JPH06141473A - 二次電池の残容量表示方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 サンプリング周期を短くすることなく、電流
積算値の累積誤差を少なくして正確に二次電池の残容量
を表示する。 【構成】 充電中と放電中とに所定の周期で電流をサン
プリングし、充電中にサンプリングした電流の積算値か
ら放電中にサンプリングした電流の積算値を減算して電
池の残容量を表示する。残容量を演算するために、複数
回のサンプリング値から算術平均値、または、スプライ
ン関数によって中間値を求め、中間値を積算して残容量
を表示する。 【効果】 サンプリング値から中間値を演算し、中間値
の両側にできる誤差を打ち消して残容量の累積誤差を少
なくする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、充電量から放電量を減
算して二次電池の残容量を表示する方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】二次電池は、残容量を表示することによ
って便利に使用できる。それは、電池の残容量を見て、
その後にいつまで使用できるかが推測できるからであ
る。消費電流がそれほど変化しない電気機器、例えば、
ライト等は、二次電池を充電して何時間使用できるかを
正確に推測できる。しかしながら、消費電流が大幅に変
動する機器、例えば電気ドリル等の電動機器は、使用状
態によって消費電流が著しく変化する。このため、満充
電した二次電池を使用しても、いつまで使用できるかを
正確に推測することができない。

【０００３】この欠点は、二次電池の充電電流の積算値
から、放電電流の積算値を減算して残容量を表示するこ
とによって解消できる。充電量と放電量の積算値は、充
電電流と放電電流を一定の周期でサンプリングして計算
できる。

【０００４】図１に示すように変化する電流の積算値
は、下記のようにして演算できる。 一定の周期で変化する電流の瞬時値をサンプリング
する。 サンプリングした電流値に時間を掛けて積算する。
図１において、電流を示す曲線とｘ軸との間の面積が積
算値となる。ただし、一定の周期で電流をサンプリング
する場合、時間を掛けることなくサンプリングした電流
値を加算し、これにサンプリング周期をかけて積算値と
することができる。１秒間隔で電流値をサンプリングす
る場合、サンプリングした電流値を加算して、積算値と
することができる。 充電中の積算値は二次電池の充電容量となり、放電
中の積算値は放電容量となる。したがって、充電中の積
算値から放電中の積算値を減算して残容量を表示でき
る。ただし、二次電池は、充電容量の１００％を放電に
使用できないことがある。例えば、充電容量の８０％を
放電できる二次電池は、充電容量に０．８を掛けた値を
実際の充電容量とし、この値から放電量を減算して残容
量を表示する。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】図１に示すように、瞬
時電流のサンプリング値を積算する方法は、積算値に誤
差が累積される欠点がある。誤差は、図１のハッチング
で示す領域にできるので、サンプリング周期が長くな
り、また電流の変化値が大きいと増加する。誤差を少な
くするには、サンプリングを短くする必要がある。すな
わち、短い時間に電流の瞬時値をサンプリングすること
が要求される。しかしながら、サンプリング周期を短く
することは、サンプリング素子に高速処理できるものを
使用する必要があり、部品コストが高くなって実用的で
ない。とくに、二次電池の残容量を表示する部材は、電
池の付属部品であるために、可能な限り低コストとする
必要がある。このため、電流のサンプリング素子に高速
動作のものしか使用できない。さらに困ったことに、二
次電池の残容量を表示して便利に使用できる電気機器
は、消費電流が変化する電気ドリル等の電気機器であ
る。すなわち、残容量を表示して便利に使用できる電気
機器は、サンプリング周期を長くすると、電流積算値に
累積誤差が増加することになる。

【０００６】本発明は、従来のこの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、サンプリング周期を短くすることなく、電流積算値
の累積誤差を少なくし、正確に二次電池の残容量を表示
できる方法を提供するにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の方法は、前述の
目的を達成するために、下記のようにして二次電池の残
容量を表示する。すなわち、本発明の方法は、充電中と
放電中とに所定の周期で電流をサンプリングし、充電中
にサンプリングした電流の積算値から、放電中にサンプ
リングした電流の積算値を減算して二次電池の残容量を
表示する方法を改良したものである。

【０００８】本発明の残容量表示方法は、複数回のサン
プリング値から算術平均値、または、スプライン関数に
よって中間値を求め、中間値を積算して残容量を表示す
ることを特徴とするものである。

【０００９】

【作用】本発明の残容量表示方法で、電流の積算値を演
算する方法を図２に示している。この図に示す方法は、
下記の工程で、二次電池の充電量と放電量とを演算して
残容量を表示す。 一定の周期で電流の瞬時値をサンプリングする。 サンプリングした電流の瞬時値（Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ・
・・）から、加算平均にして中間値を求める。例えば、
ＡとＢの値を算術平均してＡ、Ｂの中間値ａｂを、Ｂと
Ｃの値から中間値ｂｃを、ＣとＤの値から中間値ｃｄを
次々と演算する。 演算した中間値を加算し、これに時間を掛けた値を
積算する。充電中は積算値を加算し、放電中は充電容量
から積算値を減算して残容量を演算する。 演算した残容量を表示する。

