JPH1172544A

JPH1172544A - 二次電池の残存容量の監視方法および監視装置

Info

Publication number: JPH1172544A
Application number: JP10162319A
Authority: JP
Inventors: Katsuo Yamada; 克夫山田; Fumiaki Nakao; 文昭中尾; Toshikazu Urata; 敏和浦田; Tomoyuki Akatani; 知行赤谷; Tomotsugu Ota; 智嗣大田; Tetsuya Suzuki; 徹也鈴木; Kazunari Suzuki; 一成鈴木
Original assignee: FDK Corp
Current assignee: FDK Corp
Priority date: 1997-06-20
Filing date: 1998-06-10
Publication date: 1999-03-16

Abstract

(57)【要約】【課題】複雑な演算処理を必要とせずに精度の良い残
存容量の検知を行う。【解決手段】充電放電電流ｉに基づいて行う二次電池
１の残存容量の監視方法である。二次電池１の充放電電
流ｉをそれぞれ単位電流に区切って逐次静電容量に換算
すると共に、換算された一定容量を積算して総充放電容
量を算出する。そして、算出した総充電容量と総放電容
量より二次電池１の残存容量を算出する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、高精度な残存容量
の検知が行える二次電池の残存容量の監視方法および監
視装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、電池の残存容量を算出する方
法として、電流積算法が知られており、特に、複数の二
次電池を収納した電池パックなどにおいては、収納した
二次電池を効率的に使用するため、上記方法により常時
電池の残存容量が監視されている。

【０００３】図１０は、上述の電流積算法による二次電
池の残存容量の算出方法を示すブロック図であって、二
次電池２１と、二次電池２１の充放電電流ｉを検出する
電流検出抵抗２２と、前記二次電池２１の残存容量を算
出するための演算処理部２３で構成されている。なお、
この二次電池２１の出力端子に充電装置若しくは負荷装
置２４が接続される。

【０００４】一般的に、電池の容量は電流と時間の積で
表すことができる。そこで、図示するように、充電装置
若しくは負荷装置２４を接続した時の充放電電流ｉを電
流検出抵抗２２により所定時間Δｔ毎に区切り電圧Ｖと
して検出し（サンプリング）、検出された電圧値を演算
処理部２３（例えば、マイクロプロセッサ）にて電流値
に変換すると共に、この電流値を時間積算（図中、斜線
部分の面積：Σ（充放電電流ｉ×時間Δｔ））すること
によって総静電容量が算出できる。

【０００５】したがって、充電電流の時間積算で求めた
放電可能容量から放電電流の時間積算で求めた放電容量
を差し引くことにより、二次電池の残存容量を求めるこ
とができる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
た従来方式では、電流検出抵抗２２の電圧降下を逐次電
流値に換算すると共に、換算された電流値を時間Δｔ毎
に積算していくための高速演算処理を伴うことから、こ
れに対応できる高価なマイクロプロセッサが必要であ
り、そのためコスト高となった。

【０００７】また、検出した電圧値を電流値にデジタル
変換する際に使用されるＡ／Ｄ変換器（図示しないが、
例えばマイクロプロセッサに内蔵）の性能によっては充
放電電流ｉの検出可能範囲が限定されることとなり、容
量算出のための演算処理の精度に限界が生じた。

【０００８】さらには、放電時に接続される負荷装置２
４が間欠放電となるパルス負荷である場合、電流サンプ
リングの際のエイリアシングを防止して高精度な電流検
出を実現するため、パルス電流の周波数に応じたサンプ
リング周期（即ち、前記した時間Δｔ）を設定する必要
があり、そのため制御形態も複雑となった。

【０００９】本発明は、安価で、且つ複雑な演算処理を
必要とせずに高精度な残存容量の検知を行える二次電池
の残存容量の監視方法および監視装置を提供することを
目的としている。

【００１０】

【課題を解決するための手段】即ち、請求項１に記載の
本発明では、充放電電流（ｉ）に基づいて行う二次電池
（１）の残存容量の監視方法において、二次電池（１）
の充放電電流（ｉ）をそれぞれ単位電流量に区切って逐
次静電容量に換算すると共に、換算された一定容量を積
算して総充放電容量を算出し、これら算出した総充放電
容量より電池の残存容量を算出することを特徴としてい
る。

【００１１】また、請求項２に記載の本発明では、一定
時間内における前記単位電流量の積算値より平均充放電
電流を算出し、当該平均充放電電流を基に前記残存容量
を残りの充放電時間に換算することを特徴としている。

