JP4210794B2 - 電池の容量検出方法、電池パック及び電子機器システム - Google Patents

Description

技術分野
本発明は、例えば携帯型のパーソナルコンピュータ等の電子機器に装着して電源を供給するようなリチウムイオン２次電池等の電池の容量を検出する電池の容量検出方法、電池パック及び電子機器システムに関するものである。
背景技術
一般に、リチウムイオン２次電池のような２次電池の容量（残容量）を知るために、電池の端子電圧から残容量を推測したり、電流を積分して電池への流入、流出電流量を測定して残容量を推測することが行われている。
２次電池の容量（残容量）を検出する方法としては、電圧法と電流積算法が提案されている。電圧法は、２次電池の電圧を測定して２次電池の電圧と容量の相関性に基づいて２次電池の容量を算出する方法である。また、電流積算法は、２次電池の電流値を時間とともに積算して２次電池の容量を算出する方法である。
電圧法では、２次電池の電流が小さい時はその容量の算出精度が高く、電流積算法（クーロン法）では、２次電池の電流が大きい時に容量の算出精度が高い。また、電圧法では、電圧が基準となっているので直接誤差はあるが積算誤差はない。電流積算法では、基準に対し電流を積算して更新していくので、直接誤差が少なかったとしても積算誤差が大きい。
電圧法は、上述のように容量対２次電池の端子間電圧（セル電圧）の相関性から容量を算出する。電池（セル）には内部抵抗があるので流れる電流により端子電圧が変動するので、電流×電池内部抵抗で補正をかけるが、電流が大きくなると補正量が大きくなり誤差が増大する。
電流積算法は、電流を時間と共に積算し、すなわち時間積分し、電流量（電気量）Ａｈを出す。精度を出すためには電流測定精度を高くする必要があり、非常に高精度のオペアンプやＡ／Ｄ（アナログ／ディジタル）コンバータを使用している。それでも、長時間の充放電繰り返しや、微弱な電流では誤差が大きく、時々（満充電時など）校正するなどの工夫が必要であり、校正のタイミングを失ったときは大きな誤差に甘んじなければならない。
このように、これらの方法には、それぞれの方式の長所、短所があり、電池容量の検出精度が悪化する場合がある。
発明の開示
本発明は、上述した問題点に鑑みてなされたものであり、２次電池の電流の大きさに応じて、電圧法及び電流積算法を使い分けることにより、２次電池の容量（残容量）の算出精度を高めることができる電池の容量検出方法、電池パック及び電子機器システムを提供することを目的としている。
本発明に係る電池の容量検出方法は、上述したような問題点を解決するために、２次電池の電圧を測定して２次電池の電圧と容量の相関性に基づいて２次電池の容量を算出する電圧法と、２次電池の電流値を時間とともに積算して２次電池の容量を算出する電流積算法とを、切り換えポイントとなる予め設定された電流値を閾値として切り換えることにより、２次電池の容量を検出する。
また、本発明に係る電池の容量検出方法は、２次電池の電圧を測定して２次電池の電圧と容量の相関性に基づいて２次電池の容量を算出する電圧法と、２次電池の電流値を時間とともに積算して２次電池の容量を算出する電流積算法とを、切り換えポイントとなる予め設定された上記２次電池の内部抵抗に基づく電圧降下値を閾値として切り換えることにより、２次電池の容量を検出する。
本発明の電池の容量検出方法によれば、切り換えポイントとなる予め設定された電流値を閾値として、あるいは切り換えポイントとなる予め設定された２次電池の内部抵抗に基づく電圧降下値を閾値として、電圧法と電流積算法を切り換えることにより、２次電池の容量の算出精度を高めることができる。
次に、本発明に係る電池パックは、２次電池の電圧と容量の相関性に基づいて２次電池の容量を算出するために、２次電池の電圧を検出する電圧検出手段と、２次電池の電流値を時間とともに積算して２次電池の容量を算出するために、２次電池の電流値を検出する電流検出手段と、切り換えポイントとなる予め設定された電流値を閾値として、あるいは切り換えポイントとなる予め設定された２次電池の内部抵抗に基づく電圧降下値を閾値として、２次電池の電圧と容量の相関性に基づいて２次電池の容量を算出する動作と、２次電池の電流値を時間とともに積算して２次電池の容量を算出する動作を切り換える制御手段と、を備える。
本発明の２次電池のパックによれば、制御手段が、予め設定された電流値に応じて、あるいは予め設定された電圧降下値に応じて、２次電池の電圧と容量の相関性に基づいて２次電池の容量を算出する動作と、２次電池の電流値を時間とともに積算して２次電池の容量を算出する動作を切り換えることにより、容量算出の精度を高めることができる。
さらに、本発明に係る電子機器システムは、上述のような特徴を有する電池パックをパーソナルコンピュータ等のような電子機器に装着して成るものであり、電圧法と電流積算法を切り換えることにより、２次電池の容量の算出精度を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