【００１０】このように、サンプリングした中間値から
電流の積算値を演算すると、図２のハッチングで示す領
域に誤差ができる。中間値の両側にできる誤差は、一方
が＋、他方が−の誤差となる。したがって、＋−の誤差
が互いに打ち消しあって、トータルの誤差を少なくす
る。電流が直線的に変化するとき、算術平均した中間値
の両側にできる＋−の誤差は等しく、積算値の誤差は０
となる。実際に二次電池を使用するとき、負荷電流は直
線的に変化しない。このため、誤差を０とすることはで
きない。ただ、電流が変化する状態にかかわらず、中間
値の両側にできる誤差は互いに打ち消しあって、残容量
の誤差を少なくする。電流が直線的に変化しない場合、
スプライン関数から中間値を計算するのがよい。

【００１１】

【実施例】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残容量表示方法を例示するものであ
って、本発明の残容量表示方法は、サンプリング条件、
測定回路、中間値を計算する方法、積算回路等を下記の
ものに特定するものでない。本発明の二次電池の残容量
表示方法は、特許請求の範囲において、種々の変更を加
えることができる。

【００１２】本発明の方法に使用する残容量表示装置を
図３に示す。この装置は、二次電池と直列に接続してい
る電流検出抵抗Ｒと、充電時に電流検出抵抗Ｒの電圧を
増幅する充電用増幅回路１と、放電時に電流検出抵抗Ｒ
の電圧を増幅する放電用増幅回路２と、充電用増幅回路
１および放電用増幅回路２の出力信号をデジタル信号に
変換するＡ／Ｄコンバータ３と、Ａ／Ｄコンバータ３の
主力を演算する演算回路４と、演算回路４で計算された
二次電池の残容量を表示する表示手段５とを備える。

【００１３】電流検出抵抗Ｒの両端には、二次電池を充
電するときと、放電するときとで＋−の反転した電圧が
発生する。二次電池を充電するときには、−の電圧が発
生して、充電用増幅回路１に入力される。反対に、放電
するときは、電流検出抵抗Ｒに＋の電圧が発生して放電
用増幅回路２に入力される。

【００１４】電流検出抵抗Ｒは、二次電池と直列に接続
されるので、可能な限り小さい抵抗とするのがよい。そ
れは、電流検出抵抗Ｒが二次電池の内部抵抗と直列に接
続されて、電池性能を低下させるからである。小抵抗の
電流検出抵抗Ｒは、両端に発生する電圧が小さい。この
ため、充電用増幅回路１と放電用増幅回路２とで増幅し
て、Ａ／Ｄコンバータ３に入力する。

【００１５】Ａ／Ｄコンバータ３は、充電用増幅回路１
と放電用増幅回路２から出力されるアナログ信号を、マ
イコンで演算処理できるように、デジタル信号に変換す
る。Ａ／Ｄコンバータ３の出力信号から、二次電池の充
電電流と、放電電流とを検出できる。

【００１６】演算回路４は、一定の周期でＡ／Ｄコンバ
ータ３から出力されるデジタル信号をサンプリングし、
二次電池の充電電流と放電電流とを測定する。測定した
充電電流および放電電流を演算処理して、サンプリング
値の中間値を計算し、計算した中間値から残容量演算す
る。

【００１７】演算回路４は、算術平均してサンプリング
値から中間値を演算する。また、演算回路４は、サンプ
リング値からスプライン関数を求めて中間値を演算する
こともできる。算術平均は、サンプリングした電流値を
ＡとＢとするとき、Ａ／２＋Ｂ／２の計算式でＡとＢの
中間値ａｂを演算する。スプライン関数から中間値を求
めるには、例えば下記の式で計算することができる。 ｃｄ＝（Ｂ−Ａ）／１６＋（Ｂ＋Ｃ）／２＋（Ｃ−Ｄ）／１６ この計算式で表されるスプライン関数で中間値を求める
と、測定した４点のサンプリング値から簡単に中間値を
計算できる。ただ、本発明は、サンプリング値から中間
値を求めるスプライン関数の計算式を前述のものに特定
しない。スプライン関数は、測定された複数の点からそ
の中間の数値を演算できる全ての式を使用することがで
きる。

【００１８】演算回路４は、演算した残容量を表示手段
５に出力する。表示手段５は、演算回路４から出力され
る二次電池の残容量を表示する。表示手段５は、例え
ば、満充電した状態を１００％として、残容量を％で表
示する。また、複数個のランプを点灯し、点灯するラン
プの数を増減して残容量を表示する。

