JP4117997B2 - 電池の残容量補正方法 - Google Patents

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    • H02J7/0048Detection of remaining charge capacity or state of charge [SOC]

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電池の残容量がハイバネーション移行容量になるとハイバネーションに移行する電子機器に残容量を演算して出力する方法であり、とくに、電池の残容量を正確に電子機器に出力するために、残容量を補正する方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
コンピュータ等の電子機器は、処理をしている途中で電源をオフにすると不都合が発生する。たとえば、ワープロで文書を作成している途中で電源をオフにすると、作成途中の文章が保存されずに消えてしまう。さらに、ソフトウエアを正常に終了させないことで不都合が発生することもある。ところで、電源に電池を使用しているコンピュータは、電池の残容量がなくなって、放電できなくなると、電池の過放電を防止するために電源をオフにする必要がある。このため、電池の残容量がなくなって電源をオフにすると、前述の弊害が発生する。
【0003】
この弊害を防止するために、電池の残容量が減少して、ハイバネーション移行容量よりも少なくなると、ハイバネーションに移行して電源をオフにする技術が開発されている。ハイバネーションは、処理をしているデーターをハードディスク等の記憶媒体に保存し、その後に電源をオフにして、電源オフによる弊害を防止する。このことを実現するコンピュータ等の電子機器は、電池の残容量をパラメターとして、残容量がハイバネーション移行容量になると、ハイバネーションを実行して電源をオフにしている。電池側は、残容量を演算してコンピュータ等の電子機器に出力している。
【0004】
電池側は、残容量を電子機器に出力するために、満充電された状態から放電容量を減算して、残容量を演算している。ただ、電池側で演算された残容量は、必ずしも電池の実際の残容量に正確には一致しない。このため、電池側では、電池電圧を検出して残容量を補正している。図1は、電池電圧で残容量を補正する状態を示すグラフである。図1は、放電させるにしたがって電池電圧が低下する特性と、残容量を補正する特性を示している。この図の補正方法は、電池を放電して、電池電圧が0%検出電圧まで低下すると、残容量を0%に補正する。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
以上の補正方法は、電池の残容量を0%付近で正確に補正して、電池の過放電を防止できる。しかしながら、この状態で残容量を補正する方法は、コンピュータ等の電子機器を、ハイバネーションに移行して終了できないことがある。たとえば、図1のa時点と、b時点のサンプリングタイミングで、電池が電子機器に残容量を出力するとき、a時点では残容量がハイバネーション移行容量よりも大きいのでハイバネーションに移行せず、また、b時点では残容量が0%で完全に放電された状態であるからハイバネーションできない。この図に示す補正方法が、ハイバネーションに移行できないのは、残容量が一瞬に0%に低下するからである。
【0006】
残容量を一瞬には0%としない補正方法も開発されている(特開平5−87896号公報)。この公報に記載される方法は、図2と図3に示すように、電池電圧を測定するA、B、C、D点で、電池の残容量を補正する。電池電圧がA、B、C、D点の電圧となるときの電池の残容量をあらかじめ設定しており、電池電圧がこの電圧になると、その残容量に修正する。
【0007】
図2と図3に示すように、電池電圧で残容量を補正する方法は、実際の残容量に近い値として残容量を補正できる。しかしながら、この方法で補正して残容量を電子機器に出力するときも、電子機器が正常にハイバネーションに移行できないことがある。
【0008】
たとえば、図3のa、b点において、電池が電子機器に残容量を出力するとき、a点ではハイバネーション移行容量よりも大きいので電子機器はハイバネーションに移行せず、次にb点ではハイバネーション移行容量よりも小さいがすでに残容量が0%となっているので、ハイバネーションに移行できない状態となってしまうからである。
【0009】
本発明は、このような欠点を解決することを目的に開発されたものである。本発明の重要な目的は、電池の残容量が少なくなると、電子機器を確実にハイバネーションに移行させて終了できる電池の残容量補正方法を提供することにある。
【0010】
【課題を解決するための手段】
