JP5313643B2 - Battery diagnostic device - Google Patents
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Description
この発明は、電池診断装置に関し、特に二次電池の蓄電能力を計測する電池診断装置に関する。 The present invention relates to a battery diagnostic apparatus, and more particularly to a battery diagnostic apparatus that measures the storage capacity of a secondary battery.
近年、携帯電話機などの携帯機器は、駆動源にリチウムポリマ電池等の二次電池が用いられる。二次電池は、充放電を繰返すことにより蓄電容量が減少することが知られている。また、二次電池の出力インピーダンスが、蓄電容量の低下とともに上昇することが知られている。この特性を利用して二次電池の劣化を診断する技術が特開2000−223164号公報に記載されている。 2. Description of the Related Art In recent years, a secondary battery such as a lithium polymer battery is used as a driving source for a portable device such as a cellular phone. It is known that the secondary battery has a reduced storage capacity by repeated charging and discharging. Further, it is known that the output impedance of the secondary battery increases as the storage capacity decreases. Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-223164 describes a technique for diagnosing deterioration of a secondary battery using this characteristic.
特開2000−223164号公報に記載の電池パックは、二次電池の正極端子を短絡防止用抵抗を介して正極側電圧測定端子に接続し、二次電池11の負極端子を負極側電圧測定端子に直接接続し、正極側電圧測定端子と負極側電圧測定端子の間で二次電池の両端電圧を測定する電池パックが記載されている。
In the battery pack described in Japanese Patent Laid-Open No. 2000-223164, a positive electrode terminal of a secondary battery is connected to a positive electrode side voltage measurement terminal via a short-circuit prevention resistor, and a negative electrode terminal of the
しかしながら、従来の電池パックは、二次電池の電圧を計測するために負荷を停止させなければならず、負荷を駆動中に電圧を計測することができないといった問題がある。また、二次電池の電圧を計測するための抵抗を負荷と直列に接続した場合には、負荷の電圧が降下するため好ましくない。
この発明は上述した問題点を解決するためになされたもので、この発明の目的の一つは、負荷が駆動している間に二次電池の出力インピーダンスを計測することが可能な電池診断装置を提供することである。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and one of the objects of the present invention is a battery diagnostic apparatus capable of measuring the output impedance of a secondary battery while a load is being driven. Is to provide.
この発明の他の目的は、消費電力を小さくした電池診断装置を提供することである。 Another object of the present invention is to provide a battery diagnostic apparatus with reduced power consumption.
上述した目的を達成するためにこの発明のある局面によれば、電池診断装置は、二次電池が過充電するのを防止するための第1スイッチング素子と、第1スイッチング素子と特性が類似する第2スイッチング素子と、第1スイッチング素子の第1の端子と第2スイッチング素子の第1の端子とは、電位が同じになるように接続されており、第1スイッチング素子の第2の端子と第2スイッチング素子の第2の端子それぞれの電位を比較する電圧比較手段と、第2スイッチング素子の第2の端子の電位が、第1スイッチング素子の第2の端子の電位と同じになるように第2スイッチング素子の第2の端子に電流を供給する電流供給手段と、電流供給手段が供給する電流と電流値が同じ電流を発生する電流発生手段と、二次電池の電圧を計測する電圧計測手段と、電流発生手段により発生された電流の電流値を計測する電流計測手段と、計測された二次電池の電圧と計測された電流値とに基づいて、二次電池の出力インピーダンスを算出する出力インピーダンス算出手段と、を備え、電圧比較手段と、電流供給手段と、電流発生手段とは、二次電池から電力の供給を受け、出力インピーダンス算出手段は、電圧比較手段と、電流供給手段と、電流発生手段それぞれに流れる電流の電流値と、計測された電流値とが二次電池から供給されるすべての電流の電流値とみなして出力インピーダンスを算出する。
According to an aspect of the present invention to achieve the above-described object, the battery diagnostic device has characteristics similar to those of the first switching element for preventing the secondary battery from being overcharged, and the first switching element. The second switching element, the first terminal of the first switching element, and the first terminal of the second switching element are connected to have the same potential, and the second terminal of the first switching element Voltage comparison means for comparing the potentials of the second terminals of the second switching element and the potential of the second terminal of the second switching element are the same as the potential of the second terminal of the first switching element. Current supply means for supplying current to the second terminal of the second switching element, current generation means for generating current having the same current value as the current supplied by the current supply means, and measuring the voltage of the secondary battery Based on the measured voltage of the secondary battery, the measured current value of the secondary battery based on the measured voltage of the secondary battery, the measured current value of the current generated by the current generating means, An output impedance calculation means for calculating , a voltage comparison means, a current supply means, and a current generation means are supplied with power from the secondary battery, and the output impedance calculation means is a voltage comparison means and a current supply. means and a current value of the current flowing in each current generating means, that to calculate the output impedance is regarded as the current value of all of the current supplied from the measured current value and the secondary battery.
