(57)【要約】【課題】バッテリの動作状態に応じて、正確に残量状態を判定することが可能なバッテリ残量判定装置を提供すること。【解決手段】バッテリの出力電圧を検出する電圧検出手段と、バッテリの出力電流を検出する電流検出手段と、バッテリの温度を検出する温度検出手段と、電流値および温度値に対応させてしきい値が格納されたデータを記憶するメモリと、電流検出手段、および温度検出手段がそれぞれ検出した出力電流値、および検出温度に対してデータに格納されているしきい値が、電圧検出手段が検出した出力電圧よりも大きな場合には、バッテリの残量はしきい値に対応する残量値未満である旨を示す検知信号を出力する制御部と、を有する。【選択図】図１
2008185445.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
バッテリの出力電圧を検出する電圧検出手段と、
前記バッテリの出力電流を検出する電流検出手段と、
前記バッテリの温度を検出する温度検出手段と、
電流値および温度値に対応させてしきい値が格納されたデータを記憶するメモリと、
前記電流検出手段、および前記温度検出手段がそれぞれ検出した出力電流値、および検出温度に対して前記データに格納されているしきい値が、前記電圧検出手段が検出した出力電圧よりも大きな場合には、前記バッテリの残量は前記しきい値に対応する残量値未満である旨を示す検知信号を出力する制御部と、
を有することを特徴とするバッテリ残量判定装置。
【請求項２】
バッテリの出力電圧を検出する電圧検出手段と、
前記バッテリの出力電流を検出する電流検出手段と、
前記バッテリの温度を検出する温度検出手段と、
電流値および温度値に対応させたしきい値を示すデータを、前記バッテリの異なる残量値ごとに複数格納するメモリと、
前記電圧検出手段が検出した出力電圧と、前記電流検出手段および前記温度検出手段がそれぞれ検出した出力電流値および検出温度に対して前記メモリに格納されているしきい値との比較を前記残量値の高いデータから順に行い、前記出力電圧が前記しきい値よりも大きな場合には、前記バッテリの残量は該しきい値に対応する残量値以上である旨を示す確認信号を出力する制御部と、
を有することを特徴とするバッテリ残量判定装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載のバッテリ残量判定装置において、
前記データは、予め定められた複数の特定電流値および特定温度値に対応するしきい値を格納し、
前記制御部は、前記出力電流値または前記検出温度が前記データにおける特定電流値および特定温度値と異なる場合、前記特定電流値または前記特定温度値の中の前記出力電流値または前記検出温度を挟んだ前後１つずつの値に対するしきい値を用いて算出した補間値を、前記出力電流値および前記検出温度に対応するしきい値とすることを特徴とするバッテリ残量判定装置。
【請求項４】
バッテリの残量状態を判定する方法であって、
前記バッテリの出力電圧を検出し、
前記バッテリの出力電流を検出し、
前記バッテリの温度を検出し、
電流値および温度値に対応させてしきい値を予め設定し、
検出した出力電流値および検出温度に対して設定されたしきい値が、検出した出力電圧よりも大きな場合には、前記バッテリの残量は前記しきい値に対応する残量値未満とする、
バッテリ残量判定方法。
【請求項５】
バッテリの残量状態を判定する方法であって、
前記バッテリの出力電圧を検出し、
前記バッテリの出力電流を検出し、
前記バッテリの温度を検出し、
電流値および温度値に対応させて設定したしきい値を示すデータを、前記バッテリの異なる残量値ごとに複数生成し、
検出した出力電圧と、検出した出力電流値および検出温度に対して設定されたしきい値との比較を前記残量値の高いデータから順に行い、前記出力電圧が前記しきい値よりも大きな場合には、前記バッテリの残量は該しきい値に対応する残量値以上とする、
バッテリ残量判定方法。
【請求項６】
請求項４または請求項５に記載のバッテリ残量判定方法において、
予め定められた複数の特定電流値および特定温度値に対応させてしきい値を設定し、
