JPH09511609A - バッテリ容量表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は、主バッテリ（１０）の残存容量及び消耗状態を測定するため、主バッテリに加えて検知セル（２２）を使用するバッテリモニタ及びバッテリ容量表示装置に関する。検知セルのパラメータは主バッテリ容量に関連するので、検知セルのパラメータが所定値又は所定閾値を超えるときは、主バッテリが最小の残存容量を有することになる。好ましい実施の形態においては、検知セル（２２）は、主バッテリパック（１０）の１個又は複数のセル（２０）と同一のものでありかつ同一製造ロットで製造されたバッテリである。電流は、主バッテリから取り出される電流よりも大きい電流が検知セルから取り出される。検知セル（２２）が完全に消耗したときは、主バッテリ（１０）は、主バッテリ電流と検知セル電流との間の関係に依存する大きさの残存容量を有する。

Description

【発明の詳細な説明】 バッテリ容量表示装置 背景技術 技術分野 バッテリ駆動装置を使用する場合、バッテリの有効寿命がおよそ何時尽きるか を知ることは、しばしば重要である。例えば、残りの電力が、情報を保持してア プリケーションから出るために不十分なとき、バッテリ駆動コンピュータのバッ テリの容量が低くなったことが表示されなければ、データは喪失してしまう。他 の例として、バッテリ駆動医療装置の残余のバッテリ容量を知ることは、緊急医 療に重要なことである。 バッテリは使用により消耗する。しかしながら、単純に使用時間又は電荷の移 動を検知することは、残余のバッテリ容量を測定するためには不十分である。バ ッテリは長時間使用しないときでも電荷を失う。加えて、バッテリの温度はその 容量及び有効寿命に影響を与える。さらに、例えば、電圧又は抵抗のようなバッ テリの電気特性を監視することは、しはしばバッテリの容量に関し十分な情報を もたらすことにはならない。 本発明は、バッテリ駆動装置における低バッテリ容量状態を検出し、表示する 方法及び装置に関するものである。 従来の技術 バッテリ容量検出装置並びに表示装置は当業者に周知である。従来のバッテリ 容量表示装置の多くは、次の２つの方法の１つ又は両方に基づいている。（１） バッテリパラメータの測定、及び（２）バッテリ出力の累積測定である。測定は 、通常、相対的条件でなく絶対的条件でなされる。従来のバッテリ容量表示装置 は また、通常、時間及び温度の周囲条件を補償する何等かの手段を含んでいた。 レニリー（Ｒｅｎｉｒｉｅ）の米国特許第４，２５９，６３９号で開示された 装置は、リチウム型バッテリの抵抗を監視するものである。レニリーの装置は、 バッテリの有効抵抗を２個の抵抗成分に分割するという理論モデルに基づくもの である。測定回路は第１の抵抗成分ＲLをキャパシタによって分路し、測定信号 パルスは消耗抵抗Ｒdのみを測定する。レニリーのモデルによれば、Ｒdはバッテ リの有効寿命の最期付近で増加し始める。 ペレッド（Ｐｅｌｅｄ）他の米国特許第４，７２５，７４８号は、周期的に開 放する回路電圧の測定と、バッテリの残余の電荷に対して測定された電圧に関連 することとなる較正カーブとを用いてリチウムバッテリの充電状態を測定するた めの方法を開示している。テスト負荷、テスト負荷時間、回復時間のパラメータ の各セットは、与えられた周囲の温度に対し異なる較正カーブを示す。バッテリ の残余の容量は、ＬＥＤのセットによって表示される。 ベイツ（Ｂａｔｅｓ）の米国特許第５，１６２，７４１号は、バッテリから取 り出された電流を測定し、温度で変化するバッテリ容量を調整するための温度補 償ファクターを用いて残余のバッテリエネルギを評価するバッテリエネルギモニ タについて開示している。残余のバッテリ寿命は可視表示される。 