(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
二次電池の充電電流の検出値を積算する充電電流積算部と、
前記充電電流の積算値を基に、前記二次電池の充放電回数を測定する充放電回数測定部と、
測定された前記充放電回数を基に、前記二次電池の劣化率を算出する劣化率算出部と、
前記二次電池の充放電電流の検出値を積算する充放電電流積算部と、
前記二次電池の正極と負極との間の電圧を検出する電圧検出部と、
前記二次電池の電極を開放したときの前記二次電池の正極と負極との間の電圧と前記充放電電流の積算値とを対応付けた曲線を、折れ線により近似した近似線を中心として、前記充放電電流の積算値が一定の幅を採る誤差許容領域をあらかじめ設定し、前記充放電電流積算部による前記充放電電流の積算値を、前記電圧検出部で検出された電圧検出値に応じて、前記誤差許容領域に収めるように補正する積算値補正部と、
前記劣化率と、前記充放電電流の積算値とを、前記二次電池の放電負荷である外部機器に対して出力する通信部と、
を有するバッテリパック。
【請求項２】
前記積算値補正部は、前記二次電池の充電完了後に当該二次電池の電極が開放されている間、一定時間ごとに前記充放電電流の積算値を補正する請求項１記載のバッテリパック。
【請求項３】
前記積算値補正部は、前記充放電電流の積算値とともに、前記充電電流の積算値も同様の処理により補正し、補正した前記充電電流の積算値を前記充放電回数測定部に供給する請求項１記載のバッテリパック。
【請求項４】
前記積算値補正部は、前記二次電池の電極を開放したときの前記二次電池の正極と負極との間の電圧と前記充電電流の積算値とを対応付けた曲線を、折れ線により近似した近似線を中心として、前記充電電流の積算値が一定の幅を採る誤差許容領域をあらかじめ設定し、前記充電電流積算部による前記充電電流の積算値を、前記電圧検出部で検出された電圧検出値に応じて、前記誤差許容領域に収めるように補正して、前記充放電回数測定部に供給する請求項１記載のバッテリパック。
【請求項５】
二次電池から電源の供給を受けて動作する電子機器において、
着脱可能なバッテリパックと、
前記バッテリパックと通信する第１の通信部と、
前記二次電池の充放電電流の積算値と、前記二次電池の劣化率とを、前記第１の通信部を通じて前記バッテリパックから受け取り、前記二次電池の残量を算出するバッテリ残量演算部と、
を有し、
前記バッテリパックは、
前記二次電池に対する充電電流の検出値を積算する充電電流積算部と、
前記充電電流の積算値を基に、前記二次電池の充放電回数を測定する充放電回数測定部と、
測定された前記充放電回数を基に前記劣化率を算出する劣化率算出部と、
前記二次電池の前記充放電電流の検出値を積算する充放電電流積算部と、
前記二次電池の正極と負極との間の電圧を検出する電圧検出部と、
前記二次電池の電極を開放したときにおける前記二次電池の正極と負極との間の電圧と前記充放電電流の積算値とを対応付けた曲線を、折れ線により近似した近似線を中心として、前記充放電電流の積算値が一定の幅を採る誤差許容領域をあらかじめ設定し、前記充放電電流積算部による前記充放電電流の積算値を、前記電圧検出部で検出された電圧検出値に応じて、前記誤差許容領域に収めるように補正する積算値補正部と、
前記劣化率と、前記充放電電流の積算値とを前記第１の通信部に対して出力する第２の通信部と、
を有する電子機器。
【請求項６】
二次電池の残量を検出するためのバッテリ残量検出方法において、
前記二次電池が収容されたバッテリパック内に設けられた充電電流積算部が、前記二次電池に対する充電電流の検出値を積算し、
前記バッテリパック内に設けられた充放電回数測定部が、前記充電電流の積算値を基に、前記二次電池の充放電回数を測定し、
前記バッテリパック内に設けられた劣化率算出部が、測定された前記充放電回数を基に、前記二次電池の劣化率を算出し、
前記バッテリパック内に設けられた充放電電流積算部が、前記二次電池の充放電電流の検出値を積算し、
前記バッテリパック内に設けられた電圧検出部が、前記二次電池の正極と負極との間の電圧を検出し、
前記バッテリパック内に設けられた積算値補正部が、前記二次電池の電極を開放したときにおける前記二次電池の正極と負極との間の電圧と前記充放電電流の積算値とを対応付けた曲線を、折れ線により近似した近似線を中心として、前記充放電電流の積算値が一定の幅を採る誤差許容領域をあらかじめ設定し、前記充放電電流積算部による前記充放電電流の積算値を、前記電圧検出部で検出された電圧検出値に応じて、前記誤差許容領域に収めるように補正し、
前記二次電池の放電負荷である電子機器内に設けられたバッテリ残量演算部が、前記劣化率と、前記充放電電流の積算値とを基に、前記二次電池の残量を検出する、
バッテリ残量検出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本技術は、二次電池からの各種検出値に基づく所定の処理を実行する処理回路が二次電池と一体に収容されたバッテリパック、このバッテリパック内の二次電池から電源の供給を受けて動作する電子機器、および、このような電子機器におけるバッテリ残量検出方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、例えばデジタルビデオカメラなどの携帯型の電子機器が急増しており、これらの電子機器に搭載される二次電池の性能が重要視されている。このような二次電池の１つとして、リチウムイオン型といわれるものがある。
