(57)【要約】  【課題】電池の容量を推定して表示する場合に、ノイズの影響を少なくする。ノイズによって容量表示がある値から変化しないような事態を回避する。  【解決手段】直流電力によって充電される電池と、電池の電圧を測定し、測定電圧から電池の容量を推定するコントローラと、コントローラによって推定される容量を表示する表示部とを備え、測定電圧の分解能が表示部の分解能に比して充分高いものとされる電池容量表示装置である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流電力によって充電される電池と、
前記電池の電圧を測定し、測定電圧から前記電池の容量を推定するコントローラと、
前記コントローラによって推定される前記容量を表示する表示部とを備え、
前記測定電圧の分解能が前記表示部の分解能に比して充分高いものとされる電池容量表示装置。
【請求項２】
電池容量に対応する第１の値と、測定した値に対応する第２の値とを比較し、
前記第１の値が前記第２の値より大きい場合、前記第１の値に対して固定値を加算し、
前記第１の値が前記第２の値より小さい場合、前記第１の値に対して固定値を減算し、
前記第１の値に応じて前記電池の容量を推定する請求項１に記載の電池容量表示装置。
【請求項３】
前記固定値が前記表示部の分解能の値に比して充分小とされる請求項２に記載の電池容量表示装置。
【請求項４】
電池を充電するための前記直流電力は、スイッチング電源回路によって形成される請求項１に記載の電池容量表示装置。
【請求項５】
電池がリチウムイオン二次電池である請求項１に記載の電池容量表示装置。
【請求項６】
前記表示部は、時間的に連続して前記容量を表示する請求項１に記載の電池容量表示装置。
【請求項７】
電池の電圧を測定し、測定電圧から前記電池の容量を推定し、
推定される前記容量を表示部によって表示し、
前記測定電圧の分解能が前記表示部の分解能に比して充分高いものとされる電池容量表示方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、例えばリチウムイオン二次電池の容量を表示する電池容量表示装置および電池容量表示方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えばリチウムイオン二次電池を充電する場合に、満充電されたかどうかを表示する電池容量表示装置が使用されている。電池が放出することができる電荷の最大量が容量（ｍＡｈ（ミリアンペア時））とである。電池の利用可能な容量（残容量と称する）を測定し、表示するための方式として、３種類の方式が知られている。
【０００３】
第１の方式は、電池の電圧を測定し、測定電圧から残容量を測定する方式である。第２の方式は、電池に対する流入電流量を測定し、流入電流量を積算して残容量を管理する方法である。第３の方式は、電池に対する流入電流量を計測するクーロンカウンタを使用して残容量を管理する方法である。
【０００４】
第３の方式におけるクーロンカウンタは、電荷、温度、電圧、負荷サイクルおよび時間を含む電池のパラメータを測定するためのデバイスであり、高価な部品が他の方式に比して増える問題がある。第２の方式では、電流測定を行うための高精度の抵抗を必要とし、さらに、抵抗における消費電力が無駄となる問題が生じる。
【０００５】
そこで、簡易な残容量測定方法として、第１の方式が利用されることが多い。第１の方式では、表示制御を行うためのＣＰＵ（Central Processing Unit ）等のＡ／Ｄ変換機能を利用することによって、追加の部品が不要で、消費電力が特段に増える問題がない。例えば特許文献１には、電池の端子電圧を検出する電圧センサと負荷に流れる電流を検出する電流センサとを使用する残容量測定装置が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０００−４６９２２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