図１は、本発明の実施の形態としての電池の容量検出方法を実現するための電池パックと対象物である電子機器の一例としてのパーソナルコンピュータとから成る電子機器システムを示す図である。
図２は、電圧法における２次電池のセル電圧と容量％の関係の例を示す図である。
図３は、電流積算法の一例を示す図である。
図４は、図３の電流積算法における現在容量の検出例を示す図である。
図５は、切り換えポイントとして電流値を設定した場合の例を示す図である。
図６は、切り換えポイントとして電圧降下値を設定した場合の例を示す図である。
発明を実施するための最良の形態
以下、本発明の好適な実施の形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。
なお、以下に述べる実施の形態は、本発明の好適な具体例であるから、技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明の範囲は、以下の説明において特に本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの形態に限られるものではない。
図１は、本発明の２次電池の容量検出方法を実施するためのバッテリパック（２次電池Ｅのパック）２０、及びこのバッテリパック２０が装着される電子機器の一例としてパーソナルコンピュータ３０を示している。このパーソナルコンピュータ３０は、例えば携帯型のパーソナルコンピュータであり、バッテリパック２０が着脱可能に装着でき、このバッテリパック２０から電源を供給することで、動作する。
例えば、パーソナルコンピュータ３０は、メインのＣＰＵ（中央演算処理装置）のバスラインＢＵＳに、各種周辺デバイス３７や、ＲＯＭ（Read Only Memory），ＲＡＭ（Ramdom Access Memory）等のメモリ３８、及び通信用ＬＳＩ３９等が接続されている。電源制御回路３２には、電源スイッチ３３が設けられ、電源オン／オフ制御が行われると共に、電源プラグ３５からの商用交流電源がＡＣアダプタ３４を介し供給され、後述するバッテリ接続用の＋端子１２，−端子１３を介して電池パック２０からの電源が供給されるようになっており、また、各端子１２，１３を介して電池パック２０への充電電流供給が行われるようになっている。
図１において、バッテリパック２０の構成について説明すると、このバッテリパック（２次電池のパック）２０は、電圧検出手段である電圧検出回路４、電流検出手段である電流検出回路３および制御手段１を有している。
制御手段１は、マイクロコンピュータ（マイコンともいう）１１、記憶部５、読出し専用メモリ（以下ＲＯＭ）１０を有し、このマイクロコンピュータ１１は通信端子９を備えている。
電圧検出手段である電圧検出回路４は、２次電池Ｅの電圧と容量との相関性に基づいて２次電池Ｅの容量を算出するために、２次電池Ｅの電圧を検出する。２次電池Ｅは、例えば４個のバッテリセル４１ａ，４１ｂ，４１ｃ，４１ｄから成り、これらのバッテリセル４１ａ，４１ｂ，４１ｃ，４１ｄの電圧を測定するために、電圧検出回路４内にはマルチプレクサ４２及びオペアンプ４３が設けられている。制御手段１内のマイクロコンピュータ１１からのバッテリセル選択制御信号がマルチプレクサ４２に送られることにより、マルチプレクサ４２が４本のバッテリセル４１ａ，４１ｂ，４１ｃ，４１ｄを順次選択してその端子電圧をオペアンプ４３に送る。このオペアンプ４３からの電圧検出信号が制御手段１に送られ、制御手段１内で例えばＡ／Ｄ（アナログ／ディジタル）変換されてバッテリセル端子電圧がディジタル値としてマイクロコンピュータ１１に取り込まれる。
電流検出手段である電流検出回路３は、２次電池Ｅの電流値を時間とともに積算して、２次電池Ｅの容量を算出するために、２次電池Ｅの電流値を検出する。この電流検出回路３は、２次電池Ｅの例えばマイナス側に挿入接続された電流測定用の抵抗４４と、この抵抗４４を流れる電流値に応じた電圧を検出するオペアンプ４５とから成り、オペアンプ４５からの電流検出信号が制御手段１に送られ、制御手段１内で例えばＡ／Ｄ（アナログ／ディジタル）変換され、測定された電流値がディジタル値としてマイクロコンピュータ１１に取り込まれる。
これらのマルチプレクサ４２及びオペアンプ４３，４５には、上記バッテリセル群のプラス側からパワーセーブ用のスイッチ４６を介して電源供給がなされており、このスイッチ４６は、マイクロコンピュータ１１から供給されるパワーセーブ制御信号によりオン／オフ制御されるようになっている。