【００１２】また、請求項３に記載の本発明では、充放
電電流（ｉ）に基づく二次電池（１）の残存容量の監視
装置（２０）において、充放電電流（ｉ）により発生し
た電流検出抵抗（５）の電圧降下（Ｖｉｎ）を入力とし
て、所定の時定数で積分出力（Ｖｏｕｔ）を発生する電
流積分回路部（２）と、この電流積分回路部（２）の積
分出力（Ｖｏｕｔ）を検知し、所定電圧で前記電流積分
回路部（２）をリセットするリセット回路部（３）と、
このリセット回路部（３）のリセット回数をカウント
し、そのカウント結果より求めた総充放電容量より電池
の残存容量を算出するカウンタ部（４）とで構成される
ことを特徴としている。

【００１３】また、請求項４に記載の本発明では、前記
電流検出抵抗（５）を充放電電流（ｉ）の供給側の電流
経路（１５）に直列に設けたことを特徴としている。

【００１４】また、請求項５に記載の本発明では、前記
カウンタ部（４）は、前記リセット回路部（３）の充電
時のリセット信号Ｓ１および放電時のリセット信号Ｓ２
を監視し、当該リセット信号（Ｓ１）とリセット信号
（Ｓ２）の発生が入れ替わった時、電池の充電開始ある
いは放電開始を認識することを特徴としている。

【００１５】また、請求項６に記載の本発明では、前記
カウンタ部（４）は、前記リセット回路部（３）の充電
時のリセット信号Ｓ１および放電時のリセット信号Ｓ２
の発生を監視し、当該リセット信号（Ｓ１）あるいはリ
セット信号（Ｓ２）が所定時間発生しない時、電池の放
置状態を認識することを特徴としている。

【００１６】さらに、請求項７に記載の本発明では、
前記カウンタ部（４）は、電池電圧が所定値以下に降下
した時、保存されている残存容量データをクリアするこ
とを特徴としている。

【００１７】

【発明の実施の形態】図１および図２は本発明に係る二
次電池の残存容量の監視装置を備えた電池パックの基本
構成を示すブロック図である。

【００１８】まず、図１に基づいて電池パックの構成を
説明すれば、本電池パックは、素電池Ｂが複数個直列に
連結させた二次電池１と、この二次電池１の残存容量を
監視する監視装置２０とを備えて成り、この監視装置２
０は電流積分回路部２、およびリセット回路部３、およ
びカウンタ部４より構成されている。

【００１９】前記電流積分回路部２は、二次電池の充放
電電流をコンデンサの充放電によって容量に換算する
（即ち、積分する）回路であって、ＧＮＤ側の電流経路
１６（あるいは、電源側の電流経路１５）に直列に接続
された電流検出抵抗５と、前記した積分用のコンデンサ
７と、前記電流検出抵抗５の一端が入力端子に接続され
ると共に、この入力端子と出力端子の間に前記コンデン
サ７が接続された演算増幅器６（ＯＰアンプ）とで構成
されている。なお、図中の８はＯＰアンプ６の出力基準
（バイアス電圧Ｖｂ）を設定するためのバイアス用電源
である。

【００２０】前記リセット回路部３は、電流積分回路部
２の積分出力Ｖｏｕｔ、（即ち、コンデンサ７の電圧）
を監視し、所定の電圧に達した時、電流積分回路部２の
出力（即ち、コンデンサ７の充電容量）をリセットする
回路であって、ＯＰアンプ６の出力電圧を検出する電圧
比較器１０および電圧比較器１１と、コンデンサ７に並
列に接続されて、これら電圧比較器１０、１１から出力
されるリセット信号Ｓ１あるいはリセット信号Ｓ２の何
れかにて作動する双方向スイッチ９とで構成されてい
る。

【００２１】前記カウンタ部４は、前記リセット回路部
３から出力するリセット信号Ｓ１ならびにリセット信号
２の数をカウントし、そのカウント結果（即ち、総充電
容量と総放電容量）の増減によって二次電池１の残存容
量を算出する回路であって、前記電圧比較器１０からの
リセット信号Ｓ１をカウントする充電カウント手段１２
および前記電圧比較器１１からのリセット信号Ｓ２をカ
ウントする放電カウント手段１３と、これらのカウント
結果に基づいての残存容量を算出する演算処理手段１４
とを有する、例えばマイクロプロセッサ（以後、マイコ
ンと呼ぶ）で構成されている。

