JPH11135156A

JPH11135156A - 二次電池の充放電電流検出方法及び装置

Info

Publication number: JPH11135156A
Application number: JP9297434A
Authority: JP
Inventors: Akihiko Kudo; 彰彦工藤; Toru Sugawara; 徹菅原
Original assignee: Shin Kobe Electric Machinery Co Ltd
Current assignee: Resonac Corp
Priority date: 1997-10-29
Filing date: 1997-10-29
Publication date: 1999-05-21
Anticipated expiration: 2017-10-29
Also published as: JP3543579B2

Abstract

(57)【要約】【課題】充放電電流がパルス電流でも正確に測定でき
る二次電池の充放電検出方法を提供する。【解決手段】電池と直列に挿入した電流検出用抵抗２
の両端電圧を差動増幅器８を用いて増幅し、差動増幅器
８の出力を一定時間毎にアナログ積分器１６で積分す
る。マイクロコンピュータ１７は、アナログ積分器１６
の積分電圧を用いて充放電電流を演算する。この演算し
た電流を積算して残存容量を計算すれば、残存容量の正
確な表示が可能となる。また、一定周期毎に電流検出用
抵抗２をスイッチ１８で短絡することにより、正確な０
点補正を可能にする。充放電電流が小さい場合には、ア
ナログ積分器１６の積分時間を延長する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、鉛蓄電池やリチウ
ムイオン電池等の二次電池電池の充放電電流検出方法及
び装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】最近は、電池パック内に充放電電流検出
装置を内蔵して充放電電流の演算処理を行い、電池の残
存容量を表示したりあるいはそのデータ出力するものが
提案されている。従来より、電池の充放電電流を検出す
る場合には、例えば特開平８−１０３０２６号公報に示
されるように、電池と直列に挿入した電流検出用抵抗の
両端電圧を差動増幅器で増幅し、この差動増幅器の出力
電圧に基づいてマイクロコンピュータにより二次電池の
充電電流と放電電流量とを演算により求める方法が知ら
れている。

【０００３】そしてこの方法を用いる場合に、電流検出
用抵抗の抵抗値を大きくすると、電流検出用抵抗の両端
に発生する電圧が大きくなるために差動増幅器の増幅率
を小さくすることができて、差動増幅器のオフセット電
圧及び増幅率の経年変化等の影響を小さくして電流値を
安定に検出できることが知られている。しかしながらこ
の抵抗値を大きくすると、電流検出用抵抗における電圧
降下が大きくなって、二次電池の出力を有効に利用でき
ないという問題が発生するため、従来から電流検出用抵
抗の抵抗値はできるだけ小さい値が用いられている。

【０００４】図４は、充放電電流検出回路と測定及び演
算回路を有し、残存容量を計算及び出力する機能を有し
た電池パックにおいて、従来用いられている二次電池の
充放電電流検出装置の回路の一例を示している。図４に
おいて、二次電池を複数個直並列に接続して構成される
組電池１の−端子はそのまま電池パックの−出力端子に
接続され、組電池１の＋端子と電池パック＋端子との間
には、直列に電流検出用抵抗２が挿入されている。そし
て抵抗２の両端電圧には、抵抗３，４，５及び６とオペ
アンプ７で構成される差動増幅器８で差動増幅され、マ
イクロコンピュータ１７のＡ／Ｄ変換入力に接続され
る。差動増幅器８の非反転入力端子には電圧源９が接続
されている。この電圧源９は、差動増幅器８の出力電圧
をマイクロコンピュータ１７においてＡ／Ｄ変換するた
めに必要である。すなわち電圧源９の電圧は、組電池１
に充放電電流が流れていない状態で、マイクロコンピュ
ータ１７のＡ／Ｄ変換入力がＡ／Ｄ変換範囲の中点付近
となるように設定されている。この例ではマイクロコン
ピュータ１７の動作電圧が５Ｖであり、Ａ／Ｄ変換入力
電圧が２．５Ｖのときに充放電電流が０の状態になる。
組電池１から放電電流が流れるとＡ／Ｄ変換電圧は５Ｖ
方向に増加し、組電池１に充電電流が流れるとＡ／Ｄ変
換入力が２．５Ｖから０Ｖ方向に減少する。

【０００５】この例ではマイクロコンピュータ１７が一
定時間毎に周期的にＡ／Ｄ変換を行って電流値を演算
し、演算した電流値を積算して残存容量の計算と出力動
作を行う。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
従来の充放電電流検出方法及び装置では以下の課題を有
している。

