WO1998056059A1

WO1998056059A1 - Method for detecting capacity of battery, battery package, and electronic equipment system

Info

Publication number: WO1998056059A1
Application number: PCT/JP1998/002459
Authority: WO
Inventors: Yasuhito Eguchi
Original assignee: Sony Corporation
Priority date: 1997-06-03
Filing date: 1998-06-03
Publication date: 1998-12-10
Also published as: US6313606B1; JP4210794B2

Description

明細書電池の容量検出方法、電池パック及び電子機器システム技 ^ί;ί 分野本 ¾明は、例えば携帯型のパーソナルコンピュー夕等の電了-機器に装着して電源を供給するようなリチウムイオン 2次電池等の電池の容鼂を検出する電池の容量検出方法、電池パック及び電子機器システ厶に関するものである。背景技術

'般に、リチウムイオン 2次電池のような 2次電池の容（残量）を知るために、電池の端子電圧から残容量を推測したり、電流を積分して電池への流入、流出電流量を測定して残容量を推測することが行われている。

2次電池の容量（残容量）を検出する方法としては、電圧法と電流積算法が提案されている。電圧法は、 2次電池の電圧を測定して 2次電池の電圧と容量の相関性に基づいて 2次電池の容量を算出する方法である。また、電流積算法は、 2次電池の電流値を時間とともに積算して 2次電池の容量を算出する方法である。

電圧法では、 2次電池の電流が小さい時はその容量の算出精度が高く、電流積算法（クーロン法）では、 2次電池の電流が大きい時に容量の算出精度が高い。また、電圧法では、電圧が基準となっているので直接誤差はあるが積算誤差はない。電流積算法では、基準に対し電流を積算して更新していくので、直接誤差が少なかったとしても積算誤差が大きい。

電圧法は、上述のように容量対 2次電池の端子間電圧（セル電圧）の相関性から容領:を算出する。電池（セル）には内部抵抗があるので流れる電流により端子電圧が変動するので、電流 X電池内部抵抗で補正をかけるが、電流が大きくなると補正量が大きくなり誤差が増大する。

電流積算法は、電流を時間と共に積算し、すなわち時問積分し、電流量（電気 K ) A hを出す。精度を出すためには電流測定精度を高くする必要があり、非常に高精度のオペアンプや A / D (アナ口グ /ディジタル）コンパ一夕を使用している。それでも、長時間の充放電繰り返しや. 微弱な電流では誤差が大きく、時々（満充電時など）校正するなどのェ夫が必要であり、校のタイミングを失つたときは大きな誤恙に甘んじなければならない。

このように、これらの方法には、それぞれの方式の長所、短所があり、電池容量の検出精度が悪化する場合がある。発明の開示本発明は、上述した問題点に鑑みてなされたものであり、 2次電池の電流の大きさに応じて、電圧法及び電流積算法を使い分けることにより、 2次電池の容量（残容量）の算出精度を高めることができる電池の容量検出方法、電池パック及び電子機器システムを提供することを目的としている。本発明に係る電池の容量検出方法は、上述したような問題点を解决するために、 2次電池の電圧を測定して 2次電池の電圧と容量の相関性に基づいて 2次電池の容量を算出する電圧法と、 2次電池の電流値を時間とともに積算して 2次電池の容量を算出する電流積算法とを、予め設定された電流値に応じて切り換えることにより、 2 次電池の容量を検出することを特徴としている。

また、本発明に係る電池の容量検出方法は、 2次電池の ¾圧を測定して 2次電池の電圧と容量の相関性に基づいて 2次電池の容量を算出する電圧法と、 2次電池の電流値を時間とともに積算して 2次電池の容量を算出する電流積算法とを、予め設定された 2次電池の電圧降下の値に応じて切り換えることにより、 2次電池の量を検出することを特徴としている。

本発明の電池の容量検出方法によれば、予め設定された電流値に応じて、あるいは予め設定された電圧降下値に応じて、電压法と電流積算法を切り換えることにより、 2次電池の容量の算出精度を高めることができる。

次に、本発明に係る電池パックは、 2次電池の電圧と容量の相関性に基づいて 2次電池の容量を算出するために、 2次電池の電圧を検出する電圧検出手段と、 2次電池の電流値を時間とともに積算して 2次電池の容量を算出するために、 2次電池の電流値を検出する電流検出手段と、予め設定された電流値に応じて、あるいは予め設定された電圧降下値に応じて、 2次電池の電圧と容量の相関性に基づいて 2次電池の容量を算出する動作と、 2次電池の電流値を時間とともに積算して 2次電池の容量を算出する動作を切り換える制御手段と、を備えることを特徴とする。本発明の 2次電池のパックによれば、制御手段が、予め設定された電流値に応じて、あるいは予め設定された電圧降下値に応じて、 2次電池の電圧と容量の相関性に基づいて 2次電池の容量を算出する動作と、 2次電池の電流値を時問とともに積算して 2次電池の容量を算出する動作を切り換えることにより、容量算出の精度を高めることができる。