前記出力電流値または前記検出温度が前記特定電流値および前記特定温度値と異なる場合、前記特定電流値または前記特定温度値の中の前記出力電流値または前記検出温度を挟んだ前後１つずつの値に対して設定されたしきい値を用いて補間値を算出し、該補間値を前記出力電流値および前記検出温度に対応するしきい値とすることを特徴とするバッテリ残量判定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、バッテリの出力電圧、出力電流、および温度を検出して、バッテリの残量状態を判定するバッテリ残量判定装置およびバッテリ残量判定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、バッテリより電源の供給を受ける装置（バッテリ駆動装置）には、バッテリの残量状態に応じて動作を停止させる機能が設けられているものがある。そのような機能が設けられているバッテリ駆動装置では、バッテリの残量を正確に把握することが重要となってくる。
【０００３】
バッテリの残量状態を示す残量値は、バッテリの出力電圧に基づいて示されることが一般的である。しかし、バッテリの出力電圧は、自身の温度変化にともなって変動する場合がある。この場合、出力電圧のみに基づいて残量状態を判定すると、残量値が実際とは異なるために誤った判定が行われるという問題が起こり得る。そこで、このような問題を解決するためのバッテリ装置が提案されており、例えば特許文献１（特開２００５−４９２１６号公報）に開示されている。
【０００４】
特許文献１のバッテリ装置は、バッテリの端子電圧および出力電流を検出する検出回路と、バッテリの温度を検出するサーミスタと、検出回路およびサーミスタそれぞれの検出内容に基づいてバッテリの残量を算出するマイクロコンピュータと、バッテリの劣化の度合いを示す劣化係数や充放電のサイクル数を示すデータを格納するメモリと、を含む構成である。
【０００５】
なお、特許文献１におけるバッテリは、リチウムイオン二次電池である。リチウムイオン二次電池は、例えばニッケルカドミウム二次電池など他の二次電池に比べ大きな内部抵抗を有する。そのため、バッテリ本来の出力電圧を把握するには、内部抵抗による電圧降下を考慮しなければならない。
【０００６】
特許文献１のバッテリ装置では、まず、検出回路およびサーミスタの検出内容がそれぞれマイクロコンピュータに入力される。マイクロコンピュータは、それらの検出内容に基づいて、バッテリの端子電圧値、出力電流値、および検出温度を算出する。
【０００７】
続いて、マイクロコンピュータは、出力電流値からバッテリ装置に負荷が接続されているか否か判定する。このとき、予めしきい値を設定しておき、出力電流値がしきい値を超えている場合、バッテリ装置が負荷接続状態であると判定する。
【０００８】
負荷が接続されていると判定した場合、マイクロコンピュータは、内部抵抗による降下電圧値を算出する。この降下電圧値は、バッテリの温度および劣化の度合いに応じて変動するため、マイクロコンピュータは、検出温度に基づく温度係数、および充放電のサイクル数に基づく劣化係数を用いて標準値に補正を加えて降下電圧値を算出する。なお、温度係数を示すデータは、温度値に対応させて予めマイクロコンピュータに格納されている。一方、劣化係数は、メモリに格納されている。
【０００９】
降下電圧値を算出すると、マイクロコンピュータは、その降下電圧値と端子電圧値とを加算処理してバッテリ本来の出力電圧を算出する。そして、出力電圧に対応させて残量値が示されているデータから、現在の残量値を算出する。なお、このデータは予めマイクロコンピュータに格納されている。
【００１０】
現在の残量値を算出すると、マイクロコンピュータは、前回算出した残量値を示すデータを読み出して積算した残量値が１００％を超えているか否か確認する。１００％を超えている場合、前回から現在までの間に充電が行われたと判定し、サイクル数を１つ増加させる。その結果、サイクル数が所定の数の倍数になると、劣化係数も１つ増加させる。
【００１１】