【０００３】
また、二次電池を電源として用いる上記のような携帯型の電子機器では、バッテリ残量表示機能を搭載するものが多い。特に、リチウムイオン二次電池では、放電の開始直後および終了直前を除くと、バッテリセル電圧が緩やかで直線的に低下していくという性質を持っていることから、バッテリ残量を比較的正確に予測し、表示することができる。
【０００４】
ただし、このリチウムイオン型を始めとする二次電池は、バッテリセルごとにその容量が決まっているものの、使用する温度によって容量が変わるという特徴がある。例えば、低温使用時では、バッテリセルの内部インピーダンスが高くなるため、同じ電流値を流そうとするときに電圧の降下が大きくなり、バッテリセルの容量が減少する。また、使用を続けることにより充放電の回数が増加した場合においても、容量が減少する特徴がある。これは、充放電を繰り返すことによりバッテリセルが劣化して、使用できる容量が減少するからである。
【０００５】
そこで、従来の二次電池では、バッテリセルの温度や充放電回数を検出する機能を設け、これらの検出値に応じてバッテリ残量を補正することが行われていた。例えば、バッテリセルの温度検出値に応じた残量補正値を、充放電回数ごとに設定することで、バッテリ残量の算出誤差を低減したものがあった（例えば、特許文献１参照）。また、従来の二次電池では、バッテリセルの電圧が所定のしきい値をはさんで増加および減少したときに、充電回数を検出することが一般的であった。
【０００６】
さらに、最近では、バッテリ容量をより正確に予測するために、バッテリセル電圧や電流の検出回路、および上記のような各種補正処理などを行うマイクロコントローラなどを、バッテリセルと同一のパッケージに収容したバッテリパックが市販されている。このようなバッテリパックは、放電負荷とする機器との間で通信を行って、内部の各種検出値を機器に対して出力する機能を備えており、それらの検出値を受信した機器が、バッテリ残量を使用可能時間などとして演算し、表示することが可能になっている。例えば、バッテリパックの内部では、バッテリセルにおける電流積算値と、上述した温度や充放電回数などに基づく容量の劣化率とを検出しており、これらの値を機器側に受信し、バッテリ残量を正確に演算できるようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００５−１４７８１５号公報（段落番号〔００１７〕〜〔００２６〕、図１）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
以上のように、バッテリ残量を正確に演算するためには、バッテリセルにおける電流積算値と、温度や充放電回数に基づく劣化率を正確に検出することが必要である。しかし、上記のように、充電時および放電時のバッテリセルの電圧変化としきい値との比較を基に充放電回数を検出する手法では、しきい値を通過しない比較的狭い電圧範囲で充放電が繰り返された場合には、充放電回数がカウントされないという事態が発生し得る。このような場合、充放電回数が正確にカウントされているとは言えず、劣化率を正確に検出できないという問題があった。また、充放電回数を劣化率に換算する処理についても、実情に即したより細かい処理を行うことが求められていた。
【０００９】
本技術はこのような点に鑑みてなされたものであり、バッテリ残量検出のためのパラメータをより正確に検出できるようにしたバッテリパックを提供することを目的とする。
【００１０】
また、本技術の他の目的は、バッテリ残量をより正確に検出できるようにした電子機器を提供することである。
【００１１】
さらに、本技術の他の目的は、バッテリ残量をより正確に検出できるようにしたバッテリ残量検出方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題を解決するために、充電電流積算部、充放電回数測定部、劣化率算出部、充放電電流積算部、電圧検出部、積算値補正部および通信部を備えるバッテリパックが提供される。
【００１３】
充電電流積算部は、二次電池の充電電流の検出値を積算する。充放電回数測定部は、充電電流の積算値を基に、二次電池の充放電回数を測定する。劣化率算出部は、測定された充放電回数を基に、二次電池の劣化率を算出する。充放電電流積算部は、二次電池の充放電電流の検出値を積算する。電圧検出部は、二次電池の正極と負極との間の電圧を検出する。積算値補正部は、二次電池の電極を開放したときの二次電池の正極と負極との間の電圧と充放電電流の積算値とを対応付けた曲線を、折れ線により近似した近似線を中心として、充放電電流の積算値が一定の幅を採る誤差許容領域をあらかじめ設定し、充放電電流積算部による充放電電流の積算値を、電圧検出部で検出された電圧検出値に応じて、誤差許容領域に収めるように補正する。通信部は、劣化率と、充放電電流の積算値とを、二次電池の放電負荷である外部機器に対して出力する。
【００１４】