他のバッテリ検知装置は、オオギタ（Ｏｏｇｉｔａ）の米国特許第５，０６５ ，０８４号及びスローン（Ｓｌｏａｎ）の米国特許第５，１３０，６５９号に示 されている。 発明の開示 本発明は、バッテリ容量カーブ上の特定点を高精度で検出する方法及び装置に 係る。特に、本発明は、主バッテリに加えて検知セルを用いて主バッテリの残留 容量並びに消耗状態を測定するバッテリモニタ及びバッテリ容量表示装置に関す る。検知セルのパラメータは主バッテリ容量に関連し、検知セルのパラメータが 特定値に達し又は特定の閾値を超えるときに、主バッテリの残留容量が最小とな るようにする。 好ましい実施の形態においては、検知セルは主バッテリパックの一個又は複数 のセルと同一のものでありかつ同一の製造ロットから製造されたバッテリである 。検知セルから取り出される電流は、主バッテリから取り出される電流よりも大 きい。検知セルが完全に消耗するとき、主バッテリは、主バッテリ電流と検知セ ル電流間の関係に依存する大きさの残留容量を有する。この情報は、可視表示の ような出力によってユーザに提供される。 本発明について、以下、図面を参照しながらより詳細に説明する。 図面の簡単な説明 図１は、本発明に係るバッテリモニタ及び低バッテリ容量状態表示装置のブロ ック図である。 図２は、本発明の好ましい実施の形態を示す配線図である。 図３は、好ましい実施の形態において使用される好ましい可変抵抗を示す配線 図である。 図４は、本発明の他の実施の形態を示す配線図である。 発明を実施するための最良の形態 本発明は、放電時間、周囲温度又は主バッテリ電圧及び抵抗のパラメータを監 視することなく、バッテリ駆動装置の主バッテリの低容量状態を表示し得るバッ テリモニタに関する。本発明のブロック図を図１に示す。 電流測定装置１３は、主バッテリ又はバッテリパック１０から負荷１１に流れ る電流ＩLOADを測定する。電流測定装置１３は、直接ＩLOADを測定する電流検出 装置、又は、電流を間接的に測定し又は評価するよう設定された他の装置である 。例えば、主バッテリ１０と負荷１１の直列回路の分路に設けられた電圧計は、 負荷１１に流れる電流を間接的に測定するのに使用される。他の例として、マイ ク ロコンピュータが、システムの既知の特性及び／又は電圧、経過時間等の他のパ ラメータに基づくＩLOADの値を評価するのに使用される。 ＩLOADに関連する（例えば、等しい、比例する、又はより大きく増加する）電 流は、検知セル１２と接地との間にプログラム可能の負荷１８を設けることによ り分離した検知セル１２から取り出される。電流測定装置１３により測定される ＩLOADの値とプログラム可能の負荷１８の値との間の関係は、図１に点線１９で 線図的に示される。 検知セル１２は、好ましくはバッテリ（又はバッテリパック）である。検知セ ルの電気特性（例えば電圧又は抵抗）は、主バッテリ１０の残留電荷レベルの表 示を提供するために検知装置１４により測定される。例えば、可視表示又は可聴 アラームのような出力１６が、主バッテリ１０の残留容量に関連する情報及び／ 又は低バッテリ容量状態の警報を提供する。 本発明の好ましい実施の形態を図２に線図的に示す。この実施の形態において は、主バッテリ１０は、各々が同じ寸法、型式及び容量の好ましくはリチウムバ ッテリである独立セル２０の直列接続として示されている。しかしながら、本発 明はリチウムバッテリに限らず、また複数のセルを直列接続したものに限定され るものでもない。主バッテリ及び低バッテリ容量状態表示装置は、バッテリ駆動 装置の一部分を構成する。 検知セル２２は、主バッテリ１０に直列に接続される。好ましい実施の形態に おいては、検知セル２２は、主バッテリ１０を構成する１個又は複数のセル２０ と型式及び製造ロットが同一である。バッテリパックは、理論上は、すべてが極 めて接近して収納された検知セルと主バッテリセルとからなるので、すべてのセ ルは同じ環境条件にさらされる。