この局面に従えば、第1スイッチング素子と、それと特性が類似する第2スイッチング素子との電位が同じになるように第2スイッチング素子に電流を供給するとともに、その電流と電流値が同じ電流を発生し、発生された電流の電流値を計測し、二次電池の電圧と計測された電流値とに基づいて、二次電池の出力インピーダンスが算出される。このため、負荷に直列に接続される第1スイッチング素子に流れる電流と同じ電流を第2スイッチング素子に流し、その電流を計測するので、負荷に流れる電流を変更することなく負荷に流れる電流を計測することができる。その結果、負荷が駆動している間に二次電池の出力インピーダンスを計測することが可能な電池診断装置を提供することができる。また、負荷に流れる電流を計測する間だけ、第2スイッチング素子に電流を流せばよいので、消費電力を小さくした電池診断装置を提供することができる。 According to this aspect, a current is supplied to the second switching element so that the potentials of the first switching element and a second switching element having characteristics similar to the first switching element are the same, and the current and the current value are the same. The current value of the generated current is measured, and the output impedance of the secondary battery is calculated based on the voltage of the secondary battery and the measured current value. For this reason, since the same current as the current flowing through the first switching element connected in series to the load is passed through the second switching element and the current is measured, the current flowing through the load is measured without changing the current flowing through the load. can do. As a result, it is possible to provide a battery diagnostic device that can measure the output impedance of the secondary battery while the load is driven. In addition, since it is only necessary to pass a current through the second switching element while the current flowing through the load is measured, it is possible to provide a battery diagnostic device with reduced power consumption.
また、二次電池の出力インピーダンスを正確に算出することができる。
In addition , the output impedance of the secondary battery can be accurately calculated.
好ましくは、電圧比較手段と、電流供給手段と、電流発生手段と二次電池との間に設けられ、回路を開閉するためのスイッチ手段をさらに備え、スイッチ手段は、電圧計測手段が二次電池の電圧を計測する間、または、電流計測手段が電流発生手段により発生された電流の電流値を計測する間のみ回路を閉じる。
Preferably, conductive and pressure comparing means, the current supplying means, provided between the current generating means and the secondary battery further comprises a switch means for opening and closing the circuit, switching means, voltage measuring means secondary The circuit is closed only while the voltage of the battery is measured or while the current measuring unit measures the current value of the current generated by the current generating unit.
この局面に従えば、二次電池の電圧を計測する間、または、第2スイッチング素子に流れる電流の電流値を計測する間のみ回路を閉じるので、二次電池の蓄電容量が減少するのを極力少なくすることができる。 According to this aspect, the circuit is closed only while measuring the voltage of the secondary battery or while measuring the current value of the current flowing through the second switching element, so that the storage capacity of the secondary battery can be reduced as much as possible. Can be reduced.
好ましくは、第2スイッチング素子が第1スイッチング素子と類似する特性は、第2スイッチング素子と第1スイッチング素子とに同じ電流値の電流が流れるときに第2スイッチング素子に印加される電圧と第1スイッチング素子に印加される電圧のとの比は、電流値が変化することによっては変化しない関係である。 Preferably, the second switching element is similar to the first switching element in that the first switching element and the voltage applied to the second switching element when a current having the same current value flows in the second switching element and the first switching element. The ratio to the voltage applied to the switching element is a relationship that does not change as the current value changes.
好ましくは、出力インピーダンス算出手段は、二次電池が所定の負荷に電力を供給している間に、電流計測手段により計測された電流に基づいて、二次電池の出力インピーダンスを算出する。 Preferably, the output impedance calculation unit calculates the output impedance of the secondary battery based on the current measured by the current measurement unit while the secondary battery supplies power to the predetermined load.
この局面に従えば、所定の負荷を駆動しながら二次電池の出力インピーダンスを算出することができる。 According to this aspect, the output impedance of the secondary battery can be calculated while driving a predetermined load.
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。以下の説明では同一の部品には同一の符号を付してある。それらの名称および機能も同じである。したがってそれらについての詳細な説明は繰返さない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following description, the same parts are denoted by the same reference numerals. Their names and functions are also the same. Therefore, detailed description thereof will not be repeated.
