JP4841991B2 - 電池残量管理装置 - Google Patents

Description

本発明は、電池の残量を管理する技術に関する。

モバイルプリンタなどの電池駆動機器において、安いコストで電池残量を管理する方法として、電池電圧を読み取る方法がある（特許文献１参照）。

特開２００２−８６８４８号公報

しかしながら、電池電圧は環境の温度や負荷によって変動する。負荷変動の大きな機器においては、ある固定の電圧閾値により電池残量を求めるというのでは正確な残量管理ができない。

例えば、図５に示すように、電池の内部抵抗は低温になるほど大きくなる。従って、図６に示すように、ある一定の負荷であれば、低温では電池電圧が低くなり、高温では電池電圧が高くなる。また当然、内部抵抗があるので、大きな負荷がかかれば電池電圧は下がり、軽い負荷であれば電池電圧は高くなる。このとき、例えば、ある固定の電圧閾値を下回ったか否かで電池残量なしと判定するようにすると、低温環境下で大きな負荷がかかったときには電池電圧が低めとなるので、電池にエネルギを残したままで、電池残量なしと判定されてしまう。

本発明は、上記課題を解決すべくなされたものであり、電池残量をより正確に求めることを目的とする。

上記課題を解決すべく本発明の第１の態様は、電池残量管理装置であって、前記電池の内部抵抗を求める手段と、前記内部抵抗を用いて、前記電池の無負荷時電圧を求める無負荷時電圧算出手段と、前記無負荷時電圧を用いて電池残量を求める手段とを備えることを特徴とする電池残量管理装置である。

また、本発明の第２の態様は、電池残量管理装置であって、電池電圧を取得する手段と、電池温度を取得する手段と、前記電池温度に対する前記電池の内部抵抗を前記電池温度の三次関数として表した予め定められた算出式を用いて、前記電池温度から前記電池の内部抵抗を求める内部抵抗算出手段と、予め定められた算出式を用いて、前記電池電圧と、前記内部抵抗と、前記機器の使用電力とから無負荷時電圧を求める無負荷時電圧算出手段と、予め定められた電池温度と無負荷時電圧と電池残量との関係を用いて、前記電池温度と前記無負荷時電圧算出手段により求められた無負荷時電圧に対応する電池残量を求める手段とを備えることを特徴とする電池残量管理装置である。

前記無負荷時電圧算出手段は、下記式：
（無負荷時電圧）＝（電池電圧）＋（内部抵抗）×（機器の使用電力）／（電池電圧）
により、無負荷時電圧を求めることができる。

前記機器の使用電力は、前記機器の現在のモードに基づいて求められたものとすることができる。

前記電池は、リチウムイオン電池であってもよい。

図１は、本発明の一実施形態である電池残量管理装置が適用されたプリンタ１の概略構成図を示す。プリンタ１は、電池３０を電源として駆動する持ち運び可能ないわゆるモバイルプリンタである。プリンタ１は、パーソナルコンピュータなどのホストと接続することなくメモリカードなどから直接画像データを読み出し印刷可能なダイレクトプリンタでもある。

プリンタ１は、プリンタ本来の機能である印刷処理を実行する印刷処理部１０と、電池３０の残量を管理する電池管理部２０とを備えている。

印刷処理部１０は、液晶ディスプレイと入力装置からなる操作パネルと、ユーザからの要求を解析したり、印刷のための画像データを生成したりする制御部と、インクジェット方式などにより印刷を実行する印刷エンジンとからなる。

電池管理部２０は、電池３０の残量を算出する。概説すると、電池３０の電圧（「電池電圧」という）を監視し、電池電圧と、電池３０に取り付けられたサーミスタ（温度センサ）３１の電圧から求められる電池表面温度と、印刷処理部１０の使用している電力と、電池３０の内部抵抗（ＤＣＩＲ）とから、電池３０に対して負荷が無いとした場合の電圧である無負荷時電圧を算出する。そして、算出した無負荷時電圧から、所定のテーブルを用いて、電池残量（エネルギ）を求める。

電池３０は、リチウムイオン電池である。

これらの機能部は、ソフトウエア的にあるいはハードウエア的に実現することができる。

例えば、印刷処理部１０の制御部及び電池管理部２０は、主制御装置であるＣＰＵと、プログラム等が記録されたＲＯＭと、メインメモリとしてデータ等を一時的に格納するＲＡＭと、各装置間の通信経路となるシステムバスとを備えて構成できる。なお、電池管理部２０は、印刷処理部１０の制御部と別個の回路により達成されてもよいし、同じ回路によりソフトウエア的に達成されてもよい。

