(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
携帯用電子機器の電源として使用される二次電池の充電電流及び放電電流を測定する充放電電流測定装置において、
前記二次電池と直列接続され、その充放電電流を微少電圧信号に変換する電流検出抵抗と、
前記電流検出抵抗に生じる前記微少電圧信号の極性を前記二次電池が充電状態か放電状態かに応じて一定極性方向に切り換え可能であるとともに、前記電流検出抵抗を後段回路から切り離すことが可能な切換手段と、
前記切換手段によって一定極性とされた前記微少電圧信号を所望するゲインに設定して増幅する演算増幅手段と、
前記演算増幅手段のオフセット調整の際に前記演算増幅手段への入力を短絡するとともにグランドに落とすオフセット調整手段と、
レベル調整信号が供給され、前記演算増幅手段の出力電圧レベルが前記レベル調整信号に応じて読み取り可能な電圧値になるよう、レベルシフト量を調整するレベルシフト量調整手段と、
前記演算増幅手段の出力電圧をディジタル信号に変換するアナログディジタル変換手段と、
前記演算増幅手段に設定されたゲインに応じて前記レベルシフト量調整手段へ供給される前記レベル調整信号に対応する大きさのレベルシフト量を記憶する記憶手段と、
前記切換手段での極性切り換えおよび切り離し、前記演算増幅手段でのゲイン設定、及び前記レベルシフト量調整手段での調整を指示する演算手段と、
を備えたことを特徴とする充放電電流測定装置。
【請求項２】
前記記憶手段が不揮発性メモリであることを特徴とする請求項１記載の充放電電流測定装置。
【請求項３】
前記電流検出抵抗と前記演算増幅手段とを切り離した状態で、前記演算増幅手段の入力を短絡するとともにグランドに接続して、前記演算増幅手段をその出力電圧が読み取り可能な電圧値になるように前記レベルシフト量調整手段によってレベルシフト量を調整し、レベルシフト量の調整値を前記不揮発性メモリに保存することを特徴とする請求項２記載の充放電電流測定装置。
【請求項４】
前記演算増幅手段は、ゲイン切換手段を備えていることを特徴とする請求項１記載の充放電電流測定装置。
【請求項５】
前記ゲイン切換手段は、ゲインを切り換える際の基準となる電流値の大きさにヒステリシスを持たせたことを特徴とする請求項４記載の充放電電流測定装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、携帯用電子機器の電源として使用される二次電池の充電電流及び放電電流を測定する充放電電流測定装置に関し、特に携帯用電子機器の二次電池の残存容量を算出する際に使用される充放電電流測定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
携帯用電子機器の電源として使用される二次電池の残存容量を算出する電池残量表示装置には、従来から例えば特開平６−１７６７９８号公報（特許番号第２９３２８７２号）により開示されたものがある。図３は、この電池残量表示装置を示すブロック構成図である。
【０００３】
二次電池１０１と直列に接続された電流検出抵抗１０２には、二次電池１０１の充放電電流が流れる。充放電電流検出手段１０３は、電流検出抵抗１０２の両端に発生する微少電圧を入力とする充電電流検出用の演算増幅器１３１と、放電電流検出用の演算増幅器１３２とから構成されている。電圧低下検出手段１０４は、放電の進行に伴う二次電池１０１の電圧低下を監視するものである。
【０００４】
図示しない充電器が端子１１３に接続されると、電気量算出手段１０６では演算増幅器１３１より出力された充電電流値に所定時間を乗じて電気量を算出し、さらにこの電気量に充電電流の大きさと温度検出手段１０５より出力される温度情報とで決まる充電効率を乗じて最終的な充電電気量とし、これを電気量積算手段１１０へ信号出力する。充電完了検出手段１０７は、演算増幅器１３１より充電電流信号が入力されることで信号出力をリセットする。１１２はマイコンであり、電気量算出手段１０６、充電完了検出手段１０７、放電電気量積算手段１０８、容量記憶手段１０９および電気量積算手段１１０に相当する回路を構成している。
