JPH0720215A - 二次電池の残量検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】電気機器および電池の特性を調べながら、精度
の良い電池残量検出を簡単な構成により実現すること。 【構成】制御部１１５により装置の動作状態をモニタ
し、予め調べておいた電池の消費量をタイマー１１９の
一定周期毎に減算し、電池残量を計算する。充電時間か
ら電池容量を計算，補正し、放電末期に残量計算値の誤
差から時間当りの電池消費量を補正する。 【効果】電池の特性変化及び装置の個体差バラツキに対
し、補正を行なうことができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、主電源としての二次電
池と、その二次電池に対する充電手段を持つ電気機器に
関し、特に、主電源の二次電池としてニッケル・カドミ
ウム電池を使用する情報処理装置における電池残量の測
定に関する。

【０００２】

【従来の技術】電池駆動を行なう電気機器は、電池残量
が低下した場合、放電が終了する前に、間もなく電池に
よる駆動が行なえなくなることをＬＥＤやビープ音によ
りユーザーに知らせ、作業の中止と電池交換または電池
の充電を促すものが一般的である。例えば、電池からの
電源供給が行なえなくなる約１０秒前に、画面上にバッ
テリーマークを表示するとともに、ブザー音を発生す
る。

【０００３】しかし、ユーザーにとって、電池残量が低
下する前にも、例えば電池残量が全容量に対し半分であ
るのか３／４であるのかは、気になるものである。そこ
で、上述の警告機能とは別に、常時電池残量を検出し、
これをユーザーが参照できるようにした電池パックや、
電気機器がある。鉛蓄電池やリチウム電池のように放電
に伴う電圧の低下が大きな電池では、放電中の電池電圧
から電池残量を検出する手段が考えられる。しかし、ニ
ッケル・カドミウム電池のように、電圧値の低下が少な
い電池では、上述の警告を出すべき残量またはそれ以下
の判定は電圧値から容易に行なえるものの、容量の全領
域について正確に残量計測を行なうには、次の手段が多
く用いられる。

【０００４】一つには、例えば特開昭６１−２０９３７
２号公報のように充放電電流を検出する手段を設け、充
放電開始時の電池容量に加減算することにより、電池残
量を認識する方法がある。他の方法として、例えば特開
昭６３−１４４２７１号公報のように、電子機器の各種
動作の各々に対して予め設定された、各モードに応じた
消費電流を用いて電池の使用量を算出する方法がある。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ユーザーの使い勝手を
向上させるために、電池の使用中にいつでも電池残量を
表示できるようにする際、電池の電圧により残量を検出
する方式では、ニッケル・カドミウム電池のような電圧
値の低下が少ない電池について、精度良く残量計測でき
ないばかりでなく、内部抵抗の大きな電池では放電電流
の大きさや電池温度による電池電圧の変化を考慮して残
量を検出する必要がある。

【０００６】前述のように充放電電流を検出し、時間積
分する方式では、例えば数ｍＡから３Ａといった広いレ
ンジについて電流検出を行なおうとすると、電流検出回
路が大がかりになるばかりでなく、実時間で測定データ
を処理する必要があり、複雑な処理を要する。

【０００７】装置の動作状態から消費電流を割り出し、
時間積分する方法では、残量検出手段の開発に先立ち、
装置の各動作状態における消費電流を測定しておく必要
がある。ところが、電気・電子部品の消費電流は、各個
体毎に最大１．５倍程度のバラツキがあり、個々の装置
によっては残量の計算値に誤差が生じることが考えられ
る。また、電池の公称容量を基準に計算するため、個体
差による電池特性のバラツキや、電池の使用時間による
特性劣化によっても誤差が生じるおそれがある。

【０００８】本発明の目的は、ユーザーがいつでも電池
残量を参照できるように、簡単な方法で正確に電池残量
を検出する表示装置を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、装置の動作状
態から電池のエネルギーの増減を検出し、動作時間につ
いて積分することにより、電池残量を計算し、充電終了
時に充電時間をもとに計算した値により電池の総容量を
修正し、放電終了時に残量計算値との違いから電池の放
電エネルギー量を修正することにより正確な電池残量を
求めるものである。

