(57)【要約】本発明は、充電可能なバッテリセルの残容量を算出する機能を備えたバッテリパックであり、バッテリパックに内蔵したマイクロコンピュータ（５）は、算出した容量積算値Ｙが最大容量積算値Ｙｍ未満であるときには容量積算値Ｙをバッテリ残容量データとし、算出した容量積算値Ｙが最大容量積算値Ｙｍ以上であるときには最大容量積算値Ｙｍをバッテリ残容量データとする。また、マイクロコンピュータ（５）は、容量積算値Ｙが最大容量積算値Ｙｍに到達した回数に基づいて基準容量積算値Ｙ０を補正する。
2003107470.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外部機器に装着されるバッテリパックにおいて、
充放電されるバッテリセルと、
上記バッテリセルが充放電されているときに流れる電流を検出する電流検出手段と、
上記電流を積算することによって容量積算値を算出する容量積算値算出手段と、
上記電流検出手段によって検出される電流が所定の値となったときに、容量積算値を基準容量積算値にリセットするリセット手段と、
最大容量積算値及び上記基準容量積算値を記憶する記憶手段と、
上記容量積算値に基づいてバッテリ残容量データを算出するデータ算出手段とを備え、
上記容量積算値算出手段は、上記基準容量積算値を基準として電流の積算を行い、
上記データ算出手段は、上記容量積算手段が算出した容量積算値が上記最大容量積算値未満であるときには上記電流積算手段が算出した容量積算値をバッテリ残容量データとし、上記電流積算手段が算出した容量積算値が上記最大容量積算値以上であるときには当該最大容量積算値をバッテリ残容量データとすることを特徴とするバッテリパック。
【請求項２】
上記容量積算値算出手段によって算出された容量積算値が上記最大容量積算値に到達した回数を数える到達回数カウント手段と、
上記到達回数カウント手段が数えた回数に基づいて上記基準容量積算値を補正する基準容量積算値補正手段と
を備えることを特徴とする請求の範囲第１項記載のバッテリパック。
【請求項３】
上記基準容量積算値補正手段によって補正された基準容量積算値は、所定の値以上であることを特徴とする請求の範囲第２項記載のバッテリパック。
【請求項４】
上記バッテリ残容量データを上記外部機器に対して出力するデータ出力手段を備えることを特徴とする請求の範囲第１項記載のバッテリパック。
【請求項５】
上記バッテリセルが充放電された回数を数える充放電回数カウント手段を備え、
上記基準容量積算値補正手段は、上記充放電回数カウント手段が数えた回数に基づいて上記基準容量積算値を補正する
ことを特徴とする請求の範囲第１項記載のバッテリパック。
【請求項６】
外部機器に装着されるバッテリパックにおいて、
充放電されるバッテリセルと、
上記バッテリセルが充放電されているときに流れる電流を検出する電流検出手段と、
上記電流を積算することによって容量積算値を算出する容量積算値算出手段と、
上記電流検出手段によって検出される電流が所定の値となったときに、容量積算値を基準容量積算値にリセットするリセット手段と、
最大容量積算値及び上記基準容量積算値を記憶する記憶手段と、
容量積算値が上記最大容量積算値に到達した回数を数える到達回数カウント手段と、
上記到達回数カウント手段が数えた回数に基づいて上記基準容量積算値を補正する基準容量積算値補正手段とを備え、
上記容量積算値算出手段は上記基準容量積算値を基準として電流の積算を行って容量積算値を算出し、当該容量積算値をバッテリ残容量データとすることを特徴とするバッテリパック。
【請求項７】
上記基準容量積算値補正手段によって補正された基準容量積算値は、所定の値以上であることを特徴とする請求の範囲第６項記載のバッテリパック。
【請求項８】
上記バッテリ残容量データを上記外部機器に対して出力するデータ出力手段を備えることを特徴とする請求の範囲第６項記載のバッテリパック。
【請求項９】
上記バッテリセルが充放電された回数を数える充放電回数カウント手段を備え、
上記基準容量積算値補正手段は、上記充放電回数カウント手段が数えた回数に基づいて上記基準容量積算値を補正する
ことを特徴とする請求の範囲第６項記載のバッテリパック。
【請求項１０】
外部機器に装着されるバッテリパックのバッテリ残容量算出方法において、
上記バッテリパックに備えられたバッテリセルが充放電されているときに流れる電流を検出する電流検出ステップと、
上記電流を積算することによって容量積算値を算出する容量積算値算出ステップと、
上記電流が所定の値となったときに上記容量積算値を基準容量積算値にリセットするリセットステップと、
上記容量積算値に基づいてバッテリ残容量データを算出するデータ算出ステップとを備え、
上記容量積算値算出ステップでは上記基準容量積算値を基準として電流の積算を行い、
上記データ算出ステップでは上記容量積算値算出ステップにおいて算出された容量積算値と記憶手段に対して記憶されている最大容量積算値とを比較し、上記容量積算値算出ステップにおいて算出された容量積算値が上記最大容量積算値よりも小さいときには上記容量積算値算出ステップにおいて算出された容量積算値をバッテリ残容量データとし、上記容量積算値算出ステップにおいて算出された容量積算値が上記最大容量積算値よりも大きいときには上記最大容量積算値をバッテリ残容量データとする
ことを特徴とするバッテリ残容量算出方法。
【請求項１１】
上記容量積算値算出ステップにおいて算出された容量積算値が上記最大容量積算値に到達した回数を数える到達回数カウントステップと、
上記到達回数カウントステップにおいて数えられた回数に基づいて上記基準容量積算値を補正する第１の基準容量積算値補正ステップとを備える
ことを特徴とする請求の範囲第１０項記載のバッテリ残容量算出方法。
【請求項１２】
上記第１の基準容量積算値補正ステップで補正された基準容量積算値は、所定の値以上であることを特徴とする請求の範囲第１１項記載のバッテリ残容量算出方法。
【請求項１３】