【０００５】
図示しない携帯機器が端子１１３に接続されると、放電電気量積算手段１０８は所定時間毎に放電電気量の積算を行う。電気量積算手段１１０では、電気量算出手段１０６より信号出力される充電電気量を所定時間毎に加算するとともに、放電電気量を減算することで、容量記憶手段１０９の記憶値に対する割合に応じた容量残量値を決定する。表示手段１１１は、電気量積算手段１１０で決定された残量情報に基づいて容量残量を段階的に表示する。
【０００６】
この従来装置では、電池の正確な最新容量を記憶することで、残量表示精度の高い電池残量表示装置を構成できる反面、充放電電流検出手段１０３において充電用と放電用の２つの演算増幅器１３１，１３２を用いているため、コスト面で問題があった。
【０００７】
また、携帯用電子機器の電源では、二次電池の残存容量を知るために、通常、数ｍＡ程度から数Ａ程度までの電流の測定が必要とされ、そのための電流検出抵抗１０２は、二次電池の効率を考慮して小さな抵抗値のもの、例えば数１０[ｍΩ]程度の抵抗が使用される。したがって、検出抵抗の両端電圧は、１００[μＶ]乃至１００[ｍＶ]（１：１０００）となる。検出される電流の最小値が数ミリアンペア[ｍＡ]程度の場合には、検出アンプのゲインが仮に２００倍であっても、その出力値は２０[ｍＶ]程度の小さな値となる。すなわち、演算増幅器１３１，１３２に通常の汎用オペアンプを使用して、その電源を０[Ｖ]−Ｖｄｄ[Ｖ]とした場合、出力電圧の範囲が電源電圧の範囲より狭くなるため、０[Ｖ]付近の測定値を正確に出力できない。そこで、二次電池の効率を考慮して、電源電圧範囲での出力を可能とするために、レールｔｏレールという特別なオペアンプを用いた場合には、コスト面での問題が生じる。
【０００８】
さらに、電流積分方式での容量残量測定方法では、電流検出手段のオフセット電圧が測定電流値の誤差要因となる。そこで、オフセット電圧の小さい、高精度のオペアンプを用いる方法、電池パックの製造時に、オペアンプのオフセット電圧をゼロに調整しておく方法、或いはあらかじめオペアンプのオフセット電圧を測定して、マイコンにより測定電流値からオフセット電圧分を差し引く方法が考えられる。しかし、いずれの方法を採用した場合でも従来装置のコスト増を招くという問題があった。
【０００９】
別の従来例として、安価な測定回路構成で二次電池の残存容量を精度よく測定評価する電力貯蔵用二次電池の充放電電流測定方法が知られている（特開平８−１７４７８号公報）。図４は、この電池残量の測定回路を示すブロック構成図である。
【００１０】
この方法は、充放電回路２０２から二次電池２０１に流れる充放電電流をシャント抵抗２０４で電圧値に変換している点では、前者のものと同様であるが、充放電切換装置２０３からの情報に基づいて極性反転回路２０６を動作させて、絶縁アンプ２０８に対して常に同極性の信号を入力するように構成されている点で異なる。電圧測定器２０９は絶縁アンプ２０８の出力値を増幅し、演算装置２１０は電圧測定器２０９の電圧測定値を電流絶対値に変換演算する。このとき、制御装置２０７の制御により、充電と放電との条件に応じて、電流絶対値が積算の正方向と負方向とに切り換えられる。
【００１１】
積分装置２１１は演算装置２１０の出力側に接続され、この積分装置２１１により電流値が積算される。そして、あらかじめ満充電完了時点で二次電池２０１の定格容量値を設定しておけば、この積算により二次電池２０１の残存容量が求められる。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
この電力貯蔵用二次電池の充放電電流測定方法を携帯用電子機器の電源に応用すれば、二次電池の残存容量を測定する場合も検出アンプが一つで済むから、コストを低減できる利点がある。しかし、前者の従来技術と同様に、電流検出手段のオフセット電圧が測定電流値の誤差要因となるだけでなく、携帯用電子機器の電源効率を考慮した場合には、コスト増を回避することが容易ではないという問題があった。
