WO2007099898A1

WO2007099898A1 - バッテリパック、電子機器、およびバッテリ残量検出方法

Info

Publication number: WO2007099898A1
Application number: PCT/JP2007/053495
Authority: WO
Inventors: Ryoichi Nakashima; Masashi Kumada; Hideyuki Sato; Yoshio Harada; Michihiro Kaneko; Kentaro Suzuki
Original assignee: Sony Corporation
Priority date: 2006-02-27
Filing date: 2007-02-26
Publication date: 2007-09-07
Also published as: US20090171598A1; EP1990859A1; JP2012093363A; TW200746502A; JP5229376B2; US8359174B2; JP2007234257A; TWI338397B; CN101322280A; JP4910423B2; CN101322280B; KR20080099121A

Abstract

　バッテリパックは、二次電池に対する充電電流の積算値を基に、二次電池の充放電回数を測定する充放電回数測定部（１３１）と、充放電回数測定部（１３１）により測定された充放電回数を基に、二次電池の劣化度合いを示す劣化率を算出して放電負荷の機器に出力する劣化率出力部（１３２）を備える。充放電回数測定部（１３１）は、例えば、充電電流の検出値を所定のしきい値まで繰り返し積算し、その積算値がしきい値に達するごとに充放電回数をカウントアップする。これにより、比較的狭い電圧範囲で小刻みに充放電が繰り返されたときでも、充放電回数を正確にカウントすることができ、劣化率の演算精度が向上する。二次電池が収容されたバッテリパックにおいて、バッテリ残量検出のためのパラメータをより正確に検出する。

Description

明細書

ノ^テリパック、電子機器、およびバッテリ残量検出方法

技術分野

[0001] 本発明は、二次電池からの各種検出値に基づく所定の処理を実行する処理回路が二次電池と一体に収容されたバッテリパック、このバッテリパック内の二次電池から電源の供給を受けて動作する電子機器、および、このような電子機器におけるバッテリ残量検出方法に関する。

背景技術

[0002] 近年、例えばデジタルビデオカメラなどの携帯型の電子機器が急増しており、これらの電子機器に搭載される二次電池の性能が重要視されてレ、る。このような二次電池の 1つとして、リチウムイオン型といわれるものがある。

[0003] また、二次電池を電源として用いる上記のような携帯型の電子機器では、バッテリ残量表示機能を搭載するものが多い。特に、リチウムイオン二次電池では、放電の開始直後および終了直前を除くと、ノくッテリセル電圧が緩やかで直線的に低下していくという性質を持っていることから、バッテリ残量を比較的正確に予測し、表示することができる。

[0004] ただし、このリチウムイオン型を始めとする二次電池は、バッテリセルごとにその容量が決まっているものの、使用する温度によって容量が変わるという特徴がある。例えば、低温使用時では、バッテリセルの内部インピーダンスが高くなるため、同じ電流値を流そうとするときに電圧の降下が大きくなり、バッテリセルの容量が減少する。また、使用を続けることにより充放電の回数が増加した場合においても、容量が減少する特徴がある。これは、充放電を繰り返すことによりバッテリセルが劣化して、使用できる容量が減少するからである。

[0005] そこで、従来の二次電池では、バッテリセルの温度ゃ充放電回数を検出する機能を設け、これらの検出値に応じてバッテリ残量を補正することが行われていた。例えば、バッテリセルの温度検出値に応じた残量補正値を、充放電回数ごとに設定することで、ノくッテリ残量の算出誤差を低減したものがあった（例えば、特開 2005— 1478 15号公報（段落番号〔0017〕〜〔0026〕、図 1)参照）。また、従来の二次電池では、バッテリセルの電圧が所定のしきい値をはさんで増加および減少したときに、充電回数を検出することが一般的であった。

[0006] さらに、最近では、バッテリ容量をより正確に予測するために、バッテリセル電圧や電流の検出回路、および上記のような各種補正処理などを行うマイクロコントローラなどを、バッテリセルと同一のパッケージに収容したバッテリパックが市販されている。このようなバッテリパックは、放電負荷とする機器との間で通信を行って、内部の各種検出値を機器に対して出力する機能を備えており、それらの検出値を受信した機器が、バッテリ残量を使用可能時間などとして演算し、表示することが可能になっている。例えば、バッテリパックの内部では、バッテリセルにおける電流積算値と、上述した温度ゃ充放電回数などに基づく容量の劣化率とを検出しており、これらの値を機器側に受信し、ノッテリ残量を正確に演算できるようになつている。

発明の開示

[0007] 以上のように、ノくッテリ残量を正確に演算するためには、バッテリセルにおける電流積算値と、温度ゃ充放電回数に基づく劣化率を正確に検出することが必要である。しかし、上記のように、充電時および放電時のバッテリセルの電圧変化としきい値との比較を基に充放電回数を検出する手法では、しきい値を通過しない比較的狭い電圧範囲で充放電が繰り返された場合には、充放電回数がカウントされないという事態が発生し得る。このような場合、充放電回数が正確にカウントされているとは言えず、劣化率を正確に検出できないという問題があった。また、充放電回数を劣化率に換算する処理についても、実情に即したより細かい処理を行うことが求められていた。