また、上記課題を解決するために、着脱可能なバッテリパック、第１の通信部およびバッテリ残量演算部を備える電子機器が提供される。
【００１５】
第１の通信部は、バッテリパックと通信する。バッテリ残量演算部は、二次電池の充放電電流の積算値と、二次電池の劣化率とを、第１の通信部を通じてバッテリパックから受け取り、二次電池の残量を算出する。
【００１６】
さらに、バッテリパックは、充電電流積算部、充放電回数測定部、劣化率算出部、充放電電流積算部、電圧検出部、積算値補正部および通信部を備える。
【００１７】
充電電流積算部は、二次電池に対する充電電流の検出値を積算する。充放電回数測定部は、充電電流の積算値を基に、二次電池の充放電回数を測定する。劣化率算出部は、測定された充放電回数を基に劣化率を算出する。充放電電流積算部は、二次電池の充放電電流の検出値を積算する。電圧検出部は、二次電池の正極と負極との間の電圧を検出する。積算値補正部は、二次電池の電極を開放したときにおける二次電池の正極と負極との間の電圧と充放電電流の積算値とを対応付けた曲線を、折れ線により近似した近似線を中心として、充放電電流の積算値が一定の幅を採る誤差許容領域をあらかじめ設定し、充放電電流積算部による充放電電流の積算値を、電圧検出部で検出された電圧検出値に応じて、誤差許容領域に収めるように補正する。通信部は、劣化率と、充放電電流の積算値とを第１の通信部に対して出力する。
【００１８】
さらに、上記課題を解決するために、バッテリ残量検出方法が提供される。バッテリ残量検出方法では、二次電池が収容されたバッテリパック内に設けられた充電電流積算部が、二次電池に対する充電電流の検出値を積算し、バッテリパック内に設けられた充放電回数測定部が、充電電流の積算値を基に、二次電池の充放電回数を測定し、バッテリパック内に設けられた劣化率算出部が、測定された充放電回数を基に、二次電池の劣化率を算出し、バッテリパック内に設けられた充放電電流積算部が、二次電池の充放電電流の検出値を積算し、バッテリパック内に設けられた電圧検出部が、二次電池の正極と負極との間の電圧を検出し、バッテリパック内に設けられた積算値補正部が、二次電池の電極を開放したときにおける二次電池の正極と負極との間の電圧と充放電電流の積算値とを対応付けた曲線を、折れ線により近似した近似線を中心として、充放電電流の積算値が一定の幅を採る誤差許容領域をあらかじめ設定し、充放電電流積算部による充放電電流の積算値を、電圧検出部で検出された電圧検出値に応じて、誤差許容領域に収めるように補正し、二次電池の放電負荷である電子機器内に設けられたバッテリ残量演算部が、劣化率と、充放電電流の積算値とを基に、二次電池の残量を検出する。
【発明の効果】
【００１９】
二次電池の充電電流の積算値を基に、二次電池の充放電回数が測定され、この測定結果を基に劣化率が算出されるので、二次電池の電圧や充放電電流を基に充放電回数を測定した場合と比較して、劣化率の精度を高めることができる。特に、二次電池の電圧差が小さい範囲で充電および放電が繰り返された場合に、充放電回数の測定誤差を顕著に抑制することができ、その結果、劣化率の算出精度が高められる。従って、このように算出された劣化率を基に二次電池の残量を検出することで、その残量をより正確に検出できるようになる。
【００２０】
また、自然放電による電圧低下に起因する電流積算値の誤差を確実に低減するので、バッテリ残量の算出精度を高めることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】デジタルカメラおよびバッテリパックの要部構成を示す図である。
【図２】バッテリ保護回路のハードウェア構成を示す図である。
【図３】デジタルカメラにおけるバッテリ残量の表示例を示す図である。
【図４】バッテリ保護回路およびデジタルカメラにおけるバッテリ残量表示のための機能を示すブロック図である。
【図５】従来の充放電回数の測定手法を説明するための図である。
【図６】本実施の形態の充放電回数の測定手法を説明するための図である。
【図７】充放電回数の測定手法の他の例について説明するための図である。
【図８】従来の劣化率の算出手法を説明するための図である。
【図９】本実施の形態において劣化率を算出するために用いるグラフである。
【図１０】従来の電流積算値補正手法を説明するための図である。
【図１１】本実施の形態の充放電電流積算値の補正手法を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。なお、以下の実施の形態では、二次電池を電源として動作する機器の例としてデジタルカメラを挙げて説明する。
【００２３】
図１は、デジタルカメラおよびバッテリパックの要部構成を示す図である。図１に示すバッテリパック１は、二次電池からなるバッテリセル１１と、このバッテリセル１１の異常状態に対する保護機能を主に実現するバッテリ保護回路１２とを、一体のパッケージ内に収容したものである。また、デジタルカメラ２は、固体撮像素子（図示せず）により画像を撮像し、その画像をデジタルデータとして記録媒体（図示せず）に記録する装置であり、バッテリパック１から電源の供給を受けて動作する。
【００２４】
