WO2005024446A1 - 電池残容量算出方法、電池残容量算出装置および電池残容量算出プログラム - Google Patents

電池残容量算出方法、電池残容量算出装置および電池残容量算出プログラム Download PDF

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WO2005024446A1
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remaining capacity
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battery
remaining
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PCT/JP2004/011023
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Shinichi Uesaka
Nozomu Mitsuyoshi
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Sony Corporation
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Definitions

  • the present invention relates to a remaining battery capacity calculation method, a remaining battery capacity calculation device, and a remaining battery capacity calculation program for calculating a usable amount of electricity of a secondary battery.
  • the calculation of the remaining capacity in a conventional mobile phone has been performed by measuring only the voltage of the battery and comparing the voltage with a reference value.
  • the relationship between the voltage and the remaining capacity is not a one-to-one relationship. Cannot calculate the remaining capacity accurately.
  • the current remaining capacity calculation method often causes a problem that the remaining capacity display increases despite the use of a mobile phone. It was difficult to display a more detailed display, for example, a 10-level display.
  • a method of solving the problem of increasing the remaining capacity display has been proposed, it does not essentially improve the accuracy of the remaining capacity (see, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-2373336).
  • the current integration method is a method of calculating the current remaining capacity by subtracting the integrated value of the discharge current from the full charge capacity.
  • the characteristics of current fluctuations in mobile phones and the like are that the difference between the current during standby and the current during talking, which occupies the largest amount of time in the use of the mobile phone, is 100 times or more. It is flowing. Therefore, in order to accurately measure and integrate such a current, a high-precision current measuring circuit with a wide dynamic range and excellent frequency characteristics is required. It is not practical to apply such a circuit.
  • the voltage method is a method in which the relationship between voltage and remaining capacity is measured in advance under various conditions, and the remaining capacity is calculated by comparing the voltage measured during actual use with the above relationship.
  • the remaining capacity for a certain combination of voltage and current is stored in a large number of tables, and the measured voltage and current are compared with that table to calculate the remaining capacity. It has been proposed to correct the value (for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-214304). Gazette).
  • the relationship between the voltage and the remaining capacity varies depending on the usage history, such as how the mobile phone is used, such as starting a call from the standby state, even if the current, temperature, and deterioration state are the same.
  • the remaining capacity is calculated in an actual use environment in which the usage condition constantly changes, the calculation is performed. The accuracy will be lower.
  • a method using both the current integration method and the voltage method has also been proposed.
  • This is a method of calculating the remaining capacity by using the voltage method during standby when accurate current integration is difficult, and using the current integration method when the current is large, such as during a call (for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 200-200). See Japanese Patent Publication No. 181906).
  • the purpose of this method is to reduce the number of tables required for the voltage method by using the voltage method only during standby mode, and to calculate the remaining capacity with high accuracy by using the current integration method during calls.
  • it is necessary to use the current integration method, and there is a problem that a high-precision current measurement circuit is required.
  • the present invention provides a remaining battery capacity calculation method, a remaining battery capacity calculation device, and a remaining battery capacity calculation program that can accurately predict the remaining battery capacity of a secondary battery using a relatively simple circuit configuration.
  • the porpose is to do. Disclosure of the invention
  • a battery remaining capacity calculation method of the present invention is a battery remaining capacity calculation method for calculating a remaining capacity that is a dischargeable electric capacity of a secondary battery, wherein the output voltage of the secondary battery is A voltage measuring step of measuring a value; a mode determining step of distinguishing a use mode of the secondary battery into a high consumption mode in which an output current value is equal to or more than a threshold value and a low consumption mode in which the output current value is smaller than the threshold value; In the consumption mode, a predetermined reference voltage curve which is a discharge characteristic of the secondary battery and the output voltage value Calculating the remaining capacity based on the remaining capacity, and determining the remaining capacity when there is little change in the remaining capacity when switching from the low consumption mode to the high consumption mode in the high consumption mode.
  • the use mode of the secondary battery is divided into a high consumption mode in which the output current value is equal to or higher than the threshold value and a low consumption mode in which the output current value is smaller than the threshold value.
  • the battery remaining capacity calculation method of the present invention includes an initialization step of setting a reference remaining capacity that is a remaining capacity before the use mode is changed and a start voltage that is an output voltage at the start of the high consumption mode.
  • the remaining capacity is calculated based on the reference remaining capacity, the starting voltage, a predetermined cut-off voltage of the secondary battery, and the output voltage value.
  • the remaining capacity Qm in the high consumption mode is calculated by using the reference remaining capacity Qn, the start voltage Vn, the cut-off voltage Vt, and the output voltage value Vm.
  • Vn-Vt It may be calculated by Vn-Vt. Since the remaining capacity in the high-consumption mode can be calculated by a simple formula, an advanced calculation device is not required as a circuit for performing the calculation. Also, since the remaining capacity can be calculated without the influence of the internal impedance of the secondary battery, which depends on the usage environment and usage history, there is no need to accumulate a large amount of discharge characteristic data. The storage capacity required for calculating the remaining battery capacity can be reduced.
  • the battery remaining capacity calculation method of the present invention includes an initialization step of setting a voltage gap which is an output voltage change when the use mode is changed, and in the high power consumption remaining capacity calculation step, a voltage gap and an output voltage value are calculated. Calculate the remaining capacity based on this. Since the voltage gap changes due to the influence of the internal impedance when the mode of use of the secondary battery changes, the effect of the internal impedance is removed by calculating the remaining capacity based on the voltage gap and the output voltage. Then, the remaining capacity can be calculated accurately and in detail.
  • the voltage gap AV is added to the output voltage value Vm to calculate an added voltage value (Vm + ⁇ ), and the remaining capacity at the added voltage value (Vm + AV) in the reference voltage curve is calculated in the high consumption mode.
  • the remaining capacity may be Qm.
  • the determination of the low consumption mode or the high consumption mode in the mode determination step includes measuring the output current value of the secondary battery, detecting a change in the output voltage of the secondary battery, and allowing the secondary battery to output power. Judgment can be made by obtaining information from the supplying electronic device. In the case of exchanging information with an electronic device, components for detecting a use mode can be simplified. Further, even when the current consumption is detected and determined, the manufacturing cost can be reduced because high-precision measurement is not required.
  • a battery remaining capacity calculating apparatus for calculating a remaining capacity, which is a dischargeable electric capacity of a secondary battery, comprising: an output of the secondary battery.
  • a voltage measuring unit that measures a voltage value; and a calculating unit that records and processes information on a reference voltage curve that is a discharge characteristic of the secondary battery, wherein the calculating unit sets a use mode of the secondary battery.
  • the low power consumption mode a high power consumption mode in which the output current value is equal to or more than a threshold value and a low power consumption mode in which the output current value is smaller than the threshold value are distinguished based on the voltage value measured by the voltage measuring means and the reference voltage curve.
  • the remaining capacity of the secondary battery is calculated, and in the high consumption mode, the reference remaining capacity which is the remaining capacity before the change of the use mode and the start voltage which is the output voltage at the start of the high consumption mode are determined in advance. Katsu of secondary battery And off-voltage, and calculates a remaining capacity based on said output voltage value.
  • the remaining capacity can be calculated accurately and in detail even by measuring the output voltage value even in the high-consumption mode. Also, since the remaining capacity is calculated only by measuring the voltage, the pulse-like current change A corresponding advanced ammeter is not required, and the configuration for realizing the battery remaining capacity calculation method of the present invention can be simplified.
  • the remaining capacity Qm in the high consumption mode is calculated by using the reference remaining capacity Qn, start voltage Vn, cutoff voltage Vt, and output voltage value Vm.
  • Vn-Vt K Vn-Vt ⁇ . Since the remaining capacity in the high-consumption mode can be calculated by a simple formula, an advanced calculation device is not required as a circuit for performing the calculation. Also, since the remaining capacity can be calculated without the influence of the internal impedance of the secondary battery depending on the usage environment and usage history, it is not necessary to accumulate a large amount of discharge characteristic data. The storage capacity required for calculating the remaining capacity can be reduced.
  • a battery remaining capacity calculating apparatus for calculating a remaining capacity, which is a dischargeable electric capacity of a secondary battery
  • the secondary battery includes: A voltage measuring means for measuring an output voltage value of the battery; and a calculating means for performing information processing by recording a reference voltage curve which is a discharge characteristic of the secondary battery, wherein the calculating means uses the secondary battery.
  • the mode is classified into a high power consumption mode in which the output current value is equal to or more than a threshold value and a low power consumption mode in which the output current value is smaller than the threshold value.
  • the remaining capacity of the secondary battery is calculated in the high consumption mode. And calculating the remaining capacity based on the output voltage value.
  • the voltage gap changes due to the effect of the internal impedance when the use mode of the secondary battery changes, calculating the remaining capacity based on the voltage gap and the output voltage reduces the effect of the internal impedance. It becomes possible to calculate the remaining capacity accurately and in detail by removing it.
  • the voltage gap ⁇ V and the output voltage value Vm are added to calculate an added voltage value (Vm + AV), and the remaining capacity at the added voltage value (Vm + ⁇ ) on the reference voltage curve is calculated.
  • the remaining capacity Qm in the high consumption mode may be used.
  • a battery remaining capacity calculation program for calculating a remaining capacity, which is a dischargeable electric capacity of a secondary battery.
  • the remaining capacity is calculated from the reference voltage curve, and the change in the remaining capacity when the operating mode is switched is set to 0, thereby reducing the internal impedance of the secondary battery.
  • the remaining capacity can be calculated by removing the voltage change due to the influence of the power.
  • the discharge characteristics in the low power consumption mode can be represented using one reference voltage curve, the amount of information on the characteristics can be reduced, and the storage capacity required for calculating the remaining battery capacity can be reduced. Can be.
  • the use mode of the secondary battery is distinguished into a high-consumption mode in which the output current value is equal to or higher than the threshold value and a low-consumption mode in which the output current value is smaller than the threshold value.
  • the remaining capacity is calculated from the reference voltage curve. By setting the remaining capacity change at the time of switching to 0, the remaining capacity can be calculated by removing the voltage change due to the influence of the internal impedance of the secondary battery.
  • ADVANTAGE OF THE INVENTION since a user can display a highly accurate and detailed battery remaining capacity, the convenience of the user can be improved. In addition, since the user can accurately know the remaining capacity level of the secondary battery, it is possible to charge the secondary battery at the appropriate time. The time during which the device can be driven can be extended, and the convenience can be further improved. Further, according to the present invention, since a highly accurate IL measurement circuit is not required, the remaining capacity of the secondary battery can be predicted with high accuracy using a relatively simple circuit configuration. Since the number of parts can be reduced and the cost of component parts can be reduced, it is possible to reduce the manufacturing cost and weight of electronic equipment. Brief Description of Drawings
  • FIG. 1 is a block diagram showing a configuration example of a mobile phone that calculates the remaining capacity of a secondary battery by using the remaining battery capacity calculation method according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a graph showing an example of a reference voltage curve stored in advance in a nonvolatile storage device of an arithmetic unit in the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is an example of a reference table showing a relationship between a remaining capacity level Q and an output voltage V set for each output voltage value of the secondary battery in the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a graph schematically showing a voltage change when the use state of the mobile phone changes from a standby state to a call state in the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a flowchart illustrating a procedure for calculating the remaining capacity of the secondary battery in the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a graph schematically showing a voltage change when a use state of a mobile phone changes from a standby state to a call state in the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a flowchart illustrating a procedure for calculating the remaining capacity of the secondary battery in the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is a view showing an image simulating a battery for displaying the remaining capacity level Qm on the main body in Example 1 of the present invention.
  • FIG. 9 is a graph showing the relationship between the voltage Vm measured in Example 1 of the present invention and the displayed value of the remaining capacity level Qm.
  • Fig. 10 shows the remaining capacity of an electronic device using a conventional secondary battery. It is a figure showing an example of a display. BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
  • the remaining capacity indicates the amount of electricity that the secondary battery can discharge
  • the voltage is the voltage between the terminals of the secondary battery
  • the current is the discharge from the secondary battery or the charging of the secondary battery. Indicates the current value.
  • the voltage at which power supply is stopped is called the cutoff voltage.
  • a remaining capacity level represented by a ratio where the fully charged state of the secondary battery is 100 and the remaining capacity when the voltage at which the power supply is stopped is set to 0 is used.
  • the remaining capacity level indicates the ratio from the fully charged state to the fully discharged state of the secondary battery, calculating the remaining capacity level is equivalent to calculating the dischargeable electric capacity of the secondary battery .
  • the battery remaining capacity calculation method includes a low power consumption mode in which the current value output from the secondary battery is relatively small and the effect of the internal impedance can be ignored, and a current value that is relatively large and the effect of the internal impedance is ignored
  • the remaining capacity level is calculated based on the output voltage value of the secondary battery in each mode, distinguishing from the high consumption modes that cannot be used.
  • a mobile phone which is an electronic device using the remaining battery capacity calculation method of the present embodiment, will be described with reference to FIGS. Driven by batteries such as secondary batteries
  • the present embodiment is applied to a mobile device other than a mobile phone, such as a digital camera, a video camera, and a type-m device such as a PDA (Per SO na 1 Digital Assistant). There is no word that it can be done.
  • FIG. 1 is a block diagram showing a configuration example of a mobile phone that calculates the remaining capacity of a primary battery using the remaining battery capacity calculation method of the present embodiment.
  • the mobile phone 11 comprises a main body 21 and a battery part 22. Power is supplied between the main body 21 and the battery part 22.
  • the main unit 21 is an electronic device that is a load that consumes power.It is an information processing circuit that controls the call function, a liquid crystal display that displays information such as the remaining battery capacity and talk time, and communicates with the base station. It is composed of elements that ordinary mobile phones have, such as an antenna for performing Here, the main body 21 may have only a call function, or may have, for example, a plurality of functions such as an e-mail function and a digital camera function.