さらに、本発明にる電子機器システムは、上述のような特徴を有する電池パヅクをパーソナルコンピュ一夕等のような電子機器に装着して成るものであり、電圧法と電流積算法を切り換えることにより、 2次電池の容量の算出精度を高めることができる。図面の簡単な説明図 1は、本発明の突施の形態としての電池の容 ffi検出方法を ¾現するための電池パックと対象物である電子機器の一例としてのパーソナルコンピュータとから成る電子機器システムを示す図である。図 2は、電圧法における 2次電池のセル電圧と容量％の関係の例を示す図である。

図 3は、電流積算法の一例を示す図である。

図 4は、図 3の電流積算法における現在容量の検出例を示す図である。

図 5は、切り換えポィントとして電流値を設定した場合の例を示す図である。

図 6は、切り換えボイントとして電圧降下値を設定した場合の例を示す図である。発明を実施するための最良の形態以下、本発明の好適な実施の形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。

なお、以下に述べる実施の形態は、本発明の好適な具体例であるから、技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明の範囲は、以下の説明において特に本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの形態に限られるものではない。

図 1は、本発明の 2次電池の容量検出方法を実施するためのバッテリノック（ 2次電池 Eのパック） 2 0、及びこのノッテリクくック 2 0が装着される電子機器の一例としてパーソナルコンピュー夕 3 0を示している。このパーソナルコンピュータ 3 0は、例えば携帯型のパーソナルコンビュ一夕であり、バヅテリパック 2 0が着脱可能に装着でき、このバヅテリノソク 2 0から電源を供給することで、動作する。

例えば、パーソナルコンピュータ 3 0は、メインの C P U (中央演算処理装置）のバスライン B U Sに、各種周辺デバイス 3 7や、 R O M ( Read Only Memory) , R A M ( Ramdom Access Memory) 等のメモリ 3 8、及び通信用 L S I 3 9等が接続されている。電源制御回路 3 2には、電源スィッチ 3 3が設けられ、電源オン/オフ制御が行われると共に、電源ブラグ 3 5からの商用交流電源が A Cァダブ夕 3 4を介し供給され、後述するバッテリ接続用の +端子 1 2 —端子 1 3を介して電池パック 2 0からの電源が供給されるようになっており、また、各端子 1 2 , 1 3を介して電池パック 2 0への充電電流供給が行われるようになっている。

図 1において、ノメテリパック 2 0の構成について説明すると、このバッテリパック（ 2次電池のパック） 2 0は、電圧検出手段である電圧検出回路 4、電流検出手段である鼋流検出回路 3および制御手段 1を有している。

制御手段 1は、マイクロコンピュー夕（マイコンともいう） 1 1、記憶部 5、読出し専用メモリ（以下 R OM) 1 0を有し、このマイクロコンピュー夕 1 1は通信端子 9を備えている。

電圧検出手段である電圧検出回路 4は、 2次電池 Eの電圧と容量との相関性に基づいて 2次電池 Eの容量を算出するために、 2次電池 Eの電圧を検出する。 2次電池 Eは、例えば 4個のバッテリセル 4 1 a, 1 b , 4 1 c , 4 1 dから成り、これらのバッテリセル 4 1 a， 4 1 b , 4 1 c , 4 1 dの電圧を測定するために、電圧検 \ 11回路 4内にはマルチプレクサ 4 2及びオペアンプ 4 3が設けられている。制御手段 1内のマイクロコンピュータ 1 1からのバヅテリセル選択制御信号がマルチプレクサ 4 2に送られることにより、マルチプレクサ 4 2が 4本のバッテリセル 4 1 a , 4 1 b, 4 1 c , 4 1 dを順次選択してその端子電圧をオペアンプ 4 3に送る。このオペアンプ 4 3からの電圧検出信号が制御手段 1に送られ、制御手段 1内で例えば A/D (アナログ /ディジタル）変換されてバッテリセル端子電圧がディジタル値としてマイクロコンピュ一夕 1 1に取り込まれる。

電流検出手段である電流検出回路 3は、 2次電池 Eの電流値を時間とともに積算して、 2次電池 Eの容量を算出するために、 2次電池 Eの電流値を検出する。この電流検出回路 3は、 2次電池 Eの例えばマイナス側に挿入接続された電流測定用の抵抗 4 4と、この抵钪 4 4を流れる電流値に応じた電圧を検出するオペアンプ 4 5 とから成り、オペアンプ 4 5からの電流検出信号が制御手段 1に送られ、制御手段 1内で例えば A / D (アナログ/ディジタル）変換され、測定された電流値がディジタル値としてマイクロコンピュー夕 1 1 に取り込まれる。

