JPH0954146A - 電池の使用可能残時間推定方法及び残時間監視装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 電池の使用可能残時間推定方法及び残時間監
視装置に関し、残時間を正確に推定できる電池の使用可
能残時間推定方法、及び、的確に残時間を監視できる電
池の残時間監視装置を提供する。 【解決手段】 電池の残時間は、電池電圧の時間に対す
る降下率を求め、電池電圧と電池を使用可能な残時間の
関係を示す近似式の微係数を求め、該降下率と該微係数
とが等しいことを利用して推定し、残時間監視装置は、
電池の電圧を測定する電圧測定手段と、該電圧測定手段
の測定結果から電圧の降下率を求める降下率計算手段
と、該降下率計算手段の出力から電池を使用可能な残時
間を求める残時間計算手段と、該残時間計算手段が出力
する残時間と、設定された残時間とを比較した結果によ
って警報発生手段を起動する時間比較手段とを備えて構
成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電池の使用可能残
時間推定方法及び残時間監視装置に係り、特に、残時間
を正確に推定でき、又、的確に残時間を監視できる電池
の使用可能残時間推定方法及び残時間監視装置に関す
る。

【０００２】携帯電話や携帯情報端末など機器の普及に
より、電池駆動の機器が増えている。電池駆動の場合に
は供給できるエネルギーに限界があるので、電池の管理
をしっかりしておかないと機器の使用が不可能になる。
従って、電池がどのような状態で使用されているのかを
把握する技術が重要になっている。

【０００３】

【従来の技術】図１３は、従来の警報発生方法のフロー
チャートである。以下、図１３の符号に沿って従来の警
報発生方法を説明する。 Ｓ１１．電池の電圧を測定する。 Ｓ１２．その測定結果が警報を出力する基準となる警報
閾値より低いか否かを判定する。警報閾値より低くない
（Ｎｏ）場合にはＳ１１に戻って電圧の測定を繰り返
す。 Ｓ１３．ステップＳ１２において、電池の電圧が警報閾
値より低い（Ｙｅｓ）場合には警報を発する。 Ｓ１４．そして機器への電池と機器の間を切断し、機器
の動作を停止する。

【０００４】即ち、電池が消耗すれば電池の端子電圧が
低下することを利用して、電池の端子電圧が警報閾値よ
り低くなったら使用可能残時間はないと判断して、機器
への電気の供給を停止する。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】従来の警報発生方法
は、電池の電圧の大小のみによって行なうので、測定し
た時に電圧が警報閾値より高くても残時間があるように
思われる場合でも、大きな負荷電流を取っている場合に
は直ぐに警報閾値を割ってしまうことがある。即ち、警
報機能があるだけで機器の使用者に必要な処理を済ませ
るだけの余裕を知らせることができない。更に、電池は
残量が少なくなるに従って内部抵抗が増加するので、余
計二電圧の監視だけでは残時間の推定が困難である。

【０００６】本発明は、かかる問題を解決すべく、電池
の使用可能残時間を正確に推定でき、又、的確に残時間
を監視できる電池の使用可能残時間推定方法及び残時間
監視装置を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】図１は本発明の原理、図
２は電池の放電特性を説明する図、図３は残時間と電池
電圧の関係を示す図である。

【０００８】以下、まず図１の符号に沿って本発明の原
理の筋道を説明し、その後、図２及び図３を用いて本発
明の原理によって残時間を正確に推定できることを説明
する。 Ｓ１．電池の電圧を測定する。 Ｓ２．その測定結果が機器使用限界閾値より低いか否か
を判定する。限界閾値より低い（Ｙｅｓ）場合にはステ
ップＳ６にジャンプして警報を発生する。 Ｓ３．ステップＳ２において、電池の電圧が限界閾値よ
り低くない（Ｎｏ）場合には、電圧の降下率を計算す
る。 Ｓ４．ステップＳ３において求めた降下率を用いて残時
間を計算する。 Ｓ５．ステップＳ４で求めた残時間と、警報を発生すべ
き時の残時間（これを基準残時間と呼ぶことにする。）
を比較して、求めた残時間が基準残時間より短くない
（Ｎｏ）場合にはステップＳ１に戻る。 Ｓ６．ステップＳ５で求めた残時間が基準残時間より短
い（Ｙｅｓ）場合には警報を発生する。 Ｓ７．そして機器への電池と機器の間を切断し、機器の
動作を停止する。