上記バッテリ残容量データを上記外部機器に対して出力するデータ出力ステップを備えることを特徴とする請求の範囲第１０項記載のバッテリ残容量算出方法。
【請求項１４】
上記バッテリセルが充放電された回数を数える充放電回数カウントステップと、
上記充放電回数カウント手段が数えた回数に基づいて上記基準容量積算値を補正する第２の基準容量積算値補正ステップとを備える
ことを特徴とする請求の範囲第１０項記載のバッテリ残容量算出方法。
【請求項１５】
上記第２の基準容量積算値補正ステップで補正された基準容量値は、所定の値以上であることを特徴とする請求の範囲第１４項記載のバッテリ残容量算出方法。
【請求項１６】
外部機器に装着されるバッテリパックのバッテリ残容量算出方法において、
上記バッテリパックに備えられたバッテリセルが充放電されているときに流れる電流を検出する電流検出ステップと、
上記電流を積算することによって容量積算値を算出する容量積算値算出ステップと、
上記電流が所定の値となったときに上記容量積算値をリセットして基準容量積算値とするリセットステップと、
上記容量積算値算出ステップにおいて算出された容量積算値が、記憶手段に対して記憶されている最大容量積算値に到達した回数を数える到達回数カウントステップと、
上記到達回数カウントステップにおいて数えられた回数に基づいて、記憶手段に対して記憶されている基準容量積算値を補正する第１の基準容量積算値補正ステップとを備え、
上記容量積算値算出ステップでは上記基準容量積算値を基準として電流の積算を行って容量積算値を算出し、当該容量積算値をバッテリ残容量データとすることを特徴とするバッテリ残容量算出方法。
【請求項１７】
上記第１の基準容量積算値補正ステップで補正された基準容量積算値は、所定の値以上であることを特徴とする請求の範囲第１６項記載のバッテリ残容量算出方法。
【請求項１８】
上記バッテリ残容量データを上記外部機器に対して出力するデータ出力ステップを備えることを特徴とする請求の範囲第１６項記載のバッテリ残容量算出方法。
【請求項１９】
上記バッテリセルが充放電された回数を数える充放電回数カウントステップと、
上記充放電回数カウントステップにおいて数えられた回数に基づいて、記憶手段に対して記憶されている基準容量積算値を補正する第２の基準容量積算値補正ステップとを備える
ことを特徴とする請求の範囲第１６項記載のバッテリ残容量算出方法。
【請求項２０】
上記第２の基準容量積算値補正ステップで補正された基準容量積算値は、所定の値以上であることを特徴とする請求の範囲第１９項記載のバッテリ残容量算出方法。
【発明の詳細な説明】
技術分野
本発明は、ビデオカメラ、携帯用電話機、あるいはパーソナルコンピュータなどの電子機器の電源として使用されるバッテリパック及びこのバッテリパックのバッテリ残量算出方法に関する。
本出願は、日本国において２００２年６月１２日に出願された日本特許出願番号２００２−１７１８２８、２００２年８月２２日に出願された日本特許出願番号２００２−２４２６５０を基礎として優先権を主張するものであり、この出願は参照することにより、本出願に援用される。
背景技術
従来、リチウムイオン電池、ＮｉＣｄ電池、ニッケル水素電池などの充電を可能とした二次電池であるバッテリセルを備えるバッテリパックが用いられている。この種のバッテリパックは、例えばビデオカメラ、携帯用電話機、あるいはパーソナルコンピュータなどの電子機器の電源として使用されている。
電子機器の電源として用いられるバッテリパックには、例えば、バッテリ残容量の計算やバッテリパックを電源としている電子機器との間の通信を行うためのマイクロコンピュータ、マイクロコンピュータの周辺回路、マイクロコンピュータによってバッテリ残容量を算出するために必要なバッテリセルの状態検出回路、バッテリ残容量を算出するために必要なデータが記憶されている不揮発性メモリなどが内蔵されている。
バッテリパックが用いられる電子機器は、マイクロコンピュータが算出したバッテリ残容量を、例えば時間などに換算して表示している。
上述したバッテリパックのバッテリ残容量は、充放電したときに流れる電流を積算して得られた容量積算値Ｙによって示すことができる。
容量積算値Ｙは、例えば特開平９−２８５０２６号公報に記載されているように、バッテリパックが充放電される毎に基準値（以下、基準容量積算値と称する。）Ｙ０にリセットされ、当該基準容量積算値Ｙ０を基準として電流値が積算されることによって得られる。
基準容量積算値Ｙ０としては、例えば、出荷時のバッテリパックを充電したときに、満充電の９０％まで充電されたときの容量積算値が採用される。この種のバッテリパックにおいて、容量積算値Ｙを基準容量積算値Ｙ０にリセットする方法としては、出荷前にバッテリパックを定電圧充電して容量積算値Ｙ＝基準容量積算値Ｙ０となったときの電流値Ｉｘを基準容量積算値Ｙ０と共に不揮発性メモリに記憶しておき、使用時にバッテリパックを定電圧充電して電流値がＩｘとなったときに、容量積算値Ｙを基準容量積算値Ｙ０にリセットする方法が挙げられる。
上述したバッテリパックは、時間が経過するにつれて容量が減少すること、すなわち劣化することが知られている。バッテリパックが劣化すると、マイクロコンピュータが算出したバッテリ残容量とバッテリパックにおける実際のバッテリ残容量との間に差が生じてしまう。
したがって、バッテリパックが劣化したときには、マイクロコンピュータが算出した容量積算値Ｙを補正する必要が生じる。
容量積算値Ｙを補正する方法としては、バッテリパックを劣化させる原因に基づいて、例えば所定の係数と容量積算値Ｙとを乗算することなどによって、補正する方法が考えられる。
バッテリパックを劣化させる原因としては、バッテリパックが充放電した回数や、バッテリパックの使用及び保存条件などが挙げられる。
バッテリパックは、バッテリパックが充放電した回数が多いほど劣化が進むことが知られている。例えば、リチウムイオン電池においては、５００回の充放電を行うことで容量が６０％となることが知られている。