【０００７】第１の課題は、パルス状の放電電流の測定
精度である。実際の用途、例えばノート型パーソナルコ
ンピュータ等では放電電流にパルス電流が含まれている
場合が多い。特に、最近の高速動作を行うＣＰＵ搭載品
では、ＣＰＵの発熱を抑えるためにＣＰＵのクロック周
波数の制御を高速で切り替えている場合が多い。その場
合、ＣＰＵの消費電流はクロック周波数に比例するため
に、負荷電流即ち放電電流にパルス成分が含まれること
になる。従来の装置では、１００ｍｓ〜５００ｍｓ間隔
で充放電電流を測定して積算している場合が多い。しか
しながらパルス状の放電電流が通電されるときに、この
１００ｍｓ〜５００ｍｓ間隔で測定した電流値を積算し
て残存容量を計算すると、計算結果と実際の値とに大き
な誤差が生じる。これを防止するために測定時間間隔を
更に短くすることが考えられるが、これを実行するため
にはマイクロコンピュータ１７を高速で動作させる必要
があり、装置の価格が高価になるだけでなく、消費電流
が大きくなってしまい実際的ではなかった。

【０００８】また第２の課題は、電流検出回路の安定度
である。特に差動増幅部はオペアンプであるためオフセ
ット電流，オフセット電圧の温度変化と経年変化の影響
を受けて出力電圧が変動して誤差となってしまう。特に
電流積算方式で残存容量を求める場合に、充放電電流が
０である付近で電流の演算に大きな誤差があると、充放
電電流がほぼ０であるにもかかわらず充電あるいは放電
電流が流れたと計測されて残存容量が積算されてしまい
誤差となる。これは電池が未使用状態で長期間放置され
る場合には積算値が無視できない値となるために問題で
ある。

【０００９】第３の課題は、Ａ／Ｄ変換器のビット数で
ある。Ａ／Ｄ変換器としては、８〜１２ビット程度のも
のが使用される場合が多いが、コストの点からは低ビッ
トのものが有利である。特にマイクロコンピュータ内蔵
のものは８〜１０ビット程度のものが多く、これを使用
すればコストは下げられる。しかし、低ビットのものを
使用した場合には、電流測定値の分解能が下がるため
に、分解能以下の電流は測定することができず、また積
算ができない。実際のノート型パソコンではパソコンの
未使用時においても、電池パック回路の消費電流以外に
微少電流がパソコン本体に供給される場合が多く、この
電流を検出して積算できないと残存容量の誤差となって
しまう可能性が多い。

【００１０】本発明の目的は、上記各課題を解決するこ
とができる二次電池の充放電電流検出方法及び装置並び
に二次電池の残存容量検出方法を提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明は、まず二次電池
に電流検出用抵抗を直列に接続し、この電流検出用抵抗
の両端電圧を差動増幅器を用いて差動増幅し、差動増幅
器の出力電圧に基づいてマイクロコンピュータにより二
次電池の充電電流と放電電流量とを演算により求める二
次電池の充放電電流検出方法を改良の対象とする。そし
て本発明においては、差動増幅器の出力を積分し且つ周
期的にリセット（初期化）されるアナログ積分器を差動
増幅器とマイクロコンピュータとの間に設ける。そして
この周期的にリセットされるアナログ積分器を用いて差
動増幅器の出力を積分し、このアナログ積分器のリセッ
ト直前の積分電圧に基づいてマイクロコンピュータによ
り二次電池の充電電流及び放電電流を演算する。ここで
アナログ積分器をリセットする周期を、予想されるパル
ス状の電流の発生周期よりも長くしておかなければなら
ないとは勿論である。アナログ積分器は、リセットされ
るまで差動増幅器の出力をすべて積分するため、放電電
流がパルス状であっても、パルス状の放電電流に比例し
た電流値の検出が可能になる。その上、アナログ積分器
を周期的にリセットするため、アナログ積分器の分解能
を高くすることができる。マイクロコンピュータは、例
えば、リセット時におけるアナログ積分器の積分電圧を
内蔵するＡ／Ｄ変換器によりデジタル信号に変換する。
そしてこの変換した値から電流値がゼロのときの積分電
圧の変換値を減算し、その値を積分時間と電流検出用抵
抗の抵抗値とで割った値がその積分時間における平均電
流値となる。放電時にこの平均電流値を積算して放電開
始前の容量から減算すれば残存容量を求めることができ
る。また充電時には、この平均電流値を積算した値を充
電開始前の容量に加算して残存容量とする。このように
して前述の第１の課題が解決される。