なお、電池３０は、プリンタ１から、取り外し可能とすることができる。また、サーミスタ３１とともに取り外し可能としてもよい。

さらに、このような電池管理部２０は、電池３０を含めた電池パック内に内蔵するマイコン（不図示）とすることもできる。よって、本実施例の電池残量管理装置、その管理方法については、電池パックに内蔵されるものであってもよい。この場合、電池パックは、電池３０、サーミスタ３１、電池管理部２０を構成するマイコン、を含むことになる。電池パックは、プリンタ１から、取り外し可能とすることもできる。

以下に、上記のように構成されるプリンタ１の電池残量（エネルギ）の求め方について具体的に説明する。

環境の温度や負荷によって電池電圧が変化する主な要因は内部抵抗である。そこで、本実施形態では、電池３０の残量管理に、内部抵抗の影響を無視できる電池３０の無負荷時電圧を用いる。すなわち、無負荷時電圧と電池残量を関係付けたテーブルを用いて、無負荷時電圧がそのテーブルの何処に位置するのか参照し、電池３０の残量（エネルギ）を算出する。

そこでまず、電池管理部２０は、サーミスタ電圧（Ｖｓ）を取得する。そして、サーミスタ電圧（Ｖｓ）を、図２に示すような、サーミスタ３１から検出されるサーミスタ電圧（Ｖｓ）と電池温度（ｔ）とを対応つけた換算表を用いて、電池温度（ｔ）を求める。なお、かかる換算表は、予め電池管理部２０に記憶されているものとする。

次に、電池管理部２０は、予め定められた関係式を用いて、電池温度（ｔ）から内部抵抗（ＤＣＩＲ）を求める。ここで、算出に用いる式は、電池温度（ｔ）と内部抵抗（ＤＣＩＲ）の実測値に基づいて予め定められたものである。例えば、図５と同じ関係において、下記式（１）のように表される。
DCIR=-0.0018t³+0.2994t²-16.997t+649.9 [mΩ] ・・・式（１）

次に、電池管理部２０は、印刷処理部（すなわち、プリンタ１の「本体」）１０で使用している電力（Ｗ）を調べる。具体的には、図３に示すような、プリンタモードと使用電力とを対応つけた情報を用いて、現在のプリンタモードに対応する使用電力（Ｗ）を特定する。なお、プリンタモードには、「印刷中モード」、「待機中モード」、「低電力モード」などがある。かかるモードごとの使用電力に関する情報は、予め電池管理部２０に記憶されている。

次に、電池管理部２０は、電池３０の出力から電池電圧（Ｖ）を測定する。さらに、電池電圧（Ｖ）、内部抵抗（ＤＣＩＲ）、使用電力（Ｗ）から、下記式（２）を用いて、無負荷時電圧（Ｖ０）を算出する。
Ｖ０＝Ｖ＋ＤＣＩＲ×Ｗ／Ｖ ・・・式（２）

なお、プリンタモードに対応して使用電力（Ｗ）を特定することに代わって、電力供給経路において、機器であるプリンタ１内、又は電池パック内に設けられている電流センサーにより電流値（Ｉ）を得て、上記式（２）に代わって、
Ｖ０＝Ｖ＋ＤＣＩＲ×Ｉ として、Ｖ０を求めることも可能である。

次に、図４に示すような、電池温度（ｔ）と、無負荷時電圧（Ｖ０）と、電池残量割合（％）とが対応つけられた電池残量対応表を用いて、電池残量割合（％）を求める。

図示するように、電池残量対応表には、一定の幅を持たせた電池温度帯域４０１ごとに、無負荷時電圧（Ｖ０）４０２と電池残量割合（％）４０３とが対応付けられて格納されている。すなわち、電池残量換算表を用いれば、電池温度（ｔ）と無負荷時電圧（Ｖ０）とから電池残量割合（％）が求められるようになっている。

電池管理部２０は、電池温度（ｔ）が、電池残量対応表の中のいずれの電池温度帯域に属するか特定する。そして、その電池温度帯域において、上記式（２）で求めた無負荷時電圧（Ｖ０）を与える電池残量割合（％）を求める。

