出手段24に出力される。そして、上記と同様にして劣化量20%が求められ、上記3.6V以上3.8V未満の電圧値および劣化量20%に基づいて、図4に示すルックアップテーブルにより動作時間24分が求められる。
【0051】
一方、このとき、動作時間算出回路により算出された動作時間が、電池残量算出手段24により求められた動作時間24分よりも大きい場合には、動作時間は動作時間算出回路にて算出された値に設定され、電圧検出手段22より検出される電圧が3.8V未満になるまでは動作時間算出回路で算出された値が設定される。動作時間算出回路にて算出された動作時間が、電池残量算出手段24により求められた動作時間よりも小さい場合には、電池残量算出手段24において求められた24分が動作時間として設定される。
【0052】
上記のようにして、電圧検出手段22より検出された電圧値とカウント手段20においてカウントされた充電回数に基づく劣化量から電池残量検出手段24において動作時間が算出されるとともに、動作時間算出回路においても動作時間が算出され、これらの大きさを比較しながら適切な動作時間を設定する。
【0053】
上記第2の実施の形態の電池残量検出装置によれば、電池の劣化量を検出し、電池の電圧を検出し、その劣化量および電圧に基づいて電池の電池残量を算出するようにしたので、電池の劣化量に応じた適切な電池残量を算出することができる。
【0054】
また、上記第2の実施の形態では、カウント手段20においてカウントされた充電回数に基づいて電池1の劣化量を求めるようにしたが、これに限らず、電池1の内部抵抗値を検出し、この内部抵抗値に基づいて劣化量を求めるようにしてもよい。電池1の内部抵抗値の検出の仕方については、上記第1の実施の形態と同様にすればよい。
【0055】
また、上記のように内部抵抗値に基づいて劣化量を求めるようにした場合には、第1の実施の形態と同様に検出された内部抵抗値に基づいて終止電圧を算出するようにしてもよい。
【0056】
また、上記のようにして算出された動作時間を、たとえば、図7に示すようにデジタルカメラ26のLCDからなるモニタ28に表示するようにしてもよい。
【0057】
また、電圧検出手段22により検出された電圧値が4.0V以上の場合には、モニタ28に図8(a)のような電池容量が100%であることを示す図を表示し、電圧検出手段22により検出された電圧値が3.8V以上4.0V未満の場合には、モニタ28に図8(b)のような電池容量が75%であることを示す図を表示し、電圧値が3.6V以上3.8V未満の場合には、モニタ28に図8(c)のような電池容量が50%であることを示す図を表示し、電圧値が3.45V以上3.6V未満の場合には、モニタ28に図8(d)のような電池容量が25%であることを示す図を表示し、電圧値が3.3V以上3.45V未満の場合には、モニタ28に図8(e)のような電池容量が5%であることを示す図を表示し、電圧値が3.0V以上3.3V未満の場合には、モニタ28に図8(f)のような電池容量が0%であることを示す図を表示するようにしてもよい。また、上記のように6段階で表示するのではなく、4段階に分割して表示するようにしてもよい。
【0058】
次に、本発明の電池残量検出装置の第3の実施形態について説明する。図9に本実施形態の電池残量検出装置の概略構成図を示す。
【0059】
本実施形態の電池残量検出装置は、図9に示すように、電池1の充電回数をカウントするカウント手段30、電池1の電池残量を検出する電池残量検出手段32、およびカウント手段20によりカウントされた充電回数および電池残量検出手段32により検出された電池残量に基づいてマークを表示する表示手段34とを備えている。
【0060】
カウント手段30は、電池1の充電回数をカウントするものであるが、その構成は如何なる構成でもよい。たとえば、電池1の充放電を制御する充放電制御回路において充電したことを検出し、メモリに記憶してカウントするようにしてもよいし、また、充電器にセットされた回数をスイッチなどにより検出して充電回数をカウントするようにしてもよい。
【0061】
電池残量検出手段32としては、たとえば、電池1の放電電圧を検出して電池残量を検出するものでもよいし、上記第2の実施の形態において説明した図6に示すような回路を利用して上記のように電池残量を算出するものでもよい。また、第2の実施の形態のように、電池1の放電電圧と劣化量とに基づいて電池残量を求めるようにしてもよい。