【００１２】また差動増幅器を構成するオペアンプのオ
フセット電流，オフセット電圧の温度変化と経年変化の
影響を受けて出力電圧が変動して発生する誤差を補正す
るためには、アナログ積分器をリセットする周期よりも
十分に長い周期でアナログ積分器の積分動作時間に相当
する所定時間だけ電流検出用抵抗を短絡する短絡回路を
設ける。そしてマイクロコンピュータは、短絡回路が電
流検出用抵抗を短絡している期間中のアナログ積分器の
積分電圧を放電電流及び充電電流がゼロのときの積分電
圧として、次に短絡動作を行うまでの間アナログ積分器
の積分電圧からこの放電電流及び充電電流がゼロのとき
の積分電圧を減算し、この値に基づいて放電電流及び充
電電流の演算をする。このようにすると差動増幅器のオ
フセット電流，オフセット電圧が温度あるいは経年変化
等で変化しても、一定時間毎に差動増幅器の入力を短絡
しているときの積分電圧、つまり充放電電流が０のとき
の積分電圧でアナログ積分器の出力が補正されるため、
充放電電流が０付近の検出電流を安定して測定すること
ができ、第２の課題が解決される。

【００１３】第３の課題である、低ビットのＡ／Ｄコン
バータで誤差が生じるという問題点に対しては、アナロ
グ積分器の出力電圧の測定値がある設定値範囲であれば
積分電圧の初期化（アナログ積分器のリセット）を行わ
ずに積分動作を継続することにより対応する。具体的に
は、リセット直前のアナログ積分器の積分電圧が予め定
めた値を超えるときには、アナログ積分器をリセットす
る周期を通常の周期とし、リセット直前の積分電圧が予
め定めた値を超えないときには、アナログ積分器をリセ
ットする周期を前記通常の周期よりも長くする。なおア
ナログ積分器をリセットするリセット信号をマイクロコ
ンピュータから出力する場合には、マイクロコンピュー
タは、積分電圧が予め定めた値を超えるときには、通常
の周期でリセット信号を出力し、積分電圧が予め定めた
値を超えないときには、通常の周期よりも長い周期でリ
セット信号を出力するようにする。

【００１４】このようにアナログ積分器のリセット周期
を長くすると（言い換えると積分時間を長くすると）、
微少電流の場合は積分時間が延長されてアナログ積分器
の出力電圧が高くなり、マイクロコンピュータで低ビッ
トのＡ／Ｄコンバータを用いても微少電流の測定が可能
である。なお、この場合の測定値は積分時間が長くなる
ので、積分器の出力電圧を正規の積分時間に対する実際
の積分時間の比で除算することで真の測定電流とするこ
とができる。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下図面を参照して本発明の実施
の形態の一例を詳細に説明する。図１は、本発明の二次
電池の充放電電流検出方法を実施する装置の一例の回路
図である。図１において、二次電池を複数個直並列に接
続して構成される組電池１の−端子はそのまま電池パッ
クの−出力端子に接続され、組電池１の＋端子と電池パ
ック＋端子との間には、直列に電流検出用抵抗２が挿入
されている。そして抵抗２の両端電圧には、抵抗３，
４，５及び６とオペアンプ７で構成される差動増幅器８
で差動増幅され、マイクロコンピュータ１７のＡ／Ｄ変
換入力に接続される。差動増幅器８の非反転入力端子に
は電圧源９が接続されている。ここまでの構成は図４に
示す従来の装置と同一である。

【００１６】本発明の異なる点は、差動増幅器８の出力
とマイクロコンピュータ１７との間に、抵抗１０，オペ
アンプ１１，コンデンサ１２及びスイッチ１３〜１５で
構成されるアナログ積分器１６が接続されている点と、
マイクロコンピュータ１７でスイッチ１３〜１５が制御
されてアナログ積分器１６が周期的にリセットされ、ア
ナログ積分器１６の出力電圧（積分電圧）に基づいて二
次電池１の充電電流及び放電電流を演算する点である。
なお電圧源９，差動増幅器８，アナログ積分器１６及び
マイクロコンピュータ１７の電源は、電池１である。し
たがって電池１が完全に放電するまでは、この装置は電
流の測定動作及び残存容量の演算を繰り返し実行する。

