JPWO2008069046A1 - 電子機器、電池、および電池残量表示方法 - Google Patents
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Abstract
本発明は、残容量情報を含む電池情報を出力可能なバッテリマイコン2を備えたバッテリ1の、残量表示を行うことができる電子機器であって、バッテリマイコン2から電池情報を取得し、電池情報に基づきバッテリ1の実際の残容量である残容量実力値を算出する本体マイコン4と、本体マイコン4からの制御によりバッテリ1の残量表示を行う表示部5とを備え、本体マイコン4は、残容量実力値から、バッテリ1が有する個体差である補正余裕値を減算して残容量補正値を算出し、残容量補正値が補正余裕値以下の領域において残量表示をゼロにするよう表示部5を制御する。これにより、実時間の経過に対して残容量表示値が正しく減少する電子機器を提供することができる。
Description
本発明は、電池残量を表示することができる機能を備えた電子機器及び電池に関する。また、電子機器または電池に残量表示を行うことができる電池残量表示方法に関する。
近年、デジタルカメラやビデオカメラなどのバッテリで動作する電子機器には、バッテリの残量表示機能が付いていることが多い。バッテリの残量表示は、電子機器に搭載されている液晶モニタに、バッテリの残量に応じて形態を変えるマークを表示するもの、バッテリの残量に基づいて算出した使用可能時間を表示するものがある。バッテリ残量を使用可能時間で表示する機能の場合、バッテリに対する充放電時における電流を積算して、その電流積算値に基づき使用可能時間を算出する。しかし、このような算出方法では電流積算値と実際のバッテリの残容量との間に誤差があることが多く、その誤差によって、算出した使用可能時間と、実際のバッテリ残量での使用可能時間との間に、誤差が発生することが多い。特許文献1には、電流積算の技術を使い、積算誤差を電圧から導くバッテリの残容量で補正する技術が開示されている。
図8は、バッテリ残量表示機能付き電子機器の一例を示す。図8に示すように、バッテリ21は、バッテリマイコン22が内蔵されている。バッテリマイコン22は、バッテリ内の情報を処理する。電子機器23は、デジタルカメラやビデオカメラなどのようにバッテリからの給電により駆動する機器であり、本構成ではビデオカメラを一例として挙げる。また、電子機器23は、本体マイコン24が内蔵されている。本体マイコン24は、バッテリマイコン22から通信ラインを介してバッテリ21に関する情報を取得し、バッテリ21の使用可能時間を計算する。表示制御部26は、本体マイコン24で実施した残量計算の結果を格納し、その残量計算の結果に基づき表示部25に残量表示を行うよう制御する。表示部25は、表示制御部26からの制御により少なくとも残量計算の結果を表示する。その表示形態としては、例えば使用可能時間を数値(分)で表示する。
図9Aは、バッテリ21の充電時における電流積算容量値の時間変化を示す。図9Bは、バッテリ21の放電時における電流積算容量値の時間変化を示す。図9A及び図9Bにおいて、縦軸は電流積算容量値で、横軸は時間の経過を表す。一定電流でバッテリ21を充電した場合には、図9Aに示すように電流積算容量値は時間の経過に正比例して増加し、満充電状態に到達すると充電器等からの制御により充電動作を停止する。一方、一定電流でバッテリ21を放電した場合には、図9Bに示すように電流積算容量値は、時間の経過に反比例して減少する。バッテリマイコン22は、バッテリ21が完全放電状態になると、電子機器23に対して電源OFFを行うよう命令する。電子機器23は、バッテリ21からの命令に基づき、動作を停止するよう制御する。これにより、バッテリ21の電流積算容量の消費を停止し、過放電を防止する。
通常、電流積算容量を使う方法は、バッテリ21に単位時間に流れ込む電流、または、バッテリ21から単位時間に流れ出る電流を常に監視して容量を求める。すなわち、充電時は、バッテリ21のセルに単位時間に流れ込む電流(mA)を、電流積算容量(mAh)に単位時間ごとに順次加算し、電流積算容量の増加を管理する。また、放電時は、バッテリ21のセルから単位時間に流れ出る電流(mA)を、電流積算容量(mAh)から単位時間ごとに順次減算し、電流積算容量の減少を管理する。
ところが、測定時の電流の検出精度と、測定時の単位時間の精度とは、電子機器23で使用する電気部品のバラツキ、周囲温度の変化、自己発熱による温度上昇等の影響を受け、電流の検出精度及び単位時間の精度の高低に応じて、充電と放電とを繰り返す過程で徐々に誤差が累積する。従って、電流積算容量を用いてバッテリ21の残量表示を行う際には、累積する誤差を補正することが必要である。
そこで、特許文献1には、電流積算の技術を適用し分単位のバッテリ残量表示を行う際に、累積誤差を補正する方法が開示されている。特許文献1に開示されている方法は、電池電圧の変化が急峻な部分において電池電圧と残容量との相関が高いことを利用して、電流積算で発生する積算誤差を、電池電圧の変化から求めた残容量で補正するものである。
図10Bに示すように、例えばリチウムイオンバッテリなどのように、電池電圧の放電カーブ全域にわたり比較的フラットな電圧カーブの特性を示す電池において、残容量が例えば50%程度の時(図10Bにおけるタイミングt82)の電圧の変化はフラットであるため、電圧値と容量値との相関を求めることは難しく、電圧値で残容量値を測定することを精度良く行い難い。ところが、残容量がゼロに近い時では、電圧の変化が急峻(図10Bにおけるタイミングt83)となるため、電圧値と容量値の間に高い相関がある。つまり、この急峻な領域では電圧が決まるとその電圧を示すときの残容量値(mAh)も精度良く求まる。この場合、タイミングt83の前後では、バッテリ21の電圧値が求まればその電圧値の時の残容量値(mAh)も精度よく求まることになる。
この特性を利用して、残容量がゼロに近い部分の電圧値に達したところで、その時点での電流積算容量値(mAh)を電圧値から求まる残容量値(mAh)に置き換えることにより、電流積算により累積した誤差を解消し、電流積算容量値(mAh)の補正を行うことができる。
特開平5−87896号公報
しかしながら上記の構成では、バッテリを放電していく過程(特に、残容量が少なくなった時)において電流積算容量値の補正を行うため、補正を行ったタイミング近傍において表示部25に表示される値(使用可能時間)が、実時間の経過に対して不連続になる現象が発生する。つまり、実時間が経過するのに対して表示部25に表示される値が減少しない現象(以下、足踏み現象と称す)や、表示部25に表示される値が実時間の経過に対して突然不連続に大きく減少する現象(以下、飛び現象と称す)が発生する。図10Aにおいて、矢印Z1が通常の一定比率で減少していく変化方向、矢印Z2が足踏み現象発生時の変化方向、矢印Z3が飛び現象発生時の変化方向である。
これは、バッテリ21の残容量が少なくなった時に、それまで積算してきた電流積算容量値(mAh)を用いて計算し表示していた値を、電圧値から求めた残容量値(mAh)により計算で求めた値に置き換えて、誤差の補正を実施した時、この補正により電流積算容量値(mAh)が理想値(理想値とは、実際にバッテリが保有している残電流容量)に近づく過程で、残量表示値の不連続が発生する。この様子を、図11A及び図11Bに示す。この図を参照して電流積算容量値(mAh)の誤差補正による表示値の変化の方向の違いによる補正の方法の違いを説明する。
図11A及び図11Bにおいて、C11は表示部25に表示される残容量表示値、C12は実際の残容量である残容量実力値である。一例として、電流積算容量値が初期値の10%になるまで低下したタイミングt91において、残容量表示値の補正を行う場合を示している。
図11Aに示すように、残容量表示値C11よりも残容量実力値C12の方が高い場合、タイミングt91において、バッテリ21を放電させる時間が経過しても表示部25に表示されている値が減らない足踏み現象が発生する。また、図11Bに示すように、残容量表示値C11が残容量実力値C12よりも低い場合、タイミングt91において残容量表示値を補正した瞬間に、急激に表示部25に表示されている残容量表示値が減少する飛び現象が発生する。つまり、図11A及び図11Bに示すように電流積算容量値が10%になるまで低下した時に残容量表示値を補正すると、電流積算容量値(mAh)と電圧値から求めた残容量値(mAh)とが同一でない限り、必ず足踏み現象または飛び現象が発生する。
従来の電子機器では、バッテリに充電した総電流積算容量を全て使い切ることを最優先にしており、残容量表示を行う中で、放電の終盤の付近で電圧による誤差補正を行うために発生する足踏み現象や飛び現象は、システム上で必ず発生していた。