バッテリパックが充放電した回数は、例えば特開平９−２４３７１８号公報に開示された方法などによって知ることが可能である。したがって、バッテリパックが充放電した回数に基づいて容量積算値Ｙを補正することは可能となる。
バッテリパックは、使用条件や保存条件によって劣化の進み方が変わることが知られている。バッテリパックは、例えば連続して長時間使用したときや低温下で使用したときなどには、劣化し易いことが知られている。特開２０００−２６０４８８号公報には、温度変化に応じたバッテリ残容量の算出方法が開示されている。
しかし、バッテリパックの使用条件や保存条件を全て把握することは困難である。したがって、バッテリパックの使用条件や保存条件に基づいて容量積算値Ｙを補正することは困難となる。
容量積算値Ｙを補正する他の方法として、劣化したバッテリパックの劣化具合を実際に測定して、判明した劣化具合に基づいて補正する方法も考えられる。
バッテリパックの劣化具合は、所謂５時間法によって測定する。５時間法は、バッテリパックを空の状態から満充電の状態まで充電した後に、５時間程度の時間をかけて放電させることにより、バッテリパックの劣化具合を測定する方法である。
充電時間は、バッテリの容量により異なるが、例えばソニー（株）製のデジタルカメラで用いられているバッテリパック“ＮＰ−ＦＣ１０”（商品名）では約３時間をかけて充電を行っている。
上述したように、バッテリパックの劣化具合を実際に測定すると約８時間の時間がかかってしまう。すなわち、バッテリパックの劣化具合を実際に測定して、判明した劣化具合に基づいて容量を補正すると、容量を補正するために長い時間を要する。以上説明した方法によってバッテリパックの劣化具合を実際に測定するためには、バッテリパックの充放電を１回行う必要が生じる。したがって、バッテリパックの劣化具合を実際に測定することによって、バッテリパックの劣化をさらに促すこととなる。
発明の開示
本発明の目的は、上述したような従来のバッテリパックが有する問題点を解消することができる新規なバッテリパック及びバッテリ残容量算出方法を提供することにある。
本発明の他の目的は、充放電回数だけでなく使用条件及び保存条件などに基づいた容量の減少を簡便に補正することが可能であり、実際の残容量と極めて近い値であるバッテリ残容量を検出することが可能であるバッテリパック及びバッテリ残容量算出方法を提供することにある。
充電を可能としたバッテリセルを用いたバッテリパックは、劣化するに従って内部インピーダンスが大きくなる。したがって、新品のバッテリパックを定電圧充電したときには、内部インピーダンスが低いために、充電開始時に多くの電流が流れ、充電中に流れる電流の量が速く減少し、短い充電時間（ｈ１）で充電が終わる。一方、劣化したバッテリパックを定電圧充電したときには、内部インピーダンスが高いために、充電開始時に流れる電流は少なく、充電中に流れる電流の量の減少は遅く、長い充電時間（ｈ２）を要する。
本願発明者等は、上述した目的を達成するために鋭意検討を重ね、図１に示すように、劣化したバッテリパックでは、充電するときに図１中Ｂに示すように充電電流が変化し、新品のバッテリパックでは、充電するときに図１中Ａに示すように充電電流が変化することから、充電電流が基準電流値Ｉｘとなった後に流れる電流の積算量が、新品のバッテリパックよりも劣化したバッテリパックで多くなることを見出した。
本発明に係るバッテリパックは、外部機器に装着されるバッテリパックにおいて、充放電されるバッテリセルと、バッテリセルが充放電されているときに流れる電流を検出する電流検出手段と、電流を積算することによって容量積算値を算出する容量積算値算出手段と、電流検出手段によって検出される電流が所定の値となったときに、容量積算値を基準容量積算値にリセットするリセット手段と、最大容量積算値及び基準容量積算値を記憶する記憶手段と、容量積算値に基づいてバッテリ残容量データを算出するデータ算出手段とを備え、容量積算値算出手段は基準容量積算値を基準として電流の積算を行い、データ算出手段は、容量積算手段が算出した容量積算値が最大容量積算値未満であるときには電流積算手段が算出した容量積算値をバッテリ残容量データとし、電流積算手段が算出した容量積算値が最大容量積算値以上であるときには当該最大容量積算値をバッテリ残容量データとする。
本発明に係るバッテリパックは、外部機器に装着されるバッテリパックにおいて、充放電されるバッテリセルと、バッテリセルが充放電されているときに流れる電流を検出する電流検出手段と、電流を積算することによって容量積算値を算出する容量積算値算出手段と、電流検出手段によって検出される電流が所定の値となったときに、容量積算値を基準容量積算値にリセットするリセット手段と、基準容量積算値を記憶する記憶手段と、到達回数カウント手段が数えた回数に基づいて上記基準容量積算値を補正する基準容量積算値補正手段とを備え、容量積算値算出手段は基準容量積算値を基準として電流の積算を行って容量積算値を算出し、当該容量積算値をバッテリ残容量データとする。
本発明に係るバッテリ残量の算出方法は、外部機器に装着されるバッテリパックのバッテリ残容量算出方法において、バッテリパックに備えられたバッテリセルが充放電されているときに流れる電流を検出する電流検出ステップと、電流を積算することによって容量積算値を算出する容量積算値算出ステップと、電流が所定の値となったときに容量積算値を基準容量積算値にリセットするリセットステップと、容量積算値に基づいてバッテリ残容量データを算出するデータ算出ステップとを備え、容量積算値算出ステップでは基準容量積算値を基準として電流の積算を行い、データ算出ステップでは上記容量積算値算出ステップにおいて算出された容量積算値と記憶手段に対して記憶されている最大容量積算値とを比較し、容量積算値算出ステップにおいて算出された容量積算値が最大容量積算値よりも小さいときには容量積算値算出ステップにおいて算出された容量積算値をバッテリ残容量データとし、容量積算値算出ステップにおいて算出された容量積算値が最大容量積算値よりも大きいときには最大容量積算値をバッテリ残容量データとする。
