(57)【要約】【課題】  正確なバッテリ残量の測定がＣＰＵの如き制御手段に負担をかけずに簡単に行えるようにする。【解決手段】  電池で構成される電源の出力電圧を検出する場合に、電源と負荷との間に直列に接続された、負荷に流れる負荷電流を検出する電流検出用抵抗を用いて電源の内部抵抗における負荷電流による電圧降下値を検出し、その検出された電圧降下値によって電池の出力電圧を補正する出力電圧検出処理と、電池の放電特性をほぼ直線状に補正する出力電圧変換テーブル６８に基づいて、電圧検出処理で検出された出力電圧を補正する電圧補正処理とを行う。また、電圧検出処理として、電流検出用抵抗の２つの端子の間の電圧を増幅して、内部抵抗における電圧降下値を得るゲイン可変増幅処理と、電源の温度に基づいて検出された電圧を、ゲイン制御値変換テーブル７５によりゲイン可変増幅処理のゲイン制御値に変換するゲイン制御値変換処理とを行う。【選択図】      図３
2005127917.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電池で構成される電源の出力電圧を検出する電圧検出方法であって、
前記電源と負荷との間に直列に接続された、前記負荷に流れる負荷電流を検出する電流検出用抵抗を用いて前記電源の内部抵抗における前記負荷電流による電圧降下値を検出し、その検出された電圧降下値によって前記電池の出力電圧を補正する出力電圧検出処理と、
前記電池の放電特性をほぼ直線状に補正する出力電圧変換テーブルに基づいて、前記電圧検出処理で検出された出力電圧を補正する電圧補正処理とを行う
電圧検出方法。
【請求項２】
請求項１記載の電圧検出方法において、
前記電圧検出処理は、前記電流検出用抵抗の２つの端子の間の電圧を増幅することにより、前記内部抵抗における電圧降下値を得るゲイン可変増幅処理と、
前記電源の温度に基づいて検出された電圧を、ゲイン制御値変換テーブルにより前記ゲイン可変増幅処理のゲイン制御値に変換するゲイン制御値変換処理とを有する
電圧検出方法。
【請求項３】
電池で構成される電源の出力電圧を検出する電圧検出装置であって、
前記電源と負荷との間に直列に接続された、前記負荷に流れる負荷電流を検出する電流検出用抵抗と、
前記電流検出用抵抗を用いて前記電源の内部抵抗における前記負荷電流による電圧降下値を得て、その電圧降下値によって補正された前記電池の出力電圧を得る電圧検出手段と、
前記電池の放電特性をほぼ直線状に補正する出力電圧変換テーブルに基づいて、前記電圧検出手段によって検出された出力電圧を補正する電圧補正手段とを備える
電圧検出装置。
【請求項４】
請求項３記載の電圧検出装置において、
前記電圧検出手段は、前記電流検出用抵抗の２つの端子の間の電圧を増幅することにより、前記内部抵抗における電圧降下値を得るゲイン可変増幅手段と、
前記電源の温度に基づいて検出された電圧を、前記ゲイン可変増幅手段のゲイン制御値に変換するゲイン制御値変換テーブルとを有する
電圧検出装置。
【請求項５】
請求項３記載の電圧検出装置において、
前記出力電圧変換テーブルは、ＭＯＮＯＳ構造のメモリとして構成し、前記電圧検出手段及び前記電圧補正手段を構成するアナログ回路と同一の集積回路上に構成させた
電圧検出装置。
【請求項６】
電池で構成される電源の出力電圧を検出する電圧検出装置であって、
前記電源と負荷との間に直列に接続された、前記負荷に流れる負荷電流を検出する電流検出用抵抗と、
前記電流検出用抵抗を用いて前記電源の内部抵抗における前記負荷電流による電圧降下値を得て、その電圧降下値によって補正された前記電池の出力電圧を得る電圧検出手段と、
前記電池の放電特性をほぼ直線状に補正する出力電圧変換テーブルに基づいて、前記電圧検出手段によって検出された出力電圧を補正する電圧補正手段とを備える
電圧検出装置。
【請求項７】
請求項６記載の電圧検出装置において、
前記電圧検出手段は、前記電流検出用抵抗の２つの端子の間の電圧を増幅することにより、前記内部抵抗における電圧降下値を得るゲイン可変増幅手段と、
前記電源の温度に基づいて検出された電圧を、前記ゲイン可変増幅手段のゲイン制御値に変換するゲイン制御値変換テーブルとを有する
電圧検出装置。
【請求項８】
請求項６記載の電圧検出装置において、
前記出力電圧変換テーブルは、ＭＯＮＯＳ構造のメモリとして構成し、前記電圧検出手段及び前記電圧補正手段を構成するアナログ回路と同一の集積回路上に構成させた
電圧検出装置。
【請求項９】
電池で構成される電源から電力が供給される電子機器であって、
前記電源と負荷との間に直列に接続された、前記負荷に流れる負荷電流を検出する電流検出用抵抗と、
前記電流検出用抵抗を用いて前記電源の内部抵抗における前記負荷電流による電圧降下値を得て、その電圧降下値によって補正された前記電池の出力電圧を得る電圧検出手段と、
前記電池の放電特性をほぼ直線状に補正する出力電圧変換テーブルに基づいて、前記電圧検出手段によって検出された出力電圧を補正する電圧補正手段とを備える
電子機器。
【請求項１０】
請求項９記載の電子機器において、
前記電圧検出手段は、前記電流検出用抵抗の２つの端子の間の電圧を増幅することにより、前記内部抵抗における電圧降下値を得るゲイン可変増幅手段と、
前記電源の温度に基づいて検出された電圧を、前記ゲイン可変増幅手段のゲイン制御値に変換するゲイン制御値変換テーブルとを有する
電子機器。
【請求項１１】
請求項９記載の電子機器において、
前記出力電圧変換テーブルは、ＭＯＮＯＳ構造のメモリとして構成し、前記電圧検出手段及び前記電圧補正手段を構成するアナログ回路と同一の集積回路上に構成させた
電子機器。
【請求項１２】
請求項９記載の電子機器において、
前記電圧補正手段で補正された出力電圧に基づいて、前記電池の残容量を算出する残容量算出手段を備える