【０００９】即ち、測定した時の電池の電圧ではなく、
電圧の降下率に基づいて残時間を求める。次に、残時間
の求め方を説明する。

【００１０】ステップ３における電圧の降下率は、実際
に電池を使用している間に、電池の使用時間ｔを経過し
た時の電圧Ｖと時間（ｔ＋ｄｔ）を経過した時の電圧
（Ｖ＋ｄＶ）を測定し、双方の差分の比をとって求め
る。求められたｄＶ／ｄｔを−Ｄとおく。このＤが効果
率である。

【００１１】一方、残時間Ｔと電池の電圧Ｖの関係を次
の式で近似する。

【００１２】

【数１】 ここで、Ａ、Ｂ、αは電池の放電特性を決定する定数
で、電池の特定の負荷電流に対して実験的に求められた
ものである。式（１）で表される残時間特性は図３に示
しているが、図３の特性は図２の特性において機器使用
限界閾値になる時間を原点にして、時間ｔの経過とは逆
に時間軸Ｔを設定したものに相当する。従って、図３に
おいて電圧がＶである時点での微係数ｄＶ／ｄＴは、図
２において電圧がＶである時点での電圧降下率とは絶対
値が等しく、符号が逆の関係にある。図２における電圧
降下率は電池を使用しながら計算されてｄＶ／ｄｔ＝−
Ｄとして求められているから、次の式が成り立つ。

【００１３】

【数２】 一方、式（１）の両辺をＴについてを微分すると次の式
を得る。

【００１４】

【数３】 式（２）の右辺と式（３）の右辺は当然等しいので次の
式が得られる。

【００１５】

【数４】 式（４）をＴについて解けば、残時間Ｔは次の式で与え
られる。

【００１６】

【数５】 式（５）において、Ｂとαは電池の放電特性を表わす定
数として実験的に求められており、Ｄは電圧の測定値を
使用して計算されている。つまり、式（５）により残時
間Ｔが具体的に明らかになる。

【００１７】こうして求められた残時間が基準残時間よ
り長い場合には警報を発することはせず、基準残時間よ
り短い場合には警報を発する。警報を発するための基準
残時間には、例えば、図３における従来の警報発生閾値
に相当する時間を設定しておけばよい。

【００１８】本発明の原理が従来の技術と決定的に異な
るのは、従来の技術が電池の電圧だけによって使用を継
続できるか否かを判定しているのに対して、電池の負荷
電流を考慮して残時間を求める点である。即ち、負荷電
流によって式（１）の定数が異なるので、本発明の原理
によれば、同じ電圧に対しても負荷電流が異なれば異な
る残時間が求められることになり、正確な残時間を基本
にして残時間監視を行なうことが可能になる。

【００１９】図４は、本発明の第二の原理である。図４
の原理は基本的には図１の原理と同じであるが、求めた
電圧の降下率を以て警報を発生すべきか否かを判定する
点だけが異なる。降下率によっても警報の発生を判定で
きるのは、降下率と残時間が式（５）によって一義的に
関係付けられるからである。

【００２０】

【発明の実施の形態】図１及び図４に示した本発明の原
理及び第二の原理においては、電池を使い始めた時から
電池の電圧測定を継続していて、降下率と残時間を計算
し、残時間または降下率によって警報を発し、何らかの
理由で測定された電圧が機器使用限界電圧を割った時に
も警報を発するようになっている。しかし、電池使用開
始後ずっと電圧測定と計算を継続すると、そのために電
池の電力を消費することになる。単位時間当たりに消費
する測定と計算のための電力は、携帯機器そのものを動
作させるための消費電力に比較して微々たるものである
が、長時間にわたると無視もできず、特に、電池の電気
量が少なくなった時点ではその電力消費が警報を発する
タイミングにも影響することになる。従って、降下率や
残時間の計算を所定の電圧に達してから行なうようにす
ることも重要である。図５は、図１に示した原理にこの
ためのステップを追加したものである。図４に示した第
二の原理にこのためのステップを追加したものは図示を
省略する。

【００２１】図６は、本発明の実施の形態である。図６
において、１は残時間監視装置、２は電池、３は機器で
ある。そして残時間監視装置は、電池の電圧を測定する
電圧測定手段１１、該電圧測定手段が測定した電圧と後
述するメモリが格納している電圧とを比較する電圧比較
手段１２、電池の電圧の降下率を求める降下率計算手段
１３、該降下率計算手段が求めた結果に基づいて残時間
を計算する残時間計算手段１４、該残時間計算手段が求
めた残時間と後述するメモリが格納している基準残時間
とを比較する時間比較手段１５、前記電圧比較手段及び
該時間比較手段の出力によって警報を発生する警報発生
手段１６、電池の放電特性を表わす定数や基準残時間を
格納するメモリ１７、電池から機器への電源線の接続・
断を制御するスイッチ１８を備える。