[0008] 本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、バッテリ残量検出のためのパラメータをより正確に検出できるようにしたバッテリパックを提供することを目的とする。また、本発明の他の目的は、ノッテリ残量をより正確に検出できるようにした電子機器を提供することである。

[0009] さらに、本発明の他の目的は、バッテリ残量をより正確に検出できるようにしたバッテリ残量検出方法を提供することである。

[0010] 本発明では上記課題を解決するために、二次電池からの各種検出値に基づく所定の処理を実行する処理回路が前記二次電池と一体に収容されたバッテリパックにおいて、前記二次電池に対する充電電流の検出値を積算する充電電流積算部と、前記充電電流積算部による前記充電電流の積算値を基に、前記二次電池の充放電回数を測定する充放電回数測定部と、前記充放電回数測定部により測定された前記充放電回数を基に、前記二次電池の劣化度合いを示す劣化率を算出する劣化率算出部と、前記劣化率算出部により算出された前記劣化率を、前記二次電池の放電負荷である外部機器に対して出力する通信部とを有することを特徴とするバッテリパックが提供される。

[0011] このようなバッテリパックでは、放電負荷である外部機器において二次電池の残量を演算するためのパラメータの一つとして、二次電池の劣化度合いを示す劣化率が算出される。充電電流積算部は、二次電池に対する充電電流の検出値を積算する。充放電回数測定部は、充電電流積算部による充電電流の積算値を基に、二次電池の充放電回数を測定する。劣化率算出部は、充放電回数測定部により測定された充放電回数を基に、二次電池の劣化度合いを示す劣化率を算出する。通信部は、劣化率算出部により算出された劣化率を、外部機器に対して出力する。

図面の簡単な説明

[0012] [図 1]図 1は、本発明の実施の形態に係るデジタルカメラおよびバッテリパックの要部構成を示す図である。

[図 2]図 2は、ノノテリ保護回路のハードウェア構成を示す図である。

[図 3]図 3は、デジタルカメラにおけるバッテリ残量の表示例を示す図である。

[図 4]図 4は、ノノテリ保護回路およびデジタルカメラにおけるバッテリ残量表示のための機能を示すブロック図である。

[図 5]図 5は、従来の充放電回数の測定手法を説明するための図である。

[図 6]図 6は、本実施の形態の充放電回数の測定手法を説明するための図である。

[図 7]図 7は、充放電回数の測定手法の他の例について説明するための図である。

[図 8]図 8は、従来の劣化率の算出手法を説明するための図である。

[図 9]図 9は、本実施の形態において劣化率を算出するために用いるグラフである。

[図 10]図 10は、従来の電流積算値補正手法を説明するための図である。 [図 11]図 11は、本実施の形態の充放電電流積算値の補正手法を説明するための図である。

発明を実施するための最良の形態

[0013] 以下、本発明の実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。なお、以下の実施の形態では、二次電池を電源として動作する機器の例としてデジタルカメラを挙げて説明する。

図 1は、本発明の実施の形態に係るデジタルカメラおよびバッテリパックの要部構成を示す図である。

[0014] 図 1に示すバッテリパック 1は、二次電池からなるバッテリセル 11と、このバッテリセル 11の異常状態に対する保護機能を主に実現するバッテリ保護回路 12とを、一体のパッケージ内に収容したものである。また、デジタルカメラ 2は、固体撮像素子（図示せず）により画像を撮像し、その画像をデジタルデータとして記録媒体（図示せず）に記録する装置であり、ノくッテリパック 1から電源の供給を受けて動作する。

[0015] バッテリパック 1におレ、て、バッテリセル 11のプラス端子 1 laおよびマイナス端子 11 bは、バッテリ保護回路 12のセル側プラス端子 12aおよびセル側マイナス端子 12bと、例えば溶接などによりそれぞれ接続されている。また、バッテリ保護回路 12の外部プラス端子 12cおよび外部マイナス端子 12dは、デジタルカメラ 2に対して電力を供給する給電端子とされるとともに、外部の充電器からの給電を受ける端子も兼ねている。さらに、バッテリ保護回路 12には、デジタルカメラ 2との間で通信するためのコントロール端子 12eも設けられている。

[0016] バッテリ保護回路 12は、マイクロコントローラ 110、充電制御用 FET (Field Effect T ransistor) 121および放電制御用 FET122、電流検出用の抵抗 R1を備える。このバッテリ保護回路 12では、マイクロコントローラ 110により、バッテリセル 11の電圧ゃ充放電電流に応じて充電制御用 FET121および放電制御用 FET122の動作が制御されることで、異常発生時におけるバッテリセル 11の保護機能が実現される。これとともに、デジタルカメラ 2においてバッテリセル 11の残容量を正確に表示するために必要なパラメータを算出し、それらのパラメータをコントロール端子 12eを介してデジタルカメラ 2に送信する機能も備えている。 [0017] なお、ノくッテリセノレ 11としては、例えばリチウムイオン型などの二次電池を用いることができる。リチウムイオン二次電池のように、放電電圧が比較的緩やかでかつ直線的に低下する放電特性を有する二次電池を用いることにより、デジタルカメラ 2側でバッテリ残量を高精度に検出して、例えば使用可能な残り時間としてバッテリ残量を表示することが可能となる。