【００２２】また、図２の電池パックの基本構成を示す
ブロック図では、図１において前記電流検出抵抗５がＧ
ＮＤ側（即ち、充放電電流ｉの戻り側）の電流経路１６
に直列に接続されているのに対し、前記電流検出抵抗５
が電源側（即ち、充放電電流ｉの供給側）の電流経路１
５に接続されている点が相違するだけである。

【００２３】次に、電流積分回路部２、およびリセット
回路部３、およびカウンタ部４の各々の動作について説
明する。

【００２４】まず、前記電流積分回路部２について説明
すれば、上記構成の電流積分回路部２は、充放電電流ｉ
によって電流検出抵抗５に発生する電圧降下の向き（即
ち、電流の方向）と、大きさ（即ち、電流の大きさ）を
反映した積分出力Ｖｏｕｔを発生させることができる。

【００２５】図３に示す電流積分回路において、上記積
分出力Ｖｏｕｔ、即ちコンデンサ７の電圧は式１で示さ
れる。

【式１】Ｖｏｕｔ＝１／ＣＲ×∫Ｖｉｎ・ｄｔＣ：コンデンサ７の静電容量Ｒ：積分定数用の抵抗Ｖｉｎ：電流検出抵抗５における電圧降下ｔ：コンデンサが充電、若しくは放電される時間

【００２６】したがって、コンデンサ７の出力電圧Ｖｏ
ｕｔの範囲を適宜設定すれば、電圧降下Ｖｉｎ（換言す
れば、二次電池１の充放電電流ｉ）によって変化するの
はコンデンサ７の充放電時間ｔのみとなる積分回路を構
成することができる。

【００２７】図４に上記した電流積分回路の動作を示
す。図４（ａ）〜（ｃ）は、それぞれ充放電電流ｉ（即
ち、Ｖｉｎ）の向きと大きさに対する積分出力（Ｖｏｕ
ｔ）を示すものであって、（ａ）は充電電流をＡとした
時の充電時の積分出力、（ｂ）は充電電流を２Ａとした
時の充電時の積分出力、そして（ｃ）は放電電流をＡと
した時の放電時の積分出力である。

【００２８】本図によれば、コンデンサ７の充電（又は
放電）時間ｔは充放電電流ｉの大きさに応じて変化し
（例えば、充放電電流が２倍になると充放電時間は１／
２になる）、この時コンデンサ７に蓄えられる静電容量
は常に一定である。即ち、本構成によって充放電電流ｉ
を静電容量に換算（積分）することができる。

【００２９】次に、前記リセット回路部３の動作を説明
すれば、前記電圧比較器１０は二次電池１の充電時の積
分出力Ｖｏｕｔを監視するものであって、その検知電圧
はバイアス電源８によって設定された出力基準となるバ
イアス電圧Ｖｂよりプラス側の所定電圧ＶｃＨに設定さ
れている。また、前記電圧比較器１１は二次電池１の放
電時の積分出力Ｖｏｕｔを監視するものであって、その
検知電圧は前記バイアス電圧Ｖｂよりマイナス側の所定
電圧ＶｃＬに設定されている。

【００３０】図５はリセット回路部３の動作を示すタイ
ミングチャートである。図示するように、二次電池１の
充電が開始されると、積分出力Ｖｏｕｔ、即ちコンデン
サ７の電圧は充電電流ｉの向きと大きさに応じた所定の
時定数で出力基準Ｖｂから上昇する。出力電圧がＶｃＨ
に達すると、電圧比較器１０が作動し、その出力がＬか
らＨに反転してリセット信号Ｓ１が出力され、双方向ス
イッチ９をオン状態にする。双方向スイッチ９のオンに
よってコンデンサ７は短絡状態とされ、前記ＯＰアンプ
６が電圧フォロア形態をとるため、その出力Ｖｏｕｔは
出力基準Ｖｂまで変化（降下）する。この短絡動作によ
って出力Ｖｏｕｔが電圧比較器１０の動作設定電圧以下
に低下すると、リセット信号Ｓ１はＨからＬに反転し、
双方向スイッチ９はオフ状態に復帰する。この際、検知
電圧レベル付近における電圧比較器１０作動時の出力チ
ャッタを防止するため、コンデンサ７の電圧Ｖｏｕｔが
出力基準Ｖｂに降下するまで電圧比較器１０のリセット
信号Ｓ１がＨ状態を維持するように電圧比較器１０のオ
ン／オフ動作にヒステリシス特性を持たせている（例え
ば、後述する図８および図９の実施形態に示すように、
電圧比較器ＩＣ２、ＩＣ３に抵抗Ｒ３、Ｒ４による帰還
回路を形成する）。この間、もう一方の電圧比較器１１
の出力はＬに維持されているため、双方向スイッチ９の
動作（即ち、コンデンサ７の短絡動作）に影響はない。