  • the notifying unit 22 includes, for example, a chargeable / dischargeable secondary battery 31 such as a lithium ion secondary battery, and a control unit 32 for calculating the remaining capacity and monitoring an abnormal state of the battery.
  • a chargeable / dischargeable secondary battery 31 such as a lithium ion secondary battery
  • a control unit 32 for calculating the remaining capacity and monitoring an abnormal state of the battery.
  • the battery unit 22 is shown as an example composed of one secondary battery, it may be an assembled cell composed of a plurality of secondary batteries. In this case, the remaining capacity of each secondary battery may be calculated by measuring the voltage of each secondary battery separately, or the remaining capacity may be calculated by measuring the voltage of the entire battery section 22.
  • the control unit 32 includes a voltage measuring device 41 for measuring the voltage of the secondary battery 31 and an arithmetic device 42 for calculating the remaining capacity.
  • the voltage measuring device 41 includes, for example, an AD converter, measures the voltage of the secondary battery 31, converts an analog value of the measured voltage value into a digital value, and transmits the digital value to the arithmetic device 42.
  • the arithmetic device 42 is a device that calculates the remaining capacity according to the measured voltage value of the secondary battery 31 and transmits the remaining capacity to the main body 21 of the mobile phone 11.
  • the arithmetic unit 42 stores an information processing circuit for performing calculations, a volatile storage device for temporarily storing data such as a measured voltage and a calculated remaining capacity, a program, and characteristics of the secondary battery 31.
  • a non-volatile storage device In the configuration shown in FIG. 1, an example is shown in which the control unit 32 is separated from the main unit 21 of the mobile phone 11, but the control unit 32 is mounted on the main unit 21 and the battery A configuration in which the control of the unit 22 is performed may be employed.
  • the remaining capacity is calculated by the voltage method during standby when the mobile phone 11 is not used. Therefore, the relationship between the voltage and the remaining capacity needs to be measured in advance and stored as data. Therefore, for example, a secondary battery of the same type as the secondary battery 31 mounted on the battery unit 22 is charged until it reaches a full charge voltage, and then the cut-off current is reduced with a low load current of, for example, 10 mA. Measure the relationship between the remaining capacity and voltage while discharging until the pressure reaches the maximum. It is desirable to perform the measurement at room temperature.
  • the discharge characteristic which is the relationship between the voltage and the remaining capacity, may be represented by some function, or the relationship between a plurality of remaining capacities and the voltage may be represented as a table.
  • the discharge characteristics measured in advance are stored in the nonvolatile memory of the arithmetic unit 42 as a reference voltage curve. It is stored in the storage device in advance.
  • FIG. 2 is a graph showing an example of a reference voltage curve previously stored in the nonvolatile storage device of the arithmetic unit 42 as described above.
  • the horizontal axis shows the discharge capacity corresponding to the integrated value of the amount of electricity discharged from the secondary battery 31, and the vertical axis shows the output voltage value of the secondary battery 31.
  • the non-volatile storage device of the arithmetic unit 42 has a secondary battery
  • FIG. 3 is an example of a lookup table showing the relationship between the remaining capacity level Q and the output voltage V set for each output voltage value of the secondary battery 31.
  • the information of the reference table shown in FIG. 3 is recorded in advance in the nonvolatile storage device of the arithmetic unit 42 together with the reference voltage curve.
  • the reference table shown in FIG. 3 is an example showing the relationship between the remaining capacity level Q and the output voltage V.
  • the remaining capacity level Q may be divided into other steps instead of the 10 steps. Also need not be the values shown in the figure.
  • the figure shows an example in which the difference between the output voltage and the cut-off voltage when the secondary battery 31 is fully charged is equally divided, and the remaining capacity level Q is set so that the output voltages V are equally spaced. ing. However, it is not necessary to divide the output voltage V at equal intervals.For example, when the secondary battery 31 is discharged at a low load, the time from the full charge state to the cut-off voltage Vt is equally divided, Output voltage and remaining capacity level corresponding to the discharge capacity on the base voltage curve
  • the characteristics of the power consumption of the mobile phone 1 1 There are two modes: a low-consumption mode in which the load consumes almost no power, such as a standby mode, and a high-consumption mode, such as a call in which the power consumption of the battery unit 22 is large. Therefore, in the battery remaining capacity calculation method of the present embodiment, the method of calculating the remaining capacity during standby in the low consumption mode and the method of calculating the remaining capacity during use during a call in the high consumption mode are different from each other. Method. As the high-consumption mode, there can be various usage situations such as when the display backlight of the mobile phone 11 is turned on or when the e-mail function is used, other than during a call.
  • the remaining capacity calculation method in each mode will be described below. Since the output voltage of the rechargeable battery 31 greatly changes depending on the magnitude of the output current and the temperature of the use environment, in the high-consumption mode using the mobile phone 11, the remaining battery capacity and the voltage are one-to-one. Regardless, there are many discharge characteristics depending on the operating environment and the deterioration of the battery. This is due to the influence of the internal impedance of the secondary battery 31 that changes depending on the temperature and deterioration of the operating environment, and the voltage drops from the voltage in the no-load state according to the current when the current is flowing. That's why.
  • the discharge characteristics can be expressed using one reference voltage curve, and the remaining battery capacity of the secondary battery 31 can be calculated by measuring the voltage value of the secondary battery 31.
  • the reference voltage curve is obtained by measuring a voltage value in a state where a low current is consumed, and as a relationship between the voltage value and the remaining battery capacity, the nonvolatile memory device of the arithmetic unit 42 is used in advance. It is stored in.
  • the so-called voltage method is used as the remaining capacity calculation method during standby in the low power consumption mode. It can be said that the remaining battery capacity and the output voltage have a substantially one-to-one relationship when the current consumption is small as in the standby mode and the effect of the internal impedance of the secondary battery 31 is small. Therefore, in the low power consumption mode such as when in standby mode, the battery method is used to calculate the remaining battery capacity.
  • the determination as to whether or not the mobile phone is in the standby mode may be made by any method.
  • the control unit 32 transmits a signal indicating the standby mode from the main unit 21 of the mobile phone 11 via the communication line 24. You may judge that it is a standby time by receiving it.
  • the current measurement circuit may detect and determine the value of the current consumption value.
  • the current measurement circuit used for detecting the current consumption it is only necessary to be able to measure the current value, so it is not necessary to use a sophisticated circuit for measuring the current on the pulse with high accuracy.
  • the discharge characteristics in the low consumption mode can be expressed using one reference voltage curve, the amount of information on the discharge characteristics recorded in the non-volatile storage device of the arithmetic unit 42 can be reduced.
  • the manufacturing cost of the arithmetic unit 42 can be reduced by reducing the storage capacity of the non-volatile storage device.
  • FIG. 4 is a graph schematically showing a voltage change when the use state of the mobile phone 11 changes from the time of waiting to the time of talking. In the standby state, the current consumption is small, and the voltage is hardly changed. This is a low-consumption mode, and the change that satisfies the relationship between the voltage value indicated by the reference voltage curve and the remaining battery capacity continues.
  • the battery remaining capacity of the secondary battery 31 does not change due to the discontinuous voltage drop at the moment of switching from the low power consumption mode to the high power consumption mode.
  • the battery remaining capacity is calculated ignoring the current consumption at the time.
  • the discontinuous voltage change when switching from the low-consumption mode to the high-consumption mode does not affect the change in the remaining battery capacity.
  • the remaining capacity level Qn before and after the continuous voltage change is considered to be the same. Therefore, the remaining capacity level at the start voltage Vn at the start of the high consumption mode is set to Qn obtained from the reference voltage curve shown in FIG. 2 and the reference table shown in FIG. Also, since the cut-off voltage Vt for stopping the discharge of the secondary battery 31 is the same in the low power consumption mode and the high power consumption mode, the remaining capacity level at the cutoff voltage Vt is set to 0. .
  • the remaining capacity level Qm during the use of the mobile phone 11 in the high consumption mode is equal to the low voltage in the high consumption mode when the output voltage of the secondary battery 31 is Vm.
  • Vn-Vm the lower width
  • Fig. 4 shows the case where the output voltage decreases at a constant rate.
  • Equation 1 shows a case where the difference between the start voltage Vn and the cut-off voltage Vt is divided equally, but it is necessary to separate the remaining capacity level from the start voltage Vn to the cut-off voltage Vt.
  • the ratio may be calculated using a look-up table or a function.
  • the nonvolatile storage device of the arithmetic device 42 is used.
  • the amount of information on the discharge characteristics recorded in the memory device can be reduced, and the manufacturing capacity m of the arithmetic unit 42 can be reduced by reducing the storage capacity m of the nonvolatile storage device.
  • the voltage change due to the current value change at the time of mode switching may be calculated, for example, by detecting a change in the use mode of the electronic device connected to the battery and detecting the change in the voltage before and after the change. .
  • the discontinuity point of the voltage change as shown in Fig. 4 Therefore, it may be calculated from the voltage before and after the voltage.
  • the value of the consumed current value may be detected by the current measuring circuit, and the determination may be made based on the amount of change.
  • Step 1 is a voltage measurement step in which the output voltage value of the secondary battery 31 is measured.
  • the voltage measuring device 41 transmits the output voltage Vm measured by the voltage measuring device 41 to the arithmetic device 42, and the procedure proceeds to step 2.
  • the output voltage V m measured only once by the voltage measuring device 41 may be used as it is.For example, a plurality of voltage measurements are performed during a certain period of time, and the voltage is obtained by a plurality of voltage measurements.
  • the arithmetic unit 42 may determine the output voltage Vm by performing some processing on the measured value, such as using the average value of the output voltage as the output voltage Vm.
  • Step 2 is a mode determination step for determining whether the main body 21 of the mobile phone 11 is in the low-consumption mode or another high-consumption mode. If the arithmetic unit 42 determines that the mode is the low-consumption mode, the procedure proceeds to step 3. If it is determined that the mode is not the low-consumption mode, the procedure proceeds to step 4.
  • the determination method of the low consumption mode may be any determination method.
  • the control unit 32 may receive a signal indicating the standby time from the main unit 21 of the mobile phone 11 via the communication line 24 to determine that the mobile phone 11 is in the standby state.
  • the current measurement circuit may detect and determine the value of the consumed current value.
  • Step 3 is a low-consumption-remaining-capacity calculating step in which the remaining capacity level Qm in the low-consumption mode is calculated.
  • the arithmetic unit 42 obtains the remaining voltage from the output voltage Vm of the secondary battery 31 measured in the voltage measurement process in Step 1. After calculating the capacity level Qm, and recording the calculated remaining capacity level Qm in the volatile storage device, the procedure proceeds to step 7.
  • Step 4 is a current change calculation step for determining whether the current state has just been switched from the low-consumption mode to the high-consumption mode or whether the use in the high-consumption mode is continuing.
  • the arithmetic unit 42 determines whether the current value output from the secondary battery 31 has changed, that is, whether the use mode of the mobile phone 11 has changed, and has determined that the current value has changed. In this case, the procedure proceeds to step 5, and if it is determined that the current value has not changed, the procedure proceeds to step 6.
  • the method of determining whether or not the current value has changed may be any method.
  • the main unit 21 of the mobile phone 11 controls some signal indicating a change in the use mode.
  • the current value may be determined that the current value has changed by receiving the signal from the unit 32 via the communication line 24.
  • the determination may be made by detecting the current value output from the secondary battery 31 using a current measurement circuit.
  • a current measurement circuit used for current detection, an advanced circuit that can measure the current on the pulse with high accuracy should be used as long as the current value can be measured. Need not be.
  • Step 5 is an initialization step, which is executed immediately after the usage of the mobile phone 11 is switched from the low-consumption mode to the high-consumption mode, and is used to calculate parameters required for calculating the remaining capacity level in the high-consumption mode.
  • This is the step of performing initialization.
  • the arithmetic unit 42 sets the remaining capacity level Qn in the low consumption mode immediately before the current change occurs as the reference remaining capacity level, and sets the measured voltage Vn immediately after the voltage drops discontinuously as the starting voltage. Then, the reference remaining capacity level Qn and the starting voltage Vn are recorded in the volatile storage device. When the setting and recording of the reference remaining capacity level Qn and the start voltage Vn are completed as the initialization processing, the arithmetic unit 42 shifts the procedure to step 6.
  • Step 6 is a high-consumption-remaining-capacity calculating step in which the remaining capacity level Qm in the high-consumption mode is calculated.
  • the arithmetic unit 42 measures by using the reference remaining capacity level Qn and the starting voltage Vn recorded in the volatile storage device, and the cut-off voltage Vt recorded in the nonvolatile storage device.
  • the remaining capacity level Qm when the voltage is Vm is calculated from the above-described equation 1. After recording the remaining capacity level Qm in the volatile storage device, the procedure proceeds to step 7.
  • the difference between the start voltage Vn and the measured voltage Vm is a voltage change caused by a change in the remaining capacity.
  • the voltage change when switching from the low-consumption mode to the high-consumption mode is ignored. Therefore, the remaining capacity level Qm is calculated.
  • the values of the reference remaining capacity level Qn and the starting voltage Vn used in this process are the values recorded in the non-volatile storage device in step 5, and are used when the procedure shifts from step 4 to step 6. Means that the reference remaining capacity level Qn and the starting voltage Vn set in the initialization process of step 5 that was performed most recently will be used.
  • Step 7 is a remaining capacity display step in which the calculated remaining capacity Qm is displayed on the main body 21 of the mobile phone 11.
  • the arithmetic unit 42 sends the information of the remaining capacity level Qm calculated in step 3 or step 6 and recorded in the volatile storage device to the main unit 21 via the communication line 24, It is displayed on the display unit of the main body 21 to notify the user of the remaining capacity level Qm of the secondary battery 31.
