(57)【要約】【課題】低コストでありながら、充電池の電池残量の高精度な予測が可能なバッテリパックを提供する。【解決手段】電池の電池電圧を検出する第１の電圧検出部と、負荷電流を検出するための電流センス抵抗の両端の電圧を検出する第２の電圧検出部と、第１及び第２の電圧検出部で検出された電圧値に基づき電池残量を予測する制御部と、電流センス抵抗に定電流を流す定電流源と、を備え、制御部は、負荷電流が流れたときの第２の電圧検出部の検出電圧と、負荷電流と定電流が流れたときの第２の電圧検出部の検出電圧に基づき、電流センス抵抗の抵抗値を算出する構成とした。【選択図】図１
2015220856.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電池の電圧と負荷電流を計測して、前記電池の残量を予測する電池残量予測装置であって、
前記電池の電池電圧を検出する第１の電圧検出部と、
前記負荷電流を検出するための電流センス抵抗の両端の電圧を検出する第２の電圧検出部と、
前記第１及び第２の電圧検出部で検出された電圧値に基づき電池残量を予測する制御部と、
前記電流センス抵抗に定電流を流す定電流源と、を備え、
前記制御部は、前記負荷電流が流れたときの前記第２の電圧検出部の検出電圧と、前記負荷電流と前記定電流が流れたときの前記第２の電圧検出部の検出電圧に基づき、前記電流センス抵抗の抵抗値を算出する
ことを特徴とする電池残量予測装置。
【請求項２】
前記第１の電圧検出部と前記第２の電圧検出部を、一つの電圧検出部で構成した
ことを特徴とする請求項１に記載の電池残量予測装置。
【請求項３】
負荷が接続される第一及び第二の外部端子の間に直列に接続された電池、電流センス抵抗、負荷電流制御用のＭＯＳＦＥＴと、
前記電池の状態を監視し前記ＭＯＳＦＥＴを制御するＭＯＳＦＥＴ制御回路と、
前記電池と前記電流センス抵抗の電圧を検出して、前記電池の残量を予測する請求項１または２に記載の電池残量予測装置と、
を備えたことを特徴とするバッテリパック。
【請求項４】
前記電流センス抵抗を、前記電池残量予測装置に配置した
ことを特徴とする請求項３に記載のバッテリパック。
【請求項５】
前記電流センス抵抗を、ボード上の配線の寄生抵抗とする
ことを特徴とする請求項３に記載のバッテリパック。
【請求項６】
前記電流センス抵抗を、前記ＭＯＳＦＥＴのオン抵抗とし、
前記第２の電圧検出部は、前記ＭＯＳＦＥＴの両端の電圧によって前記負荷電流を検出する、
ことを特徴とする請求項３に記載のバッテリパック。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、バッテリパックに関係し、特にＬｉイオン充電池等の電池残量を予測する電池残量予測装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
充電池は、携帯機器を始めとして、多くの装置に使われていて、充放電を管理するバッテリ管理システムが必須である。特に機器稼動時には稼動時間をより正確に知ることが必要であり、そのために電池残量予測装置が使用されている。
【０００３】
従来の電池残量予測装置を備えたバッテリパックを図６に示す。従来の電池残量予測装置２０は、信号処理演算を行うＣＰＵ２１と、信号処理演算の際に用いるＲＡＭ２２と、充電池７の１セル分の電池電圧をレベル変換器２６で変換された電池電圧を検出するためのＡＤＣ２３と、充電池７の電流を検出する電流センス抵抗６で発生する電圧を検出するためのＡＤＣ２４と、電池の特性データ等を予め保持しておく不揮発性メモリ２５と、を備えている。本電池残量予測装置は、充電池７の電圧と、電流センス抵抗６を用いて計測された充電池７の電流値よりクーロンカウンタで求められた移動電荷量等とから、電池残量が求められている。高精度な残量予測には、充電池７の電圧及び電流の高精度な計測が必須である。