電圧値から残容量を推定する第１の方式では、二つの問題点がある。第１の問題点は、充電、放電、開放時における電圧変動による誤差である。第２の問題点は、ノイズ等による測定誤差のために残容量の値が変動することである。
【０００８】
第１の問題点により詳細に説明する。電池の開放電圧から残容量を推定しているときと、充電時／放電時に推定される残容量とが異なるという問題がある。例えば、残容量が５０％となっている瞬間において、開放電圧がＶ０（ノイズによる測定誤差がないものと仮定する）になっているものと仮定する。この時放電を行ったとすると、一般的に電圧がＶ０より低下する。この低下の程度は、電池の内部抵抗と流れる電流量で決定されるので、電流量を測定して電圧低下を補正することが必要となる。しかしながら、電流量を測定することは、第２の方式と同様の問題が生じる。
【０００９】
一方、充電時には、充電レートに応じて電池への印加電圧が変化する。ところが、電池の電圧単体を測定することができず、結果として充電電圧が測定される。すなわち、電池の電圧としては、（Ｖ０＋チャージレートに応じた付加電圧）が計測されることになる。その結果、充電中には、測定タイミングによって、残容量が増加する場合が発生するおそれがあった。このように、現在の使用状況に応じて複雑な処理を行わなければならない問題がある。
【００１０】
ノイズ等による測定誤差の問題について説明する。電池の充電回路として一般的にスイッチング電源回路が使用される。スイッチング電源回路は、スイッチングノイズを発生するので、測定電圧に対してスイッチングノイズが重畳され、測定電圧が変動する。スイッチングノイズは、ホワイトノイズではなく、測定電圧が真値より増大または減少する。
【００１１】
ノイズ対策の一つの方法は、複数の測定値の平均値を形成する方法である。この方法は、ノイズの影響を小さくするために、多数の測定値を平均化する必要がある。また、例えばスイッチングノイズがバースト状に発生するような場合、平均化によってノイズの影響を軽減することが難しい場合がある。
【００１２】
他の方法は、充電時には、前回の電圧測定値より増加する電圧測定値のみを有効と扱い、放電時には、前回の電圧測定値より減少する電圧測定値のみを有効と扱う方法である。この方法は、測定された残容量を表示する場合、残容量表示が増減しないではりついてしまう問題を生じる。例えば充電時において、残容量を１％単位で表示している場合、４５％の表示からノイズの影響で、５０％の表示がなされたと仮定する。５０％の値は、増加方向であるために、有効な値として採用される。その結果、以降の測定値が増加しても、残容量が５１％とならない限り、表示が変わらないことになる。このような表示は、ユーザにとって違和感があるもので、好ましくない。
【００１３】
したがって、本開示の目的は、電池の容量を電池電圧から推定し、容量を表示する場合に、上述した問題点を解決することができる電池容量表示装置および電池容量表示方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上述した課題を解決するために、本開示は、直流電力によって充電される電池と、
電池の電圧を測定し、測定電圧から電池の容量を推定するコントローラと、
コントローラによって推定される容量を表示する表示部とを備え、
測定電圧の分解能が表示部の分解能に比して充分高いものとされる電池容量表示装置である。
【００１５】
本開示は、電池の電圧を測定し、測定電圧から電池の容量を推定し、
推定される容量を表示部によって表示し、
測定電圧の分解能が表示部の分解能に比して充分高いものとされる電池容量表示方法である。
【発明の効果】
【００１６】
本開示によれば、電池の測定電圧に対して重畳されるノイズの影響を少なくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本開示による電力供給装置の一実施の形態のブロック図である。