しかしながら、これらの現象は、電子機器を使用するユーザーにとっては、バッテリの残量表示に対する信頼を大きく損なうこととなる。具体的には、残容量表示値が滑らかに低下し、電子機器の使用者がバッテリの交換時期だと認識したにも拘わらず、突然、残容量表示値が、実時間の経過に比例して減少しない足踏み現象が生じたり、電子機器の使用者が残容量表示値上ではもう少し継続して使用できると認識していたにも拘わらず、急に残容量表示値がゼロまたはゼロに近い値を示して電子機器の動作が停止してしまう飛び現象を生じたりする。そのような足踏み現象または飛び現象が度々発生すると、残容量表示値がある程度低下(上述の例では10%前後)した時に使用者に対して不安感を与えてしまう。使用者は、電子機器が使用中に突然動作を停止してしまうことを避けるため、使用中のバッテリにまだ残容量があるにもかかわらず、充電済みの予備のバッテリと交換してしまうこととなる。その結果、せっかく分単位の残量表示を採用しているにも拘わらず、バッテリの全ての残容量を使い切ることはほとんど無く、バッテリの持っている容量を生かし切れないという課題がある。
本発明の目的は、実時間の経過に対して残容量表示値が正しく減少する電子機器、電池、および電池残量表示方法を提供することである。
本発明の電子機器は、残容量情報を含む電池情報を出力可能な電池制御部を備えた電池の、残量表示を行うことができる電子機器であって、前記電池制御部から前記電池情報を取得し、前記電池情報に基づき前記電池の実際の残容量である残容量実力値を算出する本体制御部と、前記本体制御部からの制御により前記電池の残量表示を行う表示部とを備え、前記本体制御部は、前記残容量実力値から、前記電池が有する個体差である補正余裕値を減算して残容量補正値を算出し、前記残容量補正値が前記補正余裕値以下の領域において残量表示をゼロにするよう前記表示部を制御するものである。
本発明の電池は、電池残量表示が可能な電子機器に接続可能な電池であって、残容量情報を含む電池情報を出力可能な電池制御部を備え、前記電池制御部は、前記電池情報に基づき当該電池の実際の残容量である残容量実力値を算出可能であり、前記残容量実力値から、当該電池が有する個体差である補正余裕値を減算して残容量補正値を算出し、前記残容量補正値が前記補正余裕値以下の領域において、前記電子機器における残量表示をゼロにするよう制御するものである。
本発明の電池残量表示方法は、残容量情報を含む電池情報を出力可能な電池制御部を備えた電池の、残量表示を行うことができる電池残量表示方法であって、前記電池制御部から前記電池情報を取得し、前記電池情報に基づき前記電池の実際の残容量である残容量実力値を算出し、前記残容量実力値から、前記電池が有する個体差である補正余裕値を減算して残容量補正値を算出し、前記残容量補正値が前記補正余裕値以下の時、所定の残量値を連続的に表示するよう制御するものである。
本発明によれば、実時間の経過に対して残容量表示値を正確に表示させることができる。
本発明の電子機器は、残容量情報を含む電池情報を出力可能な電池制御部を備えた電池の、残量表示を行うことができる電子機器であって、前記電池制御部から前記電池情報を取得し、前記電池情報に基づき前記電池の実際の残容量である残容量実力値を算出する本体制御部と、前記本体制御部からの制御により前記電池の残量表示を行う表示部とを備え、前記本体制御部は、前記残容量実力値から、前記電池が有する個体差である補正余裕値を減算して残容量補正値を算出し、前記残容量補正値が前記補正余裕値以下の領域において残量表示をゼロにするよう前記表示部を制御するものである。この構成により、電子機器のバッテリの残量表示の飛び現象及び足踏み現象を回避し、実時間の経過に伴って残量表示を正確に行うことができる。
なお、上述の「複数の電池が有する個体差」とは、電池に用いる電解質の種類及び/または配合量等の相違、個々の電池が持っている電気化学的な特性のバラツキ、電池制御部の電流検出の誤差、単位時間のカウント誤差等をいう。また、「補正余裕値」とは、その個体差に起因する変動幅を吸収し補正できるだけの電流容量値をいう。
また、本発明の電子機器において、前記本体制御部は、前記表示部に表示する電池残量がゼロになると、当該電子機器の電源を切断するよう制御する構成とすることができる。このような構成により、表示部に表示する電池残量がゼロになった時は電池にまだ残容量があるため、電池の過放電を防止することができる。
また、前記本体制御部は、前記表示部に表示されている残量表示がゼロの状態において、前記残容量実力値が前記補正余裕値を超える場合、前記残容量実力値と前記補正余裕値との差分である容量値を、次回の充電開始時に前記残容量情報に加算することができる。
一方、前記表示部に表示されている残量表示がゼロの状態において、前記残容量実力値が前記補正余裕値よりも小さい場合、前記残容量実力値と前記補正余裕値との差分である容量値を、次回の充電開始時に前記残容量情報から減算する構成とすることができる。この構成によれば、次回は適正な容量値まで電池に充電した満充電時に表示する、残容量値を適正にすることができる。例えば、適正な容量を電池に充電することができることにより、次回の放電では電池の過充電を回避することができると共に、充電時間を短縮することもできる。
本発明の電池は、電池残量表示が可能な電子機器に接続可能な電池であって、残容量情報を含む電池情報を出力可能な電池制御部を備え、前記電池制御部は、前記電池情報に基づき当該電池の実際の残容量である残容量実力値を算出可能であり、前記残容量実力値から、当該電池が有する個体差である補正余裕値を減算して残容量補正値を算出し、前記残容量補正値が前記補正余裕値以下の領域において、前記電子機器における残量表示をゼロにするよう制御するものである。この構成によれば、電池側で残容量を制御することができ、電子機器において電池の残容量を制御する構成が必要ないため、電子機器の構成を簡素化できる。
また、本発明の電池は、上記構成を基本として以下のような様々な態様をとることができる。
すなわち、本発明の電池は、前記電池残量を表示可能な表示部を、さらに備え、前記電池制御部は、前記残容量補正値に基づき前記表示部に前記電池残量を表示するよう制御する構成とすることができる。この構成によれば、電子機器を介して確認するだけでなく、電池側でも残りの使用可能時間を確認することができるため、使用者の利便性が向上する。また、電子機器に電池を装着するだけで当該電子機器に対して電池が使用できる時間が確認でき、充電器による充電または電子機器に装着した状態で電池を充電する本体充電を行う際等に、電池側の表示部を視認するだけで充電の進捗状況を確認することができる。すなわち、電池の使用可能時間の確認の自由度が向上できる。
また、前記電池制御部は、前記電池側表示部における表示がゼロ表示の状態において、前記残容量実力値が前記補正余裕値を超える場合、前記残容量実力値と前記補正余裕値との差分である容量値を、次回の充電開始時に前記残容量情報に加算し、前記電池側表示部における表示がゼロ表示の状態において、前記残容量実力値が前記補正余裕値よりも小さい場合、前記残容量実力値と前記補正余裕値との差分である容量値を、次回の充電開始時に前記残容量情報から減算する構成とすることができる。この構成によれば、適正な容量を電池に充電することができる。例えば、電池の過充電を回避することができると共に、充電時間を短縮することもできる。
また、本発明の電池残量表示方法は、残容量情報を含む電池情報を出力可能な電池制御部を備えた電池の、残量表示を行うことができる電池残量表示方法であって、前記電池制御部から前記電池情報を取得し、前記電池情報に基づき前記電池の実際の残容量である残容量実力値を算出し、前記残容量実力値から、前記電池が有する個体差である補正余裕値を減算して残容量補正値を算出し、前記残容量補正値が前記補正余裕値以下の時、所定の残量値を連続的に表示するよう制御するものである。この方法により、電子機器のバッテリの残量表示の飛び現象及び足踏み現象を回避し、実時間の経過に伴って残量表示を正確に行うことができる。
また、本発明の電池残量表示方法において、表示する残量値がゼロになると、前記電池に接続された電子機器の電源を切断するよう制御する方法としてもよい。このような方法により、表示部に表示する電池残量がゼロになった時にも電池にまだ残容量があるため、電池の過放電を防止することができる。
また、本発明の電池残量表示方法において、表示されている残量値がゼロの状態において、前記残容量実力値が前記補正余裕値よりも大きい場合、前記残容量実力値と前記補正余裕値との差分である容量値を、次回の充電開始時に前記残容量情報に加算することができる。
一方、表示されている残量値がゼロの状態において、前記残容量実力値が前記補正余裕値よりも小さい場合、前記残容量実力値と前記補正余裕値との差分である容量値を、次回の充電開始時に前記残容量情報から減算する方法としてもよい。この方法によれば、次回は適正な容量値まで電池に充電した満充電時に表示する、残容量値を適正にすることができる。例えば、適正な容量を電池に充電することができることにより、次回の放電では電池の過充電を回避することができると共に、充電時間を短縮することもできる。
(実施の形態1)