【００１３】
この発明の目的は、低コストで高精度の測定が可能な充放電電流測定装置を提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、携帯用電子機器の電源として使用される二次電池の充電電流及び放電電流を測定する充放電電流測定装置が提供される。この充放電電流測定装置は、前記二次電池と直列接続され、その充放電電流を微少電圧信号に変換する電流検出抵抗と、前記電流検出抵抗に生じる前記微少電圧信号の極性を前記二次電池が充電状態か放電状態かに応じて一定極性方向に切り換え可能であるとともに、前記電流検出抵抗を後段回路から切り離すことが可能な切換手段と、前記切換手段によって一定極性とされた前記微少電圧信号を所望するゲインに設定して増幅する演算増幅手段と、前記演算増幅手段のオフセット調整の際に前記演算増幅手段への入力を短絡するとともにグランドに落とすオフセット調整手段と、レベル調整信号が供給され、前記演算増幅手段の出力電圧レベルが前記レベル調整信号に応じて読み取り可能な電圧値になるよう、レベルシフト量を調整するレベルシフト量調整手段と、前記演算増幅手段の出力電圧をディジタル信号に変換するアナログディジタル変換手段と、前記演算増幅手段に設定されたゲインに応じて前記レベルシフト量調整手段へ供給される前記レベル調整信号に対応する大きさのレベルシフト量を記憶する記憶手段と、前記切換手段での極性切り換えおよび切り離し、前記演算増幅手段でのゲイン設定、及び前記レベルシフト量調整手段での調整を指示する演算手段とから構成される。この充放電電流測定装置では、レベルシフト量の調整設定処理の後に、電流計測による残存容量演算を実行すれば、携帯用電子機器の二次電池の充電電流及び放電電流が高精度で測定され、或いは二次電池の残存容量が高精度で算出できる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。
図１は、この発明の充放電電流測定装置の構成を示すブロック図である。
【００１６】
図において、１は、二次電池２と直列接続され、その充放電電流を微少電圧に変換する電流検出抵抗である。この電流検出抵抗１には、二次電池２が図示しない充電器或いは携帯用電子機器等の負荷と接続されたとき、充電電流或いは放電電流が図示の方向に流れる。
【００１７】
３は入力極性反転回路であって、電流検出抵抗１の両端に発生する微少電圧信号を、充電状態か放電状態かによって、常に一定極性方向に切り換え、或いは電流検出抵抗１の両端に発生する微少電圧信号を後に続く演算増幅回路から切り離す切換手段を構成している。図の入力極性反転回路は充電状態を示している。
【００１８】
５は演算増幅回路であって、オペアンプ６と、ゲイン切換回路７と、複数の抵抗器Ｒ１，Ｒ２から構成されている。ここで、Ｒ１で示す抵抗器の抵抗値をＲ１、Ｒ２で示す抵抗器の抵抗値をＲ２とする。この演算増幅回路５は入力極性反転回路３の第１出力端３１、第２出力端３２と接続され、いずれも抵抗器Ｒ１を介してそれぞれオペアンプ６の正負の入力端子に一定の極性方向とされた微少電圧信号が供給されている。また、オペアンプ６のゲインを切り換えるために、ゲイン切換回路７は抵抗器Ｒ１とスイッチ８の直列回路で構成されている。
【００１９】
ここではゲイン切換回路７は、次に述べるように、２０倍と２２０倍の二段階の切り換えであるが、三段階或いはそれ以上でもよい。
入力極性反転回路３は、具体的にはアナログスイッチで構成されるので、オン抵抗が存在し、演算増幅回路５のゲイン誤差の原因になる。このオン抵抗の影響を小さくするためには、演算増幅回路５のゲイン設定抵抗の抵抗値Ｒ１を大きくすればよい。しかし、集積回路化したときにはチップ面積やコストの面で制約を受けるので、例えば抵抗値Ｒ１は１００[ｋΩ]に、抵抗値Ｒ２は１[ＭΩ]に設定される。
【００２０】
ゲイン切換回路７は、低ゲインを選択する場合には、スイッチ８を開放状態に切り換えることで、次式（１）から、
