(57)【要約】      （修正有）【課題】  比較的簡単な回路構成を用いて高精度に二次電池の残容量を予測することが可能な電池残容量算出方法、電池残容量算出装置および電池残容量算出プログラムを提供する。【解決手段】  二次電池の出力電圧値を測定し、二次電池の使用モードを出力電流値が閾値以上である高消費モードと閾値より小さい低消費モードとに区別し、低消費モード時には二次電池の放電特性である予め定められた基準電圧曲線と出力電圧値とに基づいて残容量を算出し、高消費モード時には低消費モードから高消費モードへの切り換わり時の残容量変化がほとんど無いものとして残容量を算出する。高消費モード時には、使用モード変化前の残容量である基準残容量と、高消費モード開始時の出力電圧である開始電圧と、予め定められた二次電池のカットオフ電圧と、出力電圧値とに基づいて残容量の算出を行うとしてもよい。【選択図】図４
2005077332.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
二次電池の放電可能な電気容量である残容量を算出する電池残容量算出方法であって、
前記二次電池の出力電圧値を測定する電圧測定工程と、
前記二次電池の使用モードを出力電流値が閾値以上である高消費モードと閾値より小さい低消費モードとに区別するモード判定工程と、
前記低消費モード時に、前記二次電池の放電特性である予め定められた基準電圧曲線と前記出力電圧値とに基づいて残容量を算出する低消費時残容量算出工程と、
前記高消費モード時に、前記低消費モードから前記高消費モードへの切り換わり時の残容量変化がほとんど無いものとして残容量を算出する高消費時残容量算出工程と、
を備えることを特徴とする電池残容量算出方法。
【請求項２】
使用モード変化前の残容量である基準残容量と、高消費モード開始時の出力電圧である開始電圧とを設定する初期化工程を備え、
前記高消費時残容量算出工程では、前記基準残容量と、前記開始電圧と、予め定められた前記二次電池のカットオフ電圧と、前記出力電圧値とに基づいて残容量を算出することを特徴とする請求項１記載の電池残容量算出方法。
【請求項３】
前記高消費モードでの残容量Ｑｍを、基準残容量Ｑｎ、開始電圧Ｖｎ、カットオフ電圧Ｖｔ、出力電圧値Ｖｍを用いて、数式
2005077332.tif 000006
によって算出することを特徴とする請求項２記載の電池残容量算出方法。
【請求項４】
使用モード変化時の出力電圧変化である電圧ギャップを設定する初期化工程を備え、
前記高消費時残容量算出工程では、前記電圧ギャップと前記出力電圧値とに基づいて残容量を算出することを特徴とする請求項１記載の電池残容量算出方法。
【請求項５】
前記電圧ギャップΔＶと前記出力電圧値Ｖｍとを加算して加算電圧値（Ｖｍ＋ΔＶ）を算出し、前記基準電圧曲線での前記加算電圧値（Ｖｍ＋ΔＶ）における残容量を高消費モードでの残容量Ｑｍとすることを特徴とする請求項４記載の電池残容量算出方法。
【請求項６】
前記モード判定工程で、前記二次電池の出力電流値を測定することにより、前記低消費モードか前記高消費モードかを判断することを特徴とする請求項１記載の電池残容量算出方法。
【請求項７】
前記モード判定工程で、前記二次電池の出力電圧の変化を検知することにより、前記低消費モードか前記高消費モードかを判断することを特徴とする請求項１記載の電池残容量算出方法。
【請求項８】
前記モード判定工程で、前記二次電池が電力を供給する電子機器側からの情報に基づいて前記低消費モードか前記高消費モードかを判断することを特徴とする請求項１記載の電池残容量算出方法。
【請求項９】
二次電池の放電可能な電気容量である残容量を算出する電池残容量算出装置であって、
前記二次電池の出力電圧値を測定する電圧測定手段と、
前記二次電池の放電特性である基準電圧曲線が記録されて情報処理を行う演算手段とを備え、
前記演算手段は、前記二次電池の使用モードを出力電流値が閾値以上である高消費モードと閾値より小さい低消費モードとに区別し、
前記低消費モードでは、前記電圧測定手段が測定した電圧値と前記基準電圧曲線とに基づいて前記二次電池の残容量を算出し、
前記高消費モードでは、使用モード変化前の残容量である基準残容量と、高消費モード開始時の出力電圧である開始電圧と、予め定められた前記二次電池のカットオフ電圧と、前記出力電圧値とに基づいて残容量を算出することを特徴とする電池残容量算出装置。
【請求項１０】
前記演算手段は、前記高消費モード時の残容量Ｑｍを、基準残容量Ｑｎ、開始電圧Ｖｎ、カットオフ電圧Ｖｔ、出力電圧値Ｖｍを用いて、数式
2005077332.tif 000007
によって算出することを特徴とする請求項９記載の電池残容量算出装置。
【請求項１１】
二次電池の放電可能な電気容量である残容量を算出する電池残容量算出装置であって、
前記二次電池の出力電圧値を測定する電圧測定手段と、
前記二次電池の放電特性である基準電圧曲線が記録されて情報処理を行う演算手段とを備え、
前記演算手段は、前記二次電池の使用モードを出力電流値が閾値以上である高消費モードと閾値より小さい低消費モードとに区別し、
前記低消費モードでは、前記電圧測定手段が測定した電圧値と前記基準電圧曲線とに基づいて前記二次電池の残容量を算出し、
前記高消費モードでは、使用モード変化時の出力電圧変化である電圧ギャップと、前記出力電圧値とに基づいて残容量を算出することを特徴とする電池残容量算出装置。
【請求項１２】
前記高消費モード時に、前記電圧ギャップΔＶと前記出力電圧値Ｖｍとを加算した加算電圧値（Ｖｍ＋ΔＶ）と、前記基準電圧曲線とに基づいて残容量を算出することを特徴とする請求項１１記載の電池残容量算出装置。
【請求項１３】
二次電池の放電可能な電気容量である残容量を算出する電池残容量算出プログラムであって、
前記二次電池の出力電圧値を測定する電圧測定工程と、
前記二次電池の使用モードを出力電流値が閾値以上である高消費モードと閾値より小さい低消費モードとに区別するモード判定工程と、
前記低消費モード時に、前記二次電池の放電特性である予め定められた基準電圧曲線と前記出力電圧値とに基づいて残容量を算出する低消費時残容量算出工程と、
前記高消費モード時に、前記低消費モードから前記高消費モードへの切り換わり時の残容量変化がほとんど無いものとして残容量を算出する高消費時残容量算出工程と、
をプロセッサーに実行させることを特徴とする電池残容量算出プログラム。
【請求項１４】
前記高消費時残容量算出工程で、使用モード変化前の残容量である基準残容量と、高消費モード開始時の出力電圧である開始電圧と、予め定められた前記二次電池のカットオフ電圧と、前記出力電圧値とに基づいて残容量の算出を行うことを特徴とする請求項１３記載の電池残容量算出プログラム。
【請求項１５】
前記高消費時残容量算出工程で、使用モード変化時の出力電圧変化である電圧ギャップと、前記出力電圧値とに基づいて残容量の算出を行うことを特徴とする請求項１３記載の電池残容量算出プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、二次電池の使用可能な電気量を算出するための電池残容量算出方法、電池残容量算出装置および電池残容量算出プログラムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、携帯電話は従来の通話機能のみならず、電子メール機能やデジタルカメラ機能等が搭載され、高機能な携帯型多機能電子装置に変貌しつつある。携帯電話は、例えばリチウムイオン二次電池等の二次電池からなるバッテリーによって駆動されているが、携帯電話の使用者が安心して携帯電話を使用するためには、バッテリーの残容量を正確に使用者に知らせる必要がある。なぜなら、外出先で携帯電話のバッテリーが切れることは、使用者にとって最も避けたい問題であり、使用者がバッテリーの残容量を正しく知ることができれば、未然にバッテリー切れを防ぐことができるからである。しかし、携帯電話の残容量表示は図１０に示すような３段階表示が一般的であり、使用者の要求を満足しているものとは言えない。