図1は、電池残量表示機能を備えた電子機器の実施の形態の構成を示すブロック図である。図1に示すように、バッテリ1は、充電及び放電が可能な二次電池で構成され、例えばリチウムイオンバッテリで構成されている。また、バッテリ1には、バッテリマイコン2が内蔵されている。
図1は、電池残量表示機能を備えた電子機器の実施の形態の構成を示すブロック図である。図1に示すように、バッテリ1は、充電及び放電が可能な二次電池で構成され、例えばリチウムイオンバッテリで構成されている。また、バッテリ1には、バッテリマイコン2が内蔵されている。
バッテリマイコン2は、バッテリ1内の情報を処理する。バッテリマイコン2で処理することができる情報は、バッテリ1の電圧、残容量、電流、残容量比率などである。なお、バッテリマイコン2は、電池制御部の一例であり、必ずしもマイコンで構成されている必要はなく、少なくともバッテリ1内の情報を処理することができれば他の形態で構成されていてもよい。
電子機器3は、バッテリ1から給電されることによって駆動する機器で構成され、例えばデジタルカメラ、ビデオカメラ、携帯電話端末で構成されている。本実施の形態では、ビデオカメラを一例として挙げて説明する。また、電子機器3は、本体マイコン4を備えている。なお、電子機器3は、本体マイコン4以外に、電子機器3の各種動作を制御するマイコンを別途備えていてもよいが、本体マイコン4に電子機器3の各種動作を制御する機能を備えていてもよい。
本体マイコン4は、バッテリマイコン2から送られるバッテリ1に関する情報を処理し、表示部5に残容量表示を行うよう制御する。また、本体マイコン4は、実力値処理部6、補正余裕値保持部7、補正処理部8、および表示制御部9を備えている。なお、各部の具体動作については後述する。なお、本体マイコン4は、本体制御部の一例であり、必ずしもマイコンで構成されている必要はなく、少なくともバッテリ残量表示を制御することができれば他の形態で構成されていてもよい。
表示部5は、本体マイコン4からの制御により、残容量表示を行うことができる。なお、表示部5は、デジタルカメラやビデオカメラなどに一般的に搭載されている液晶ディスプレイに相当し、バッテリ残量の他、画像や各種情報を表示することができる。なお、表示部5は、少なくともバッテリ残量などの情報を表示することができれば、有機ELディスプレイなど他の表示素子で構成されていてもよい。
本体マイコン4は、バッテリマイコン2から取得したバッテリ1の残容量情報を、実力値処理部6に格納する。また、本体マイコン4は、補正余裕値保持部7に格納されている補正余裕値を読み出す。なお、補正余裕値は、予めバッテリ1の個体差に起因する変動要因吸収に必要な補正部分を差し引いた残分である。これは、積算による残使用時間表示が、個体差に起因する誤差により、理想値からずれた際の電池残量表示と実電池残容量との乖離を埋めるための余裕分として、充電時に予め確保しておく値である。
補正処理部8は、実力値処理部6に格納されている残容量実力値から補正余裕値を減算して、残容量補正値を算出する。
図2Aは、バッテリ1の充電時における電流積算容量の時間的変化を示す。図2Bは、バッテリ1の放電時における電流積算容量の時間的変化を示す。C1は残容量実力値、C2は残容量補正値である。
図2Aに示すように、バッテリ1の充電時には、予め初期の残容量実力値から補正余裕値を減算し残容量補正値を算出するため、タイミングt1から充電を始めてバッテリ1の残容量実力値C1が増加しても、期間t1〜t2に示すようにしばらくの間、残容量補正値C2は増加しない。充電を継続すると、タイミングt2から残容量補正値C2は増加し始める。さらに充電を継続すると、タイミングt3で満充電となるが、その時の残容量補正値C2は、残容量実力値C1に対して補正余裕値M1の分だけ低い値となる。
図2Bに示すように、バッテリ1の放電時は、残容量実力値C1に対して補正余裕値M1の分だけ低い残容量補正値C2に基づく残容量表示を行った状態で、放電を開始する(タイミングt4)。バッテリ1の放電中、残容量補正値C2は、残容量実力値C1に対して常に低い値となり、バッテリ1の放電を続けていくと残容量実力値C1よりも早く値がゼロとなる(タイミングt5)。さらに、バッテリ1の放電を続けていくと、残容量補正値C2に基づく残量表示はゼロの表示を続けるが、実際は完全放電するタイミングt6まで電子機器3に給電することができる。
図3A及び図4Aは、バッテリ1の放電時の使用可能時間の表示値の時間的変化を示す。図3B及び図4Bは、図3A及び図4Aに示す特性で放電を行った後の次回の放電時における、使用可能時間の表示値の時間的変化を示す。図3A、図3B、図4A、および図4Bにおいて、D1は表示理想値、D2は残容量補正値、M2は補正余裕値を示す。
図3Aに示すように、残容量補正値D2が表示理想値D1に対して平行なラインよりも低く推移した場合には、使用可能時間の表示の変化は表示理想値D1の傾きよりも急峻に減少するため、結果として表示部5に表示される残使用時間も当初想定していた値より常に小さい値が表示される。使用可能時間の表示がゼロになると(タイミングt31)、元来想定していた補正余裕値M2による残り時間E1に加えて、さらに時間E2を残して放電を終える。この場合には、使用可能時間の表示がゼロになった状態で、バッテリ残量の補正余裕値M2を超える部分の電流積算容量値M4を計算し、次回の充電開始時に当該電流積算容量値M4を残容量補正値に加算することにより、バッテリ1における利用可能な電流積算容量を増やすことができる。これにより、図3Bに示すように、バッテリ1の放電時、補正余裕値M2に電流積算容量値M4を加算した値から放電を開始することになる。図3A及び図3Bに示す例では、残容量補正値D2は表示理想値D1に対して平行なラインよりも低く推移するため、使用可能時間の表示がゼロになった時(t32)、当初想定していた補正余裕値M2のみが最終的に使い残しとなる(すなわち、補正余裕値M2に対応した時間E3が残る)ように、バッテリ1の充電動作を改善することができる。なお、E3はE1と同じ値である。
一方、図4Aに示すように、残容量補正値D2が表示理想値D1に対して平行なラインよりも高く推移した場合には、使用可能時間の表示の変化は表示理想値D1の傾きよりも緩く減少するため、結果として表示部5に表示される使用可能時間も当初想定していた値より常に大きい値が表示される。この時、バッテリ1から供給される電流容量の変化は、残容量補正値からあらかじめ減算して確保していた補正余裕値M2の部分を消費しながら推移する。その結果、全体として使用可能時間の表示がゼロになる時まで、補正余裕値M2の部分を使い切ることなく推移することができる。したがって、残容量表示がまだ残っている段階で、バッテリ1の残容量が尽きてしまう破綻を回避することができる。
この場合、図4Aに示す最初の放電時に、元来想定していた補正余裕値M2をある程度使ってしまうこととなるため、使用可能時間の表示がゼロになった状態で、補正余裕値M2に対応する残り時間E4よりも時間E5だけ早く使用可能時間の表示がゼロになる。この場合、時間E5に対応する電流積算容量の不足分である不足値M3を算出する。次に、図4Bに示すように、次回の充電開始時に補正余裕値M2を含む残容量補正値から不足の電流積算容量値M3を予め減算しておくことにより、バッテリ1の補正余裕値を当初想定していた値となるように改善することができる。すなわち、次回の放電時において、使用可能時間がゼロになった時の残り時間E6を、放電し終わったときに残る時間を当初想定していた残り時間時間E4と同等にすることができる。
また、ポイントP1は、電流積算の誤差を補正するタイミングを示し、本実施の形態では残容量実力値の残容量が15%の時に補正を行っている。ポイントP1で、放電電圧カーブ(図8B参照)から求めた残容量値と、電流積算により求めた残容量値との差分を算出して、その差分に基づく電流積算値の補正値を算出する。その補正値は、即時に残容量補正値には反映させず、次回の充電時の残容量補正値から減算又は残容量補正値に加算することで、残容量補正値に対応する電流積算値の補正を行う。このような構成とすることにより、値の足踏み現象及び/または飛び現象を回避しながら残量表示の精度を保つことができるとともに、バッテリ1における実際の残容量を効率よく消費することができる。
なお、本実施の形態では、残容量実力値の残容量が15%の時に補正処理を行う例を挙げて説明したが、実際に補正処理を行うポイントは15%に固定されず、残容量補正値がゼロになる手前で、バッテリ1の放電電圧カーブから推定される残容量が精度良く算出できるポイントであれば、本実施の形態と同様の効果が得られる。逆に言えば、補正ポイントが高いときは、使用者による補正が実施されやすい反面、バッテリ1の放電電圧カーブから推定される残容量の精度が落ちる傾向となる。一方、補正ポイントが低いときには、バッテリ1の放電電圧カーブから推定される残容量の精度は上がるが、使用者がそのポイントに達する前に、使用中のバッテリを他のバッテリに交換したり、使用中のバッテリを充電したりする可能性が高くなるため、補正が実施されにくい傾向となり得る。
次に、具体的な電流積算容量の補正動作について説明する。