本発明に係る他のバッテリ残量の算出方法は、外部機器に装着されるバッテリパックのバッテリ残容量算出方法において、バッテリパックに備えられたバッテリセルが充放電されているときに流れる電流を検出する電流検出ステップと、電流を積算することによって容量積算値を算出する容量積算値算出ステップと、電流が所定の値となったときに容量積算値をリセットして基準容量積算値とするリセットステップと、容量積算値算出ステップにおいて算出された容量積算値が、記憶手段に対して記憶されている最大容量積算値に到達した回数を数える到達回数カウントステップと、到達回数カウントステップにおいて数えられた回数に基づいて、記憶手段に対して記憶されている基準容量積算値を補正する第１の基準容量積算値補正ステップとを備え、容量積算値算出ステップでは基準容量積算値を基準として電流の積算を行って容量積算値を算出し、この容量積算値をバッテリ残容量データとする。
本発明の更に他の目的、本発明によって得られる具体的な利点は、以下において図面を参照して説明される実施の形態の説明から一層明らかにされるであろう。
発明を実施するための最良の形態
以下、本発明に係るバッテリパック及びバッテリ残容量算出方法を図面を参照しながら詳細に説明する。
本発明に係るバッテリパック１は、図２に示すように、充放電されるバッテリセル２と、バッテリセルに２に充放電される電流を検出する充放電電流検出回路３と、通信回路４と、マイクロコンピュータ５と、マイクロコンピュータ用電源６と、温度センサ７と、電圧検出回路８と、不揮発性メモリ９と、２入力ＮＡＮＤゲート１０とを備える。
バッテリパック１は、例えばビデオカメラ、携帯用電話機、あるいはパーソナルコンピュータなどの電子機器に接続若しくは内蔵されることによって、この電子機器の電源として使用される。
本発明に係るバッテリパック１は、バッテリセル２の正極がバッテリパック１のプラス端子ＴＭ＋に、バッテリセル２の負極が後述する第７の抵抗を介してバッテリパック１のマイナス端子ＴＭ−に接続されている。
充放電電流検出回路３は、バッテリパック１を充放電したときに流れる電流を検出し、マイクロコンピュータ５に対して供給する。充放電電流検出回路３は、第１の抵抗１１、第２の抵抗１２、第３の抵抗１３、第１のスイッチングトランジスタ１４、充電電流用オペアンプ１５を備える充電電流検出部１６と、第４の抵抗２１、第５の抵抗２２、第６の抵抗２３、第２のスイッチングトランジスタ２４、放電電流用オペアンプ２５からなる放電電流検出部２６と、第７の抵抗２７とを備える。なお、充放電電流検出回路３の詳細な動作については後述する。
通信回路４は、データ入力用バッファアンプ３１と、データ出力用バッファアンプ３２とを備える。データ入力用バッファアンプ３１はマイクロコンピュータ５に備えられたデータ入力端子５１に接続されており、データ出力用バッファアンプ３２はマイクロコンピュータ５に備えられたデータ出力端子５２に接続されている。通信回路４は、データ出力端子５２から出力されたデータＳｏｕｔを、データ出力用バッファアンプ３２を介して出力する。通信回路４から出力されたデータは、例えば電子機器などの外部機器（図示せず。）へ供給される。また、通信回路４は、外部機器から供給されたデータＳｉｎを、データ入力用バッファアンプ３１を介して、データ入力端子５１に供給する。
マイクロコンピュータ５は、バッテリパック１の状態を示すデータを生成する。マイクロコンピュータ５は、充放電電流検出回路３が検出した電流を積算することによって、バッテリパック１の残容量を示す容量積算値Ｙを算出する。このマイクロコンピュータ５は、バッテリパック１が充放電した回数をカウントする。さらに、マイクロコンピュータ５は、外部機器に対してバッテリ残容量データを出力するなど、外部機器との間で通信を行う。なお、マイクロコンピュータ５の詳細については、後述する。
マイクロコンピュータ電源６は、マイクロコンピュータ５の電源となる。マイクロコンピュータ電源６は、シリーズレギュレータやリセット回路などを備えている。マイクロコンピュータ電源６は、マイクロコンピュータ５に備えられた電源端子５３に接続されており、電源端子５３を介してマイクロコンピュータ５に電源Ｖを供給する。
温度センサ７は、例えば温度検出用サーミスタなどからなる。温度センサ７は、バッテリセル２の近傍あるいはバッテリセル２に接した位置に配置されており、温度センサ７の温度検出値ＤＴがマイクロコンピュータ５の温度検出入力端子５４に供給される。したがって、マイクロコンピュータ５は、温度検出入力端子５４に供給された温度検出値ＤＴに基づいて、バッテリセル２の温度を知ることができる。
電圧検出回路８は、第８の抵抗３５及び第９の抵抗３６からなる分圧抵抗であり、この分圧抵抗によりバッテリセル２の端子間電圧を検出する。電圧検出回路８からの電圧検出値ＤＶが、マイクロコンピュータ５の電圧検出入力端子５５に供給されている。したがって、マイクロコンピュータ５は、電圧検出入力端子５５に供給された電圧検出値ＤＶに基づいて、バッテリセル２の端子間電圧を知ることができる。
不揮発性メモリ９は、最大容量積算値Ｙｍと、基準容量積算値Ｙ０と、基準電流値Ｉｘとを記憶している。不揮発性メモリ９は、マイクロコンピュータ５に備えられたサイクルデータ入力端子５６と接続されている。不揮発性メモリ９に記憶されている最大容量積算値Ｙｍと、基準容量積算値Ｙ０と、基準電流値Ｉｘとは、サイクルデータ入力端子５６に入力される。最大容量積算値Ｙｍとしては、図３に示すような、新品であるバッテリパック１の容量よりも僅かに大きい値が採用される。本発明では、基準容量積算値Ｙ０として出荷時に未だ充電が行われていない新品のバッテリパック１を充電したときの容量積算値Ｙｓに、満充電の９０％となる容量積算値を採用している。また、本発明に係るバッテリパック１では、基準電流値Ｉｘとしては、出荷時の充電が行われていない新品のバッテリパック１を充電して容量積算値Ｙが基準容量積算値Ｙ０となったときの電流値Ｉを採用している。