バッテリパック２０の＋端子（バッテリプラス端子）７と、２次電池Ｅのプラス側との間には、充放電のオン／オフ制御用のスイッチ２が挿入接続されている。このスイッチ２は、充電（Charge）用のスイッチング素子であるＦＥＴ２１と、放電（Discharge）用のスイッチング素子であるＦＥＴ２２とが直列に挿入接続されて成っており、これらのＦＥＴ２１，２２にそれぞれ並列にダイオード２３，３４が接続されている。充電用のＦＥＴ２１はドライバ２５によりオン／オフ制御され、このドライバ２５はマイクロコンピュータ１１から供給される制御信号により駆動されると共に、放電用のＦＥＴ２２はドライバ２６によりオン／オフ制御され、このドライバ２６は制御手段１のマイクロコンピュータ１１から供給される制御信号により駆動される。
マイクロコンピュータ１１を有する制御手段１は、例えば予め設定された電流値を閾値（切換ポイント）としてあるいは予め設定された電圧降下値を閾値（切換ポイント）として、２次電池Ｅの電圧と容量の関係性に基づいて２次電池Ｅの容量を算出する動作と、２次電池Ｅの電流値を時間とともに積算して２次電池Ｅの容量を算出する動作を切り換えるようになっている。
ここで、電圧検出回路４が検出するセル電圧と、２次電池Ｅの容量（％値）との関係の一例を図２に示す。図２においては、セル電圧ＣＥが縦軸に設定され、全容量に対する現在の容量を％で表した容量％は横軸に設定されている。また、図２の点Ａは、放電を開始する時点を示している。セル電圧ＣＥがほぼ直線的に低下していくとともに２次電池Ｅの容量％もある相関性を以て低下していく。そしてセル電圧ＣＥが急激に低下する電圧値ＣＥ１が存在する。
制御手段１、特にマイクロコンピュータ１１は、図２のセル電圧ＣＥと容量％との関係に基づいて、電圧検出回路４から得られるセル電圧ＣＥの電圧検出値ＤＥに基づいて、容量％を算出することができる。
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）を行うもので、例えば、電池監視制御用のマイコン（マイクロコンピュータ）１１を有する制御手段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、マイクロコンピュータ１１から通信端子９を介して送信されてくる２次電池Ｅの状態を、充電器あるいは負荷側のディスプレイなどに表示することで、ユーザに知らせることができる。
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４本のバッテリセル４１ａ，４１ｂ，４１ｃ，４１ｄが直列に接続されてなるバッテリセル群から成っており、この２次電池Ｅの＋端子は、上記スイッチ２を介してパック（バッテリパック２０のパッケージ）の＋端子７に接続され、また、２次電池Ｅの−端子は、電流検出回路３を介してパックの−端子（ＧＮＤ端子）８に接続されている。
このバッテリパック２０は、例えばパーソナルコンピュータ３０のバッテリ収納部（図示せず）内に装着されることにより、パック側の＋端子７がパーソナルコンピュータ３０側の＋端子１２に電気的に接続され、また、パック側の−端子８がパーソナルコンピュータ３０側の−端子１３に電気的に接続される。従って、２次電池Ｅの放電電流は、＋端子７および−端子８を介して流れ、パーソナルコンピュータ３０に対して、＋端子１２および−端子１３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７および−端子８を介して流れる。
制御手段１のマイクロコンピュータ１１は、例えばＣＰＵ中央処理装置であり、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の電圧を、それぞれ認識するようになされている。そして、マイクロコンピュータ１１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、電流（充電電流または放電電流）を遮断して、過充電や過放電や過電流を防止する。
マイクロコンピュータ１１は、上述したようにして認識した２次電池Ｅの電圧に基づいて、２次電池Ｅの現在の残容量を求め検出された残容量（現在容量）、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。
マイクロコンピュータ１１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は、パーソナルコンピュータ３０にバッテリパック２０を装着したときに、パーソナルコンピュータ３０側の通信端子１４と電気的に接続される。パーソナルコンピュータ３０側の通信端子１４は、通信用ＬＳＩ３９に接続されている。従って、バッテリパック２０をパーソナルコンピュータ３０に装着したときには、バッテリパック２０側のマイクロコンピュータ１１と、パーソナルコンピュータ３０側の通信用ＬＳＩ３９との間で、通信端子９、１４を介して、所定の通信手順に従って通信を行う。
すなわち、制御手段１、特にマイクロコンピュータ１１は、パーソナルコンピュータ３０側の通信端子１４から通信端子９を介して送信されてくるデータ（コマンド等）に応じて、所定の処理を行い、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を介してパーソナルコンピュータ３０の通信端子１４に送信する。