【図２】本開示の一実施の形態の動作説明に使用するフローチャートである。
【図３】本開示の一実施の形態の動作説明に使用するフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本開示の実施の形態について説明する。なお、以下に説明する実施の形態は、本開示の好適な具体例であり、技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本開示の範囲は、以下の説明において、特に本開示を限定する旨の記載がない限り、これらの実施の形態に限定されないものとする。
【００１９】
＜１．一実施の形態＞
「電池容量表示装置」
図１を参照して本開示の一実施の形態による容量表示装置について説明する。例えばリチウムイオン二次電池（以下、単に電池と称する）ＢＴの充電時の残容量表示に本開示が適用される。なお、一つの電池ＢＴが示されているが、複数の電池を直列および／または並列に接続する場合にも、本開示を適用することができる。さらに、電池ＢＴは、例えばクレードルの構成に対して着脱自在とされている。
【００２０】
電池ＢＴを充電するための電源を生成するために、蓄電システム１の出力電圧例えば６０Ｖが充電制御部２によって４．２Ｖに低下される。蓄電システム１は、多数のリチウムイオン二次電池、充放電のコントローラ等を含むものである。
【００２１】
充電制御部２は、スイッチング電源回路を有し、ワンチップＩＣ(Integrated Circuit)の構成とされている。充電制御部２の一方の出力端子が電池ＢＴの正極側と接続される。充電制御部２の他方の出力端子が電池ＢＴの負極側と接続される。充電制御部２は、定電流充電と定電圧充電とを組合せたＣＣ・ＣＶ(Constant Current Constant Voltage:定電
流定電圧)充電方式でもって電池ＢＴを充電する。
【００２２】
電池ＢＴの両端電圧がＡ／Ｄコンバータ３に入力される。Ａ／Ｄコンバータ３は、例えば電圧値を１０ビットのデジタル信号に変換する。Ａ／Ｄコンバータ３のデジタル出力がコントローラ４に供給される。コントローラ４は、ＣＰＵ、フラッシュＲＯＭ(Read Only Memory)、ＤＲＡＭ（Dynamic Random Access Memory）等が内部バスを介して接続される構成とされている。コントローラ４に対して表示部５が接続されており、表示部５の表示動作がコントローラ４によって制御される。
【００２３】
コントローラ４は、Ａ／Ｄコンバータ３からの電池ＢＴの電圧の測定値から残容量を求め、表示部５に表示する。この場合、温度等を考慮して補正を行うようにしても良い。
【００２４】
「充電電圧および充電電流の変化」
図２は、充電時の充電電圧および充電電流の時間変化（充電カーブ）を示す。横軸が充電時間であり、縦軸が充電電流、充電電圧である。充電制御部２は、３段階でもって電池ＢＴを充電する。最初の段階は、電池ＢＴの電圧が所定電圧例えば３Ｖ未満の場合になされる初期充電である。電圧が３Ｖ以上の場合には、初期充電が省略される。初期充電において、所定の時間経過しても電圧が３Ｖまで上昇しない場合には、異常として充電動作が終了される。
【００２５】
次に、予め充電制御部２が流すことができる最大電流例えば１．０Ａの定電流によって電池ＢＴを充電する。所謂急速充電がなされる。そして、充電によって電池電圧（内部起電力）が上昇し、電池ＢＴの電圧が所定電圧例えば電池電圧が４．２Ｖに達すると、充電制御部２が定電圧制御の動作に切り換わり、次第に充電電流が減少する。そして、充電電流が設定された充電終了検出値に達したことを検出すると、充電終了が検出される。充電時の電圧増加に応じて電圧ＢＴの残容量が増大する。一例として、図２の充電開始時点の残容量が０％とされ、満充電終了時の残容量が１００％とされ、電圧の変化曲線に対応して残容量が決定される。
【００２６】