２入力ＮＡＮＤゲート１０は、２つの入力端子のうち一方が充電電流用オペアンプ１５の出力端子と接続しており、他方が放電電流用オペアンプ２５の出力端子と接続している。２入力ＮＡＮＤゲート１０は、出力端子が第１０の抵抗３７を介して電源端子５３に接続されている。２入力ＮＡＮＤゲートは、マイクロコンピュータ５の動作モードを切り替える。
次に、充放電電流検出回路３について詳細に説明する。
充電電流用オペアンプ１５の非反転入力端子は、第３の抵抗１３及び第７の抵抗２７を介してバッテリセル２の負極と接続され、反転入力端子は増幅率設定用の負帰還抵抗たる第２の抵抗１２並びに第１の抵抗１１と接続されている。また、充電電流用オペアンプ１５は、充電電流検出入力端子５７と接続されている。したがって、充電電流用オペアンプ１５の出力端子からは、充電時にバッテリパック１内に流れる電流値を第１の抵抗１１の抵抗値と第２の抵抗１２の抵抗値との比に応じて増幅した電圧値が出力される。出力された電圧値は、充電電流検出入力端子５７に供給される。
放電電流用オペアンプ２５の非反転入力端子は、第６の抵抗２３及び第７の抵抗２７を介してバッテリセル２の負極と接続され、反転入力端子は増幅率設定用の負帰還抵抗たる第５の抵抗２２並びに第４の抵抗２１と接続されている。また、放電用電流オペアンプ２５は、放電電流検出入力端子５８に接続されている。したがって、放電電流用オペアンプ２５の出力端子からは、放電時にバッテリパック１内に流れる電流値を第４の抵抗２１の抵抗値と第５の抵抗２２の抵抗値との比に応じて増幅した電圧値が出力される。出力された電圧値は、放電電流検出入力端子５８に接続されている。
第１のスイッチングトランジスタ１４は、例えば電界効果トランジスタからなり、ゲートがマイクロコンピュータ５のスイッチング制御出力端子５９と接続され、ドレインとソース間に第１の抵抗１１が接続されている。したがって、マイクロコンピュータ５のスイッチング制御出力端子５９からの信号レベルが例えばハイ（Ｈ）レベルとなったときには、第１のスイッチングトランジスタ１４がＯＮし、第１の抵抗１１による抵抗値はほぼ０となる第１のスイッチングトランジスタ１４の抵抗のみとなり、充電電流用オペアンプ１５の増幅率は大となる。一方、マイクロコンピュータ５のスイッチング制御出力端子５９からの信号レベルが例えばロー（Ｌ）レベルとなったときには、第１のスイッチングトランジスタ１４はＯＦＦし、充電電流用オペアンプ１５の増幅率は第１の抵抗１１の抵抗値と第２の抵抗１２の抵抗値との比に応じた増幅率、すなわち、第１のスイッチングトランジスタ１４がＯＮしているときよりも小さい増幅率となる。
また、第２のスイッチングトランジスタ２４も例えば電界効果トランジスタからなり、ゲートがマイクロコンピュータ５のスイッチング制御出力端子６０と接続され、ドレインとソース間に第４の抵抗２１が接続されている。したがって、マイクロコンピュータ５のスイッチング制御出力端子６０からの信号レベルが例えばハイ（Ｈ）レベルとなったときには、第２のスイッチングトランジスタ２４がＯＮし、第４の抵抗２１による抵抗値はほぼ０となる第２のスイッチングトランジスタ２４の抵抗のみとなり、放電電流用オペアンプ２５の増幅率は大となる。一方、マイクロコンピュータ５のスイッチング制御出力端子６０からの信号レベルが例えばロー（Ｌ）レベルとなったときには、第２のスイッチングトランジスタ２４はＯＦＦし、充電電流用オペアンプ２５の増幅率は第４の抵抗２１の抵抗値と第５の抵抗２２の抵抗値との比に応じた増幅率、すなわち、第２のスイッチングトランジスタ２４がＯＮしているときよりも小さい増幅率となる。
ここで、マイクロコンピュータ５は、通常動作モード時（Ｒｕｎ時）には常に充電電流検出入力端子５７と放電電流検出入力端子５８のレベルを監視しており、充電電流検出入力端子５７及び放電電流検出入力端子５８のレベルが一定レベル以上となっているときには、スイッチング制御出力端子５９、６０の信号レベルを共にロー（Ｌ）レベルとなす。これにより、第１のスイッチングトランジスタ１４及び第２のスイッチングトランジスタ２４は共にＯＦＦとなり、充電電流用オペアンプ１５及び放電電流用オペアンプ２５の増幅率は共に小さくなる。したがって、通常動作モード時（Ｒｕｎ時）のマイクロコンピュータ５は、増幅率が小となされた充電電流用オペアンプ１５及び放電電流用オペアンプ２５からの出力値を用いて、充電時又は放電時に、バッテリパック１内に流れる電流値を測定可能となる。したがって、充放電時に流れる電流値が測定されることにより充放電電流積算値が計算できる。
一方、通常動作モード時（Ｒｕｎ時）に、バッテリパック１内に流れる充放電電流値が所定値以下の微少電流になると、増幅率が小となされている充電電流用オペアンプ１５及び放電電流用オペアンプ２５からの出力も小さくなる。すなわち、充電電流検出入力端子５７及び放電電流検出入力端子５８のレベルも小さくなる。マイクロコンピュータ５は、充電電流検出入力端子５７及び放電電流検出入力端子５８のレベルが一定レベル以下になり、この状態が一定時間続いたならば、無負荷状態であると判断して省電力モード（スリープモード）に移行する。この省電力モード時には、上記通常動作モード時に比べて消費電力が小さくなり、したがって、回路の省エネルギ化が可能となる。
この省電力モードになったときのマイクロコンピュータ５は、スイッチング制御出力端子５９、６０の信号レベルを共にハイ（Ｈ）レベルとなす。これにより、第１のスイッチングトランジスタ１４及び第２のスイッチングトランジスタ２４は共にＯＮになり、充電電流用オペアンプ１５及び放電電流用オペアンプ２５の増幅値は大となる。したがって、省電力モードのマイクロコンピュータ５は、増幅率が大となされた充電電流用オペアンプ１５及び放電電流用オペアンプ２５からの出力値を用いて、充電時又は放電時にバッテリパック１に流れる微少電流値が測定可能となる。