【００１７】アナログ積分器１６の構成を以下に説明す
る。充放電電流は、電流検出用抵抗２の両端電圧として
電圧に変換され、差動増幅器８で電圧源９を基準電圧と
する電圧信号に変換される。そしてこの電圧信号は、ア
ナログ積分器１６の非反転入力端子に入力される。アナ
ログ積分器１６では、オペアンプ１１の出力がスイッチ
１５，コンデンサ１２を通じて反転入力端子に接続さ
れ、また反転入力端子は抵抗１０を通じて基準電圧源９
に接続されている。抵抗１０とコンデンサ１２にはそれ
ぞれ並列にスイッチ１３とスイッチ１４が接続されてい
る。オペアンプ１１の出力はスイッチ１５を通じてマイ
クロコンピュータ１７に内蔵されたＡ／Ｄ変換器への入
力端子を構成するＡ／Ｄ変換入力に接続されている。マ
イクロコンピュータ１７の出力ポートの出力端子からの
制御指令に応じてスイッチ１３〜１５が開閉制御され
る。なおスイッチ１３〜１５は、マイクロコンピュータ
１７から出力される制御指令に応じて開閉するものであ
ればいかなる構造でもよく、例えば電磁スイッチやトラ
ンジスタ等の半導体スイッチでもよい。スイッチ１３及
び１４は、マイクロコンピュータ１７から周期的に（例
えば５００ｍｓごとに）出力される積分電圧測定指令と
リセット指令に応じて、時間間隔をあけてオン（閉）状
態となり、最終的にアナログ積分器１６をリセット（初
期化）する［この例ではコンデンサ１２の端子電圧が電
圧源９の電圧になるまで放電する］。図２のタイムチャ
ートに示されるように、積分電圧測定のためにスイッチ
１３が先にオン状態となり、後からリセットのためにス
イッチ１４がオン状態となる。このときスイッチ１５は
オフ（開）状態にある。放電が完了した後にスイッチ１
３及び１４がともにオフ状態となり、スイッチ１５がオ
ン状態になると、コンデンサ１２は再び充電可能な状態
となる。この状態で、アナログ積分器１６のコンデンサ
１２は差動増幅器８の出力で充電される。

【００１８】本発明では、マイクロコンピュータ１７に
よりアナログ積分器１６の積分電圧に基づいて二次電池
１の充電電流及び放電電流を演算し、残留容量を演算す
るため、マイクロコンピュータ１７を駆動するソフトウ
エアは図４の従来の装置で用いるソフトウエアとは構成
が異なるものである。

【００１９】次に、アナログ積分器１６の動作を説明す
る。電流検出用抵抗２に充電電流または放電電流が流れ
ているときに、マイクロコンピュータ１７からの積分指
令により、スイッチ１３とスイッチ１４がオフ状態とな
り、スイッチ１５がオン状態になっているとき、即ち積
分動作時には、オペアンプ１１の出力がコンデンサ１２
を通じて反転入力端子に接続されるフィードバックルー
プが形成される。オペアンプ１１の反転入力端子には、
抵抗１０が接続されており、非反転入力端子には差動増
幅器８の出力が接続されているので、基準電圧源９から
の電圧を基準電圧として差動増幅器８からの入力電圧に
比例した電流がコンデンサ１２に流れてコンデンサ１２
が充電されて電流が積分される。

【００２０】マイクロコンピュータ１７から周期的に出
力される積分電圧測定指令により、まずスイッチ１５が
オフ状態となり、スイッチ１４がオフ状態を維持し、更
にスイッチ１３がオン状態になる。このときコンデンサ
１２には充電電流が流れなくなり且つオペアンプ１１の
反転入力端子側が基準電圧源９に直接接続される。従っ
てアナログ積分器１６の出力電圧即ち積分電圧は基準電
圧源９の電圧とコンデンサ１２の両端電圧の和となり、
電流を積分した積分電圧が出力される。この積分電圧
は、マイクロコンピュータ１７のＡ／Ｄ変換入力に入力
されてＡ／Ｄ変換され、この積分電圧に基づいて放電電
流または充電電流が演算される。

【００２１】アナログ積分器１６をリセット（初期化）
する場合には、スイッチ１５がオフ状態を維持しスイッ
チ１３がオン状態を維持した状態で、１４がオン状態と
なってコンデンサ１２に蓄積された電荷を放電させる。
これによりコンデンサ１２に蓄積された電荷がゼロにな
る。以上の動作を繰り返して積分動作、積分電圧の測定
動作、リセット動作が繰り返し行われる。

【００２２】ここでアナログ積分器１６をリセットする
周期は、予想されるパルス状の電流の発生周期よりも長
くしておかなければならない。具体的には、５００ｍｓ
以上が好ましい。アナログ積分器１６は、リセットされ
るまで差動増幅器８の出力電流をすべて積分するため、
放電電流がパルス状であっても、パルス状の放電電流に
比例した電流値の検出が可能になる。マイクロコンピュ
ータ１７は、例えば、リセット直前のアナログ積分器１
６の積分電圧を内蔵するＡ／Ｄ変換器によりデジタル信
号に変換する。そしてこの変換した値から電流値がゼロ
のときの積分電圧の変換値を減算し、その値を積分時間
（スイッチ１５がオン状態になってからオフ状態になる
までの時間）と電流検出用抵抗２の抵抗値とで割って、
積分時間における平均電流値を求める。負荷への放電時
にこの平均電流値を放電電流として逐次積算して放電開
始前の容量から減算すれば残存容量を求めることができ
る。また電池１の充電時には、この平均電流値を積算し
た値を充電開始前の容量に加算して残存容量とする。マ
イクロコンピュータ１７は、この演算動作を実行するた
めのソフトウエアに基づいて動作している。