【００１０】

【作用】充電時間から電池に蓄えることのできる容量を
計算することにより、電池の個体バラツキや使用回数に
よる容量の劣化による精度の低下を防ぐことができる。
また、放電終止時に、時間当りの放電エネルギー値を修
正することによってデバイスや部品の個体差による消費
電流バラツキに対しても補正を行なうことができる。

【００１１】

【実施例】図１は、本発明の一実施例に基づく小型情報
機器の電源回路のブロック図である。

【００１２】主電源としてニッケルカドミウム電池など
の二次電池１０１を内蔵しており、スイッチ１０２〜１
０５、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０７〜１０９を経由して
主メモリ１１０、装置主要部１１１、表示パネル部１１
２へ電源供給を行なうようになっている。また、装置外
部からＡＣアダプタ１１３を接続した場合、回路部に電
源を供給するだけでなく、スイッチ１０６を閉じること
により、充電回路１１４を経て内蔵電池１０１を充電す
ることができる。制御部１１５は、スイッチ１０２〜１
０４を開閉することにより、１１０〜１１２への電源供
給制御を行なう。また制御部１１５は内蔵電池１０１の
温度や電圧を監視する手段を持ち、スイッチ１０５、１
０６の開閉により、内蔵電池１０１とＡＣアダプタ１１
３の切り替え及び内蔵二次電池１０１の充電制御を行な
う。この他、制御部１１５から装置本体のマイクロプロ
セッサ１１６に対するデータ出力用として、例えば３ビ
ットの信号線１１７が設けられている。さらに、制御部
１１５から、表示パネル部（１１２）内のバックライト
に対し、制御信号線１１８を用いることで、明暗の切り
替えを行なえる。制御部１１５はスイッチ１０２〜１０
６及び制御信号１１８の状態とタイマー１１９の出力か
ら後述の方法により内蔵電池１０１の残量検出を行な
い、マイクロプロセッサ１１６に結果を出力する。マイ
クロプロセッサ１１６はアプリケーション・プログラム
やセットアップ・プログラムなどにより、電池残量情報
を例えば棒グラフなどの形で表示パネル１１２に表示す
る。

【００１３】図２は、本発明の一実施例に基づく電池残
量の計測方法を説明するための、装置の動作状態、消費
電流、動作時間の関係を示した図である。図１及び図２
に基づき、内蔵電池１０１の残量計測方法について説明
する。

【００１４】まず予め、主メモリ１１０、装置主要部１
１１、表示パネル部１１２への給電状況による電池の放
電速度ｘを求める。例えば、スイッチ１０２〜１０４を
閉じて装置全体に電源を供給している状態で、満充電の
電池を放電終止状態まで放電を行ない、放電時間ｔで電
池容量を割った値ｘを、その動作状態における放電速度
とする。同様に、他の動作状態に対しても放電速度を計
測しておき、記憶装置１２０のＲＯＭに書き込んでお
く。

【００１５】装置の使用を開始する際に、ＲＯＭに書き
込まれた前記放電速度値をＲＡＭに移しておく。ＡＣア
ダプタ１１３が使用可能状態にないとき、スイッチ１０
５を閉じて内蔵電池１０１から電力の供給を行なう。装
置がサスペンド状態にあり、メモリのバックアップを行
なう場合（２０１）、主メモリ１１０のみが動作するた
め、スイッチ１０２を閉じ、主メモリ１１０及びＤＣ／
ＤＣコンバータ１０７に電力を供給する。このような給
電状態に対して、記憶装置１２０に保存されている放電
速度値ｘ１を対応させることにより、直接電流を測定せ
ずに、動作状態に応じた消費電流を知ることができる。

【００１６】一般に、電池の放電電流が大きい場合、電
池に蓄えられたエネルギーの利用効率が下がり、これも
残量計算値よりも実際の電池残量が多く減少する原因と
なる。上述の方法で消費電流を計測することにより、エ
ネルギー利用効率についての補正も行なうことができ
る。