本実施の形態においては、携帯電話機1に搭載される電池診断装置について説明する。図1は、本実施の形態における携帯電話機1の機能の一例を示す機能ブロック図である。図1を参照して、携帯電話機1は、電池パック10と、携帯電話機1の全体を制御する制御部21と、携帯電話機1の機能を実現するための負荷3と、電池能力計測部20と、を含む。電池診断装置は、制御部21と、電池能力計測部20とで構成される。
In the present embodiment, a battery diagnosis apparatus mounted on the
負荷3は、携帯電話機1が機能を実行するための種々の回路を含む。これらの回路については周知なのでここでは説明を繰返さないが、例えば、通話のための通信回路、音声信号の符号化または復号するためのコーデック回路、液晶表示装置(LCD)を駆動および制御するための表示回路、音声を入出力するための音声処理回路等を含む。
The load 3 includes various circuits for the
制御部21は、負荷3と並列に接続されており、負荷3および電池能力計測部20を制御する。制御部21は、バックアップ電源としてのコンデンサ33と、データを不揮発的に記憶するメモリとしてのEEPROM22と、接続されている。制御部21は、負荷3が駆動しているときは二次電池11から電力の供給を受けて駆動するが、負荷3が駆動していないときは、コンデンサ33から電力の供給を受けて駆動する。制御部21は、コンデンサ33から電力の供給を受けて、所定の時間駆動することが可能である。
The
電池パック10は、二次電池11と、二次電池11が過充電または過放電するのを防止するための保護用IC13と、保護用IC13により制御される2個のPチャネル電界効果トランジスタ(FET)15,17と、を含む。二次電池11は、リチウムイオン電池、ニッカド電池、ニッ決水素電池等である。FET15およびFET17は、負荷3と直列に接続される。したがって、FET15およびFET17は、負荷3に流れるのと同じ電流値の電流が流れる。
The
FET15は、二次電池11が過充電状態となるのを防止するための第1スイッチング素子であり、保護用IC13により制御され、二次電池11が充電中にONとなり回路を閉じるが、二次電池11が過充電になるとOFFとなり、回路を開く。また、FET15は、二次電池11が放電中はOFFとなり回路を開く。FET17は、二次電池11が過放電状態となるのを防止するとともに、過電流が流れるのを防止するためのスイッチング素子であり、保護用IC13により制御され、二次電池11が放電中にONとなり回路を閉じるが、二次電池11が過放電になる場合、または過電流が流れるとOFFとなり、回路を開く。また、FET17は、二次電池11が充電中はOFFとなり回路を開く。
The FET 15 is a first switching element for preventing the
保護用IC13は、負荷3に二次電池11から電流を供給する場合、FET15のゲート電圧をローにし、FET17のゲート電圧をハイにする。この場合、二次電池11のプラス極から負荷へ電流IL1が流れる。このため、FET15はOFFとなり回路を開き、FET17はONとなり回路を閉じる。FET15はOFFしているが、MOS(Metal−Oxide−Semiconductor)構造であるため、ソースとドレインとの間にダイオードが構成される。このため、二次電池11のプラス極から負荷へ電流IL1がFET15の備えるダイオードを介して流れる。したがって、FET15のソースとドレインとの間の電圧は、FET13が備えるダイオードの順方向電圧であり、ここではその電圧をVf1とする。
When supplying current from the
二次電池11は、充放電を繰返して劣化すると、出力インピーダンスZが高くなる。本実施の形態における携帯電話機1は、二次電池11の出力インピーダンスを求めることによって、二次電池11の劣化を診断する。二次電池11の出力インピーダンスを求める方法は、種々存在するが、本実施の形態における携帯電話機1は、次の方法で求める。なお、出力インピーダンスを求める方法は、ここに示す方法に限定されるものではなく、別の方法を用いてもよい。
二次電池の起電力をE、出力インピーダンスをZ、十分に小さい電流値Irefの電流が流れるときの二次電池11の両端の電圧をVOすれば、次式(1)が成立し、Irefが十分に小さければ(2)式が成立する。
E−Z×Iref=VO … (1)
E=VO … (2)
また、負荷3に電流IL1が流れるときの電圧をVLとすれば、次式(3)が成立し、(2)式と(3)式から次式(4)を導き出すことができる。
E−Z×IL1=VL
Z=(VO−VL)/IL1 … (4)
したがって、二次電池11に十分に小さい電流Irefが流れるときの二次電池11の両端の電圧VOと、負荷3に流れる電流IL1が流れたときの二次電池11の両端の電圧VLと、電流IL1とを計測することにより、二次電池11の出力インピーダンスを求めることができる。
When the
If the voltage of both ends of the
E−Z × Iref = VO (1)
E = VO (2)
If the voltage when the current IL1 flows through the load 3 is VL, the following expression (3) is established, and the following expression (4) can be derived from the expressions (2) and (3).