【００３１】次に、二次電池１の放電が開始されると、
積分出力Ｖｏｕｔは放電電流ｉに応じた所定の時定数で
出力基準Ｖｂから降下する。電圧がＶｃＬに達すると、
電圧比較器１１が作動してその出力をＬからＨに反転さ
せてリセット信号Ｓ２を出力し、双方向スイッチ９をオ
ン状態にする。双方向スイッチ９のオンにより、前記し
た充電時の場合と同様にコンデンサ７は短絡状態とな
り、積分出力Ｖｏｕｔは出力基準Ｖｂに変化（上昇）す
る。積分出力Ｖｏｕｔが出力基準Ｖｂに上昇すると電圧
比較器１１の出力はＨからＬに反転し、双方向スイッチ
７はオフ状態に復帰する。この間、前記電圧比較器１０
の出力はＬに維持されているため、コンデンサ７の短絡
動作に何ら影響しない。また、電圧比較器１１も電圧比
較器１０と同様に出力特性にヒステリシスをもたせるこ
とで、電圧比較器１１作動の出力チャッタを防止してい
る。

【００３２】なお、双方向スイッチ９によるコンデンサ
７の短絡時間ｔ２（即ち、リセット時間）は、コンデン
サ７の充放電時間ｔ１に対して十分小さくなるように設
定されているため（例えば、充放電時間ｔ１を約１秒に
設定した場合のリセット時間ｔ２は数マイクロ秒であ
る）、リセットによる容量の算出誤差は完全に無視でき
るものである。

【００３３】さらに、前記カウンタ部４の動作を説明す
れば、図６は上記カウンタ部４の動作を示すタイミン
グチャートである。図示するように、二次電池１の充電
時は電圧比較器１０からのリセット信号Ｓ１が発生し、
充電カウント手段１２はこのリセット信号Ｓ１をカウン
トする。リセット信号Ｓ１が発生するのは、前記電流積
分回路部２のコンデンサ７に一定容量が充電された時な
ので、演算処理手段１４は残存容量（例えば、図示しな
い容量カウンタに保存されている現充電カウント数）に
一定容量（充電カウント手段１２のカウント値）を加算
して残存容量を算出する。

【００３４】一方、二次電池１の放電が開始されると、
電圧比較器１１からのリセット信号Ｓ２が発生し、放電
カウント手段１３はこのリセット信号Ｓ２をカウントす
る。この時、充電カウント手段１２のカウント値はクリ
アされる。

【００３５】充電時と同様、リセット信号Ｓ２が発生す
るのは、コンデンサ７より一定容量が放電された時なの
で、演算処理手段１４は容量カウンタの現残存容量から
一定容量（放電カウント手段１３のカウント値）を減算
して残存容量を算出する。

【００３６】再度、二次電池１の充電が開始されると、
充電カウント手段１２は電圧比較器１０からのリセット
信号Ｓ１を受けてカウント０からカウントアップ動作を
開始する。同時に、前記放電カウンタ手段１３のカウン
ト値はクリアされる。

【００３７】また、二次電池の電圧が所定値以下（放電
下限電圧以下）に降下した時、すなわち負荷への電力供
給が停止された時、保存されている残存容量データを０
にすることにより、従来問題となっていた環境温度や充
放電サイクル等に起因する算出残存容量の蓄積誤差を無
くすことができる。

【００３８】係る制御は、従来装置に内蔵の保護回路Ｉ
Ｃ（過充電・過放電防止回路）からの検出出力を利用
し、これを前記カウンタ部４のマイコンが検知すること
により処理・実効されるものである。

【００３９】図１０，図１１はその一実施形態を示す回
路図と動作タイムチャートである。図中、１６は二次電
池１の電圧をセルＢ単位で監視する保護ＩＣ、１７は前
記保護ＩＣの過放電検出出力ＵＶにより放電電流を遮断
する過放電防止スイッチ、１８は過充電検出出力ＯＶに
より充電電流を遮断する過充電防止スイッチである。ま
た、カウンタ部４は、充電カウント手段１２，放電カウ
ント手段１３，演算処理手段１４を備えたマイコンによ
り構成されており、その演算処理部１４に算出した残存
容量データを保存するための容量カウンタ（図示せず）
を有している。