[0018] 一方、デジタノレカメラ 2は、電源端子 2aおよび 2bに対してバッテリパック 1の外部プラス端子 12cおよび外部マイナス端子 12dが接続されることで、バッテリパック 1から電源の供給を受ける。また、デジタルカメラ 2は、バッテリパック 1と通信するためのコントロール端子 2cを備え、バッテリ残量を表示するために必要なパラメータを、バッテリ保護回路 12から受信できるようになつている。

[0019] このデジタルカメラ 2は、装置全体を統括的に制御するマイクロコントローラ 21と、電源端子 2aからの印加電圧を所定電圧に安定化して装置内部に供給するレギユレ一タ 22と、画角合わせのためのカメラスルー画像や、記録媒体に記録した画像データに基づく再生画像、バッテリ残量などを表示するためのディスプレイ（ここでは例として LCD (Liquid Crystal Display) 23)などを備えてレ、る。

[0020] 図 2は、ノくッテリ保護回路のハードウェア構成を示す図である。

図 2に示すように、バッテリ保護回路 12内のマイクロコントローラ 110は、 CPU (Cen tral Processing Unit) 111、ドライノく 112、通信インタフェース回路 113、および A/D 変換回路 114を備えている。

[0021] CPU111は、図示しない不揮発性のメモリに記憶されたプログラムを実行することにより、上述したバッテリセル 11の保護機能や、バッテリ残量演算用の処理機能を実現するための各種演算や制御を行う。ドライバ 112は、 CPU111による制御の下で、充電制御用 FET121および放電制御用 FET122のゲート電圧を出力して、各 FET を駆動する。通信インタフェース回路 113は、例えばシリアル通信を行うインタフエ一スであり、コントロール端子 12eを通じてデジタルカメラ 2と接続し、このデジタルカメラ 2と CPU111との間で所定のフォーマットに従って通信できるようにする。

[0022] AZD変換回路 114は、セル側プラス端子 12aと充電制御用 FET121との間に揷入された抵抗 R1の両端の電圧、および外部プラス端子 12cにおける電圧とを検出し、デジタル信号に変換して CPU111に供給する。これにより、 CPU111は、バッテリセル 11の電圧（以下、セル電圧と呼ぶ）、外部プラス端子 12cの電圧に基づく充電開始の有無、および充放電電流の大きさを、随時検出できるようになつている。

[0023] 充電制御用 FET121および放電制御用 FET122は、ソースとドレインとの間にダイオードが等価的に内蔵された MOSFET (Metal Oxide Semiconductor FET)力らなり、マイクロコントローラ 110の制御の下で、それぞれバッテリセル 11の充電時、放電時の保護スィッチとして機能する。すなわち、充電制御用 FET121は、バッテリセル 11 に対する充電電流を選択的に遮断し、導通時には充電器からのバッテリセル 11に対する充電を行うことが可能となる。また、放電制御用 FET122は、バッテリセル 11の放電電流を選択的に遮断し、導通時にはバッテリセル 11の放電が可能となって、デジタルカメラ 2に対する電源供給ができるようになる。そして、 CPU111が、セル電圧ゃ充放電電流、充電開始の有無などの検出に応じてこれらの FETを制御することで、バッテリセル 11の保護機能が実現される。

[0024] なお、図示しないが、デジタルカメラ 2の備えるマイクロコントローラ 21は、 CPUゃメモリなどからなり、このメモリに記憶されたプログラムを CPUが実行することにより、装置内部の各種制御機能や、バッテリ残量表示のための演算機能などが実現される。

[0025] 次に、このようなバッテリパック 1およびデジタルカメラ 2において実現されるバッテリ残量表示機能について、詳しく説明する。まず、図 3は、デジタルカメラにおけるバッテリ残量の表示例を示す図である。

[0026] デジタルカメラ 2においては、図 3に示すように、レンズなどが設けられた撮像面に対する背面に、画角合わせや画像再生用の LCD23が設けられている。そして、この LCD23の画面には、バッテリ残量を示す残量表示画像 23aが、例えば OSD (On Sc reen Display)表示される。本実施の形態では、バッテリ残量は、使用可能な残り時間として表示され、残量表示画像 23aには、その残り時間が例えば分単位の数字として表示される。なお、この他に例えば、 LCDなどからなる電子ファインダを持つ場合には、この電子ファインダ上に残量表示画像 23aを表示してもよい。また、画像表示用のディスプレイとは別の表示部に残量を表示してもよい。