  • a time display such as a maximum standby time or a maximum talk time may be displayed from the remaining capacity level.
  • the battery remaining capacity calculation method of the present embodiment a large number of discharge characteristic graphs are not required when calculating the remaining capacity in the low consumption mode and when calculating the remaining capacity level in the high consumption mode. . For this reason, the amount of discharge characteristic information recorded in the non-volatile storage device of the arithmetic device 42 can be reduced, and the storage capacity of the non-volatile storage device can be reduced to reduce the manufacturing cost of the arithmetic device 42. Can be reduced.
  • a method of calculating the remaining battery capacity using the same reference voltage curve in both the low power consumption mode and the high power consumption mode will be described with reference to FIGS. 6 and 7. Will be explained.
  • the method for calculating the remaining battery charge in the present embodiment and the first embodiment differs only in the method for calculating the remaining battery charge in the high-consumption mode, so that the mobile phone described with reference to FIGS. 1 to 3 is used. It is assumed that the configuration of the telephone, the reference voltage curve, the reference table of the remaining capacity level and the pressure value, etc. are the same as those in the first embodiment.
  • the characteristics of the power consumption of the mobile phone 1 1 are the low power consumption mode, such as the standby mode, in which there is almost no power consumption, which is the load on the battery unit 2 2, and the call, in which the power consumption is the load on the battery unit 2 2 There is a high consumption mode such as Therefore, in the battery remaining capacity calculation method of the present embodiment, the method of calculating the remaining capacity during standby in the low consumption mode and the method of calculating the remaining capacity during use during a call in the high consumption mode are different from each other. Method. As the high-consumption mode, there can be various usage situations such as when the display backlight of the mobile phone 11 is turned on or when the e-mail function is used, other than during a call.
  • the remaining capacity calculation method in each mode Since the output voltage of the rechargeable battery 31 greatly changes depending on the magnitude of the output current and the temperature of the use environment, in a high power consumption mode using the mobile phone 11, the remaining battery capacity and the voltage are one-to-one. Regardless, there are many discharge characteristics depending on the operating environment and the deterioration of the battery. This is because the voltage drop from the no-load state voltage according to the current when the current flows is caused by the influence of the internal impedance of the secondary battery 31 that changes with the environmental temperature.
  • the discharge characteristics can be represented using one reference voltage curve, and the remaining battery capacity of the secondary battery 31 can be calculated by measuring the voltage value of the secondary battery 31.
  • the reference voltage curve measures the voltage value in a state where a low current is consumed, and determines the relationship between the voltage value and the remaining battery capacity in advance to determine the relationship between This is stored in the temporary storage device, and is represented, for example, by the graph shown in FIG.
  • the so-called voltage method is used as the remaining capacity calculation method during standby in the low power consumption mode. It can be said that the remaining battery capacity and the output voltage have a substantially one-to-one relationship when the current consumption is small as in the standby mode and the effect of the internal impedance of the secondary battery 31 is small. Therefore, in the low power consumption mode such as when in standby mode, the battery method is used to calculate the remaining battery capacity.
  • the determination as to whether or not the mobile phone is in the standby mode may be made by any method.
  • the control unit 32 transmits a signal indicating the standby mode from the main unit 21 of the mobile phone 11 via the communication line 24. You may judge that it is a standby time by receiving it.
  • the current measurement circuit may detect and determine the value of the current consumption value.
  • the current measuring circuit used for detecting the current consumption it is only necessary to be able to measure the current value, so it is not necessary to use a circuit that can measure the current on the pulse with high accuracy.
  • the discharge characteristics in the low power consumption mode can be represented using one reference voltage curve, the amount of information on the discharge characteristics stored in the non-volatile storage device im of the arithmetic unit 42 can be reduced. In addition, it is possible to reduce the storage capacity of the non-volatile storage device and reduce the manufacturing cost of the device 42.
  • the mode is the low-consumption mode or the high-consumption mode, when information is exchanged between the main body 21 of the mobile phone 11 and the arithmetic unit 42, the mobile phone 11
  • the component PP can be simplified. Further, even when detecting the current consumption to determine whether the mode is the low-consumption mode or the high-consumption mode, the manufacturing cost of the mobile phone 11 is reduced because high-precision measurement is not required. Can It becomes.
  • FIG. 6 is a graph schematically showing a voltage change when the use state of the mobile phone 11 changes from a standby state to a call state. In the standby state, the current consumption is small and the voltage is hardly changed. This is a low-consumption mode, and the change that satisfies the relationship between the voltage value indicated by the reference voltage curve and the remaining battery capacity continues.
  • the remaining battery capacity of the secondary battery 31 does not change due to the discontinuous voltage drop at the moment of switching from the low-consumption mode to the high-consumption mode.
  • the remaining battery capacity is calculated ignoring current consumption.
  • the rechargeable battery 31 is discharged and power is consumed in the main body 21 of the mobile phone 11, so that the remaining battery capacity decreases.
  • the power consumption in the main unit 21 was pulse-like and the output voltage value fluctuated drastically.However, when the voltage values for a certain period of time were averaged, a gentle curve was drawn as shown in Fig. 6. And the voltage drops. Therefore, the remaining battery capacity is calculated based on the start voltage Vn2, which is the output voltage at the start of the high consumption mode, and the voltage gap ⁇ V that has changed when the voltage drops discontinuously.
  • the discontinuous voltage change when switching from the low-consumption mode to the high-consumption mode does not affect the change in the remaining battery capacity. It is considered that the remaining capacity level Q n 2 before and after the discontinuous voltage change is the same. Therefore, the remaining capacity level at the start voltage V n 2 at the start of the high consumption mode is Q n 2 obtained from the reference voltage curve shown in FIG. 2 and the reference table shown in FIG. And set.
  • the discontinuous voltage change generated when switching from the low-consumption mode to the high-consumption mode at time tn 2 is defined as a voltage gap AV, Ignore the current consumption when switching.
  • the output voltage of the secondary battery 31 is measured by the voltage measuring device 41, and the remaining capacity level Q is determined based on the measured voltage value V m 2 and the voltage gap ⁇ V. Calculate m.
  • the measured voltage value V m 2 is based on the discharge characteristics of the reference voltage curve. This is considered to be the result of the voltage drop corresponding to the step ⁇ V. Therefore, in the present embodiment, the remaining voltage level Qm corresponding to the added voltage value (Vm2 + AV) obtained by adding the voltage gap ⁇ V to the voltage value Vm2 is used as the reference voltage. It is calculated from the pressure curve and the reference table. Specifically, when the measured voltage value is V m 2, it is assumed that the voltage of the reference voltage curve is the remaining capacity level at the time of the added voltage value (V m 2 + AV), and the reference shown in FIG.
  • the voltage gap ⁇ V is calculated from the discontinuous voltage change at the start of the ⁇ consumption mode, but the internal impedance R of the secondary battery and the ⁇ The voltage gap AV may be obtained as the product of the value I.
  • any method for measuring the internal impedance R of the secondary battery may be used.
  • the voltage gap ⁇ V used for obtaining the added voltage value with the remaining capacity level being 0 be the product of the maximum current value and the internal impedance in the high consumption mode.
  • the battery remaining capacity calculation method of the present embodiment when calculating the remaining capacity level in the high consumption mode, a large number of discharge characteristic graphs are not required, so that the battery capacity is recorded in the nonvolatile storage device of the arithmetic unit 42.
  • the amount of information on the discharge characteristics to be stored can be reduced, and the storage capacity of the nonvolatile storage device can be reduced, so that the manufacturing cost of the arithmetic unit 42 can be reduced.
  • the voltage change due to the current value change at the time of mode switching may be calculated, for example, by detecting a change in the use mode of the electronic device connected to the battery and detecting the change in the voltage before and after the change. . Also, By detecting the discontinuity point of the voltage change as shown in FIG. 4, it may be calculated from the voltages before and after the discontinuity point. Further, as described above, the value of the consumed current value may be detected by the current measuring circuit, and the determination may be made based on the amount of change.
  • Step 11 is a voltage measuring step for measuring the output voltage value of the secondary battery 31.
  • the voltage measuring device 41 sends the output voltage Vm2 measured by the voltage measuring device 41 to the arithmetic device 42, and the procedure shifts to step S12.
  • Step 12 is a mode determination step in which the main body 21 of the mobile phone 11 is determined to be in the low-consumption mode or the other high-consumption mode. If the arithmetic unit 42 determines that the mode is the low consumption mode, the procedure shifts to step 13. If the arithmetic unit 42 determines that the mode is other than the low consumption mode, the procedure shifts to step 14.
  • Step 13 is a low-consumption-remaining-capacity calculating step in which the remaining capacity level Qm in the low-consumption mode is calculated.
  • the arithmetic unit 42 obtains the remaining voltage from the output voltage Vm2 of the secondary battery 31 measured in the voltage measurement process of step 11 based on the reference voltage curve and the reference table stored in the nonvolatile storage device in advance. Calculate the capacity level Qm. Calculated After recording the remaining capacity level Qm in the volatile storage device, the procedure proceeds to step 18.
  • Step 14 is a current change calculation step for determining whether the current state is immediately after switching from the low-consumption mode to the high-consumption mode or whether the use in the high-consumption mode is continued.
  • the arithmetic unit 42 determines whether the current value output from the secondary battery 31 has changed, that is, whether the use mode of the mobile phone 11 has changed, and determines that the current value has changed. If it is determined, the procedure proceeds to step 15. If it is determined that the current value has not changed, the procedure proceeds to step 16.
  • Step 15 is an initialization process, which is executed immediately after the usage of the mobile phone 11 is switched from the low-consumption mode to the high-consumption mode, and sets the parameters required for calculating the remaining capacity level in the high-consumption mode. This is the process of initializing.
  • the arithmetic unit 42 sets the difference between the measured voltage in the low-consumption mode immediately before the current change occurs and the measured voltage in the high-consumption mode immediately after the current change occurs as the voltage gap ⁇ V, Record the voltage gap ⁇ V in the storage device. When the setting and recording of the voltage gap ⁇ V have been completed as initialization processing, the arithmetic unit 42 shifts the procedure to step 16.
  • Step 16 is a process for calculating the remaining capacity at the time of high consumption, in which the remaining capacity level Qm in the high consumption mode is calculated.
  • the arithmetic unit 42 adds the voltage gap ⁇ V to the measured voltage V m 2, and uses the reference voltage curve and the reference table recorded in the non-volatile storage device to calculate the voltage V m 2 when the measured voltage is V m 2. Calculate the remaining capacity level Qm. After recording the remaining capacity level Qm in the volatile storage device, the procedure proceeds to step 17.
  • the value of the voltage gap ⁇ V used in this process is This is the value recorded in the non-volatile storage device in step 15 and when the procedure shifts from step 14 to step 16, it was set in the most recent initialization step in step 15. The voltage gap ⁇ V will be used.
  • Step 17 is a look-up table update process, in which the look-up table, which is a combination of the remaining capacity level and the voltage recorded in the nonvolatile memory device, and the cut-off voltage V t are rewritten.
  • the combination of the remaining capacity level and voltage in the reference table is changed so that the remaining capacity level at the voltage value (Vt + ⁇ V) obtained by adding the voltage gap ⁇ V to the cut-off voltage Vt becomes 0.
  • the reference table recorded in the nonvolatile storage device is updated.
  • the value of the voltage value (Vt + ⁇ V) is recorded as a new cut-off voltage Vt in the nonvolatile memory device and updated.
  • Step 18 is a remaining capacity display step of displaying the calculated remaining capacity Qm on the main body 21 of the mobile phone 11.
  • the arithmetic unit 42 transmits the information of the remaining capacity level Qm calculated in step 13 or step 16 and recorded in the volatile storage device to the main unit 21 via the communication line 24. Is displayed on the display device of the main body 21 to notify the user of the remaining capacity level Qm of the secondary battery 31.
  • the remaining capacity level is calculated from the change. Therefore, the remaining capacity level can be calculated accurately by removing the effect of the voltage change due to the internal impedance that is affected by the temperature and the deterioration state. become.
  • the mobile phone used in the experiment was a multifunctional mobile phone with an information communication function equipped with a 2-inch liquid crystal display.
  • This mobile phone is equipped with a lithium ion secondary battery with a nominal voltage of 3.7 V, a capacity of 730 mAh, a full charge voltage of 4.2 V, and a cut-off voltage of 3.55 V. It is operated by the output from the next battery.
  • the remaining capacity is configured to be displayed in 10 levels, which is more detailed than the currently common 3-level display. In other words, the remaining capacity when the battery is fully charged is set to 10 and the remaining capacity when the mobile phone cannot be used is set to 0. Note that the remaining capacity may be displayed in 10 or more steps in detail, or a time display such as the maximum standby time or the maximum call time may be performed based on the ratio of the remaining capacity.
  • a lithium ion secondary battery was connected to a charging / discharging device that charges and discharges the secondary battery, and after charging to a fully charged state, 5
  • the discharge capacity and voltage are measured while discharging at a low current of mA, the relationship between the remaining capacity level and the voltage is determined from the relationship between the discharge capacity and the voltage.
  • As a reference table it was stored in the non-volatile storage device of the arithmetic unit as shown in FIG.
  • This lithium-ion rechargeable battery was connected to a mobile phone, and the voltage while actually using the mobile phone was converted to a digital value by a 16-bit AD converter, and was sequentially captured by the arithmetic unit .
  • Voltage measurement The constant frequency was 1 kHz, and the remaining capacity was calculated using the data for one second, that is, the voltage obtained by averaging 100 voltages as the measured voltage Vm. By averaging the data for one second, the effect of the pulse-like voltage change that occurs during standby can be eliminated.
  • the determination as to whether or not the apparatus is in the standby mode in the low-consumption mode is made by measuring the current. If the measured current is less than the threshold value of 30 mA, it is determined that the device is in standby mode.