本発明の電池の残容量補正方法は、電池の残容量がハイバネーション移行容量まで低下すると、ハイバネーションに移行する電子機器に残容量を演算して出力する。残容量補正方法は、電池電圧が0%検出電圧まで低下したときの残容量がハイバネーション移行容量よりも大きいときは、残容量をハイバネーション移行容量に補正した後、所定の勾配で残容量を減少させる。また、電池電圧が0%検出電圧まで低下したときの残容量がハイバネーション移行容量よりも小さいときは、残容量を所定の勾配で減少させる。
【0012】
さらに、本発明の電池の残容量補正方法は、好ましくは、0%検出電圧を検出した後に残容量を減少させる勾配を、残容量減少値/時間として、一定の勾配とする。
【0013】
さらに、本発明の電池の残容量補正方法は、好ましくは、0%検出電圧を検出した後に残容量を減少させる勾配を、10〜60秒で残容量が0となる値に設定する。
【0014】
さらに、本発明の電池の残容量補正方法は、好ましくは、0%検出電圧を検出した後に、電子機器の消費電力を演算し、消費電力から残容量を減少させる勾配を決定する。
【0015】
さらにまた、本発明の電池の残容量補正方法は、好ましくは、0%検出電圧を検出して残容量をハイバネーション移行容量に補正した後に残容量を減少させる勾配を、0%検出電圧を検出してから残容量が0%となるまでの減少時間が、電子機器に残容量を出力するサンプリングタイミングの時間間隔よりも長くなるように設定する。
【0016】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。ただし、以下に示す実施例は、本発明の技術思想を具体化するための具体的な方法を例示するものであって、本発明は残容量補正方法を以下のものに特定しない。
【0017】
図4は、電池パックに内蔵される回路であって、本発明の残容量補正方法に使用される回路のブロック図である。この図の回路を備える電池パックはコンピュータ等の電子機器に装着されて電子機器に電力を供給し、残容量を電子機器に出力する。電子機器は、所定のサンプリングタイミングで電池パックと通信して、電池の残容量を検出し、残容量がハイバネーション移行容量よりも小さくなるとハイバネーションに移行する。電子機器に残容量を出力するために、電池パックは図4に示す回路で放電容量を演算する。
【0018】
図4の電池パックは、電池1の消費電流を電圧に変換して検出する消費電流電圧検出部2と、電池1の電圧を検出する電圧検出部3と、消費電流電圧検出部2の出力であるアナログ信号をデジタル信号に変換する第1A/D変換部4と、電圧検出部3の出力であるアナログ信号をデジタル信号に変換する第2A/D変換部5と、第1A/D変換部4の出力信号から電池1の消費電流を積算して消費電力を積算し、あるいは第1A/D変換部4から出力される消費電流を積算する消費電力・電流積算部6と、第2A/D変換部5の出力信号から0%検出電圧を検出するロウバッテリ検出部7と、第1A/D変換部4と第2A/D変換部5にアナログ信号をデジタル信号に変換するトリガーを所定の周期で発生するタイマー8と、満充電された容量から消費電力または電流を減算して残容量を算出する残容量算出部9と、この残容量算出部9で算出された残容量をロウバッテリ検出部7の出力で補正する残容量補正処理部10と、演算した残容量を電子機器に通信して出力するSMBus通信処理部11とを備える。この電池パックは、SMBusを介してコンピュータ等の電子機器に接続される。
【0019】
消費電流電圧検出部2は、電池1と直列に接続された抵抗値の小さい電流検出抵抗と、この電流検出抵抗の両端に発生する電圧を増幅する差動アンプとを備えている。この消費電流電圧検出部2は、電池1に流れる電流を差動アンプの出力電圧として出力する。差動アンプの出力電圧は、電池1に流れる電流と定数の積となる。
【0020】
消費電流電圧検出部2と電圧検出部3の出力電圧はアナログ信号である。第1A/D変換部4と第2A/D変換部5は、デジタル処理して残容量を演算し、また補正するために、アナログ信号をデジタル信号に変換して出力する。第1A/D変換部4と第2A/D変換部5は、タイマー8からトリガーが入力されるタイミングで、入力される電圧信号をデジタル信号に変換して出力する。
【0021】
消費電力・電流積算部6は、電池1の消費電力または消費電流を積算する。電池の残容量は、電力をパラメターとする方法と、電流をパラメターとする方法とがあるので、電力をパラメターとする方法は、この回路で消費電力の積算値を演算し、電流をパラメターとする方法は、この回路で消費電流を積算する。消費電力の積算値は、第1A/D変換部4から出力される電流値と、第2A/D変換部5から出力される電圧値の積を積算値として算出される。消費電流の積算値は、第1A/D変換部4から出力される電流値を積算して算出される。
【0022】