E−Z × IL1 = VL
Z = (VO−VL) / IL1 (4)
Therefore, the voltage VO across the
本実施の形態における電池能力計測部20は、負荷3に十分に小さい電流Irefが流れるときの二次電池11の電圧VOと、負荷3に電流IL1が流れたときの二次電池11の電圧VLと、負荷に流れる電流IL1を計測する。負荷3に電流IL1の計測は、負荷3に流れる電流と同じ電流値の電流がFET15に流れるので、FET15に流れる電流の電流値を計測する。
The battery
このため、電池能力計測部20は、FET15と特性が類似したFET23と、FET15およびFET23それぞれのソースとドレインとの間の電圧を比較する電圧比較部25と、FET15およびFET23それぞれのソースとドレイン間の電圧が同じになるようにFET23のドレインに電流を供給する電流供給部27と、電流供給部27がFET23に供給する電流と同じ電流を発生する電流発生部29と、電流発生部29により発生された電流を電圧に変換する電流/電圧変換部31と、スイッチSW1、SW2とを含む。ここでは、説明のために、負荷3に流れる電流、換言すればFET15に流れる電流の電流値をIL1で示し、電流供給部27がFET23のドレインに供給する電流の電流値をIL2で示す。
Therefore, the battery
FET23は、そのソースが、FET15のソースと接続され、ゲートがFET15のゲートと同様に保護用IC13と接続される。したがって、FET23は、FET15と同じゲート電圧が保護用ICから印加される。
The source of the
FET23は、FET15と電気的特性が類似する。FET15の電流と電圧とには相関関係があり、FET23の電流と電圧とは相関関係があるが、電気的特性が類似するので電流と電圧との相関関係はFET15とFET23とで同じである。具体的には、FET15の電圧Vf1とFET23の電圧Vf2とは、電流が同じであれば、Vf1≒Vf2が成立する。また、FET23とFET15との電気的特性の類似には、両者の面積が異なるものが含まれる。FET15とFET23とで電気的特性が類似し、FET15の面積S1とFET23の面積S2とにS1=N×S2の関係があるとき、FET15の電圧Vf1とFET23の電圧Vf2とが同じであれば、FET15に流れる電流IL1と、FET23に流れる電流IL2とは、IL1=N×IL2が成立する。ここでは、説明を簡単にするため、FET23はFET15と電気的特性が類似し、FET15の面積S1と、FET23の面積S2とが同じ場合を例に説明する。
The
電圧比較部25、電流供給部27、電流発生部29および電流/電圧変換部31は、並列に接続され、それぞれがスイッチSW1と直列に接続される。また、電流/電圧変換部31は、スイッチSW2と直列に接続される。
The
制御部21は、負荷3が駆動していないときに、コンデンサ33から電力供給を受け、スイッチSW1をOFFにし、スイッチSW2をONに切り換える。これにより、スイッチSW1が回路を開き、電圧比較部25、電流供給部27、電流発生部29、およびFET23に電流は流れない。一方、スイッチSW2が回路を閉じるので、電流/電圧変換部31に電流が流れる。このときの電流は、負荷3に流れる電流IL1がゼロのときの電流である。電流/電圧変換部31は、スイッチSW2が回路を閉じた状態における二次電池11の電圧を分圧した電圧Vad1をアナログ/デジタル(A/D)変換器で計測し、電圧Vad1と基準電圧Vrefとを制御部21に出力する。分圧比はA/D変換器のダイナミックレンジに合せて選定するようにするのが好ましい。
When the load 3 is not driven, the
制御部21は、電流/電圧変換部31から入力される電圧Vad1および基準電圧Vrefに基づいて、二次電池11が無負荷状態における電圧VOを算出し、EEPROM22に記憶する。電圧Vad1を取得する場合のみスイッチSW2をONにするので、電流/電圧変換部31には所定の期間だけ電流が流れる。このため、電圧VOを算出するために消費される二次電池11の電力を極力少なくすることができる。
The
一方、制御部21は、負荷3が駆動中における任意のときに、スイッチSW1をONにし、スイッチSW2をONに切り換える。これにより、スイッチSW1が回路を閉じ、電圧比較部25、電流供給部27、電流発生部29、およびFET23に電流が流れる。電圧比較部25は、FET15のドレインの電圧Vf1と、FET23のドレインの電圧Vf2とを比較し、それぞれを電流I1およびI2に変換する。したがって、I1/I2=Vf1/Vf2の関係が成立する。また、電圧比較部25は、電圧Vf1およびVf2から変換された電流I1およびI2それぞれの電流値を電流供給部27および電流発生部29にそれぞれ出力する。
On the other hand, the
電流供給部27は、電圧比較部から入力される電流値I2が電流値I1と同じになるようにFET23のドレインに供給する電流値を決定し、決定された電流値の電流IL2をFET23のドレインに供給する。
The
電流発生部29は、電圧比較部から入力される電流値I2が電流値I1と同じになるようにFET23のドレインに供給する電流値を決定し、決定された電流値の電流IL2を電流/電圧変換部31に出力する。
The