[0027] 図 4は、バッテリ保護回路およびデジタルカメラにおけるバッテリ残量表示のための機能を示すブロック図である。

デジタルカメラ 2は、バッテリ残量表示のための機能として、残量演算部 211および表示処理部 212を備える。これらの機能は、マイクロコントローラ 21によって実現される。また、ノッテリ保護回路 12は、バッテリ残量表示のための機能として、充放電回数測定部 131、劣化率出力部 132、電流積算部 133、および積算値補正部 134を備える。これらの機能は、マイクロコントローラ 110によって実現される。

[0028] デジタルカメラ 2の残量演算部 211は、次の式に従って、バッテリ残量を、使用可能な残り時間として算出する。

バッテリ残量 (分） = { (現在の電流積算値 [mAh] X (1 _劣化率)）/満充電時の電流積算値 [mAh] } X (1. 0W当たりの撮影時間 [分 'W]/消費電力 [W] )

ここで、現在の電流積算値は、バッテリセル 11における充放電電流の積算値である。また、劣化率は、バッテリセル 11の劣化の度合いを示した指数であり、 0以上 1以下の値をとる。すなわち、劣化率が 0のとき、まったく劣化のない新品のバッテリセル 11 であることを示し、劣化率が大きいほど、バッテリセル 11の劣化が進んでいることを示し、劣化率が 1のとき、劣化が進んで充放電が完全に不可能であることを示す。本実施の形態では特に、充放電回数が多いほどバッテリ容量が低下することに鑑み、劣化率は、バッテリセル 11における充放電回数に応じた容量低下率を示すことにする

[0029] これらの現在の電流積算値および劣化率は、バッテリパック 1側からコントロール端子 2cを通じて受信する。また、その他のパラメータは、デジタルカメラ 2自体の仕様によって決まる値であり、デジタルカメラ 2の内部の図示しない不揮発性メモリなどにあらかじめ記憶され、残量演算時に読み出されて利用される。

[0030] 表示処理部 212は、残量演算部 211によって算出されたバッテリ残量に基づく上記の残量表示画像 23aを生成して、 LCD23に表示する画像上に合成し、この合成画像信号を LCD23に供給する。これにより、算出されたバッテリ残量 (時間情報）を示す残量表示画像 23aが、 LCD23上に表示される。

[0031] 一方、バッテリ保護回路 12において、充放電回数測定部 131は、抵抗 R1の両端電圧に基づいてバッテリセル 11に対する充電電流を検出し、その電流積算値を基にしてバッテリセル 11における充放電回数をカウントする。劣化率出力部 132は、充放電回数のカウント値を基に劣化率を算出し、デジタルカメラ 2の残量演算部 211に出力する。電流積算部 133は、抵抗 R1の両端電圧に基づいて充電電流および放電電流を検出し、これらの電流値を積算する。積算値補正部 134は、電流積算部 133による積算値をセル電圧に応じて補正し、デジタルカメラ 2の残量演算部 211に出力する。

[0032] 次に、バッテリ保護回路 12の備える各機能について説明する。まず始めに、劣化率を求めるための充放電回数の測定手法について説明する。図 5は、参考のために、従来の充放電回数の測定手法を説明するための図である。

[0033] 上述したように、劣化率は、バッテリセル 11の劣化の度合いを示した指数であり、バッテリセル 11の充放電可能な容量は、（1 _劣化率）の値に比例する。劣化率は、バッテリセル 11の充放電回数が多いほど高くなることから、劣化率を求めるために、充放電回数測定部 131によりバッテリセル 11の充放電回数を測定する。ここで、充放電回数とは、基本的には、セル電圧が 0の状態力ら満充電に至り、さらに電圧 0の状態に戻る動作の回数を指す。従来から、このような充放電回数は、セル電圧の増減状況に基づいて測定されていた。

[0034] 図 5にセル電圧の変化の一例を示す力この図 5に示すように、従来では、セル電圧に対して複数のしきい値（ここでは Vthl〜Vth3)を規定しておき、これらのしきレヽ値を横切ってセル電圧が増加した場合、およびしきレ、値を横切ってセル電圧が減少した場合に、充放電回数をカウントアップするようにしていた。ただし、 1回のカウントアップ量を、しきい値の段階の数に応じて細かくするようにし、この例では 3段階のしきい値を規定したことから、セル電圧が 0の状態から満充電に至り、さらに電圧 0の状態に戻るまでを 1回の充電と考えて、 1つのしきい値を横切ってセル電圧が変化するたびに、充放電回数を 1Z6回ずつカウントアップするようにしている。

[0035] しかし、この手法では、しきレ、値を通過しなレ、比較的狭レ、電圧範囲で充放電が繰り返された場合には、充放電回数はカウントされない。すなわち、同じセル電圧の範囲で充放電が繰り返されたとき、劣化の進み具合はほぼ同じと考えられるにもかかわらず、セル電圧の変化の範囲がしきい値を含むか否かによって、カウントされる充放電回数が異なってしまう。このように、従来の充放電回数の測定手法では、充放電回数が正確にカウントされているとは言えず、劣化率を正確に検出できず、バッテリ残量の算出精度が悪化する場合があるという問題があった。