電子機器。
【請求項１３】
請求項１２記載の電子機器において、
前記残容量算出手段が算出した前記電池の残容量を表示する表示手段を備える
電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電圧検出方法および電圧検出装置、並びに電子機器に関し、特に、例えば、電池の残容量（残放電容量）をより正確に算出することができるようにする電圧検出方法および電圧検出装置、並びに電子機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、例えば携帯電話機や携帯型端末装置等に代表される携帯型の機器が普及している。これらの携帯型の機器において、その電源は、アルカリ乾電池やマンガン乾電池等の一次電池、または、ニッケルカドミウム蓄電池、ニッケル水素蓄電池、若しくは、リチウムイオン蓄電池等の二次電池が用いられる。
【０００３】
電源となるこれらの一次電池または二次電池の放電容量は、例えば、それらの電池が電源として使用された装置の連続使用可能時間に大きく影響し、携帯型の機器における性能評価の重要な要素となる。
【０００４】
これらの電池を電源とする携帯型の機器において、電池の全放電容量とともに重要であるのが放電容量の残量である。一般的な携帯型の機器においては、突然残容量が無くなって電源が切断されてしまわないように、電源である電池の残容量が必要に応じて監視されており、また、装置によっては、その残容量がディスプレイ等に表示され、ユーザに視覚的に認識させることができるようになっている。
【０００５】
例えば、携帯電話機において、残容量が表示されることにより、ユーザは、残りの通話可能時間、または、充電作業若しくは電池の交換作業が必要な時期を推定することができる。
【０００６】
ここで、この種の携帯電話機が使用されるシステム構成例について説明すると、例えば図７に示すシステム構成が考えられる。図７において、複数用意された無線通信用の基地局１，２は、デジタル回線網であるネットワーク４に接続してあり、有線電話機の交換局であるＰＳＴＮ（Public Switched Telephone Network ）局３とも接続してある。また、このネットワーク４には所定のサービスプロバイダ５が接続されており、携帯電話機側からネットワーク４を介してサービスプロバイダ５にアクセスすることにより、契約内容に従って各種のサービスを受けることができる。
【０００７】
このサービスは、例えば、ＳＭＳ−ＰＰ（Short Message Service Point-To-Point）または、同報通信のＳＭＳ−ＣＢ（Short Message Service Cell Broadcast）等を用いて所定のデータを携帯電話機に送信し、それに対する応答に基づいて、サービス利用者のメッセージや選択結果等の情報を携帯電話機に送信するといったような形で行われる。また、インターネットへのアクセスを行うようにしても良い。
【０００８】
携帯電話機６は、最寄りの基地局１と無線通信１ａを行い、デジタル回線網であるネットワーク４に接続される。また基地局２で、別の携帯電話機７と無線通信２ａを行い、ネットワーク４に接続させることができる。
【０００９】
なお、各携帯電話機６は、回線が接続されていないアイドル状態にある場合、最寄りの基地局１から送信されてくるスケジュール指示にしたがい、定期的に、基地局に制御信号を送信する。これにより、携帯電話機６は、基地局１の制御下にあることを認識し、呼接続維持を行う。同様に、携帯電話機７も、最寄りの基地局２に制御信号を送信することで、呼接続維持を行う。
【００１０】
例えば、携帯電話機６が携帯電話機７に対して発呼する場合、携帯電話機６のユーザは、携帯電話機７の電話番号を入力し、発信ボタンを操作して、携帯電話機６にダイヤル発信処理を指示する。ダイヤル発信処理を指示された携帯電話機６は、基地局１と無線通信を行い、基地局２に接続する。なお、このダイヤル発信処理は、携帯電話機６に内蔵される記憶部が記憶しているソフトウェアにより自動的に実行されるようにしてもよい。
【００１１】
基地局１は、ネットワーク４および図示せぬ交換局等を介して、携帯電話機７が位置登録されている基地局２と通信を行い、基地局２は、その通信に基づいて、携帯電話機７と無線通信を行う。このようにして、最終的に携帯電話機６と携帯電話機７が接続され、通話可能となる。
【００１２】
このようなシステムで使用される携帯電話機に適用可能な電池の残容量の測定方法として、使用中の電池の出力電圧を測定する方法がある。図８は、図７に示した携帯電話機６などに適用される従来の残容量測定方法の原理を示す図である。
【００１３】
図８において、電源部６ａは、例えば、アルカリ乾電池やマンガン乾電池等の一次電池、または、ニッケルカドミウム蓄電池、ニッケル水素蓄電池、若しくは、リチウムイオン蓄電池等の二次電池であり、本体回路等により構成される負荷６ｃに接続され、電源を供給している。電源部６ａは、図８に示されるように、等価的に、電圧源であるバッテリセル（以下単にバッテリと称する）６ｂと内部抵抗Ｒｉとにより構成される。
【００１４】
このような回路において、電源部６ａの出力電圧Ｖ0 が測定され、その出力電圧Ｖ0 の値から、予め作成されている電源部６ａの放電特性のテーブルを用いて、電源部６ａの残容量が算出される。
【００１５】
しかしながら、本体回路である負荷６ｃにおいては各種の処理が行われており、その処理の内容によって負荷６ｃの消費電力は大幅に変化する。すなわち、電源部６ａと負荷６ｃとの間においては、負荷電流ｉが流れており、負荷６ｃの状態により負荷電流ｉの値が変化する。従って、内部抵抗Ｒｉによる電圧降下の量も変化し、測定された出力電圧Ｖ0 の値が変化してしまうので、出力電圧Ｖ0 より正確に残容量を算出することができない場合があった。