図5A〜図5Dは、バッテリ1の充電時及び放電時における電流積算容量の時間的変化を示す。図5Aは初回の充電時の特性、図5Bは初回の放電時の特性、図6Aは次回の充電時の特性、図6Bは次回の放電時の特性である。また、図6Aはバッテリ1の充電時における動作を示す。図6Bはバッテリ1の放電時における動作を示す。なお、電池残量表示装置の具体構成は図1に示す。
まず、図5Aに示すように、バッテリ1の充電を行う際は、タイミングt51において、前回の放電時に算出した補正値と、補正余裕値保持部7に保持されている補正余裕値とを読み出す(図6AのS1)。なお、図5Aに示す特性は、バッテリ1の初回充電時の特性を示しているため、前回放電時に算出した補正値は存在せず、補正余裕値のみ読み出すこととしている。
次に、補正処理部8は、残容量実力値G1から補正余裕値(期間F1に相当)を減算して、残容量補正値G2を算出する(図6AのS2)。次に、表示制御部9は、補正処理部8において算出した残容量補正値G2に基づき、表示部5にバッテリ残量の表示を開始する。現時点では、充電を開始する前の状態であるため、表示部5に表示するバッテリ残量はゼロである。
次に、本体マイコン4は、充電制御部10を制御してバッテリ1の充電を開始する(図6AのS3)。充電開始後、t51からt52までの期間F1においては、表示部5にバッテリ残量がゼロであることを表示する。タイミングt52以降は、電流積算容量の増加に応じたバッテリ残量表示を行う。本体マイコン4は、電流積算容量が所定値になるとバッテリ1が満充電状態になったと判断し、充電制御部10に対して充電動作を停止するよう制御する。
次に、図5Bに示すように、バッテリ1の放電を開始する。放電時、電流積算容量はG1に示す特性で低下するが、残容量補正値はG2に示す特性で低下する。本体マイコン4は、残容量補正値G2が満充電時の電流積算容量の15%まで低下すると(図6BのS11)、バッテリマイコン2に対してバッテリ1の電流容量値を要求する。バッテリマイコン2は、本体マイコン4からの要求に基づき、現時点でのバッテリ1の電圧値を検出し(図6BのS12)、検出した電圧値に対応した電流容量値を本体マイコン4へ送る(図6BのS13)。ここで、電流容量値は、電圧値に基づいて所定の計算式で算出する構成としてもよいが、電圧値と電流容量値との対応テーブルを予め用意しておき、その対応テーブルから電流容量値を読み出す構成としてもよい。
次に、本体マイコン4は、バッテリマイコン2から取得した電流容量値G2と理想値G3との差分である補正値F2を算出する(図6BのS14)。
次に、図5Cに示す次回の充電時、前回の放電時(図5B参照)に算出した補正値と、補正余裕値保持部7に保持されている補正余裕値とを読み出す(図6AのS1)。
次に、補正処理部8は、残容量実力値G1から補正余裕値(期間F1に相当)及び補正値(期間F2に相当)の差分値F3を減算して、残容量補正値G4を算出する(図6AのS2)。次に、表示制御部9は、補正処理部8において算出した残容量補正値G4に基づき、表示部5にバッテリ残量の表示を開始する。現時点では、充電を開始する前の状態であるため、表示部5に表示するバッテリ残量はゼロである。
次に、本体マイコン4は、充電制御部10を制御してバッテリ1の充電を開始する(図6AのS3)。充電開始後、期間F3においては、表示部5にバッテリ残量がゼロであることを表示する。期間F3以降は、電流積算容量の増加に応じたバッテリ残量表示を行う。本体マイコン4は、電流積算容量が所定値になるとバッテリ1が満充電状態になったと判断し、充電制御部10に対して充電動作を停止するよう制御する。
次に、図5Dに示すように、バッテリ1の放電を開始する。放電時、電流積算容量はG1に示す特性で低下するが、残容量補正値はG5に示す特性で低下する。本体マイコン4は、残容量補正値G5が満充電時の電流積算容量の15%まで低下すると(図6BのS11)、バッテリマイコン2に対してバッテリ1の電流容量値を要求する。バッテリマイコン2は、本体マイコン4からの要求に基づき、現時点でのバッテリ1の電圧値を検出し(図6BのS12)、検出した電圧値に対応した電流容量値を本体マイコン4へ送る(図6BのS13)。ここで、電流容量値は、電圧値に基づいて所定の計算式で算出する構成としてもよいが、電圧値と電流容量値との対応テーブルを予め用意しておき、その対応テーブルから電流容量値を読み出す構成としてもよい。
図5Dに示すように、前回(本実施の形態では初回)の放電時に残容量補正値を補正することで、残容量補正値G5を理想値G3に一致させることができる。
以上のように本実施の形態によれば、バッテリ1の放電時、電流積算容量が所定値まで低下した時に残容量補正値に基づき表示されるバッテリ残量の値を補正することで、飛び現象や足踏み現象の発生を抑えることができる。よって、実時間の経過に伴ってバッテリ残量の表示値を正しく減少させることができる。
(実施の形態2)
図7は、実施の形態2における電子機器の構成を示す。実施の形態2に示す構成は、実施の形態1に示す構成が補正余裕値保持部などを本体マイコンに備えていたのに対し、バッテリマイコン12に備えたことを特徴としている。これにより、実施の形態1では電子機器において表示値の補正を行っていたのに対し、本実施の形態ではバッテリ11側で表示値の補正を行っている。
図7は、実施の形態2における電子機器の構成を示す。実施の形態2に示す構成は、実施の形態1に示す構成が補正余裕値保持部などを本体マイコンに備えていたのに対し、バッテリマイコン12に備えたことを特徴としている。これにより、実施の形態1では電子機器において表示値の補正を行っていたのに対し、本実施の形態ではバッテリ11側で表示値の補正を行っている。
すなわち、バッテリ11にはバッテリマイコン12を備え、電子機器17には本体マイコン18,表示部21,および充電制御部22を備えている。バッテリマイコン12は、情報保持部13,実力値処理部14,補正余裕値保持部15,および補正処理部16を備えている。本体マイコン18は、補正処理部19,および表示制御部20を備えている。各部の動作については、実施の形態1と同様であるため詳しい説明は省略する。
本実施の形態では、バッテリマイコン12側で補正余裕値を管理し、減算した結果を残容量情報として本体マイコン18に供給する。その結果、本体マイコン18は、既に残容量実力値から補正余裕値を減算して求めた補正済みの値を補正処理部19に入手することとなる。本体マイコン18は、実施の形態1と同様に、表示部21にバッテリ残量がゼロであることを表示するまで放電した時点で、電子機器17の電源を自動OFFにするように制御する。
以上のように本実施の形態によれば、バッテリ11の放電時、電流積算容量が所定値まで低下した時に残容量補正値に基づき表示されるバッテリ残量の値を補正するよう電子機器を制御することで、飛び現象や足踏み現象の発生を抑えることができる。よって、実時間の経過に伴ってバッテリ残量の表示値を正しく減少させることができる。
なお、実施の形態1及び2では、電子機器に搭載された表示部にバッテリ残量を表示する構成としたが、バッテリに表示部を備え、その表示部にバッテリ残量を表示する構成としても、本実施の形態と同様の効果が得られる。
また、実施の形態1及び2において、充電開始時は残容量補正値に基づくバッテリ残量の表示はゼロとしたが、少なくとも所定の値を連続的に所定期間表示することができれば、表示する値はゼロに限らない。例えば、バッテリ残量が残っている状態で充電を開始する際は、充電開始時における残容量補正値を連続的に表示することで、本実施の形態と同様の効果を得ることができる。
本発明の電子機器および電池残量表示方法は、電池を電源として使用する携帯機器全般に広く活用することができる。また、本発明の電池および電池残量表示方法は、携帯機器全般に広く活用されている二次電池に有用である。
本発明は、電池残量を表示することができる機能を備えた電子機器及び電池に関する。また、電子機器または電池に残量表示を行うことができる電池残量表示方法に関する。
近年、デジタルカメラやビデオカメラなどのバッテリで動作する電子機器には、バッテリの残量表示機能が付いていることが多い。バッテリの残量表示は、電子機器に搭載されている液晶モニタに、バッテリの残量に応じて形態を変えるマークを表示するもの、バッテリの残量に基づいて算出した使用可能時間を表示するものがある。バッテリ残量を使用可能時間で表示する機能の場合、バッテリに対する充放電時における電流を積算して、その電流積算値に基づき使用可能時間を算出する。しかし、このような算出方法では電流積算値と実際のバッテリの残容量との間に誤差があることが多く、その誤差によって、算出した使用可能時間と、実際のバッテリ残量での使用可能時間との間に、誤差が発生することが多い。特許文献1には、電流積算の技術を使い、積算誤差を電圧から導くバッテリの残容量で補正する技術が開示されている。