[0036] 図 6は、本実施の形態の充放電回数の測定手法を説明するための図である。

上記の従来の手法に対して、本実施の形態に係る充放電回数測定部 131は、バッテリセル 11の電流積算値を基に充放電回数をカウントする。し力も、この手法では、充電時の電流（充電電流）のみ積算した値を基に、充放電回数をカウントすることが特徴である。

[0037] 図 6では、充放電動作に伴う充放電電流の積算値の変化を実線で示し、このときの充電電流の積算値を点線で示している。また、充放電回数をカウントアップする充電電流積算値のしきい値を、例として、満充電時の充電電流積算値の 25%としている。このため、 4回カウントアップすると充放電回数が 1回となるように、 1/4回ずつカウントアップを行うようにして、誤差を小さくしている。また、これにより、例えば積算値がしきい値に達する前にリセットなどが行われ、積算値がクリアされた場合でも、積算値が大幅に狂うことを防止できるという効果も生まれる。

[0038] このような手法により、比較的狭い電圧範囲で小刻みに充放電が繰り返されたときでも、充放電回数を正確にカウントすることができるようになる。特に、放電電流ではなぐ充電電流の積算値を基にカウントすることにより、充放電回数の測定精度を高めることができる。例えば、バッテリパック 1の外部プラス端子 12cおよび外部マイナス端子 12dが開放状態であるときでも、自然放電により微少な放電電流が流れる場合があるが、放電電流を積算すると、このような微少電流を検出できないことがある。このため、放電電流を基に充放電回数をカウントすると、充放電回数の誤差が大きくなる。従って、充電電流の積算値を基に充放電回数を測定することで、その測定精度を高めることができる。

[0039] また、放電電流を積算する場合に、微少電流を検出できるようにすると、電流積算値の分解能を高くする必要があるので、積算値を保持するためのメモリのサイズが大きくなる。これに対して、バッテリセル 11の充電時には充電器が接続されて、放電時と比較して大きな電流が連続的に流れることから、充電電流を積算する場合にはその積算の分解能を低くすることができ、その積算値保持用のメモリのサイズを小さくすることもできる。また、充電電流積算値は一定値（上記例では 25%)を超えないので、積算値保持用のメモリ領域を一定サイズとすることができる。

[0040] また、充放電回数をカウントアップする充電電流積算値のしきい値は、例えば 25% といったように、比較的大きな値にしても、充放電回数の測定精度を維持することができる。このため、充放電回数のカウント値を保持するためのメモリのサイズを小さくすることちでさる。

[0041] ところで、以上の手法では、充電電流の積算値が一定値になるごとに充放電回数をカウントアップしていた力この他に例えば、以下で説明するように、一定時間ごとにカウントアップ動作を行うようにしても、上記と同様に充放電回数の測定精度を高める ίカ果を得ること力 Sできる。

[0042] 図 7は、充放電回数の測定手法の他の例について説明するための図である。

この測定手法では、図 7に示すように、充放電回数測定部 131は、一定時間 tごとの充電電流の積算値を基に、充放電回数の加算値を演算する。この加算値は、一定時間 tにおける充電電流の積算値を、満充電時における電流積算値で除算することで算出され、算出した加算値を、その時点で算出されていた充放電回数に加算した値が、劣化率出力部 132に出力される。

[0043] この測定手法では、充放電回数の演算は、劣化率出力部 132が劣化率を出力するタイミングに合わせて実行されればよいため、充放電回数の演算回数を少なくすることができ、また制御も簡単になるというメリットがある。その反面、充放電回数を示す 2値データのうちの LSB (Least Significant Bit)に対応する回数の値を小さくする必要があり、充放電回数を保持するメモリのサイズは大きくなる。例えば、 LSBに対応する回数を 1Z4回より小さくしなければ、図 6の例と同様の測定精度を得ることができなレ、。また、急速充電時などにおいて一定時間 tに流れる最大の充電電流を検出できるように、電流積算値を記憶するバッファのサイズを決める必要があるため、このバッファのサイズも大きくなる。従って、以上のメリット、デメリットを考慮して、図 6あるいは図 7のうちの適切な測定手法が選択されればよい。

[0044] 以上のように充放電回数が測定されると、劣化率出力部 132は、その測定結果に基づいて劣化率を出力する。従来、劣化率は、次の図 8に示すように、単純な一次線形補正により算出されていた。

[0045] 図 8は、参考のために、従来の劣化率の算出手法を説明するための図である。

従来では、図 8に示すような直線を用いて、充放電回数を劣化率に換算していた。図 8では、例として 32回充放電を繰り返したときの劣化率をあらかじめ測定しておき、その測定結果を基に作成した直線が示されている。従って、充放電回数が 32回のときに劣化率が 0. 1だとすると、充放電回数が 64回のときには劣化率が 0. 2と算出される。あるいは、従来では、このような直線に基づき、充放電回数を複数のステップに分割して、ステップごとに劣化率に換算していた。しかし、実際には、充放電回数と劣化率との関係は線形にはならないため、劣化率の誤差は大きぐそのためにバッテリ残量を正確に表示できなかった。