ここで、省電力モードとなっているときに、バッテリパック１内に流れる放充電電流値が所定値以上の電流値になると、増幅率が小となされている充電電流用オペアンプ１５及び放電電流用オペアンプ２５からの出力値も共に大きくなる。すなわち、２入力ＮＡＮＤゲート１０の２つの入力端子のレベルは、共にハイレベルとなり、したがって、２入力ＮＡＮＤゲート１０の出力はローレベルとなる。このように、割り込み入力端子に供給されている２入力ＮＡＮＤゲート１０の出力レベルがローレベルになると、マイクロコンピュータ５は、省電力モードを解除して通常動作モードに移行する。
以上説明したように、バッテリパック１は、省電力モード時には通常動作モード時と比較して消費電力が小さいために、回路の省エネルギ化を図ることができる。また、バッテリパック１は、マイクロコンピュータ５がスイッチング制御出力端子５９に入力されるスイッチング制御出力ＳＷ１にて第１のスイッチングトランジスタ１４をＯＮ／ＯＦＦ制御し、スイッチング制御出力端子６０に入力されるスイッチング制御出力ＳＷ２にて第２のスイッチングトランジスタ２４をＯＮ／ＯＦＦ制御することにより、充電電流用オペアンプ１５及び放電電流用オペアンプ２５の増幅率を切り替え可能となし、これにより、省電力モード時の微少電流値の検出と、通常動作モード時の電流値の測定とを上記構成で兼用可能となしている。
次に、マイクロコンピュータ５について詳細に説明する。
マイクロコンピュータ５の充電電流検出入力端子５７は充電電流用オペアンプ１５の出力端子と接続され、放電電流検出入力端子５８は放電電流用オペアンプ２５の出力端子と接続されている。また、マイクロコンピュータ５の割り込み入力端子６３は、充電電流用オペアンプ１５及び放電電流用オペアンプ２５の各出力端子が２つの入力端子に接続された２入力ＮＡＮＤゲート１０の出力端子と接続され、さらに、この２入力ＮＡＮＤゲート１０の出力端子は、第１０の抵抗３７を介して電源端子５３と接続されている。さらにまた、マイクロコンピュータ５の温度検出入力端子５４は電圧検出回路８の出力端子７２と接続され、サイクルデータ入力端子５６は不揮発性メモリ９の出力端子７３と、グランド端子６２はバッテリセル２の負極と接続されている。
マイクロコンピュータ５は、不揮発性メモリ９に対して記憶された基準容量積算値Ｙ０に基づいて容量積算値Ｙを算出し、当該容量積算値Ｙに基づいてバッテリ残容量データを算出する。また、マイクロコンピュータ５は、算出したバッテリ残容量データを外部機器に対して出力する。さらに、マイクロコンピュータ５は、容量積算値Ｙが最大容量積算値Ｙｍに到達した回数及びバッテリパック１が充放電した回数に基づいて、基準容量積算値Ｙ０を補正する。
マイクロコンピュータ５は、電流値を積算することで容量積算値Ｙを算出している。なお、マイクロコンピュータ５は、図４に示すように、定電圧充電して充電電流Ｉ０の電流値がＩｘとなる毎に容量積算値Ｙを基準容量積算値Ｙ０にリセットして、容量積算値Ｙを算出している。また、マイクロコンピュータ５は、容量積算値Ｙが最大容量積算値Ｙｍ未満であるときには算出した容量積算値Ｙをバッテリ残容量データとし、容量積算値Ｙが最大容量積算値Ｙｍ以上であるときには最大容量積算値Ｙｍをバッテリ残容量データとする。
マイクロコンピュータ５において算出される容量積算値Ｙが最大容量積算値Ｙｍ以上となる原理は、以下に説明する通りとなる。
本発明に係るバッテリパック１においては、劣化するに従ってバッテリセル２の内部インピーダンスが大きくなる。すなわち、新品のバッテリパック１を定電圧充電をしたときには、バッテリセル２の内部インピーダンスが低いため、図５中のＡに示すように、充電開始時に第７の抵抗２７に多くの電流が流れ、流れる電流の量は速やかに減少し、所定の時間（ｈ１）で充電が終了する。一方、劣化したバッテリパック１を定電圧充電したときには、バッテリセル２の内部インピーダンスが高いために、充電開始時に第７の抵抗２７に流れる電流は少なく、流れる電流の量の減少が遅く、図５中Ｂで示すように、充電終了まで上記所定の時間（ｈ１）より長い時間（ｈ２）を要する。
したがって、劣化したバッテリパック１を定電圧充電したときには、電流値がＩｘとなったときに満充電の９０％まで充電されていない状態となる。また、劣化したバッテリパック１を定電圧充電したときには、電流値がＩｘとなった後に流れる第７の抵抗２７を流れる電流の量が、新品のバッテリパック１と比較して多くなる。
以上説明した理由により、マイクロコンピュータ５が、定電圧充電して電流値がＩｘとなる毎に容量積算値Ｙを基準容量積算値Ｙ０にリセットして、容量積算値Ｙを算出すると、充電時には、劣化したバッテリパック１は、図１中Ｄに示すように容量積算値が変化し、新品のバッテリパック１は、図１中Ｃに示すように容量積算値が変化する。すなわち、劣化したバッテリパック１では、満充電のときの容量積算値Ｙが新品のバッテリパック１と比較して大きな値となる。最大容量積算値Ｙｍは、新品のバッテリパック１が満充電となったときの容量積算値Ｙよりも僅かに大きい値に設定されている。したがって、バッテリパック１は、劣化が進むと、満充電のときの容量積算値Ｙが最大容量積算値Ｙｍよりも大となり、最大容量積算値Ｙｍに到達する。
したがって、マイクロコンピュータ５は、容量積算値Ｙが最大容量積算値Ｙｍ以上となったときに最大容量積算値Ｙｍをバッテリ残容量データとして外部機器に対して出力することで、出力されるバッテリパック１のバッテリ残容量データが、図６中Ｅに示す通りとなり、新品のバッテリパック１の容量と比較して著しく多くなることを防ぐことが可能となる。したがって、例えば電子機器においてバッテリパック１の残容量を表示するなどときに、表示されるバッテリパックの残容量が新品のバッテリパック１を満充電したときよりも著しく多くなることを防ぐことが可能となる。
また、マイクロコンピュータ５は、容量積算値Ｙが最大容量積算値Ｙｍに到達した回数（以下、到達回数と称する。）に基づいて、基準容量積算値Ｙ０を補正する。