【００１７】装置が通常の駆動状態にあるときには（２
０２）、スイッチ１０２〜１０４を閉じて、装置全体に
電力を供給する。この時の放電速度としては、同じ給電
状態で事前に測定した値ｘ２をＲＡＭから読みだす。表
示パネル部では、バックライト輝度により消費電力が変
わるため、予めバックライト輝度を明暗２通りにした場
合（２０２，２０３）について放電速度を測定しておく
（ｘ２，ｘ３）。また、省電力のために、バックライト
を消す場合（２０４）には、バックライト以外の消費電
力をもとに測定した放電速度ｘ４を用いる。

【００１８】このように、直接測定せずに、装置の動作
状態により、予め測定しておいた消費電流から内蔵電池
１０１の放電速度を求める。この値をタイマー１１９に
より一定周期毎に減算することにより、放電速度の時間
積分を求める。放電速度積分の初期値を初めの電池残量
に一致させておくことにより、電池使用中の電池残量を
求めることができる。

【００１９】ＡＣアダプタ１１３が使用可能状態のとき
は、スイッチ１０５を開きＡＣアダプタから装置に電源
供給を行なう。さらに、内蔵電池１０１が満充電でない
ときには、スイッチ１０６を閉じて充電を開始する（２
０５）。充電は、内蔵電池１０１に流入する電流を一定
になるよう制御しながら行なわれるため、放電時と同様
に電流を直接測定せずに知ることができる。このよう
に、充電時間ｔ５及び充電電流ｘ５から内蔵電池１０１
の充電量を計算する。

【００２０】以上の手順により、曲線２０６のように電
池１０１の残量増減を計算することができる。これとは
別に制御部１１５は、内蔵電池１０１の電圧を監視し、
放電終了や満充電の判定を行なっており、この時電池残
量の計算値２０６を電圧監視による残量判定結果に一致
させる。このようにすることで、充放電の繰返しによる
累積誤差について、残量計算値２０６を修正することが
できる。

【００２１】このようにして、計測した電池残量２０６
を信号線１１７により装置本体のマイクロプロセッサ１
１６に出力する。このデータをアプリケーションプログ
ラム等により、ユーザーに対して表示する。前述のよう
にマイクロプロセッサへの信号線１１７を３ビットとし
た場合、単純にパラレル出力を行なっても、電池残量を
０〜７の８段階に表示することができる。

【００２２】図３は、電池の容量が変化した場合に、残
量の計算値を補正する方法を説明するための、放電時間
と残量の関係を表したグラフである。

【００２３】ニッケル・カドミウム電池は、充放電を繰
り返すことにより、特性が劣化し、蓄えることの出来る
容量が減少する。この現象を考慮しないで上述の電流積
算を行なうと、例えば初めの容量３０１に対して８０％
まで減少した場合（３０２）、満充電状態に設定された
時から放電を開始すると、実際の残量３０４は計算値３
０３よりも早く減少し、計算値３０３ではまだ２０％の
残量があるべき（３０６）時に、電池電圧の監視により
放電終了となる（３０５）。そこで、内蔵電池１０１が
完全に放電した状態から、連続で満充電まで定電流充電
を行なった場合、その充電時間を計測しておき、充電時
間の長さと充電電流との積及び充電効率から実際の容量
Ｑ０を求め、満充電時の残量計算値を実際の容量Ｑ０に
一致させる。このようにして、次からの充放電について
はこの容量値Ｑ０を基に残量計算を行なう。残量の計算
結果を装置のマイクロプロセッサ１１６に出力する際、
前述の様に０〜７の８段階にレベル分けするとして、図
３（ａ）のように真の容量３０２が減少しても満充電状
態を常にレベル７に割り当て、１レベル当りの電気量を
少なくすることで全体を均等に８レベルに分けることが
可能である。また、図３（ｂ）のように、レベル幅を変
更せずに、レベル７を使用回数の少ない電池の満充電状
態に相当させることも可能である。後者の場合、容量の
減少した電池を満充電にしても、レベル７にはならず、
レベル６やレベル５となる。したがってユーザーは、満
充電にした時の残量表示が低いレベルを示していること
から、電池の劣化を判断することができる。