このようにして、特許文献１のバッテリ装置によれば、バッテリ本来の出力電圧が温度状態および劣化状態に応じて高精度に算出される。そのため、バッテリの温度状態および劣化状態に応じて正確に残量状態を判定することが可能となる。
【特許文献１】特開２００５−４９２１６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
バッテリの出力電圧は、温度の他に電流出力状態に応じて変動することもある。例えば、バッテリ駆動装置において大電流を必要とする（大電力を消費する）動作が断続的に行われと、バッテリの出力電圧が一時的に低下することがある。
【００１３】
特許文献１ではバッテリの出力電流が検出されているが、その目的はバッテリ装置の負荷への接続確認を行うためである。そのため、電流出力状態に対する出力電圧の変動が考慮されていないことにより、残量状態の判定を誤る可能性がある。
【００１４】
本発明は、上述したような問題を解決するためになされたものであり、バッテリの動作状態に応じて、正確に残量状態を判定することが可能なバッテリ残量判定装置およびバッテリ残量判定方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記目的を達成するための本発明のバッテリ残量判定装置は、
バッテリの出力電圧を検出する電圧検出手段と、
前記バッテリの出力電流を検出する電流検出手段と、
前記バッテリの温度を検出する温度検出手段と、
電流値および温度値に対応させてしきい値が格納されたデータを記憶するメモリと、
前記電流検出手段、および前記温度検出手段がそれぞれ検出した出力電流値、および検出温度に対して前記データに格納されているしきい値が、前記電圧検出手段が検出した出力電圧よりも大きな場合には、前記バッテリの残量は前記しきい値に対応する残量値未満である旨を示す検知信号を出力する制御部と、
を有する。
【００１６】
また、バッテリの出力電圧を検出する電圧検出手段と、
前記バッテリの出力電流を検出する電流検出手段と、
前記バッテリの温度を検出する温度検出手段と、
電流値および温度値に対応させたしきい値を示すデータを、前記バッテリの異なる残量値ごとに複数格納するメモリと、
前記電圧検出手段が検出した出力電圧と、前記電流検出手段および前記温度検出手段がそれぞれ検出した出力電流値および検出温度に対して前記メモリに格納されているしきい値との比較を前記残量値の高いデータから順に行い、前記出力電圧が前記しきい値よりも大きな場合には、前記バッテリの残量は該しきい値に対応する残量値以上である旨を示す確認信号を出力する制御部と、
を有することとしてもよい。
【００１７】
また、前記データは、予め定められた複数の特定電流値および特定温度値に対応するしきい値を格納し、
前記制御部は、前記出力電流値または前記検出温度が前記データにおける特定電流値および特定温度値と異なる場合、前記特定電流値または前記特定温度値の中の前記出力電流値または前記検出温度を挟んだ前後１つずつの値に対するしきい値を用いて算出した補間値を、前記出力電流値および前記検出温度に対応するしきい値とすることとしてもよい。
【００１８】
本発明では、上述したように、電圧検出手段、電流検出手段、および温度検出手段がバッテリの出力電圧、出力電流、および温度をそれぞれ検出する。また、電流値および温度値に対応させてしきい値をメモリに格納する。そして、電流検出手段、および温度検出手段が検出した出力電流値および検出温度に対してメモリに格納されているしきい値が、電圧検出手段が検出した出力電圧よりも大きな場合には、バッテリの残量はしきい値に対応する残量値未満である旨を示す検知信号を出力する。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、電流値および温度値に対応するしきい値が予め設定されており、バッテリの残量状態は、出力電流値および検出温度に対して設定されているしきい値と出力電圧との比較によって判定される。
【００２０】