これらのマルチプレクサ 4 2及びオペアンプ 4 3 , 4 5には、上記バッテリセル群のプラス側からパワーセーブ用のスィツチ 4 6を介して電源供給がなされており、このスィッチ 4 6は、マイクロコンピュ一夕 1 1から供給されるパワーセーブ制御信によりオン/ ォフ制御されるようになつている。

ノッテリパック 2 0の +端子（バヅテリプラス端子） 7 と、 2次電^ Eのプラス側との間には、充放電のオン/オフ制御用のスィヅチ 2が揷入接続されている。このスィッチ 2は、充電 ( Charge ) 用のスイッチング素子である F E T 2 1 と、放 ( D i scharge) 用のスイッチング素子である F E T 2 2 とが直列に挿入接続されて成つており、これらの F E T 2 1 , 2 2にそれぞれ並列にダイォード 2 3 , 3 4が接続されている。充電用の F E T 2 1はドライバ 2 5によりオン/オフ制御され、このドライバ 2 5はマイクロコンピュー夕 1 1から供給される制御信号により駆動されると共に、放電用の F E T 2 2はドライノ' 2 6によりオン/ォフ制御され、このドライ 2 6は制御手段 1のマイクロコンビュ一夕 1 1から供給される制御信号により駆動される。

マイクロコンピュー夕 1 1を有する制御手段 1は、例えば予め設定された電流値を閾値（切換ポイント）としてあるいは予め設定された電圧降下値を閾値（切換ポイント）として、 2次電池 Eの電圧と容量の関係性に基づいて 2次電池 Eの容量を算出する動作と、 2 次鼋池 Eの電流値を時間とともに積算して 2次電池 Eの容量を算出する動作を切り換えるようになつている。

ここで、電圧検出回路 4が検出するセル電圧と、 2次電池 Eの容量（％値）との関係の一例を図 2に示す。図 2においては、セル電圧 C Eが縦軸に設定され、全容量に対する現在の容量を％で表した容量％は横軸に設定されている。また、図 2の点 Aは、放電を開始する時点を示している。セル電圧 C Eがほぼ直線的に低下していくとともに 2次電池 Eの容量％もある相関性を以て低下していく。そしてセル電圧 C Eが急激に低下する電圧値 C E 1が存在する。

制御手段 1、特にマイクロコンピュー夕 1 1は、図 2のセル電圧 C Eと容量％との関係に基づいて、電圧検出回路 4から得られるセル電 C Eの電压検出値 D Eに基づいて、容 a %を算出することができる。

ノ 'ッテリパック 2 0は、 2次電池 Eの状態（例えば、 2次電池 E の電圧ゃ充放電電流、残容量など）をモニタして、充電器（図示せず）や、パソコン 3 0などの負荷との間でデ一夕のやりとり（通信）を行うもので、例えば、電池監視制御用のマイコン（マイクロコンピュー夕） 1 1 を有する制御手段 1を内蔵している。このようなバッテリパック 2 0によれば、マイクロコンピュ一夕 1 1から通信端子 9を介して送信されてくる 2次電池 Eの状態を、充電器あるいは負荷側のディスプレイなどに表示することで、ユーザに知らせることができる。

バッテリパック 2 0が内蔵する 2次電池 Eは、例えば、リチウムイオン系の 4本のバッテリセリレ 4 l a , 4 1 b , 4 1 c , 4 I dが直列に接続されてなるバッテリセル群から成っており、この 2次雹池 Eの +端子は、上記スィッチ 2を介してパック（バッテリパック 2 0のパッケージ）の +端子 7に接続され、また、 2次電池 Eの— 端子は、電流検出回路 3を介してパックの一端子（ G N D端子） 8 に接続されている。

このバッテリノック 2 0は、例えばパーソナルコンピュ一夕 3 0 のバッテリ収納部（図示せず）内に装着されることにより、パック側の +端子 Ίがパーソナルコンピュ一夕 3 0側の +端子 1 2に電気的に接続され、また、パック側の—端子 8がパーソナルコンビユー夕 3 0側の一端子 1 3に電気的に接続される。従って、 2次電池 E の放電電流は、 +端子 7および—端子 8を介して流れ、パーソナルコンピュータ 3 0に対して、 +端子 1 2および一端子 1 3を介して放電電流が供給される。なお、バッテリパック 2 0が充電される場合も、充電電流は、 +端子 7および一端子 8を介して流れる。