【０００３】
従来の携帯電話における残容量算出は、電池の電圧のみを測定して電圧を基準値と比較することにより行われてきた。しかし、後述するように電圧と残容量の関係は一対一の関係にはなく、この算出方法では残容量を正確に表示することはできない。このため、現状の残容量算出方法では、携帯電話を使用しているのにもかかわらず残容量表示が増加するという問題がしばしば発生することから、残容量表示を現在の３段階表示からより詳細な表示、例えば１０段階表示にすることは困難であった。残容量表示が増加するという問題を解決する方法も提案されているが、残容量の精度を本質的に改善したものではない（例えば特許文献１参照）。
【０００４】
一方、電池の残容量を高精度に算出する方法として、電流積算法と電圧法の２つの方法が提案されている。電流積算法は、満充電容量から放電電流の積算値を減算することにより現在の残容量を算出する方法である。しかし、携帯電話等の電流変動の特徴は、携帯電話の使用状態の中で最も大きな時間を占める待ち受け時と通話時の電流の差が１００倍以上あること、また、パルス的な電流が流れることである。したがって、このような電流を正確に測定して積算するためには、ダイナミックレンジが広く周波数特性の優れた高精度な電流測定回路が必要になり、携帯電話等の小型な携帯型電子装置に、そのような回路を適用することは現実的ではない。
【０００５】
一方で電圧法は、様々な条件で電圧と残容量の関係を予め測定しておき、実使用時に測定した電圧を上記の関係と比較することにより残容量を算出する方法である。ある電圧と電流の組み合わせに対する残容量を、多数テーブルとして記憶しておき、測定した電圧・電流をそのテーブルと比較することにより、残容量を算出し、さらに温度やバッテリーの劣化状態によりその値を補正することが提案されている（例えば特許文献２参照）。
【０００６】
特許文献２で指摘されているように、二次電池は電流・温度・劣化状態等の使用状況により、電圧と残容量の関係は大きく変化するため、使用条件に応じた多くの条件で電圧と残容量の関係を測定しテーブルを作成しておく必要がある。しかし、このような多大な努力を払って作成したテーブルは、通常、定電流放電もしくは定電力放電の試験によって得られるものであって、携帯電話の実使用状況からは大きくかけ離れたものである。
【０００７】
つまり、電圧と残容量の関係は、同じ電流・温度・劣化状態であっても、待ち受け状態から通話を開始したなど、携帯電話をどのように使用しているかなどの使用履歴によって変化するため、定電流放電や定電力放電のような理想的な放電条件によって作成したテーブルを用いた方法では、使用状況が常に変化する実使用の環境で残容量を算出した場合、その算出精度は低いものになる。
【０００８】
また、電流積算法と電圧法を併用した方法も提案されている。これは正確な電流積算が困難な待ち受け時には電圧法を使用し、通話時等の電流が大きい場合は電流積算法を使用して残容量を算出する方法である（例えば特許文献３参照）。待ち受け時にのみ電圧法を使用することによって、電圧法に必要なテーブルの数を削減し、通話時には電流積算法を使用することにより、高精度な残容量算出を目的にしたものである。しかし、この発明においても電流積算法を使用する必要があり、そのために高精度な電流測定回路が必要になるという問題があった。
【０００９】
【特許文献１】特開平８−２３７３３６号公報
【特許文献２】特開２００２−２１４３１０号公報
【特許文献３】特開２００２−１８１９０６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
以上に述べたように、特許文献１で開示されている電圧だけを測定する残容量算出方法では、比較的簡単な回路構成で残容量を算出することができるという長所があるものの、その算出精度が悪いため、現状の残容量表示よりも詳細に残容量を使用者に表示することが困難であるという問題があった。
【００１１】
また、高精度に電池残容量を算出しようとした場合に、従来の電流積算法および電圧法どちらであっても電流を測定する必要があり、そのための回路が必要になるという問題があった。さらに、携帯電話等の電流変動の特徴から考えて、そのような回路を使用したとしても、電流を高精度に測定し積算することは困難であって、そのため電流積算法を用いて高精度な残容量予測を実現することは実際上不可能であった。
【００１２】
したがって本願発明は、比較的簡単な回路構成を用いて高精度に二次電池の残容量を予測することが可能な電池残容量算出方法、電池残容量算出装置および電池残容量算出プログラム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】
【００１３】
上記課題を解決するために本願発明の電池残容量算出方法は、二次電池の放電可能な電気容量である残容量を算出する電池残容量算出方法であって、前記二次電池の出力電圧値を測定する電圧測定工程と、前記二次電池の使用モードを出力電流値が閾値以上である高消費モードと閾値より小さい低消費モードとに区別するモード判定工程と、前記低消費モード時に、前記二次電池の放電特性である予め定められた基準電圧曲線と前記出力電圧値とに基づいて残容量を算出する低消費時残容量算出工程と、前記高消費モード時に、前記低消費モードから前記高消費モードへの切り換わり時の残容量変化がほとんど無いものとして残容量を算出する高消費時残容量算出工程と、を備えることを特徴とする。
【００１４】
二次電池の使用モードを出力電流値が閾値以上である高消費モードと閾値より小さい低消費モードとに区別し、低消費モードでは基準電圧曲線から残容量を算出し、使用モードの切り換わり時の残容量変化を０とすることで、二次電池の内部インピーダンスの影響による電圧変化を除去して残容量を算出することができる。また、低消費モードでの放電特性は一つの基準電圧曲線を用いて表すことができるため、特性の情報量を少なくすることができ、電池残量を算出するために必要な記憶容量を小さくすることができる。
【００１５】
また本発明の電池残容量算出方法では、使用モード変化前の残容量である基準残容量と、高消費モード開始時の出力電圧である開始電圧とを設定する初期化工程を備え、高消費時残容量算出工程では、基準残容量と、開始電圧と、予め定められた二次電池のカットオフ電圧と、出力電圧値とに基づいて残容量を算出する。基準算容量と開始電圧とカットオフ電圧に基づいて残容量を算出することで、高消費モードにおいても出力電圧値を測定するだけで正確かつ詳細に残容量を算出することが可能となる。また、電圧測定のみで残容量の算出を行うため、パルス的な電流変化に対応した高度な電流計が必要ではなくなり、本発明の電池残容量算出方法を実現するための構成を簡素化することが可能となる。
【００１６】
また、高消費モードでの残容量Ｑｍを、基準残容量Ｑｎ、開始電圧Ｖｎ、カットオフ電圧Ｖｔ、出力電圧値Ｖｍを用いて、数式
2005077332.tif 000003
によって算出するとしてもよい。簡単な数式により高消費モードでの残容量を算出することができるため、演算を行うための回路として高度な演算装置を必要としない。また、使用環境や使用履歴に依存する二次電池の内部インピーダンスの影響を排除して残容量の算出を行うことができるため、多量の放電特性データを蓄積しておく必要が無くなり、電池残量を算出するために必要な記憶容量を小さくすることができる。
【００１７】