残容量算出部9は、電池1の満充電時の容量から、消費電力または消費電流の積算値を減算して、電池の残容量を算出し、算出した電池の残容量を示す信号を残容量補正処理部10に出力する。残容量は、満充電した容量、あるいは定格容量を100%として相対値として算出する方法と、AhまたはWhで算出する方法とがある。
【0023】
ロウバッテリ検出部7は、第2A/D変換部5の出力から、電池1の電圧が0%検出電圧以下に低下したかどうかを検出する。電池1の電圧が0%検出電圧以下になると、0%検出電圧信号を残容量補正処理部10に出力する。
【0024】
残容量補正処理部10は、電池電圧が0%検出電圧以下になって、ロウバッテリ検出部7から0%検出電圧信号が入力されたとき、残容量算出部9から入力される電池1の残容量を、ハイバネーション移行容量で補正する。ところで、電池電圧の0%検出電圧は、電池1が完全に放電される電圧よりも高く設定する。電池電圧が0%検出電圧まで低下した後に、電子機器をハイバネーションに移行して電池1を過放電させないためである。0%検出電圧を高くすると、電池電圧が0%検出電圧まで低下したときの電池1の実際の残容量が大きくなる。この電圧が高すぎると、電池1を完全に放電できなくなって、電池1を放電できる実質的な容量が減少する。反対に、0%検出電圧を低くすると、電池1を完全に放電できるが、ハイバネーションに移行したときに、過放電される確率が高くなる。このため、0%検出電圧は、電池1を過放電させることなく、また、電池1を充分に放電できる電圧に設定する。
【0025】
また、ハイバネーション移行容量は、たとえば、電池1の満充電容量の1〜5%、好ましくは2〜5%、最適には約3%に設定する。リチウムイオン二次電池は、0%検出電圧を3.5V/セルとして、ハイバネーション移行容量を約3%に設定できる。
【0026】
残容量補正処理部10が、0%検出電圧を検出して残容量を補正する基本動作を図5と図6に示す。図5は、電池1の電圧が0%検出電圧に低下したときに、残容量算出部9で算出される残容量がハイバネーション移行容量よりも大きい状態を示す。この状態では、0%検出電圧を検出したときに、算出された残容量をハイバネーション移行容量に補正する。その後、所定の勾配で残容量を減少させる。残容量を減少させる勾配は、たとえば、残容量減少値/時間を一定の勾配として残容量を減少させる。0%検出電圧を検出して残容量をハイバネーション移行容量に補正した後、残容量を減少させて0%とするまでの減少時間は、電子機器に残容量を出力するサンプリングタイミングの時間間隔よりも長く設定する。たとえば、ハイバネーション移行容量から0%となるまでの減少時間を10〜60秒、好ましくは10〜50秒、さらに好ましくは15〜30秒となるように、残容量減少値/時間の勾配を設定する。
【0027】
図6は、電池1の電圧が0%検出電圧に低下したときに、残容量算出部9で算出される残容量がハイバネーション移行容量よりも小さい状態を示す。この状態では、0%検出電圧を検出したときに、算出された残容量をハイバネーション移行容量に上昇するようには補正しないで、その後、算出した残容量を所定の勾配で減少させる。0%検出電圧を検出した後、残容量を減少させる勾配は、図5に示すグラフと同じにする。ただし、0%検出電圧を検出したときに算出された残容量がハイバネーション移行容量よりも小さいときは、算出された残容量がハイバネーション移行容量よりも大きいときに減少させる勾配よりも小さく、あるいは大きくすることもできる。
【0028】
以上の方法は、電池1の電圧が0%検出電圧まで低下した後は、一定の勾配で残容量を減少させるが、本発明の残容量補正方法は、0%検出電圧を検出した後、必ずしも一定の勾配で残容量を減少させる必要はない。たとえば、0%検出電圧を検出した後、残容量を減少させる勾配を時間と共に変化させ、あるいは、電子機器の消費電力を演算して、消費電力で残容量を減少させることもできる。ただし、この場合、0%検出電圧を検出してから残容量が0になるまでの時間に、電子機器が確実にハイバネーションに移行できるように0%検出電圧を設定する。0%検出電圧は、0%検出電圧を検出してから残容量が0になるまでの時間が、たとえば、10〜60秒、好ましくは10〜50秒、さらに好ましくは15〜30秒となる電圧に設定する。0%検出電圧を高くすると、0%検出電圧を検出したときの電池1の実際の残容量が大きくなる。したがって、0%検出電圧を検出してから完全に放電されるまでの時間を長くできる。
【0029】
SMBus通信処理部11は、残容量補正処理部10で算出された残容量をSMBusを介して電子機器に伝送する通信部である。SMBus通信処理部11は、電子機器から、残容量の出力命令信号が入力されるときに、算出した残容量を出力する。電子機器は、所定のサンプリングタイミングで、SMBus通信処理部11に残容量の出力命令信号を出力する。この信号が入力されたときに、SMBus通信処理部11から電池1の残容量が電子機器に出力される。電子機器は、SMBus通信処理部11から入力される電池1の残容量から、ハイバネーションに移行するかどうかを判定する。電池1の残容量がハイバネーション移行容量よりも小さいとき、電子機器はハイバネーションに移行して正常に終了する。