制御手段 1のマイクロコンピュ一夕 1 1は、例えば C P U中央処理装置であり、電流検出回路 3または電圧検出回路 4の出力を、周期的に受信し、これにより 2次電池 Eに流れる電流（放電電流および充電電流）または 2次電池 Eの電圧を、それぞれ認識するようになされている。そして、マイクロコンビュ一夕 1 1は、その電圧や電流に基づいて、通常はオンになっているスィッチ 2を制御してォフにさせ、電流（充電電流または放電電流）を遮断して、過充電や過放電や過電流を防止する。

マイクロコンピュータ 1 1は、上述したようにして認識した 2次電池 Eの電圧に基づいて、 2次電池 Eの現在の残容量を求め検出された残容量（現在容量）、さらに、その現在容量に基づいて、充電容量についての積算容量を求める。

マイクロコンピュー夕 1 1は、パックの通信端子 9に接続されており、この通信端子 9は、パーソナルコンピュータ 3 0にバッテリパヅク 2 0を装着したときに、パーソナルコンピュー夕 3 0側の通信端子 1 4 と電気的に接続される。パーソナルコンピュー夕 3 0側の通信端子 1 4は、通信用 L S I 3 9に接続されている。従って、バッテリノック 2 0をパーソナルコンビュ一夕 3 0に装着したときには、ノッテリノソク 2 0側のマイクロコンピュー夕 1 1 と、パーソナルコンピュータ 3 0側の通信用 L S I 3 9 との問で、通信端 f 9、 1 4を介して、所定の通信手順に従って通信を行う。

すなわち、制御手段 1、特にマイクロコンピュー夕 1 1は、パーソナルコンビュ一夕 3 0側の通信端子 1 4から通信端子 9を介して送 ·されてくるデ一夕（コマンド等）に応じて、所定の処理を行い、あるいは、電池電圧、充放電電流、 2次電池 Εの残容量、積算容量などを、通信端子 9を介してパーソナルコンピュー夕 3 0の通信端子 1 4に送信する。

ここで、 2次電池 Εとしては例えばリチウムイオン 2次電池を使用しており、その 2次電池 Εの電圧（オープン電圧、セル電圧という）と残容量との間には図 2のような関連性があり、セル電圧がわかれば、残容量（例えば全容量に対する％で表す）を求めることができる。そこで、マイクロコンピュ一夕 1 1は、リチウムイオン電池等の 2次電池 Εの残容量を、上述したように、そのセル電圧に基づいて求める。

図 1のスィッチ 2は、マイクロコンピュ一夕 1 1の制御にしたがつてスイッチングし、これにより、充電電流、放電電流をオン/ォフする。電流検出回路 3は、そこに流れる電流、即ち、 2次電池 E の放電電流、および 2次電池 Eに対する充電電流を検出し、マイク口コンピュータ 1 1 に供給する。

記憶部 5は、例えば、積算容量等の値を記憶するためのレジス夕で構成されている。

表示部 6 (表示手段）は、例えば、液晶ディスプレイなどでなり、マイコン 1の制御の下、積算容量その他の情報を表示する。

図 1の R O M (読み出し専用メモリ） 1 0には、マイクロコンビユー夕 1 1の動作上必要なプログラムやデータが記憶されている。即ち、マイクロコンピュー夕 1 1は、この: O M 1 0に記憶されているデ一夕を必要に応じて参照しながら、同じく R O M 1 0に記憶されているプログラムを実行することで各種の処理を行うようになされている。

ノッテリパック 2 0がパーソナルコンピュー夕 3 0に正常に装着されると、 +端子 7、 —端子 8及び通信端子 9がパーソナルコンビユー夕 3 0の各端子 1 2、 1 3及び 1 4とそれぞれ電気的に接続される。パーソナルコンビユー夕 3 0は、ノヅテリノヅク 2 0を電源として動作し、 2次電池 Eの放電電流が、 +端子 7、 1 2、パーソナルコンピュータ 3 0、 —端子 1 3 、 8という経路で流れる。

バッテリパック 2 0では、電流検出回路 3または電圧検出回路 4 により、 2次電池 Eに流れる電流（放電電流、充電電流）またはその電池電圧がそれぞれ検出されており、その電流値および電圧値は, マイクロコンピュータ 1 1において、周期的に受信される。そして- マイクロコンビュ一夕 1 1は、この電流値、電圧値に基づいて、 2 次電池 Eが過充電状態若しくは過放電状態または過電流状態にあるかどうかを判定し、 2次電池 Eが過充電状態若しくは過放電状態または過電流状態にあるときは、スィッチ 2をオフにして、電流（充電電流、放電電流）を遮断する。

マイクロコンピュータ 1 1は、 2次電池 Eのセル電圧に基づいて、現在容量（2次電池 Eの残容量）を算出し、さらに、その現在容量に基づき、必要に応じて、レジス夕部 5を参照しながら、積算容量を算出する。