図8は、バッテリ残量表示機能付き電子機器の一例を示す。図8に示すように、バッテリ21は、バッテリマイコン22が内蔵されている。バッテリマイコン22は、バッテリ内の情報を処理する。電子機器23は、デジタルカメラやビデオカメラなどのようにバッテリからの給電により駆動する機器であり、本構成ではビデオカメラを一例として挙げる。また、電子機器23は、本体マイコン24が内蔵されている。本体マイコン24は、バッテリマイコン22から通信ラインを介してバッテリ21に関する情報を取得し、バッテリ21の使用可能時間を計算する。表示制御部26は、本体マイコン24で実施した残量計算の結果を格納し、その残量計算の結果に基づき表示部25に残量表示を行うよう制御する。表示部25は、表示制御部26からの制御により少なくとも残量計算の結果を表示する。その表示形態としては、例えば使用可能時間を数値(分)で表示する。
図9Aは、バッテリ21の充電時における電流積算容量値の時間変化を示す。図9Bは、バッテリ21の放電時における電流積算容量値の時間変化を示す。図9A及び図9Bにおいて、縦軸は電流積算容量値で、横軸は時間の経過を表す。一定電流でバッテリ21を充電した場合には、図9Aに示すように電流積算容量値は時間の経過に正比例して増加し、満充電状態に到達すると充電器等からの制御により充電動作を停止する。一方、一定電流でバッテリ21を放電した場合には、図9Bに示すように電流積算容量値は、時間の経過に反比例して減少する。バッテリマイコン22は、バッテリ21が完全放電状態になると、電子機器23に対して電源OFFを行うよう命令する。電子機器23は、バッテリ21からの命令に基づき、動作を停止するよう制御する。これにより、バッテリ21の電流積算容量の消費を停止し、過放電を防止する。
通常、電流積算容量を使う方法は、バッテリ21に単位時間に流れ込む電流、または、バッテリ21から単位時間に流れ出る電流を常に監視して容量を求める。すなわち、充電時は、バッテリ21のセルに単位時間に流れ込む電流(mA)を、電流積算容量(mAh)に単位時間ごとに順次加算し、電流積算容量の増加を管理する。また、放電時は、バッテリ21のセルから単位時間に流れ出る電流(mA)を、電流積算容量(mAh)から単位時間ごとに順次減算し、電流積算容量の減少を管理する。
ところが、測定時の電流の検出精度と、測定時の単位時間の精度とは、電子機器23で使用する電気部品のバラツキ、周囲温度の変化、自己発熱による温度上昇等の影響を受け、電流の検出精度及び単位時間の精度の高低に応じて、充電と放電とを繰り返す過程で徐々に誤差が累積する。従って、電流積算容量を用いてバッテリ21の残量表示を行う際には、累積する誤差を補正することが必要である。
そこで、特許文献1には、電流積算の技術を適用し分単位のバッテリ残量表示を行う際に、累積誤差を補正する方法が開示されている。特許文献1に開示されている方法は、電池電圧の変化が急峻な部分において電池電圧と残容量との相関が高いことを利用して、電流積算で発生する積算誤差を、電池電圧の変化から求めた残容量で補正するものである。
図10Bに示すように、例えばリチウムイオンバッテリなどのように、電池電圧の放電カーブ全域にわたり比較的フラットな電圧カーブの特性を示す電池において、残容量が例えば50%程度の時(図10Bにおけるタイミングt82)の電圧の変化はフラットであるため、電圧値と容量値との相関を求めることは難しく、電圧値で残容量値を測定することを精度良く行い難い。ところが、残容量がゼロに近い時では、電圧の変化が急峻(図10Bにおけるタイミングt83)となるため、電圧値と容量値の間に高い相関がある。つまり、この急峻な領域では電圧が決まるとその電圧を示すときの残容量値(mAh)も精度良く求まる。この場合、タイミングt83の前後では、バッテリ21の電圧値が求まればその電圧値の時の残容量値(mAh)も精度よく求まることになる。
この特性を利用して、残容量がゼロに近い部分の電圧値に達したところで、その時点での電流積算容量値(mAh)を電圧値から求まる残容量値(mAh)に置き換えることにより、電流積算により累積した誤差を解消し、電流積算容量値(mAh)の補正を行うことができる。
特開平5−87896号公報
しかしながら上記の構成では、バッテリを放電していく過程(特に、残容量が少なくなった時)において電流積算容量値の補正を行うため、補正を行ったタイミング近傍において表示部25に表示される値(使用可能時間)が、実時間の経過に対して不連続になる現象が発生する。つまり、実時間が経過するのに対して表示部25に表示される値が減少しない現象(以下、足踏み現象と称す)や、表示部25に表示される値が実時間の経過に対して突然不連続に大きく減少する現象(以下、飛び現象と称す)が発生する。図10Aにおいて、矢印Z1が通常の一定比率で減少していく変化方向、矢印Z2が足踏み現象発生時の変化方向、矢印Z3が飛び現象発生時の変化方向である。
これは、バッテリ21の残容量が少なくなった時に、それまで積算してきた電流積算容量値(mAh)を用いて計算し表示していた値を、電圧値から求めた残容量値(mAh)により計算で求めた値に置き換えて、誤差の補正を実施した時、この補正により電流積算容量値(mAh)が理想値(理想値とは、実際にバッテリが保有している残電流容量)に近づく過程で、残量表示値の不連続が発生する。この様子を、図11A及び図11Bに示す。この図を参照して電流積算容量値(mAh)の誤差補正による表示値の変化の方向の違いによる補正の方法の違いを説明する。
図11A及び図11Bにおいて、C11は表示部25に表示される残容量表示値、C12は実際の残容量である残容量実力値である。一例として、電流積算容量値が初期値の10%になるまで低下したタイミングt91において、残容量表示値の補正を行う場合を示している。
図11Aに示すように、残容量表示値C11よりも残容量実力値C12の方が高い場合、タイミングt91において、バッテリ21を放電させる時間が経過しても表示部25に表示されている値が減らない足踏み現象が発生する。また、図11Bに示すように、残容量表示値C11が残容量実力値C12よりも低い場合、タイミングt91において残容量表示値を補正した瞬間に、急激に表示部25に表示されている残容量表示値が減少する飛び現象が発生する。つまり、図11A及び図11Bに示すように電流積算容量値が10%になるまで低下した時に残容量表示値を補正すると、電流積算容量値(mAh)と電圧値から求めた残容量値(mAh)とが同一でない限り、必ず足踏み現象または飛び現象が発生する。
従来の電子機器では、バッテリに充電した総電流積算容量を全て使い切ることを最優先にしており、残容量表示を行う中で、放電の終盤の付近で電圧による誤差補正を行うために発生する足踏み現象や飛び現象は、システム上で必ず発生していた。
しかしながら、これらの現象は、電子機器を使用するユーザーにとっては、バッテリの残量表示に対する信頼を大きく損なうこととなる。具体的には、残容量表示値が滑らかに低下し、電子機器の使用者がバッテリの交換時期だと認識したにも拘わらず、突然、残容量表示値が、実時間の経過に比例して減少しない足踏み現象が生じたり、電子機器の使用者が残容量表示値上ではもう少し継続して使用できると認識していたにも拘わらず、急に残容量表示値がゼロまたはゼロに近い値を示して電子機器の動作が停止してしまう飛び現象を生じたりする。そのような足踏み現象または飛び現象が度々発生すると、残容量表示値がある程度低下(上述の例では10%前後)した時に使用者に対して不安感を与えてしまう。使用者は、電子機器が使用中に突然動作を停止してしまうことを避けるため、使用中のバッテリにまだ残容量があるにもかかわらず、充電済みの予備のバッテリと交換してしまうこととなる。その結果、せっかく分単位の残量表示を採用しているにも拘わらず、バッテリの全ての残容量を使い切ることはほとんど無く、バッテリの持っている容量を生かし切れないという課題がある。
本発明の目的は、実時間の経過に対して残容量表示値が正しく減少する電子機器、電池、および電池残量表示方法を提供することである。
本発明の電子機器は、残容量情報を含む電池情報を出力可能な電池制御部を備えた電池の、残量表示を行うことができる電子機器であって、前記電池制御部から前記電池情報を取得し、前記電池情報に基づき前記電池の実際の残容量である残容量実力値を算出する本体制御部と、前記本体制御部からの制御により前記電池の残量表示を行う表示部とを備え、前記本体制御部は、前記残容量実力値から、前記電池の個体差に起因する変動幅を吸収する補正余裕値を減算して残容量補正値を算出し、前記残容量補正値を基に、前記表示部に表示する前記電池の残量を算出するものである。
本発明の電池は、電池残量表示が可能な電子機器に接続可能な電池であって、残容量情報を含む電池情報を出力可能な電池制御部を備え、前記電池制御部は、前記電池情報に基づき当該電池の実際の残容量である残容量実力値を算出可能であり、前記残容量実力値から、当該電池の個体差に起因する変動幅を吸収する補正余裕値を減算して残容量補正値を算出し、前記残容量補正値を基に、表示する残量値を算出するものである。