上記の通り、バッテリの電圧および電流出力状態、ならびに温度状態に基づいて残量状態を判定しているため、バッテリの動作状態に応じて、正確にバッテリの残量状態を判定することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
本実施形態のバッテリ残量判定装置１の構成について説明する。
【００２２】
図１は、本実施形態のバッテリ残量判定装置１の一構成例を示すブロック図である。
【００２３】
本実施形態のバッテリ残量判定装置１は、図１に示すように、電圧検出手段２と、電流検出手段３と、温度検出手段４と、制御部５と、を有する。なお、バッテリ残量判定装置１は、図１に示すように、バッテリ８の残量状態を判定する装置である。
【００２４】
電圧検出手段２は、バッテリ８の出力電圧を検出する。そして、出力電圧を示す電圧検出信号を制御部６へ出力する。
【００２５】
電流検出手段３は、バッテリ８の出力電流を検出する。そして、出力電流値を示す電流検出信号を制御部６へ出力する。
【００２６】
温度検出手段４は、バッテリ８の温度を検出する。そして、検出温度を示す温度検出信号を制御部６へ出力する。
【００２７】
なお、バッテリ８の出力電圧、出力電流、および温度を検出する方法は、特に限定されるものでなくそれぞれ従来と同様であればよい。
【００２８】
制御部５は、プログラムにしたがって所定の処理を行うＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）６と、プログラム、およびバッテリ８の残量状態を判定するためのデータを格納するメモリ７とを有する。
【００２９】
ＣＰＵ６は、電圧検出手段２から入力される電圧検出信号に示されている出力電圧、電流検出手段３から入力される電流検出信号に示されている出力電流値、および温度検出手段４から入力される温度検出信号に示されている検出温度に応じて、バッテリ８の残量状態を判定する。
【００３０】
図２は、メモリ７に格納されているデータの一例を示す表である。図２に示すように、２０１、２０２には異なる複数の電流値、温度値がそれぞれ示されている。また、２０３には、２０１および２０２の電流値および温度値に対応する電圧値が示されている。この電圧値は、バッテリ８の残量値は０％と判定されるしきい値を示す。
【００３１】
なお、２０１、２０２に示されている電流値および温度値を、電流または温度としきい値との関係に基づいて予め特定することにしてもよい。
【００３２】
図３は、温度およびしきい値の関係の一例を示すグラフである。また、図４は、電流としきい値の関係の一例を示すグラフである。
【００３３】
図３および図４において、しきい値の変化が大きな範囲では、しきい値を数多くメモリ７に格納する。反対に、しきい値の変化が小さな範囲では、メモリに７格納するしきい値の数を少なくする。この場合、メモリ７に格納されるデータには、広範囲な電流または温度に対して、高精度を維持するのに必要最低限の数のしきい値が示されていることになる。これにより、メモリ７を大容量化する必要がなくなる。
【００３４】
なお、２０３に示されるしきい値は、残量値０％に対応するものに限定されず、例えば残量値５０％に対応するしきい値など、判定する残量値に応じてしきい値を格納することにしてもよい。
【００３５】
次に、本実施形態のバッテリ残量判定装置１の動作について説明する。
【００３６】
図５は、バッテリ残量判定装置１の動作手順を示すフローチャートである。
【００３７】
まず、電圧検出手段２がバッテリ８の出力電圧を検出して、電圧検出信号を制御部５へ出力する（ステップＳ１）。続いて、電流検出手段３がバッテリ８の出力電流を検出して、電流検出信号を制御部５へ出力する（ステップＳ２）。さらに、温度検出手段４がバッテリ８の温度を検出して、温度検出信号を制御部５へ出力する（ステップＳ３）。
【００３８】
次に、ＣＰＵ６は、電流検出信号に示された出力電流値がメモリ７に格納されている電流値に一致するか否か確認する（ステップＳ４）。出力電流値が電流値に一致する場合、続いてＣＰＵ６は、温度検出信号に示された検出温度がメモリ７に格納されている温度値に一致するか否か確認する（ステップＳ５）。
【００３９】