【００２３】図１の実施の形態の動作のタイムチャート
は図２に示す通りであり、図２（Ａ）〜（Ｃ）は、マイ
クロンピュータ１７から出力されるスイッチ１３，１４
及び１５の制御指令であり、図２（Ｄ）は電流検出用抵
抗２を流れる放電電流及び充電電流であり、図２（Ｅ）
はアナログ積分器１６の出力電圧である。電池１から負
荷に放電電流が流れているときには、電圧源９の基準電
圧２．５Ｖからマイクロコンピュータ１７の電源電圧で
ある５Ｖに向かってアナログ積分器１６の出力電圧が上
昇し、電池１を充電しているときには、電圧源９の基準
電圧２．５Ｖから０Ｖに向かってアナログ積分器１６の
出力電圧が減少する。図２のタイムチャートは、放電か
ら充電に切り替わるときの状態を示すものである。

【００２４】実際に図１の放電電流検出装置と、図４に
示した従来の充放電電流検出装置を用いて検出特性を比
較した。いずれの検出装置も放電電流５．１２Ａから充
電電流５．１２Ａの電流を０Ｖから５Ｖの電圧に変換す
るように差動増幅器８を構成し、またマイクロコンピュ
ータ１７に１０ビットのＡ／Ｄコンバータを内蔵して電
流を測定するようにした。従って、Ａ／Ｄコンバータ測
定電圧２．５Ｖ（１６進数で２００ｈ）が充放電電流０
Ａ、放電電流５．１１ＡがＡ／Ｄコンバータ測定電圧
４．９９５Ｖ（１６進数で３ＦＦｈ）、充電電流５．１
２ＡがＡ／Ｄコンバータ測定電圧０Ｖ（１６進数で００
０ｈ）と計測される。電流の分解能は１０ｍＡである。

【００２５】そして図４の従来の充放電電流検出装置で
は、５００ｍｓ毎に電流を測定するようにし、また図１
の充放電電流検出装置でも５００ｍｓ毎にアナログ積分
器１６のリセットを行って積分電圧を測定した。実際に
通電したパルス電流は、５００ｍｓの周期で、５Ａの放
電電流を１０ｍｓから５００ｍｓ通電するようにした。
５００ｍｓ通電の場合は、パルス電流ではなく連続通電
である。

【００２６】図１の充放電電流検出装置でこのパルス電
流を測定した結果を表１に示す。表に示されるように、
パルス幅が１０ｍｓから５００ｍｓの連続通電まで誤差
が少なく測定可能であった。

【００２７】

【表１】これに対して従来の充放電電流検出回装置測定した結果
を表２に示す。

【００２８】

【表２】表２に示されるように、電流が測定できたのは５００ｍ
ｓ通電の場合のみであり、他は０Ａと測定された。この
原因は、電流測定時つまりＡ／Ｄコンバータで測定時に
電流が通電されていないためである。このように、単に
一定時間毎に電流を測定する従来の充放電電流検出装置
では、パルス電流を測定した場合に大きな誤差となり、
本発明が解決しようとする第１の課題に対する本発明の
充放電電流検出装置の有効性が確認できた。