上述したように、劣化したバッテリパック１ではバッテリセル２の内部インピーダンスが高いために、充電開始時に第７の抵抗２７に流れる電流が少なくなり、流れる電流の量の減少が遅くなるために、電流値がＩｘとなったときには満充電の９０％まで充電されていない状態となる。すなわち、バッテリパック１は、劣化が進む程、電流値がＩｘとなったときの実際の容量積算値が基準容量積算値Ｙ０と比較して小さくなる。
一方、バッテリパック１は、劣化が進むと満充電のときの容量積算値Ｙが最大容量積算値Ｙｍよりも大となり、最大容量積算値Ｙｍに到達する回数も多くなる。すなわち、バッテリパック１の到達回数は、バッテリパック１の劣化具合を示している。
したがって、例えばバッテリパック１の到達回数が１０回増加する毎に基準容量補正値Ｙ０の値を補正して補正前の値の９５％とするなど、到達回数に基づいて基準容量積算値Ｙ０を補正することで、バッテリパック１は、バッテリ残容量データを、実際のバッテリパック１の容量に基づいて補正することが可能となる。したがって、バッテリパック１は、充放電回数だけではなく保存条件や使用条件による劣化に基づいて、バッテリ残容量データを補正することが可能となる。すなわち、バッテリパック１においては、図７中Ｆに示すように、バッテリ残容量データを、実際のバッテリパック１のバッテリ残容量に近くなるように補正することが可能となる。
また、バッテリパック１では、容量積算値Ｙが最大容量積算値Ｙｍ以上となったときに最大容量積算値Ｙｍをバッテリ残容量データとして外部機器に対して記憶することによるバッテリ残容量データの補正と、到達回数に基づいた基準容量積算値Ｙ０の補正との両方を行うことで、マイクロコンピュータ５が出力するバッテリ残容量データがさらに正確に補正された基準容量補正値Ｙｈとされ、さらに実際のバッテリパック１のバッテリ残容量に近い値となる。
なお、本発明では、到達回数に基づいて補正される基準容量積算値Ｙ０は、予め不揮発性メモリ９に記憶されている。
マイクロコンピュータ５において到達回数を数える方法は、以下に説明する通りとなる。
図８に示すように、先ず、ステップＳＴ１において、第７の抵抗２７に充電電流が流れているか否かを検出する。充電電流が流れているときにはステップＳＴ２へ進み、充電電流が流れていないときには到達回数を数えることを終了する。
次に、ステップＳＴ２において、容量積算値Ｙが最大容量積算値Ｙｍ未満であるか否かを検出する。容量積算値Ｙが最大容量積算値Ｙｍ未満であるときには到達回数を数えることを終了し、容量積算値Ｙが最大容量積算値Ｙｍ以上であるときにはステップＳＴ３に進む。
次に、ステップＳＴ３において、放電後に初めて最大容量積算値Ｙｍに到達したか否かを検出する。放電後に初めて最大容量積算値Ｙｍに到達したときにはステップＳＴ４に進み、放電後に初めて最大容量積算値Ｙｍに到達していないときには到達回数を数えることを終了する。
そして、ステップＳＴ４において、到達回数を数えるカウンタの数を１つ増やす。
さらに、マイクロコンピュータ５は、バッテリパック１の充放電回数に基づいて基準容量積算値Ｙ０を補正する。
バッテリパック１が劣化する原因としては、バッテリパック１が充放電した回数や、バッテリパック１の使用及び保存条件などが挙げられる。したがって、例えばバッテリパック１の充放電回数が５０回増加する毎に基準容量積算値Ｙ０の値を補正して補正前の値の９５％とするなど、バッテリパック１の充放電回数に基づいて基準容量積算値Ｙ０を補正することで、バッテリパック１の残容量をさらに実際の残容量に近くなるように補正することが可能となる。なお、バッテリパック１が充放電した回数を数える方法としては、例えば特開平９−２４３７１８号公報に記載された方法が挙げられる。
バッテリパック１において、基準容量積算値Ｙ０を補正する方法は、以下に説明する通りとなる。
図９に示すように、先ず、ステップＳＴ１１において、第７の抵抗２７に流れる電流の値がＩｘであるか否かを判断する。第７の抵抗２７に流れる電流の値がＩｘであるときにはステップＳＴ１２へ進み、第７の抵抗２７に流れる電流の値がＩｘではないときには基準容量積算値Ｙ０の補正を終了する。
次に、ステップＳＴ１２において、到達回数が基準容量積算値Ｙ０を補正する回数であるか否かを判断する。到達回数が基準容量積算値Ｙ０を補正する回数であるときにはステップＳＴ１３へ進み、到達回数が基準容量積算値Ｙ０を補正する回数ではないときにはステップＳＴ１４へ進む。
ステップＳＴ１３においては、到達回数に基づいて基準容量積算値Ｙ０を補正した後に、ステップＳＴ１４へ進む。
また、ステップＳＴ１４において、充放電回数が基準容量積算値Ｙ０を補正する回数であるか否かを判断する。充放電回数が基準容量積算値Ｙ０を補正する回数であるときにはステップＳＴ１５へ進み、充放電回数が基準容量積算値Ｙ０を補正する回数ではないときには基準容量積算値Ｙ０の補正を終了する。
そして、ステップＳＴ５において、充放電回数に基づいて基準容量積算値Ｙ０を補正した後、基準容量積算値Ｙ０の補正を終了する。
なお、上述の例においては、基準容量積算値Ｙ０のみを補正する構成として説明したが、これに加え、最大容量積算値Ｙｍを補正してもよい。この場合、最大容量積算値Ｙｍの値は、例えば、基準容量積算値Ｙ０の値プラス１５％程度として、基準容量積算値Ｙ０の補正に応じて補正する構成とすることができる。
以上説明したように、バッテリパック１は、マイクロコンピュータ５が、到達回数に加えて充放電回数に基づいて基準容量積算値Ｙ０を補正して補正後の基準容量積算値Ｙｈを得るようにしているいる。したがって、バッテリパック１は、図１０中Ｇに示すように、マイクロコンピュータ５が算出するバッテリ残容量データをさらに正確に補正して、実際のバッテリパック１のバッテリ残容量にさらに近づけることが可能となる。
また、バッテリパック１は、マイクロコンピュータ５が基準容量積算値Ｙ０を補正している。すなわち、バッテリパック１は、ソフトウェアを変更することによってバッテリ残容量データを補正することが可能となり、コストアップすることなくバッテリ残容量データを補正することが可能となる。
なお、図１１に示すように、基準容量積算値Ｙ０の補正には、下限を設けることが好ましい。基準容量積算値Ｙ０の補正に下限を設けることにより、容量積算値Ｙに対する過剰な補正を防止することができる。