【００２２】図６に示した残時間監視装置の機能は次の
通りである。まず、電圧測定手段によって電池の電圧を
測定する。この測定結果が機器使用限界閾値より低い場
合には直ちに警報を発生する。警報を発生しない場合に
は降下率計算手段において電圧測定手段から得る電圧の
変化ｄＶとメモリから得る電圧の変化を測定する時間間
隔ｄｔによって降下率を計算し、求められた降下率から
式（５）に従って残時間Ｔを計算する。こうして求めら
れた残時間をメモリに格納されている基準残時間と比較
して、残時間が基準残時間より長ければ警報を発生せ
ず、基準残時間より短い場合には警報を発生すると共
に、電池から機器への電源線を切断する。

【００２３】尚、電池の電圧が所定の値にならないと降
下率を計算しないようにするには、電圧比較手段が測定
電圧と所定電圧を比較して出力する信号を降下率計算手
段に供給して、降下率の計算の実施を制御すればよい。
通常ＣＭＯＳのＩＣが使用されるので、これによって降
下率計算手段が動作しなければ、降下率計算手段以降の
回路は電力を消費しない。このことは、後述する第二の
実施の形態以降においても同様である。

【００２４】又、図示はしないが、求められた残時間を
機器に与えて表示すれば、便利なことが多い。携帯機器
は、電話機であってもディスプレイを備えているので、
表示は容易に行なうことができる。これは後述する第二
の実施の形態以降においても同様である。

【００２５】図７は、図６の残時間監視装置における降
下率を求める構成である。図７において、１１は電圧測
定手段、１２は降下率計算手段である。電圧測定手段
は、アナログ・デジタル変換手段（Ａ／Ｄ）１１１、ｄ
ｔだけ該Ａ／Ｄの出力を遅延させる遅延手段１１２、該
遅延回路の出力と該Ａ／Ｄの出力との差を求める加算手
段１１３を備え、降下率計算手段は除算手段１２１と乗
算手段１２２を備える。

【００２６】Ａ／Ｄにおいて電池の出力をサンプリング
した後に電圧をデジタル量に変換する。Ａ／Ｄの出力は
三つに分岐され、その一は図５の電圧比較手段に導か
れ、その二は遅延手段に導かれ、その三は加算手段に導
かれる。加算手段においては、ｄｔ遅延させたＡ／Ｄの
出力の出力を正の符号で扱い、Ａ／Ｄ出力を負の符号で
扱うので、ｄｔ前の電池の電圧から現在の電圧を差分の
電圧ｄＶが求められる。このｄＶを降下率計算手段の除
算手段に導き、メモリから与えられるｄｔのデータとの
間で除算してｄＶ／ｄｔを計算する。降下率計算手段は
得られたｄＶ／ｄｔに−１を掛けて降下率Ｄとして出力
する。

【００２７】図８は、図６の残時間監視装置における残
時間計算手段である。図８において、１４は残時間計算
手段で、（α−１）乗根計算手段１４１を備える。残時
間計算手段では、降下率計算手段の出力である降下率Ｄ
とメモリに格納されている電池の放電特性を表すＢ及び
αが与えられ、（Ｄ／αＢ）の（α−１）乗根を計算し
て出力する。これが残時間Ｔである。

【００２８】こうして求められた残時間と、メモリに格
納されている基準残時間とを比較して、残時間が基準残
時間より短くなったら警報を発生してスイッチを切断す
る。この基準残時間には、例えば図３に示したように、
従来の警報発生閾値に相当する電圧に対応する残時間を
用いることができるし、特に従来の警報発生閾値にこだ
わらなくて任意の電圧に対応する残時間を用いることも
できる。

【００２９】尚、上記の加算手段、除算手段は論理回路
によっても構成できるが、（α−１）乗根計算手段は構
成が複雑になる。従って、装置全体のバランスを考慮す
ると、これら全てをプログラム処理で計算する方が有利
である。

【００３０】ところで、警報を発生してから直ちにスイ
ッチを切断するか、警報を予告情報として所定の時間が
経過した後にスイッチを切断するかは選択可能で、この
技術は従来も使用されているものである。