電流/電圧変換部31は、スイッチSW1が回路を閉じた状態における、二次電池11の電圧を分圧した電圧Vad1をA/D変換器で計測し、計測された電圧Vad1および基準電圧Vrefを制御部21に出力する。制御部21は、電流/電圧変換部31から入力される電圧Vad1および基準電圧Vrefに基づいて、二次電池11が負荷3に電力を供給している負荷状態における電圧VLを算出する。さらに、電流/電圧変換部31は、電流IL2を基準抵抗で変換した電圧Vad2をA/D変換器で計測し、制御部21に出力する。制御部21は、電流/電圧変換部31から入力される電圧Vad2および予め定められた基準抵抗の抵抗値に基づいて、FET23に流れる電流IL2を算出する。電圧Vad2を取得する場合のみスイッチSW1をONにするので、電圧比較部25、電流供給部27、電流発生部29および電流/電圧変換部31にはスイッチSW1がONとなる所定の期間だけ電流が流れる。また、電圧Vad2を取得する場合のみスイッチSW2をONにするので、電流/電圧変換部31にはスイッチSW2がONの所定の期間だけ電流が流れる。このため、電流IL2を算出するために消費される二次電池11の電力を極力少なくすることができる。
The current /
制御部21は、算出された二次電池11が負荷状態における電圧VL、EEPROM22に記憶された二次電池11が無負荷状態における電圧VOおよび算出されたFET23に流れる電流IL2と、に基づいて上記式(1)を用いて二次電池11の出力インピーダンスZを算出する。上述したように、FET23に流れる電流IL2は、負荷3が駆動しているときに、負荷3に流れる電流IL1と等しい。
Based on the calculated voltage VL when the
図2は、電池能力計測部の詳細な回路構成の一例を示す図である。電池パック10、負荷3、制御部21、コンデンサ33、EEPROM22、およびFET23は、図1に示したのと同じである。したがって、ここでは説明を繰返さない。
FIG. 2 is a diagram illustrating an example of a detailed circuit configuration of the battery capacity measuring unit. The
図2を参照して、電圧比較部25は、4つのFET51,53,55,57と、定電流源58とを含む。FET55のゲートには、FET15のドレイン電圧と同じ電圧が印加され、電流I1が流れる。FET57にはFET23のドレイン電圧と同じ電圧が印加され、電流I2が流れる。FET55とFET57それぞれのソースはショートされ、電流I0を発生する定電流源58に接続される。このため、I0=I1+I2である。
Referring to FIG. 2,
FET55のドレインは、電流供給部27が備えるFET61および電流発生部29が備えるFET71それぞれのゲートに接続される。また、FET57のドレインは、電流供給部27が備えるFET63および電流発生部29が備えるFET73それぞれのゲートに接続される。
The drain of the
電流供給部27は、4つのFET61,63,65,67を含む。電圧比較部25が備えるFET51と電流供給部27が備えるFET61とでカレントミラー回路が構成される。このため、電圧比較部25が備えるFET51に流れる電流I1と同じ電流I1が、電流供給部27が備えるFET61に流れる。同様に、電圧比較部25が備えるFET53と電流供給部27が備えるFET63とでカレントミラー回路が構成される。このため、電圧比較部25が備えるFET53に流れる電流I2と同じ電流I2が、電流供給部27が備えるFET63に流れる。さらに、FET65と、FET67とでカレントミラー回路が構成される。FET67には、FET63と同じ電流I2が流れるので、FET65に電流I2が流れる。このため、ポイントAにおいては、I1=IL2+I2が成立する。
The
より具体的に説明すると、FET15に負荷3に流れるのと同じ電流IL1が流れ、電圧Vf1が発生しており、FET23には、初期状態として電流が流れていないものとすると、FET23に発生する電圧Vf2は0Vであり、FET57のゲート電圧も0Vである。
More specifically, assuming that the same current IL1 that flows to the load 3 flows through the
FET15のドレインがそのゲートに接続されるFET55にドレイン電流IL1が流れ、FET57にドレイン電流I2が流れる。FET55のソースとFET57のソースとはショートされ、電流I0を発生する定電流源58に接続されるため、I0=I1+I2となる。
A drain current IL1 flows through the
FET55のゲート電圧がFET57のゲート電圧よりも大きいと、FET55のON抵抗が小さくなるため、ゲート電圧の関係から、I1>I2となる。FET51とFET61とで構成されるカレントミラー回路によって、FET61のソース電流はFET51のソース電流I1と同じになる。FET53とFET63とで構成されるカレントミラー回路でFET63のソース電流はFET53のソース電流I2と同じになり、FET67のソース電流もまたFET53のソース電流I2と同じになる。
When the gate voltage of the
このため、FET61のソースと、FET65のドレインと、FET23のドレインとが接続されるポイントAでは、I1=I2+IL2が成立する。I1>I2なので、その差の電流IL2がFET23のドレインに流れ、電圧Vf2が増加する。電圧Vf2が増加する結果、電圧Vf2がFET15の電圧Vf1と等しくなると、FET55のゲート電圧と、FET57のゲート電圧とが平衡し、FET23に流れる電流が電流値IL2で安定する。