  • the current measurement circuit required for this need not be a high-precision circuit, but only needs to be able to determine whether or not a current exceeding a certain value is flowing. In addition, it is determined that a current change has occurred in a state in which the standby state is not changed from the standby state to the standby state.
  • the remaining capacity for one second is set as the reference remaining level Qn, and the average voltage for 30 seconds after the current change is set as the starting voltage Vn, and the volatility is determined.
  • the reference remaining capacity level Q n stored in the volatile storage device, the starting voltage
  • FIG. 8 is a diagram showing an image simulating a battery for displaying the remaining capacity level Qm on the main body. An example is shown in which the frame showing the outer shape of the battery is divided into nine parts and the display area is changed according to the remaining capacity level Qm so that the user can easily recognize the remaining capacity level Qm.
  • the remaining battery capacity calculation method of the present invention the remaining capacity is calculated while sequentially repeating the flowchart shown in FIG. 5, and the latest remaining capacity is always displayed to the user. . 9th
  • the figure is a graph showing the relationship between the displayed value of the remaining capacity level Qm and the measured voltage Vm.
  • the horizontal axis in the figure indicates the integrated value of the electric capacity discharged by the lithium-ion secondary battery, and the line repeating the pulse-like fluctuation in the figure indicates the voltage value of the lithium-ion secondary battery.
  • the line that changes stepwise shows the displayed value of the remaining capacity level Qm.
  • the displayed value of the remaining capacity level decreases in accordance with the discharged electric capacity of the lithium ion secondary battery. It can be seen that the capacity level Q m has been calculated.

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Abstract

比較的簡単な回路構成を用いて高精度に二次電池の残容量を予測することができる電池残容量算出方法、電池残容量算出装置および電池残容量算出プログラムである。二次電池の出力電圧値を測定し、二次電池の使用モードを出力電流値が閾値以上である高消費モードと閾値より小さい低消費モードとに区別し、低消費モード時には二次電池の放電特性である予め定められた基準電圧曲線と出力電圧値とに基づいて残容量を算出し、高消費モード時には低消費モードから高消費モードへの切り換わり時の残容量変化がほとんど無いものとして残容量を算出する。高消費モード時には、使用モード変化前の残容量である基準残容量と、高消費モード開始時の出力電圧である開始電圧と、予め定められた二次電池のカットオフ電圧と、出力電圧値とに基づいて残容量の算出を行うとしてもよく。

Description

明細書 電池残容量算出方法、 電池残容量算出装置および電池残容量算出 プログラム 技術分野
本発明は、 二次電池の使用可能な電気量を算出するための電池 残容量算出方法、 電池残容量算出装置および電池残容量算出プロ グラムに関するものである。 背景技術
近年、 携帯電話は従来の通話機能のみならず、 電子メール機能 やデジタルカメラ機能等が搭載され、 高機能な携帯型多機能電子 装置に変貌しつつある。 携帯電話は、 例えばリチウムイオン二次 電池等の二次電池からなるバッテリーによって駆動されている が、 携帯電話の使用者が安心して携帯電話を使用するためには、 バッテリーの残容量を正確に使用者に知らせる必要がある。 なぜ なら、 外出先で携帯電話のバッテリーが切れることは、 使用者に とって最も避けたい問題であり、 使用者がバッテリーの残容量を 正しく知ることができれば、 未然にバッテリー切れを防ぐことが できるからである。 しかし、 携帯電話の残容量表示は第 1 0図に 示すような 3段階表示が一般的であり、 使用者の要求を満足して いるものとは言えない。
従来の携帯電話における残容量算出は、 電池の電圧のみを測定 して電圧を基準値と比較することにより行われてきた。 しかし、 後述するように電圧と残容量の関係は一対一の関係にはなく、 こ の算出方法では残容量を正確に表示することはできない。 このた め、 現状の残容量算出方法では、 携帯電話を使用しているのにも かかわらず残容量表示が増加するという問題がしばしば発生す ることから、 残容量表示を現在の 3段階表示からより詳細な表示、 例えば 1 0段階表示にすることは困難であった。 残容量表示が増 加するという問題を解決する方法も提案されているが、 残容量の 精度を本質的に改善したものではない （例えば特開平 8 — 2 3 7 3 3 6号公報参照）。
一方、 電池の残容量を高精度に算出する方法として、 電流積算 法と電圧法の 2つの方法が提案されている。 電流積算法は、 満充 電容量から放電電流の積算値を減算する ことによ り現在の残容 量を算出する方法である。 しかし、 携帯電話等の電流変動の特徴 は、 携帯電話の使用状態の中で最も大きな時間を占める待ち受け 時と通話時の電流の差が 1 0 0倍以上あること、 また、 パルス的 な電流が流れることである。 したがって、 このような電流を正確 に測定して積算するためには、 ダイナミ ックレンジが広く周波数 特性の優れた高精度な電流測定回路が必要になり、 携帯電話等の 小型な携帯型電子装置に、 そのような回路を適用することは現実 的ではない。
一方で電圧法は、 様々な条件で電圧と残容量の関係を予め測定 しておき、 実使用時に測定した電圧を上記の関係と比較すること により残容量を算出する方法である。 ある電圧と電流の組み合わ せに対する残容量を、 多数テーブルとして記憶しておき、 測定し た電圧 · 電流をそのテーブルと比較することにより、 残容量を算 出し、 さらに温度やバッテリーの劣化状態によりその値を補正す ることが提案されている （例えば特開 2 0 0 2 - 2 1 4 3 1 0号 公報参照）。
特開 2 0 0 2 - 2 1 4 3 1 0号公報で指摘されているように、 二次電池は電流 ， 温度 · 劣化状態等の使用状況により、 電圧と残 容量の関係は大きく変化するため、 使用条件に応じた多くの条件 で電圧と残容量の関係を測定しテーブルを作成しておく必要が ある。 しかし、 このような多大な努力を払って作成したテーブル は、 通常、 定電流放電もしくは定電力放電の試験によって得られ るものであって、 携帯電話の実使用状況からは大きくかけ離れた ものである。
つまり、 電圧と残容量の関係は、 同じ電流 · 温度 · 劣化状態で あっても、 待ち受け状態から通話を開始したなど、 携帯電話をど のように使用しているかなどの使用履歴によって変化するため、 定電流放電ゃ定電力放電のような理想的な放電条件によって作 成したテ一ブルを用いた方法では、 使用状況が常に変化する実使 用の環境で残容量を算出した場合、 その算出精度は低いものにな る。
また、 電流積算法と電圧法を併用した方法も提案されている。 これは正確な電流積算が困難な待ち受け時には電圧法を使用し、 通話時等の電流が大きい場合は電流積算法を使用して残容量を 算出する方法である （例えば特開 2 0 0 2 — 1 8 1 9 0 6号公報 参照）。 待ち受け時にのみ電圧法を使用することによって、 電圧 法に必要なテ一ブルの数を削減し、 通話時には電流積算法を使用 することにより、 高精度な残容量算出を目的にしたものである。 しかし、 この発明においても電流積算法を使用する必要があり、 そのために高精度な電流測定回路が必要になるという問題があ つた。 以上に述べたように、 特開平 8 — 2 3 7 3 3 6号公報で開示さ れている電圧だけを測定する残容量算出方法では、 比較的簡単な 回路構成で残容量を算出することができるという長所があるも のの、 その算出精度が悪いため、 現状の残容量表示より も詳細に 残容量を使用者に表示することが困難であるという問題があつ た。
また、 高精度に電池残容量を算出しょうとした場合に、 従来の 電流積算法および電圧法どち らであっても電流を測定する必要 があり、 そのための回路が必要になるという問題があった。 さら に、 携帯電話等の電流変動の特徴から考えて、 そのような回路を 使用したとしても、 電流を高精度に測定し積算することは困難で あって、 そのため電流積算法を用いて高精度な残容量予測を実現 することは実際上不可能であった。
したがって本発明は、 比較的簡単な回路構成を用いて高精度に 二次電池の残容量を予測することが可能な電池残容量算出方法、 電池残容量算出装置および電池残容量算出プログラムを提供す ることを目的とする。 発明の開示
上記課題を解決するために本発明の電池残容量算出方法は、 二 次電池の放電可能な電気容量である残容量を算出する電池残容 量算出方法であって、 前記二次電池の出力電圧値を測定する電圧 測定工程と、 前記二次電池の使用モードを出力電流値が閾値以上 である高消費モー ドと閾値よ り小さい低消費モー ドとに区別す るモード判定工程と、 前記低消費モード時に、 前記二次電池の放 電特性である予め定められた基準電圧曲線と前記出力電圧値と に基づいて残容量を算出する低消費時残容量算出工程と、 前記高 消費モード時に、 前記低消費モードから前記高消費モー ドへの切 り換わり時の残容量変化がほとんど無いものとして残容量を算 出する高消費時残容量算出工程と、 を備えることを特徴とする。 二次電池の使用モー ドを出力電流値が閾値以上である高消費 モードと閾値より小さい低消費モードとに区別し、 低消費モード では基準電圧曲線から残容量を算出し、 使用モー ドの切り換わり 時の残容量変化を 0 とすることで、 二次電池の内部イ ンピーダン スの影響による電圧変化を除去して残容匱を算出する とがで さる 。 また、 低消費モードでの放電特性は一つの基準電圧曲線を 用いて表すことができるため、 特性の情報量を少なくする ( _とが でさ 、 電池残容量を算出するために必要な記憶容量を小さ <する ことができる。
また本発明の電池残容量算出方法では、 使用モ一 ド変化前の残 容量である基準残容量と、 高消費モード開始時の出力電圧である 開始電圧とを設定する初期化工程を備え、 高消費時残容量算出ェ 程では、 基準残容量と、 開始電圧と、 予め定められた二次電池の カッ トオフ電圧と、 出力電圧値とに基づいて残容量を算出する。 基準残容量と開始電圧とカツ トオフ電圧に基づいて残容量を算 出することで、 高消費モードにおいても出力電圧値を測定するだ けで正確かつ詳細に残容量を算出することが可能となる。 また、 電圧測定のみで残容量の算出を行うため、 パルス的な電流変化に 対応した高度な電流計が必要ではなくなり、 本発明の電池残容量 算出方法を実現するための構成を簡素化することが可能となる。
また、 高消費モードでの残容量 Q mを、 基準残容量 Q n、 開始 電圧 V n、 カッ トオフ電圧 V t 、 出力電圧値 V mを用いて、 数式 ハ ハ ハ (Vn-Vm) ハ Vm-Vt^ Qm = Qn Qn、 ノ = Qui )
(Vn - Vt) Vn - Vt によって算出するとしてもよい。 簡単な数式により高消費モード での残容量を算出することができるため、 演算を行うための回路 として高度な演算装置を必要としない。 また、 使用環境や使用履 歴に依存する二次電池の内部イ ンピーダンスの影響を排除して 残容量の算出を行う ことができるため、 多量の放電特性デ一夕を 蓄積しておく必要が無くなり、 電池残容量を算出するために必要 な記憶容量を小さくすることができる。