【００１６】
そこで、図８の負荷６ｃが携帯電話機である場合等において、負荷電流ｉの値が既知である状態のときの、出力電圧Ｖ0 を計測することにより、電源部６ａの内部インピーダンスを求め、その内部インピーダンスと、電源部６ａの残容量との相関を利用して、残容量を求める方法が提案されている。
【００１７】
即ち、図９は、負荷電流ｉが既知の値であるとして、出力電圧Ｖ0 を測定する方法の１つである従来のTDMA同期型電圧検出方法の原理を示す図である。
【００１８】
図９において、図９（ａ）の波形は、送信用タイムスロット（ＴＤＭＡ（Time Division Multiple Access ） TX Timeslot）の波形である。ＴＤＭＡ方式は、ＧＳＭ（Global System for Mobile Communications ）やＰＤＣ（Personal Digital Cellular ）等の無線通信方式で使用されている無線通信技術であり、送信と受信を時分割で行う処理であり、送信用タイムスロットは、送信時に出力されるバーストタイミング（Burst Timing）を示している。
【００１９】
図９（ｂ）の波形は、電源部の出力電圧Ｖ0 （バッテリ出力電圧）の波形を示しており、図９（ｃ）のパルスは、電源部の出力電圧Ｖ0 を測定するタイミングであるサンプリングタイムを示している。
【００２０】
図９（ａ）に示す送信用タイムスロットにおいてバーストが出力されるとき（Ｔ−１，Ｔ０、およびＴ＋１）、図８に示される負荷電流ｉが大きくなるので、図９（ｂ）の波形に示されるように、電源部の出力電圧Ｖ0 の値は、降下している（Ｖ−１，Ｖ０、およびＶ＋１）。出力電圧Ｖ0 は、図９（ｃ）のパルスに示されるように、バーストが出力されるタイミング（Ｓ−１，Ｓ０、およびＳ＋１）で測定される。そして、その出力電圧Ｖ0 と負荷電流ｉとから、電源部の内部インピーダンスが求められ、その内部インピーダンスから、電源部に内蔵された二次電池（バッテリ）の残容量が算出される。
【００２１】
この場合、負荷電流ｉは、電波の送信出力を調整するパワークラス値（Power Class ）を利用して認識される。即ち、一般的な携帯電話機には、送信出力を制御するためのパワークラス値（Power Class ）が、基地局から供給されており、携帯電話機が、制御信号や通話データ等を基地局に送信する場合、他の携帯電話機より送信された制御信号や通話データ等に悪影響を与えないようにするため、パワークラス値を用いて、上述した送信用タイムスロットにおける送信出力が、基地局における受信レベルがすべての携帯電話機について同じになるように調整される。
【００２２】
このパワークラス値は、基地局から携帯電話機の距離に比例して増減される。すなわち、基地局と携帯電話機の距離が近いほど、送信出力が小さくなるようにパワークラス値が調整され、逆に、基地局と携帯電話機との距離が遠いほど、送信出力が大きくなるようにパワークラス値が調整される。携帯電話機では、このパワークラス値から携帯電話機の送信部の増幅回路における消費電力が算出され、その消費電力より負荷電流ｉが算出される。
【００２３】
しかしながら、他の処理動作によっても負荷電流ｉは変化する。すなわち、図９（ｂ）の波形において示されるように、送信用タイムスロット（TDMA TX Timeslot）においてバーストが出力されるタイミングであるＴ−１に対応する、タイミングＳ−１において測定された出力電圧Ｖ−１、Ｔ０に対応するタイミングＳ０において測定された出力電圧Ｖ０、および、Ｔ＋１に対応するタイミングＳ＋１において測定された出力電圧Ｖ＋１は、互いに異なる値をとっている。
【００２４】
具体的には、タイミングＳ−１からＳ０にかけて、他の処理動作が少なくなって負荷電流が小さくなり、出力電圧が上昇しており、出力電圧Ｖ０の値の方が出力電圧Ｖ−１の値より大きくなっている。また、タイミングＳ０からＳ＋１にかけて、他の処理動作が増加して負荷電流が大きくなり、出力電圧が下降しており、出力電圧Ｖ＋１の値の方が、出力電圧Ｖ０の値より小さくなっている。
【００２５】
このように、実際の負荷電流ｉには、携帯電話機の送信部の増幅回路に流れる電流だけでなく、携帯電話機において他の様々な処理を行うブロックに流れる電流も含まれるため、携帯電話機の送信部の増幅回路に流れる電流を、負荷電流ｉとして、電源部の内部インピーダンスを求めたのでは、その内部インピーダンスの算出値に、大きな誤差が含まれることがある。
【００２６】
また、残容量の算出方法としては、例えば、電源部の充放電時の電流を全て積算する方法もある。この電流積算方法においては、電源部の最大電流容量を何らかの方法により予め測定しておく必要がある。また、電源部の最大電流容量は、温度特性や経時変化等により大きく変化する。従って、非常に複雑な補正計算処理が必要になる場合がある。さらに、電源部の種類等に基づいて必要な補正計算処理も異なってくるので、電源部を交換するたびに、電源部に関する情報が予め必要になる。
【００２７】
特許文献１には、この種の二次電池を電源として使用する電子機器での電池残量を表示させる処理についての開示がある。この特許文献１に記載された処理では、正確な電池残容量を判断するために、バッテリ電圧検出アンプの出力をマイクロコンピュータに入力させて、そのマイクロコンピュータ内での演算で、電池残量を求めるようにしてある。
【特許文献１】特開平１１−２１５７１８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２８】