また本発明の電池残容量算出方法では、使用モード変化時の出力電圧変化である電圧ギャップを設定する初期化工程を備え、高消費時残容量算出工程では、電圧ギャップと出力電圧値とに基づいて残容量を算出する。電圧ギャップは、二次電池の使用モードが変化した際の内部インピーダンスの影響により変化するため、電圧ギャップと出力電圧に基づいて残容量の算出を行うことで、内部インピーダンスの影響を除去して正確かつ詳細に残容量を算出することが可能となる。
【００１８】
また、電圧ギャップΔＶと出力電圧値Ｖｍとを加算して加算電圧値（Ｖｍ＋ΔＶ）を算出し、基準電圧曲線での加算電圧値（Ｖｍ＋ΔＶ）における残容量を高消費モードでの残容量Ｑｍとしてもよい。加算電圧値を算出して基準電圧曲線と加算電圧値に基づいて残容量を算出することで、二次電池の使用モード変化時の電圧変化である電圧ギャップが無かったものとして、内部インピーダンスの影響を除去した残容量算出を行うことができる。
【００１９】
モード判定工程での低消費モードか高消費モードかの判断は、二次電池の出力電流値を測定すること、二次電池の出力電圧の変化を検知すること、二次電池が電力を供給する電子機器側から情報を得ることなどで判断することができる。電子機器との間で情報交換を行う場合には、使用モードの検知を行うための構成部品を簡素化することができる。また、消費電流を検知して判断する場合であっても、高精度な測定を必要としないために製造コストを低減することが可能となる。
【００２０】
また、上記課題を解決するために本願発明の電池残容量算出装置は、二次電池の放電可能な電気容量である残容量を算出する電池残容量算出装置であって、前記二次電池の出力電圧値を測定する電圧測定手段と、前記二次電池の放電特性である基準電圧曲線が記録されて情報処理を行う演算手段とを備え、前記演算手段は、前記二次電池の使用モードを出力電流値が閾値以上である高消費モードと閾値より小さい低消費モードとに区別し、前記低消費モードでは、前記電圧測定手段が測定した電圧値と前記基準電圧曲線とに基づいて前記二次電池の残容量を算出し、前記高消費モードでは、使用モード変化前の残容量である基準残容量と、高消費モード開始時の出力電圧である開始電圧と、予め定められた前記二次電池のカットオフ電圧と、前記出力電圧値とに基づいて残容量を算出することを特徴とする。
【００２１】
基準算容量と開始電圧とカットオフ電圧に基づいて残容量を算出することで、高消費モードにおいても出力電圧値を測定するだけで正確かつ詳細に残容量を算出することが可能となる。また、電圧測定のみで残容量の算出を行うため、パルス的な電流変化に対応した高度な電流計が必要ではなくなり、本発明の電池残容量算出方法を実現するための構成を簡素化することが可能となる。また、高消費モードでの残容量Ｑｍを、基準残容量Ｑｎ、開始電圧Ｖｎ、カットオフ電圧Ｖｔ、出力電圧値Ｖｍを用いて、数式
2005077332.tif 000004
によって算出するとしてもよい。簡単な数式により高消費モードでの残容量を算出することができるため、演算を行うための回路として高度な演算装置を必要としない。また、使用環境や使用履歴に依存する二次電池の内部インピーダンスの影響を排除して残容量の算出を行うことができるため、多量の放電特性データを蓄積しておく必要が無くなり、電池残量を算出するために必要な記憶容量を小さくすることができる。
【００２２】
また、上記課題を解決するために本願発明の電池残容量算出装置は、二次電池の放電可能な電気容量である残容量を算出する電池残容量算出装置であって、前記二次電池の出力電圧値を測定する電圧測定手段と、前記二次電池の放電特性である基準電圧曲線が記録されて情報処理を行う演算手段とを備え、前記演算手段は、前記二次電池の使用モードを出力電流値が閾値以上である高消費モードと閾値より小さい低消費モードとに区別し、前記低消費モードでは、前記電圧測定手段が測定した電圧値と前記基準電圧曲線とに基づいて前記二次電池の残容量を算出し、前記高消費モードでは、使用モード変化時の出力電圧変化である電圧ギャップと、前記出力電圧値とに基づいて残容量を算出することを特徴とする。
【００２３】
電圧ギャップは、二次電池の使用モードが変化した際の内部インピーダンスの影響により変化するため、電圧ギャップと出力電圧に基づいて残容量の算出を行うことで、内部インピーダンスの影響を除去して正確かつ詳細に残容量を算出することが可能となる。また、電圧ギャップΔＶと出力電圧値Ｖｍとを加算して加算電圧値（Ｖｍ＋ΔＶ）を算出し、基準電圧曲線での加算電圧値（Ｖｍ＋ΔＶ）における残容量を高消費モードでの残容量Ｑｍとしてもよい。加算電圧値を算出して基準電圧曲線と加算電圧値に基づいて残容量を算出することで、二次電池の使用モード変化時の電圧変化である電圧ギャップが無かったものとして、内部インピーダンスの影響を除去した残容量算出を行うことができる。
【００２４】
また、上記課題を解決するために本願発明の電池残容量算出プログラムは、二次電池の放電可能な電気容量である残容量を算出する電池残容量算出プログラムであって、前記二次電池の出力電圧値を測定する電圧測定工程と、前記二次電池の使用モードを出力電流値が閾値以上である高消費モードと閾値より小さい低消費モードとに区別するモード判定工程と、前記低消費モード時に、前記二次電池の放電特性である予め定められた基準電圧曲線と前記出力電圧値とに基づいて残容量を算出する低消費時残容量算出工程と、前記高消費モード時に、前記低消費モードから前記高消費モードへの切り換わり時の残容量変化がほとんど無いものとして残容量を算出する高消費時残容量算出工程と、をプロセッサーに実行させることを特徴とする。
【００２５】
二次電池の使用モードを出力電流値が閾値以上である高消費モードと閾値より小さい低消費モードとに区別し、低消費モードでは基準電圧曲線から残容量を算出し、使用モードの切り換わり時の残容量変化を０とすることで、二次電池の内部インピーダンスの影響による電圧変化を除去して残容量を算出することができる。また、低消費モードでの放電特性は一つの基準電圧曲線を用いて表すことができるため、特性の情報量を少なくすることができ、電池残量を算出するために必要な記憶容量を小さくすることができる。
【発明の効果】
【００２６】
二次電池の使用モードを出力電流値が閾値以上である高消費モードと閾値より小さい低消費モードとに区別し、低消費モードでは基準電圧曲線から残容量を算出し、使用モードの切り換わり時の残容量変化を０とすることで、二次電池の内部インピーダンスの影響による電圧変化を除去して残容量を算出することができる。
【００２７】
本発明によれば、使用者に高精度かつ詳細な電池残容量を表示することができることから、その使用者の利便性を向上させることができる。さらに、利用者は正確に二次電池の残容量レベルが分かることから、適切な時期に二次電池を充電することができるようになり、その結果として、１回の充電に携帯型電子装置を駆動させることができる時間を延ばすことができ利便性をさらに向上させることができる。また、本発明によれば、高精度な電流測定回路が必要でないことから、比較的簡単な回路構成を用いて高精度に二次電池の残容量を予測することができるため、電子機器の部品点数を削減することや構成部品の低価格化を図ることができるため、電子機器の製造コストの低減や軽量化を図ることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
以下、本願発明を適用した電池残容量算出方法、電池残容量算出装置および電池残容量算出プログラムについて、図面を参照しながら詳細に説明する。なお本願発明は、以下の記述に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。なお、以下の説明において残容量とは二次電池が放電できる電気量を示し、電圧とは二次電池の端子間の電圧値、電流とは二次電池から放電または二次電池へ充電される電流値を示す。また、電力の供給を停止する電圧をカットオフ電圧と呼ぶことにする。また、残容量の表し方として、例えば二次電池の満充電状態を１００とし、電力供給を停止する電圧になったときの残容量を０とした比率で表した残容量レベルを用いるものとする。残容量レベルは、二次電池が満充電状態から完全に放電する状態までの比率を表すため、残容量レベルを算出することは二次電池の放電可能な電気容量を算出することと等価になる。