検出温度も温度値に一致する場合、ＣＰＵ６は、出力電流値および検出温度に一致する電流値および温度値に対応するしきい値をデータから読み出す（ステップＳ６）。なお、出力電流値または検出温度がメモリ７に格納されている電流値および温度値と異なる場合、ＣＰＵ６は、しきい値の代わりとなる補間値Ｖｔｈを算出する（ステップＳ７）。
【００４０】
次に、図５に示すフローチャートの中からステップＳ７の動作を抜き出して、詳しく説明する。なお、ここでは具体例として、出力電流値は４Ａ（Ｃ0）、検出温度は４０℃（Ｔ0）とする。
【００４１】
まず、ＣＰＵ６は、図２の２０１の中からＣ0を挟んだ前後１ずつの電流値を選定する。出力電流値が４Ａの場合、３Ａ（Ｃ1）と５Ａ（Ｃ2）とが選定される。同様にして、検出温度に対しても出力電流値の場合と同様にして図２の２０２の中から２つの温度値を選定する。検出温度が４０℃の場合、３０℃（Ｔ1）と７０℃（Ｔ2）とが選定される。
【００４２】
ＣＰＵ６は、Ｃ1、Ｃ2、Ｔ1、Ｔ2の値を選定すると、Ｃ1とＴ1、Ｃ1とＴ2、Ｃ2とＴ1、およびＣ2とＴ2に対応するしきい値を図２の２０３から選定する。電流値が３Ａ、５Ａで温度値が３０℃、７０℃の場合に選定されるしきい値は、図２の２０４に示す２．１７７Ｖ（Ｖ1），２．１９５Ｖ（Ｖ2）、１．８７５Ｖ（Ｖ3）、および１．８９４Ｖ（Ｖ4）である。
【００４３】
ＣＰＵ６は、Ｃ0およびＴ0と、これら２つの値に基づいて特性データの中から選定したＣ1、Ｃ2、Ｔ1、Ｔ2、Ｖ1〜Ｖ4の８つの値とを用いて補間値Ｖｔｈを算出する。
【００４４】
図６は、補間値の算出方法の一例を説明するための説明図である。図６では、横軸は温度Ｔ、縦軸はしきい値Ｖを示す。
【００４５】
図６に示す直線Ｌ1は、電流値がＣ1の場合におけるＴ1とＶ1、およびＴ2とＶ2の関係を座標で示した２点を直線でつないだものである。また、直線Ｌ2は、電流値がＣ2の場合におけるＴ1とＶ3、およびＴ2とＶ4の関係を座標で示した２点を直線でつないだものである。直線Ｌ1、Ｌ2は、下記の式（１）で示すことが可能である。なお、ａは傾き、ｂは切片を示す。
【００４６】
Ｖ＝ａ＊Ｔ＋ｂ・・・・・（１）
ＣＰＵ６は、上記の式（１）にＴ1とＶ1、およびＴ2とＶ2をそれぞれ代入して直線Ｌ1の傾きおよび切片を算出する。同様にして、直線Ｌ2の傾きおよび切片も算出する。
【００４７】
傾きおよび切片を算出すると、ＣＰＵ６は、上式（１）を用いて直線Ｌ1、Ｌ2のＴ0におけるしきい値Ｖ5、Ｖ6をそれぞれ算出する。そして、下記の式（２）〜（４）を用いて補間値Ｖｔｈを算出する。
【００４８】
Ｄ1＝Ｃ0−Ｃ1・・・・・（２）
Ｄ2＝Ｃ2−Ｃ0・・・・・（３）
Ｖｔｈ＝Ｖ6＋（Ｖ5−Ｖ6）＊（Ｄ1／（Ｄ1＋Ｄ2））・・・・・（４）
なお、図６では横軸を温度Ｔに設定したが、電流Ｉにしても補間値Ｖｔｈを算出することは可能である。この場合、上式（１）はＴの替わりにＩ、上式（２）、（３）は、Ｃ0、Ｃ1、Ｃ2の替わりにＴ0、Ｔ1、Ｔ2となる。
【００４９】
また、出力電流値または検出温度のどちらか一方が電流値または温度値に一致している場合には、一致していない方に対応するＣ1、Ｃ2またはＴ1、Ｔ2を選定して式（１）を用いると、補間値Ｖｔｈを算出することが可能である。
【００５０】
このようにして補間値Ｖｔｈが算出されると、ステップＳ７における動作が終了する。
【００５１】
ＣＰＵ６は、ステップＳ１において検出した出力電圧と、出力電流値および検出温度に応じて、ステップ６において読み出したしきい値、またはステップ７において算出した補間値と比較する（ステップＳ８）。
【００５２】
しきい値または補間値が出力電圧よりも大きな場合には、バッテリ８は残量０％である旨を示す検知信号を出力する（ステップＳ９）。反対に、出力電圧よりも小さな場合には、再びステップＳ１の動作に移行する。なお、しきい値が例えば残量５０％に対応している場合、検知信号は、バッテリ８の残量が５０％未満である旨を示す。
【００５３】