ここで、２次電池Ｅとしては例えばリチウムイオン２次電池を使用しており、その２次電池Ｅの電圧（オープン電圧、セル電圧という）と残容量との間には図２のような関連性があり、セル電圧がわかれば、残容量（例えば全容量に対する％で表す）を求めることができる。そこで、マイクロコンピュータ１１は、リチウムイオン電池等の２次電池Ｅの残容量を、上述したように、そのセル電圧に基づいて求める。
図１のスイッチ２は、マイクロコンピュータ１１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。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、マイクロコンピュータ１１に供給する。
記憶部５は、例えば、積算容量等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。
図１のＲＯＭ（読み出し専用メモリ）１０には、マイクロコンピュータ１１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、マイクロコンピュータ１１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。
バッテリパック２０がパーソナルコンピュータ３０に正常に装着されると、＋端子７、−端子８及び通信端子９がパーソナルコンピュータ３０の各端子１２、１３及び１４とそれぞれ電気的に接続される。パーソナルコンピュータ３０は、バッテリパック２０を電源として動作し、２次電池Ｅの放電電流が、＋端子７、１２、パーソナルコンピュータ３０、−端子１３、８という経路で流れる。
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により、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、マイクロコンピュータ１１において、周期的に受信される。そして、マイクロコンピュータ１１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。
マイクロコンピュータ１１は、２次電池Ｅのセル電圧に基づいて、現在容量（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。
マイクロコンピュータ１１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、パーソナルコンピュータ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、マイクロコンピュータ１１は、求めた積算容量を、表示部６に供給して表示させる。
次に、電流積算法の好ましい例について、図３と図４を参照して説明する。
電流積算法では、流れている電流を積算して、Ａｈ（アンペア時間）を出すので、電流値を精度良く計測する必要がある。例えば、最大計測電流を１０Ａとして、最小計測可能電流を１ｍＡとすると、１０Ａ／１ｍＡ＝１００００、すなわち１ｍＡを最小単位としたときの１０Ａを表す値は１００００となり、十進数での１００００を表すには２進数で１４ビット（２¹⁴＝１６３８４）必要であることから、図１のマイクロコンピュータ１１のＣＰＵ（中央演算処理装置）において計測値のデータを表すために必要とされるビット数は理論上１４ｂｉｔである。すなわち、例えば１４ｂｉｔのＡ／Ｄ（アナログ／ディジタル）変換器が必要とされる。
この１４ｂｉｔデータを積算して行くのであるが、その積算間隙を極端に小さくすると、積算に要するメモリー容量が大きくなってしまう。そこで、最小積算分解能を定めて、実用的な積算間隔を求める。
例えば、図４に示すように、１ｍＡｈを分解能（最小積算分解能）とすると、最大電流が１０Ａであるから、最小積算間隔は、
１［ｍＡｈ］／１０［Ａ］
＝３６００［ｍＡsec］／１００００［ｍＡ］
＝０．３６［sec］
すなわち０．３６秒である。２次電池の容量が４８００ｍＡｈであったとすると、十進数での４８００を表すには２進数で１３ビット（２¹³＝８１９２）必要であることから、積算値データを表すために必要とされるビット数は１４ｂｉｔ＋１３ｂｉｔ＝２７ｂｉｔとなり、必要なメモリー量は実用レベルといえる。
電流積算法における電流積算値の測定のためにアナログ電流値をディジタル値に変換する別の例としては、図３の回路例に示すように、アナログ積分器１００を併用する方法もある。
図３は電流積算法を行うための積分器と積算の概念を示す回路例である。図３の回路は、充電方向又は放電方向の内の一方向を示しているが、充電放電の両方向を行う場合にはこの回路が２組必要である。