【００２９】図３は、本発明の方法の他の実施の形態を
実施するための充放電電流検出装置の回路図を示してい
る。この実施の形態は、本発明が解決しようとする前述
の第２の課題、すなわち充放電電流検出装置の安定度を
改善するものである。図３に示される回路では、図１と
比べてスイッチ１８が追加されている点が相違する。こ
のスイッチ１８も、マイクロコンピュータ１７でオン・
オフが制御される。スイッチ１８は一定時間毎に差動増
幅器８の非反転入力端子側を反転入力端子側と接触して
電流検出用抵抗２を短絡する短絡回路を構成する。この
短絡期間中におけるアナログ積分器１６の積分電圧は放
電電流及び充電電流がゼロの状態を示す基準となる。ス
イッチ１８をオン状態にして電流検出用抵抗２を短絡す
る周期は、アナログ積分器１６をリセットする周期より
も十分に長い周期、例えば１時間に１回の周期で行うよ
うにする。そしてスイッチ１８をオン状態に維持する期
間即ち短絡期間は、アナログ積分器１６の積分動作時間
に相当する所定時間（スイッチ１５がオン状態になって
からオフ状態になるまでの時間）とする。マイクロコン
ピュータ１７は、スイッチ１８が電流検出用抵抗２を短
絡している期間中のアナログ積分器１６の積分電圧を放
電電流及び充電電流がゼロのときの積分電圧として、次
に短絡動作を行うまでの間アナログ積分器１６の積分電
圧からこの放電電流及び充電電流がゼロのときの積分電
圧を減算し、この値に基づいて放電電流及び充電電流の
演算をする。このようにすると差動増幅器８のオフセッ
ト電流，オフセット電圧が温度あるいは経年変化等で変
化しても、一定時間毎に差動増幅器８の入力を短絡した
ときの電圧、つまり充放電電流が０のときの出力電圧で
積分器８の出力が補正されるため、充放電電流が０付近
の検出電流を安定して測定することができ、前述の第２
の課題が解決される。この実施例のマイクロコンピュー
タ１７を駆動するソフトウエアは、１時間に１回スイッ
チ１８をオン状態とし、このときの積分電圧をメモリに
記憶してメモリ値を更新し、この記憶した（更新した）
積分電圧をスイッチ１８をオフ状態にしているときに短
い周期で測定する積分電圧から毎回減算する演算を実行
するルーチンを含むように構成されている。その他の点
は、図１の装置で用いるソフトウエアと同じである。

【００３０】図３の装置と図１の装置を用いて、５０℃
の温度で１週間電池の放置試験を行い、残存容量計算値
の変化を測定した。その結果、図１に示した装置では、
電流検出誤差が生じて、１週間の放置で１６８０ｍＡｈ
の残存容量が減少したことになったが、図３に示す装置
では１週間の放置で１２０ｍＡｈの残存容量の減少にと
どまっていた。これは、５０℃の温度で電流０Ａのとき
のマイクロコンピュータ１７のＡ／Ｄコンバータ入力電
圧がずれるため、図１の装置では誤差が生じて放電電流
が流れたと測定され、残存容量が減算されたためであ
る。これに対して図３の装置では電流０ＡのＡ／Ｄコン
バータ入力電圧がずれても、１時間に１回電流０Ａの電
圧を測定して補正するために誤差が少なくなった。

【００３１】次に、本発明が解決しようとする第３の課
題、すなわちマイクロコンピュータ１７に内蔵するＡ／
Ｄコンバータが低いビットの場合でも、微少電流の測定
を可能とする方法の実施の形態について説明する。この
方法の実施の形態を実施する場合の装置は、図１及び図
３のいずれの回路構成を有していてもよく、マイクロコ
ンピュータ１７を駆動するソフトウエアを変更すること
により、この実施の形態は実施可能である。この実施の
形態では、アナログ積分器１６の出力電圧が設定値範囲
であれば積分電圧の初期化（リセット）を行わずに積分
動作を継続する。具体的には、リセット直前のアナログ
積分器１６の積分電圧が予め定めた値（例えば２．７４
４Ｖ以上あるいは２．５５９Ｖ以下）を超えるときに
は、アナログ積分器１６をリセットする周期を通常の周
期とする。そしてリセット直前の積分電圧が前述の予め
定めた値を超えないときには、測定電流が微小電流であ
ると判断してアナログ積分器１６をリセットする周期
（積分動作時間）を前記通常の周期（積分動作時間）よ
りも長くする。これを実現するためには、マイクロコン
ピュータ１７を駆動するソフトウエアを、積分電圧を前
述の予め定めた値と毎回比較し、積分電圧が予め定めた
値を超えるときには、通常の周期でリセット信号を出力
し、積分電圧が予め定めた値を超えないときには、通常
の周期よりも長い周期でリセット信号を出力するように
構成すればよい。このようにアナログ積分器１６のリセ
ット周期（積分動作時間）を長くすると、微少電流の場
合は積分時間が延長されてアナログ積分器１６の出力電
圧が高くなり、マイクロコンピュータで低ビットのＡ／
Ｄコンバータを用いても微少電流の測定が可能になる。
なお、この場合の測定値は積分時間が長くなるので、ア
ナログ積分器１６の出力電圧を正規の積分時間に対する
実際の積分時間の比で除算することで真の測定電流とす
ることができる。