【００２４】図４，図５は、デバイスの消費電流の個体
バラツキに対する補正方法を説明するための、放電時間
と残量の関係を表したグラフである。

【００２５】装置を構成する各部品の消費電流は、それ
ぞれ個体差を持ち、最大１．５倍程度の差があると考え
られる。したがって、装置の動作状態から予め測定して
おいた消費電流を対応させる際に、誤差を持つことが考
えられる。例えば図４において消費電流が、大きい方へ
バラついた個体について、満充電状態４０１から放電を
開始すると、実際の残量変化４０３に対し、残量計算値
４０２は低下が少なく、まだ残量があるべき時に、電池
電圧の監視により放電終了となる（４０４）。また、逆
に消費電流が小さい方へバラついた個体では、残量計算
値が０になっても、実際には内蔵電池１０１に残量が残
っていることになる（図示せず）。そこで、内蔵電池１
０１が満充電状態にあるところから、放電終了状態まで
放電を行なった場合、その放電量計算値ｑを記録してお
き、内蔵電池１０１の満充電時の容量Ｑ０と放電量計算
値ｑとから、その動作状態に対応する消費電流を修正す
る。満充電状態４０１から放電終止状態４０４まで、一
定の動作状態により連続放電した場合、予め計測してお
いた消費電流をｘ，この時の放電時間をｔとすると、放
電量計算値ｑは、

【００２６】

【数１】ｑ ＝ ｘ・ｔ と表される。ここで、実際の平均消費電流をｘ０とする
と、

【００２７】

【数２】Ｑ０＝ｘ０・ｔ の関係がある。そこで、

【００２８】

【数３】ｘ０＝（Ｑ０／ｑ）×ｘ のように実際の消費電流ｘ０を求める。次に放電を行な
う際には、ｘの値をｘ０で置き換え、残量計算を行な
う。

【００２９】また、放電時間ｔを満充電から放電終止状
態までの時間とする代わりに、満充電からユーザーに警
告を出す警告状態までの時間としても良い。一般に、残
量低下による警告は、電池電圧が顕著に低下したことを
検出して行なうため、放電終止状態の検出とほぼ同程度
の精度で再現性良く検出できる。放電終止まで待たずに
補正を行なうことで、補正の頻度を多くすることができ
る。

【００３０】図５のように、一度の放電において、装置
本体の動作状態が切り替わる場合、放電中に使われた動
作状態について、同様の補正を行なう。図５は、満充電
状態から、動作状態１により時間ｔ１の放電を行なった
後、動作状態２により時間ｔ２だけ放電を行ない、放電
終止状態に至った場合を示す。この場合、放電中に使わ
れた動作状態とその動作時間を記録しておき、動作状態
が切り替わる時または放電が終了した時に、記憶装置１
２０のＲＡＭ内に保存された各動作状態毎の放電速度を
修正する。

【００３１】簡単に放電速度を修正する方法としては、
次のような手順がある。動作状態１，２において、ｘ
１，ｘ２を放電速度とみなして残量計算を行なう場合、
放電が実際に終了した時点で、計算による放電量ｑは

【００３２】

【数４】ｑ＝ｘ１・ｔ１＋ｘ２・ｔ２ となり、ｘ１，ｘ２が真の値と異なる場合には、満充電
時の容量Ｑ０とｑが一致しない。そこで、

【００３３】

【数５】（Ｑ０／ｑ）×ｘ１， （Ｑ０／ｑ）×ｘ２ の値でｘ１，ｘ２を置き換える。この後、再び内蔵電池
を満充電Ｑ０まで充電し、動作状態１，２を切り替えな
がら放電を行なった場合、ｔ１，ｔ２が前回の放電と同
じであればｑとＱ０は一致する。ｔ１，ｔ２が前回と異
なる場合には、さらに〔数５〕による置き換えが行なわ
れる。〔数４〕からは、ｘ１，ｘ２について真の値との
違いを個別に知ることはできないため、動作状態１及び
２の組合せで放電を行ない続けても、ｘ１とｘ２の比は
変わらない。そこで、図５のような複数の動作状態によ
る放電時には、図４のように単一の動作状態で放電を行
なった場合の補正値は書き替えないといった工夫が必要
である。または、放電時間の最も長かった動作状態に対
してのみ、放電速度の書替えを行なっても良い。