アナログ積分器１００には入力端子１０１とリセットスイッチ１０２が設けられ、アナログ積分器１００の出力側は電圧コンパレータ１０３が接続されている。この電圧コンパレータ１０３の出力パルス（積算するパルス）１０４は、例えば１パルスが１ｍＡｈであり、リセットスイッチ１０２の操作に用いる。
この例の電流積算法は、最小積算分解能以下のダイナミックレンジを持つアナログ積分器１００を用いて、図４に示すように、そのアナログ積分器１００がオーバーフローする毎に（出力がレベルＬに達する毎に）、図３の出力パルス１０４を出力して、その出力パルス１０４を積算して行う。すなわち、アナログ積分器１００がオーバーフローするとき、あるいは、アナログ積分器１００からの出力がレベルＬに達するときが、１ｍＡｈを測定した時点に相当し、電圧コンパレータ１０４からのパルス数を積算することで、何ｍＡｈかの値を知ることができる。
積算は連続となるので、分解能というものは考えなくてもよい。しかし、アナログ積分器１００にはオフセットやドリフトがあり、それにより演算精度の劣化を考慮する必要がある。
ところで、実用になっているＡ／Ｄ（アナログ／ディジタル）変換器では、前述の１４ｂｉｔ程度の精度が得られているものがある。１４ｂｉｔのＡ／Ｄを使った例は理論上の話であり、実際の精度はこの例程は良くないのが実情である。
このような高精度な電流計測を行ったとしても、２次電池が１ｍＡを下回る電流には対応できないし、２次電池が使用されていない様な場合、又は２次電池の自己放電等では電流計測されないものもある。
本発明の実施の形態では、この点を考慮して、微小電流領域では電流積算法は用いずに電圧法を用いるので、これほどの精度が不要であり、例えば１０ｂｉｔのＡ／Ｄ（アナログ／ディジタル）変換器等で実用レベルになる。
次に、図５および図６を参照して、あらかじめ設定されている切り換えポイントにより、電圧法および電流積算法の使用を切り換える例について説明する。
本発明の実施の形態においては、２次電池Ｅの容量を高精度に算出するために、２次電池Ｅの電流の大きな時には電流積算法を使い、２次電池Ｅの電流の小さい時には電圧法を使う。
これにより、電圧法および電流積算法を実施する場合の電圧検出回路４および電流検出回路３に用いられているデバイスの精度が余り良くなくても、２次電池Ｅの残容量の算出精度を高めることができる。
先ず、切り換えポイントとして、所定の電流値を閾値に設定する方式（図５参照）について説明する。
この場合、切り換えポイントとなる閾値を電流値そのもので設定しており、電流値（閾値）が固定なので、電流積算法の電流測定精度（誤差）を算出するのが容易である。
例えば２次電池Ｅの内部抵抗は、温度が低くなると大きくなり、−１０℃では室温の場合に比べて、内部抵抗が数倍以上になることがある。例えば、内部抵抗が４倍変わるとして、室温で２５０ｍΩとし、４００ｍＡを切り換えポイントの電流値として設定したとすると、室温では２次電池Ｅの電圧降下は０．１Ｖであるが、低温では０．４Ｖにもなる。もし０．１Ｖでは良好であるが、０．４Ｖでは精度が厳しいとなると、切り換えポイントの電流値をもっと低い電流値（例えば１００ｍＡ）に設定しなければならない。そうすると、電流測定精度が厳しくなる。
この方法では、図５において、２次電池Ｅの電流値が、切り換えポイントである閾値として設定された所定電流値を超える場合には、２次電池Ｅの容量の積算は電流積算法に切り換えるが、逆に２次電池Ｅの電流値が切り換えポイントである所定の電流値（閾値）よりも下回る場合には、電圧法に切り換える。
次に、この切り換えポイントとなる閾値として、２次電池Ｅの所定の電圧降下値を設定する場合（図６参照）について説明する。
切り換えポイントとして２次電池Ｅの所定の電圧降下価を閾値に設定する場合には、この電圧降下値（閾値）が一定であるので、電圧法にとっては精度条件が決めやすい。
例えば切り換えポイントとして電圧降下値を０．１Ｖに設定すると、室温では電流が４００ｍＡであり、低温では１００ｍＡとなる。
図６に示すように２次電池Ｅの電圧降下値が切り換えポイントとしての閾値（所定の電圧降下値、例えば０．１Ｖ）よりも大きくなると、電流が多く流れていることになるので、電流積算法を用いて２次電池Ｅの容量の検出を行うが、２次電池Ｅの電圧降下値が切り換えポイントの上記所定電圧降下値（閾値）よりも小さい場合には２次電池Ｅの容量の検出法として電圧法を用いる。
上述した切り換えポイントとしての電流値の値および電圧降下値の値は、単なる一例であるが、上述したような電流値あるいは電圧降下値の切り換えポイントにおいて、完全に電流積算法と電圧法を切り換えるのではなく、徐々に切換える方法や段階的に切換えることもできる。すなわち、上記切り換えのために予め設定される電流値あるいは電圧降下値に幅を持たせ、上記２次電池の電流が大きいときの上記電流積算法による電池容量検出と、電流が小さいときの上記電圧法による電池容量検出との間を徐々に切り換えるようにすればよい。また、予め設定される電流値あるいは電圧降下値として、複数の閾値を定めるようにし、上記電圧法による電池容量検出と、上記電流積算法による電池容量検出とを、複数の閾値に応じて段階的に切り換えてもよい。