また本発明の電池残容量算出方法では、 使用モード変化時の出 力電圧変化である電圧ギャップを設定する初期化工程を備え、 高 消費時残容量算出工程では、 電圧ギャップと出力電圧値とに基づ いて残容量を算出する。 電圧ギャップは、 二次電池の使用モー ド が変化した際の内部ィンピーダンスの影響により変化するため、 電圧ギャップと出力電圧に基づいて残容量の算出を行う ことで、 内部イ ンピーダンスの影響を除去して正確かつ詳細に残容量を 算出することが可能となる。
また、 電圧ギャップ A Vと出力電圧値 Vmとを加算して加算電 圧値 （Vm+ Δ ν ) を算出し、 基準電圧曲線での加算電圧値 （V m+ A V) における残容量を高消費モードでの残容量 Qmとして もよい。 加算電圧値を算出して基準電圧曲線と加算電圧値に基づ いて残容量を算出することで、 二次電池の使用モード変化時の電 圧変化である電圧ギャップが無かったものとして、 内部インピー ダンスの影響を除去した残容量算出を行う ことができる。
モード判定工程での低消費モー ドか高消費モードかの判断は、 二次電池の出力電流値を測定すること、 二次電池の出力電圧の変 化を検知すること、 二次電池が電力を供給する電子機器側から情 報を得ることなどで判断することができる。 電子機器との間で情 報交換を行う場合には、 使用モードの検知を行うための構成部品 を簡素化することができる。 また、 消費電流を検知して判断する 場合であっても、 高精度な測定を必要としないために製造コス ト を低減することが可能となる。
また、 上記課題を解決するために本発明の電池残容量算出装置 は、 二次電池の放電可能な電気容量である残容量を算出する電池 残容量算出装置であって、 前記二次電池の出力電圧値を測定する 電圧測定手段と、 前記二次電池の放電特性である基準電圧曲線が 記録されて情報処理を行う演算手段とを備え、 前記演算手段は、 前記二次電池の使用モー ドを出力電流値が閾値以上である高消 費モードと閾値より小さい低消費モードとに区別し、 前記低消費 モードでは、 前記電圧測定手段が測定した電圧値と前記基準電圧 曲線とに基づいて前記二次電池の残容量を算出し、 前記高消費モ ードでは、 使用モード変化前の残容量である基準残容量と、 高消 費モード開始時の出力電圧である開始電圧と、 予め定められた前 記二次電池のカツ トオフ電圧と、 前記出力電圧値とに基づいて残 容量を算出することを特徴とする。
基準残容量と開始電圧とカツ トオフ電圧に基づいて残容量を 算出することで、 高消費モードにおいても出力電圧値を測定する だけで正確かつ詳細に残容量を算出することが可能となる。 また、 電圧測定のみで残容量の算出を行うため、 パルス的な電流変化に 対応した高度な電流計が必要ではなくなり、 本発明の電池残容量 算出方法を実現するための構成を簡素化することが可能となる。 また、 高消費モードでの残容量 Q mを、 基準残容量 Q n、 開始電 圧 V n、 カッ トオフ電圧 V t 、 出力電圧値 V mを用いて、 数式
八 八 八 (Vn - Vm) ハ Vm - Vt. Om = On Qn L = Qn(
(Vn - Vt) K Vn - Vt } によって算出するとしてもよい。 簡単な数式により高消費モード での残容量を算出することができるため、 演算を行うための回路 として高度な演算装置を必要としない。 また、 使用環境や使用履 歴に依存する二次電池の内部イ ンピーダンスの影響を排除して 残容量の算出を行う ことができるため、 多量の放電特性データを 蓄積しておく必要が無くなり、 電池残容量を算出するために必要 な記憶容量を小さくすることができる。
また、 上記課題を解決するために本発明の電池残容里昇出衣 は 、 二次電池の放電可能な電気容量である残容里を算出する電池 残容量算出装置であって、 前記二次電池の出力電圧値を測定する 電圧測定手段と、 前記二次電池の放電特性である基準電圧曲線が 記録されて情報処理を行う演算手段とを備え、 前記演算手段は、 前記二次電池の使用モー ドを出力電流値が閾値以上である高消 費モードと閾値より小さい低消費モードとに区別し、 前記低消費 モードでは、 前記電圧測定手段が測定した電圧値と前記基準電圧 曲線とに基づいて前記二次電池の残容量を算出し、 前記高消費モ —ドでは、 使用モード変化時の出力電圧変化である電圧ギャップ と、 前記出力電圧値とに基づいて残容量を算出することを特徴と する。
電圧ギャップは、 二次電池の使用モードが変化した際の内部ィ ンピ一ダンスの影響により変化するため、 電圧ギャップと出力電 圧に基づいて残容量の算出を行う ことで、 内部インピーダンスの 影響を除去して正確かつ詳細に残容量を算出することが可能と なる。 また、 電圧ギャップ△ Vと出力電圧値 V mとを加算して加 算電圧値 （V m + A V ) を算出し、 基準電圧曲線での加算電圧値 ( V m + Δ ν ) における残容量を高消費モードでの残容量 Q mと してもよい。 加算電圧値を算出して基準電圧曲線と加算電圧値に 基づいて残容量を算出することで、 二次電池の使用モード変化時 の電圧変化である電圧ギャップが無かったものとして、 内部イン ピーダンスの影響を除去した残容量算出を行う ことができる。 また、 上記課題を解決するために本発明の電池残容量算出プロ グラムは、 二次電池の放電可能な電気容量である残容量を算出す る電池残容量算出プログラムであって、 前記二次電池の出力電圧 値を測定する電圧測定工程と、 前記二次電池の使用モードを出力 電流値が閾値以上である高消費モー ドと閾値よ り小さい低消費 モー ドとに区別するモー ド判定工程と、 前記低消費モード時に、 前記二次電池の放電特性である予め定められた基準電圧曲線と 前記出力電圧値とに基づいて残容量を算出する低消費時残容量 算出工程と、 前記高消費モード時に、 前記低消費モードから前記 高消費モー ドへの切り換わり時の残容量変化がほとんど無いも のとして残容量を算出する高消費時残容量算出工程と、 をプロセ ッサ一に実行させることを特徴とする。
二次電池の使用モー ドを出力電流値が閾値以上である高消費 モードと閾値より小さい低消費モードとに区別し、 低消費モード では基準電圧曲線から残容量を算出し、 使用モードの切り換わり 時の残容量変化を 0 とすることで、 二次電池の内部インピーダン スの影響による電圧変化を除去して残容量を算出することがで きる。 また、 低消費モードでの放電特性は一つの基準電圧曲線を 用いて表すことができるため、 特性の情報量を少なくすることが でき、 電池残容量を算出するために必要な記憶容量を小さくする とができる。
二次電池の使用モー ドを出力電流値が閾値以上である高消費 モ —ドと閾値より小さい低消費モードとに区別し、 低消費モ ド では基準電圧曲線から残容量を算出し、 使用モードの切 換わり 時の残容量変化を 0 とすることで、 二次電池の内部インピ ダン スの影響による電圧変化を除去して残容量を算出する とがで きる。
本発明によれば、 使用者に高精度かつ詳細な電池残容量を表示 することができることから、 その使用者の利便性を向上させるこ とがでさる。 さ らに、 利用者は正確に二次電池の残容量レベルが 分かる とから、 適切な時期に二次電池を充電することがでさる よ にな その結果として、 1 回の充電に携帯型電子装置を駆 動させることができる時間を延ばすことができ利便性をさ らに 向上させることができる。 また、 本発明によれば、 高精度な IL 測定回路が必要でないことから、 比較的簡単な回路構成を用いて 高精度に二次電池の残容量を予測することができるため、 電子機 器の部品点数を削減することや構成部品の低価格化を図ること ができるため、 電子機器の製造コス トの低減や軽量化を図ること が可能とな 0 図面の簡単な説明
第 1図は、 本発明の第一の実施の形態である電池残容量算出方 法を用いて、 二次電池の残容量を算出する携帯電話の構成例を示 すブロック図である。
第 2図は、 本発明の第一の実施の形態において、 演算装置の不 揮発性記憶装置に予め保存された基準電圧曲線の一例を示すグ ラフである。
第 3図は、 本発明の第一の実施の形態において、 二次電池の出 力電圧値毎に設定された残容量レベル Qと出力電圧 Vとの関係 を示した参照表の一例である。
第 4図は、 本発明の第一の実施の形態において、 携帯電話の使 用状態が待ち受け時から通話時に変化した場合の電圧変化を模 式的に示したグラフである。
第 5図は、 本発明の第一の実施の形態において、 二次電池の残 容量を算出する手順を説明するフローチャートである。
第 6図は、 本発明の第二の実施の形態において、 携帯電話の使 用状態が待ち受け時から通話時に変化した場合の電圧変化を模 式的に示したグラフである。
第 7図は、 本発明の第二の実施の形態において、 二次電池の残 容量を算出する手順を説明するフローチャー トである。
第 8図は、 本発明の実施例 1で本体部に残容量レベル Q mを表 示するための電池を模した画像を示す図である。
第 9図は、 本発明の実施例 1で測定した電圧 V mと残容量レべ ル Q mの表示値との関係を示すグラフである。
第 1 0図は、 従来の二次電池を用いた電子機器における残容量 表示例を示す図である。 発明を実施するための最良の形態
以下、 本発明を適用した電池残容量算出方法、 電池残容量算出 装置および電池残容量算出プログラムについて、 図面を参照しな がら詳細に説明する。 なお本発明は、 以下の記述に限定されるも のではなく、 本発明の要旨を逸脱しない範囲において適宜変更可 能である。 なお、 以下の説明において残容量とは二次電池が放電 できる電気量を示し、 電圧とは二次電池の端子間の電圧値、 電流 とは二次電池から放電または二次電池へ充電される電流値を示 す。 また、 電力の供給を停止する電圧をカッ トオフ電圧と呼ぶこ とにする。 また、 残容量の表し方として、 例えば二次電池の満充 電状態を 1 0 0 とし、 電力供給を停止する電圧になったときの残 容量を 0 とした比率で表した残容量レベルを用いるものとする。 残容量レベルは、 二次電池が満充電状態から完全に放電する状態 までの比率を表すため、 残容量レベルを算出することは二次電池 の放電可能な電気容量を算出することと等価になる。
本発明の電池残容量算出方法は、 二次電池が出力する電流値が 比較的小さく 内部イ ンピーダンスの影響を無視できる低消費モ ードと、 電流値が比較的大きく内部ィンピーダンスの影響が無視 できない高消費モー ドとを区別して、 それぞれのモー ドで二次電 池の出力電圧値に基づいて残容量レベルを算出する方法である。
[第一の実施の形態]
本発明の第一の実施の形態として、 本実施の形態の電池残容量 算出方法を用いた電子機器である携帯電話について第 1 図乃至 第 5図を用いて説明する。 なお、 二次電池等のバッテリーで駆動 する携帯電話について説明するが、 携帯電話以外の携帯 子壮 置、 例えばデジタルカメラ、 ビデオカメラ、 P D A (P e r S O n a 1 D i g i t a l A s s i s t a n t ) 等の 型 m子 装置に本実施の形態を適用することができることは言 Όまでも ない。
第 1 図は、 本実施の形態の電池残容量算出方法を用いて一次電 池の残容量を算出する携帯電話の構成例を示すブロック図であ る。 携帯電話 1 1 は、 本体部 2 1 とバッテリ一部 2 2から構成さ れ、 本体部 2 1 とバッテリー部 2 2 との間は電源供給を行 パ 9
—ライ ン 2 3 と情報交換を行うための通信ライ ン 2 4によ て 接続されている。
本体部 2 1 は、 電力を消費する負荷である電子機器であり、 通 話機能の制御を行う情報処理回路や、 電池の残容量や通話時間等 の情報を表示する液晶画面、 基地局と通信を行うためのアンテナ など通常の携帯電話が備えている要素から構成されている。 ここ で、 本体部 2 1 は通話機能のみを持つものであっても良いし、 例 えば、 電子メール機能やデジタルカメラ機能などの複数の機能を 持つものであっても良い。
ノ ツテリー部 2 2は、 例えば、 リチウムイオン二次電池のよう な充放電可能な二次電池 3 1 と、 残容量の算出や電池の異常状態 を監視する制御部 3 2から構成されている。 なお、 バッテリー部 2 2は 1つの二次電池から構成されている例を示しているが、 複 数の二次電池から構成される組セルであっても良い。 この場合、 それぞれの二次電池の電圧を別々に測定して各々の二次電池の 残容量を算出しても良く、 バッテリー部 2 2全体の電圧を測定し て残容量を算出しても良い。 制御部 3 2 は二次電池 3 1 の電圧を測定する電圧測定装置 4 1 と残容量を算出する演算装置 4 2から構成されている。 電圧測 定装置 4 1 は例えば A D変換装置からなり、 二次電池 3 1 の電圧 を測定し、 測定した電圧値のアナログ値をデジタル値に変換して 演算装置 4 2 に電圧値を送信する。 演算装置 4 2は、 測定した二 次電池 3 1 の電圧値に応じて残容量を算出し、 携帯電話 1 1 の本 体部 2 1 に送信する装置である。 演算装置 4 2は、 演算を行う情 報処理回路、 測定した電圧や算出した残容量などのデータを一時 的に保存しておく揮発性記憶装置、 プログラムや二次電池 3 1 の 特性を記憶しておく不揮発性記憶装置を備えている。 なお第 1 図 に示した構成では、 制御部 3 2 を携帯電話 1 1 の本体部 2 1 とは 分離した例を記載しているが、 制御部 3 2 を本体部 2 1 に搭載し てバッテリー部 2 2 の制御を行うようにした構成であっても良 い。
次に、 予め演算装置 4 2の不揮発性記憶装置に保存しておくデ 一夕の測定方法について説明する。 本実施の形態では、 携帯電話 1 1 を使用していない待ち受け時に電圧法により残容量を算出 するため、 予め電圧と残容量の関係を測定してデータとして保存 しておく必要がある。 そこで例えば、 バッテリー部 2 2に搭載す る二次電池 3 1 と同型の二次電池を満充電電圧になるまで充電 し、 その後例えば 1 0 m Aのような低負荷の電流でカ ツ トオフ電 圧になるまで放電しながら、 残容量と電圧の関係を測定する。 な おこのときの測定は室温で行う ことが望ましい。 電圧と残容量の 関係である放電特性は何らかの関数で表しても良く、 また、 複数 の残容量と電圧の関係をテーブルとして表しても良い。 予め測定 した放電特性は、 基準電圧曲線として演算装置 4 2の不揮発性記 憶装置にあらかじめ保存しておく。