マイクロコンピュ一夕 1 1は、以上のようにして算出した積算容量や、電流検出回路 3から供給される電流値、電圧検出回路 4から供給される電圧値を、パーソナルコンピュータ 30からの要求に応じて、通信端子 9を介して送信する。また、マイクロコンピュー夕 1 1は、求めた積算容量を、表示部 6に供給して表示させる。

次に、電流積算法の好ましい例について、図 3と図 4を参照して説明する。

電流積算法では、流れている電流を積算して、 Ah (アンペア時問）を出すので、電流値を精度良く計測する必要がある。例えば、最大計測電流を 1 OAとして、最小計測可能電流を 1mAとすると、 10 A/ 1 mA = 1 0 000、すなわち 1 m Aを最小単位としたときの 1 0Aを表す値は 10000となり、十進数での 1 0000を表すには 2進数で 14ビット（2 H= 1 6384 ) 必要であることから、図 1のマイクロコンピュー夕 1 1の CPU (中央演算処理装置）において計測値のデ一夕を表すために必要とされるビット数は理論上 14 b i tである。すなわち、例えば 14 b i tの A/D (アナログ /ディジタル）変換器が必要とされる。この 1 4 b i tデータを積算して行くのであるが、その積算間隙を極端に小さくすると、積算に要するメモリ一容量が大きくなつてしまう。そこで、最小積算分解能を定めて、実用的な積算間隔を求める。

例えば、図 4に示すように、 1 mAhを分解能（最小積算分解能）とすると、最大電流が 1 0 Aであるから、最小積算間隔は、

1 [ m A h ] / 1 0 [A]

= 3 6 0 0 [mAsec] / 1 0 0 0 0 [mA]

二 0. 3 6 [sec]

すなわち 0. 3 6秒である。 2次電池の容量が' 4 8 0 0 mA hであつたとすると、十進数での 4 8 0 0を表すには 2進数で 1 3ビット ( 2¹ = 8 1 9 2 ) 必要であることから、積算値デ一夕を表すために必要とされるビット数は 1 4 b i t + 1 3 b i t = 2 7 b i t となり、必要なメモリ一量は実用レベルといえる。

電流積算法における電流積算値の測定のためにアナログ電流値をディジ夕ル値に変換する別の例としては、図 3の回路例に示すように、アナログ積分器 1 0 0を併用する方法もある。

図 3は電流積算法を行うための積分器と積算の概念を示す回路例である。図 3の回路は、充電方向又は放電方向の内の一方向を示しているが、充電放電の両方向を行う場合にはこの回路が 2組必要である。

アナ口グ積分器 1 0 0には入力端子 1 0 1 とリセットスイッチ 1 0 2が設けられ、アナログ積分器 1 0 0の出力側は電圧コンパレー夕 1 0 3が接続されている。この電圧コンパレ一夕 1 0 3の出力パルス（積算するパルス） 1 04は、例えば 1パルスが 1 mAhであり、リセットスイッチ 1 0 2の操作に用いる。

この例の電流積算法は、最小積算分解能以下のダイナミックレンジを持つアナログ積分器 1 0 0を用いて、図 4に示すように、そのアナ口グ積分器 1 0 0がオーバ一フローする毎に（出力がレベル L に達する毎に）、図 3の出力パルス 1 0 4を出力して、その出力パルス 1 0 4を積算して行う。すなわち、アナログ積分器 1 0 0がォ —バーフローするとき、あるいは、アナログ積分器 1 0 0からの出力がレベル Lに達するときが、 1 m A hを測定した時点に相当し、電圧コンパレー夕 1 0 4からのパルス数を積算することで、何 m A hかの値を知ることができる。

積算は連続となるので、分解能というものは考えなくてもよい。しかし、アナログ積分器 1 0 0にはオフセットゃドリフトがあり、それにより演算精度の劣化を考慮する必要がある。

ところで、実用になっている A / D (アナログ/ディジタル）変換器では、前述の 1 4 b i t程度の精度が得られているものがある c 1 4 b i tの A / Dを使った例は理論上の話であり、実際の精度はこの例程は良くないのが実情である。

このような高精度な電流計測を行ったとしても、 2次電池が 1 m Aを下回る電流には対応できないし、 2次電池が使用されていない様な場合、又は 2次電池の自己放電等では電流計測されないものもある。

本発明の実施の形態では、この点を考慮して、微小電流領域では電流積算法は用いずに電圧法を用いるので、これほどの精度が不要であり、例えば 1 0 b i tの A / D (アナログ/ディジタル）変換器等で実用レベルになる。次に、図 5および図 6を参照して、あらかじめ設定されている切り換えボイントにより、電圧法および電流積算法の使用を切り換える例について説明する。