上述したように、単純に電源部の出力電圧Ｖ0 と負荷電流を測定して、その値に基づいた演算だけから、電池の残量を検出しようとしても、その残量の検出精度には限りがあり、より高い精度で電池残量を検出する方法として、電源と負荷との間に、電流検出用の微小な抵抗を接続して、その電流検出用の抵抗を、電源内の内部抵抗と等価にできるような処理を行う方法がある。即ち、後述する実施の形態で説明する図２に示すように、電源５０と負荷５９との間に、電流検出用の抵抗Ｒｄを接続して、電源５０と抵抗Ｒｄとの間で電源の出力電圧Ｖ0 を検出すると共に、抵抗Ｒｄと負荷５９との間でも電圧Ｖｄを検出する。
【００２９】
電源５０内の内部抵抗Ｒｉにより生じた電圧降下を、バッテリ５１が発生している定電圧から差し引いた電圧が、電源の出力電圧Ｖ0 になるが、このように電流検出用の抵抗Ｒｄを設けたことで、現在の消費電流ｉを監視することができ、即ち、出力電圧Ｖ0 と検出電圧Ｖｄとの差分と、抵抗Ｒｄの抵抗値を使用して、現在の消費電流ｉを検出することができる。さらに、電流検出用の抵抗Ｒｄと、内部抵抗Ｒｉを等価にすることができれば、無負荷時の電源の出力電圧に相当する電圧を得ることができ、負荷電流に依存しない電圧測定が可能である。
【００３０】
このことを数式で示すと、以下のようになる。まず、負荷電流ｉは、次式で示される。
【数１】
2005127917.tif 000003
【００３１】
また、内部抵抗Ｒｉは、バッテリそのものの電圧Ｖbat （定電圧）とすると、次式で示される。
【数２】
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【００３２】
これら〔数１〕式及び〔数２〕式から次式が得られる。
【数３】
2005127917.tif 000005
【００３３】
さらに、〔数３〕式から次式が得られる。
【数４】
2005127917.tif 000006
これは、即ち電流検出抵抗Ｒｄの両端で生じる電圧差を、このＧ倍したことで等価となることを示している。
【００３４】
このようにして算出して補正する状態を、図１０に示す。この図１０の縦軸は電源の出力電圧の変化を示し、横軸は電源内のバッテリ残量を示す。初期電圧Ｖini は、バッテリの特性で決まる満充電における出力電圧を示す。また、放電曲線αは、バッテリの特性で与えられる、ある条件で放電した場合の電源出力電圧と残容量との関係を示している。ここで、電源出力電圧の測定電圧Ｖｍが検出された場合に、ある負荷電流であった場合には内部抵抗Ｒｉの影響を受けているので、そのままの電圧Ｖｍと放電曲線αとから求まった残容量Ｃｍは、負荷電流の影響から正確な残量とは言えない。ここで、測定電圧Ｖｍに、上述した〔数１〕式〜〔数４〕式に基づいた補正電圧を加えて、補正された電圧Ｖｍｃを得ることで、このときの正確な残容量Ｃ１が算出される。
【００３５】
図１１に示した回路構成は、この〔数１〕式〜〔数４〕式に基づいた補正電圧を加えて補正された電圧を求める処理を実行する構成を示したものである。電源が接続される端子８１を、電流検出用抵抗Ｒｄを介して負荷側に接続する構成として、その抵抗Ｒｄの一端側（端子８１と接続される側、即ち電源側）を、抵抗Ｒ１１，Ｒ１２の直列回路を介して接地し、抵抗Ｒｄの他端側（即ち負荷側）を、抵抗Ｒ１３，Ｒ１４の直列回路を介して接地する。抵抗Ｒ１１，Ｒ１２の抵抗値を等しくすると共に、抵抗Ｒ１３，Ｒ１４についても抵抗値を等しく設定し、両抵抗の接続中点に出力電圧Ｖ0 及び検出電圧Ｖｄをそれぞれ１／２にした電圧を得る。そして、抵抗Ｒ１１，Ｒ１２の接続中点を、第１のアンプ８２の＋側入力端に接続し、抵抗Ｒ１３，Ｒ１４の接続中点を、抵抗器Ｒ１５を介して第１のアンプ８２の−側入力端に接続し、第１のアンプ８２の−側入力端と出力端とを抵抗Ｒ１６で接続する。第１のアンプ８２は、電流検出抵抗Ｒｄで生じる電圧降下を増幅するもので、この第１のアンプ８２のゲインは、上述した〔数４〕式で示したゲインに設定する。このゲインは、抵抗器Ｒ１５，Ｒ１６で決まる。
【００３６】
さらに、第１のアンプ８２の出力端を、抵抗Ｒ１８を介して第２のアンプ８３の−側入力端に接続し、基準電圧Ｖref が得られる端子８４を、抵抗Ｒ１７を介して第２のアンプ８３の＋側入力端に接続する。また、抵抗Ｒ１１，Ｒ１２の接続中点を、抵抗Ｒ１９を介して第２のアンプ８３の−側入力端に接続し、第２のアンプ８３の−側入力端と出力端を抵抗Ｒ２０で接続する。この第２のアンプ８３は、第１のアンプ８２が出力する補正電圧を、抵抗Ｒ１１，Ｒ１２の中点の電圧に加算するためのものである。従って、第２のアンプ８３の出力には、〔数１〕式〜〔数４〕式で説明した、負荷電流の影響が除去された測定電圧が得られることになる。
【００３７】
そして、第２のアンプ８３の出力端に得られる信号を、アナログ／デジタル変換器８５に供給して、端子８７に得られるサンプリングパルスに同期したタイミングでサンプリングしてデジタル変換し、変換されたデータを出力レジスタ８６を介して出力させる。この出力データを、この機器の中央制御ユニット（ＣＰＵ）に供給する。変換器８５でサンプリングする周期は、ＣＰＵが電源の監視を行うために設定した周期である。ＣＰＵ側では、例えば供給された電圧データが、図１０の放電曲線中のどの位置に相当するのかを判断して、電源としてのバッテリの残量を判断して、その残容量に基づいた表示などを行うようにしてあった。
【００３８】
ところが、この図１０，図１１に示した処理では、機器のＣＰＵ側の負担が大きいという問題があった。即ち、図１１の回路構成により測定された電圧データを、機器のＣＰＵに送って、そのＣＰＵ内で図１０に示した放電曲線α中のどの位置に対応するのかを、ＣＰＵに接続されたメモリから放電曲線αのデータを参照し、その判断した位置から残量を算出する処理が必要であり、バッテリ残量監視のために、ＣＰＵが多大な処理を必要とする問題があった。