第 2図は、 上述して説明したように演算装置 4 2の不揮発性記 憶装置に予め保存された基準電圧曲線の一例を示すグラフであ る。 横軸は二次電池 3 1が放電した電気量の積算値に相当する放 電容量を示し、 縦軸は二次電池 3 1 の出力電圧値を示している。 放電容量が 0の満充電状態から低消費モードで放電を行う と、 時 間経過と共に放電容量が増加していき、 それとともに出力電圧は 減少していく。 演算装置 4 2の不揮発性記憶装置には、 二次電池
3 1 の放電を停止するカツ トオフ電圧 V tが記録されている。 第 3図は、 二次電池 3 1 の出力電圧値毎に設定された残容量レ ベル Qと出力電圧 Vとの関係を示した参照表の一例である。 演算 置 4 2の不揮発性記憶装置には基準電圧曲線と共に、 予め第 3 図に示した参照表の情報を記録しておく。 第 3図に示した参照表 は 、 残容量レベル Qと出力電圧 Vの関係を示す一例であり、 残容 レベル Qは 1 0段階ではなく さ らに他段階に区切るとしても 良く、 出力電圧 Vも図中に示した値である必要はなく二次電池 3
1毎に適宜設定可能であるとする。 また、 図では二次電池 3 1が 満充電状態での出力電圧とカツ トオフ電圧との差を均等に区切 り 、 出力電圧 Vが等間隔となるように残容量レベル Qを設定した 例を示している。 しかし出力電圧 Vは等間隔に区切る必耍は無 例えば、 低負荷で二次電池 3 1 を放電した場合に、 満充電状態か らカツ トオフ電圧 V t に到達するまでの時間を均等に区切り、 基 電圧曲線上での放電容量に対応した出力電圧と残容量レべル
Qとを対応させるとしても良い。
次に、 本実施の形態の電池残容量算出方法について説明する。 携帯電話 1 1での電力消費の特徴は、 バッテリー部 2 2 に対する 負荷である電力消費がほとんどない待ち受け時のような低消費 モードと、 バッテリー部 2 2に対する負荷である電力消費が大き い通話時のような高消費モードとがあることである。 そこで、 本 実施の形態の電池残容量算出方法では、 低消費モードである待ち 受け時の残容量算出方法と、 高消費モードである通話時等の使用 時の残容量算出方法とをそれぞれ別の方法とする。 高消費モード としては、 通話時以外にも携帯電話 1 1 の表示部バックライ トを 点灯した場合や、 電子メール機能を利用している場合など多種多 様な使用状況が考えられる。
以下にそれぞれのモー ドでの残容量算出方法を説明する。 二次 電池 3 1 の出力電圧は、 出力電流の大きさや使用環境の温度よつ て大きく変化するため、 携帯電話 1 1 を使用している高消費モー ドでは電池残容量と電圧が一対一の関係にはなく、 使用環境ゃ電 池の劣化に応じて多数の放電特性が存在する。 これは、 使用環境 の温度や劣化状態によって変化する二次電池 3 1 の内部イ ンピ —ダンスの影響により、 電流を流した状態では電流に応じて無負 荷の状態の電圧から電圧が低下するためである。
しかし、 携帯電話 1 1 を使用していない低消費モー ドでは、 電 流値が低く二次電池 3 1 の内部インピーダンスの影響をほとん ど受けないため、 電池残容量と電圧とは略一対一の閲係となる。 したがって、 放電特性は一つの基準電圧曲線を用いて表すことが でさ、 二次電池 3 1 の電圧値を測定することによって二次電池 3 1 の電池残容量を算出することができる。 上述して説明したよう に基準電圧曲線は、 低電流を消費している状態での電圧値を測定 して、 予め電圧値と電池残容量の関係として演算装置 4 2の不揮 発性記憶装置に保存されているものである。 つまり本実施の形態の電池残容量算出方法では、 低消費モード である待ち受け時の残容量算出方法として、 いわゆる電圧法を用 いている。 待ち受け時のような消費電流が小さく、 二次電池 3 1 の内部イ ンピーダンスの影響が小さい状態の電池残容量と出力 電圧は、 略一対一の関係にあるといって良い。 そこで、 待ち受け 時等の低消費モー ド時には電圧法を採用して電池残容量を算出 する。 なお、 待ち受け時かどうかの判断はどのような方法であつ ても良く、 例えば、 携帯電話 1 1 の本体部 2 1から待ち受け時を 示す何らかの信号を制御部 3 2が通信ライ ン 2 4 を介して受け 取ることによって待ち受け時と判断しても良い。 また、 電流測定 回路によって消費電流値の値を検知して判断しても良い。 消費電 流の検知に用いる電流測定回路としては、 電流値が測定できれば よいためパルス上の電流を高精度に測定するような高度なもの を用いる必要はない。
低消費モー ドでの放電特性は一つの基準電圧曲線を用いて表 すことができるため、 演算装置 4 2の不揮発性記憶装置に記録し ておく放電特性の情報量を少なくすることができ、 不揮発性記憶 装置の記憶容量を小さ く して演算装置 4 2 の製造コス トを低減 することができる。 また、 低消費モードか高消費モードかを判断 する方法として、 携帯電話 1 1 の本体部 2 1 と演算装置 4 2 との 間で情報交換を行う場合には、 携帯電話 1 1 の構成部品を簡素化 することができる。 また、 消費電流を検知して低消費モードか髙 消費モードかを判断する場合であっても、 高精度な測定を必要と しないために携帯電話 1 1 の製造コス トを低減することが可能 となる。
次に、 二次電池 3 1 に対する負荷が小さい待ち受け時等の低消 費モードから、 負荷が大きい通話時等の高消費モードへと切り替 わる際の残容量算出方法について説明する。 第 4図は、 携帯電話 1 1 の使用状態が待ち矣け時から通話時に変化した場合の電圧 変化を模式的に示したグラフである。 待ち受け状態では、 消費電 流が小さく電圧変化はほとんどない低消費モー ドであるため、 基 準電圧曲線で示される電圧値と電池残容量の関係を満たす変化 が継続する。 しかし、 ある時点で通話を開始して高消費モードに なると、 消費電流値が急激に増加するために、 二次電池 3 1 の内 部インピ一ダンスの影響から電圧値も急激に変化し、 通話開始時 点で電圧が不連続に低下した後に緩やかに低下していく。 この電 圧の不連続な低下は、 二次電池 3 1 の内部インピーダンスの影響 と m流値変化とによって生じたものであるため、 二次電池 3 1が 放電可能な電気量である電池残容量の変化とはほぼ無関係でめ るといえる。
一方、 不連続な電圧低下の後に生じる緩やかな電圧低下は 帯電話 1 1 での電力消費に伴った電池残容量の低下から生じる ものである。 そこで、 低消費モー ドから高消費モー ドに切り替わ る瞬間での不連続な電圧低下では、 二次電池 3 1 の電池残容里は 変化していないものとし、 電力消費モー ドの切り替わり時での電 流消費を無視して電池残容量の算出を行う。
次に、 二次電池 3 1 に対する負荷が大きい通話時等の高消費モ ー ドでの残容量算出方法について説明する。 第 4図に示したよう に高消費モー ドでは、 二次電池 3 1 が放電して携帯電話 1 1 の本 体部 2 1 で電力が消費される ことによって電池残容量が減少し ていく。 本来は、 本体部 2 1での電力消費はパルス的なものであ り出力電圧値は激しく変動しているが、 一定時間の電圧値を平均 すると第 4図に示すように緩やかな曲線を描いて電圧が低下し てい < 。 そこで、 高消費モードの開始時点での出力電圧である開 始電圧 V n とカツ トオフ電圧 V t とに基づいて電池残容量の算 出を行う。
第 4図を用いて説明したように、 本実施の形態では低消費モ から高消費モー ドへ切り替わる際の不連続な電圧変化は電池 残容量の変化には影響していないとするため、 不連続な電圧変化 の前と後の残容量レベル Q nは同一であると考える。 したがって、 高消費モードの開始時の開始電圧 V nでの残容量レベルは、 第 2 図に示した基準電圧曲線および第 3 図に示した参照表から求め られる Q nであると設定する。 また、 二次電池 3 1 の放電を停止 するカツ トオフ電圧 V t は、 低消費モードでも高消費モードでも 同一であるため、 カツ トオフ電圧 V tでの残容量レベルは 0であ ると設定する。
第 4図で示しているように、 高消費モー ドでの出力電圧値はほ ぼ一定の割合でカツ トオフ電圧 V t まで低下していく と考える 場合には、 開始電圧 V nとカツ トオフ電圧 V t との差を均等に分 割して残容量レベルを設定する。 したがって、 高消費モードで携 帯電話 1 1 を使用している途中での残容量レベル Q mは、 二次電 池 3 1 の出力電圧が V mであるときに、 高消費モードでの電圧低 下幅である （V n— V m ) を用いて、 次式で算出することができ る。 Q mを算出した後に小数点以下を四捨五入するなどの演算を するとしてもよい。
Figure imgf000022_0001
第 4図では一定割合で出力電圧が低下していく場合を示した が、高消費モードでの出力電圧が時間 t の関数として V = f ( t ) で表されるとした場合にも、 高消費モー ドの開始時点での開始電 圧 V n とカツ トオフ電圧 V t とに基づいて数式 1 から残容量レ ベル Q mを算出することができる。 また、 数式 1では開始電圧 V n とカツ トオフ電圧 V t との差を均等に分割した場合を示して いるが、 開始電圧 V nからカツ トオフ電圧 V t までの残容量レべ ルを区切るための比率を参照表や関数で表して算出するとして もよい。
本実施の形態の電池残容量算出方法では、 高消費モ一ドでの残 容里レベルを算出する場合にも、 多数の放電特性ダラフを必要と しないため、 演算装置 4 2 の不揮発性記憶装置に記録しておく放 電特性の情報量を少なくすることができ、 不揮発性記憶装置の記 臼- 容 mを小さく して演算装置 4 2 の製造コス トを低:減すること ができる。
このとき、 モー ド切り替わり時の電流値変化に起因する電圧変 化は、 例えば、 電池につながつている電子機器の使用モー ドの変 化を検出して、その前後の電圧から算出するとしても良い。また、 第 4図に示したように電圧変化の不連続点を検出する ことによ つて、 その前後の電圧から算出しても良い。 また、 前述したよう に電流測定回路によって消費電流値の値を検知して、 その変化量 を基準にして判断しても良い。
次に、 制御部 3 2で二次電池 3 1 の残容量を算出する手順を、 第 5図のフローチャートを用いて説明する。 なお、 演算装置 4 2 の不揮発性記憶装置には、 第 2図に示した基準電圧曲線や第 3図 に示した参照表やカツ トオフ電圧 V t などの情報が記録されて いるものとする。 また、 以下に説明する手順の操作を携帯電話 1 1 の使用中に定期的に繰り返して実行するとし、 例えば 1 0秒間 に 1 回の頻度で繰り返して、 常に最新の残容量レベルを算出して 表示する。
ステップ 1 は電圧測定工程であり、 二次電池 3 1 の出力電圧値 を測定する工程である。 電圧測定装置 4 1 は、 電圧測定装置 4 1 が測定した出力電圧 V mを演算装置 4 2 に送信して手順はステ ップ 2 に移行する。 このとき、 電圧測定装置 4 1がー回のみ測定 した出力電圧 V mをそのまま用いるとしてもよく、 例えば一定時 間の間に複数回の電圧測定を行って、 複数回の電圧測定によって 得られた出力電圧の平均値を出力電圧 V mとして用いるなど、 演 算装置 4 2で測定値に何らかの加工を施して出力電圧 V mを決 定するとしても良い。
ステップ 2はモード判定工程であり、 携帯電話 1 1 の本体部 2 1が低消費モードであるか、 それ以外の高消費モードであるかを 判定する工程である。 演算装置 4 2が、 低消費モー ドであると判 定した場合には手順はステップ 3 に移行し、 低消費モ一 ド以外と 判定した場合には手順はステップ 4に移行する。 低消費モー ドで あるかの判定方法は、 どのような判定方法であっても良く、 例え ば、 携帯電話 1 1 の本体部 2 1から待ち受け時を示す何らかの信 号を制御部 3 2が通信ライン 2 4を介して受け取ることによつ て待ち受け時と判断しても良い。 また、 電流測定回路によって消 費電流値の値を検知して判断しても良い。
ステップ 3は低消費時残容量算出工程であり、 低消費モードで の残容量レベル Q mを算出する工程である。 演算装置 4 2は、 不 揮発性記憶装置に予め保存してある基準電圧曲線と参照表に基 づいて、 ステップ 1 の電圧測定工程で測定された二次電池 3 1 の 出力電圧 V mから残容量レベル Q mを算出する、 算出した残容量 レベル Q mを揮発性記憶装置に記録した後に、 手順はステツプ 7 へと移行する。
ステップ 4は電流変化算出工程であり、 低消費モードから高消 費モードに切り替わった直後であるのか、 高消費モー ドでの使用 が持続している状態であるのかを判断する工程である。 演算装置 4 2は、 二次電池 3 1から出力される電流値が変化したかどうか、 つまり、 携帯電話 1 1 の使用モードが変化したかどうかを判定し、 電流値が変化したと判定された場合には手順はステップ 5 に移 行し、 電流値が変化していないと判定された場合には手順はステ ップ 6 に移行する。なお、電流値が変化したか否かの判定方法は、 どのような判定方法であってもよく、 例えば、 携帯電話 1 1 の本 体部 2 1 から使用モー ドの変化を示す何らかの信号を制御部 3 2が通信ライ ン 2 4 を介して受け取ることによって電流値が変 化したと判断しても良い。 また、 電流測定回路を用いて二次電池 3 1から出力される電流値を検知して判断しても良い。 電流の検 知に用いる電流測定回路としては、 電流値が測定できればよいた めパルス上の電流を高精度に測定するような高度なものを用い る必要はない。