【００２９】
本発明の電池残容量算出方法は、二次電池が出力する電流値が比較的小さく内部インピーダンスの影響を無視できる低消費モードと、電流値が比較的大きく内部インピーダンスの影響が無視できない高消費モードとを区別して、それぞれのモードで二次電池の出力電圧値に基づいて残容量レベルを算出する方法である。
【００３０】
［第一の実施の形態］
本発明の第一の実施の形態として、本実施の形態の電池残容量算出方法を用いた電子機器である携帯電話について図１乃至図５を用いて説明する。なお、二次電池等のバッテリーで駆動する携帯電話について説明するが、携帯電話以外の携帯型電子装置、例えばデジタルカメラ、ビデオカメラ、ＰＤＡ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ  Ｄｉｇｉｔａｌ  Ａｓｓｉｓｔａｎｔ）等の携帯型電子装置に本実施の形態を適用することができることは言うまでもない。
【００３１】
図１は、本実施の形態の電池残容量算出方法を用いて二次電池の残容量を算出する携帯電話の構成例を示すブロック図である。携帯電話１１は、本体部２１とバッテリー部２２から構成され、本体部２１とバッテリー部２２との間は電源供給を行うパワーライン２３と情報交換を行うための通信ライン２４によって接続されている。
【００３２】
本体部２１は、電力を消費する負荷である電子機器であり、通話機能の制御を行う情報処理回路や、電池の残容量や通話時間等の情報を表示する液晶画面、基地局と通信を行うためのアンテナなど通常の携帯電話が備えている要素から構成されている。ここで、本体部２１は通話機能のみを持つものであっても良いし、例えば、電子メール機能やデジタルカメラ機能などの複数の機能を持つものであっても良い。
【００３３】
バッテリー部２２は、例えば、リチウムイオン二次電池のような充放電可能な二次電池３１と、残容量の算出や電池の異常状態を監視する制御部３２から構成されている。なお、バッテリー部２２は１つの二次電池から構成されている例を示しているが、複数の二次電池から構成される組セルであっても良い。この場合、それぞれの二次電池の電圧を別々に測定して各々の二次電池の残容量を算出しても良く、バッテリー部２２全体の電圧を測定して残容量を算出しても良い。
【００３４】
制御部３２は二次電池３１の電圧を測定する電圧測定装置４１と残容量を算出する演算装置４２から構成されている。電圧測定装置４１は例えばＡＤ変換装置からなり、二次電池３１の電圧を測定し、測定した電圧値のアナログ値をデジタル値に変換して演算装置４２に電圧値を送信する。演算装置４２は、測定した二次電池３１の電圧値に応じて残容量を算出し、携帯電話１１の本体部２１に送信する装置である。演算装置４２は、演算を行う情報処理回路、測定した電圧や算出した残容量などのデータを一時的に保存しておく揮発性記憶装置、プログラムや二次電池３１の特性を記憶しておく不揮発性記憶装置を備えている。なお図１に示した構成では、制御部３２を携帯電話１１の本体部２１とは分離した例を記載しているが、制御部３２を本体部２１に搭載してバッテリー部２２の制御を行うようにした構成であっても良い。
【００３５】
次に、予め演算装置４２の不揮発性記憶装置に保存しておくデータの測定方法について説明する。本実施の形態では、携帯電話１１を使用していない待ち受け時に電圧法により残容量を算出するため、予め電圧と残容量の関係を測定してデータとして保存しておく必要がある。そこで例えば、バッテリー部２２に搭載する二次電池３１と同型の二次電池を満充電電圧になるまで充電し、その後例えば１０ｍＡのような低負荷の電流でカットオフ電圧になるまで放電しながら、残容量と電圧の関係を測定する。なおこのときの測定は室温で行うことが望ましい。電圧と残容量の関係である放電特性は何らかの関数で表しても良く、また、複数の残容量と電圧の関係をテーブルとして表しても良い。予め測定した放電特性は、基準電圧曲線として演算装置４２の不揮発性記憶装置にあらかじめ保存しておく。
【００３６】
図２は、上述して説明したように演算装置４２の不揮発性記憶装置に予め保存された基準電圧曲線の一例を示すグラフである。横軸は二次電池３１が放電した電気量の積算値に相当する放電容量を示し、縦軸は二次電池３１の出力電圧値を示している。放電容量が０の満充電状態から低消費モードで放電を行うと、時間経過と共に放電容量が増加していき、それとともに出力電圧は減少していく。演算装置４２の不揮発性記憶装置には、二次電池３１の放電を停止するカットオフ電圧Ｖｔが記録されている。
【００３７】
図３は、二次電池３１の出力電圧値毎に設定された残容量レベルＱと出力電圧Ｖとの関係を示した参照表の一例である。演算装置４２の不揮発性記憶装置には基準電圧曲線と共に、予め図３に示した参照表の情報が記録しておく。図３に示した参照表は、残容量レベルＱと出力電圧Ｖの関係を示す一例であり、残容量レベルＱは１０段階ではなくさらに他段階に区切るとしても良く、出力電圧Ｖも図中に示した値である必要はなく二次電池３１毎に適宜設定可能であるとする。また、図では二次電池３１が満充電状態での出力電圧とカットオフ電圧との差を均等に区切り、出力電圧Ｖが等間隔となるように残容量レベルＱを設定した例を示している。しかし出力電圧Ｖは等間隔に区切る必要は無く、例えば、低負荷で二次電池３１を放電した場合に、満充電状態からカットオフ電圧Ｖｔに到達するまでの時間を均等に区切り、基準電圧曲線上での放電容量に対応した出力電圧と残容量レベルＱとを対応させるとしても良い。
【００３８】
次に、本実施の形態の電池残容量算出方法について説明する。携帯電話１１での電力消費の特徴は、バッテリー部２２に対する負荷である電力消費がほとんどない待ち受け時のような低消費モードと、バッテリー部２２に対する負荷である電力消費が大きい通話時のような高消費モードとがあることである。そこで、本実施の形態の電池残容量算出方法では、低消費モードである待ち受け時の残容量算出方法と、高消費モードである通話時等の使用時の残容量算出方法とをそれぞれ別の方法とする。高消費モードとしては、通話時以外にも携帯電話１１の表示部バックライトを点灯した場合や、電子メール機能を利用している場合など多種多様な使用状況が考えられる。
【００３９】
以下にそれぞれのモードでの残容量算出方法を説明する。二次電池３１の出力電圧は、出力電流の大きさや使用環境の温度よって大きく変化するため、携帯電話１１を使用している高消費モードでは電池残容量と電圧が一対一の関係にはなく、使用環境や電池の劣化に応じて多数の放電特性が存在する。これは、使用環境の温度や劣化状態によって変化する二次電池３１の内部インピーダンスの影響により、電流を流した状態では電流に応じて無負荷の状態の電圧から電圧が低下するためである。
【００４０】
しかし、携帯電話１１を使用していない低消費モードでは、電流値が低く二次電池３１の内部インピーダンスの影響をほとんど受けないため、電池残容量と電圧とは略一対一の関係となる。したがって、放電特性は一つの基準電圧曲線を用いて表すことができ、二次電池３１の電圧値を測定することによって二次電池３１の電池残容量を算出することができる。上述して説明したように基準電圧曲線は、低電流を消費している状態での電圧値を測定して、予め電圧値と電池残容量の関係として演算装置４２の不揮発性記憶装置に保存されているものである。
【００４１】