本発明の電池残量表示方法は、残容量情報を含む電池情報を出力可能な電池制御部を備えた電池の、残量表示を行うことができる電池残量表示方法であって、前記電池制御部から前記電池情報を取得し、前記電池情報に基づき前記電池の実際の残容量である残容量実力値を算出し、前記残容量実力値から、前記電池の個体差に起因する変動幅を吸収する補正余裕値を減算して残容量補正値を算出し、前記残容量補正値を基に、表示する前記電池の残量を算出するものである。
本発明によれば、実時間の経過に対して残容量表示値を正確に表示させることができる。
本発明の電子機器は、残容量情報を含む電池情報を出力可能な電池制御部を備えた電池の、残量表示を行うことができる電子機器であって、前記電池制御部から前記電池情報を取得し、前記電池情報に基づき前記電池の実際の残容量である残容量実力値を算出する本体制御部と、前記本体制御部からの制御により前記電池の残量表示を行う表示部とを備え、前記本体制御部は、前記残容量実力値から、前記電池の個体差に起因する変動幅を吸収する補正余裕値を減算して残容量補正値を算出し、前記残容量補正値を基に、前記表示部に表示する前記電池の残量を算出するものである。この構成により、電子機器のバッテリの残量表示の飛び現象及び足踏み現象を回避し、実時間の経過に伴って残量表示を正確に行うことができる。
なお、上述の「複数の電池が有する個体差」とは、電池に用いる電解質の種類及び/または配合量等の相違、個々の電池が持っている電気化学的な特性のバラツキ、電池制御部の電流検出の誤差、単位時間のカウント誤差等をいう。また、「補正余裕値」とは、その個体差に起因する変動幅を吸収し補正できるだけの電流容量値をいう。
また、本発明の電子機器において、前記本体制御部は、前記表示部に表示する電池残量がゼロになると、当該電子機器の電源を切断するよう制御する構成とすることができる。このような構成により、表示部に表示する電池残量がゼロになった時は電池にまだ残容量があるため、電池の過放電を防止することができる。
また、前記本体制御部は、前記表示部に表示されている残量表示がゼロの状態において、前記残容量実力値が前記補正余裕値を超える場合、前記残容量実力値と前記補正余裕値との差分である容量値を、次回の充電開始時に前記残容量情報に加算することができる。
一方、前記表示部に表示されている残量表示がゼロの状態において、前記残容量実力値が前記補正余裕値よりも小さい場合、前記残容量実力値と前記補正余裕値との差分である容量値を、次回の充電開始時に前記残容量情報から減算する構成とすることができる。この構成によれば、次回は適正な容量値まで電池に充電した満充電時に表示する、残容量値を適正にすることができる。例えば、適正な容量を電池に充電することができることにより、次回の放電では電池の過充電を回避することができると共に、充電時間を短縮することもできる。
本発明の電池は、電池残量表示が可能な電子機器に接続可能な電池であって、残容量情報を含む電池情報を出力可能な電池制御部を備え、前記電池制御部は、前記電池情報に基づき当該電池の実際の残容量である残容量実力値を算出可能であり、前記残容量実力値から、当該電池の個体差に起因する変動幅を吸収する補正余裕値を減算して残容量補正値を算出し、前記残容量補正値を基に、表示する残量値を算出するものである。この構成によれば、電池側で残容量を制御することができ、電子機器において電池の残容量を制御する構成が必要ないため、電子機器の構成を簡素化できる。
また、本発明の電池は、上記構成を基本として以下のような様々な態様をとることができる。
すなわち、本発明の電池は、前記電池残量を表示可能な表示部を、さらに備え、前記電池制御部は、前記残容量補正値に基づき前記表示部に前記電池残量を表示するよう制御する構成とすることができる。この構成によれば、電子機器を介して確認するだけでなく、電池側でも残りの使用可能時間を確認することができるため、使用者の利便性が向上する。また、電子機器に電池を装着するだけで当該電子機器に対して電池が使用できる時間が確認でき、充電器による充電または電子機器に装着した状態で電池を充電する本体充電を行う際等に、電池側の表示部を視認するだけで充電の進捗状況を確認することができる。すなわち、電池の使用可能時間の確認の自由度が向上できる。
また、前記電池制御部は、前記電池側表示部における表示がゼロ表示の状態において、前記残容量実力値が前記補正余裕値を超える場合、前記残容量実力値と前記補正余裕値との差分である容量値を、次回の充電開始時に前記残容量情報に加算し、前記電池側表示部における表示がゼロ表示の状態において、前記残容量実力値が前記補正余裕値よりも小さい場合、前記残容量実力値と前記補正余裕値との差分である容量値を、次回の充電開始時に前記残容量情報から減算する構成とすることができる。この構成によれば、適正な容量を電池に充電することができる。例えば、電池の過充電を回避することができると共に、充電時間を短縮することもできる。
また、本発明の電池残量表示方法は、残容量情報を含む電池情報を出力可能な電池制御部を備えた電池の、残量表示を行うことができる電池残量表示方法であって、前記電池制御部から前記電池情報を取得し、前記電池情報に基づき前記電池の実際の残容量である残容量実力値を算出し、前記残容量実力値から、前記電池の個体差に起因する変動幅を吸収する補正余裕値を減算して残容量補正値を算出し、前記残容量補正値を基に、表示する前記電池の残量を算出するものである。この方法により、電子機器のバッテリの残量表示の飛び現象及び足踏み現象を回避し、実時間の経過に伴って残量表示を正確に行うことができる。
また、本発明の電池残量表示方法において、表示する残量値がゼロになると、前記電池に接続された電子機器の電源を切断するよう制御する方法としてもよい。このような方法により、表示部に表示する電池残量がゼロになった時にも電池にまだ残容量があるため、電池の過放電を防止することができる。
また、本発明の電池残量表示方法において、表示されている残量値がゼロの状態において、前記残容量実力値が前記補正余裕値よりも大きい場合、前記残容量実力値と前記補正余裕値との差分である容量値を、次回の充電開始時に前記残容量情報に加算することができる。
一方、表示されている残量値がゼロの状態において、前記残容量実力値が前記補正余裕値よりも小さい場合、前記残容量実力値と前記補正余裕値との差分である容量値を、次回の充電開始時に前記残容量情報から減算する方法としてもよい。この方法によれば、次回は適正な容量値まで電池に充電した満充電時に表示する、残容量値を適正にすることができる。例えば、適正な容量を電池に充電することができることにより、次回の放電では電池の過充電を回避することができると共に、充電時間を短縮することもできる。
(実施の形態1)
図1は、電池残量表示機能を備えた電子機器の実施の形態の構成を示すブロック図である。図1に示すように、バッテリ1は、充電及び放電が可能な二次電池で構成され、例えばリチウムイオンバッテリで構成されている。また、バッテリ1には、バッテリマイコン2が内蔵されている。
図1は、電池残量表示機能を備えた電子機器の実施の形態の構成を示すブロック図である。図1に示すように、バッテリ1は、充電及び放電が可能な二次電池で構成され、例えばリチウムイオンバッテリで構成されている。また、バッテリ1には、バッテリマイコン2が内蔵されている。
バッテリマイコン2は、バッテリ1内の情報を処理する。バッテリマイコン2で処理することができる情報は、バッテリ1の電圧、残容量、電流、残容量比率などである。なお、バッテリマイコン2は、電池制御部の一例であり、必ずしもマイコンで構成されている必要はなく、少なくともバッテリ1内の情報を処理することができれば他の形態で構成されていてもよい。
電子機器3は、バッテリ1から給電されることによって駆動する機器で構成され、例えばデジタルカメラ、ビデオカメラ、携帯電話端末で構成されている。本実施の形態では、ビデオカメラを一例として挙げて説明する。また、電子機器3は、本体マイコン4を備えている。なお、電子機器3は、本体マイコン4以外に、電子機器3の各種動作を制御するマイコンを別途備えていてもよいが、本体マイコン4に電子機器3の各種動作を制御する機能を備えていてもよい。
本体マイコン4は、バッテリマイコン2から送られるバッテリ1に関する情報を処理し、表示部5に残容量表示を行うよう制御する。また、本体マイコン4は、実力値処理部6、補正余裕値保持部7、補正処理部8、および表示制御部9を備えている。なお、各部の具体動作については後述する。なお、本体マイコン4は、本体制御部の一例であり、必ずしもマイコンで構成されている必要はなく、少なくともバッテリ残量表示を制御することができれば他の形態で構成されていてもよい。
表示部5は、本体マイコン4からの制御により、残容量表示を行うことができる。なお、表示部5は、デジタルカメラやビデオカメラなどに一般的に搭載されている液晶ディスプレイに相当し、バッテリ残量の他、画像や各種情報を表示することができる。なお、表示部5は、少なくともバッテリ残量などの情報を表示することができれば、有機ELディスプレイなど他の表示素子で構成されていてもよい。