（２・Ｒ２）／Ｒ１＝２０                                    …（１）
演算増幅回路５のゲインを２０倍とすることができる。
【００２１】
ゲイン切換回路７で高ゲインを選択する場合には、スイッチ８を短絡状態に切り換える。すると次式（２）から、
２・｛１＋１／（１／１０）｝・（Ｒ２／Ｒ１）＝２２０      …（２）
演算増幅回路５のゲインは２２０倍となる。
【００２２】
９は演算増幅回路５のオフセット調整回路であり、オフセット調整状態のときにそれぞれオペアンプ６の正負の入力端子をそれぞれ短絡し、かつグランドに落とす一対のスイッチから構成されている。
【００２３】
１０は、演算増幅回路５の出力電圧のレベルシフト量を調整できるレベルシフト量調整回路である。このレベルシフト量調整回路１０には、第１の基準電位Ｖ１と後述するＣＰＵからのレベル調整信号が供給されている。
【００２４】
１１は、演算増幅回路５の出力信号Ｖｏｕｔをディジタル量に変換するアナログディジタル変換回路（以下、ＡＤ変換回路という。）である。このＡＤ変換回路１１には、第２の基準電位Ｖ２が供給されている。
【００２５】
１２はＡＤ変換回路１１の出力信号を取りこむＣＰＵである。ここには、演算増幅回路５の所望のゲインに対するレベルシフト量調整回路１０のレベルシフト量を記録しておく不揮発性メモリ１３と、その他の必要なデータを一時保存するメモリ１４とが接続されている。
【００２６】
以上のように構成された充放電電流測定装置の動作について説明する。
まず、電流検出処理、或いは残存容量演算処理を実行する前に、最初の一回だけ以下のようにレベルシフト量の調整設定処理がなされる。
【００２７】
レベルシフト量の調整設定処理では、入力極性反転回路３により、電流検出抵抗１の両端と演算増幅回路５の入力とを切り離して、オフセット調整回路９により演算増幅回路５の入力を短絡し、かつグランドに落とす。ゲイン切換回路７により演算増幅回路５を所望のゲインに設定し、そのときの演算増幅回路５の出力値が読み取り可能な電圧値になるように、レベルシフト量調整回路１０により調整を行う。調整が完了した後、設定された演算増幅回路５のゲイン値に対する調整設定されたレベルシフト量の調整値を不揮発性メモリ１３に記憶しておく。
【００２８】
オフセット量計測処理では、ＣＰＵ１２は、入力極性反転回路３を切り換えて電流検出抵抗１の両端と演算増幅回路５の入力との接続を切り離すとともに、オフセット調整回路９を用いて演算増幅回路５の入力を短絡して、オペアンプ６の正負の入力端子をグランドに落とす。ＣＰＵ１２は、ゲイン切換回路７のスイッチ８により演算増幅回路５のゲインを所望の値に設定する。
【００２９】
さらにＣＰＵ１２は、設定したゲイン値に応じたレベルシフト量を不揮発性メモリ１３から読み出し、レベルシフト量調整回路１０を用いて読み出されたレベルシフト量を設定する。この状態で、ＡＤ変換回路１１の出力をＣＰＵ１２に読み込んで、その値をオフセット量としてメモリ１４に記憶しておく。
【００３０】
このようにして得られたオフセット量は、レベルシフト量調整回路１０で設定したレベルシフト量と、演算増幅回路５で演算され、ＡＤ変換回路１１で変換されたオフセット量とが加算された値となっている。したがって、次に述べる電流計測処理では、測定値からメモリ１４に記憶されたオフセット量を減算することで、演算増幅回路５及びＡＤ変換回路１１での温度ドリフト成分を含んだオフセット量がキャンセルされる。このオフセット量計測処理は、次に述べる電流計測処理の間の適当なタイミングで実施される。
【００３１】
電流計測処理では、ＣＰＵ１２は、充電状態か放電状態かに応じて入力極性反転回路３に極性反転信号を出力して切り換え、電流検出抵抗１の両端に発生する微少電圧信号を常に一定極性方向にする。また、ＣＰＵ１２は電流値の大きさに応じたゲイン切換信号によってゲイン切換回路７を制御して、演算増幅回路５のゲインの大きさを設定する。さらに、ＣＰＵ１２は、設定したゲイン値に応じたレベルシフト量を不揮発性メモリ１３から読み出してレベル調整信号をレベルシフト量調整回路１０に出力し、読み出されるレベルシフト量Ｖｓｉｆｔを設定する。