【００３１】図９は、本発明の第二の実施の形態であ
る。図９において、１ａは残時間監視装置、２は電池、
３は機器である。そして残時間監視装置は、電池の電圧
を測定する電圧測定手段１１、該電圧測定手段が測定し
た電圧と後述するメモリが格納している電圧とを比較す
る電圧比較手段１２、電池の電圧の降下率を求める降下
率計算手段１３、該降下率計算手段が求めた結果に基づ
いて残時間を計算する残時間計算手段１４、該残時間計
算手段が求めた残時間と外部から入力される基準残時間
とを比較する時間比較手段１５、前記電圧比較手段及び
該時間比較手段の出力によって警報を発生する警報発生
手段１６、電池の放電特性を表わす定数や基準残時間を
格納するメモリ１７、電池から機器への電源線の接続・
断を制御するスイッチ１８を備える。

【００３２】図９の構成の機能は図６の構成の機能と同
じであるが、基準残時間を外部から指定できる点に特徴
がある。警報が出たら直ちに電源を切断するような方式
より、ぎりぎりまで機器を使用できる方が使用者にとっ
て都合がよいこともある。特に電話機の場合には電源が
切断される前にしておくべき処理はないので、基準残時
間を短く設定しておいてもよい。又、携帯情報機器の場
合には作成していた文書などが正しく格納するために所
定の処理をした後に電源を切る必要がある。このような
場合には、警報発生から電源切断までの余裕を大きくと
りたいので、基準残時間も長く設定しておくのが望まし
い。このように、機器の種類によって使用者が自由に基
準残時間を設定できると便利であるが、図９の構成はこ
ういうニーズに対応が可能である。

【００３３】図１０は、本発明の第三の実施の形態であ
る。図１０において、１ｂは残時間監視装置、２は電
池、３は機器である。そして残時間監視装置は、電池の
電圧を測定する電圧測定手段１１、該電圧測定手段が測
定した電圧と後述するメモリが格納している電圧とを比
較する電圧比較手段１２、電池の電圧の降下率を求める
降下率計算手段１３、該降下率計算手段が求めた降下率
とメモリが格納している警報を発生すべき降下率（基準
降下率）とを比較する降下率比較手段１５ａ、前記電圧
比較手段及び該降下率比較手段の出力によって警報を発
生する警報発生手段１６、電池の放電特性を表わす定数
や基準降下率を格納するメモリ１７ａ、電池から機器へ
の電源線の接続・断を制御するスイッチ１８を備える。

【００３４】図１０の構成は、本発明の第二の原理に基
づくもので、計算で求めた降下率と基準降下率との比較
結果に基づいて警報を発生する点に特徴がある。降下率
と残時間は式（５）の関係で一義的に結びついているの
で、基準残時間に対応する基準降下率を設定できる。従
って、残時間を計算しなくても警報を発生すべきタイミ
ングを知ることができ、残時間監視装置のプログラムを
軽減できる利点が生ずる。

【００３５】図１０の構成の動作は、まず、電圧測定手
段によって電池の電圧を測定する。この測定結果が機器
使用限界閾値より低い場合には直ちに警報を発生する。
警報を発生しない場合には降下率計算手段において電圧
測定手段から得る電圧の変化ｄＶとメモリから得る電圧
の変化を測定する時間間隔ｄｔによって降下率を計算す
る。この降下率をメモリに格納されている基準降下率と
比較して、降下率が基準降下率より小さければ警報を発
生せず、基準降下率より大きい場合には警報を発生する
と共に、電池から機器への電源線を切断する。

【００３６】図１１は、本発明の第四の実施の形態であ
る。図１１において、１ｃは残時間監視装置、２は電
池、３は機器である。そして残時間監視装置は、電池の
電圧を測定する電圧測定手段１１、該電圧測定手段が測
定した電圧と後述するメモリが格納している電圧とを比
較する電圧比較手段１２、電池の電圧の降下率を求める
降下率計算手段１３、該降下率計算手段が求めた降下率
と後述する基準降下率計算手段が出力する基準降下率と
を比較する降下率比較手段１５ａ、前記電圧比較手段及
び該降下率比較手段の出力によって警報を発生する警報
発生手段１６、電池の放電特性を表わす定数や基準降下
率を格納するメモリ１７ａ、電池から機器への電源線の
接続・断を制御するスイッチ１８、外部から与えられる
基準残時間によって基準降下率を計算する基準降下率計
算手段１９を備える。

【００３７】図１１の構成の特徴は、外部から基準残時
間を与えて基準降下率を計算し、該計算にて求められた
基準降下率と測定によって得た降下率とを比較する点に
ある。使用者にとっては電圧の降下率は直観的な量では
ないので、図８において基準残時間を入力するのと同様
に図９において基準降下率を入力して設定しようにも、
如何なる値を選べばよいかが明確ではない。図１１の構
成はこの問題点に解決を与えるものである。