特に電流計測に注目すると、電流センス抵抗６は抵抗値が高精度なことが必要とされる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許第６７８９０２６号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来の電池残量予測装置２０を備えたバッテリパックは、電流センス抵抗６に高精度で電流許容量が大きいことが求められている。このため、高価でサイズも大きいと言う課題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の電池残量予測装置は、電池の電池電圧を検出する第１の電圧検出部と、負荷電流を検出するための電流センス抵抗の両端の電圧を検出する第２の電圧検出部と、第１及び第２の電圧検出部で検出された電圧値に基づき電池残量を予測する制御部と、電流センス抵抗に定電流を流す定電流源と、を備え、制御部は、負荷電流が流れたときの第２の電圧検出部の検出電圧と、負荷電流と定電流が流れたときの第２の電圧検出部の検出電圧に基づき、電流センス抵抗の抵抗値を算出する構成とした。
【発明の効果】
【０００７】
本発明のバッテリパックによれば、電流センス抵抗は、抵抗値を高精度に計測できるので、低精度の抵抗を使用することが出来る。従って、バッテリパックは、サイズを小さくすることができ、かつ低コストで提供することが出来る。
【０００８】
更に、電流センス抵抗として、充放電制御用のＭＯＳＦＥＴやボード上の配線の寄生抵抗を利用することも可能となり、バッテリパックのサイズを小さく、かつ低コストで提供することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本実施形態の電池残量予測装置を備えたバッテリパックのブロック図である。
【図２】本実施形態の電池残量予測装置を備えたバッテリパックの他の例を示すブロック図である。
【図３】本実施形態の電池残量予測装置を備えたバッテリパックの他の例を示すブロック図である。
【図４】本実施形態の電池残量予測装置を備えたバッテリパックの他の例を示すブロック図である。
【図５】本実施形態の電池残量予測装置を備えたバッテリパックの他の例を示すブロック図である。
【図６】従来の電池残量予測装置を備えたバッテリパックのブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
図１は、本実施形態の電池残量予測装置を備えたバッテリパックのブロック図である。本実施形態のバッテリパックは、電池残量予測装置１と、電流センス抵抗６と、充電池７と、充放電制御用のＭＯＳＦＥＴ８と、充放電制御回路１５と、外部端子１８及び１９と、を備えている。
電池残量予測装置１は、定電流源４と、スイッチ５と、電圧検出部１１及び１２と、制御部１６と、を備えている。
【００１１】
本実施形態のバッテリパックは、以下のように接続されている。電池残量予測装置１は、充電池７の両端に接続される。ＭＯＳＦＥＴ８は、外部端子１９に設けられる。電流センス抵抗６は、ＭＯＳＦＥＴ８と充電池７の負極の間に設けられる。充放電制御回路１５は、充電池７の両端に接続され、出力端子はＭＯＳＦＥＴ８に接続される。外部端子１８及び１９には、負荷３が接続される。電圧検出部１１は、入力端子に充電池７が接続され、出力端子が制御部１６に接続される。電圧検出部１２は、入力端子に電流センス抵抗６の両端が接続され、出力端子が制御部１６に接続される。定電流源４及びスイッチ５は、電流センス抵抗６とＭＯＳＦＥＴ８の接続点に接続される。
【００１２】
電圧検出部１１は、充電池７の電圧を計測して、制御部１６に出力する。電圧検出部１２は、電流センス抵抗６の両端に生じる電圧を計測して、制御部１６に出力する。制御部１６は、電圧検出部１１と電圧検出部１２から得られる情報に基づき充電池７の残量を予測する。定電流源４は、電流センス抵抗６の抵抗値を計測するための既知の定電流を電流センス抵抗６に流す。
【００１３】
電池残量予測装置１は、負荷３の消費電流を測定することによって、充電池７の電池残量を予測する。電池残量の高精度な予測には、負荷３の消費電流Ｉｓｙｓの正確な計測が必須である。このためには、電流センス抵抗６の抵抗値を正確に知る必要がある。本発明は、電流センス抵抗６の抵抗値を正確に計測する手段を提供する。
【００１４】
負荷３の消費電流をＩｓｙｓとすると、スイッチ５がオフしている通常の動作状態では、電流センス抵抗６に電流Ｉｓｙｓが流れる。電流センス抵抗６の抵抗値をＲｓｓとすると、該抵抗の両端に生じるセンス電圧Ｖｓｂは、
Ｖｓｂ  ＝  Ｒｓｓ×Ｉｓｙｓ           （１）
となる。
【００１５】
次に、スイッチ５をオンして定電流Ｉｄｉを電流センス抵抗６に印加する。この時の電流センス抵抗６の電流はＩｓｙｓ＋Ｉｄｉとなり、電流センス抵抗６の両端に生じるセンス電圧Ｖｓａは、
Ｖｓａ  ＝  （Ｉｓｙｓ＋Ｉｄｉ）×Ｒｓｓ      （２）
となる。
【００１６】