【0030】
図4の回路は、図7のステップで電池の残容量を補正する。
[n=1のステップ]
初期化処理をする。
[n=2のステップ]
電池1の電圧、電流、温度、電力等を検出して、電池1の残容量を演算する。残容量は満充電された容量から消費電力または消費電流の積算値を減算して算出する。
[n=3のステップ]
検出した電池電圧を0%検出電圧に比較して、0%検出電圧よりも低いかどうかを判定する。
[n=4のステップ]
電池電圧が0%検出電圧よりも低くないとき、いいかえると電池電圧が0%検出電圧以上のときは、残容量から放電電力の積算値を減算して残容量を算出し、その後、n=2のステップにジャンプする。
[n=5のステップ]
電池電圧が0%検出電圧よりも低いとき、算出している残容量をハイバネーション移行容量に比較する。
[n=6のステップ]
算出した残容量がハイバネーション移行容量よりも大きくないとき、いいかえると、残容量がハイバネーション移行容量よりも小さいときは、算出した残容量を一定の勾配で減少させる。この図は10mWh/secの勾配で残容量を減少させている。
[n=7のステップ]
算出した残容量がハイバネーション移行容量よりも大きいとき、算出した残容量をハイバネーション移行容量に補正する。その後、n=6のステップにジャンプして、残容量を一定の勾配で減少させる。
【0031】
以上のステップで補正された電池1の残容量は、SMBus通信処理部11から電子機器に出力される。
【0032】
【発明の効果】
本発明の電池の残容量補正方法は、電池の残容量が少なくなると、電子機器を確実にハイバネーションに移行させて終了できる特長がある。それは、本発明の残容量補正方法が、電池電圧が0%検出電圧まで低下したときの残容量がハイバネーション移行容量よりも大きいときは、残容量をハイバネーション移行容量に補正した後、所定の勾配で残容量を減少させ、また、電池電圧が0%検出電圧まで低下したときの残容量がハイバネーション移行容量よりも小さいときは、残容量を所定の勾配で減少させているからである。
【図面の簡単な説明】
【図1】電池電圧で残容量を補正する状態を示すグラフ
【図2】従来の残容量補正方法における電池電圧の放電特性を示すグラフ
【図3】従来の残容量補正方法における残容量を補正する状態を示すグラフ
【図4】本発明の実施例の残容量補正方法に使用される回路のブロック図
【図5】算出される残容量がハイバネーション移行容量よりも大きいときに残容量を補正する状態を示すグラフ
【図6】算出される残容量がハイバネーション移行容量よりも小さいときに残容量を補正する状態を示すグラフ
【図7】図4に示す回路で電池の残容量を補正する工程を示すフローチャート図
【符号の説明】
1…電池
2…消費電流電圧検出部
3…電圧検出部
4…第1A/D変換部
5…第2A/D変換部
6…消費電力・電流積算部
7…ロウバッテリ検出部
8…タイマー
9…残容量算出部
10…残容量補正処理部
11…SMBus通信処理部

Claims (5)

  1. 電池の残容量がハイバネーション移行容量まで低下すると、ハイバネーションに移行する電子機器に残容量を演算して出力する方法であって、
    電池電圧が0%検出電圧まで低下したときの残容量がハイバネーション移行容量よりも大きいときは、残容量をハイバネーション移行容量に補正した後、所定の勾配で残容量を減少させ、
    電池電圧が0%検出電圧まで低下したときの残容量がハイバネーション移行容量よりも小さいときは、残容量を所定の勾配で減少させることを特徴とする電池の残容量補正方法。
  2. 0%検出電圧を検出した後に残容量を減少させる勾配を、残容量減少値/時間として、一定の勾配とする請求項1に記載される電池の残容量補正方法。
  3. 0%検出電圧を検出した後に残容量を減少させる勾配を、10〜60秒で残容量が0となる値に設定している請求項1に記載される電池の残容量補正方法。
  4. 0%検出電圧を検出した後に、電子機器の消費電力を演算し、消費電力から残容量を減少させる勾配を決定する請求項1に記載される電池の残容量補正方法。
  5. 0%検出電圧を検出して残容量をハイバネーション移行容量に補正した後に残容量を減少させる勾配を、0%検出電圧を検出してから残容量が0%となるまでの減少時間が、電子機器に残容量を出力するサンプリングタイミングの時間間隔よりも長くなるように設定している請求項1に記載される電池の残容量補正方法。
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