【００３９】
また、図１１の構成では示してないが、より正確なバッテリ残量を測定するためには、バッテリの温度特性を補正する必要がある。この温度特性補正についても行う場合には、そのための補正の演算処理についてもＣＰＵが行う必要があり、よりＣＰＵの負担が大きくなってしまう問題があった。
【００４０】
本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、正確なバッテリ残量の測定がＣＰＵの如き制御手段に負担をかけずに簡単に行えることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００４１】
本発明は、電池で構成される電源の出力電圧を検出する場合に、電源と負荷との間に直列に接続された、負荷に流れる負荷電流を検出する電流検出用抵抗を用いて電源の内部抵抗における負荷電流による電圧降下値を検出し、その検出された電圧降下値によって電池の出力電圧を補正する出力電圧検出処理と、電池の放電特性をほぼ直線状に補正する出力電圧変換テーブルに基づいて、電圧検出処理で検出された出力電圧を補正する電圧補正処理とを行うようにしたものである。
【００４２】
このようにしたことで、検出された出力電圧が電池残量に比例してほぼ直線状に変化するようになり、電池残量との対応が容易にとれるようになり、例えばその検出データに基づいて電池残量を表示させる処理が、検出データから簡単に行えるようになる。
【発明の効果】
【００４３】
本発明によると、検出された出力電圧と電池残量との対応が容易にとれるようになり、電圧検出データに基づいた処理が簡単に行えるようになる。従って、例えばＣＰＵなどの制御手段での処理負担を大幅に少なくすることが可能になり、それだけ本発明を適用した装置における制御構成を簡易化することができる。
【００４４】
この場合、電源の温度に基づいて検出された電圧から、負荷電流検出用抵抗で検出された電圧を増幅する際のゲイン制御値を得てゲイン制御することで、温度補償についても行われ、従来はＣＰＵなどの外部からのサポートがないと不可能であった温度補償が、電池電圧検出部内での処理だけで行えるようになり、簡単に正確な電池残量が検出できるようになる。
【００４５】
また、出力電圧をほぼ直線状の放電特性に変換する出力電圧変換テーブルは、ＭＯＮＯＳ構造のメモリとして構成し、電圧検出処理及び電圧補正処理を行う回路と同一の集積回路上に構成させたことで、本発明の処理を行う集積回路を簡単に構成させることができるようになる。
【００４６】
また、電圧補正された出力電圧に基づいて、電池の残容量を算出する残容量算出手段や、その残容量算出手段で算出された残容量の表示手段などを備えることで、残容量の表示などを行うための残容量算出手段での電池残容量の算出が簡単に行えるようになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４７】
以下、本発明の一実施の形態を、図１〜図６を参照して説明する。
本例においては、電子機器に内蔵された二次電池（リチウムイオン蓄電池など）の残容量を測定する処理に適用したものである。図１は、本例の処理を行う構成を組み込んだ電子機器の例として、携帯電話機の構成例を示した図である。携帯電話機が使用される無線ネットワークシステム構成としては、例えば従来例で説明した図７のシステム構成が適用可能である。
【００４８】
図１に示した携帯電話機の構成例について説明すると、アンテナ１１はセレクタ１２を介して受信ＲＦ（Radio Frequency ）部１３及び送信ＲＦ部２８に接続してあり、受信アンテナと送信アンテナを兼用する。まず受信系の構成について説明すると、受信ＲＦ部１３は、セレクタ１２を介してアンテナ１１より供給された受信信号に対して、中間周波フィルタ等を用いた帯域制限や、ＡＧＣ（Automatic Gain Control）等のゲイン調整等の処理を行い、処理した受信信号をミキサ１４に供給する。
【００４９】
ミキサ１４では、受信ＲＦ部１３より供給された受信信号に、局部発振器等により構成される局発部２０より供給された信号を乗算して、所定の周波数の受信信号が得られるようにし、所定の周波数を抽出した受信信号（中間周波信号）を受信ＩＦ（Intermediate Frequency）部１５に供給する。受信ＩＦ部１５は、取得した受信信号をデジタル変換し、位相と振幅が直交変調された、所定のビットレートのＩデータ及びＱデータとして受信復調部１６に供給する。
【００５０】
受信復調部１６は、取得したＩデータ及びＱデータの受信信号に対して、フェージング等の影響除去処理、受信した信号の種類判別処理、多重化された信号を分離するデインタリーブ処理、およびエラーコレクション等の誤り制御処理等を行い、適切な復号を行い音声データと通信データを分離する。そして、受信復調部１６は、分離された音声データを音声復号部１７に供給し、分離された通信データを通信データ復号部２１に供給する。
【００５１】
音声データは、受信したバースト毎のブロックに分割されて圧縮されており、音声復号部１７は、取得した音声データを所定の方式で伸長し、復号した後、アナログ変換し、スピーカアンプ１８に供給する。スピーカアンプ１８は、供給される音声信号を増幅し、スピーカ１９より出力する。また、受信復調部１６より通信データが供給された通信データ復号部２１は、取得した通信データを所定の方式で伸長して復号し、バスラインを介して中央制御ユニット（ＣＰＵ）３０、ＲＡＭ３２等に供給する。
【００５２】
次に、送信系の構成について説明すると、マイク２２に入力された音声は電気信号に変換され、マイクアンプ２３に供給され、増幅された後、音声符号化部２４に供給される。音声符号化部２４は、取得した音声信号に対して、所定のサンプリングレートでデジタル変換を行い、符号化した後、圧縮処理を施す。そして、音声符号化部２４は、圧縮した音声データを、送信用のバースト信号に応じたブロック毎に分割し、送信変調部２５に供給する。