バッテリパック１において、バッテリセル１１のプラス端子１１ａおよびマイナス端子１１ｂは、バッテリ保護回路１２のセル側プラス端子１２ａおよびセル側マイナス端子１２ｂと、例えば溶接などによりそれぞれ接続されている。また、バッテリ保護回路１２の外部プラス端子１２ｃおよび外部マイナス端子１２ｄは、デジタルカメラ２に対して電力を供給する給電端子とされるとともに、外部の充電器からの給電を受ける端子も兼ねている。さらに、バッテリ保護回路１２には、デジタルカメラ２との間で通信するためのコントロール端子１２ｅも設けられている。
【００２５】
バッテリ保護回路１２は、マイクロコントローラ１１０、充電制御用ＦＥＴ（Field Effect Transistor）１２１および放電制御用ＦＥＴ１２２、電流検出用の抵抗Ｒ１を備える。このバッテリ保護回路１２では、マイクロコントローラ１１０により、バッテリセル１１の電圧や充放電電流に応じて充電制御用ＦＥＴ１２１および放電制御用ＦＥＴ１２２の動作が制御されることで、異常発生時におけるバッテリセル１１の保護機能が実現される。これとともに、デジタルカメラ２においてバッテリセル１１の残容量を正確に表示するために必要なパラメータを算出し、それらのパラメータをコントロール端子１２ｅを介してデジタルカメラ２に送信する機能も備えている。
【００２６】
なお、バッテリセル１１としては、例えばリチウムイオン型などの二次電池を用いることができる。リチウムイオン二次電池のように、放電電圧が比較的緩やかでかつ直線的に低下する放電特性を有する二次電池を用いることにより、デジタルカメラ２側でバッテリ残量を高精度に検出して、例えば使用可能な残り時間としてバッテリ残量を表示することが可能となる。
【００２７】
一方、デジタルカメラ２は、電源端子２ａおよび２ｂに対してバッテリパック１の外部プラス端子１２ｃおよび外部マイナス端子１２ｄが接続されることで、バッテリパック１から電源の供給を受ける。また、デジタルカメラ２は、バッテリパック１と通信するためのコントロール端子２ｃを備え、バッテリ残量を表示するために必要なパラメータを、バッテリ保護回路１２から受信できるようになっている。
【００２８】
このデジタルカメラ２は、装置全体を統括的に制御するマイクロコントローラ２１と、電源端子２ａからの印加電圧を所定電圧に安定化して装置内部に供給するレギュレータ２２と、画角合わせのためのカメラスルー画像や、記録媒体に記録した画像データに基づく再生画像、バッテリ残量などを表示するためのディスプレイ（ここでは例としてＬＣＤ（Liquid Crystal Display）２３）などを備えている。
【００２９】
図２は、バッテリ保護回路のハードウェア構成を示す図である。
【００３０】
図２に示すように、バッテリ保護回路１２内のマイクロコントローラ１１０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）１１１、ドライバ１１２、通信インタフェース回路１１３、およびＡ／Ｄ変換回路１１４を備えている。
【００３１】
ＣＰＵ１１１は、図示しない不揮発性のメモリに記憶されたプログラムを実行することにより、上述したバッテリセル１１の保護機能や、バッテリ残量演算用の処理機能を実現するための各種演算や制御を行う。ドライバ１１２は、ＣＰＵ１１１による制御の下で、充電制御用ＦＥＴ１２１および放電制御用ＦＥＴ１２２のゲート電圧を出力して、各ＦＥＴを駆動する。
【００３２】
通信インタフェース回路１１３は、例えばシリアル通信を行うインタフェースであり、コントロール端子１２ｅを通じてデジタルカメラ２と接続し、このデジタルカメラ２とＣＰＵ１１１との間で所定のフォーマットに従って通信できるようにする。
【００３３】
Ａ／Ｄ変換回路１１４は、セル側プラス端子１２ａと充電制御用ＦＥＴ１２１との間に挿入された抵抗Ｒ１の両端の電圧、および外部プラス端子１２ｃにおける電圧とを検出し、デジタル信号に変換してＣＰＵ１１１に供給する。これにより、ＣＰＵ１１１は、バッテリセル１１の電圧（以下、セル電圧と呼ぶ）、外部プラス端子１２ｃの電圧に基づく充電開始の有無、および充放電電流の大きさを、随時検出できるようになっている。
【００３４】
充電制御用ＦＥＴ１２１および放電制御用ＦＥＴ１２２は、ソースとドレインとの間にダイオードが等価的に内蔵されたＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor FET）からなり、マイクロコントローラ１１０の制御の下で、それぞれバッテリセル１１の充電時、放電時の保護スイッチとして機能する。すなわち、充電制御用ＦＥＴ１２１は、バッテリセル１１に対する充電電流を選択的に遮断し、導通時には充電器からのバッテリセル１１に対する充電を行うことが可能となる。また、放電制御用ＦＥＴ１２２は、バッテリセル１１の放電電流を選択的に遮断し、導通時にはバッテリセル１１の放電が可能となって、デジタルカメラ２に対する電源供給ができるようになる。そして、ＣＰＵ１１１が、セル電圧や充放電電流、充電開始の有無などの検出に応じてこれらのＦＥＴを制御することで、バッテリセル１１の保護機能が実現される。
【００３５】
なお、図示しないが、デジタルカメラ２の備えるマイクロコントローラ２１は、ＣＰＵやメモリなどからなり、このメモリに記憶されたプログラムをＣＰＵが実行することにより、装置内部の各種制御機能や、バッテリ残量表示のための演算機能などが実現される。