【００３２】具体的には、図１で示した充放電電流検出
装置で５００ｍｓ毎に測定した電流測定値が±０．５０
Ａ（積分電圧が２．７４４Ｖ〜２．５５９Ｖ）以内の場
合は、次回からの電流測定と積分動作を５００ｍｓ毎に
行うのではなく、５ｓ毎に行うようにした。５ｓ毎の測
定値は、アナログ積分器１６での積分時間が５００ｍｓ
の１０倍であるため、測定値を１０分の１倍にすること
で真値に変換できる。従って±０．５０Ａ以内の微小充
放電電流は１ｍＡ以内の分解能とすることができ、残存
容量の測定誤差を小さくすることができる。実際にこの
定数で設定した場合、３ｍＡの放電電流を２４時間通電
した場合、低電流で５ｓ毎の積分動作を行うプログラム
では７２ｍＡｈの残存容量の変化であったが、０．５ｓ
毎の積分動作では０ｍＡｈの残存容量変化で誤差が生じ
てしまい、本発明の有効性が確認できた。なお、５ｓ毎
の電流測定で測定値がＡ／Ｄ変換入力電圧をオーバーす
る場合（積分電圧が０Ｖ以下あるいは４．９９５Ｖ以上
となる場合）には、アナログ積分器１６のリセット周期
すなわち積分時間を０．５ｓ毎に戻して測定すればよ
い。

【００３３】上述のように、上記実施の形態に係る二次
電池の充放電電流検出方法及び装置では、アナログ積分
器１６を用いて充放電電流に比例する電流を積分するよ
うにしたため、負荷にパルス電流が流れても正確に平均
電流として測定できるので、残存容量の計算等で電流値
を積算する場合でも正確に計算できる。

【００３４】また、一定周期毎にスイッチ１８をオン状
態にして電流検出用抵抗２を短絡して積分動作を１周期
行い、その測定値で測定電流を補正するようにしたた
め、温度や経年変化で増幅器の特性が変わった場合でも
正確に０点補正ができ、電池が放置中でも正確に電流積
算で残存容量の計算ができる。

【００３５】さらに、測定値がある範囲内では積分動作
の初期化を行わないようにすれば、小さい電流でもアナ
ログ積分器１６の電圧は大きくなるため、マイクロコン
ピュータで低ビットのＡ／Ｄコンバータを用いて測定を
行っても正確に電流測定が可能である。

【００３６】

【発明の効果】本発明によれば、アナログ積分器がリセ
ットされるまでに差動増幅器から出力される電流を積分
し、アナログ積分器の積分電圧に基づいて充放電電流値
を検出するため、放電電流がパルス状であっても、パル
ス状の放電電流に比例した電流値の検出が可能になり、
残存容量の計算等で電流値を積算する場合でも正確に計
算できる利点がある。

【００３７】また差動増幅器のオフセット電流，オフセ
ット電圧が温度あるいは経年変化等で変化しても、一定
時間毎に差動増幅器の入力を短絡したときの積分電圧、
つまり充放電電流が０のときの積分電圧でアナログ積分
器の出力を補正すると、充放電電流が０付近の検出電流
を安定して測定することができる利点がある。

【００３８】更に微小電流を測定する場合に、アナログ
積分器のリセット周期を長くすると（積分時間を長くす
ると）、アナログ積分器の出力電圧が高くなり、マイク
ロコンピュータで低ビットのＡ／Ｄコンバータを用いて
も微少電流の測定が可能になる利点がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る二次電池の充放電電流検出装置の
実施の形態の一例の構成を示す回路図である。