本開示の一実施の形態では、充電中および定常時において、表示部５によって残容量表示を行うようになされる。すなわち、放電がなされないものとする。さらに、充電中においては、充電レートが一定とする。このようにするのは、充電対象を限定した場合（電池ＢＴの内部抵抗がほぼ決まっている場合）、予め求められて、コントローラ４に保持されている電圧−残容量曲線（テーブル）によって電圧から残容量を推定することができる。なお、充電時の残容量は、充電率と対応している。
【００２７】
「表示部の例」
図３Ａに示すように、表示部３は、例えば３個の発光素子例えば青のＬＥＤ(Light Emitting Diode)１１Ｂ、緑のＬＥＤ１１Ｇ、赤のＬＥＤ１１Ｒが並べられた構成を有する。ＬＥＤ１１Ｂは、充電制御部２に対して電池ＢＴが装着され、充電制御部２から出力が発生すると点灯する。
【００２８】
ＬＥＤ１１Ｇは、充電制御用のインジケータであり、充電していない状態では、消灯している。充電中では、ＬＥＤ１１Ｇが点滅する。充電完了すると、ＬＥＤ１１Ｇが連続的に点灯する。ＬＥＤ１１Ｇの点滅周期は、充電が進むにしたがって段階的に変化するようにされている。すなわち、充電が進むにしたがって点滅周期が長くされ、充電完了で連続点灯となる。ＬＥＤ１１Ｒは、電池ＢＴの残容量を示している。電池ＢＴが満充電となると、連続的に点灯する。それ以外では消灯している。
【００２９】
図３ＡのＬＥＤによる残容量の表示は、一例であって、図３Ｂに示すように、残容量を長さによって表すバー表示部１２を有する表示部３を使用しても良い。さらに、残容量を％（数字）で表示するようにしても良い。例えば１０％のステップで、残容量を表示するようにしても良い。
【００３０】
これらの表示部３は、表示の分解能を有する。ここで、分解能は、表示態様が変化するのに必要な残容量の変化量である。例えば図３Ａに示す表示部３の場合では、ＬＥＤ１１Ｇの点滅周期が変化するのに必要な残容量の変化量である。図３Ｂに示す表示部３の場合では、バー表示部１２の長さが変化するのに必要な残容量の変化量である。さらに、％の表示を行う場合には、表示されている数値が変化するのに必要な残容量の変化量である。
【００３１】
「残容量表示方法」
本開示の一実施の形態では、固定ピッチで測定される電圧値が増減される。現在の電圧値をＶｎとし、次のタイミングで測定される電圧値をＶn+1 とし、増減のピッチをｐとする。電圧値の測定周期（Ａ／Ｄコンバータ３のサンプリング周期）は、１０msec〜数１０msec程度とされる。
【００３２】
二つの時間的に連続する測定電圧値の大小関係に応じて下記の処理を行う。増減のピッチは、測定電圧の分解能に対応している。固定電圧の値は、表示部３の表示の分解能に比して充分小さいものとされている。測定電圧の分解能は、表示部３の表示の分解能に比して充分高いものとされている。言い換えると、測定電圧が１乃至数ピッチ程度変化しても、表示部３の残容量表示が変化しないようになされる。
【００３３】
（Ｖn+1 ＞Ｖｎ）の場合には、Ｖn+1 ＝Ｖｎ＋ｐ
（Ｖn+1 ＝Ｖｎ）の場合には、Ｖn+1 ＝Ｖｎ
（Ｖn+1 ＜Ｖｎ）の場合には、Ｖn+1 ＝Ｖｎ−ｐ
【００３４】
具体例について説明する。時間的に連続して、（３．５，３．４８，４．０，３．５１，３．５３）と電圧値が測定されたとする。平均法によれば、ノイズの可能性が高い（４．０）の影響を受けて３．６０４の電圧値が計算される。一方、本開示の方法では、（ｐ＝０．０１）とした場合、処理結果が（３．５，３．４９，３．５０，３．５１，３．５２）となる。すなわち、最終的な測定値が３．５２とされ、ノイズの影響を少なくすることができる。
【００３５】
「残容量表示の処理の流れ」
コントローラ４による表示部５の制御についてより詳細に説明する。表示部５の例えばＬＥＤ１１Ｇの点灯情報の元になる残容量データ（第１のデータ）をＶled とする。Ａ／Ｄコンバータ３の測定電圧値と対応するデジタルデータ（第２のデータ）をＶadと表す。これらのデータは、それぞれ第１および第２のメモリに保持されている。Ａ／Ｄコンバータ３が１０ビットの場合には、Ｖadは、０〜１０２３の値をとりうる。