【００３６】
次に、このようなバッテリパック１およびデジタルカメラ２において実現されるバッテリ残量表示機能について、詳しく説明する。まず、図３は、デジタルカメラにおけるバッテリ残量の表示例を示す図である。
【００３７】
デジタルカメラ２においては、図３に示すように、レンズなどが設けられた撮像面に対する背面に、画角合わせや画像再生用のＬＣＤ２３が設けられている。そして、このＬＣＤ２３の画面には、バッテリ残量を示す残量表示画像２３ａが、例えばＯＳＤ（On Screen Display）表示される。本実施の形態では、バッテリ残量は、使用可能な残り時間として表示され、残量表示画像２３ａには、その残り時間が例えば分単位の数字として表示される。なお、この他に例えば、ＬＣＤなどからなる電子ファインダを持つ場合には、この電子ファインダ上に残量表示画像２３ａを表示してもよい。また、画像表示用のディスプレイとは別の表示部に残量を表示してもよい。
【００３８】
図４は、バッテリ保護回路およびデジタルカメラにおけるバッテリ残量表示のための機能を示すブロック図である。
【００３９】
デジタルカメラ２は、バッテリ残量表示のための機能として、残量演算部２１１および表示処理部２１２を備える。これらの機能は、マイクロコントローラ２１によって実現される。また、バッテリ保護回路１２は、バッテリ残量表示のための機能として、充放電回数測定部１３１、劣化率出力部１３２、電流積算部１３３、および積算値補正部１３４を備える。これらの機能は、マイクロコントローラ１１０によって実現される。
【００４０】
デジタルカメラ２の残量演算部２１１は、次の式に従って、バッテリ残量を、使用可能な残り時間として算出する。
バッテリ残量（分）＝｛（現在の電流積算値［ｍＡｈ］×（１−劣化率））／満充電時の電流積算値［ｍＡｈ］｝×（１．０Ｗ当たりの撮影時間［分・Ｗ］／消費電力［Ｗ］）
【００４１】
ここで、現在の電流積算値は、バッテリセル１１における充放電電流の積算値である。また、劣化率は、バッテリセル１１の劣化の度合いを示した指数であり、０以上１以下の値をとる。すなわち、劣化率が０のとき、まったく劣化のない新品のバッテリセル１１であることを示し、劣化率が大きいほど、バッテリセル１１の劣化が進んでいることを示し、劣化率が１のとき、劣化が進んで充放電が完全に不可能であることを示す。本実施の形態では特に、充放電回数が多いほどバッテリ容量が低下することに鑑み、劣化率は、バッテリセル１１における充放電回数に応じた容量低下率を示すことにする。
【００４２】
これらの現在の電流積算値および劣化率は、バッテリパック１側からコントロール端子２ｃを通じて受信する。また、その他のパラメータは、デジタルカメラ２自体の仕様によって決まる値であり、デジタルカメラ２の内部の図示しない不揮発性メモリなどにあらかじめ記憶され、残量演算時に読み出されて利用される。
【００４３】
表示処理部２１２は、残量演算部２１１によって算出されたバッテリ残量に基づく上記の残量表示画像２３ａを生成して、ＬＣＤ２３に表示する画像上に合成し、この合成画像信号をＬＣＤ２３に供給する。これにより、算出されたバッテリ残量（時間情報）を示す残量表示画像２３ａが、ＬＣＤ２３上に表示される。
【００４４】
一方、バッテリ保護回路１２において、充放電回数測定部１３１は、抵抗Ｒ１の両端電圧に基づいてバッテリセル１１に対する充電電流を検出し、その電流積算値を基にしてバッテリセル１１における充放電回数をカウントする。劣化率出力部１３２は、充放電回数のカウント値を基に劣化率を算出し、デジタルカメラ２の残量演算部２１１に出力する。電流積算部１３３は、抵抗Ｒ１の両端電圧に基づいて充電電流および放電電流を検出し、これらの電流値を積算する。積算値補正部１３４は、電流積算部１３３による積算値をセル電圧に応じて補正し、デジタルカメラ２の残量演算部２１１に出力する。
【００４５】
次に、バッテリ保護回路１２の備える各機能について説明する。まず始めに、劣化率を求めるための充放電回数の測定手法について説明する。図５は、参考のために、従来の充放電回数の測定手法を説明するための図である。
【００４６】
上述したように、劣化率は、バッテリセル１１の劣化の度合いを示した指数であり、バッテリセル１１の充放電可能な容量は、（１−劣化率）の値に比例する。劣化率は、バッテリセル１１の充放電回数が多いほど高くなることから、劣化率を求めるために、充放電回数測定部１３１によりバッテリセル１１の充放電回数を測定する。ここで、充放電回数とは、基本的には、セル電圧が０の状態から満充電に至り、さらに電圧０の状態に戻る動作の回数を指す。従来から、このような充放電回数は、セル電圧の増減状況に基づいて測定されていた。
【００４７】
図５にセル電圧の変化の一例を示すが、この図５に示すように、従来では、セル電圧に対して複数のしきい値（ここではＶｔｈ１〜Ｖｔｈ３）を規定しておき、これらのしきい値を横切ってセル電圧が増加した場合、およびしきい値を横切ってセル電圧が減少した場合に、充放電回数をカウントアップするようにしていた。ただし、１回のカウントアップ量を、しきい値の段階の数に応じて細かくするようにし、この例では３段階のしきい値を規定したことから、セル電圧が０の状態から満充電に至り、さらに電圧０の状態に戻るまでを１回の充電と考えて、１つのしきい値を横切ってセル電圧が変化するたびに、充放電回数を１／６回ずつカウントアップするようにしている。