主バッテリ１０及び検知セル２２の出力は結合 されて、ここでは素子２４として線図的に示すバッテリ駆動装置の系統負荷に電 力を供給する。 図２に示す好ましい実施の形態においては、系統負荷２４は２列の並列成分と して模擬され、成分２５には制御装置２８により設定される電流Ｉsetが流れ、 成分２７には系統負荷２４の既知の特性に基づき制御装置２８により評価される 電流Ｉestが流れる。主バッテリ１０から取り出される電流ＩLOADはそれゆえＩs etとＩestとの和である。加えて、検知セル２２は主バッテリ１０と直列に接続 されているので、少なくともＩLOADに等しい電流が検知セル２２からも流れる。 検知セル２２は理論上は主バッテリ１０のセル２０と型式及び製造ロットが同 一であるので、時間及び温度に基づく検知セル２２と主セル２０の劣化は同一で ある。検知セル２２を主バッテリ１０より確実に速く消耗させるため、増分電流 ｋＩLOADを検知セル２２から取り出す。ここで、ｋは任意の定数である。リチウ ムバッテリの有効寿命の最期付近の電圧降下特性は、それゆえ最初に検知セル２ ２に現れる。かくして電圧モニタ３２により監視された電圧が閾値以下になった とき、制御装置２８は主バッテリ１０の電荷の消耗が近くなったことを示すため 出力１６に低バッテリ容量状態を示す信号を出す。 検知セル２２から増分電流を取り出すため、検知セル２２と接地との間に可変 抵抗３０が設けられ、その抵抗値は制御装置２８により、ｋＩLOADの値により分 圧され、モニタ３２により測定された検知セル電圧Ｖsenseに等しくなるように 設定される。定数ｋは、検知セルが消耗したことを示す閾値以下に検知セルの電 圧が低下した後、主バッテリにある程度の残存容量を得るように選定される。か くして例えば、バッテリ駆動コンピュータ用の低バッテリ容量状態表示装置のパ ラメータは、系統出力が低バッテリ容量状態を示した後、なすべきある動作（例 えばファイルを閉じる）ができるように選定される。他の例ではバッテリ駆動細 動除去装置用のパラメータは、低バッテリ容量状態を示した後、装置が少なくと ももう一度患者にショックを与えられるように選定される。ダイオード３４は検 知セル２２が消耗した後、主バッテリ１０を引き続き使用できるようにする。 図３は、可変抵抗３０の好ましい実施の形態を示している。キャパシタ３６は 直列接続された抵抗３７及びスイッチ３８に並列に設けられ、スイッチ３８は線 ３１を介して制御装置から制御される。スイッチ３８は繰り返し断続できる。所 定時間を超えて検知セル２２から取り出される増分電流量は、キャパシタ及び抵 抗の値並びにスイッチ３８がオンの時間の合計に依存する。従って、流れる電流 はスイッチ３８の稼働サイクルを変化させることにより調整できる。 本発明に係る他の実施の形態を図４に示す。図２の実施の形態のように、主バ ッテリ１０は、それぞれが好ましくはリチウムバッテリである個々のセル２０の 直列接続からなる。しかしながら、本発明はリチウムバッテリに限定されるもの ではなく、複数のセルを直列に接続することに限定されるものでもない。主バッ テリ及び低バッテリ容量状態表示装置は、バッテリ駆動装置の一部分であること は、ここでも同様である。 本実施の形態は、主バッテリ回路の一部分ではない検知セル４０を使用する。 検知セル４０は、その残余の有効寿命が１つ又はそれ以上のバッテリの電気特性 を測定することにより予測できるバッテリであることが好ましい。例えば、検知 セル４０は、容量が消耗したとき測定可能の電圧降下を示すアルカリバッテリと することができる。 制御装置２８は、主バッテリ１０から取り出され検知装置２６を介して系統負 荷２４に流れる電流ＩLOADを監視し、図２の実施の形態と同様に検知セル４０か ら比例電流ｋＩLOADを取り出す。