つまり本実施の形態の電池残容量算出方法では、低消費モードである待ち受け時の残容量算出方法として、いわゆる電圧法を用いている。待ち受け時のような消費電流が小さく、二次電池３１の内部インピーダンスの影響が小さい状態の電池残容量と出力電圧は、略一対一の関係にあるといって良い。そこで、待ち受け時等の低消費モード時には電圧法を採用して電池残容量を算出する。なお、待ち受け時かどうかの判断はどのような方法であっても良く、例えば、携帯電話１１の本体部２１から待ち受け時を示す何らかの信号を制御部３２が通信ライン２４を介して受け取ることによって待ち受け時と判断しても良い。また、電流測定回路によって消費電流値の値を検知して判断しても良い。消費電流の検知に用いる電流測定回路としては、電流値が測定できればよいためパルス上の電流を高精度に測定するような高度なものを用いる必要はない。
【００４２】
低消費モードでの放電特性は一つの基準電圧曲線を用いて表すことができるため、演算装置４２の不揮発性記憶装置に記録しておく放電特性の情報量を少なくすることができ、不揮発性記憶装置の記憶容量を小さくして演算装置４２の製造コストを低減することができる。また、低消費モードか高消費モードかを判断する方法として、携帯電話１１の本体部２１と演算装置４２との間で情報交換を行う場合には、携帯電話１１の構成部品を簡素化することができる。また、消費電流を検知して低消費モードか高消費モードかを判断する場合であっても、高精度な測定を必要としないために携帯電話１１の製造コストを低減することが可能となる。
【００４３】
次に、二次電池３１に対する負荷が小さい待ち受け時等の低消費モードから、負荷が大きい通話時等の高消費モードへと切り替わる際の残容量算出方法について説明する。図４は、携帯電話１１の使用状態が待ち受け時から通話時に変化した場合の電圧変化を模式的に示したグラフである。待ち受け状態では、消費電流が小さく電圧変化はほとんどない低消費モードであるため、基準電圧曲線で示される電圧値と電池残容量の関係を満たす変化が継続する。しかし、ある時点で通話を開始して高消費モードになると、消費電流値が急激に増加するために、二次電池３１の内部インピーダンスの影響から電圧値も急激に変化し、通話開始時点で電圧が不連続に低下した後に緩やかに低下していく。この電圧の不連続な低下は、二次電池３１の内部インピーダンスの影響と電流値変化とによって生じたものであるため、二次電池３１が放電可能な電気量である電池残容量の変化とはほぼ無関係であるといえる。
【００４４】
一方、不連続な電圧低下の後に生じる緩やかな電圧低下は、携帯電話１１での電力消費に伴った電池残容量の低下から生じるものである。そこで、低消費モードから高消費モードに切り替わる瞬間での不連続な電圧低下では、二次電池３１の電池残容量は変化していないものとし、電力消費モードの切り替わり時での電流消費を無視して電池残容量の算出を行う。
【００４５】
次に、二次電池３１に対する負荷が大きい通話時等の高消費モードでの残容量算出方法について説明する。図４に示したように高消費モードでは、二次電池３１が放電して携帯電話１１の本体部２１で電力が消費されることによって電池残容量が減少していく。本来は、本体部２１での電力消費はパルス的なものであり出力電圧値は激しく変動しているが、一定時間の電圧値を平均すると図４に示すように緩やかな曲線を描いて電圧が低下していく。そこで、高消費モードの開始時点での出力電圧である開始電圧Ｖｎとカットオフ電圧Ｖｔとに基づいて電池残容量の算出を行う。
【００４６】
図４を用いて説明したように、本実施の形態では低消費モードから高消費モードへ切り替わる際の不連続な電圧変化は電池残容量の変化には影響していないとするため、不連続な電圧変化の前と後の残容量レベルＱｎは同一であると考える。したがって、高消費モードの開始時の開始電圧Ｖｎでの残容量レベルは、図２に示した基準電圧曲線および図３に示した参照表から求められるＱｎであると設定する。また、二次電池３１の放電を停止するカットオフ電圧Ｖｔは、低消費モードでも高消費モードでも同一であるため、カットオフ電圧Ｖｔでの残容量レベルは０であると設定する。
【００４７】
図４で示しているように、高消費モードでの出力電圧値はほぼ一定の割合でカットオフ電圧Ｖｔまで低下していくと考える場合には、開始電圧Ｖｎとカットオフ電圧Ｖｔとの差を均等に分割して残容量レベルを設定する。したがって、高消費モードで携帯電話１１を使用している途中での残容量レベルＱｍは、二次電池３１の出力電圧がＶｍであるときに、高消費モードでの電圧低下幅である（Ｖｎ−Ｖｍ）を用いて、次式で算出することができる。Ｑｍを算出した後に小数点以下を四捨五入するなどの演算をするとしてもよい。
【数１】
2005077332.tif 000005
【００４８】
図４では一定割合で出力電圧が低下していく場合を示したが、高消費モードでの出力電圧が時間ｔの関数としてｖ＝ｆ（ｔ）で表されるとした場合にも、高消費モードの開始時点での開始電圧Ｖｎとカットオフ電圧Ｖｔとに基づいて数式１から残容量レベルＱｍを算出することができる。また、数式１では開始電圧Ｖｎとカットオフ電圧Ｖｔとの差を均等に分割した場合を示しているが、開始電圧Ｖｎからカットオフ電圧Ｖｔまでの残容量レベルを区切るための比率を参照表や関数で表して算出するとしてもよい。
【００４９】
本実施の形態の電池残容量算出方法では、高消費モードでの残容量レベルを算出する場合にも、多数の放電特性グラフを必要としないため、演算装置４２の不揮発性記憶装置に記録しておく放電特性の情報量を少なくすることができ、不揮発性記憶装置の記憶容量を小さくして演算装置４２の製造コストを低減することができる。
【００５０】
このとき、モード切り替わり時の電流値変化に起因する電圧変化は、例えば、電池につながっている電子機器の使用モードの変化を検出して、その前後の電圧から算出するとしても良い。また、図４に示したように電圧変化の不連続点を検出することによって、その前後の電圧から算出しても良い。また、前述したように電流測定回路によって消費電流値の値を検知して、その変化量を基準にして判断しても良い。
【００５１】
次に、制御部３２で二次電池３１の残容量を算出する手順を、図５のフローチャートを用いて説明する。なお、演算装置４２の不揮発性記憶装置には、図２に示した基準電圧曲線や図３に示した参照表やカットオフ電圧Ｖｔなどの情報が記録されているものとする。また、以下に説明する手順の操作を携帯電話１１の使用中に定期的に繰り返して実行するとし、例えば１０秒間に１回の頻度で繰り返して、常に最新の残容量レベルを算出して表示する。
【００５２】
ステップ１は電圧測定工程であり、二次電池３１の出力電圧値を測定する工程である。電圧測定装置４１は、電圧測定装置４１が測定した出力電圧Ｖｍを演算装置４２に送信して手順はステップ２に移行する。このとき、電圧測定装置４１が一回のみ測定した出力電圧Ｖｍをそのまま用いるとしてもよく、例えば一定時間の間に複数回の電圧測定を行って、複数回の電圧測定によって得られた出力電圧の平均値を出力電圧Ｖｍとして用いるなど、演算装置４２で測定値に何らかの加工を施して出力電圧Ｖｍを決定するとしても良い。
【００５３】
ステップ２はモード判定工程であり、携帯電話１１の本体部２１が低消費モードであるか、それ以外の高消費モードであるかを判定する工程である。演算装置４２が、低消費モードであると判定した場合には手順はステップ３に移行し、低消費モード以外と判定した場合には手順はステップ４に移行する。低消費モードであるかの判定方法は、どのような判定方法であっても良く、例えば、携帯電話１１の本体部２１から待ち受け時を示す何らかの信号を制御部３２が通信ライン２４を介して受け取ることによって待ち受け時と判断しても良い。また、電流測定回路によって消費電流値の値を検知して判断しても良い。
【００５４】