【００３２】
その後、ＣＰＵ１２はＡＤ変換回路１１からの出力信号を読み取り、その読み取り値からメモリ１４に記憶されたオフセット量を減算し、減算結果を電流測定値とする。この電流計測処理は一定時間間隔で実施される。
【００３３】
ところで、上述した充放電電流測定装置において、電流検出抵抗１は二次電池２の充放電経路に直列に配置され、充放電電流を微少電圧に変換するものである。携帯用電子機器では、このような電流検出抵抗１での発生電力はロスとなるため、その抵抗値Ｒｃｓは通常、数１０[ｍΩ]程度の小さな値に設定される。また、演算増幅回路５のオペアンプ６は、汎用のオペアンプを用いて差動増幅回路が構成されており、その入力オフセット電圧は最大で±５[ｍＶ]程度である。二次電池２の残量を計測するための測定電流は数[ｍＡ]〜５，６[Ａ]程度におよぶので、演算増幅回路５を構成するオペアンプ６には１：１０００という広いダイナミックレンジが必要とされる。
【００３４】
ここでは、演算増幅回路５のゲインを２０倍に設定したときに、入力オフセット電圧は最大で±０．１[Ｖ]発生し、ゲインが２２０倍であれば、最大で±１．１[Ｖ]発生する。一方でオペアンプ６を駆動する電源は、ＩＣ化されることを想定した場合には単電源であって、その電圧値は３[Ｖ]を想定している。汎用のオペアンプを使用した場合に、その出力範囲は電源電圧より少し狭くなり、実際の出力オフセット電圧としては、ゲインが２０倍のときに０．０５[Ｖ]〜０．１[Ｖ]、ゲインが２２０倍のときに０．０５[Ｖ]〜１．１[Ｖ]となる。すなわち、出力オフセット電圧が負の値をとろうとする場合は、測定そのものが不可能となる領域が生じる。
【００３５】
そこで、レベルシフト量調整回路１０では、レベル調整信号に応じて出力電圧Ｖｓｉｆｔでレベルシフト量を決定している。すなわち、ゲインが２０倍において、オペアンプ８のオフセット電圧の大きさにかかわらず、入力電圧がゼロのとき、演算増幅回路５の出力が約０．１[Ｖ]になるように、レベルシフト量を調整している。その場合に、出力オフセット電圧が−０．１[Ｖ]のとき、出力電圧Ｖｓｉｆｔを０．２[Ｖ]とし、出力オフセット電圧が＋０．１[Ｖ]のとき、出力電圧Ｖｓｉｆｔを０[Ｖ]とする必要がある。したがって、レベルシフト量の出力電圧Ｖｓｉｆｔ範囲は０[Ｖ]〜０．２[Ｖ]となる。
【００３６】
つぎにゲインが２２０倍において、オペアンプ６のオフセット電圧の大きさにかかわらず、入力電圧がゼロのとき、演算増幅回路５の出力が約１．１[Ｖ]になるように、レベルシフト量を調整している。その場合に、出力オフセット電圧が−１．１[Ｖ]のとき、出力電圧Ｖｓｉｆｔを２．２[Ｖ]とし、出力オフセット電圧が＋１．１[Ｖ]のとき、出力電圧Ｖｓｉｆｔを０[Ｖ]とする必要がある。したがって、レベルシフト量の出力電圧Ｖｓｉｆｔ範囲は０[Ｖ]〜２．２[Ｖ]となる。
【００３７】
このように、ここではゲインの大きさにかかわらずレベルシフト量調整回路１０を共通して使用しているので、その出力電圧Ｖｓｉｆｔ範囲は０[Ｖ]〜２．２[Ｖ]であればよい。
【００３８】
つぎに、レベルシフト量調整回路１０の具体的な構成について説明する。図２は、レベルシフト量調整回路の構成を示すブロック図である。
レベルシフト量調整回路は、３ビットの信号入力端子を備えたデコーダ１６、基準電位（２．２[Ｖ]）を８分割するための抵抗器Ｒ１〜Ｒ７、デコーダ１６の８本の出力によりオンオフされるスイッチＳＷ１〜ＳＷ８、及び出力アンプ１７から構成されている。抵抗器Ｒ１〜Ｒ７は、ＣＰＵ１２からデコーダ１６への３ビットの信号入力によって選択され、基準電位を８分割した電圧値として出力できる。
【００３９】
ここで、レベルシフト量調整の目的が測定不可能な領域をなくすことであるため、設定分解能をそれほど高くする必要はない。なぜならば、測定系のオフセットのキャンセルは、オフセット量計測処理で測定されたオフセット量をプログラム上で減算すれば実現できるからである。