【００４０】図１０は、前記保護ＩＣ１６からのパワー
フェイル出力ＰＦ（放電下限電圧検出信号）を利用した
例、図１１は、過放電検出出力ＵＶを利用した例であっ
て、何れの場合も、これらの検出出力ＰＦ，ＵＶが前記
マイコンの割込端子ＩＮＴに入力され、これにより発生
する割込処理において、前記容量カウンタに保存されて
いる残存容量データが０にクリアされる。

【００４１】以上が各部の詳細な動作説明であって、図
７にこれらにより構成される本監視装置２０の一連の動
作を示した。

【００４２】このように、コンデンサ７の充電（又は、
放電）時間は充電（放電）電流ｉに応じて変化し、コン
デンサ７に蓄えられる電荷量は常に一定である。従っ
て、コンデンサ７が充電（又は放電）された回数をカウ
ントすることにより、二次電池１の残存容量を容易に且
つ正確に算出することができる。

【００４３】しかも、上記リセット信号数のカウントは
単純なバイナリカウント処理であって、特別な高速演算
処理は必要としないため、従来方式のような高価なマイ
クロプロセッサは不要である。

【００４４】また、接続する負荷装置がパルス負荷であ
っても、コンデンサ７の充電（又は放電）時間が変化す
るだけでこの負荷形態が何ら容量監視制御に影響するこ
とは無く、従来方式のようなエイリアシング防止のため
の複雑な制御は必要ない。

【００４５】また、積分定数（図３の抵抗Ｒおよびコン
デンサ７）、あるいはコンデンサ７の出力検知範囲はア
ナログ的に調整できるため、設定する単位積分量をより
細かなものにすることで、より高精度の容量監視が実現
できる。

【００４６】また、図２の実施形態のように電流積分回
路部２の電流検出抵抗５を電源側の電流経路１５に設け
た構成とすると、図１の実施形態のように電流検出抵抗
５をＧＮＤ側の電流経路１６に設けた場合に生ずるよう
な電流検出抵抗５の電圧降下によるグランドレベルの変
動を極力抑制することができ、よって、電池パックのＧ
ＮＤレベルを確実に０Ｖに固定できるようになる。従っ
て、上記構成であれば、電池パックと負荷装置の間でデ
ータ授受を行う場合などのノイズマージンを大幅に改善
でき、安定したデータ授受動作を実現することができ
る。

【００４７】図８および図９は本電池パックの具体的な
電子回路の一実施形態を示すものであって、図８は図１
に対応した電子回路図、図９は図２に対応した電子回路
図である。何れの場合も、二次電池１、電流積分回路部
２、リセット回路部３、カウンタ部４で構成されてお
り、Ｒ１は電流検出抵抗、ＩＣ１はＯＰアンプ、Ｃ１は
積分用のコンデンサ、Ｑ１は双方向スイッチとしてのＦ
ＥＴトランジスタ、ＩＣ２およびＩＣ３は電圧比較器を
構成するコンパレータである。

【００４８】ところで、既述したように、積分回路部２
より発生する１回のリセット信号で二次電池１に供給ま
たは取り出される電荷の量（すなわち、単位充放電電流
量）は常に一定であるから、所定時間内に発生した充電
時のリセット信号Ｓ１または放電時のリセット信号Ｓ２
の回数をカウントすることにより、負荷の変動に関係な
く二次電池１に供給された（または取り出された）電荷
の量が算出できる。

【００４９】したがって、この所定時間内に発生したカ
ウント回数から次式２を用いて充放時の平均電電流を算
出することができる。

【式２】平均電流（Ａ）＝積分定数／（所定カウント時
間）×（リセット信号のカウント数）

【００５０】尚、ここで、積分定数とは、前記電流積分
回路部２の前記コンデンサ７の容量Ｃと前記電流検出抵
抗５の抵抗値Ｒと前記コンデンサ７の出力電圧Ｖｏｕｔ
から求められる定数である。

【００５１】したがって、前記演算処理部１４にて算出
した残存容量は上式２で算出した平均電流を使用して残
りの充電時間もしくは残りの放電時間（すなわち、電池
の充放電可能時間）に換算・表示することが可能とな
る。

【００５２】上記方法は、負荷電流を抵抗により電圧変
換し、そのＡ／Ｄ変換値より平均電流値を算出していた
従来技術に比べ、高価なＡ／Ｄ変換器を必要とせず安価
なマイクロプロセッサで実現できる点と、パルス負荷の
ように負荷変動の多い使用目的においても十分精度の高
い容量算出が可能である点で優れている。