【００４８】
しかし、この手法では、しきい値を通過しない比較的狭い電圧範囲で充放電が繰り返された場合には、充放電回数はカウントされない。すなわち、同じセル電圧の範囲で充放電が繰り返されたとき、劣化の進み具合はほぼ同じと考えられるにもかかわらず、セル電圧の変化の範囲がしきい値を含むか否かによって、カウントされる充放電回数が異なってしまう。このように、従来の充放電回数の測定手法では、充放電回数が正確にカウントされているとは言えず、劣化率を正確に検出できず、バッテリ残量の算出精度が悪化する場合があるという問題があった。
【００４９】
図６は、本実施の形態の充放電回数の測定手法を説明するための図である。
【００５０】
上記の従来の手法に対して、本実施の形態に係る充放電回数測定部１３１は、バッテリセル１１の電流積算値を基に充放電回数をカウントする。しかも、この手法では、充電時の電流（充電電流）のみ積算した値を基に、充放電回数をカウントすることが特徴である。
【００５１】
図６では、充放電動作に伴う充放電電流の積算値の変化を実線で示し、このときの充電電流の積算値を点線で示している。また、充放電回数をカウントアップする充電電流積算値のしきい値を、例として、満充電時の充電電流積算値の２５％としている。このため、４回カウントアップすると充放電回数が１回となるように、１／４回ずつカウントアップを行うようにして、誤差を小さくしている。また、これにより、例えば積算値がしきい値に達する前にリセットなどが行われ、積算値がクリアされた場合でも、積算値が大幅に狂うことを防止できるという効果も生まれる。
【００５２】
このような手法により、比較的狭い電圧範囲で小刻みに充放電が繰り返されたときでも、充放電回数を正確にカウントすることができるようになる。特に、放電電流ではなく、充電電流の積算値を基にカウントすることにより、充放電回数の測定精度を高めることができる。例えば、バッテリパック１の外部プラス端子１２ｃおよび外部マイナス端子１２ｄが開放状態であるときでも、自然放電により微少な放電電流が流れる場合があるが、放電電流を積算すると、このような微少電流を検出できないことがある。このため、放電電流を基に充放電回数をカウントすると、充放電回数の誤差が大きくなる。従って、充電電流の積算値を基に充放電回数を測定することで、その測定精度を高めることができる。
【００５３】
また、放電電流を積算する場合に、微少電流を検出できるようにすると、電流積算値の分解能を高くする必要があるので、積算値を保持するためのメモリのサイズが大きくなる。これに対して、バッテリセル１１の充電時には充電器が接続されて、放電時と比較して大きな電流が連続的に流れることから、充電電流を積算する場合にはその積算の分解能を低くすることができ、その積算値保持用のメモリのサイズを小さくすることもできる。また、充電電流積算値は一定値（上記例では２５％）を超えないので、積算値保持用のメモリ領域を一定サイズとすることができる。
【００５４】
また、充放電回数をカウントアップする充電電流積算値のしきい値は、例えば２５％といったように、比較的大きな値にしても、充放電回数の測定精度を維持することができる。このため、充放電回数のカウント値を保持するためのメモリのサイズを小さくすることもできる。
【００５５】
ところで、以上の手法では、充電電流の積算値が一定値になるごとに充放電回数をカウントアップしていたが、この他に例えば、以下で説明するように、一定時間ごとにカウントアップ動作を行うようにしても、上記と同様に充放電回数の測定精度を高める効果を得ることができる。
【００５６】
図７は、充放電回数の測定手法の他の例について説明するための図である。
【００５７】
この測定手法では、図７に示すように、充放電回数測定部１３１は、一定時間ｔごとの充電電流の積算値を基に、充放電回数の加算値を演算する。この加算値は、一定時間ｔにおける充電電流の積算値を、満充電時における電流積算値で除算することで算出され、算出した加算値を、その時点で算出されていた充放電回数に加算した値が、劣化率出力部１３２に出力される。
【００５８】
この測定手法では、充放電回数の演算は、劣化率出力部１３２が劣化率を出力するタイミングに合わせて実行されればよいため、充放電回数の演算回数を少なくすることができ、また制御も簡単になるというメリットがある。その反面、充放電回数を示す２値データのうちのＬＳＢ（Least Significant Bit）に対応する回数の値を小さくする必要があり、充放電回数を保持するメモリのサイズは大きくなる。
【００５９】
例えば、ＬＳＢに対応する回数を１／４回より小さくしなければ、図６の例と同様の測定精度を得ることができない。また、急速充電時などにおいて一定時間ｔに流れる最大の充電電流を検出できるように、電流積算値を記憶するバッファのサイズを決める必要があるため、このバッファのサイズも大きくなる。従って、以上のメリット、デメリットを考慮して、図６あるいは図７のうちの適切な測定手法が選択されればよい。