以上説明したように、バッテリパック１は、不揮発性メモリ７に最大容量積算値Ｙｍが記憶されており、マイクロコンピュータ５は、算出した容量積算値Ｙが最大容量積算値Ｙｍ未満であるときには算出した容量積算値Ｙをバッテリ残容量データとし、算出した容量積算値Ｙが最大容量積算値Ｙｍ以上であるときには最大容量積算値Ｙｍをバッテリ残容量データとする。したがって、バッテリパック１は、マイクロコンピュータ５が出力するバッテリ残容量データが、新品のバッテリパック１の容量と比較して著しく多くなることを防ぐことが可能となる。
また、バッテリパック１においては、マイクロコンピュータ５が、到達回数に基づいて基準容量積算値Ｙ０を補正している。すなわち、バッテリパック１においては、バッテリ残容量データを、バッテリパック１の劣化具合に基づいて補正することが可能となる。したがって、バッテリパック１は、充放電回数だけではなく保存条件や使用条件による劣化に基づいて、バッテリ残容量データを補正することが可能となり、マイクロコンピュータ５が算出するバッテリ残容量データをさらに正確に補正して、実際のバッテリパック１のバッテリ残容量にさらに近づけることが可能となる。
なお、本発明は、図面を参照して説明した上述の実施例に限定されるものではなく、添付の請求の範囲及びその主旨を逸脱することなく、様々な変更、置換又はその同等のものを行うことができることは当業者にとって明らかである。
産業上の利用可能性
上述したように、本発明に係るバッテリパックでは、データ算出手段が、容量積算値算出手段によって算出された容量積算値が最大容量積算値未満であるときには容量積算値算出手段によって算出された容量積算値をバッテリ残容量データとし、容量積算値算出手段によって算出された容量積算値が最大容量積算値以上であるときには最大容量積算値をバッテリ残容量データとする。したがって、本発明に係るバッテリパックにおいては、バッテリ残容量データが新品のバッテリパックの容量と比較して著しく多くなることを防ぐことが可能となる。
本発明に係るバッテリパックにおいては、基準容量積算値補正手段が、容量積算値が最大容量積算値に到達した回数に基づいて基準容量積算値を補正している。したがって、本発明に係るバッテリパックは、劣化具合に基づいてバッテリ残容量データを補正することが可能となる。すなわち、本発明に係るバッテリパックにおいては、充放電回数だけではなく保存条件や使用条件による劣化に基づいて、バッテリ残容量データを補正することが可能となり、バッテリ残容量データを実際のバッテリ残容量に近い値とすることが可能となる。
さらに、本発明に係るバッテリ残量の算出方法は、容量積算値算出ステップにおいて算出された容量積算値が最大容量積算値よりも小さいときには容量積算値算出ステップにおいて算出された容量積算値をバッテリ残容量データとし、容量積算値算出ステップにおいて算出された容量積算値が最大容量積算値よりも大きいときには最大容量積算値をバッテリ残容量データとする。したがって、本発明に係るバッテリ残量の算出方法によれば、出力されるバッテリ残容量データが新品のバッテリパックの容量と比較して著しく多くなることを防ぐことが可能となる。
さらにまた、本発明に係るバッテリ残量の算出方法は、第１の基準容量積算値補正ステップにおいて、到達回数カウントステップにおいて数えられた回数に基づいて記憶手段に記憶されている基準容量積算値を補正している。したがって、本発明に係るバッテリ残容量の算出方法においては、充放電回数だけではなく保存条件や使用条件による劣化に基づいて、バッテリ残容量データを補正することが可能となり、バッテリ残容量データを実際のバッテリ残容量に近い値とすることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
図１は、バッテリパックを劣化が進んだ状態で充電したときの容量積算値の変化を示す図である。
図２は、本発明に係るバッテリパックの具体的構成を示すブロック図である。
図３は、バッテリパックを新品の状態で充電したときの容量積算値の変化と、最大容量積算値と、基準容量積算値とを示す図である。
図４は、バッテリパックを充電したときの容量積算値の変化を示す図であり、第７の抵抗に流れる電流の値がＩｘとなったときに、容量積算値を基準容量積算値にリセットしている状態を示す図である。
図５は、バッテリパックを定電圧受電したときの、第７の抵抗に流れる電流量の変化を示す図である。
図６は、容量積算値が最大容量積算値以上のときに、マイクロコンピュータが最大容量積算値をバッテリ残容量データとして出力することを示す図である。
図７は、到達回数に基づいて基準容量積算値を補正したときのバッテリ残容量データの変化を示す図である。
図８は、マイクロコンピュータが到達回数を数えるときの処理の流れを示すフローチャートである。
図９は、マイクロコンピュータが基準容量積算値を補正するときの処理の流れを示すフローチャートである。
図１０は、マイクロコンピュータが到達回数に加えて充放電回数に基づいて基準容量積算値Ｙ０を補正したときのバッテリ残容量データの変化を表す図である。
図１１は、補正による基準容量積算値の変化を示す図である。
【図１】
2003107470.tif 000003
【図２】
2003107470.tif 000004
【図３】
2003107470.tif 000005
【図４】
2003107470.tif 000006
【図５】
2003107470.tif 000007
【図６】
2003107470.tif 000008
【図７】
2003107470.tif 000009
【図８】
2003107470.tif 000010
【図９】
2003107470.tif 000011
【図１０】
2003107470.tif 000012
【図１１】
2003107470.tif 000013
【国際調査報告】
2003107470.tif 000014
2003107470.tif 000015