【0062】
表示手段34は、たとえば、LCDからなるモニタであり、電池残量検出手段32において検出された電池残量に基づいて電池1の電池残量を表示するとともに、カウント手段30においてカウントされた充電回数に基づいて電池1の劣化量を表示する。具体的には、電池1の電池残量を表示する方法としては、たとえば、第2の実施の形態において説明した図8に示すように表示すればよい。また、電池1の劣化を表示する方法としては、たとえば、劣化量が0%のときは図10(a)に示すように表示し、劣化量が20%のときは図10(b)に示すように図10(a)のマークよりも小さいマークで表示し、劣化量が40%のときは図10(c)に示すように図10(b)のマークよりも小さいマークで表示し、劣化量が60%のときは図10(d)に示すように図10(c)よりも小さいマークで表示する。マークの大きさは劣化量に比例する大きさとするのが望ましい。
【0063】
また、上記第3の実施の形態では、カウント手段20においてカウントされた充電回数に基づいて電池1の劣化量を求めるようにしたが、これに限らず、電池1の内部抵抗値を検出し、この内部抵抗値に基づいて劣化量を求めるようにしてもよい。電池1の内部抵抗値の検出の仕方については、上記第1の実施の形態と同様にすればよい。
【0064】
また、上記のように内部抵抗値に基づいて劣化量を求めるようにした場合には、第1の実施の形態と同様に検出された内部抵抗値に基づいて終止電圧を算出し、該終止電圧のときに電池残量が0となるように表示するようにしてもよい。
【0065】
上記第3の実施の形態の電池残量検出装置によれば、電池の劣化量を検出し、電池の電池残量を検出し、劣化量および電池残量に応じて異なるマークを表示するようにしたので、マーク表示により電池残量を知るとともに、電池の劣化量をも知ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の電池残量検出装置の第1の実施の形態の概略構成を示すブロック図
【図2】図1に示す電池残量検出装置の内部抵抗値算出手段において測定される電池1の放電特性を示す図
【図3】本発明の電池残量検出装置の第2の実施の形態の概略構成を示すブロック図
【図4】図3に示す電池残量算出手段における充電回数と劣化量との関係を示すルックアップテーブル
【図5】図3に示す電池残量算出手段における電圧値と劣化量とに基づいて動作時間を算出するためのルックアップテーブル
【図6】図3に示す電池残量算出手段における動作時間算出回路の概略構成図
【図7】図3に示す本発明の電池残量検出装置により算出された動作時間を数値によりモニタに表示する態様を示す図
【図8】図3に示す本発明の電池残量検出装置により算出された動作時間をマークによりモニタに表示する態様を示す図
【図9】本発明の電池残量検出装置の第3の実施の形態の概略構成を示すブロック図
【図10】図9に示す本発明の電池残量検出装置により電池残量および劣化量を表示する態様を示す図
【図11】電池の充電回数と内部抵抗値の関係を示す図
【図12】電池の充電回数に応じた放電特性を示す図
【図13】電池の充電回数と電池容量との関係を示す図
【図14】電池の内部抵抗値と電池容量との関係を示す図
【符号の説明】
1 電池
10 内部抵抗値検出手段
12 終止電圧算出手段
20,36 カウント手段
22 電圧検出手段
24,32 電池残量算出手段
34 表示手段
Claims (1)
- 電池から該電池を使用する装置に流れる放電電流を取得し、該放電電流に基づいて前記電池の内部抵抗値を前記電池の劣化量として検出する劣化量検出手段と、
該劣化量検出手段により検出された劣化量に応じて前記電池の終止電圧を算出する終止電圧算出手段と、
前記電池の放電電圧を検出する電圧検出手段と、
該電圧検出手段により検出された放電電圧と前記終止電圧算出手段により算出された終止電圧に基づいて前記電池の残量を示すマークを表示する表示手段とを備え、
前記表示手段が、前記劣化量が大きいほど前記マークを小さくして表示するものであることを特徴とする電池残量検出装置。
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