Therefore, at the point A where the source of the FET 61, the drain of the
電流発生部29は、4つのFET71,73,75,77を含む。電圧比較部25が備えるFET51と電流発生部29が備えるFET71とでカレントミラー回路が構成される。このため、電圧比較部25が備えるFET51に流れる電流I1と同じ電流値の電流I1が、電流発生部29が備えるFET71に流れる。同様に、電圧比較部25が備えるFET53と電流発生部29が備えるFET73とでカレントミラー回路が構成される。このため、電圧比較部25が備えるFET53に流れる電流I2と同じ電流値の電流I2が、電流発生部29が備えるFET73に流れる。さらに、FET75と、FET77とでカレントミラー回路が構成される。FET77には、FET73と同じ電流I2が流れるので、FET75に電流I2が流れる。このため、ポイントBにおいては、I1=IL2+I2が成立する。したがって、電流IL2が電流/電圧変換部31の基準抵抗Radに流れる。
The
電流/電圧変換部31は、二次電池11と直列に接続された抵抗R1,R2およびスイッチSW2と、基準抵抗Radおよび基準電圧源81とを含む。基準抵抗Radは、一端が電流発生部29のポイントBと接続され、他端が基準電圧源81と接続される。電流/電圧変換部31は、二次電池11の電圧を分圧した電圧Vad1をA/D変換器で計測し、制御部21に出力する。また、電流/電圧変換部31は、電流発生部29から供給される電流IL2を基準抵抗Radで変換した電圧Vad2をA/D変換器で計測し、制御部21に出力する。
The current /
図3は、二次電池の能力計測処理の流れの一例を示すフローチャートである。能力計測処理は、制御部21が電池診断プログラムを実行することにより、制御部21により実行される処理である。図3を参照して、制御部21は、負荷3が起動されたか否かを判断する(ステップS01)。負荷3が起動されたならば処理をステップS02に進めるが、そうでなければ処理をステップS12に進める。具体的には、携帯電話機1の主電源をONにする操作を受け付けると、負荷が起動されたと判断する。
FIG. 3 is a flowchart illustrating an example of the flow of the capacity measurement process of the secondary battery. The capability measurement process is a process executed by the
ステップS02においては、スイッチSW1と、スイッチSW2とをともにONに切り換える。スイッチSW2をONに切り換えることにより、抵抗R1,R2に電流が流れる。次のステップS03においては、電流/電圧変換部31が出力する電圧Vad1および基準電圧Vrefを取得する。Vad1は、二次電池11が負荷3に電力を供給しているときの電圧を、抵抗R1および抵抗R2で分圧した電圧である。ステップS11においては、ステップS10において取得された電圧Vad1と、基準電圧Vrefと、抵抗R1および抵抗R2それぞれの抵抗値R1,R2とに基づいて、次式(5)を用いて二次電池11の負荷状態における電圧VLを算出する(ステップS04)。
In step S02, both the switch SW1 and the switch SW2 are turned on. By switching the switch SW2 to ON, a current flows through the resistors R1 and R2. In the next step S03, the voltage Vad1 and the reference voltage Vref output by the current /
VL=Vad1/(R2/(R1+R2))+Vref … (5)
次のステップS05においては、電流/電圧変換部31が出力する電圧Vad2および基準電圧Vrefを取得する。電圧Vad2は、二次電池11が負荷3に電力を供給しているときに、負荷3に流れる電流IL1と同じ電流IL2が基準抵抗Radに流れるときの電圧である。具体的には、電圧Vad2は、基準抵抗Rad、基準電圧Vrefおよび電流IL2を用いた次式(6)で示される。
VL = Vad1 / (R2 / (R1 + R2)) + Vref (5)
In the next step S05, the voltage Vad2 and the reference voltage Vref output by the current /
Vad2=Vref+Rad×IL2 … (6)
次のステップS06においては、A/D変換器により計測される電圧Vad2と、基準抵抗Radの抵抗値Radとから電流IL2を次式(7)を用いて算出する。
Vad2 = Vref + Rad × IL2 (6)
In the next step S06, the current IL2 is calculated from the voltage Vad2 measured by the A / D converter and the resistance value Rad of the reference resistor Rad using the following equation (7).