ステップ３は低消費時残容量算出工程であり、低消費モードでの残容量レベルＱｍを算出する工程である。演算装置４２は、不揮発性記憶装置に予め保存してある基準電圧曲線と参照表に基づいて、ステップ１の電圧測定工程で測定された二次電池３１の出力電圧Ｖｍから残容量レベルＱｍを算出する、算出した残容量レベルＱｍを揮発性記憶装置に記録した後に、手順はステップ７へと移行する。
【００５５】
ステップ４は電流変化算出工程であり、低消費モードから高消費モードに切り替わった直後であるのか、高消費モードでの使用が持続している状態であるのかを判断する工程である。演算装置４２は、二次電池３１から出力される電流値が変化したかどうか、つまり、携帯電話１１の使用モードが変化したかどうかを判定し、電流値が変化したと判定された場合には手順はステップ５に移行し、電流値が変化していないと判定された場合には手順はステップ６に移行する。なお、電流値が変化したか否かの判定方法は、どのような判定方法であってもよく、例えば、携帯電話１１の本体部２１から使用モードの変化を示す何らかの信号を制御部３２が通信ライン２４を介して受け取ることによって電流値が変化したと判断しても良い。また、電流測定回路を用いて二次電池３１から出力される電流値を検知して判断しても良い。電流の検知に用いる電流測定回路としては、電流値が測定できればよいためパルス上の電流を高精度に測定するような高度なものを用いる必要はない。
【００５６】
ステップ５は初期化工程であり、携帯電話１１の使用方法が低消費モードから高消費モードに切り替わった直後に実行されて、高消費モードでの残容量レベル算出に必要なパラメータの初期化を行う工程である。演算装置４２は、電流変化が生じる直前の低消費モードでの残容量レベルＱｎを基準残容量レベルとして設定し、電圧が不連続に低下した直後の測定電圧Ｖｎを開始電圧として設定して、揮発性記憶装置に基準残容量レベルＱｎと開始電圧Ｖｎを記録する。演算装置４２は、初期化処理として基準残容量レベルＱｎと開始電圧Ｖｎの設定および記録が終了した場合には、手順はステップ６へと移行する。
【００５７】
ステップ６は高消費時残容量算出工程であり、高消費モードでの残容量レベルＱｍを算出する工程である。演算装置４２は、揮発性記憶装置に記録されている基準残容量レベルＱｎと開始電圧Ｖｎ、および不揮発性記憶装置に記録されているカットオフ電圧Ｖｔを用いて、測定電圧がＶｍであるときの残容量レベルＱｍを上述した数式１から算出する。揮発性記憶装置に残容量レベルＱｍを記録した後に、手順はステップ７に移行する。この開始電圧Ｖｎと測定電圧Ｖｍの差が、残容量の変化によって生じた電圧変化であり、本実施の形態では低消費モードから高消費モードに切り替わった際の電圧変化を無視して残容量レベルＱｍの算出を行うことになる。この工程で用いられる基準残容量レベルＱｎと開始電圧Ｖｎの値は、ステップ５で不揮発性記憶装置に記録された値であり、ステップ４からステップ６へと手順が移行してきた場合には、直近に行われたステップ５の初期化工程で設定された基準残容量レベルＱｎと開始電圧Ｖｎが用いられることになる。
【００５８】
ステップ７は残容量表示工程であり、算出した残容量Ｑｍを携帯電話１１の本体部２１に表示する工程である。演算装置４２は、ステップ３またはステップ６で算出されて、揮発性記憶装置に記録されている残容量レベルＱｍの情報を通信ライン２４を介して本体部２１に送信し、本体部２１の表示装置に表示して使用者に対して二次電池３１の残容量レベルＱｍを通知する。なお、残容量レベルＱｍを段階的なレベル表示とするほかに、残容量レベルから最大待ち受け可能時間や最大通話時間等の時間表示を行うとしてもよい。
【００５９】
本実施の形態の電池残容量算出方法では、低消費モードでの残容量を算出する場合にも高消費モードでの残容量レベルを算出する場合にも、多数の放電特性グラフを必要としない。このため、演算装置４２の不揮発性記憶装置に記録しておく放電特性の情報量を少なくすることができ、不揮発性記憶装置の記憶容量を小さくして演算装置４２の製造コストを低減することができる。
【００６０】
［第二の実施の形態］
本実施の形態の第二の実施の形態として、低消費モード時も高消費モード時も同一の基準電圧曲線を用いて電池残容量を算出する方法について、図６および図７を用いて説明する。本実施の形態と第一の実施の形態での電気残容量算出方法は、高消費モードでの電池残容量の算出方法のみが異なるため、図１乃至図３を用いて説明した携帯電話の構成や基準電圧曲線、残容量レベルと電圧値の参照表などは第一の実施の形態と同様であるとする。
【００６１】
次に、本実施の形態の電池残容量算出方法について説明する。携帯電話１１での電力消費の特徴は、バッテリー部２２に対する負荷である電力消費がほとんどない待ち受け時のような低消費モードと、バッテリー部２２に対する負荷である電力消費が大きい通話時のような高消費モードとがあることである。そこで、本実施の形態の電池残容量算出方法では、低消費モードである待ち受け時の残容量算出方法と、高消費モードである通話時等の使用時の残容量算出方法とをそれぞれ別の方法とする。高消費モードとしては、通話時以外にも携帯電話１１の表示部バックライトを点灯した場合や、電子メール機能を利用している場合など多種多様な使用状況が考えられる。
【００６２】
以下にそれぞれのモードでの残容量算出方法を説明する。二次電池３１の出力電圧は、出力電流の大きさや使用環境の温度よって大きく変化するため、携帯電話１１を使用している高消費モードでは電池残容量と電圧が一対一の関係にはなく、使用環境や電池の劣化に応じて多数の放電特性が存在する。これは、環境温度によって変化する二次電池３１の内部インピーダンスの影響により、電流を流した状態では電流に応じて無負荷の状態の電圧から電圧が低下するためである。
【００６３】
しかし、携帯電話１１を使用していない低消費モードでは、電流値が低く二次電池３１の内部インピーダンスの影響をほとんど受けないため、電池残容量と電圧とは略一対一の関係となる。したがって、放電特性は一つの基準電圧曲線を用いて表すことができ、二次電池３１の電圧値を測定することによって二次電池３１の電池残容量を算出することができる。上述して説明したように基準電圧曲線は、低電流を消費している状態での電圧値を測定して、予め電圧値と電池残容量の関係として演算装置４２の不揮発性記憶装置に保存されているものであり、例えば図２に示したグラフで表される。
【００６４】
つまり本実施の形態の電池残容量算出方法では、低消費モードである待ち受け時の残容量算出方法として、いわゆる電圧法を用いている。待ち受け時のような消費電流が小さく、二次電池３１の内部インピーダンスの影響が小さい状態の電池残容量と出力電圧は、略一対一の関係にあるといって良い。そこで、待ち受け時等の低消費モード時には電圧法を採用して電池残容量を算出する。なお、待ち受け時かどうかの判断はどのような方法であっても良く、例えば、携帯電話１１の本体部２１から待ち受け時を示す何らかの信号を制御部３２が通信ライン２４を介して受け取ることによって待ち受け時と判断しても良い。また、電流測定回路によって消費電流値の値を検知して判断しても良い。消費電流の検知に用いる電流測定回路としては、電流値が測定できればよいためパルス上の電流を高精度に測定するような高度なものを用いる必要はない。
【００６５】
低消費モードでの放電特性は一つの基準電圧曲線を用いて表すことができるため、演算装置４２の不揮発性記憶装置に記録しておく放電特性の情報量を少なくすることができ、不揮発性記憶装置の記憶容量を小さくして演算装置４２の製造コストを低減することができる。また、低消費モードか高消費モードかを判断する方法として、携帯電話１１の本体部２１と演算装置４２との間で情報交換を行う場合には、携帯電話１１の構成部品を簡素化することができる。また、消費電流を検知して低消費モードか高消費モードかを判断する場合であっても、高精度な測定を必要としないために携帯電話１１の製造コストを低減することが可能となる。