【００４０】
図２のレベルシフト量調整回路は、０[Ｖ]〜２．２[Ｖ]の範囲を０．３１４[Ｖ]のきざみ幅で分圧して出力するものであり、ゲインを２０倍とした場合に入力オフセット電圧がゼロであっても、レベルシフト量としては０．３１４[Ｖ]に設定するしかないが、後述するように、その場合でもダイナミックレンジは確保できる。
【００４１】
つぎに、ゲインを切り換えて充放電電流を測定する場合に、ゲインを切り換える具体的な電流値の大きさについて考察する。
例えば電流検出抵抗１の抵抗値Ｒｃｓを２０[ｍΩ]とし、検出電流値の幅を５[ｍＡ]〜５[Ａ]とする。すると、検出すべき電流検出抵抗１の両端電圧は、１００[μＶ]〜０．１[Ｖ]の変動幅を有することになる。そこで、検出電流値が小さいとき、すなわち検出電圧値が小さければ、演算増幅回路５のゲインを２２０倍とするが、反対に検出電流値が大きくなり、検出電圧値が大きいときは演算増幅回路５のゲインを２０倍とする。
【００４２】
いま、検出電流値が小さいとした場合に、オペアンプ６の入力オフセット電圧をＶoffsetとすれば、演算増幅回路５の出力電圧Ｖｏｕｔは、次の式（３）で表される。
【００４３】
Ｖｏｕｔ＝Ｉ・Ｒｃｓ・２２０＋Ｖｓｉｆｔ−２２０・Ｖoffset  …（３）
ただし、Ｉは二次電池２の充放電電流、Ｖｓｉｆｔはレベルシフト量調整回路１０の出力電圧である。
【００４４】
演算増幅回路５に設定すべきレベルシフト量Ｖｓｉｆｔの値は、入力オフセット電圧Ｖoffsetの大きさによって変り、（Ｖｓｉｆｔ−２２０・Ｖoffset）の値が凡そ１．１[Ｖ]になるように設定される。したがって、上の（３）式は以下の式（４）に書き換えられる。
【００４５】
Ｖｏｕｔ＝Ｉ・Ｒｃｓ・２２０＋約１．１                    …（４）
オフセット量計測処理では、二次電池２の充放電電流Ｉはゼロであるから、Ｖｏｕｔは約１．１[Ｖ]となる。そこでこの値を、ＡＤ変換回路１１を介してＣＰＵ１２からメモリ１４に保存しておく。
【００４６】
電流計測処理では、充放電電流Ｉの大きさに応じた電圧値ＶｏｕｔがＣＰＵ１２に入力される。そこで、オフセット量計測処理で保存した約１．１[Ｖ]をメモリ１４から取り出して減算処理することにより、電流測定値に相当する（４）式の第１項を求めることができる。
【００４７】
ここで、検出可能な最小電流値（＝５[ｍＡ]）のとき、演算増幅回路５の出力電圧Ｖｏｕｔは２２[ｍＶ]＋約１．１[Ｖ]となる。この出力電圧値ＶｏｕｔがＡＤ変換回路１１を介してＣＰＵ１２に入力される。したがって、出力電圧Ｖｏｕｔからメモリ１４に保存されたオフセット電圧値（約１．１[Ｖ]）を減算することで、実際の電流測定値に相当する２２[ｍＶ]を求めることができる。
【００４８】
なお、ＡＤ変換回路１１は例えば１０ビットの逐次比較型の回路を想定し、基準電圧を３[Ｖ]としている。したがって、１ビット当りの分解能は２．９３[ｍＶ]であり、最小検出電流値に対してディジタル値としては７〜８ビットとなり、計測可能といえる。
【００４９】
検出電流値が大きい場合には、測定できる最大電流値は次の不等式（５）から算出できる。
Ｖｏｕｔ＝Ｉ・Ｒｃｓ・２２０＋約１．１＜約２．８          …（５）
ここで、不等式（５）の右辺の値は、電源電圧が３[Ｖ]のときの、オペアンプ６の最大出力電圧値を表す。ここから、最大測定電流値は約３８０[ｍＡ]となる。このことは、充放電電流が５[ｍＡ]から３８０[ｍＡ]まではゲイン２２０倍で測定し、充放電電流が３８０[ｍＡ]以上になったときにゲインを２０倍に切り換えて測定すればよいことがわかる。
【００５０】
演算増幅回路５のゲインが２０倍のとき、演算増幅回路５の出力電圧値Ｖｏｕｔは、次の式（６）で表される。
Ｖｏｕｔ＝Ｉ・Ｒｃｓ・２０＋Ｖｓｉｆｔ−２０・Ｖoffset      …（６）