本発明の実施の形態においては、 2次電池 Eの容量を高精度に算出するために、 2次電池 Eの電流の大きな時には電流積算法を使い、 2次電池 Eの電流の小さい時には電圧法を使う。

これにより、電圧法および電流積算法を実施する場合の電圧検出回路 4および電流検出回路 3に用いられているデバィスの精度が余り良くなくても、 2次電池 Eの残容量の算出精度を高めることができる。

先ず、切り換えポイントとして、所定の電流値を閾値に設定する方式（図 5参照）について説明する。

この場合、切り換えボイントとなる閾値を電流値そのもので設定しており、電流値（閾値）が固定なので、電流積算法の電流測定精度（誤差）を算出するのが容易である。

例えば 2次電池 Eの内部抵抗は、温度が低くなると大きくなり、一 1 0 °Cでは室温の場合に比べて、内部抵抗が数倍以上になることがある。例えば、内部抵抗が 4倍変わるとして、室温で 2 5 0 πι Ω とし、 4 0 0 m Aを切り換えポイントの電流値として設定したとすると、室温では 2次電池 Eの電圧降下は 0 . I Vであるが、低温では 0 . 4 Vにもなる。もし 0 . I Vでは良好であるが、 0 . 4 Vでは精度が厳しいとなると、切り換えボイン卜の電流値をもっと低い電流値（例えば 1 0 0 m A ) に設定しなければならない。そうすると、電流測定精度が厳しくなる。

この方法では、図 5において、 2次電池 Eの電流値が、切り換えポイントである閾値として設定された所定電流値を超える場合には、

2次電池 Eの容量の積算は電流積算法に切り換えるが、逆に 2次電池 Eの電流値が切り換えポイントである所定の電流値（閾値）よりも下回る場合には、電圧法に切り換える。

次に、この切り換えポイントとなる閾値として、 2次 ί¾池 Eの所定の電圧降下値を設定する場合（図 6参照）について説叫する。切り換えポイントとして 2次電池 Εの所定の電圧降下倘を閾値に設定する場合には、この電圧降下値（閾値）が一定であるので、電圧法にとつては精度条件が決めやすい。

例えば切り換えポイントとして電圧降ド値を 0 . I Vに設^すると、室温では電流が 4 0 0 m Αであり、低温では 1 0 0 m Aとなる。図 6に示すように 2次電池 Eの電圧降下値が切り換えポイントとしての閾値（所定の電圧降下値、例えば 0 . I V ) よりも大きくなると、電流が多く流れていることになるので、電流積算法を用いて 2次電池 Eの容量の検出を行うが、 2次電池 Eの電圧降下値が切り換えポイントの上記所定電圧降下値（閾値）よりも小さい場合には 2次電池 Eの容量の検出法として電圧法を用いる。

上述した切り換えボイントとしての電流値の値および電圧降下値の値は、単なる一例であるが、上述したような電流値あるいは電圧降下値の切り換えボイン卜において、完全に電流積算法と電圧法を切り換えるのではなく、徐々に切換える方法や段階的に切換えることもできる。すなわち、上記切り換えのために予め設定される電流値あるいは電圧降下値に幅を持たせ、上記 2次電池の電流が大きいときの上記電流積算法による電池容量検出と、電流が小さいときの上記電圧法による電池容量検出との間を徐々に切り換えるようにすればよい。また、予め設定される電流値あるいは電圧降下値として、複数の閾値を定めるようにし、上記電圧法による電池容量検出と、上記電流積算法による電池容量検出とを、複数の閾値に応じて段階的に切り換えてもよい。

また、急激な電流変化があったり、 1つの閾値で切り換えたりすることによって、一気に電流積算法と電圧法の間で切り換わつた場合には、容量積算値を徐々に変化させるなどの処现を得た方がよい。電圧法および容量積算法ともに、精度誤差が 0ならばこのようなことは考えなくてもよいが、両方式には、若干の差があるのでこのような処理を入れる。

電流積算法は流れた電流量（A hまたはクーロン）を積算した値に基づいて電池容量が算出されるが、電圧法は図 2のようにセル電圧に対して容量％をあらかじめ定めたテ一ブル等に基づいて電池容量が^出される。電流積算法で得られた電流量を 2次電池 E (セル）の満充電容量から減算して残容量を出すが、電圧法では得られた容量％に満充電容量を乗じて残容量を出す。従って、計算誤差や換算誤差およびテーブルの誤差等が影響する。なお電流積算法は電圧法で得られた容量値を基点として積算する。