本実施形態では、バッテリ８の出力電圧、出力電流、および温度を検出する。また、電流値および温度値に対応させてしきい値をメモリ７に格納する。そして、電流検出手段３、および温度検出手段４がそれぞれ検出した出力電流値、および検出温度に対応するしきい値がメモリ７に格納されている場合、そのしきい値と電圧検出手段２が検出した出力電圧とを比較する。その結果、しきい値が出力電圧よりも大きな場合には、バッテリ８の残量はしきい値に対応する残量値未満であると判定する。
【００５４】
また、本実施形態では、出力電流値または検出温度に対応するしきい値をメモリ７に格納していない場合、メモリ７に格納されている電流値または温度値の中の出力電流値または検出温度を挟んだ前後１つずつの値に対するしきい値を用いて算出した補間値を出力電流値および検出温度に対応するしきい値とする。
【００５５】
本実施形態によれば、電流値および温度値に対応するしきい値が予め設定されており、バッテリの残量状態は、出力電流値および検出温度に対して設定されたしきい値と出力電圧との比較によって判定される。バッテリの電圧および電流出力状態、ならびに温度状態に基づいて残量状態を判定するため、バッテリの動作状態に応じて、正確にバッテリの残量を判定することが可能となる。
【００５６】
また、出力電流値または検出温度に対応するしきい値をメモリ７に格納していない場合には、補間値が算出されるため、メモリ７に膨大な数のしきい値を格納しなくても正確にバッテリの残量状態を判定することが可能となる。
【００５７】
なお、メモリ７は、電流値および温度値に対応するしきい値を示すデータを、異なる残量値ごとに複数格納することにしてもよい。
【００５８】
図７は、残量値の異なる複数のデータの一例を示す表である。
【００５９】
図７のデータ７０１〜７０６は、順に、残量値が０％、１０％、２０％、５０％、６０％、９０％に対応するしきい値を示す。この場合、ＣＰＵ６は、出力電圧と比較するしきい値を決定する際、最初に残量値が９０％であるデータ７０６の中から出力電流値および検出温度に対応するしきい値を読み出す。そして、出力電圧がそのしきい値よりも大きな場合、残量は９０％以上である旨を示す確認信号を出力する。
【００６０】
出力電圧がしきい値よりも小さな場合、ＣＰＵ６は、次に残量値が６０％であるデータ７０５から出力電流値および検出温度に対応するしきい値を読み出す。その結果、今度は出力電圧がしきい値よりも大きな場合、残量は６０％以上である旨を示す確認信号を出力するものとする。
【００６１】
なお、出力電流値および検出温度に対応するしきい値がデータにない場合には、上述した補間値を算出して出力電圧と比較するものとする。
【００６２】
このようにして、出力電圧と、出力電流および検出温度に対応するしきい値との比較を残量値の高いデータから順に行い、出力電圧がしきい値よりも大きな場合に、バッテリの残量はそのしきい値に対応する残量値以上であると判定するため、バッテリの残量状態を段階的に把握することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】本実施形態のバッテリ残量判定装置１の一構成例を示すブロック図である。
【図２】メモリ７に格納されているデータの一例を示す表である。
【図３】温度およびしきい値の関係の一例を示すグラフである。
【図４】電流およびしきい値の関係の一例を示すグラフである。
【図５】バッテリ残量判定装置１の動作手順を示すフローチャートである。
【図６】補間値の算出方法の一例を説明するための説明図である。
【図７】異なる複数の残量値ごとにしきい値を示すデータの一例を示す表である。
【符号の説明】
【００６４】
２  電圧検出手段
３  電流検出手段
４  温度検出手段
５  制御部
６  ＣＰＵ
７メモリ
【図１】
2008185445.tif 000003
【図２】
2008185445.tif 000004
【図３】
2008185445.tif 000005
【図４】
2008185445.tif 000006
【図５】
2008185445.tif 000007
【図６】
2008185445.tif 000008
【図７】
2008185445.tif 000009