演算増幅回路５に設定すべきレベルシフト量Ｖｓｉｆｔの値は、入力オフセット電圧Ｖoffsetの大きさによって変り、（Ｖｓｉｆｔ−２０・Ｖoffset）の値が凡そ０．１[Ｖ]になるように設定される。このようにレベルシフト量Ｖｓｉｆｔの値を設定するのがダイナミックレンジを最良にするうえで好ましい。しかし、レベルシフト量調整回路１０は、２つのゲインの間で共通に利用しており、しかもその出力のきざみ幅は０．３１４[Ｖ]である。そのため、（Ｖｓｉｆｔ−２０・Ｖoffset）の値は、最大で０．３６４[Ｖ]（＝０．３１４＋０．０５）程度となる。このとき、式（６）は次の式（７）に書き換えられ、ダイナミックレンジは最悪になる。
【００５１】
Ｖｏｕｔ＝Ｉ・Ｒｃｓ・２０＋約０．３６４                  …（７）
また、測定可能な最大電流値は次の式（８）から求められる。
Ｖｏｕｔ＝Ｉ・Ｒｃｓ・２０＋約０．３６４＜約２．８        …（８）
この式（８）から最大測定電流値は６．０９[Ａ]となり、仕様の５[Ａ]以上である。最小測定電流値は、式（８）の第１項の値が誤差１％以内に収まるとした場合には、ＡＤ変換回路１１の分解能（＝２．９３[ｍＡ]／ｂｉｔ）から計算できる。すなわち、
（２．９３／２）／（Ｉ・Ｒｃｓ・２０）＜１％              …（９）
となるので、Ｒｃｓを２０[ｍΩ]で計算すれば、Ｉ＞３７０[ｍＡ]となる。したがって、電流値が３７０[ｍＡ]以下に減少した場合に、ゲインを２０倍から２２０倍に切り換えればよい。なお、ここではゲイン切換時のヒステリシス幅は、（３８０−３７０）＝１０[ｍＡ]程度である。
【００５２】
この発明の充放電電流測定装置では、さらに測定された充放電電流値に電流計測処理の起動時間間隔を乗算することで、電流計測処理毎に充放電電気量を求め、それらの差によって二次電池の残存容量を測定することも可能である。
【００５３】
【発明の効果】
以上に説明したように、この発明の充放電電流測定装置は入力極性反転手段を用いて、充電状態と放電状態のいずれであっても常に入力電圧信号を一定極性方向に切り換えて演算増幅手段に入力するようにしたため、電流検出用のオペアンプを一つだけにすることができ、コストを低減できる。
【００５４】
また、レベルシフト量調整手段を用いて演算増幅手段の動作点をバイアスすることにより、汎用オペアンプのオフセット電圧が存在していても正確な充放電電流の測定が可能になる。また、電源電圧範囲での出力を可能とするレールｔｏレール出力のオペアンプを用いなくても正確な電流測定ができるので、装置のコストをさらに低減できる。
【００５５】
さらに、この発明の充放電電流測定装置では、適宜にオペアンプのオフセット電圧やレベルシフト量を検出し、電流測定値から減算する構成であるため、汎用のオペアンプを用いて低コストで検出回路オフセットの温度ドリフトの影響を受けない高精度の測定が可能である。
【００５６】
しかも、ゲインを切り換える電流値にヒステリシス特性を持たせたことにより、切り換えポイント近辺で電流を測定する場合でも、頻繁に切り替えが発生することを防止でき、プログラム処理時間を短縮できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態を示すブロック図である。
【図２】レベルシフト量調整手段の構成を示すブロック図である。
【図３】従来の電池残量表示装置の構成を示すブロック図である。
【図４】従来の充放電測定装置の構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
１  電流検出抵抗
２  二次電池
３  入力極性反転回路
５  演算増幅回路
６  オペアンプ
７  ゲイン切換回路
８  スイッチ
９  オフセット調整回路
１０  レベルシフト量調整回路
１１  アナログディジタル変換回路
１２  ＣＰＵ
１３  不揮発性メモリ
１４  メモリ
【図１】
0004719972.tif 000002
【図２】
0004719972.tif 000003
【図３】
0004719972.tif 000004
【図４】
0004719972.tif 000005