また、急激な電流変化があったり、１つの閾値で切り換えたりすることによって、一気に電流積算法と電圧法の間で切り換わった場合には、容量積算値を徐々に変化させるなどの処理を得た方がよい。
電圧法および容量積算法ともに、精度誤差が０ならばこのようなことは考えなくてもよいが、両方式には、若干の差があるのでこのような処理を入れる。
電流積算法は流れた電流量（Ａｈまたはクーロン）を積算した値に基づいて電池容量が算出されるが、電圧法は図２のようにセル電圧に対して容量％をあらかじめ定めたテーブル等に基づいて電池容量が算出される。電流積算法で得られた電流量を２次電池Ｅ（セル）の満充電容量から減算して残容量を出すが、電圧法では得られた容量％に満充電容量を乗じて残容量を出す。従って、計算誤差や換算誤差およびテーブルの誤差等が影響する。なお電流積算法は電圧法で得られた容量値を基点として積算する。
すなわち、電圧法から電流積算法に切り換える場合には、電圧法で求められている現在の（切換時点の）電池容量を基点として、この現在の電池容量に、電流積算法により算出される電流量を積算して行くことにより、最終的な電池容量を求めるようにすればよい。これに対して、電流積算法から電圧法に切り換えた場合には、電流を積算することで求められた現在の（切換時点の）電池容量と、電圧と電池容量との相関性に基づいて求められた切換直後の電池容量とに誤差が生じていることがあり、これらの電池容量の間の誤差を考慮して、切換直前の電流積算法により検出された電池容量値から、切換直後の電圧法により検出された電池容量値に、徐々に変化させることが好ましい。
また、ある定めた電圧間のクーロン量等から満充電容量や劣化等を推測することや、充電時等一定電流で比較的電流値が大きい時に積算法で得られる精度の高い電流量の情報から電圧法のテーブルを構成することも可能である。
以上のように、電圧法は、リチウムイオン２次電池の電圧−容量特性を利用し、電池端子の電圧から容量％を推測する。電圧法は、電圧降下値が大きい場合（電流が大きいなど）は、いろいろな誤差が重なって２次電池Ｅの容量精度が悪い。これに対して電流積算法では、電流が小さいと積算誤差が大きく、リチウムイオン２次電池のように電圧変動の大きい場合には、容量の精度が悪いという性質がある。
本発明の実施の形態となる電池の容量検出方法によれば、これら電圧法と電流積算法をある切り換えポイントにおいて切り換えることにより、電圧法および電流積算法の両方の欠点を補って、２次電池Ｅの容量を高精度に検出することができる。切り換えポイントとしては上述したように電流値を設定したりあるいは電圧降下値を設定することができる。
また、本発明の実施の形態として、上述したような電池の容量検出方法が適用された電池パック（バッテリパック）や、該電池パックが装着される電子機器と電池パックとから成る電子機器システムを挙げることができることは勿論である。
以上説明したように、本発明に係る電池の容量検出方法、電池パック及び電子機器システムによれば、２次電池の電流の大きさに応じて、電圧法及び電流積算法を使い分けることにより、２次電池の容量（残容量）の算出精度を高めることができる。
なお、本発明は、上述した実施の形態のみに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々の変更が可能である。例えば、２次電池はリチウムイオン２次電池に限定されず、２次電池Ｅとしては例えばＮｉＣｄ電池のような他の種類の電池を用いることも可能である。

Claims (28)

1. ２次電池の容量を検出する電池の容量検出方法において、
   上記２次電池の電圧を測定して該２次電池の電圧と容量との相関性に基づいて該２次電池の容量を算出する電圧法による電池容量検出と、
   上記２次電池の電流値を時間とともに積算して該２次電池の容量を算出する電流積算法による電池容量検出とを行い、
   切り換えポイントとなる予め設定された電流値を閾値として、上記電圧法と上記電流積算法とを切り換えることにより上記２次電池の容量を検出する電池の容量検出方法。
2. 上記予め設定された電流値として、１つの閾値を定め、上記２次電池の電流が上記閾値よりも大きいときは上記電流積算法により、電流が上記閾値よりも小さいときは上記電圧法により、それぞれ上記２次電池の容量を検出する請求の範囲第１項記載の電池の容量検出方法。
3. 上記予め設定された電流値に幅を持たせ、上記２次電池の電流が大きいときの上記電流積算法による電池容量検出と、電流が小さいときの上記電圧法による電池容量検出との間を徐々に切り換える請求の範囲第１項記載の電池の容量検出方法。
4. 上記予め設定された電流値として、複数の閾値を定め、上記２次電池の電流が大きいときの上記電流積算法による電池容量検出と、電流が小さいときの上記電圧法による電池容量検出との間を段階的に切り換える請求の範囲第１項記載の電池の容量検出方法。