【図２】図１の充放電電流検出装置の動作を説明するタ
イムチャート図である。

【図３】本発明に係る二次電池の充放電電流検出装置の
他の実施の形態の一例の構成を示す回路図である。

【図４】従来の充放電電流検出装置の構成を示す回路図
である。

【符号の説明】

１組電池（二次電池）２電流検出用抵抗３，４，５，６抵抗７オペアンプ８差動増幅器９基準電圧源１０抵抗１１オペアンプ１２コンデンサ１３，１４，１５スイッチ１６アナログ積分器１７マイクロコンピュータ１８スイッチ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】二次電池に電流検出用抵抗を直列に接続
し、前記電流検出用抵抗の両端電圧を差動増幅器を用い
て差動増幅し、前記差動増幅器の出力電圧に基づいてマ
イクロコンピュータにより前記二次電池の充電電流と放
電電流量とを演算により求める二次電池の充放電電流検
出方法であって、周期的にリセットされるアナログ積分器を用いて前記差
動増幅器の出力を積分し、前記マイクロコンピュータにより前記アナログ積分器の
リセット直前の積分電圧に基づいて前記二次電池の充電
電流及び放電電流を演算することを特徴とする二次電池
の充放電電流検出方法。
【請求項２】前記アナログ積分器をリセットする周期
よりも十分に長い周期で少なくとも前記アナログ積分器
の積分動作時間に相当する所定時間だけ前記電流検出用
抵抗を短絡し、この短絡期間中における前記アナログ積
分器の前記積分電圧を前記放電電流及び充電電流がゼロ
のときの積分電圧とし、次に短絡動作を行うまで前記ア
ナログ積分器の前記積分電圧から前記放電電流及び充電
電流がゼロのときの積分電圧を減算した値に基づいて前
記マイクロコンピュータは前記放電電流及び充電電流の
演算をすることを特徴とする請求項２に記載の二次電池
の充放電電流検出方法。
【請求項３】前記積分電圧が予め定めた値を超えると
きには、前記アナログ積分器をリセットする周期を通常
の周期とし、前記積分電圧が前記予め定めた値を超えないときには、
前記アナログ積分器をリセットする周期を前記通常の周
期よりも長くすることを特徴とする請求項１または２に
記載の二次電池の充放電電流検出方法。
【請求項４】二次電池に直列に接続された電流検出用
抵抗と、前記電流検出用抵抗の両端電圧を差動増幅する
差動増幅器と、前記差動増幅器の出力に基づいて前記二
次電池の充電電流及び放電電流を演算するマイクロコン
ピュータとからなる二次電池の充放電電流量検出装置で
あって、前記差動増幅器の出力を積分し且つ周期的にリセットさ
れるアナログ積分器が前記差動増幅器と前記マイクロコ
ンピュータとの間に設けられ、前記マイクロコンピュータが前記アナログ積分器がリセ
ットされる直前の積分電圧に基づいて前記二次電池の充
電電流及び放電電流を演算することを特徴とする二次電
池の充放電電流検出装置。
【請求項５】前記アナログ積分器をリセットする周期
よりも十分に長い周期で前記アナログ積分器の積分動作
時間に相当する所定時間だけ前記電流検出用抵抗を短絡
する短絡回路を更に備え、前記マイクロコンピュータは、前記短絡回路が前記電流
検出用抵抗を短絡している期間中の前記アナログ積分器
の前記積分電圧を前記放電電流及び充電電流がゼロのと
きの積分電圧として、次に短絡動作を行うまで前記アナ
ログ積分器の前記積分電圧から前記放電電流及び充電電
流がゼロのときの積分電圧を減算した値に基づいて前記
放電電流及び充電電流の演算をすることを特徴とする請
求項４に記載の二次電池の充放電電流検出装置。
【請求項６】前記アナログ積分器をリセットするリセ
ット信号を前記マイクロコンピュータから出力するよう
にし、前記マイクロコンピュータは、前記積分電圧が予め定め
た値を超えるときには、通常の周期で前記リセット信号
を出力し、前記積分電圧が前記予め定めた値を超えない
ときには、前記通常の周期よりも長い周期で前記リセッ
ト信号を出力することを特徴とする請求項４または５に
記載の二次電池の充放電電流検出装置。
【請求項７】二次電池に電流検出用抵抗を直列に接続
し、前記電流検出用抵抗の両端電圧を差動増幅器を用い
て差動増幅し、前記差動増幅器の出力に基づいてマイク
ロコンピュータにより放電量と充電量とを演算して前記
二次電池の残存容量を検出する二次電池の残存容量検出
方法であって、周期的にリセットされるアナログ積分器を用いて前記差
動増幅器の出力を積分し、前記マイクロコンピュータにより、前記アナログ積分器
のリセット直前の積分電圧に基づいて前記二次電池の充
電電流及び放電電流を演算し、その演算結果に基づいて
残存容量を検出することを特徴とする二次電池の残存容
量検出方法。
【請求項８】前記アナログ積分器をリセットする周期
よりも十分に長い周期で少なくとも前記アナログ積分器
の積分動作時間に相当する所定時間だけ前記電流検出用
抵抗を短絡し、この短絡期間中における前記アナログ積
分器の前記積分電圧を前記放電電流及び充電電流がゼロ
のときの積分電圧とし、次に短絡動作を行うまで前記ア
ナログ積分器の前記積分電圧から前記放電電流及び充電
電流がゼロのときの積分電圧を減算した値に基づいて前
記マイクロコンピュータは前記放電電流及び充電電流の
演算をすることを特徴とする請求項７に記載の二次電池
の残存容量検出方法。
【請求項９】前記積分電圧が予め定めた値を超えると
きには、前記アナログ積分器をリセットする周期を通常
の周期とし、前記積分電圧が前記予め定めた値を超えないときには、
前記アナログ積分器をリセットする周期を前記通常の周
期よりも長くすることを特徴とする請求項７または８に
記載の二次電池の残存容量検出方法。