【００５３】図１３のフローチャートに基づいて上記し
た残り充放電時間の算出処理の一実施形態を説明する。
この処理は前記カウンタ部４を構成するマイコンにより
実行されるものである。

【００５４】本実施形態では、上記算出処理が所定時間
（例えば、本実施形態では６秒間）のインターバル・タ
イマ割込にて発生するものとする。そして、この間、図
１２（ａ）、（ｂ）に示す別の処理ルーチンにおいて、
ぞれぞれ、リセット信号Ｓ１，Ｓ２を割込要因ＩＲＱ
０，ＩＲＱ１とする割込処理により、充電時あるいは放
電時のフラグセット・リセット処理（充電フラグおよび
放電フラグ）に加え、前記カウンタ部４の動作で述べた
充電カウント手段１２および放電カウント手段１３によ
るリセット信号Ｓ１，Ｓ２のカウント処理と、これらカ
ウント結果に基づく容量カウンタの加減処理が実行され
ている。

【００５５】前記した６秒間毎のタイマ割込が発生する
と、まず、ステップ１１で割込要因をクリアし（例え
ば、割込タイマをリセットする）、ステップ１２でフラ
グにより充放電の状態が判定される。充電フラグがオン
であれば、ステップ１３で別ルーチンで算出された充電
カウンタ値に基づき、式２により６秒間積算された単位
充電電流量から平均充電電流値が算出される。但し、本
実施形態では、算出式に用いる積分乗数値を３６０とし
た。次に、ステップ１４で上記算出の平均充電電流値と
容量カウンタの残存容量値より記述の算出式に基づいて
残りの充電時間が算出される。

【００５６】一方、ステップ１５で放電フラグのオンが
確認されると、ステップ１６で放電カウンタ値が参照さ
れて、式２により平均放電電流値が算出される。次に、
ステップ１７で算出した平均放電電流値と容量カウンタ
の残存容量値より、記述の算出式により、残りの放電時
間が算出される。

【００５７】また、平均電流を監視することにより、上
述の残りの充放電時間の算出の他、電池パックの充・放
電状態、換言すれば、放置状態を検知することも可能で
ある。

【００５８】従来は、負荷装置や充電器が接続されてい
ることを検出するため、電池パックに接続端子を設け、
この接続端子より検出される電圧変化より接続の有無を
検出していたのに対し、本実施形態ではこのような外部
信号によらず、電池パック内蔵の容量監視装置２０で発
生する前記リセット信号Ｓ１，Ｓ２より負荷の接続を検
知する構成であり、従来ような接続端子や検出回路は不
要であるから、電池パックの状態検知が安価に且つ容易
に実現できる。

【００５９】以下、図１４のフローチャートに基づき、
その一実施形態を説明する。係る処理も、またカウンタ
部４を構成するマイコンにより実行されるものである。

【００６０】本処理は、前記残りの充放電時間の算出処
理と同様に、例えば６秒毎に発生するタイマ割込要因に
て発生し、逐次実行されるものとする。この間、図１２
（ａ）、（ｂ）に示す別の処理ルーチンにおいて、充放
電時のフラグセット・リセット処理、リセット信号Ｓ
１，Ｓ２のカウント処理、これらカウント結果による容
量カウンタの加減処理が逐次実行されている。

【００６１】タイマ割込が発生すると、まず、ステップ
２１で割込要因がクリアされ、ステップ２２で充電カウ
ンタの値がチェックされる。もし、電池パックに充電器
が接続されて充電中であれば、図１２（ａ）のタイマ割
込処理１にて充電カウンタが更新されていて充電カウン
タは０でないからタイマ割込処理１を抜ける。また、充
電カウンタ値が０であれば充電中でないと判断され、ス
テップ２３で放電カウンタの値がチェックされる。この
時、負荷装置が接続されて放電中であれば、図１２
（ｂ）のタイマ処理２にて放電カウンタが更新されてい
て充電カウンタ値は０とならないから、タイマ割込処理
２を抜ける。放電カウンタ値が０であれば、電池パック
は充電中でも放電中でもない放置された状態にあると判
断され、ステップ２４で放置時間を監視する放置カウン
タを更新する。この放置状態が所定時間を越えても解消
されない場合、余分な電力消費を防止するため、マイコ
ンはステップ２６にてスリープモード（低消費モード）
に移行する。