[0046] 図 9は、本実施の形態において劣化率を算出するために用いるグラフである。

二次電池では、一般に、充放電回数が少ない場合には劣化率が大きく増加し、その後増加率は緩やかになって、ある回数を超えると再び増加率が大きくなることが知られている。例えば、リチウムイオン二次電池には、充放電回数が 0回〜約 10回の範囲では、劣化率が急激に増加し、充放電回数が約 10回〜約 300回の範囲では、劣化率が緩やかに増加し、充放電回数が約 300回を超えると、劣化率が再び急激に増加する特性を持つものがある。

[0047] そこで、本実施の形態では、図 9に示すように、劣化率増加の傾きが変化する変化点 C1および C2を設定し、それらの変化点の間を線形補間して直線で結び、生成された折れ線を用いて充放電回数を劣化率に換算する。図 9の例では、変化点 C1は充放電回数が 10回となる位置に設定され、変化点 C2は充放電回数が 300回となる位置に設定されている。なお、図 9中の補正終了点 Eは、充放電回数が 300回より大きいときの変換直線上に設定されて、充放電回数の仕様上の限界点を示す。これらの変化点および補正終了点は、バッテリセル 11の特性に応じた位置に設定されればよい。

[0048] 以上のような折れ線を用いて充放電回数を劣化率に換算することにより、劣化率の算出誤差を低減することができる。従って、上述した充放電回数の測定手法と併用することで、デジタルカメラ 2の残量演算部 211に対して、より正確な劣化率を出力することが可能になり、ノくッテリ残量をより正確に算出し、表示できるようになる。

[0049] 次に、デジタルカメラ 2の残量演算部 211に対して出力する電流積算値の算出手法について説明する。バッテリ保護回路 12において、電流積算部 133は、バッテリセル 11の充放電電流を積算している。この電流積算は、基本的に、充電電流を検出したときは、その電流の大きさを加算し、放電電流を検出したときは、その電流の大きさを減算することが行われる。このように、電流積算値は、加算と減算とを繰り返すことで算出されるので、誤差が発生しやすぐ時間の経過とともにその誤差が大きくなつて、算出精度が悪化することが知られていた。例えば、上述したように、バッテリパック 1に放電負荷も充電器も接続されていない場合に、自然放電により流れる微少な放電電流を検出できないことも、誤差が発生する一因であった。そこで、従来から、そのような誤差を低減するように、電流積算値を補正することが考えられていた。

[0050] 図 10は、参考のために、従来の電流積算値補正手法を説明するための図である。

充放電電流の積算値とバッテリセル 11の電圧との間には一定の関係があることが知られている。図 10のグラフに示す曲線は、このような特性に基づき、バッテリセル 1 1の電極端子を開放したときの電圧と充放電電流の積算値との関係を示すものである。このような曲線を補正曲線として利用し、充放電電流から検出した電流積算値を

、そのときのバッテリセル 11の電圧に応じた補正曲線上の電流積算値に近づけることで、電流積算値の誤差を低減することができる。このような補正は、バッテリセル 11 の電極端子を開放したときに実行する必要があり、従来では、消費電力を抑制するために、充電完了後に 1度だけ実行していた。なお、このような補正曲線を用いた補正は、〇CV (Open Circuit Voltage)補正などと呼ばれている。

[0051] しかし、従来では、このような補正曲線を用いた電流積算値の補正機能を持つバッテリパックは少なぐそのような機能を持っていても、数ステップ間隔での簡易的な補正を行うに過ぎなかった。

[0052] 例えば、図 10に示すように、バッテリセル 11の電圧、および電流積算値について、それぞれ複数のステップを設定する。図 10では、電圧については V1〜V4の 4ステツプ、電流積算値についても AC1〜AC4の 4ステップを設定している。そして、これらのステップにより生成されるグラフ上の領域のうち、補正曲線を含む領域を、誤差を許容する領域 (誤差許容領域)とし、充放電電流の積算値が測定されたときに、この積算値が、そのときのバッテリセル 11の電圧に対応する誤差許容領域に含まれる場合には、その積算値を補正せずにそのまま出力する。また、積算値が誤差許容領域に含まれない場合には、その積算値を誤差許容領域の境界の値に補正する。

[0053] 例えば、バッテリセル 11の電圧が 0以上 VI未満のとき、測定された電流積算値が AC1以下であれば補正を行わなレ、が、 AC1より大きい場合には、電流積算値を AC 1に補正して出力する。あるいは、バッテリセル 11の電圧が V3以上 V4未満のとき、測定された電流積算値が AC3以上であれば補正を行わなレ、が、 AC3未満であれば、電流積算値を AC3に補正して出力する。なお、電流積算値の誤差は、バッテリセル 11の電圧が最大電圧に対して中間的な領域にある場合には、比較的発生しにくレ、ことから、このような中間的な領域（図 10では V2以上 V3未満の領域）では、電流積算値を補正しなレ、ようにしてレ、る。