【００５３】
また、通信データ符号化部２９は、バスラインを介してＣＰＵ３０などより供給された通信データを符号化した後、圧縮し、送信用のバースト信号に応じたブロック毎に分割して送信変調部２５に供給する。送信変調部２５は、取得した音声データおよび通信データを多重化し、直交変調して所定のビットレートのＩデータ及びＱデータ（直交するＩ軸とＱ軸とで定義される平面上で表されるシンボル）として送信ＩＦ部２６に供給する。送信ＩＦ部２６は、取得したＩデータ及びＱデータをアナログ変調信号に変換し、ミキサ２７に供給する。
【００５４】
ミキサ２７では、送信ＩＦ部２７より供給されたアナログ変調信号に、局部発信器等により構成される局発部２０より供給された信号を乗算して、所定の周波数の送信信号が得られるようにし、所定の周波数の送信信号を送信ＲＦ部２８に供給する。送信ＲＦ部２８は、供給される送信信号を増幅し、セレクタ１２を介してアンテナ１１に供給し、放射させる。
【００５５】
本例の携帯電話機の各部の動作を制御する制御手段であるＣＰＵ３０は、ＲＯＭ３１若しくはＥＥＰＲＯＭ３３に記憶されているプログラムに従って各種の処理を実行する。また、時計機能を有するＲＴＣ（Real Time Clock ）３４がバスラインに接続してあり、このＲＴＣ３４が内蔵するＲＡＭ等に保持された時刻情報を、ＣＰＵ３０の制御で各部に供給する。
【００５６】
また、ＣＰＵ３０は、入出力インタフェース３５に接続された各部とのデータ転送の制御を行う構成としてある。入出力インタフェース３５には、有機ＥＬ（Electro luminescence）ディスプレイやＬＣＤ（LiquidCrystal Display ）等の表示手段より構成されるディスプレイ３６、ダイヤルキーやジョグダイヤル等よりなるキー部３７、赤外線インタフェースおよびデジタルデータインタフェースなどにより構成されるデータ通信部３８、フラッシュメモリやハードディスクなどより構成される外部記憶部３９、ＳＩＭ（Subscriber Identity Module）と称されるメモリカードが装着されるＳＩＭスロット部４０などが接続されている。
【００５７】
ディスプレイ３６は、各種のメニューや、電話番号が登録された電話帳などが表示される。また、電源５０に内蔵されたバッテリの残容量を表すアイコンなども表示される。このバッテリの残容量を表すアイコン表示としては、例えば３段階や４段階のように、比較的限られた段数で表示させる。
【００５８】
また本例の携帯電話機は、各部を作動させる電源５０を備えており、その電源５０として、リチウムイオン蓄電池などで構成される二次電池を内蔵する。その電源５０の出力電圧を、バッテリ電圧検出部６０で検出して、その検出データをＣＰＵ３０に送る構成としてある。ＣＰＵ３０では、供給された電源の出力電圧データを参照して、二次電池の残容量を判断して、その残容量を示すアイコンを、ディスプレイ３６に表示させる。
【００５９】
図２は、電源５０の出力電圧をバッテリ電圧検出部６０で検出する原理を示した図である。電源５０は、二次電池で構成されるバッテリ５１が内蔵してあり、等価的な回路で示すと、バッテリ５１には内部抵抗Ｒｉが接続された状態となっている。また、バッテリ５１の温度を検出するために、サーミスタ５２を電源５０が備え、そのサーミスタ５２の出力についてもバッテリ電圧検出部６０に供給するようにしてある。
【００６０】
負荷５９は、図１に示した各回路ブロックに相当し、電源５０と負荷５９との間には、負荷電流を検出するための抵抗Ｒｄを接続させてある。この電流検出抵抗Ｒｄとしては、微小抵抗が採用されており、これにより、電流検出抵抗Ｒｄにおける電圧降下は、負荷５９における電圧降下からすれば、無視することができる程度のものとされている。そして、電源５０と抵抗Ｒｄとの間で電源の出力電圧Ｖ0 を検出すると共に、抵抗Ｒｄと負荷５９との間でも電圧Ｖｄを検出する。
【００６１】
この出力電圧Ｖ0 と電圧Ｖｄとから、バッテリ５１の正確な出力電圧を検出するための基本的な原理については、従来技術として説明した、〔数１〕式〜〔数４〕式に基づいた原理である。即ち、電源５０内の内部抵抗Ｒｉにより生じた電圧降下と等価な電圧降下を、出力電圧Ｖ0 と検出電圧Ｖｄとの差分に基づいて検出して、補正するようにしたものである。
【００６２】
図３は、本例のバッテリ電圧検出部６０の構成を示した図である。本例のバッテリ電圧検出部６０を検出する各回路は、１つ又は複数の集積回路により構成させてあり、データ変換用のテーブルであるメモリについても、その集積回路内に構成させてある。電源５０の出力端子６１と負荷５９との間には、既に説明した電流検出抵抗Ｒｄが接続してあり、その抵抗Ｒｄの一端側（端子６１と接続される側、即ち電源側）を、抵抗Ｒ１，Ｒ２の直列回路を介して接地し、抵抗Ｒｄの他端側（即ち負荷側）を、抵抗Ｒ３，Ｒ４の直列回路を介して接地する。抵抗Ｒ１，Ｒ２の抵抗値を等しくすると共に、抵抗Ｒ３，Ｒ４についても抵抗値を等しく設定し、両抵抗の接続中点に出力電圧Ｖ0 及び検出電圧Ｖｄをそれぞれ１／２に分圧した電圧を得る。そして、抵抗Ｒ１，Ｒ２の接続中点に得られる電圧と、抵抗Ｒ３，Ｒ４の接続中点に得られる電圧を、減算器６２に供給して、両電圧Ｖ0 ，Ｖｄの差分を検出し、その差分を可変利得アンプ６３に供給する。この可変利得アンプ６３のゲインは、後述する温度補正テーブル７５から供給される制御データにより制御される。この可変利得アンプ６３のゲインは、既に説明した〔数４〕式で設定されるゲインである。
【００６３】