本体マイコン4は、バッテリマイコン2から取得したバッテリ1の残容量情報を、実力値処理部6に格納する。また、本体マイコン4は、補正余裕値保持部7に格納されている補正余裕値を読み出す。なお、補正余裕値は、予めバッテリ1の個体差に起因する変動要因吸収に必要な補正部分を差し引いた残分である。これは、積算による残使用時間表示が、個体差に起因する誤差により、理想値からずれた際の電池残量表示と実電池残容量との乖離を埋めるための余裕分として、充電時に予め確保しておく値である。
補正処理部8は、実力値処理部6に格納されている残容量実力値から補正余裕値を減算して、残容量補正値を算出する。
図2Aは、バッテリ1の充電時における電流積算容量の時間的変化を示す。図2Bは、バッテリ1の放電時における電流積算容量の時間的変化を示す。C1は残容量実力値、C2は残容量補正値である。
図2Aに示すように、バッテリ1の充電時には、予め初期の残容量実力値から補正余裕値を減算し残容量補正値を算出するため、タイミングt1から充電を始めてバッテリ1の残容量実力値C1が増加しても、期間t1〜t2に示すようにしばらくの間、残容量補正値C2は増加しない。充電を継続すると、タイミングt2から残容量補正値C2は増加し始める。さらに充電を継続すると、タイミングt3で満充電となるが、その時の残容量補正値C2は、残容量実力値C1に対して補正余裕値M1の分だけ低い値となる。
図2Bに示すように、バッテリ1の放電時は、残容量実力値C1に対して補正余裕値M1の分だけ低い残容量補正値C2に基づく残容量表示を行った状態で、放電を開始する(タイミングt4)。バッテリ1の放電中、残容量補正値C2は、残容量実力値C1に対して常に低い値となり、バッテリ1の放電を続けていくと残容量実力値C1よりも早く値がゼロとなる(タイミングt5)。さらに、バッテリ1の放電を続けていくと、残容量補正値C2に基づく残量表示はゼロの表示を続けるが、実際は完全放電するタイミングt6まで電子機器3に給電することができる。
図3A及び図4Aは、バッテリ1の放電時の使用可能時間の表示値の時間的変化を示す。図3B及び図4Bは、図3A及び図4Aに示す特性で放電を行った後の次回の放電時における、使用可能時間の表示値の時間的変化を示す。図3A、図3B、図4A、および図4Bにおいて、D1は表示理想値、D2は残容量補正値、M2は補正余裕値を示す。
図3Aに示すように、残容量補正値D2が表示理想値D1に対して平行なラインよりも低く推移した場合には、使用可能時間の表示の変化は表示理想値D1の傾きよりも急峻に減少するため、結果として表示部5に表示される残使用時間も当初想定していた値より常に小さい値が表示される。使用可能時間の表示がゼロになると(タイミングt31)、元来想定していた補正余裕値M2による残り時間E1に加えて、さらに時間E2を残して放電を終える。この場合には、使用可能時間の表示がゼロになった状態で、バッテリ残量の補正余裕値M2を超える部分の電流積算容量値M4を計算し、次回の充電開始時に当該電流積算容量値M4を残容量補正値に加算することにより、バッテリ1における利用可能な電流積算容量を増やすことができる。これにより、図3Bに示すように、バッテリ1の放電時、補正余裕値M2に電流積算容量値M4を加算した値から放電を開始することになる。図3A及び図3Bに示す例では、残容量補正値D2は表示理想値D1に対して平行なラインよりも低く推移するため、使用可能時間の表示がゼロになった時(t32)、当初想定していた補正余裕値M2のみが最終的に使い残しとなる(すなわち、補正余裕値M2に対応した時間E3が残る)ように、バッテリ1の充電動作を改善することができる。なお、E3はE1と同じ値である。
一方、図4Aに示すように、残容量補正値D2が表示理想値D1に対して平行なラインよりも高く推移した場合には、使用可能時間の表示の変化は表示理想値D1の傾きよりも緩く減少するため、結果として表示部5に表示される使用可能時間も当初想定していた値より常に大きい値が表示される。この時、バッテリ1から供給される電流容量の変化は、残容量補正値からあらかじめ減算して確保していた補正余裕値M2の部分を消費しながら推移する。その結果、全体として使用可能時間の表示がゼロになる時まで、補正余裕値M2の部分を使い切ることなく推移することができる。したがって、残容量表示がまだ残っている段階で、バッテリ1の残容量が尽きてしまう破綻を回避することができる。
この場合、図4Aに示す最初の放電時に、元来想定していた補正余裕値M2をある程度使ってしまうこととなるため、使用可能時間の表示がゼロになった状態で、補正余裕値M2に対応する残り時間E4よりも時間E5だけ早く使用可能時間の表示がゼロになる。この場合、時間E5に対応する電流積算容量の不足分である不足値M3を算出する。次に、図4Bに示すように、次回の充電開始時に補正余裕値M2を含む残容量補正値から不足の電流積算容量値M3を予め減算しておくことにより、バッテリ1の補正余裕値を当初想定していた値となるように改善することができる。すなわち、次回の放電時において、使用可能時間がゼロになった時の残り時間E6を、放電し終わったときに残る時間を当初想定していた残り時間時間E4と同等にすることができる。
また、ポイントP1は、電流積算の誤差を補正するタイミングを示し、本実施の形態では残容量実力値の残容量が15%の時に補正を行っている。ポイントP1で、放電電圧カーブ(図8B参照)から求めた残容量値と、電流積算により求めた残容量値との差分を算出して、その差分に基づく電流積算値の補正値を算出する。その補正値は、即時に残容量補正値には反映させず、次回の充電時の残容量補正値から減算又は残容量補正値に加算することで、残容量補正値に対応する電流積算値の補正を行う。このような構成とすることにより、値の足踏み現象及び/または飛び現象を回避しながら残量表示の精度を保つことができるとともに、バッテリ1における実際の残容量を効率よく消費することができる。
なお、本実施の形態では、残容量実力値の残容量が15%の時に補正処理を行う例を挙げて説明したが、実際に補正処理を行うポイントは15%に固定されず、残容量補正値がゼロになる手前で、バッテリ1の放電電圧カーブから推定される残容量が精度良く算出できるポイントであれば、本実施の形態と同様の効果が得られる。逆に言えば、補正ポイントが高いときは、使用者による補正が実施されやすい反面、バッテリ1の放電電圧カーブから推定される残容量の精度が落ちる傾向となる。一方、補正ポイントが低いときには、バッテリ1の放電電圧カーブから推定される残容量の精度は上がるが、使用者がそのポイントに達する前に、使用中のバッテリを他のバッテリに交換したり、使用中のバッテリを充電したりする可能性が高くなるため、補正が実施されにくい傾向となり得る。
次に、具体的な電流積算容量の補正動作について説明する。
図5A〜図5Dは、バッテリ1の充電時及び放電時における電流積算容量の時間的変化を示す。図5Aは初回の充電時の特性、図5Bは初回の放電時の特性、図6Aは次回の充電時の特性、図6Bは次回の放電時の特性である。また、図6Aはバッテリ1の充電時における動作を示す。図6Bはバッテリ1の放電時における動作を示す。なお、電池残量表示装置の具体構成は図1に示す。
まず、図5Aに示すように、バッテリ1の充電を行う際は、タイミングt51において、前回の放電時に算出した補正値と、補正余裕値保持部7に保持されている補正余裕値とを読み出す(図6AのS1)。なお、図5Aに示す特性は、バッテリ1の初回充電時の特性を示しているため、前回放電時に算出した補正値は存在せず、補正余裕値のみ読み出すこととしている。
次に、補正処理部8は、残容量実力値G1から補正余裕値(期間F1に相当)を減算して、残容量補正値G2を算出する(図6AのS2)。次に、表示制御部9は、補正処理部8において算出した残容量補正値G2に基づき、表示部5にバッテリ残量の表示を開始する。現時点では、充電を開始する前の状態であるため、表示部5に表示するバッテリ残量はゼロである。
次に、本体マイコン4は、充電制御部10を制御してバッテリ1の充電を開始する(図6AのS3)。充電開始後、t51からt52までの期間F1においては、表示部5にバッテリ残量がゼロであることを表示する。タイミングt52以降は、電流積算容量の増加に応じたバッテリ残量表示を行う。本体マイコン4は、電流積算容量が所定値になるとバッテリ1が満充電状態になったと判断し、充電制御部10に対して充電動作を停止するよう制御する。
次に、図5Bに示すように、バッテリ1の放電を開始する。放電時、電流積算容量はG1に示す特性で低下するが、残容量補正値はG2に示す特性で低下する。本体マイコン4は、残容量補正値G2が満充電時の電流積算容量の15%まで低下すると(図6BのS11)、バッテリマイコン2に対してバッテリ1の電流容量値を要求する。バッテリマイコン2は、本体マイコン4からの要求に基づき、現時点でのバッテリ1の電圧値を検出し(図6BのS12)、検出した電圧値に対応した電流容量値を本体マイコン4へ送る(図6BのS13)。ここで、電流容量値は、電圧値に基づいて所定の計算式で算出する構成としてもよいが、電圧値と電流容量値との対応テーブルを予め用意しておき、その対応テーブルから電流容量値を読み出す構成としてもよい。