【００６２】また、図１２の割込処理において、割込要
因が入れ替わった時を検出することで、充電と放電の開
始時期を認識することも可能である。

【００６３】すなわち、割込要因がＩＲＱ０からＩＲＱ
１に変わった時、放電開始と判断でき、また、割込要因
がＩＲＱ１からＩＲＱ０に変わった時、充電開始と判断
することができる。

【００６４】上記方法は、従来のように充電器や負荷装
置間で充放電信号の授受を行う必要はなく、内部の容量
監視装置２０より発生する信号を利用して行うため、検
出回路や信号授受用の端子等を設ける必要はない。

【００６５】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１に記載の
本発明によれば、二次電池の残存容量は充放電電流を一
定容量に換算し、その積算値より算出するようにしたの
で、従来のような複雑で且つ高速の演算処理が不要とな
り、しかも、パルス負荷にも確実に対応できるので、高
精度な残存容量の監視が実現できる。

【００６６】また、請求項２に記載の本発明によれば、
所定時間内における単位電流量の積算値より平均充放電
電流を算出し、これを基に前記残存容量を残りの充放電
時間に換算するようにしたので、例えば、パルス負荷の
ように負荷変動が多い使用目的であっても、残りの充放
電時間を正確に算出できる。

【００６７】また、請求項３に記載の本発明では、残存
容量の監視装置は充放電電流を一定容量に積分する電流
積分回路部と、一定容量で積分出力をリセットするリセ
ット回路部と、リセットの際のリセット信号数をカウン
トするカウンタ部とで構成したから、残存容量の算出は
上記リセット信号を単にカウントするための安価なマイ
クロプロセッサの使用によって実現でき、コストダウン
が可能となる。

【００６８】また、パルス負荷の場合はコンデンサの充
放電時間が変化するだけで容量監視の制御形態に何ら影
響することは無く、従来方式のようなエイリアシング防
止のための複雑な制御は必要ない。従って、パルス負荷
への対応は極めて容易であり、高精度の容量監視が可能
となる。

【００６９】しかも、本構成であれば、上記電流積分回
路の時定数やその出力範囲をアナログ的に調整できるた
め、設定する単位積分量をより細かなものにすること
で、より高精度の容量監視が簡単に実現できる。

【００７０】また、請求項４に記載の本発明によれば、
充放電電流を検知する電流検出抵抗を電流供給側経路に
設けることにより、充放電電流によるグランドレベルの
変動を無くすことができる。その結果、電池パックと負
荷装置のと間でデータ授受を行う際のノイズマージンが
大幅に改善され、安定したデータ授受動作を行うことが
できるようになる。

【００７１】また、請求項５に記載の本発明によれば、
前記リセット回路部の充電時のリセット信号Ｓ１および
放電時のリセット信号Ｓ２を監視し、これらリセット信
号の発生が入れ替わった時、電池の充放電の開始を認識
するように構成したので、従来のように充電器や負荷装
置間で充放電信号を授受する必要はなく、そのための検
出回路や信号授受用の端子が不要となり回路構成を簡略
化できるため、コストダウンが可能となる。

【００７２】また、請求項６に記載の本発明によれば、
前記リセット回路部の充電時のリセット信号および放電
時のリセット信号の発生を監視し、これらリセット信号
が所定時間発生しない時、電池の放置状態を認識するよ
うに構成したので、従来のような状態検知のための接続
端子や検出回路（例えば、電圧変化を検知するためのＡ
／Ｄ変換器等）が不要となり回路構成を簡略化できるた
め、コストダウンが可能となる。また、電池放置状態が
確認されたとき、マイコンを低消費モードに移行するこ
とによって電池放置時の電力消費を削減でき、電池エネ
ルギーの有効活用が可能となる。

【００７３】さらに、請求項７に記載の本発明では、電
池電圧が所定値以下に降下した時、保存されている残存
容量データをクリアするように構成したので、従来問題
となっていた環境温度や充放電サイクル等に起因する残
存容量の蓄積誤差を無くすことができる。しかも、従来
より内蔵の過放電防止回路の検知出力を利用することで
本発明のために新たな回路を追加することなく、上記電
池電圧の低下を検知できるからコストアップにならな
い。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る二次電池の残存容量の監視装置を
備えた電池パックの基本構成を示すブロック図である。