そして、可変利得アンプ６３の出力電圧と、抵抗Ｒ１，Ｒ２の接続中点に得られる電圧と、端子６５に得られる基準電圧Ｖref とを、減算器６４に供給して、基準電圧Ｖref から可変利得アンプ６３の出力電圧と抵抗Ｒ１，Ｒ２の接続中点電圧とを減算する。減算器６４で減算された電圧をアンプ６６に供給し、アンプ６６の出力をアナログ／デジタル変換器６７に供給する。なお、基準電圧Ｖref としては、例えば満充電時のバッテリ５１の出力電圧の１／２に設定する。このように設定することで、アンプ６６の出力として、放電と共に０Ｖから電圧が上昇していく特性をもった測定値が得られることになる。
【００６４】
抵抗Ｒ１，Ｒ２と抵抗Ｒ３，Ｒ４で分圧する構成から、このアンプ６６までの構成が、電流検出用抵抗Ｒｄを用いて電源の内部抵抗Ｒｉにおける負荷電流による電圧降下値を検出し、その検出された電圧降下値によって電源５０の出力電圧を補正する出力電圧検出処理を行う出力電圧検出手段に相当する。この出力電圧検出処理での補正は、既に説明した〔数１〕式〜〔数４〕式の原理で、無負荷時のバッテリ出力電圧を検出（推定）するための処理である。
【００６５】
そして、アナログ／デジタル変換器６７では、端子７０に得られるサンプリングパルスに基づいたタイミングで、アンプ６６の出力をサンプリングしてデジタルデータとし、変換されたデータを電圧補正テーブル６８に供給する。電圧補正テーブル６８は、入力された電圧データに対応したアドレスに、その電圧データを補正した電圧データが書き込ませてあるメモリであり、温度補正テーブル７５から供給される制御データにより、参照するページを変化させるようにしてある。即ち、温度毎に最適な補正データを使用して、電圧補正を行うテーブルとしてある。この場合、温度補正テーブル７５で補正される電圧データは、電源５０に内蔵されたバッテリ５１の放電特性をほぼ直線状に補正するデータとしてある。この放電特性をほぼ直線状に補正する例については後述する。
【００６６】
そして本例の電圧補正テーブル６８は、ＭＯＮＯＳ構造のメモリで構成させてあり、基本的にアナログ回路であるバッテリ電圧検出部６０内の他の回路と、同一の集積回路上に構成させてある。ＭＯＮＯＳ構造のメモリの基本構造を図４に示すと、シリコン基板１００上に、トンネル酸化膜１０１と、電荷蓄積手段１０２と、絶縁膜１０３と、ゲート酸化膜１０４とを形成させる構成とする。シリコン基板１００には、ソース１００ｓとドレイン１００ｄを形成させてある。ここで、電荷蓄積手段１０２をＳｉ3 Ｎ4 等で形成して、電子をこの電荷蓄積手段１０２に注入して構成する。このように構成したことで、酸化膜に欠陥があっても、保持された電荷が散逸しない特徴を有し、酸化膜の薄膜化が可能、微細化が容易等の効果の他に、アナログ回路で構成された集積回路上に不揮発性メモリを構成させることができる特徴を有する。本例の場合にも、この特徴を利用して、アナログ回路であるバッテリ電圧検出部６０を構成する集積回路内に、不揮発性メモリとして電圧補正テーブル６８を構成させてある。また、後述する温度補正テーブル７５についても、同じ集積回路内に構成させてある。
【００６７】
図３の説明に戻ると、電圧補正テーブル６８から読出された補正された電圧データは、出力レジスタ６９を介して出力させ、図１に示したＣＰＵ３０などに供給する。出力レジスタ６９についても、端子７０に得られるサンプリングパルスにより保持タイミングが制御される。
【００６８】
この電圧補正テーブル６８とその周辺構成、即ち、アナログ／デジタル変換器６７と電圧補正テーブル６８と出力レジスタ６９とが、バッテリ５１の放電特性をほぼ直線状に補正する出力電圧変換テーブルに基づいて、電圧検出処理で検出された出力電圧を補正する電圧補正処理を行う電圧補正手段に相当する。
【００６９】
また本例においては、電源５０内のサーミスタ５２の出力が供給される端子７１に得られる電圧に、バイアス回路７２でバイアス電圧を加算した後、アナログ／デジタル変換器７３でデジタルデータに変換し、その変換された電圧データをレジスタ７４に蓄積させた後、温度補正テーブル７５に入力させる。アナログ／デジタル変換器７３及びレジスタ７４についても、端子７０に得られるサンプリングパルスでサンプリングタイミングが設定される。
【００７０】
温度補正テーブル７５についても、上述した電圧補正テーブル６８と同様に、ＭＯＮＯＳ構造のメモリで構成させて、バッテリ電圧検出部６０内の他の回路と同一の集積回路に構成させてある。温度補正テーブル７５は、バッテリ温度に対応した電圧データである入力電圧データに基づいて、その温度で必要な可変利得アンプ６３のゲイン及び電圧補正テーブル６８での変換テーブルのページのデータを得るテーブルである。この温度補正テーブル７５で読出されたゲインの制御データについては、可変利得アンプ６３に供給してそのときのバッテリ温度に対応したゲインを設定させる。また、温度補正テーブル７５で読出された電圧補正テーブル６８での変換テーブルのページのデータは、電圧補正テーブル６８に供給して、電圧補正テーブル６８での変換に使用するページを設定させる。
【００７１】
図５は、本例のバッテリ電圧検出部６０での電圧補正の原理の例を示した図である。本例の場合、電源５０に内蔵されたバッテリ５１は、満充電状態からの残容量の減少に伴って、図５の放電曲線Ｖａで示すように変化する。この放電曲線Ｖａで示される放電可能時間と出力電圧との関係はリニアではない。また、放電曲線Ｖａは温度によって変化がある。ここで、この放電曲線Ｖａの中の、ほぼ満充電時の電圧に相当する初期電圧Ｖini と、終止電圧Ｖend とを設定し、この初期電圧Ｖini と終止電圧Ｖend とをほぼ直線状に結ぶ補正曲線（直線）Ｖｂを設定する。そして、電圧補正テーブル６８で、放電曲線Ｖａ上の値を、補正曲線Ｖｂ上の値に変換する。なお、電圧補正テーブル６８に入力する電圧データは、その前段の減算器６２，６４とアンプ６３，６６などにより構成で、無負荷時のバッテリ出力電圧に相当する電圧に補正されているので、正確に残容量を判断できることになる。