5. 上記電圧法から上記電流積算法に切り換える際には、上記電圧法で検出された電池容量を基点として上記電流積算法により検出される電流量を積算して電池容量を求める請求の範囲第１項記載の電池の容量検出方法。
6. 上記電流積算法から上記電圧法に切り換える際には、上記電流積算法で検出された電池容量と、上記電圧法により検出される電池容量との間を徐々に変化させて最終的な電池容量を求める請求の範囲第１項記載の電池の容量検出方法。
7. ２次電池の容量を検出する電池の容量検出方法において、
   上記２次電池の電圧を測定して該２次電池の電圧と容量との相関性に基づいて該２次電池の容量を算出する電圧法による電池容量検出と、
   上記２次電池の電流値を時間とともに積算して該２次電池の容量を算出する電流積算法による電池容量検出とを行い、
   切り換えポイントとなる予め設定された上記２次電池の内部抵抗に基づく電圧降下値を閾値として、上記電圧法と上記電流積算法とを切り換えることにより上記２次電池の容量を検出する電池の容量検出方法。
8. 上記予め設定された電圧降下値として、１つの閾値を定め、上記２次電池の電圧降下値が上記閾値よりも大きいときは上記電流積算法により、電圧降下値が上記閾値よりも小さいときは上記電圧法により、それぞれ上記２次電池の容量を検出する請求の範囲第７項記載の電池の容量検出方法。
9. 上記予め設定された電圧降下値に幅を持たせ、上記２次電池の電圧降下値が大きいときの上記電流積算法による電池容量検出と、電圧降下値が小さいときの上記電圧法による電池容量検出との間を徐々に切り換える請求の範囲第７項記載の電池の容量検出方法。
10. 上記予め設定された電圧降下値として、複数の閾値を定め、上記２次電池の電圧降下値が大きいときの上記電流積算法による電池容量検出と、電圧降下値が小さいときの上記電圧法による電池容量検出との間を段階的に切り換える請求の範囲第７項記載の電池の容量検出方法。
11. 上記電圧法から上記電流積算法に切り換える際には、上記電圧法で検出された電池容量を基点として上記電流積算法により検出される電流量を積算して電池容量を求める請求の範囲第７項記載の電池の容量検出方法。
12. 上記電流積算法から上記電圧法に切り換える際には、上記電流積算法で検出された電池容量と、上記電圧法により検出される電池容量との間を徐々に変化させて最終的な電池容量を求める請求の範囲第７項記載の電池の容量検出方法。
13. ２次電池の容量の検出機能を有する電池パックにおいて、
    上記２次電池の電圧と容量との相関性に基づいて該２次電池の容量を算出するために、該２次電池の電圧を検出する電圧検出手段と、
    上記２次電池の電流値を時間とともに積算して該２次電池の容量を算出するために、該２次電池の電流値を検出する電流検出手段と、
    切り換えポイントとなる予め設定された電流値を閾値として、上記２次電池の電圧と容量との相関性に基づいて該２次電池の容量を算出する動作と、上記２次電池の電流値を時間とともに積算して該２次電池の容量を算出する動作を切り換える制御手段と
    を備える電池パック。
14. 上記予め設定された電流値として、１つの閾値を定め、上記２次電池の電流が上記閾値よりも大きいときは上記２次電池の電流値を時間とともに積算して該２次電池の容量を算出し、電流が上記閾値よりも小さいときは上記２次電池の電圧と容量との相関性に基づいて該２次電池の容量を算出する請求の範囲第１３項記載の電池パック。
15. 上記予め設定された電流値に幅を持たせ、上記２次電池の電流が大きいときの上記電流値を積算することによる電池容量検出と、電流が小さいときの上記電圧と容量との相関性に基づく電池容量検出との間を徐々に切り換える請求の範囲第１３項記載の電池パック。
16. 上記予め設定された電流値として、複数の閾値を定め、上記２次電池の電流が大きいときの上記電流値を積算することによる電池容量検出と、電流が小さいときの上記電圧と容量との相関性に基づく電池容量検出との間を段階的に切り換える請求の範囲第１３項記載の電池パック。
17. 上記電圧と容量との相関性に基づく電池容量検出から、上記電流値を積算することによる電池容量検出に切り換える際には、上記電圧と容量との相関性に基づいて検出された電池容量を基点として、上記電流値を積算することにより検出される電流量を積算して電池容量を求める請求の範囲第１３項記載の電池パック。
18. 上記電流値を積算することによる電池容量検出から、上記電圧と容量との相関性に基づく電池容量検出に切り換える際には、上記電流値を積算することで検出された電池容量と、上記電圧と容量との相関性に基づいて検出される電池容量との間を徐々に変化させて最終的な電池容量を求める請求の範囲第１３項記載の電池パック。
19. ２次電池の容量の検出機能を有する電池パックにおいて、