次に、本体マイコン4は、バッテリマイコン2から取得した電流容量値G2と理想値G3との差分である補正値F2を算出する(図6BのS14)。
次に、図5Cに示す次回の充電時、前回の放電時(図5B参照)に算出した補正値と、補正余裕値保持部7に保持されている補正余裕値とを読み出す(図6AのS1)。
次に、補正処理部8は、残容量実力値G1から補正余裕値(期間F1に相当)及び補正値(期間F2に相当)の差分値F3を減算して、残容量補正値G4を算出する(図6AのS2)。次に、表示制御部9は、補正処理部8において算出した残容量補正値G4に基づき、表示部5にバッテリ残量の表示を開始する。現時点では、充電を開始する前の状態であるため、表示部5に表示するバッテリ残量はゼロである。
次に、本体マイコン4は、充電制御部10を制御してバッテリ1の充電を開始する(図6AのS3)。充電開始後、期間F3においては、表示部5にバッテリ残量がゼロであることを表示する。期間F3以降は、電流積算容量の増加に応じたバッテリ残量表示を行う。本体マイコン4は、電流積算容量が所定値になるとバッテリ1が満充電状態になったと判断し、充電制御部10に対して充電動作を停止するよう制御する。
次に、図5Dに示すように、バッテリ1の放電を開始する。放電時、電流積算容量はG1に示す特性で低下するが、残容量補正値はG5に示す特性で低下する。本体マイコン4は、残容量補正値G5が満充電時の電流積算容量の15%まで低下すると(図6BのS11)、バッテリマイコン2に対してバッテリ1の電流容量値を要求する。バッテリマイコン2は、本体マイコン4からの要求に基づき、現時点でのバッテリ1の電圧値を検出し(図6BのS12)、検出した電圧値に対応した電流容量値を本体マイコン4へ送る(図6BのS13)。ここで、電流容量値は、電圧値に基づいて所定の計算式で算出する構成としてもよいが、電圧値と電流容量値との対応テーブルを予め用意しておき、その対応テーブルから電流容量値を読み出す構成としてもよい。
図5Dに示すように、前回(本実施の形態では初回)の放電時に残容量補正値を補正することで、残容量補正値G5を理想値G3に一致させることができる。
以上のように本実施の形態によれば、バッテリ1の放電時、電流積算容量が所定値まで低下した時に残容量補正値に基づき表示されるバッテリ残量の値を補正することで、飛び現象や足踏み現象の発生を抑えることができる。よって、実時間の経過に伴ってバッテリ残量の表示値を正しく減少させることができる。
(実施の形態2)
図7は、実施の形態2における電子機器の構成を示す。実施の形態2に示す構成は、実施の形態1に示す構成が補正余裕値保持部などを本体マイコンに備えていたのに対し、バッテリマイコン12に備えたことを特徴としている。これにより、実施の形態1では電子機器において表示値の補正を行っていたのに対し、本実施の形態ではバッテリ11側で表示値の補正を行っている。
図7は、実施の形態2における電子機器の構成を示す。実施の形態2に示す構成は、実施の形態1に示す構成が補正余裕値保持部などを本体マイコンに備えていたのに対し、バッテリマイコン12に備えたことを特徴としている。これにより、実施の形態1では電子機器において表示値の補正を行っていたのに対し、本実施の形態ではバッテリ11側で表示値の補正を行っている。
すなわち、バッテリ11にはバッテリマイコン12を備え、電子機器17には本体マイコン18,表示部21,および充電制御部22を備えている。バッテリマイコン12は、情報保持部13,実力値処理部14,補正余裕値保持部15,および補正処理部16を備えている。本体マイコン18は、補正処理部19,および表示制御部20を備えている。各部の動作については、実施の形態1と同様であるため詳しい説明は省略する。
本実施の形態では、バッテリマイコン12側で補正余裕値を管理し、減算した結果を残容量情報として本体マイコン18に供給する。その結果、本体マイコン18は、既に残容量実力値から補正余裕値を減算して求めた補正済みの値を補正処理部19に入手することとなる。本体マイコン18は、実施の形態1と同様に、表示部21にバッテリ残量がゼロであることを表示するまで放電した時点で、電子機器17の電源を自動OFFにするように制御する。
以上のように本実施の形態によれば、バッテリ11の放電時、電流積算容量が所定値まで低下した時に残容量補正値に基づき表示されるバッテリ残量の値を補正するよう電子機器を制御することで、飛び現象や足踏み現象の発生を抑えることができる。よって、実時間の経過に伴ってバッテリ残量の表示値を正しく減少させることができる。
なお、実施の形態1及び2では、電子機器に搭載された表示部にバッテリ残量を表示する構成としたが、バッテリに表示部を備え、その表示部にバッテリ残量を表示する構成としても、本実施の形態と同様の効果が得られる。
また、実施の形態1及び2において、充電開始時は残容量補正値に基づくバッテリ残量の表示はゼロとしたが、少なくとも所定の値を連続的に所定期間表示することができれば、表示する値はゼロに限らない。例えば、バッテリ残量が残っている状態で充電を開始する際は、充電開始時における残容量補正値を連続的に表示することで、本実施の形態と同様の効果を得ることができる。
本発明の電子機器および電池残量表示方法は、電池を電源として使用する携帯機器全般に広く活用することができる。また、本発明の電池および電池残量表示方法は、携帯機器全般に広く活用されている二次電池に有用である。
Claims (9)
- 残容量情報を含む電池情報を出力可能な電池制御部を備えた電池の、残量表示を行うことができる電子機器であって、
前記電池制御部から前記電池情報を取得し、前記電池情報に基づき前記電池の実際の残容量である残容量実力値を算出する本体制御部と、
前記本体制御部からの制御により前記電池の残量表示を行う表示部とを備え、
前記本体制御部は、
前記残容量実力値から、前記電池が有する個体差である補正余裕値を減算して残容量補正値を算出し、
前記残容量補正値が前記補正余裕値以下の時、所定の残量値を連続的に表示するよう前記表示部を制御する、電子機器。 - 前記本体制御部は、
前記表示部に表示する残量値がゼロになると、当該電子機器の電源を切断するよう制御する、請求項1記載の電子機器。 - 前記本体制御部は、
前記表示部に表示されている残量値がゼロの状態において、前記残容量実力値が前記補正余裕値よりも大きい場合、前記残容量実力値と前記補正余裕値との差分である容量値を、次回の充電開始時に前記残容量情報に加算し、
前記表示部に表示されている残量値がゼロの状態において、前記残容量実力値が前記補正余裕値よりも小さい場合、前記残容量実力値と前記補正余裕値との差分である容量値を、次回の充電開始時に前記残容量情報から減算する、請求項1に記載の電子機器。 - 電池残量を表示可能な電池であって、
残容量情報を含む電池情報を出力可能な電池制御部を備え、
前記電池制御部は、
前記電池情報に基づき当該電池の実際の残容量である残容量実力値を算出可能であり、
前記残容量実力値から、当該電池が有する個体差である補正余裕値を減算して残容量補正値を算出し、
前記残容量補正値が前記補正余裕値以下の時、前記電子機器の表示部に所定の残量値を連続的に表示するよう制御する、電池。 - 前記残量値を表示可能な表示部を、さらに備え、
前記電池制御部は、前記残容量補正値に基づき前記表示部に前記残量値を表示するよう制御する、請求項4記載の電池。 - 前記電池制御部は、
前記電池側表示部に表示されている残量値がゼロの状態において、前記残容量実力値が前記補正余裕値を超える場合、前記残容量実力値と前記補正余裕値との差分である容量値を、次回の充電開始時に前記残容量情報に加算し、
前記電池側表示部に表示されている残量値がゼロの状態において、前記残容量実力値が前記補正余裕値よりも小さい場合、前記残容量実力値と前記補正余裕値との差分である容量値を、次回の充電開始時に前記残容量情報から減算する、請求項4記載の電池。 - 残容量情報を含む電池情報を出力可能な電池制御部を備えた電池の、残量表示を行うことができる電池残量表示方法であって、
前記電池制御部から前記電池情報を取得し、前記電池情報に基づき前記電池の実際の残容量である残容量実力値を算出し、
前記残容量実力値から、前記電池が有する個体差である補正余裕値を減算して残容量補正値を算出し、
前記残容量補正値が前記補正余裕値以下の時、所定の残量値を連続的に表示するよう制御する、電池残量表示方法。 - 表示する残量値がゼロになると、前記電池に接続された電子機器の電源を切断するよう制御する、請求項7記載の電池残量表示方法。
- 表示されている残量値がゼロの状態において、前記残容量実力値が前記補正余裕値よりも大きい場合、前記残容量実力値と前記補正余裕値との差分である容量値を、次回の充電開始時に前記残容量情報に加算し、
表示されている残量値がゼロの状態において、前記残容量実力値が前記補正余裕値よりも小さい場合、前記残容量実力値と前記補正余裕値との差分である容量値を、次回の充電開始時に前記残容量情報から減算する、請求項7に記載の電池残量表示方法。
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