【００６６】
次に、二次電池３１に対する負荷が小さい待ち受け時等の低消費モードから、負荷が大きい通話時等の高消費モードへと切り替わる際の残容量算出方法について説明する。図６は、携帯電話１１の使用状態が待ち受け時から通話時に変化した場合の電圧変化を模式的に示したグラフである。待ち受け状態では、消費電流が小さく電圧変化はほとんどない低消費モードであるため、基準電圧曲線で示される電圧値と電池残容量の関係を満たす変化が継続する。しかし、ある時点で通話を開始して高消費モードになると、消費電流値が急激に増加するために、二次電池３１の内部インピーダンスの影響から電圧値も急激に変化し、通話開始時点で電圧が不連続に低下した後に緩やかに低下していく。この電圧の不連続な低下は、二次電池３１の内部インピーダンスの影響と電流値変化とによって生じたものであるため、二次電池３１が放電可能な電気量である電池残容量の変化とはほぼ無関係であるといえる。
【００６７】
一方、不連続な電圧低下の後に生じる緩やかな電圧低下は、携帯電話１１での電力消費に伴った電池残容量の低下から生じるものである。そこで、低消費モードから高消費モードに切り替わる瞬間での不連続な電圧低下では、二次電池３１の電池残容量は変化していないものとし、電力消費モードの切り替わり時での電流消費を無視して電池残容量の算出を行う。
【００６８】
次に、二次電池３１に対する負荷が大きい通話時等の高消費モードでの残容量算出方法について説明する。図６に示したように高消費モードでは、二次電池３１が放電して携帯電話１１の本体部２１で電力が消費されることによって電池残容量が減少していく。本来は、本体部２１での電力消費はパルス的なものであり出力電圧値は激しく変動しているが、一定時間の電圧値を平均すると図６に示すように緩やかな曲線を描いて電圧が低下していく。そこで、高消費モードの開始時点での出力電圧である開始電圧Ｖｎ２と不連続な電圧低下時に変化した電圧ギャップΔＶとに基づいて電池残容量の算出を行う。
【００６９】
図６を用いて説明したように、本実施の形態では低消費モードから高消費モードへ切り替わる際の不連続な電圧変化は電池残容量の変化には影響していないとするため、不連続な電圧変化の前と後の残容量レベルＱｎ２は同一であると考える。したがって、高消費モードの開始時の開始電圧Ｖｎ２での残容量レベルは、図２に示した基準電圧曲線および図３に示した参照表から求められるＱｎ２であると設定する。
【００７０】
図６で示しているように、本実施の形態では、時間ｔｎ２の時点で低消費モードから高消費モードへ切り替わる際に生じる不連続な電圧変化量を電圧ギャップΔＶとし、モードの切り替わり時での電流消費を無視する。また、高消費モードの時間ｔｍ２の時点で、電圧測定装置４１によって二次電池３１の出力電圧を測定し、測定した電圧値Ｖｍ２と電圧ギャップΔＶに基づいて残容量レベルＱｍの算出を行う。
【００７１】
電圧ギャップΔＶは、二次電池３１の内部インピーダンスと出力電流値の影響によって生じた電圧低下であるため、測定した電圧値Ｖｍ２は基準電圧曲線での放電特性から電圧ギャップΔＶに相当する電圧低下が起きた結果であると考えられる。そこで本実施の形態では、電圧値Ｖｍ２に電圧ギャップΔＶを加算した加算電圧値（Ｖｍ２＋ΔＶ）に相当する残容量レベルＱｍを基準電圧曲線と参照表から算出する。具体的には、測定電圧値がＶｍ２であるときに、基準電圧曲線の電圧が加算電圧値（Ｖｍ２＋ΔＶ）時点での残容量レベルであるとし、図３に示した参照表から加算電圧値（Ｖｍ２＋ΔＶ）に相当する残容量レベルをＱｍとする。ただし、この場合、カットオフ電圧Ｖｔに電圧ギャップΔＶを加えた電圧値（Ｖｔ＋ΔＶ）での残容量レベルが０となるように、図３に示した参照表の残容量レベルと電圧の組み合わせを変更して、参照表の更新を行う。また、電圧値（Ｖｔ＋ΔＶ）の値を新たなカットオフ電圧Ｖｔとして更新する。
【００７２】
なお、第二の実施の形態では、電圧ギャップΔＶを高消費モード開始時の不連続な電圧変化から算出しているが、二次電池の内部インピーダンスＲと高消費モードの電流値Ｉの積として電圧ギャップΔＶを求めても良い。この場合、二次電池の内部インピーダンスＲの測定方法は、どのようなものであっても良い。また、残容量レベルを０とする加算電圧値を求める際に使用する電圧ギャップΔＶは、高消費モードにおける最大電流値と内部インピーダンスの積であることが望ましい。
【００７３】
本実施の形態の電池残容量算出方法でも、高消費モードでの残容量レベルを算出する場合に、多数の放電特性グラフを必要としないため、演算装置４２の不揮発性記憶装置に記録しておく放電特性の情報量を少なくすることができ、不揮発性記憶装置の記憶容量を小さくして演算装置４２の製造コストを低減することができる。
【００７４】
このとき、モード切り替わり時の電流値変化に起因する電圧変化は、例えば、電池につながっている電子機器の使用モードの変化を検出して、その前後の電圧から算出するとしても良い。また、図４に示したように電圧変化の不連続点を検出することによって、その前後の電圧から算出しても良い。また、前述したように電流測定回路によって消費電流値の値を検知して、その変化量を基準にして判断しても良い。
【００７５】
次に、制御部３２で二次電池３１の残容量を算出する手順を、図７のフローチャートを用いて説明する。なお、演算装置４２の不揮発性記憶装置には、図２に示した基準電圧曲線や図３に示した参照表やカットオフ電圧Ｖｔなどの情報が記録されているものとする。また、以下に説明する手順の操作を携帯電話１１の使用中に定期的に繰り返して実行するとし、例えば１０秒間に１回の頻度で繰り返して、常に最新の残容量レベルを算出して表示する。
【００７６】
ステップ１１は電圧測定工程であり、二次電池３１の出力電圧値を測定する工程である。電圧測定装置４１は、電圧測定装置４１が測定した出力電圧Ｖｍ２を演算装置４２に送信して手順はステップ１２に移行する。
【００７７】
ステップ１２はモード判定工程であり、携帯電話１１の本体部２１が低消費モードであるか、それ以外の高消費モードであるかを判定する工程である。演算装置４２が、低消費モードであると判定した場合には手順はステップ１３に移行し、低消費モード以外と判定した場合には手順はステップ１４に移行する。
【００７８】
ステップ１３は低消費時残容量算出工程であり、低消費モードでの残容量レベルＱｍを算出する工程である。演算装置４２は、不揮発性記憶装置に予め保存してある基準電圧曲線と参照表に基づいて、ステップ１の電圧測定工程で測定された二次電池３１の出力電圧Ｖｍ２から残容量レベルＱｍを算出する。算出した残容量レベルＱｍを揮発性記憶装置に記録した後に、手順はステップ１８へと移行する。
【００７９】
ステップ１４は電流変化算出工程であり、低消費モードから高消費モードに切り替わった直後であるのか、高消費モードでの使用が持続している状態であるのかを判断する工程である。演算装置４２は、二次電池３１から出力される電流値が変化したかどうか、つまり、携帯電話１１の使用モードが変化したかどうかを判定し、電流値が変化したと判定された場合には手順はステップ１５に移行し、電流値が変化していないと判定された場合には手順はステップ１６に移行する。
【００８０】
ステップ１５は初期化工程であり、携帯電話１１の使用方法が低消費モードから高消費モードに切り替わった直後に実行されて、高消費モードでの残容量レベル算出に必要なパラメータの初期化を行う工程である。演算装置４２は、電流変化が生じる直前の低消費モードでの測定電圧と、電流変化が生じた直後の高消費モードでの測定電圧との差を電圧ギャップΔＶとして設定し、揮発性記憶装置に電圧ギャップΔＶを記録する。演算装置４２は、初期化処理として電圧ギャップΔＶの設定および記録が終了した場合には、手順はステップ１６へと移行する。
【００８１】