【００６０】
以上のように充放電回数が測定されると、劣化率出力部１３２は、その測定結果に基づいて劣化率を出力する。従来、劣化率は、次の図８に示すように、単純な一次線形補正により算出されていた。
【００６１】
図８は、参考のために、従来の劣化率の算出手法を説明するための図である。
【００６２】
従来では、図８に示すような直線を用いて、充放電回数を劣化率に換算していた。図８では、例として３２回充放電を繰り返したときの劣化率をあらかじめ測定しておき、その測定結果を基に作成した直線が示されている。従って、充放電回数が３２回のときに劣化率が０．１だとすると、充放電回数が６４回のときには劣化率が０．２と算出される。あるいは、従来では、このような直線に基づき、充放電回数を複数のステップに分割して、ステップごとに劣化率に換算していた。しかし、実際には、充放電回数と劣化率との関係は線形にはならないため、劣化率の誤差は大きく、そのためにバッテリ残量を正確に表示できなかった。
【００６３】
図９は、本実施の形態において劣化率を算出するために用いるグラフである。
【００６４】
二次電池では、一般に、充放電回数が少ない場合には劣化率が大きく増加し、その後増加率は緩やかになって、ある回数を超えると再び増加率が大きくなることが知られている。例えば、リチウムイオン二次電池には、充放電回数が０回〜約１０回の範囲では、劣化率が急激に増加し、充放電回数が約１０回〜約３００回の範囲では、劣化率が緩やかに増加し、充放電回数が約３００回を超えると、劣化率が再び急激に増加する特性を持つものがある。
【００６５】
そこで、本実施の形態では、図９に示すように、劣化率増加の傾きが変化する変化点Ｃ１およびＣ２を設定し、それらの変化点の間を線形補間して直線で結び、生成された折れ線を用いて充放電回数を劣化率に換算する。図９の例では、変化点Ｃ１は充放電回数が１０回となる位置に設定され、変化点Ｃ２は充放電回数が３００回となる位置に設定されている。なお、図９中の補正終了点Ｅは、充放電回数が３００回より大きいときの変換直線上に設定されて、充放電回数の仕様上の限界点を示す。これらの変化点および補正終了点は、バッテリセル１１の特性に応じた位置に設定されればよい。
【００６６】
以上のような折れ線を用いて充放電回数を劣化率に換算することにより、劣化率の算出誤差を低減することができる。従って、上述した充放電回数の測定手法と併用することで、デジタルカメラ２の残量演算部２１１に対して、より正確な劣化率を出力することが可能になり、バッテリ残量をより正確に算出し、表示できるようになる。
【００６７】
次に、デジタルカメラ２の残量演算部２１１に対して出力する電流積算値の算出手法について説明する。バッテリ保護回路１２において、電流積算部１３３は、バッテリセル１１の充放電電流を積算している。この電流積算は、基本的に、充電電流を検出したときは、その電流の大きさを加算し、放電電流を検出したときは、その電流の大きさを減算することが行われる。このように、電流積算値は、加算と減算とを繰り返すことで算出されるので、誤差が発生しやすく、時間の経過とともにその誤差が大きくなって、算出精度が悪化することが知られていた。例えば、上述したように、バッテリパック１に放電負荷も充電器も接続されていない場合に、自然放電により流れる微少な放電電流を検出できないことも、誤差が発生する一因であった。そこで、従来から、そのような誤差を低減するように、電流積算値を補正することが考えられていた。
【００６８】
図１０は、参考のために、従来の電流積算値補正手法を説明するための図である。充放電電流の積算値とバッテリセル１１の電圧との間には一定の関係があることが知られている。図１０のグラフに示す曲線は、このような特性に基づき、バッテリセル１１の電極端子を開放したときの電圧と充放電電流の積算値との関係を示すものである。このような曲線を補正曲線として利用し、充放電電流から検出した電流積算値を、そのときのバッテリセル１１の電圧に応じた補正曲線上の電流積算値に近づけることで、電流積算値の誤差を低減することができる。このような補正は、バッテリセル１１の電極端子を開放したときに実行する必要があり、従来では、消費電力を抑制するために、充電完了後に１度だけ実行していた。なお、このような補正曲線を用いた補正は、ＯＣＶ（Open Circuit Voltage）補正などと呼ばれている。
【００６９】
しかし、従来では、このような補正曲線を用いた電流積算値の補正機能を持つバッテリパックは少なく、そのような機能を持っていても、数ステップ間隔での簡易的な補正を行うに過ぎなかった。
【００７０】
例えば、図１０に示すように、バッテリセル１１の電圧、および電流積算値について、それぞれ複数のステップを設定する。図１０では、電圧についてはＶ１〜Ｖ４の４ステップ、電流積算値についてもＡＣ１〜ＡＣ４の４ステップを設定している。そして、これらのステップにより生成されるグラフ上の領域のうち、補正曲線を含む領域を、誤差を許容する領域（誤差許容領域）とし、充放電電流の積算値が測定されたときに、この積算値が、そのときのバッテリセル１１の電圧に対応する誤差許容領域に含まれる場合には、その積算値を補正せずにそのまま出力する。また、積算値が誤差許容領域に含まれない場合には、その積算値を誤差許容領域の境界の値に補正する。