【００３６】
残容量表示の開始時点で初期化がなされる。初期化によって、（Ｖled ＝０、Ｖad＝０）とされる。最初の電圧測定値は、例えば３．０Ｖ程度となり、Ｖadの値が対応したＡ／Ｄ値となる。この場合、Ｖled ＜Ｖadであるため、増減ピッチを例えば（１）に設定している場合、（Ｖled ＝１）となる。Ａ／Ｄコンバータ３のサンプリング周期が１０msecでＶled ＜Ｖadである限り、１秒間で、（Ｖled ＝１００）まで増加する。
【００３７】
この処理を繰り返すことによって、徐々にＶled がＶadに近づく。例えば実際の電圧測定値に対応するＶadの値が（５１１）とすると、Ｖled の値が（５１１）に近づいていく。充電が進行するにしたがって、Ｖadの値が増加するが、Ａ／Ｄコンバータ３のサンプリング周期が充分に短い場合には、短時間でもってＶled がＶadとほぼ等しくなる。
【００３８】
平均法に比してノイズの影響でデジタルデータＶadが大きく変動し、その結果、残容量データＶled が大きく変動することを防止できる。例えばデジタルデータＶadが本来は、（５１１）である場合、ノイズの影響を受けてデジタルデータＶadが（４５０，４５０，５１１，４８０，５１２）と変化したとする。平均法では、（Ｖad＝４８１）となる。しかしながら、本開示の固定ピッチ増減法によれば、（５１１）から開始したとすると、（−１，−１，０，−１，＋１）となり、結果が（５０９）となる。このように、ノイズによって大きく変動する測定値に基づいて表示を行う場合には、ノイズの影響を受けないようにでき、良好な結果が得られる。
【００３９】
なお、本開示は、以下のような構成も取ることができる。
（１）
直流電力によって充電される電池と、
前記電池の電圧を測定し、測定電圧から前記電池の容量を推定するコントローラと、
前記コントローラによって推定される前記容量を表示する表示部とを備え、
前記測定電圧の分解能が前記表示部の分解能に比して充分高いものとされる電池容量表示装置。
（２）
電池容量に対応する第１の値と、測定した値に対応する第２の値とを比較し、
前記第１の値が前記第２の値より大きい場合、前記第１の値に対して固定値を加算し、
前記第１の値が前記第２の値より小さい場合、前記第１の値に対して固定値を減算し、
前記第１の値に応じて前記電池の容量を推定する（１）に記載の電池容量表示装置。
（３）
前記固定値が前記表示部の分解能の値に比して充分小とされる（２）に記載の電池容量表示装置。
（４）
電池を充電するための前記直流電力は、スイッチング電源回路によって形成される（１）（２）（３）の何れかに記載の電池容量表示装置。
（５）
電池がリチウムイオン二次電池である（１）（２）（３）（４）の何れかに記載の電池容量表示装置。
（６）
前記表示部は、時間的に連続して前記容量を表示する（１）（２）（３）（４）（５）の何れかに記載の電池容量表示装置。
（７）
電池の電圧を測定し、測定電圧から前記電池の容量を推定し、
推定される前記容量を表示部によって表示し、
前記測定電圧の分解能が前記表示部の分解能に比して充分高いものとされる電池容量表示方法。
【００４０】
＜２．変形例＞
以上、本開示の一実施の形態について具体的に説明したが、本開示は、上述の一実施の形態に限定されるものではなく、本開示の技術的思想に基づく各種の変形が可能である。例えば残容量表示を行う場合、表示と共に音による通知を併用しても良い。例えば表示素子の点滅周期と同期して音を発生したり、残容量に応じて音の周波数を変化させるようにしても良い。
【符号の説明】
【００４１】
１・・・蓄電システム
２・・・充電制御部
３・・・Ａ／Ｄコンバータ
５・・・表示部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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