ステップ１６は高消費時残容量算出工程であり、高消費モードでの残容量レベルＱｍを算出する工程である。演算装置４２は、測定電圧Ｖｍ２に電圧ギャップΔＶを加算して、不揮発性記憶装置に記録されている基準電圧曲線と参照表を用いて、測定電圧がＶｍ２であるときの残容量レベルＱｍを算出する。揮発性記憶装置に残容量レベルＱｍを記録した後に、手順はステップ１７に移行する。この工程で用いられる電圧ギャップΔＶの値は、ステップ１５で不揮発性記憶装置に記録された値であり、ステップ１４からステップ１６へと手順が移行してきた場合には、直近に行われたステップ１５の初期化工程で設定された電圧ギャップΔＶが用いられることになる。
【００８２】
ステップ１７は参照表更新工程であり、不揮発性記憶装置に記録されている残容量レベルと電圧の組み合わせである参照表と、カットオフ電圧Ｖｔの書き換えを行う。この工程では、参照表の残容量レベルと電圧の組み合わせを、カットオフ電圧Ｖｔに電圧ギャップΔＶを加えた電圧値（Ｖｔ＋ΔＶ）での残容量レベルが０となるように変更し、不揮発性記憶装置に記録されている参照表の更新を行う。また、電圧値（Ｖｔ＋ΔＶ）の値を新たなカットオフ電圧Ｖｔとして不揮発性記憶装置に記録して更新する。参照表とカットオフ電圧Ｖｔの更新を行った後に手順はステップ１８へと移行する。
【００８３】
ステップ１８は残容量表示工程であり、算出した残容量Ｑｍを携帯電話１１の本体部２１に表示する工程である。演算装置４２は、ステップ１３またはステップ１６で算出されて、揮発性記憶装置に記録されている残容量レベルＱｍの情報を通信ライン２４を介して本体部２１に送信し、本体部２１の表示装置に表示して使用者に対して二次電池３１の残容量レベルＱｍを通知する。
【００８４】
本実施の形態では、低消費モードから高消費モードへの変化時の電圧変化を取り除くことによって、電池残容量の低下によって生じた電圧変化のみを抽出し、電池残容量の低下によって生じた電圧変化から残容量レベルを算出する。したがって、温度や劣化状態の影響を受ける内部インピーダンスによる電圧変化の影響を取り除くことにより、正確に残容量レベルの算出ができるようになる。
【実施例１】
【００８５】
本発明の実施例として、第一の実施の形態で示した電池残容量算出方法を用いた実験データの説明をする。実験に用いた携帯電話は、２インチの液晶ディスプレイが搭載されている情報通信機能を持つ多機能携帯電話である。この携帯電話は、公称電圧３．７Ｖ、容量７３０ｍＡｈ、満充電電圧４．２Ｖ、カットオフ電圧３．５５Ｖのリチウムイオン二次電池を搭載して、リチウムイオン二次電池からの出力により動作させている。本実施例では、残容量を現在一般的な３段階表示より詳細な１０段階で表示する構成とした。つまり、満充電状態の残容量を１０とし、携帯電話を使用することができな状態の残容量を０として表示することにした。なお、残容量を１０段階以上の詳細な表示を行うとしてもよく、また、残容量の比率から最大待ち受け可能時間や最大通話時間等の時間表示を行うとしてもよい。
【００８６】
まず、待ち受け時の電圧と残容量の関係を測定するため、二次電池の充電及び放電を行う充放電装置にリチウムイオン二次電池を接続し、満充電状態まで充電を行った後に、５ｍＡの低電流で放電を行いながら放電容量と電圧を測定し、放電容量と電圧の関係から残容量レベルと電圧の関係を求め、このデータから１０点の残容量レベルと電圧の組み合わせを参照表として、演算装置の不揮発性記憶装置に図３のように記憶させた。
【００８７】
このリチウムイオン二次電池を携帯電話に接続して、実際に携帯電話を使用している間の電圧を１６ビットのＡＤ変換装置によりデジタル値に変換して演算装置に逐次取り込んだ。電圧の測定周波数は１ｋＨｚであり、１秒分のデータ、すなわち１０００個の電圧を平均した電圧を測定電圧Ｖｍとして用い残容量を算出した。なお、１秒分のデータを平均することにより、待ち受け時に発生するパルス的な電圧変化の影響を取り除くことができる。
【００８８】
本実施例では、低消費モードである待ち受け時か否かの判定は電流を測定して行った。測定した電流は閾値である３０ｍＡ以下であれば待ち受け時と判断している。なお、これに必要な電流測定回路は高精度な回路は必要ではなく、ある一定値以上の電流が流れているかどうかの判定が行えるだけで良い。また、待ち受け時から待ち受け時ではなくなった状態を電流変化が生じたと判断している。
【００８９】
本実施例では、電流変化が生じたと判断した場合には、その１秒前の残容量を基準残容量レベルＱｎ、電流変化後３０秒間の平均電圧を開始電圧Ｖｎとして、揮発性記憶装置に保存した。また、揮発性記憶装置に保存してある基準残容量レベルＱｎ、開始電圧Ｖｎ、カットオフ電圧３．５５Ｖ、現在の測定電圧Ｖｍを用いて、残容量レベルＱｍをＱ＝Ｑｎ−Ｑｎ×（Ｖｎ−Ｖｍ）／（Ｖｎ−３．５５）のように、数式１に代入して計算した。図８は、本体部に残容量レベルＱｍを表示するための電池を模した画像を示す図である。残容量レベルＱｍを使用者が容易に認識可能なように、電池の外形を示した枠内を９分割して、残容量レベルＱｍに応じて表示領域を変化させる例を示している。
【００９０】
以上に説明したように、本発明の電池残容量算出方法として、図５に示したフローチャートを逐次繰り返しながら残容量を算出し、常に最新の残容量を使用者に表示するようにした。図９は、残容量レベルＱｍの表示値と測定した電圧Ｖｍの関係を示すグラフである。図中の横軸は、リチウムイオン二次電池が放電した電気容量の積算値を示し、図中でパルス的な変動を繰り返している線がリチウムイオン二次電池の電圧値を示し、図中で階段状に変化している線が残容量レベルＱｍの表示値を示している。
【００９１】
図９に示したように、リチウムイオン二次電池が放電した電気容量に応じて、残容量レベルの表示値が低下していることから、高精度かつ詳細にリチウムイオン二次電池の残容量レベルＱｍを算出できていることがわかる。
【図面の簡単な説明】
【００９２】
【図１】本発明の第一の実施の形態である電池残容量算出方法を用いて、二次電池の残容量を算出する携帯電話の構成例を示すブロック図である。
【図２】本発明の第一の実施の形態において、演算装置の不揮発性記憶装置に予め保存された基準電圧曲線の一例を示すグラフである。
【図３】本発明の第一の実施の形態において、二次電池の出力電圧値毎に設定された残容量レベルＱと出力電圧Ｖとの関係を示した参照表の一例である。
【図４】本発明の第一の実施の形態において、携帯電話の使用状態が待ち受け時から通話時に変化した場合の電圧変化を模式的に示したグラフである。
【図５】本発明の第一の実施の形態において、二次電池の残容量を算出する手順を説明するフローチャートである。
【図６】本発明の第二の実施の形態において、携帯電話の使用状態が待ち受け時から通話時に変化した場合の電圧変化を模式的に示したグラフである。
【図７】本発明の第二の実施の形態において、二次電池の残容量を算出する手順を説明するフローチャートである。
【図８】本発明の実施例１で本体部に残容量レベルＱｍを表示するための電池を模した画像を示す図である。
【図９】本発明の実施例１で測定した電圧Ｖｍと残容量レベルＱｍの表示値との関係を示すグラフである。
【図１０】従来の二次電池を用いた電子機器における残容量表示例を示す図である。
【符号の説明】
【００９３】
１１    携帯電話
２１    本体部
２２    バッテリー部
２３    パワーライン
２４    通信ライン
３１    二次電池
３２    制御部
４１    電圧測定装置
４２    演算装置
【図１】
2005077332.tif 000008
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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