ｋの値並びに検知セル４０の初期電圧及び充電 容量はバッテリ１０の初期容量で較正されるので、検知セル４０の消耗状態はバ ッテリ１０の残存容量を評価するのに使用できる。 検知セル４０の電圧又は他の電気特性はモニタ３２を介して制御装置により監 視される。検知された電気特性が検知セル４０と主バッテリ１０との間の較正に より決定された閾値を超えるとき、制御装置は出力１６に低バッテリ容量状態を 示す信号を与え、主バッテリ１０の電荷が消耗状態に近いことを示す。これとは 反対に、検知セル４０と主バッテリ１０との間の較正が十分正確であれば、制御 装置と出力１６とは一定であることを示すか、要求に応じて完全充電から消耗に 至るまでの任意な点で主バッテリ１０の残留電荷を示す。 ある実施の形態においては、好ましい実施の形態のように検知セルから電流を 取り出すよりは、検知セルに電流を加えることが可能である。検知セルは、主バ ッテリが完全に充電されたとき消耗状態から充電開始する再充電可能なバッテリ であっても良い。このようにして主バッテリが消耗したとき、検知セルの付加的 な容量は主バッテリの消耗後にバッテリ駆動装置にさらなる電力を提供できる。 他の実施の形態においては、検知セルは、バッテリの代わりに、主バッテリの 残存容量に関連するパラメータを持つ他の化学、電気化学又は電気装置を用いて も良い。例えば、検知セルはその反応比が、それに加えられる電流量又は熱量に よって制御される化学セルであっても良い。化学セルは、所定の閾値に到達した ことを示すための色彩変化機構を提供できる。 本発明の範囲に含まれる他の変更は、当業者において明らかである。ここで引 用したすべての参考文献は専ら参考文献として用いられる。

【手続補正書】特許法第１８４条の８ 【提出日】１９９５年８月８日 【補正内容】 ２７． 主バッテリから負荷へ電流を供給するシステムにおけるバッテリの状 態を測定する方法において、 前記主バッテリから負荷へ供給される電流を測定する過程と、 前記主バッテリから負荷へ供給される電流よりも大きい電流を検知セルから取 り出す過程と、 前記検知セルのパラメータを監視する過程と、 監視された前記検知セルのパラメータから前記主バッテリの状態を測定する過 程とを備えたことを特徴とするバッテリの状態を測定する方法。 ２８． 請求項２７に記載のバッテリの状態を測定する方法において、前記取 り出す過程は、前記検知セルから電流を取り出す過程を含み、前記検知セルは、 前記主バッテリの主バッテリセルと実質的に同一のものであることを特徴とする バッテリの状態を測定する方法。 ２９． 請求項２７に記載のバッテリの状態を測定する方法において、さらに 、前記検知セルから前記主バッテリと直列の前記負荷に電流を供給する過程を備 えたことを特徴とするバッテリの状態を測定する方法。 ３０． 削除

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ Ｈ０２Ｊ 7/00 ３０２ 4235−5Ｇ Ｈ０２Ｊ 7/00 ３０２Ｃ (72)発明者 リスター，トーマス アメリカ合衆国ワシントン州、ボウゼル、 トゥエンティーファースト、アベニュ、エ ス．イー．、23309 (72)発明者 モーガン，カールトン アメリカ合衆国ワシントン州、ベインブリ ッジ、アイランド、パーロウミノウ、ドラ イブ、エヌ．イー．、4143