[0054] このような補正手法は、ステップの分割数が少ないことから、比較的簡単な処理で実行でき、その実行するためのマイクロコントローラの消費電力も小さかった。しかし、補正精度が高いとは言えず、より精度の高い補正を行うことが要求されていた。特に、最近では、補正を実行するマイクロコントローラの消費電力が小さくなつたことに伴レ、、そのような要求が強くなつていた。

[0055] 図 11は、本実施の形態の充放電電流積算値の補正手法を説明するための図である。

この図 11に示すように、本実施の形態では、上記と同じ補正曲線上に、従来より多くの補正ポイント（図 11では例として 16ポイント）を設定し、各補正ポイントを直線で接続して近似した折れ線を生成する。そして、この折れ線を中心として、例えば ± 0. 4 %といった所定の範囲を、誤差許容領域に設定する。

[0056] バッテリ保護回路 12の積算値補正部 134は、このようにあらかじめ設定された誤差許容範囲に基づき、充放電電流の積算値が測定されたときに、この積算値が、そのときのバッテリセル 11の電圧に対応する誤差許容領域に含まれる場合には、その積算値を補正せずにそのまま出力する。また、積算値が誤差許容領域の上限より高い場合には、その積算値を誤差許容領域の上限値に補正し、積算値が誤差許容領域の下限より低い場合には、その積算値を誤差許容領域の下限値に補正する。

[0057] また、積算値補正部 134は、このような補正処理を、充電が完了し、充電器が取り外された時点から、電極端子が開放状態になっている間に一定時間ごと (例えば 1時間ごと）に実行する。すなわち、積算値補正部 134は、一定時間ごとに、電流積算部 133により検出された充放電電流の積算値と、バッテリセル 11の電圧の検出値とを読み込み、上記の補正処理を行って、補正された電流積算値を、図示しないメモリに一時的に記憶しておく。そして、その後に放電負荷（デジタルカメラ 2)が接続されて、残量演算部 211から電流積算値の出力要求を受けたときに、記憶していた補正後の電流積算値を出力する。これにより、特に自然放電による電圧低下に起因する電流積算値の誤差を確実に低減でき、残量演算部 211におけるバッテリ残量の算出精度を高めることが可能になる。

[0058] なお、この図 11で説明した積算値の補正処理は、充放電回数測定部 131における充電電流の積算処理にも適用してもよい。この場合、積算値補正部 134と同じ誤差許容領域に基づき、充電電流の積算値が、そのときのバッテリセル 11の電圧に対応する誤差許容領域に含まれない場合に、その誤差許容領域の上限または下限のうちの近い方に、積算値を補正する。このような補正処理は、積算値補正部 134と同じタイミングで実行されればよい。これにより、充放電回数の測定誤差を低減することも可能になる。

[0059] 以上説明したように、本実施の形態のバッテリパック 1によれば、バッテリ残量を算出するために必要なパラメータである電流積算値と劣化率の双方の精度を高めることができるので、ノッテリ残量をより正確に算出して、利用可能な残り時間などを表示し、ユーザに伝達できるようになる。

[0060] 本発明のバッテリパックによれば、二次電池の充電電流の積算値を基に、二次電池の充放電回数が測定され、この測定結果を基に劣化率が算出されるので、二次電池の電圧ゃ充放電電流を基に充放電回数を測定した場合と比較して、劣化率の精度を高めることができる。特に、二次電池の電圧差が小さい範囲で充電および放電が繰り返された場合に、充放電回数の測定誤差を顕著に抑制することができ、その結果、劣化率の算出精度が高められる。従って、このように算出された劣化率を基に二次電池の残量を検出することで、その残量をより正確に検出できるようになる。

Claims

請求の範囲

[1] 二次電池からの各種検出値に基づく所定の処理を実行する処理回路が前記二次電池と一体に収容されたバッテリパックにおいて、

前記二次電池に対する充電電流の検出値を積算する充電電流積算部と、前記充電電流積算部による前記充電電流の積算値を基に、前記二次電池の充放電回数を測定する充放電回数測定部と、

前記充放電回数測定部により測定された前記充放電回数を基に、前記二次電池の劣化度合いを示す劣化率を算出する劣化率算出部と、

前記劣化率算出部により算出された前記劣化率を、前記二次電池の放電負荷である外部機器に対して出力する通信部と、

を有することを特徴とするバッテリパック。

[2] 前記充電電流積算部は、前記充電電流の検出値を所定のしきい値まで繰り返し積算し、

前記充放電回数測定部は、前記充電電流積算部による前記充電電流の積算値が前記しきい値に達するごとに、前記充放電回数をカウントアップする、

ことを特徴とする請求項 1記載のバッテリパック。

[3] 前記充放電回数測定部は、前記充電電流積算部による前記充電電流の積算値が前記しきい値に達するごとに、満充電時における前記充電電流の積算値に対する前記しきレ、値の割合の分だけ、前記充放電回数を加算することを特徴とする請求項 2 記載のバッテリパック。

[4] 前記充電電流積算部は、一定時間ごとに前記充電電流の大きさを積算し、

前記充放電回数測定部は、前記充電電流積算部からの前記一定時間ごとの前記充電電流の積算値を基に、前記充放電回数の加算値を決定し、前記加算値を直前に算出した前記充放電回数に加算して出力する、