ここで、図４に示すように、電池残量対応表の電池残量割合（％）は、５％、１０％、１５％・・・と飛び飛びの値であるが、無負荷時電圧（Ｖ０）と電池残量割合（％）には狭い範囲で直線関係があるものとして近似する。すなわち、上記式（２）で求めた無負荷時電圧（Ｖ０）の電池残量割合（％）が、電池残量対応表のどの電池残量割合（％）の間にあるか特定する。Ａ％とＢ％との間にある場合、この間で電池残量割合（％）と無負荷時電圧（Ｖ０）とが直線関係にあるものとして、直線近似して、上記式（２）で求めた無負荷時電圧（Ｖ０）の電池残量割合（％）を求める。なお、このときの近似直線の傾きは、［（Ｂ−Ａ）／｛（Ｂ％の無負荷時電圧）−（Ａ％の無負荷時電圧）｝］で与えられる。

次に、電池管理部２０は、電池残量対応表から、電池残量割合が１００％の場合のエネルギを取得して、１００％のエネルギの値に、上記で求めた現在の電池残量割合（％）をかけて、電池残量（Ｗｈ）を求める。

以上、電池残量の求め方について説明した。

プリンタ１の電池残量に応じた処理は、設定のされ方によって様々である。例えば、電池管理部２０は、電池残量が２Ｗｈ以下になると、印刷処理部１０に電源をオフするように指示する。これを受けて、印刷処理部１０は、電源をオフする。

また、印刷処理部１０は、操作パネルを介してユーザから電池残量の表示要求があった場合、電池管理部２０に電池残量を算出するように指示して、算出した電池残量を取得して操作パネルのディスプレイ表示をするようにしてもよい。

以上、本発明の一実施形態について説明した。

上記実施形態によれば、無負荷時電圧を用いるので、温度や負荷の影響を抑えて、電池残量をより正確に求めることができる。

本発明は、上記実施形態に制限されない。上記実施形態は、様々な変形が可能である。例えば、上記実施形態では、本発明をプリンタに適用したが、これに限らず、電池で駆動する機器に適用できる。例えば、モバイル型ＤＶＤ、モバイル型電気ドリルなどのモバイル機器、ポータブル機器に適用することができる。

また、本発明は、電池がリチウムイオン電池である場合に限らず、温度により電池電圧が変化するような温度特性がある電池の場合に適用することができる。

本発明の一実施形態が適用されたプリンタの概略構成図。 サーミスタ電圧と電池温度との関係表を示す図。 プリンタモードと使用電力との関係表を示す図。 電池残量換算表を示す図。 内部抵抗と電池温度との関係を示す図。 電池電圧と放電時間特性との関係を示す図。

符号の説明

１…プリンタ、
１０…印刷処理部、２０…電池管理部、３０…電池、３１…温度センサ

Claims (4)

1. 電池残量管理装置であって、
   電池電圧を取得する手段と、
   電池温度を取得する手段と、
   前記電池温度に対する前記電池の内部抵抗を前記電池温度の三次関数として表した予め定められた算出式を用いて、前記電池温度から前記電池の内部抵抗を求める内部抵抗算出手段と、
   予め定められた算出式を用いて、前記電池電圧と、前記内部抵抗と、前記機器の使用電力とから無負荷時電圧を求める無負荷時電圧算出手段と、
   予め定められた電池温度と無負荷時電圧と電池残量との関係を用いて、前記電池温度と前記無負荷時電圧算出手段により求められた無負荷時電圧に対応する電池残量を求める手段と
   を備えることを特徴とする電池残量管理装置。
2. 請求項１に記載の電池残量管理装置であって、
   前記無負荷時電圧算出手段は、下記式：
   （無負荷時電圧）＝（電池電圧）＋（内部抵抗）×（機器の使用電力）／（電池電圧）
   により、無負荷時電圧を求め、
   前記機器の使用電力は、前記機器の現在のモードに基づいて求められたものである
   ことを特徴とする電池残量管理装置。
3. 請求項１又は２に記載の電池残量管理装置であって、
   前記電池は、リチウムイオン電池である
   ことを特徴とする電池残量管理装置。
4. 電池残量管理方法であって、
   電池電圧を取得するステップと、
   電池温度を取得するステップと、
   前記電池温度に対する前記電池の内部抵抗を前記電池温度の三次関数として表した予め定められた算出式を用いて、前記電池温度から前記電池の内部抵抗を求めるステップと、
   予め定められた算出式を用いて、前記電池電圧と、前記内部抵抗と、前記機器の使用電力とから無負荷時電圧を求める無負荷時電圧算出ステップと、
   予め定められた電池温度と無負荷時電圧と電池残量との関係を用いて、前記電池温度と前記無負荷時電圧算出ステップにより求められた無負荷時電圧に対応する電池残量を求めるステップと
   を行うことを特徴とする電池残量管理方法。

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