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １． 主負荷及びバッテリ容量表示装置に電流を供給する主バッテリを備えた バッテリシステムにおいて、 前記バッテリ容量表示装置は、検知セルと前記主バッテリの残存容量に関連し て前記検知セルのパラメータに作用を与える手段を備え、前記バッテリシステム はさらに前記主バッテリと前記検知セルとを直列接続した回路を備えたことを特 徴とするバッテリシステム。 ２． 請求項１に記載のバッテリシステムにおいて、前記検知セルのパラメー タに作用を与える手段は、前記検知セルを介して電流を流すための手段を備えた ことを特徴とするバッテリシステム。 ３． 請求項２に記載のバッテリシステムにおいて、前記電流を流すための手 段は、前記主バッテリと組み合わされた電流測定装置を備えたことを特徴とする バッテリシステム。 ４． 請求項３に記載のバッテリシステムにおいて、前記電流測定装置は、前 記主バッテリから前記主負荷へ流れる電流を測定する電流検知装置を備えたこと を特徴とするバッテリシステム。 ５． 請求項３に記載のバッテリシステムにおいて、前記電流測定装置は、前 記主バッテリから前記主負荷へ流れる電流を評価するための手段を備えたことを 特徴とするバッテリシステム。 ６． 請求項１に記載のバッテリシステムにおいて、前記バッテリ容量表示装 置は、さらに、前記検知セルのパラメータを測定する検知装置を備えたことを特 徴とするバッテリシステム。 ７． 請求項１に記載のバッテリシステムにおいて、前記バッテリ容量表示装 置は、さらに、出力と、前記検知セルの測定されたパラメータに関連する信号を 前記出力に送るための装置とを備えたことを特徴とするバッテリシステム。 ８． 請求項１に記載のバッテリシステムにおいて、前記主バッテリは、リチ ウムバッテリからなることを特徴とするバッテリシステム。 ９． 請求項１に記載のバッテリシステムにおいて、前記作用を与える手段は 、追加の負荷を備えたことを特徴とするバッテリシステム。 １０． 請求項９に記載のバッテリシステムにおいて、前記追加の負荷は、プ ログラム可能な負荷であることを特徴とするバッテリシステム。 １１． 請求項１に記載のバッテリシステムにおいて、前記検知セルが消耗し た後、前記主バッテリから前記検知セルに流れる電流を遮断する手段を備えたこ とを特徴とするバッテリシステム。 １２． 請求項１に記載のバッテリシステムにおいて、前記検知セルは、前記 主バッテリと同一の型式のバッテリであることを特徴とするバッテリシステム。 １３． 主バッテリから負荷へ電力を供給するシステムにおけるバッテリの状 態を測定する方法において、 前記主バッテリと直列に接続した検知セルを設ける過程と、 前記主バッテリの残存容量に関連した方法で前記検知セルの特性に作用を与え る過程と、 前記検知セルのパラメータを監視する過程と、 監視された前記検知セルのパラメータから前記主バッテリの状態を測定する過 程とを備えたことを特徴とするバッテリの状態を測定する方法。 １４． 請求項１３に記載のバッテリの状態を測定する方法において、前記作 用を与える過程は、前記検知セルを介して電流を流す過程を含むことを特徴とす るバッテリの状態を測定する方法。 １５． 請求項１４に記載のバッテリの状態を測定する方法において、前記作 用を与える過程は、さらに、前記主バッテリを介して流れる電流を測定する過程 を含むことを特徴とするバッテリの状態を測定する方法。 １６． 請求項１３に記載のバッテリの状態を測定する方法において、さらに 、測定された前記主バッテリの状態を表示する過程を備えたことを特徴とするバ ッテリの状態を測定する方法。 １７． 請求項１３に記載のバッテリの状態を測定する方法において、さらに 、前記検知セルに電気的に接続されたプログラム可能な負荷を設ける過程を備え 、前記作用を与える過程は、前記プログラム可能な負荷を調整する過程を含むこ とを特徴とするバッテリの状態を測定する方法。 １８． 請求項１３に記載のバッテリの状態を測定する方法において、前記主 バッテリは、複数のバッテリセルからなることを特徴とするバッテリの状態を測 定する方法。 １９． 