【００７１】
例えば、バッテリセル１１の電圧が０以上Ｖ１未満のとき、測定された電流積算値がＡＣ１以下であれば補正を行わないが、ＡＣ１より大きい場合には、電流積算値をＡＣ１に補正して出力する。あるいは、バッテリセル１１の電圧がＶ３以上Ｖ４未満のとき、測定された電流積算値がＡＣ３以上であれば補正を行わないが、ＡＣ３未満であれば、電流積算値をＡＣ３に補正して出力する。なお、電流積算値の誤差は、バッテリセル１１の電圧が最大電圧に対して中間的な領域にある場合には、比較的発生しにくいことから、このような中間的な領域（図１０ではＶ２以上Ｖ３未満の領域）では、電流積算値を補正しないようにしている。
【００７２】
このような補正手法は、ステップの分割数が少ないことから、比較的簡単な処理で実行でき、その実行するためのマイクロコントローラの消費電力も小さかった。しかし、補正精度が高いとは言えず、より精度の高い補正を行うことが要求されていた。特に、最近では、補正を実行するマイクロコントローラの消費電力が小さくなったことに伴い、そのような要求が強くなっていた。
【００７３】
図１１は、本実施の形態の充放電電流積算値の補正手法を説明するための図である。
【００７４】
この図１１に示すように、本実施の形態では、上記と同じ補正曲線上に、従来より多くの補正ポイント（図１１では例として１６ポイント）を設定し、各補正ポイントを直線で接続して近似した折れ線を生成する。そして、この折れ線を中心として、例えば±０．４％といった所定の範囲を、誤差許容領域に設定する。
【００７５】
バッテリ保護回路１２の積算値補正部１３４は、このようにあらかじめ設定された誤差許容範囲に基づき、充放電電流の積算値が測定されたときに、この積算値が、そのときのバッテリセル１１の電圧に対応する誤差許容領域に含まれる場合には、その積算値を補正せずにそのまま出力する。また、積算値が誤差許容領域の上限より高い場合には、その積算値を誤差許容領域の上限値に補正し、積算値が誤差許容領域の下限より低い場合には、その積算値を誤差許容領域の下限値に補正する。
【００７６】
また、積算値補正部１３４は、このような補正処理を、充電が完了し、充電器が取り外された時点から、電極端子が開放状態になっている間に一定時間ごと（例えば１時間ごと）に実行する。すなわち、積算値補正部１３４は、一定時間ごとに、電流積算部１３３により検出された充放電電流の積算値と、バッテリセル１１の電圧の検出値とを読み込み、上記の補正処理を行って、補正された電流積算値を、図示しないメモリに一時的に記憶しておく。そして、その後に放電負荷（デジタルカメラ２）が接続されて、残量演算部２１１から電流積算値の出力要求を受けたときに、記憶していた補正後の電流積算値を出力する。これにより、特に自然放電による電圧低下に起因する電流積算値の誤差を確実に低減でき、残量演算部２１１におけるバッテリ残量の算出精度を高めることが可能になる。
【００７７】
なお、この図１１で説明した積算値の補正処理は、充放電回数測定部１３１における充電電流の積算処理にも適用してもよい。この場合、積算値補正部１３４と同じ誤差許容領域に基づき、充電電流の積算値が、そのときのバッテリセル１１の電圧に対応する誤差許容領域に含まれない場合に、その誤差許容領域の上限または下限のうちの近い方に、積算値を補正する。このような補正処理は、積算値補正部１３４と同じタイミングで実行されればよい。これにより、充放電回数の測定誤差を低減することも可能になる。
【００７８】
以上説明したように、本実施の形態のバッテリパック１によれば、バッテリ残量を算出するために必要なパラメータである電流積算値と劣化率の双方の精度を高めることができるので、バッテリ残量をより正確に算出して、利用可能な残り時間などを表示し、ユーザに伝達できるようになる。
【符号の説明】
【００７９】
１……バッテリパック、２……デジタルカメラ、２ａ，２ｂ……電源端子、２ｃ……コントロール端子、１１……バッテリセル、１１ａ……プラス端子、１１ｂ……マイナス端子、１２……バッテリ保護回路、１２ａ……セル側プラス端子、１２ｂ……セル側マイナス端子、１２ｃ……外部プラス端子、１２ｄ……外部マイナス端子、１２ｅ……コントロール端子、２１……マイクロコントローラ、２２……レギュレータ、２３……ＬＣＤ、１１０……マイクロコントローラ、１１１……ＣＰＵ、１１２……ドライバ、１１３……通信インタフェース回路、１１４……Ａ／Ｄ変換回路、１２１……充電制御用ＦＥＴ、１２２……放電制御用ＦＥＴ、１３１……充放電回数測定部、１３２……劣化率出力部、１３３……電流積算部、１３４……積算値補正部、２１１……残量演算部、２１２……表示処理部、Ｒ１……抵抗
【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】
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【図１０】
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【図１１】
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