【図２】同、図１とは別の電池パックの基本構成を示す
ブロック図である。

【図３】電流積分回路を示す図である。

【図４】電流積分回路の動作を示す図である。

【図５】リセット回路部の動作を示す図である。

【図６】カウンタ部の動作を示す図である。

【図７】本発明に係る二次電池の残存容量の監視装置の
一連の動作を示すタイミングチャートである。

【図８】図１の基本構成に対応した具体的な電子回路の
一実施形態である。

【図９】図２の基本構成に対応した具体的な電子回路の
一実施形態である。

【図１０】電池パック内蔵の保護回路とマイクロプロセ
ッサとの接続を示す回路図とその動作を示すタイムチャ
ートである。

【図１１】電池パック内蔵の保護回路とマイクロプロセ
ッサとの接続を示す図１０とは別の回路図とその動作を
示すタイムチャートである。

【図１２】リセット信号による割込処理を示すフローチ
ャートで、（ａ）は充電時の割込処理、（ｂ）は放電時
の割込処理を示す。

【図１３】電池の残り充放電時間を算出するフローチャ
ートである。

【図１４】電池の放置状態を検出するフローチャートで
ある。

【図１５】従来の電流積算法による二次電池の残存容量
の積算方法を示すブロック図である。

【符号の説明】

１二次電池２電流積分回路部３リセット回路部４カウンタ部５電流検出抵抗１５電流経路２０残存容量の監視装置ｉ充放電電流Ｓ１，Ｓ２リセット信号Ｖｉｎ電流検出抵抗の電圧降下Ｖｏｕｔ積分出力

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者赤谷知行東京都港区新橋５丁目36番11号富士電気化学株式会社内 (72)発明者大田智嗣東京都港区新橋５丁目36番11号富士電気化学株式会社内 (72)発明者鈴木徹也東京都港区新橋５丁目36番11号富士電気化学株式会社内 (72)発明者鈴木一成東京都港区新橋５丁目36番11号富士電気化学株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】充放電電流（ｉ）に基づいて行う二次電池
（１）の残存容量の監視方法において、二次電池（１）の充放電電流（ｉ）をそれぞれ単位電流
量に区切って逐次静電容量に換算すると共に、換算され
た一定容量を積算して総充放電容量を算出し、これら算
出した総充放電容量より電池の残存容量を算出すること
を特徴とする二次電池の残存容量の監視方法。
【請求項２】所定時間内における前記単位電流量の積
算値より平均充放電電流を算出し、当該平均充放電電流
を基に前記残存容量を残りの充放電時間に換算すること
を特徴とする請求項１に記載の二次電池の残存容量の監
視方法。
【請求項３】充放電電流（ｉ）に基づく二次電池
（１）の残存容量の監視装置（２０）において、充放電電流（ｉ）により発生した電流検出抵抗（５）の
電圧降下（Ｖｉｎ）を入力として、所定の時定数で積分
出力（Ｖｏｕｔ）を発生する電流積分回路部（２）と、この電流積分回路部（２）の積分出力（Ｖｏｕｔ）を検
知し、所定電圧で前記電流積分回路部（２）をリセット
するリセット回路部（３）と、このリセット回路部（３）のリセット回数をカウント
し、そのカウント結果より求めた総充放電容量より電池
の残存容量を算出するカウンタ部（４）とで構成される
ことを特徴とする二次電池の残存容量の監視装置。
【請求項４】前記電流検出抵抗（５）を充放電電流
（ｉ）の供給側の電流経路（１５）に直列に設けたこと
を特徴とする請求項３に記載の二次電池の残存容量の監
視装置。
【請求項５】前記カウンタ部（４）は、前記リセット
回路部（３）の充電時のリセット信号Ｓ１および放電時
のリセット信号Ｓ２を監視し、当該リセット信号（Ｓ
１）とリセット信号（Ｓ２）の発生が入れ替わった時、
電池の充電開始あるいは放電開始を認識することを特徴
とする請求項３、または請求項４の何れかに記載の二次
電池の残存容量の監視装置。
【請求項６】前記カウンタ部（４）は、前記リセット
回路部（３）の充電時のリセット信号Ｓ１および放電時
のリセット信号Ｓ２の発生を監視し、当該リセット信号
（Ｓ１）あるいはリセット信号（Ｓ２）が所定時間発生
しない時、電池の放置状態を認識することを特徴とする
請求項３から請求項５までの何れかに記載の二次電池の
残存容量の監視装置。
【請求項７】前記カウンタ部（４）は、電池電圧が所
定値以下に降下した時、保存されている残存容量データ
をクリアすることを特徴とする請求項３から請求項６ま
での何れかに記載の二次電池の残存容量の監視装置。