請求項１８に記載のバッテリの状態を測定する方法において、前記検 知セルは、主バッテリセルのそれぞれと実質的に同一のものであることを特徴と するバッテリの状態を測定する方法。 ２０． 主負荷とバッテリ容量表示装置とに電流を供給する主バッテリを備え 、前記主バッテリは主バッテリセルを有し、前記バッテリ容量表示装置は前記主 バッテリセルと実質的に同一の検知セルを有し、前記主バッテリの残存容量に関 連した前記検知セルのパラメータに作用を与える手段を備えたことを特徴とする バッテリシステム。 ２１． 請求項２０に記載のバッテリシステムにおいて、前記検知セルのパラ メータに作用を与える手段は、前記検知セルを介して電流を流す手段を含むこと を特徴とするバッテリシステム。 ２２． 請求項２１に記載のバッテリシステムにおいて、前記電流を流す手段 は、前記主バッテリと組み合わされた電流測定装置を含むことを特徴とするバッ テリシステム。 ２３． 請求項２２に記載のバッテリシステムにおいて、前記主バッテリは、 リチウムバッテリからなることを特徴とするバッテリシステム。 ２４． 主バッテリから負荷へ電力を供給するシステムにおけるバッテリの状 態を測定する方法において、前記主バッテリは主バッテリセルからなるものであ り、 前記主バッテリセルと実質的に同一である検知セルを設ける過程と、 前記主バッテリの残存容量に関連した方法で前記検知セルの特性に作用を与え る過程と、 前記検知セルのパラメータを監視する過程と、 監視された前記検知セルのパラメータから前記主バッテリの状態を測定する過 程とを備えたことを特徴とするバッテリ状態を測定する方法。 ２５． 請求項２４に記載のバッテリ状態を測定する方法において、前記作用 を与える過程は、前記検知セルを介して電流を流す過程を含むことを特徴とする バッテリ状態を測定する方法。 ２６． 請求項２４に記載のバッテリ状態を測定する方法において、さらに、 前記検知セルに電気的に接続されたプログラム可能な負荷を設ける過程を備え、 前記作用を与える過程は、前記プログラム可能な負荷を調整する過程を含むこと を特徴とするバッテリ状態を測定する方法。 ２７． 主バッテリから負荷へ電流を供給するシステムにおけるバッテリの状 態を測定する方法において、 前記主バッテリから負荷へ供給される電流を測定する過程と、 前記主バッテリから負荷へ供給される電流よりも大きい電流を検知セルから取 り出す過程と、 前記検知セルのパラメータを監視する過程と、 監視された前記検知セルのパラメータから前記主バッテリの状態を測定する過 程とを備えたことを特徴とするバッテリの状態を測定する方法。 ２８． 請求項２７に記載のバッテリの状態を測定する方法において、前記取 り出す過程は、前記検知セルから電流を取り出す過程を含み、前記検知セルは、 前記主バッテリの主バッテリセルと実質的に同一のものであることを特徴とする バッテリの状態を測定する方法。 ２９． 請求項２７に記載のバッテリの状態を測定する方法において、さらに 、前記検知セルから前記主バッテリと直列の前記負荷に電流を供給する過程を備 えたことを特徴とするバッテリの状態を測定する方法。 ３０． 請求項２７に記載のバッテリの状態を測定する方法において、前記主 バッテリは主バッテリ回路の一部分であり、前記検知セルは前記主バッテリ回路 に接続されていないものであることを特徴とするバッテリの状態を測定する方法 。 ３１． 少なくとも第１及び第２のバッテリセルから負荷へ電流を供給するシ ステムにおけるバッテリの状態を測定する方法において、 前記第１のバッテリセルから前記負荷へ供給される電流を測定する過程と、 前記第２のバッテリセルの放電を加速する過程と、 前記第２のバッテリセルのパラメータを監視する過程と、 監視された前記第２のバッテリセルのパラメータから前記第１のバッテリセル の状態を測定する過程とを備えたことを特徴とするバッテリの状態を測定する方 法。