IL2=(Vad2−Vref)/Rad … (7)
次に、EEPROM22に記憶された無負荷状態における電圧VOを読出す(ステップS07)。EEPROM22には、後述するステップS17において、電圧VOが記憶される。ステップS17が実行されるのは、携帯電話機1の主電源をOFFにした後なので、ステップS01が実行される前に、携帯電話機1の主電源がONからOFFに切り換えられた後に、再び携帯電話機1の主電源がONに切り換えられ、そしてステップS17が実行される場合に、EEPROM22に記憶された電圧VOが読み出されることになる。
IL2 = (Vad2-Vref) / Rad (7)
Next, the voltage VO in the no-load state stored in the
そして、読み出された二次電池11が無負荷状態における電圧VOと、ステップS11において算出された二次電池11が負荷状態における電圧VLと、ステップS06において算出された電流IL2とに基づいて、次式(8)を用いて二次電池11の出力インピーダンスZを算出する(ステップS08)。
Based on the voltage VO when the read
二次電池11の負荷は、負荷3に加えて、FET23、電圧比較部25、電流供給部27および電流/電圧変換部31が負荷となる。FET23、電圧比較部25、電流供給部27および電流/電圧変換部31それぞれには、電流I0が流れるので、それらに流れる電流の合計は、3×I0である。負荷3に流れる電流はIL1は電流IL2と等しいので、二次電池11の出力インピーダンスZは次式(8)で表される。
Z=(VO−VL)/(IL2+3×I0) … (8)
なお、I0は、電池能力計測部20を設計する段階で定まる値であり、既知の値である。
In addition to the load 3, the load of the
Z = (VO−VL) / (IL2 + 3 × I0) (8)
In addition, I0 is a value determined at the stage of designing the battery
ステップS09においては、算出された出力インピーダンスをしきい値Tと比較する。出力インピーダンスがしきい値T以上ならば処理をステップS10に進めるが、そうでなければステップS10をスキップして処理をステップS11に進める。ステップS10においては、警告し、処理を終了する。警告の具体例は、二次電池11の交換をユーザに促すメッセージを、携帯電話機1が備えるLCDに表示する。ステップS11においては、スイッチSW1をOFFに、SW2をOFFに切り換え、処理をステップS12に進める。
In step S09, the calculated output impedance is compared with a threshold value T. If the output impedance is greater than or equal to threshold value T, the process proceeds to step S10. If not, step S10 is skipped and the process proceeds to step S11. In step S10, a warning is given and the process is terminated. As a specific example of the warning, a message prompting the user to replace the
ステップS12においては、負荷3の駆動を停止したか否かを判断する(ステップS01)。負荷3の駆動を停止したならば処理をステップS13に進めるが、そうでなければ処理をステップS01に戻す。具体的には、携帯電話機1の主電源をOFFにする操作を受け付けると、負荷を停止したと判断する。
In step S12, it is determined whether or not the driving of the load 3 is stopped (step S01). If the driving of load 3 is stopped, the process proceeds to step S13. If not, the process returns to step S01. Specifically, when an operation for turning off the main power supply of the
次に、電源を二次電池11からバックアップ電源であるコンデンサ33に切り換える(ステップS13)。したがって、この段階で、二次電池11は、放電しなくなる。次のステップS14においては、スイッチSW1をOFFにし、SW2をONに切り換える。これにより、抵抗R1およびR2に電流が流れ、電流/電圧変換部31が出力する電圧Vad1および基準電圧Vrefを取得する(ステップS15)。電圧Vad1は、二次電池11が負荷3に電力を供給していないときの電圧を、抵抗R1および抵抗R2で分圧した電圧である。
Next, the power source is switched from the
ステップS16においては、取得された電圧Vad1と、基準電圧Vrefと、抵抗R1および抵抗R2それぞれの抵抗値R1,R2とに基づいて、次式(9)を用いて二次電池11の無負荷状態における電圧VOを算出する。
In step S16, based on the acquired voltage Vad1, reference voltage Vref, and resistance values R1 and R2 of the resistors R1 and R2, the
VO=Vad1/(R2/(R1+R2))+Vref … (9)
そして、算出された電圧VOを、EEPROM22に記憶する(ステップS17)。次のステップS18においては、スイッチSW2をOFFに切り換え、処理を終了する。
VO = Vad1 / (R2 / (R1 + R2)) + Vref (9)
Then, the calculated voltage VO is stored in the EEPROM 22 (step S17). In the next step S18, the switch SW2 is turned off and the process is terminated.
なお、携帯電話機1は、電池パック10が備える二次電池11の過充電を防止するための第1スイッチング素子であるFET15と類似する電気特性を有する第2スイッチング素子としてのFET23と、電池能力計測部20とを備えている。FET23には、FET15に流れる電流IL1と同等の電流IL2が流れるため、電池能力計測部20にも3×I0の電流が流れる。このため、電池能力計測部20に流れる3×I0の電流値の電流が、負荷3に流れる負荷電流IL1に対して無視できない大きさになる。一方、FET15に比べ、FET23の面積が1/nになると、その順方向電圧が同じ場合、電流が1/n倍になることが知られている。ここで、面積とは、素子のPN接合面積またはFETの素子サイズを含む。このため、FET23の面積をFET15のそれの1/nにすることにより、FET23に流れる電流IL2をFET15に流れる電流IL1の1/nにすることができる。これにより、二次電池11が負荷電流IL1を放電中における、二次電池11の電圧VLと、FET23に流れる電流IL2を計測するための消費電力を少なくすることができ、二次電池11の蓄電容量が減少するのを極力少なくすることができる。
The
以上説明したように本実施の形態における携帯電話機1は、負荷3に直列接続されたFET15およびそれと特性が類似するFET23それぞれの電位が同じになるようにFET23に電流を供給するとともに、その電流と電流値が同じ電流を発生し、発生された電流の電流地を計測し、二次電池11の電圧と、計測された電流値とに基づいて、二次電池11の出力インピーダンスを算出する。このため、負荷3に流れる電流を変更することなく負荷に流れる電流を計測することができる。その結果、負荷3が駆動している間に二次電池11の出力インピーダンスを計測することができる。また、負荷3に流れる電流を計測する間だけ、スイッチSW1およびSW2を閉じて、FET23に電流を流せばよいので、消費電力を小さくすることができる。
As described above, the
また、電圧比較部25、電流供給部27、電流発生部29および電流/電圧変換部31それぞれに流れる電流の電流値と、計測された電流値とを二次電池11から供給されるすべての電流の電流値とみなして出力インピーダンスを算出するので、二次電池11の出力インピーダンスを正確に算出することができる。
In addition, the current value of the current flowing through each of the
また、制御部21は、スイッチSW1およびSW2を、二次電池11の電圧を計測する間、または、FET23を流れる電流の電流値を計測する間のみ閉じるので、二次電池11の蓄電容量が減少するのを極力少なくすることができる。
Further, since the
さらに、制御部21は、二次電池11が負荷3に電力を供給している間に、FET23を流れる電流の電流値を計測するので、負荷3を駆動しながら二次電池11の出力インピーダンスを算出することができる。
Further, since the
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。 The embodiment disclosed this time should be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.