すなわち、電圧法から電流積算法に切り換える場合には、電圧法で求められている現在の（切換時点の）電池容量を基点として、この現在の電池容量に、電流積算法により算出される電流量を積算して行くことにより、最終的な電池容量を求めるようにすればよい。これに対して、電流積算法から電圧法に切り換えた場合には、電流を積算することで求められた現在の（切換時点の）電池容量と、電圧と電池容量との相関性に基づいて求められた切換直後の電池容量とに誤差が生じていることがあり、これらの電池容量の間の誤差を考慮して、切換直前の電流積算法により検出された電池容量値から、切換直後の電圧法により検出された電池容量値に、徐々に変化させることが好ましい。

また、ある定めた電圧間のクーロン量等から満充電容量や劣化等を推測することや、充電時等一定電流で比較的電流値が大きい時に積算法で得られる精度の高い電流量の情報から ¾圧法のテーブルを構成することも可能である。

以上のように、電圧法は、リチウムイオン 2次電池の電圧一容量特性を利用し、電池端子の電圧から容量％を推測する。電压法は、電圧降下値が大きい場合（電流が大きいなど）は、いろいろな誤差が重なって 2次電池 Eの容量精度が悪い。これに対して電流積算法では、電流が小さいと積算誤差が大きく、リチウムイオン 2次電池のように電変動の大きい場合には、容量の精度が悪いという性質がある。

本発明の実施の形態となる電池の容量検出方法によれば、これら電圧法と電流積算法をある切り換えポイントにおいて切り換えることにより、電圧法および電流積算法の両方の欠点を補って、 2次電池 Eの容量を高精度に検出することができる。切り換えボイントとしては上述したように電流値を設定したりあるいは電圧降下値を設定することができる。

また、本発明の実施の形態として、上述したような電池の容量検出方法が適用された電池パック（バヅテリパック）や、該電池パヅクが装着される電子機器と電池パックとから成る電子機器システムを挙げることができることは勿論である。以上説明したように、本発明に係る電池の容量検出方法、電池パック及び電子機器システムによれば、 2次電池の電流の大きさに応じて、電圧法及び電流積算法を使い分けることにより、 2次電池の容量（残容量）の算出精度を高めることができる。

なお、本発明は、上述した実施の形態のみ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、極々の変更が可能である。例えば、 2次電池はリチウムイオン 2次電池に限定されず、 2次電池 Eとしては例えば N i C d電池のような他の種類の電池を用いることも可能である。

Claims

請求の範囲

1 . 2次電池の容量を検出する電池の容量検出方法において、 h記 2次電池の電圧を測定して該 2次電池の ¾圧と容量との相関性に基づいて該 2次電池の容量を算出する電圧法による電池容量検出と、

上記 2次電池の電流値を時間とともに積算して該 2次電池の容量を算出する電流積算法による電池容量検出とを行い、

め設定された電流値に応じて、上記電圧法と上 ^電流積算法とを切り換えることにより上記 2次電池の容量を検出することを特徴とする電池の容量検出方法。

2 . 上記予め設定された電流値として、 1つの閾値を定め、上記 2次電池の電流が上記閾値よりも大きいときはヒ記電流積算法により、電流が上記閾値よりも小さいときは上記電圧法により、それぞれ上記 2次電池の容量を検出することを特徴とする請求の範囲第 1 項記載の電池の容量検出方法。

3 . 上記予め設定された電流値に幅を持たせ、上記 2次電池の電流が大きいときの上記電流積算法による電池容量検出と、電流が小さいときの上記電圧法による電池容量検出との間を徐々に切り換えることを特徴とする請求の範囲第 1項記載の電池の容量検出方法。

4 . 上記予め設定された電流値として、複数の閾値を定め、上記 2次電池の電流が大きいときの上記電流積算法による電池容量検出と、電流が小さいときの上記電圧法による電池容量検出との間を段階的に切り換えることを特徴とする請求の範囲第 1項記載の電池の容量検出方法。

5 . 上記電圧法から上記電流積算法に切り換える際には、上記電圧法で検出された電池容量を基点として上記電流積算法により検出される電流量を積算して電池容量を求めることを特徴とする請求の範囲第 1項記載の電池の容量検出方法。

6 . 上記電流積算法から上記電圧法に切り換える際には、上記電流積算法で検出された電池容量と、上記電圧法により検出される電池容量との間を徐々に変化させて最終的な電池容量を求めることを特徴とする請求の範囲第 1項記載の電池の容量検出方法。

7 . 2次電池の容量を検出する電池の容量検出方法において、上記 2次電池の電圧を測定して該 2次電池の電圧と容量との相関性に基づいて該 2次電池の容量を算出する電圧法による電池容量検出と、

Ι. ,ϊιΐ 2次電池の電流値を時間とともに積算して該 2次電池の容 a を算出する電流積算法による電池容量検出とを行レ、、

予め設定された上記 2次電池の電圧降下の値に応じて、上記電圧法と上記電流積算法とを切り換えることにより上記 2次電池の容量を検出することを特徴とする電池の容量検出方法。