【００３８】図１１の構成の動作は、まず、電圧測定手
段によって電池の電圧を測定する。この測定結果が機器
使用限界閾値より低い場合には直ちに警報を発生する。
警報を発生しない場合には降下率計算手段において電圧
測定手段から得る電圧の変化ｄＶとメモリから得る電圧
の変化を測定する時間間隔ｄｔによって降下率を計算す
る。この降下率を外部から入力された基準残時間に基づ
いて基準降下率計算手段によって求めた基準降下率と比
較して、降下率が基準降下率より小さければ警報を発生
せず、基準降下率より大きい場合には警報を発生すると
共に、電池から機器への電源線を切断する。

【００３９】図１２は、基準降下率計算手段である。図
１２において、１９は基準降下率計算手段、１９１は
（α−１）乗計算手段である。

【００４０】（α−１）乗計算手段にはメモリから電池
の放電特性を表す定数αとＢが与えられ、外部から希望
する基準残時間Ｔが与えられる。降下率Ｄとα、Ｂ、Ｔ
との関係は式（４）で与えられるので、（α−１）乗計
算手段においてαＢＴの（α−１）乗を計算すれば、求
める基準降下率が得られる。この（α−１）乗計算手段
もプログラム処理で実現するのがよい。

【００４１】

【発明の効果】以上詳述した如く、本発明により、電池
の使用状態から電池を使用可能な残時間を正確に推定で
き、この結果に基づいて残時間の監視を行なうので、的
確な残時間の監視が可能になる。

【００４２】又、残時間と降下率が一義的な関係にある
ことを利用して、降下率によって的確な残時間監視を行
なうことも可能になる。しかも、基準残時間を外部から
設定することによって、残時間監視を柔軟に行なうこと
も可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の原理。

【図２】 電池の放電特性を説明する図。

【図３】 残時間と電池電圧の関係を示す図。

【図４】 本発明の第二の原理。

【図５】 本発明の原理の変形。

【図６】 本発明の実施の形態。

【図７】 降下率を求める構成。

【図８】 残時間計算手段。

【図９】 本発明の第二の実施の形態。

【図１０】 本発明の第三の実施の形態。

【図１１】 本発明の第四の実施の形態。

【図１２】 降下率計算手段。

【図１３】 従来の警報発生方法。

【符号の説明】 １ 残時間監視装置 ２ 電池 ３ 機器 １１ 電圧測定手段、１２ 電圧比較手段、１３ 降下
率計算手段、１４ 残時間計算手段、１５ 時間比較手
段、１６ 警報発生手段、１７ メモリ、１８スイッチ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 大渕 一央 神奈川県川崎市中原区上小田中1015番地 富士通株式会社内 (72)発明者 須田 健二 神奈川県川崎市中原区上小田中1015番地 富士通株式会社内

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電池電圧の時間に対する降下率を測定に
   て求め、 電池電圧と電池を使用可能な残時間の関係を示す近似式
   の微分係数を求め、 該降下率と該微分係数とが等しいことを利用して電池を
   使用可能な残時間を推定することを特徴とする電池の使
   用可能残時間推定方法。
2. 【請求項２】 電池電圧の時間に対する降下率を求め、 該降下率と電池を使用可能な残時間が一義的な関係にあ
   ることを利用して、該降下率によって電池を使用可能な
   残時間を推定することを特徴とする電池の使用可能残時
   間推定方法。
3. 【請求項３】 請求項１又は請求項２記載の電池の使用
   可能残時間推定方法において、 電池の電圧が所定の電圧より低下した場合に電池の使用
   可能残時間の推定を開始することを特徴とする電池の使
   用可能残時間推定方法。
4. 【請求項４】 電池の電圧を測定する電圧測定手段と、 該電圧測定手段の測定結果から電圧の降下率を求める降
   下率計算手段と、 該降下率計算手段の出力から電池を使用可能な残時間を
   求める残時間計算手段と、 該残時間計算手段が出力する残時間と、設定された基準
   残時間とを比較した結果によって警報発生手段を起動す
   る時間比較手段とを備えることを特徴とする残時間監視
   装置。
5. 【請求項５】 電池の電圧を測定する電圧測定手段と、 該電圧測定手段の測定結果から電圧の降下率を求める降
   下率計算手段と、 該降下率計算手段の出力と、設定された基準降下率を比
   較した結果によって警報発生手段を起動する降下率比較
   手段とを備えることを特徴とする残時間監視装置。