ことを特徴とする請求項 1記載のバッテリパック。

[5] 前記充放電回数測定部は、前記一定時間における前記充電電流の積算値を、満充電時における前記充電電流の積算値で除算することで、前記加算値を決定することを特徴とする請求項 4記載のバッテリパック。

[6] 前記劣化率算出部は、前記一定時間ごとに前記劣化率を算出することを特徴とする請求項 4記載のバッテリパック。

[7] 前記劣化率算出部は、前記充放電回数と前記劣化率とを少なくとも 2点の傾き変化点を持つ折れ線によりあらかじめ対応付けておき、前記充放電回数測定部により測定された前記充放電回数を前記折れ線に基づいて前記劣化率に換算することを特徴とする請求項 1記載のバッテリパック。

[8] 前記折れ線においては、前記充放電回数が最小となる領域および最大となる領域を除く中間領域において、前記充放電回数の増加に応じた前記劣化率の傾きをその周囲より小さくしたことを特徴とする請求項 7記載のバッテリパック。

[9] 前記二次電池の充放電電流の検出値を積算する充放電電流積算部と、

前記二次電池の正極と負極との間の電圧を検出する電圧検出部と、

前記二次電池の電極を開放したときにおける前記二次電池の正極と負極との間の電圧と前記充放電電流の積算値とを対応付けた曲線を、折れ線により近似した近似線を中心として、前記充放電電流の積算値が一定の幅を採る誤差許容領域をあらかじめ設定し、前記充放電電流積算部による前記充放電電流の積算値を、そのときの前記電圧検出部による電圧検出値に応じて前記誤差許容領域に収めるように補正する積算値補正部と、

をさらに有し、

前記通信部は、前記劣化率とともに、前記積算値補正部により補正された前記充放電電流の積算値を、前記外部機器に対して出力することを特徴とする請求項 1記載のバッテリパック。

[10] 前記積算値補正部は、前記二次電池の充電完了後に当該二次電池の電極が開放されている間、一定時間ごとに前記充放電電流の積算値を補正することを特徴とする請求項 9記載のバッテリパック。

[11] 前記積算値補正部は、前記充放電電流の積算値とともに、前記充電電流積算部による前記充電電流の積算値も同様の処理により補正し、補正した前記充電電流の積算値を前記充放電回数測定部に供給することを特徴とする請求項 9記載のバッテリパック。

[12] 前記二次電池の正極と負極との間の電圧を検出する電圧検出部と、前記二次電池の電極を開放したときにおける前記二次電池の正極と負極との間の電圧と前記充電電流の積算値とを対応付けた曲線を、折れ線により近似した近似線を中心として、前記充電電流の積算値が一定の幅を採る誤差許容領域をあらかじめ設定し、前記充電電流積算部による前記充電電流の積算値を、そのときの前記電圧検出部による電圧検出値に応じて前記誤差許容領域に収めるように補正して、前記充放電回数測定部に供給する積算値補正部と、

をさらに有することを特徴とする請求項 1記載のバッテリパック。

[13] 二次電池から電源の供給を受けて動作する電子機器にぉレ、て、

前記二次電池からの各種検出値に基づく所定の処理を実行する処理回路が前記二次電池と一体に収容された着脱可能なバッテリパックと、

前記バッテリパックと通信する第 1の通信部と、

前記二次電池の充放電電流の積算値と、前記二次電池の劣化度合レ、を示す劣化率とを、前記第 1の通信部を通じて前記バッテリパックから受け取り、前記二次電池の残量を算出するバッテリ残量演算手段と、

を有し、

前記バッテリパックは、

前記充放電回数測定部により測定された前記充放電回数を基に前記劣化率を算出する劣化率算出部と、

前記二次電池の前記充放電電流の検出値を積算する充放電電流積算部と、前記劣化率算出部により算出された前記劣化率と、前記充放電電流積算部による前記充放電電流の積算値とを前記第 1の通信部に対して出力する第 2の通信部と、を有することを特徴とする電子機器。

[14] 二次電池の残量を検出するためのバッテリ残量検出方法において、

前記二次電池が収容されたバッテリパック内に設けられた充電電流積算部が、前記二次電池に対する充電電流の検出値を積算し、

前記バッテリパック内に設けられた充放電回数測定部が、前記充電電流積算部による前記充電電流の積算値を基に、前記二次電池の充放電回数を測定し、

前記バッテリパック内に設けられた劣化率算出部が、前記充放電回数測定部により測定された前記充放電回数を基に、前記二次電池の劣化度合いを示す劣化率を算出し、

前記バッテリパック内に設けられた充放電電流積算部が、前記二次電池の充放電電流の検出値を積算し、

前記二次電池の放電負荷である電子機器内に設けられたバッテリ残量演算手段が、前記劣化率算出部により算出された前記劣化率と、前記充放電電流積算部による前記充放電電流の積算値とを基に、前記二次電池の残量を算出する、

ことを特徴とするバッテリ残量検出方法。