上記の（１）、（２）式より、電流センス抵抗６の抵抗値Ｒｓｓは、
Ｒｓｓ  ＝  （Ｖｓａ−Ｖｓｂ）／Ｉｄｉ      （３）
と求めることが出来る。
【００１７】
即ち、通常の動作状態でセンス電圧Ｖｓｂを測定し、スイッチ５をオンしてセンス電圧Ｖｓａを測定し、（３）式より電流センス抵抗６の抵抗値Ｒｓｓを算出する。このようにすると、電流Ｉｓｙｓに寄らず既知の定電流Ｉｄｉから抵抗値Ｒｓｓを求めることが出来る。電圧検出部１２の測定精度を高くしておけば、電流センス抵抗６の電圧は高精度に計測できるので、抵抗値Ｒｓｓも高精度に求めることが出来る。
ここで、定電流Ｉｄｉは、抵抗値Ｒｓｓの要求精度と電圧検出部１２の測定精度から適宜設定されて良い。
【００１８】
尚、電流センス抵抗６の抵抗値Ｒｓｓは、例えば制御部に設けられた記憶素子に格納されて、負荷３の消費電流Ｉｓｙｓの算出に使用される。従って、計測は、例えばシステム起動時など、１回で済ますことが可能であることから、計測に用いる電流は、電池残量予測装置の消費電流に殆ど影響を与えることはない。
【００１９】
以上説明したように、本実施形態の電池残量予測装置によれば、電流センス抵抗６の抵抗値Ｒｓｓを高精度に計測できる。従って、負荷３の消費電流Ｉｓｙｓの正確に計測することが出来るので、充電池７の電池残量の高精度な予測が可能になる。また、電流センス抵抗６は、精度の低い安価な抵抗でよいので、コスト削減の効果もある。
【００２０】
尚、本実施形態の電池残量予測装置は、電圧検出部１１及び１２を個々に設けることとしたが、電池電圧の計測と負荷電流に基づく電流センス抵抗６の電圧の計測を時分割で処理することで、一つの電圧検出部で構成することも可能である。
【００２１】
また、定電流源４のオン・オフ制御を電流源制御スイッチ５で行うことしたが、定電流源４自身にスリープ機能等を付加することで容易に実現できることは既知である。また、負荷３の電流Ｉｓｙｓは、勿論、Ｉｓｙｓ＝０であっても良い。
【００２２】
図２は、本実施形態の電池残量予測装置を備えたバッテリパックの他の例を示すブロック図である。図２に示す例は、ＭＯＳＦＥＴ８を充電池７の正極側に設けた。
図３は、本実施形態の電池残量予測装置を備えたバッテリパックの他の例を示すブロック図である。図３に示す例は、電流センス抵抗を充電池７の正極側に設けた場合の例である。このため、本実施形態の電池残量予測装置１では、定電流源４はシンク電流源であり、電流Ｉｄｉを電流センス抵抗６から引き抜くこととしている。
【００２３】
図４は、本実施形態の電池残量予測装置を備えたバッテリパックの他の例を示すブロック図である。本実施形態のバッテリパックは、電流センス抵抗として充電池７の負極側に設けられたＭＯＳＦＥＴ８のオン抵抗Ｒｏｎを代用した例である。抵抗値Ｒｏｎは、図１のバッテリパックと同様に、
Ｒｏｎ  ＝  （Ｖｓａ−Ｖｓｂ）／Ｉｄｉ      （４）
と、求めることが出来る。
【００２４】
図５は、本実施形態の電池残量予測装置を備えたバッテリパックの他の例を示すブロック図である。本実施形態のバッテリパックは、電流センス抵抗として充電池７の正極側に設けられたＭＯＳＦＥＴ８のオン抵抗Ｒｏｎを代用した例である。
【００２５】
ここで、図４、図５に示したバッテリパックの場合は、ＭＯＳＦＥＴ８のオン抵抗Ｒｏｎを測定するときに、ＭＯＳＦＥＴ８はオンである必要がある。その場合は、電池残量予測装置１と充放電制御回路１５の間で、その情報を伝達、もしくは制御信号による制御をすれば良い。
【００２６】
以上、図４、図５に示したバッテリパックによれば、従来の電流センス抵抗に代わって、ＭＯＳＦＥＴ８のオン抵抗を利用することで、ボード部品数を減らすことができ、実装規模低減、コスト削減に効果がある。
【００２７】
また、本実施形態のバッテリパックの電流センス抵抗６は、精度を必要としないので、ボード配線の寄生抵抗でも代用が可能であり、ボード実装上のサイズ低減や実装コストの低減に効果がある。
【符号の説明】
【００２８】
１、２  残量予測装置
４  定電流源
１１、１２  電圧検出部
１５  充放電制御回路
１６  制御部
【図１】
2015220856.tif 000003
【図２】
2015220856.tif 000004
【図３】
2015220856.tif 000005
【図４】
2015220856.tif 000006
【図５】
2015220856.tif 000007
【図６】
2015220856.tif 000008