    上記２次電池の電圧と容量との相関性に基づいて該２次電池の容量を算出するために、該２次電池の電圧を検出する電圧検出手段と、
    上記２次電池の電流値を時間とともに積算して該２次電池の容量を算出するために、該２次電池の電流値を検出する電流検出手段と、
    切り換えポイントとなる予め設定された２次電池の内部抵抗に基づく電圧降下値を閾値として、上記２次電池の電圧と容量との相関性に基づいて該２次電池の容量を算出する動作と、上記２次電池の電流値を時間とともに積算して該２次電池の容量を算出する動作を切り換える制御手段と
    を備える電池パック。
20. 上記予め設定された電圧降下値として、１つの閾値を定め、上記２次電池の電圧降下値が上記閾値よりも小さいときは上記２次電池の電流値を時間とともに積算して該２次電池の容量を算出し、電圧降下値が上記閾値よりも大きいときは上記２次電池の電圧と容量との相関性に基づいて該２次電池の容量を算出する請求の範囲第１９項記載の電池パック。
21. 上記予め設定された電圧降下値に幅を持たせ、上記２次電池の電圧降下値が大きいときの上記電流値を積算することによる電池容量検出と、電圧降下値が小さいときの上記電圧と容量との相関性に基づく電池容量検出との間を徐々に切り換える請求の範囲第１９項記載の電池パック。
22. 上記予め設定された電圧降下値として、複数の閾値を定め、上記２次電池の電圧降下値が大きいときの上記電流値を積算することによる電池容量検出と、電圧降下値が小さいときの上記電圧と容量との相関性に基づく電池容量検出との間を段階的に切り換える請求の範囲第１９項記載の電池パック。
23. 上記電圧と容量との相関性に基づく電池容量検出から、上記電流値を積算することによる電池容量検出に切り換える際には、上記電圧と容量との相関性に基づいて検出された電池容量を基点として、上記電流値を積算することにより検出される電流量を積算して電池容量を求める請求の範囲第１９項記載の電池パック。
24. 上記電流値を積算することによる電池容量検出から、上記電圧と容量との相関性に基づく電池容量検出に切り換える際には、上記電流値を積算することで検出された電池容量と、上記電圧と容量との相関性に基づいて検出される電池容量との間を徐々に変化させて最終的な電池容量を求める請求の範囲第１９項記載の電池パック。
25. ２次電池の容量の検出機能を有する電池パックと、該電池パックを電気的な接続部を介して着脱可能に装着することにより上記電池パックからの電源供給がなされる電子機器と、を有する電子機器システムにおいて、
    上記電池パックは、
    上記２次電池の電圧と容量との相関性に基づいて該２次電池の容量を算出するために、該２次電池の電圧を検出する電圧検出手段と、
    上記２次電池の電流値を時間とともに積算して該２次電池の容量を算出するために、該２次電池の電流値を検出する電流検出手段と、
    切り換えポイントとなる子め設定された電流値を閾値として、上記２次電池の電圧と容量との相関性に基づいて該２次電池の容量を算出する動作と、上記２次電池の電流値を時間とともに積算して該２次電池の容量を算出する動作を切り換える制御手段とを備える電子機器システム。
26. 上記予め設定された電流値として、１つの閾値を定め、上記２次電池の電流が上記閾値よりも大きいときは上記２次電池の電流値を時間とともに積算して該２次電池の容量を算出し、電流が上記閾値よりも小さいときは上記２次電池の電圧と容量との相関性に基づいて該２次電池の容量を算出する請求の範囲第２５項記載の電子機器システム。
27. ２次電池の容量の検出機能を有する電池パックと、該電池パックを電気的な接続部を介して着脱可能に装着することにより上記電池パックからの電源供給がなされる電子機器と、を有する電子機器システムにおいて、
    上記電池パックは、
    上記２次電池の電圧と容量との相関性に基づいて該２次電池の容量を算出するために、該２次電池の電圧を検出する電圧検出手段と、
    上記２次電池の電流値を時間とともに積算して該２次電池の容量を算出するために、該２次電池の電流値を検出する電流検出手段と、
    切り換えポイントとなる予め設定された２次電池の内部抵抗に基づく電圧降下値を閾値として、上記２次電池の電圧と容量との相関性に基づいて該２次電池の容量を算出する動作と、上記２次電池の電流値を時間とともに積算して該２次電池の容量を算出する動作を切り換える制御手段とを備える電子機器システム。
28. 上記予め設定された電圧降下値として、１つの閾値を定め、上記２次電池の電圧降下値が上記閾値よりも小さいときは上記２次電池の電流値を時間とともに積算して該２次電池の容量を算出し、電圧降下値が上記閾値よりも大きいときは上記２次電池の電圧と容量との相関性に基づいて該２次電池の容量を算出する請求の範囲第２７項記載の電子機器システム。

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