【００７２】
図５での具体的なバッテリ電圧検出例を説明すると、例えば、観測点Ｍ１における放電曲線Ｖａにおける測定電圧Ｖｍ１と、観測点Ｍ２における放電曲線Ｖａにおける測定電圧Ｖｍ２とは、電圧の差分は非常に少ない。これに対して、観測点Ｍ１における補正曲線Ｖｂにおける測定電圧Ｖｍｃ１と、観測点Ｍ２における補正曲線Ｖｂにおける測定電圧Ｖｍｃ２との差分は、補正曲線Ｖｂ上の２つの観測点Ｍ１，Ｍ２の距離が一定であれば一定になる。このことは、例えば現時点での補正電圧から終止電圧までの残容量を推測する際に、その計算が容易になることを意味する。従って、本例のバッテリ電圧検出部６０の出力に基づいて、ＣＰＵ内でバッテリの残容量を判断する処理が、簡単な処理で正確に行えることになり、正確な残量表示が可能になる。また、ディスプレイでバッテリの残量表示を複数段階で行う際に、１段毎に変化させる際の電圧値を、全ての段階で同じ電圧値に設定できるようになる。
【００７３】
図６は、本例による温度補正の原理を示した図である。いま、測定温度Ｔ１が得られたとすると、そのときのバッテリの内部抵抗、内部抵抗曲線ｙから得ることができる。このとき、電流検出抵抗Ｒｄとここで得られた内部抵抗との比が、〔数４〕式でのゲインＧそのものであり、これは設定ゲインＧ１で示される。このように直接ゲインが求められるように、ゲインテーブルを使用することで、処理が簡単になる。また、同じ測定温度Ｔ１から電圧補正曲線ｘを使用することで、放電曲線の温度特性の補正も可能となる。図５に示した補正曲線Ｖｂについては、予め想定される温度範囲において、複数のページとしてメモリ上に用意しておく。そして、測定温度Ｔ１から電圧補正曲線ｘを使用することで、電圧補正テーブル６８の設定ページＰ１が得られる。これは、例えば電圧補正テーブルとして使用するメモリの上位アドレスとして適用することで、ページの選択が可能となる。
【００７４】
このように本例によると、電流検出用抵抗の両端の電圧の検出に基づいて、無負荷時のバッテリ出力電圧に相当する電圧を検出（推定）し、さらにその検出された電圧を、電圧変換テーブルで直線状の放電特性の電圧に変換するようにしたので、携帯電話機として必要な電池残量表示などを行う際に、正確な残量判断が簡単にできるようになる。即ち、ＣＰＵ側では、供給された電圧データから簡単に正確な残量判断ができ、正確な残量判断を行うためのＣＰＵ側での処理負担を少なくできる。特に本例の場合には、温度特性による補正処理が、全くＣＰＵを介さずに行えるので、この点からもＣＰＵの処理負担を減らすことができると共に、温度特性の影響のない正確な検出が簡単に行える効果を有する。
【００７５】
なお、ここまでの説明では、検出された電池残量に基づいて、３〜４段階程度の複数段階で電池残量をディスプレイに表示させると説明したが、本例の場合には、正確な残量検出が可能であるので、例えば数字により電池残量をパーセント表示させるようなことも容易にできる。
【００７６】
なお、上述した実施の形態では、携帯電話機に内蔵された電源としてのバッテリの残量を検出して表示する処理に適用したが、その他の電池が電源として装着可能な各種電子機器にも本発明の処理が適用可能であることは勿論である。また、本発明の処理を実行する電池残量検出機能の少なくとも一部をソフトウェア化して、そのソフトウェア化されたプログラムをパーソナルコンピュータ装置の如きデータ処理装置に実装させて、同様の電池残量検出処理を行うようにしても良い。そのパーソナルコンピュータ装置などのデータ処理装置に実装されるプログラムについては、光ディスク，メモリカードなどの各種記録（記憶）媒体を介して配付しても良く、或いはインターネットなどの通信手段を介して配付しても良い。
【図面の簡単な説明】
【００７７】
【図１】本発明の一実施の形態による機器構成例を示したブロック図である。
【図２】本発明の一実施の形態による観測例を示した説明図である。
【図３】本発明の一実施の形態による検出構成例を示したブロック図である。
【図４】ＭＯＮＯＳ構造の例を示した説明図である。
【図５】本発明の一実施の形態による電圧補正原理の例を示した特性図である。
【図６】本発明の一実施の形態による温度補正原理の例を示した特性図である。
【図７】無線電話システムの構成例を示した説明図である。
【図８】バッテリ電圧の観測例を示した説明図である。
【図９】従来のＴＤＭＡ同期型の通信処理を行う場合の電圧検出例を示した説明図である。
【図１０】従来の電圧補正原理の例を示した特性図である。
【図１１】従来の電圧検出構成例を示した回路図である。
【符号の説明】
【００７８】
３０…中央制御ユニット（ＣＰＵ）、３６…ディスプレイ、５０…電源、５１…バッテリ、５２…サーミスタ、５９…負荷、６０…バッテリ電圧検出部、６３…ゲイン可変アンプ、６６…アンプ、６７…アナログ／デジタル変換器、６８…電圧補正テーブル、６９…出力レジスタ、７３…アナログ／デジタル変換器、７４…レジスタ、７５…温度補正テーブル
【図１】
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【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】
2005127917.tif 000015
【図１０】
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【図１１】
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