1 携帯電話機、3 負荷、10 電池パック、11 二次電池、20 電池能力計測部、21 制御部、22 EEPROM、25 電圧比較部、27 電流供給部、29 電流発生部、31 電圧変換部、33 コンデンサ、51,53,55,58,62,63,65,67,71,73,75,77 FET、58 定電流源、81 基準電圧源、IC 保護用、13 保護用IC、R1,R2 抵抗、Rad 基準抵抗、SW1,SW2 スイッチ。
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記第1スイッチング素子と特性が類似する第2スイッチング素子と、
前記第1スイッチング素子の第1の端子と前記第2スイッチング素子の第1の端子とは、電位が同じになるように接続されており、
前記第1スイッチング素子の第2の端子と前記第2スイッチング素子の第2の端子それぞれの電位を比較する電圧比較手段と、
前記第2スイッチング素子の第2の端子の電位が、前記第1スイッチング素子の第2の端子の電位と同じになるように前記第2スイッチング素子の前記第2の端子に電流を供給する電流供給手段と、
前記電流供給手段が供給する電流と電流値が同じ電流を発生する電流発生手段と、
前記二次電池の電圧を計測する電圧計測手段と、
前記電流発生手段により発生された電流の電流値を計測する電流計測手段と、
前記計測された二次電池の電圧と前記計測された電流値とに基づいて、前記二次電池の出力インピーダンスを算出する出力インピーダンス算出手段と、を備え、
前記電圧比較手段と、前記電流供給手段と、前記電流発生手段とは、前記二次電池から電力の供給を受け、
前記出力インピーダンス算出手段は、前記電圧比較手段と、前記電流供給手段と、前記電流発生手段それぞれに流れる電流の電流値と、前記計測された電流値とが前記二次電池から供給されるすべての電流の電流値とみなして出力インピーダンスを算出する、電池診断装置。 A first switching element for preventing the secondary battery from being overcharged;
A second switching element having characteristics similar to those of the first switching element;
The first terminal of the first switching element and the first terminal of the second switching element are connected to have the same potential,
Voltage comparison means for comparing the potentials of the second terminal of the first switching element and the second terminal of the second switching element;
A current supply for supplying current to the second terminal of the second switching element so that the potential of the second terminal of the second switching element is the same as the potential of the second terminal of the first switching element Means,
Current generating means for generating a current having the same current value as the current supplied by the current supplying means;
Voltage measuring means for measuring the voltage of the secondary battery;
Current measuring means for measuring the current value of the current generated by the current generating means;
Wherein based on the measured current value and the voltage of the measured secondary battery, and an output impedance calculating means for calculating an output impedance of said secondary battery,
The voltage comparison means, the current supply means, and the current generation means are supplied with power from the secondary battery,
The output impedance calculation means includes all the current values of the current flowing through the voltage comparison means, the current supply means, and the current generation means, and the measured current values supplied from the secondary battery. A battery diagnostic device that calculates an output impedance by regarding the current value as a current value .
前記スイッチ手段は、前記電圧計測手段が二次電池の電圧を計測する間、または、前記電流計測手段が前記電流発生手段により発生された電流の電流値を計測する間のみ回路を閉じる、請求項1に記載の電池診断装置。 Before Symbol voltage comparator means, said current supply means, provided between said secondary battery and said current generating means further includes a switch means for opening and closing the circuit,
The switch means closes the circuit only while the voltage measuring means measures the voltage of the secondary battery, or while the current measuring means measures the current value of the current generated by the current generating means. battery diagnosis system according to 1.
The output impedance calculation means calculates the output impedance of the secondary battery based on the current measured by the current measurement means while the secondary battery supplies power to a predetermined load. Item 4. The battery diagnostic apparatus according to any one of Items 1 to 3 .
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