ステップ 5は初期化工程であり、 携帯電話 1 1 の使用方法が低 消費モードから高消費モードに切り替わった直後に実行されて、 高消費モー ドでの残容量レベル算出に必要なパラメ一夕の初期 化を行う工程である。 演算装置 4 2は、 電流変化が生じる直前の 低消費モー ドでの残容量レベル Q nを基準残容量レベルとして 設定し、 電圧が不連続に低下した直後の測定電圧 V nを開始電圧 として設定して、 揮発性記憶装置に基準残容量レベル Q nと開始 電圧 V nを記録する。 演算装置 4 2は、 初期化処理として基準残 容量レベル Q n と開始電圧 V n の設定および記録が終了した場 合には、 手順はステップ 6へと移行する。
ステップ 6は高消費時残容量算出工程であり、 高消費モードで の残容量レベル Q mを算出する工程である。 演算装置 4 2は、 揮 発性記憶装置に記録されている基準残容量レベル Q n と開始電 圧 V n、 および不揮発性記憶装置に記録されているカツ トオフ電 圧 V t を用いて、 測定電圧が V mであるときの残容量レベル Q m を上述した数式 1から算出する。 揮発性記憶装置に残容量レベル Q mを記録した後に、 手順はステップ 7 に移行する。 この開始電 圧 V nと測定電圧 V mの差が、 残容量の変化によって生じた電圧 変化であり、 本実施の形態では低消費モー ドから高消費モードに 切り替わった際の電圧変化を無視して残容量レベル Q mの算出 を行う ことになる。 この工程で用いられる基準残容量レベル Q n と開始電圧 V nの値は、 ステップ 5で不揮発性記憶装置に記録さ れた値であり、 ステップ 4からステップ 6へと手順が移行してき た場合には、 直近に行われたステップ 5の初期化工程で設定され た基準残容量レベル Q n と開始電圧 V nが用いられることにな る。
ステップ 7は残容量表示工程であり、 算出した残容量 Q mを携 帯電話 1 1 の本体部 2 1 に表示する工程である。 演算装置 4 2は、 ステップ 3 またはステップ 6で算出されて、 揮発性記憶装置に記 録されている残容量レベル Q mの情報を通信ライ ン 2 4を介し て本体部 2 1 に送信し、 本体部 2 1 の表示装置に表示して使用者 に対して二次電池 3 1 の残容量レベル Q mを通知する。 なお、 残 容量レベル Q mを段階的なレベル表示とするほかに、 残容量レべ ルから最大待ち受け可能時間や最大通話時間等の時間表示を行 う としてもよい。
本実施の形態の電池残容量算出方法では、 低消費モードでの残 容量を算出する場合にも高消費モー ドでの残容量レベルを算出 する場合にも、多数の放電特性グラフを必要としない。 このため、 演算装置 4 2 の不揮発性記憶装置に記録しておく放電特性の情 報量を少なくすることができ、 不揮発性記憶装置の記憶容量を小 さく して演算装置 4 2の製造コス トを低減することができる。
[第二の実施の形態]
本実施の形態の第二の実施の形態として、 低消費モー ド時も高 消費モ 時も同一の基準電圧曲線を用いて電池残容量を算出 する方法について、 第 6図および第 7 図を用いて説明する。 本実 施の形 と第一の実施の形態での電気残容量算出方法は、 高消費 モードでの電池残容量の算出方法のみが異なるため、 第 1 図乃至 第 3 図を用いて説明した携帯電話の構成や基準電圧曲線、 残容量 レベルと 圧値の参照表などは第一の実施の形態と同様である とする
次に 本実施の形態の電池残容量算出方法について説明する。 携帯電話 1 1での電力消費の特徴は、 バッテリー部 2 2に対する 負荷である電力消費がほとんどない待ち受け時のような低消費 モードと、 バッテリー部 2 2に対する負荷である電力消費が大き い通話時のような高消費モードとがあることである。 そこで、 本 実施の形態の電池残容量算出方法では、 低消費モードである待ち 受け時の残容量算出方法と、 高消費モードである通話時等の使用 時の残容量算出方法とをそれぞれ別の方法とする。 高消費モード としては、 通話時以外にも携帯電話 1 1 の表示部バックライ トを 点灯した場合や、 電子メール機能を利用している場合など多種多 様な使用状況が考えられる。
以下にそれぞれのモードでの残容量算出方法を説明する。 二次 電池 3 1 の出力電圧は、 出力電流の大きさや使用環境の温度よつ て大きく変化するため、 携帯電話 1 1 を使用している高消費モ一 では電池残容量と電圧が一対一の関係にはなく、 使用環境ゃ電 池の劣化に応じて多数の放電特性が存在する。 これは、 環境温度 に つて変化する二次電池 3 1 の内部イ ンピーダンスの影響に より 、 電流を流した状態では電流に応じて無負荷の状態の電圧か ら懂圧が低下するためである。
しかし、 携帯電話 1 1 を使用していない低消費モードでは、 電 流値が低く二次電池 3 1 の内部ィ ンピーダンスの影響をほとん ど受けないため、 電池残容量と電圧とは略一対一の関係となる。 したがって、 放電特性は一つの基準電圧曲線を用いて表すことが でき、 二次電池 3 1 の電圧値を測定することによって二次電池 3 1 の電池残容量を算出することができる。 上述して説明したよう に基準電圧曲線は、 低電流を消費している状態での電圧値を測定 して、 予め電圧値と電池残容量の関係として演算装置 4 2の不揮 発性記憶装置に保存されているものであり、 例えば第 2図に示し たグラフで表される。
つまり本実施の形態の電池残容量算出方法では、 低消費モード である待ち受け時の残容量算出方法として、 いわゆる電圧法を用 いている。 待ち受け時のような消費電流が小さく、 二次電池 3 1 の内部イ ンピーダンスの影響が小さい状態の電池残容量と出力 電圧は、 略一対一の関係にあるといって良い。 そこで、 待ち受け 時等の低消費モー ド時には電圧法を採用して電池残容量を算出 する。 なお、 待ち受け時かどうかの判断はどのような方法であつ ても良く、 例えば、 携帯電話 1 1 の本体部 2 1から待ち受け時を 示す何らかの信号を制御部 3 2が通信ライ ン 2 4 を介して受け 取ることによって待ち受け時と判断しても良い。
また、 電流測定回路によって消費電流値の値を検知して判断し ても良い。 消費電流の検知に用いる電流測定回路としては、 電流 値が測定できればよいためパルス上の電流を高精度に測定する ような向 なものを用いる必要はない。
低消費モー ドでの放電特性は一つの基準電圧曲線を用いて表 すことができるため、 演算装置 4 2 の不揮発性記憶装 imに記録し ておく放電特性の情報量を少なくすることができ、 不揮発性記憶 装置の記憶容量を小さ く して演 装置 4 2 の製造コス 卜を低減 することができる。 また、 低消費モードか高消費モー かを判断 する方法として、 携帯電話 1 1 の本体部 2 1 と演算装置 4 2 との 間で情報交換を行う場合には、 携帯電話 1 1 Π
の構成部 PPを簡素化 することができる。 また、 消費電流を検知して低消費モ一ドか高 消費モー ドかを判断する場合であっても、 高精度な測定を必要と しないために携帯電話 1 1 の製造コス トを低減する とが可能 となる。
次に、 二次電池 3 1 に対する負荷が小さい待ち受け時等の低消 費モードから、 負荷が大きい通話時等の高消費モードへと切り替 わる際の残容量算出方法について説明する。 第 6図は、 携帯電話 1 1 の使用状態が待ち受け時から通話時に変化した場合の電圧 変化を模式的に示したグラフである。 待ち受け状態では、 消費電 流が小さく電圧変化はほとんどない低消費モードであるため、 基 準電圧曲線で示される電圧値と電池残容量の関係を満たす変化 が継続する。 しかし、 ある時点で通話を開始して高消費モードに なると、 消費電流値が急激に増加するために、 二次電池 3 1 の内 部ィンピーダンスの影響から電圧値も急激に変化し、 通話開始時 点で電圧が不連続に低下した後に緩やかに低下していく。 この電 圧の不連続な低下は、 二次電池 3 1 の内部インピーダンスの影響 と電流値変化とによって生じたものであるため、 二次電池 3 1が 放電可能な電気量である電池残容量の変化とはほぼ無関係であ るといえる。
一方、 不連続な電圧低下の後に生じる緩やかな電圧低下は、 携 帯電話 1 1 での電力消費に伴つた電池残容量の低下から生じる ものである。 そこで、 低消費モードから高消費モードに切り替わ る瞬間での不連続な ¾圧低下では、 二次電池 3 1 の電池残容量は 変化していないものとし、 電力消費モー ドの切り替わり時での電 流消費を無視して電池残容量の算出を行う。
次に、 二次電池 3 1 に対する負荷が大きい通話時等の高消費モ —ドでの残容量算出方法について説明する。 第 6図に示したよう に高消費モー ドでは、 二次電池 3 1が放電して携帯電話 1 1 の本 体部 2 1 で電力が消費されることによって電池残容量が減少し ていく。 本来は、 本体部 2 1での電力消費はパルス的なものであ り出力電圧値は激しく変動しているが、 一定時間の電圧値を平均 すると第 6 図に示すよう に緩やかな曲線を描いて電圧が低下し ていく。 そこで、 高消費モードの開始時点での出力電圧である開 始電圧 V n 2 と不連続な電圧低下時に変化した電圧ギャップ△ Vとに基づいて電池残容量の算出を行う。
第 6図を用いて説明したように、 本実施の形態では低消費モー ドから高消費モー ドへ切り替わる際の不連続な電圧変化は電池 残容量の変化には影響していないとするため、 不連続な電圧変化 の前と後の残容量レベル Q n 2は同一であると考える。 したがつ て、 高消費モードの開始時の開始電圧 V n 2での残容量レベルは、 第 2 図に示した基準電圧曲線および第 3 図に示した参照表から 求められる Q n 2であると設定する。
第 6図で示しているように、 本実施の形態では、 時間 t n 2 の 時点で低消費モー ドから高消費モー ドへ切り替わる際に生じる 不連続な電圧変化量を電圧ギャップ A Vとし、 モー ドの切り替わ り時での電流消費を無視する。 また、 高消費モードの時間 t m 2 の時点で、 電圧測定装置 4 1 によって二次電池 3 1 の出力電圧を 測定し、 測定した電圧値 V m 2 と電圧ギャップ Δ Vに基づいて残 容量レベル Q mの算出を行う。
電圧ギャップ Δ Vは、 二次電池 3 1 の内部インピーダンスと出 力電流値の影響によって生じた電圧低下であるため、 測定した電 圧値 V m 2 は基準電圧曲線での放電特性から電圧ギャ ップ Δ V に相当する電圧低下が起きた結果であると考えられる。 そこで本 実施の形態では、 電圧値 V m 2 に電圧ギャップ△ Vを加算した加 算電圧値 （V m 2 + A V ) に相当する残容量レベル Q mを基準電 圧曲線と参照表から算出する。 具体的には、 測定電圧値が V m 2 であるときに、基準電圧曲線の電圧が加算電圧値（V m 2 + A V ) 時点での残容量レベルであるとし、 第 3図に示した参照表から加 算電圧値（V m 2 + A V )に相当する残容量レベルを Q mとする。 ただし、 この場合、 カツ トオフ電圧 V t に電圧ギャップ△ Vを加 えた電圧値 （ V t + Δ V ) での残容量レベルが 0 となるように、 第 3 図に示した参照表の残容量レベルと電圧の組み合わせを変 更して、 参照表の更新を行う。 また、 電圧値 （ V t + Δ V ) の値 を新たなカツ トオフ電圧 V t として更新する。
なお、 第二の実施の形態では、 電圧ギャップ Δ Vを髙消費モー ド開始時の不連続な電圧変化から算出しているが、 二次電池の内 部イ ンピーダンス Rと髙消費モー ドの電流値 I の積として電圧 ギャップ A Vを求めても良い。 この場合、 二次電池の内部インピ —ダンス Rの測定方法は、 どのようなものであっても良い。また、 残容量レベルを 0 とする加算電圧値を求める際に使用する電圧 ギャップ Δ Vは、 高消費モードにおける最大電流値と内部インピ 一ダンスの積であることが望ましい。
本実施の形態の電池残容量算出方法でも、 高消費モー ドでの残 容量レベルを算出する場合に、 多数の放電特性グラフを必要とし ないため、 演算装置 4 2 の不揮発性記憶装置に記録しておく放電 特性の情報量を少なくすることができ、 不揮発性記憶装置の記憶 容量を小さ く して演算装置 4 2 の製造コス トを低減することが できる。
このとき、 モー ド切り替わり時の電流値変化に起因する電圧変 化は、 例えば、 電池につながつている電子機器の使用モー ドの変 化を検出して、その前後の電圧から算出するとしても良い。また、 第 4図に示したように電圧変化の不連続点を検出することによ つて、 その前後の電圧から算出しても良い。 また、 前述したよう に電流測定回路によって消費電流値の値を検知して、 その変化量 を基準にして判断しても良い。
次に、 制御部 3 2で二次電池 3 1 の残容量を算出する手順を、 第 7図のフローチャートを用いて説明する。 なお、 演算装置 4 2 の不揮発性記憶装置には、 第 2図に示した基準電圧曲線や第 3図 に示した参照表やカツ トオフ電圧 V t などの情報が記録されて いるものとする。 また、 以下に説明する手順の操作を携帯電話 1 1 の使用中に定期的に繰り返して実行するとし、 例えば 1 0秒間 に 1 回の頻度で繰り返して、 常に最新の残容量レベルを算出して 表示する。
ステップ 1 1 は電圧測定工程であり、 二次電池 3 1 の出力電圧 値を測定する工程である。 電圧測定装置 4 1 は、 電圧測定装置 4 1 が測定した出力電圧 V m 2 を演算装置 4 2 に送信して手順は ステップ 1 2 に移行する。
ステップ 1 2はモード判定工程であり、 携帯電話 1 1 の本体部 2 1が低消費モー ドであるか、 それ以外の高消費モー ドであるか を判定する工程である。 演算装置 4 2が、 低消費モー ドであると 判定した場合には手順はステツプ 1 3 に移行し、 低消費モ一ド以 外と判定した場合には手順はステップ 1 4に移行する。
ステツプ 1 3 は低消費時残容量算出工程であり、 低消費モード での残容量レベル Q mを算出する工程である。 演算装置 4 2は、 不揮発性記憶装置に予め保存してある基準電圧曲線と参照表に 基づいて、 ステップ 1 1 の電圧測定工程で測定された二次電池 3 1 の出力電圧 V m 2から残容量レベル Q mを算出する。 算出した 残容量レベル Q mを揮発性記憶装置に記録した後に、 手順はステ ップ 1 8へと移行する。