【００１９】図３に示す残容量表示装置は、図４に示す
フローチャートにしたがって、下記の方法で二次電池の
残容量を表示する。 二次電池を充電する工程 ［Ｎ１］ 二次電池に電流を流さない状態で測定電流Ｉ
Lを０とする。 ［Ｎ２］ 二次電池に電流が流れたかどうかを検出す
る。電流が流れない場合、このステップをループさせ
る。 ［Ｎ３］ 電流が流れた場合、充電か放電かを判定す
る。充電か放電かは、電流検出抵抗Ｒの電圧が＋か−か
で判定できる。 ［Ｎ４］ 充電と判定した場合、前回にサンプリングし
た電流値ＩLと今回の測定電流ＩNとを算術平均して中間
値Ｉを求める。 ［Ｎ５］ 中間値を前回の積算値ＩSUMに加算する。 ［Ｎ６］ 最後の測定電流ＩNを前回の測定電流ＩLとす
る。 ［Ｎ７］ サンプリング周期を１秒とするために、１秒
経過したかどうかを判定し、１秒経過するまでは、この
ステップをループする。 ［Ｎ８］ 充電電流が流れていかるどうかを判定する。
電流が流れていると、［Ｎ４］のステップにループす
る。［Ｎ４］〜［Ｎ６］のステップで、充電中に１秒間
隔でサンプリングする電流値から電池の充電量を積算す
る。電流が０になると、プログラムを終了する。

【００２０】 二次電池を放電する工程 ［Ｎ１］ 二次電池に電流を流さない状態で測定電流Ｉ
Lを０とする。 ［Ｎ２］ 二次電池に電流が流れたかどうかを検出す
る。電流が流れない場合、このステップをループさせ
る。 ［Ｎ３］ 電流が流れた場合、充電か放電かを判定す
る。充電か放電かは、電流検出抵抗Ｒの電圧が＋か−か
で判定できる。 ［Ｎ９］ 放電と判定した場合、前回にサンプリングし
た電流値ＩLと今回の測定電流ＩNとを算術平均して中間
値Ｉを求める。 ［Ｎ１０］ 中間値を、充電中の積算値ＩSUMから減算
する。 ［Ｎ１１］ 最後の測定電流ＩNを前回の測定電流ＩLと
する。 ［Ｎ１２］ サンプリング周期を１秒とするために、１
秒経過したかどうかを判定し、１秒経過するまでは、こ
のステップをループする。 ［Ｎ１３］ 放電電流が流れていかるどうかを判定す
る。電流が流れていると、［Ｎ３］のステップにループ
する。放電が継続していると、［Ｎ３］→［Ｎ９］→
［Ｎ６］のステップで、充電中に１秒間隔でサンプリン
グする電流値ＩNから電池の放電量を減算する。電流が
０になると、プログラムを終了する。

【００２１】この図に示す残容量表示方法は、サンプリ
ング値を算術平均して中間値を求めているが、本発明の
方法は、複数のサンプリング値からスプライン関数を求
めて中間値を求めることもできる。スプライン関数を使
用する方法は、電流が曲線的に変化するときに、より少
ない誤差で残容量を演算できる特長がある。

【００２２】

【発明の効果】本発明の残容量表示方法は、サンプリン
グ値を算術平均し、あるいは、スプライン関数から中間
値を求め、この中間値を積算して電池の残容量を演算す
る。中間値から残容量を演算する方法は、変化する電流
を所定の周期でサンプリングして正確に表示できる特長
がある。それは、図２に示すように、中間値の両側にで
きる＋−の誤差が互いに打ち消して、積算された残容量
の累積誤差を少なくできるからである。とくに、急激に
変化する電流の瞬時値をサンプリングして、残容量の累
積誤差を少なくできる。したがって、本発明の残容量表
示方法は、消費電流が大幅に変化し、残りの使用時間を
推測することが難しい用途に使用して、二次電池の残容
量を正確に表示できる特長がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】サンプリングした電流の瞬時値から残容量を演
算する従来の方法を示すグラフ

【図２】サンプリングした電流の瞬時値から残容量を演
算する本発明の一例を示すグラフ

【図３】本発明の残容量表示方法に使用する回路の一例
を示すブロック線図

【図４】図３に示す回路が二次電池の残容量を表示する
ステップを示すフローチャート

【符号の説明】

１…充電用増幅回路 ２…放電用増幅回路 ３…Ａ／Ｄコンバータ ４…演算回路 ５…表示手段 Ｒ…電流検出抵抗

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 充電中と放電中とに所定の周期で電流を
   サンプリングし、充電中にサンプリングした電流の積算
   値から、放電中にサンプリングした電流の積算値を減算
   して二次電池の残容量を表示する方法において、 複数回のサンプリング値から算術平均値、または、スプ
   ライン関数によって中間値を求め、中間値を積算して残
   容量を表示することを特徴とする二次電池の残容量表示
   方法。