【００３４】各々の放電速度を早く収束させるために
は、〔数５〕のような書き替えを繰り返すことによりｘ
１，ｘ２を真の値に漸近させることが望ましい。例え
ば、ｘ１，ｘ２に掛ける補正値を、それぞれの動作状態
による放電量の割合によって、重み付けすることが考え
られる。

【００３５】

【数６】（１／ｑ−１／Ｑ０）ｘ１・ｔ１＋１ をｘ１に掛けてＲＡＭ内のｘ１と置き換えることによ
り、一度の補正ではｑを真の値にすることはできないも
のの、数回の充放電を繰り返すことによりｘ１，ｘ２を
真の値に漸近させながら収束させることができる。

【００３６】これまでに述べた電池残量検出は、制御部
１１５を例えばワンチップマイコンで構成する際、その
機能の一つとして追加することができるため、部品点数
が増えることはない。

【００３７】

【発明の効果】本発明によれば、簡単な方法でありなが
ら、電池容量、消費電流の双方を計測、修正しながら電
池残量の検出を行なうため、精度の良い残量検出を行な
うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る電気機器の一実施例を示すブロッ
ク図である。

【図２】本発明の電池残量計算方法を示すグラフであ
る。

【図３】電池容量劣化時の補正を説明するための、放電
時間と残量の関係を表したグラフである。

【図４】消費電流の個体差バラツキに対する補正を説明
するための、放電時間と残量の関係を表したグラフであ
る。

【図５】消費電流の個体差バラツキに対する補正を説明
するための、図４と異なる動作における、放電時間と残
量の関係を表したグラフである。

【符号の説明】

１１４…充電回路、 １０１…内蔵電池、 １１５…制御部、 １１９…タイマー、 １２０…記憶装置。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】内部に充電回路を有する電池駆動可能な電
   気機器において、充放電の各動作状態に対して予め放電
   電流の測定を行ない、その電流値を保存する記憶手段を
   持ち、動作状態に応じた放電電流を前記記憶手段から読
   み出し、電池残量を計算する手段を持つことを特徴とす
   る二次電池の残量検出装置。
2. 【請求項２】予め測定した放電電流に対し、電流の大き
   さによる放電効率を考慮した補正を行なうか、または実
   際の残量の減少速度を測定することにより補正を含む形
   で放電電流を求めておき、前記記憶手段に保存しておく
   ことを特徴とする請求項１記載の二次電池の残量検出装
   置。
3. 【請求項３】電池を満充電まで充電するのに要する時間
   を計測する手段と、充電時間と充電電流との積から電池
   の総容量を計算する演算処理手段を持ち、機器の使用中
   に繰返し電池総容量を求めることにより、電池の個体バ
   ラツキや特性変化に対して補正を行なうことを特徴とす
   る請求項１記載の二次電流残量検出装置。
4. 【請求項４】前記残量計算値が、構成する部品の個体差
   による消費電流のバラツキのため実際の電池残量と異な
   る場合に、実際の残量値の低下と計算値との比率により
   前記記憶手段に保存されている放電電流データを修正す
   る演算処理手段を持つことを特徴とする請求項１記載の
   二次電池残量検出装置。
5. 【請求項５】電池外部から検出手段により残量が確認で
   きる満充電状態および放電末期を基準とし、その間の放
   電量または充電量および時間を用いて補正計算を行なう
   ことを特徴とする請求項２〜４のいずれか１項に記載の
   二次電池残量検出装置。