ステップ 1 4は電流変化算出工程であり、 低消費モードから高 消費モードに切り替わった直後であるのか、 高消費モードでの使 用が持続している状態であるのかを判断する工程である。 演算装 置 4 2は、 二次電池 3 1から出力される電流値が変化したかどう か、 つまり、 携帯電話 1 1 の使用モードが変化したかどうかを判 定し、 電流値が変化したと判定された場合には手順はステップ 1 5 に移行し、 電流値が変化していないと判定された場合には手順 はステップ 1 6 に移行する。
ステップ 1 5は初期化工程であり、 携帯電話 1 1 の使用方法が 低消費モー ドから高消費モー ドに切り替わった直後に実行され て、 高消費モードでの残容量レベル算出に必要なパラメータの初 期化を行う工程である。 演算装置 4 2は、 電流変化が生じる直前 の低消費モードでの測定電圧と、 電流変化が生じた直後の高消費 モードでの測定電圧との差を電圧ギャップ Δ Vとして設定し、 揮 発性記憶装置に電圧ギャップ Δ Vを記録する。 演算装置 4 2 は、 初期化処理として電圧ギャップ Δ Vの設定および記録が終了し た場合には、 手順はステップ 1 6へと移行する。
ステップ 1 6は高消費時残容量算出工程であり、 高消費モード での残容量レベル Q mを算出する工程である。 演算装置 4 2は、 測定電圧 V m 2 に電圧ギャップ Δ Vを加算して、 不揮発性記憶装 置に記録されている基準電圧曲線と参照表を用いて、 測定電圧が V m 2であるときの残容量レベル Q mを算出する。 揮発性記憶装 置に残容量レベル Q mを記録した後に、 手順はステップ 1 7 に移 行する。 この工程で用いられる電圧ギャップ△ Vの値は、 ステツ プ 1 5で不揮発性記憶装置に記録された値であり、 ステップ 1 4 からステップ 1 6へと手順が移行してきた場合には、 直近に行わ れたステップ 1 5 の初期化工程で設定された電圧ギャップ Δ V が用いられることになる。
ステップ 1 7は参照表更新工程であり、 不揮発性記憶装置に記 録されている残容量レベルと電圧の組み合わせである参照表と、 カッ トオフ電圧 V t の書き換えを行う。 この工程では、 参照表の 残容量レベルと電圧の組み合わせを、 カツ トオフ電圧 V t に電圧 ギャップ Δ Vを加えた電圧値 （ V t + Δ V ) での残容量レベルが 0 となるように変更し、 不揮発性記憶装置に記録されている参照 表の更新を行う。 また、 電圧値 （ V t + Δ V ) の値を新たなカツ トオフ電圧 V t として不揮発性記憶装置に記録して更新する。 参 照表とカツ トオフ電圧 V t の更新を行った後に手順はステツプ 1 8へと移行する。
ステップ 1 8は残容量表示工程であり、 算出した残容量 Q mを 携帯電話 1 1 の本体部 2 1 に表示する工程である。 演算装置 4 2 は、 ステップ 1 3 またはステップ 1 6で算出されて、 揮発性記憶 装置に記録されている残容量レベル Q mの情報を通信ライ ン 2 4を介して本体部 2 1 に送信し、 本体部 2 1 の表示装置に表示し て使用者に対して二次電池 3 1 の残容量レベル Q mを通知する。 本実施の形態では、 低消費モー ドから高消費モードへの変化時 の電圧変化を取り除く ことによって、 電池残容量の低下によって 生じた電圧変化のみを抽出し、 電池残容量の低下によって生じた 電圧変化から残容量レベルを算出する。 したがって、 温度や劣化 状態の影響を受ける内部イ ンピーダンスによる電圧変化の影響 を取り除く ことにより、 正確に残容量レベルの算出ができるよう になる。
実施例 1
本発明の実施例として、 第一の実施の形態で示した電池残容量 算出方法を用いた実験データの説明をする。 実験に用いた携帯電 話は、 2インチの液晶ディスプレイが搭載されている情報通信機 能を持つ多機能携帯電話である。 この携帯電話は、 公称電圧 3 . 7 V、 容量 7 3 0 m A h、 満充電電圧 4 . 2 V、 カッ トオフ電圧 3 . 5 5 Vのリチウムイオン二次電池を搭載して、 リチウムィォ ン二次電池からの出力により動作させている。 本実施例では、 残 容量を現在一般的な 3段階表示より詳細な 1 0段階で表示する 構成とした。 つまり、 満充電状態の残容量を 1 0 とし、 携帯電話 を使用する ことができな状態の残容量を 0 として表示すること にした。 なお、 残容量を 1 0段階以上の詳細な表示を行う として もよく、 また、 残容量の比率から最大待ち受け可能時間や最大通 話時間等の時間表示を行う としてもよい。
まず、 待ち受け時の電圧と残容量の関係を測定するため、 二次 電池の充電及び放電を行う充放電装置にリチウムイオン二次電 池を接続し、 満充電状態まで充電を行った後に、 5 m Aの低電流 で放電を行いながら放電容量と電圧を測定し、 放電容量と電圧の 関係から残容量レベルと電圧の関係を求め、 このデータから 1 0 点の残容量レベルと電圧の組み合わせを参照表として、 演算装置 の不揮発性記憶装置に笫 3図のように記憶させた。
このリチウムイオン二次電池を携帯電話に接続して、 実際に携 帯電話を使用している間の電圧を 1 6 ビッ トの A D変換装置に よりデジタル値に変換して演算装置に逐次取り込んだ。 電圧の測 定周波数は 1 k H zであり、 1秒分のデータ、 すなわち 1 0 0 0 個の電圧を平均した電圧を測定電圧 V mとして用い残容量を算 出した。 なお、 1秒分のデ一夕を平均することにより、 待ち受け 時に発生するパルス的な電圧変化の影響を取り除く ことができ る。
本実施例では、 低消費モードである待ち受け時か否かの判定は 電流を測定して行った。 測定した電流は閾値である 3 0 m A以下 であれば待ち受け時と判断している。 なお、 これに必要な電流測 定回路は高精度な回路は必要ではなく、 ある一定値以上の電流が 流れているかどうかの判定が行えるだけで良い。 また、 待ち受け 時から待ち受け時ではなくなつた状態を電流変化が生じたと判 断している。
本実施例では、 電流変化が生じたと判断した場合には、 その 1 秒刖の残容量を基準残容 レベル Q n、 電流変化後 3 0秒間の平 均電圧を開始電圧 V n として 、揮発性記憶装置に保存した。また、 揮発性記憶装置に保存してある基準残容量レベル Q n、 開始電圧
V n 、カツ トオフ電圧 3 . 5 5 V、現在の測定電圧 V mを用いて、 残容量レベル Q mを Q = Q n - Q n X ( V n - V m ) / ( V n -
3 5 5 ) のように、 数式 1 に代入して計算した。 第 8図は、 本 体部に残容量レベル Q mを表示するための電池を模した画像を 示す図である。 残容量レベル Q mを使用者が容易に認識可能なよ うに、 電池の外形を示した枠内を 9分割して、 残容量レベル Q m に応じて表示領域を変化させる例を示している。
以上に説明したように、 本発明の電池残容量算出方法として、 第 5 図に示したフローチャー トを逐次繰り返しながら残容量を 算出し、 常に最新の残容量を使用者に表示するようにした。 第 9 図は、 残容量レベル Q mの表示値と測定した電圧 V mの関係を示 すグラフである。 図中の横軸は、 リチウムイオン二次電池が放電 した電気容量の積算値を示し、 図中でパルス的な変動を繰り返し ている線がリチウムイオン二次電池の電圧値を示し、 図中で階段 状に変化している線が残容量レベル Q mの表示値を示している。 第 9図に示したように、 リチウムイオン二次電池が放電した電 気容量に応じて、 残容量レベルの表示値が低下していることから、 高精度かつ詳細にリチウムイオン二次電池の残容量レベル Q m を算出できていることがわかる。

Claims

請求の範囲
1 . 二次電池の放電可能な電気容量である残容量を算出する電 池残容量算出方法であって、
前記二次電池の出力電圧値を測定する電圧測定工程と、 前記二次電池の使用モードを出力電流値が閾値以上である高 消費モードと閾値より小さい低消費モー ドとに区別するモ一 ド 判定工程と、
前記低消費モード時に、 前記二次電池の放電特性である予め定 められた基準電圧曲線と前記出力電圧値とに基づいて残容量を 算出する低消費時残容量算出工程と、
前記高消費モード時に、 前記低消費モー ドから前記高消費モー ドへの切り換わり時の残容量変化がほとんど無いものとして残 容量を算出する高消費時残容量算出工程と、
を備えることを特徴とする電池残容量算出方法。
2 . 使用モード変化前の残容量である基準残容量と、 高消費モ ー ド開始時の出力電圧である開始電圧とを設定する初期化工程 を備え、
前記高消費時残容量算出工程では、 前記基準残容量と、 前記開 始電圧と、 予め定められた前記二次電池のカツ トオフ電圧と、 前 記出力電圧値とに基づいて残容量を算出することを特徴とする 請求の範囲第 1項記載の電池残容量算出方法。
3 . 前記高消費モー ドでの残容量 Q mを、 基準残容量 Q n、 開 始電圧 V n、 カッ トオフ電圧 V t 、 出力電圧値 V mを用いて、 数 式
Figure imgf000039_0001
によって算出することを特徴とする請求の範囲第 2項記載の電 池残容量算出方法。
4. 使用モード変化時の出力電圧変化である電圧ギャップを設 定する初期化工程を備え、
前記高消費時残容量算出工程では、 前記電圧ギャップと前記出 力電圧値とに基づいて残容量を算出することを特徴とする請求 の範囲第 1項記載の電池残容量算出方法。
5. 前記電圧ギャップ A Vと前記出力電圧値 Vmとを加算して 加算電圧値 （Vm+ Δ ν) を算出し、 前記基準電圧曲線での前記 加算電圧値 （Vm+ A V) における残容量を高消費モードでの残 容量 Qmとすることを特徴とする請求の範囲第 4項記載の電池 残容量算出方法。
6. 前記モード判定工程で、 前記二次電池の出力電流値を測定 することによ り、 前記低消費モードか前記高消費モー ドかを判断 することを特徴とする請求の範囲第 1項記載の電池残容 S算出 方法。
7. 前記モード判定工程で、 前記二次電池の出力電圧の変化を 検知することによ り、 前記低消費モー ドか前記高消費モー ドかを 判断することを特徴とする請求の範囲第 1項記載の電池残容 S 算出方法。
8. 前記モード判定工程で、 前記二次電池が電力を供給する電 子機器側からの情報に基づいて前記低消費モー ドか前記高消費 モー ドかを判断することを特徴とする請求の範囲第 1項記載の 電池残容量算出方法。
9 . 二次電池の放電可能な電気容量である残容量を算出する電 池残容量算出装置であって、
前記二次電池の出力電圧値を測定する電圧測定手段と、 前記二次電池の放電特性である基準電圧曲線が記録されて情 報処理を行う演算手段とを備え、
前記演算手段は、 前記二次電池の使用モードを出力電流値が閾 値以上である高消費モー ドと閾値より小さい低消費モー ドとに 区別し、 '
前記低消費モードでは、 前記電圧測定手段が測定した電圧値と 前記基準電圧曲線とに基づいて前記二次電池の残容量を算出し、 前記高消費モードでは、 使用モード変化前の残容量である基準 残容量と、 髙消費モード開始時の出力電圧である開始電圧と、 予 め定められた前記二次電池のカツ トオフ電圧と、 前記出力電圧値 とに基づいて残容量を算出する ことを特徴とする電池残容量算 出装 。
1 0 . 前記演算手段は、 前記高消費モー ド時の残容量 Q mを、 基準残容量 Q 11、 開始電圧 V n、 カッ トオフ電圧 V 1； 、 出力電圧 値 V mを用いて、 数式
(Vn一 Vm)
Figure imgf000040_0001
(Vn一 Vt) によって算出する ことを特徴とする請求の範囲第 9項記載の電 池残容量算出装置。
1 1 . 二次電池の放電可能な電気容量である残容量を算出する 電池残容量算出装置であって、
前記二次電池の出力電圧値を測定する電圧測定手段と、 前記二次電池の放電特性である基準電圧曲線が記録されて情 報処理を行う演算手段とを備え、
前記演算手段は、 前記二次電池の使用モー ドを出力電流値が閾 値以上である高消費モー ドと閾値よ り小さい低消費モードとに 区別し、
前記低消費モードでは、 前記電圧測定手段が測定した電圧値と 前記基準電圧曲線とに基づいて前記二次電池の残容量を算出し、 前記高消費モー ドでは、 使用モー ド変化時の出力電圧変化であ る電圧ギャップと、 前記出力電圧値とに基づいて残容量を算出す ることを特徴とする電池残容量算出装置。
1 2 . 前記高消費モード時に、 前記電圧ギャップ△ Vと刖記出 力電圧値 V mとを加算した加算電圧値 （V m + A V ) と、 前記基 電圧曲線とに基づいて残容量を算出する ことを特徴とする 求の範囲第 1 1項記載の電池残容量算出装匿。
1 3 . 二次電池の放電可能な電気容量である残容量を算出する 電池残容量算出プログラムであって、
前記二次電池の出力電圧値を測定する電圧測定工程と、 前記二次電池の使用モー ドを出力電流値が閾値以上である问 消費モー ドと閾値より小さい低消費モー ドとに区別するモ一 判定工程と、
前記低消費モー ド時に、 前記二次電池の放電特性である予め定 められた基準電圧曲線と前記出力電圧値とに基づいて残容量を 算出する低消費時残容量算出工程と、
前記高消費モード時に、 前記低消費モードから前記高消費モ一 ドへの切り換わり時の残容量変化がほとんど無いものとして残 容量を算出する高消費時残容量算出工程と、
をプロセッサ一に実行させることを特徴とする電池残容量算出 プログラム。
1 4 . 前記高消費時残容量算出工程で、 使用モード変化前の残 容量である基準残容量と、 高消費モード開始時の出力電圧である 開始電圧と、 予め定められた前記二次電池のカッ トオフ電圧と、 前記出力電圧値とに基づいて残容量の算出を行う ことを特徴と する請求の範囲第 1 3項記載の電池残容量算出プログラム。
1 5 . 前記高消費時残容量算出工程で、 使用モー ド変化時の出 力電圧変化である電圧ギャップと、 前記出力電圧値とに基づいて 残容量の算出を行う ことを特徴とする請求の範囲第 1 3項記載 の電池残容量算出プログラム。
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