8 . 上記予め設定された電圧降下の値として、 1つの閾値を定め、上記 2次電池の電圧降下の値が上記閾値よりも大きいときは上記電流積算法により、電圧降下の値が上記閾値よりも小さいときは上記電圧法により、それぞれ上記 2次電池の容量を検出することを特徴とする請求の範囲第 7項記載の電池の容量検出方法。

9 . 上記予め設定された電圧降下の値に幅を持たせ、上記 2次電池の電圧降下の値が大きいときの上記電流積算法による電池容量検出と、電圧降下の値が小さいときの上記電圧法による電池容量検出との間を徐々に切り換えることを特徴とする請求の範囲第 7項記載の電池の容量検出方法。

1 0 . 上記予め設定された電圧降下の値として、複数の閾値を定め、上記 2次電池の電圧降下の値が大きいときの h記電流積算法による電池容鼂検出と、電圧降下の値が小さいときの上記電圧法による電池容量検出との間を段階的に切り換えることを特徴とする請求の範囲第 7項記載の電池の容量検出方法。

1 1 . 上記電圧法から上記電流積算法に切り換える際には、上記電圧法で検出された電池容量を基点として上記電流積算法により検出される電流量を積算して電池容量を求めることを特徴とする請求の範囲第 7項記載の電池の容量検出方法。

1 2 . 上記電流積算法から上記電圧法に切り換える際には、上記電流楨算法で検出された電池容量と、 _ヒ記電圧法により検出される電池容量との間を徐々に変化させて最終的な電池容量を求めることを特徴とする請求の範囲第 7項記載の電池の容量検出方法。

1 3 . 2次電池の容量の検出機能を有する電池パックにおいて、上記 2次電池の電圧と容量との相関性に基づいて該 2次電池の容量を算出するために、該 2次電池の電圧を検出する電圧検出手段と、上記 2次電池の電流値を時間とともに積算して該 2次電池の容量を算出するために、該 2次電池の電流値を検出する電流検出手段と、予め設定された電流値に応じて、上記 2次電池の電圧と容量との相関性に基づいて該 2次電池の容量を算出する動作と、上記 2次電池の電流値を時間とともに積算して該 2次電池の容量を算出する動作を切り換える制御手段とを備えることを特徴とする電池パック。

1 4 . 上記予め設定された電流値として、 1つの閾値を定め、上記 2次電池の電流が上記閾値よりも大きいときは上記 2次電池の電流値を時間とともに積算して該 2次電池の容量を算出し、電流が上記閾値よりも小さいときは上記 2次電池の電圧と容量との相関性に基づいて該 2次電池の容量を算出することを特徴とする請求の範囲第 1 3項記載の電池パック。

1 5 . 上記予め設定された電流値に幅を持たせ、上記 2次電池の電流が大きいときの上記電流値を積算することによる電池容量検出と、電流が小さいときの上記電圧と容量との相関性に基づく電池容量検出との間を徐々に切り換えることを特徴とする請求の範囲第 1 3項記載の電池パック。

1 6 . 上記予め設定された電流値として、複数の閾値を定め、上記 2次電池の電流が大きいときの！:記電流値を積算することによる電池容量検出と、電流が小さいときの上記電圧と容量との相関性に基づく電池容量検出との間を段階的に切り換えることを特徴とする請求の範囲第 1 3項記載の電池パック。

1 7 . 上記電圧と容量との相関性に基づく電池容量検出から、上記電流値を積算することによる電池容量検出に切り換える際には、上記電圧と容量との相関性に基づいて検出された電池容量を基点として、上記電流値を積算することにより検出される電流量を積算して電池容量を求めることを特徴とする請求の範囲第 1 3項記載の電池パック。

1 8 . 上記電流値を積算することによる電池容量検出から、上記電圧と容量との相関性に基づく電池容量検出に切り換える際には、上記電流値を積算することで検出された電池容量と、上記電圧と容量との相関性に基づいて検出される電池容量との間を徐々に変化させて最終的な電池容量を求めることを特徴とする請求の範囲第 1 3 項記載の電池パック。

1 9 . 2次電池の容量の検出機能を有する電池パックにおいて、 t記 2次電池の電圧と容量との相関性に基づいて該 2次電池の容量を算出するために、該 2次電池の電圧を検出する電圧検出手段と、上記 2次電池の電流値を時間とともに積算して該 2次電池の容量を算出するために、該 2次電池の電流値を検出する電流検出手段と、予め設定された 2次電池の電圧降下値に応じて、上記 2次電池の電圧と容量との相関性に基づいて該 2次電池の容量を算出する動作と、上記 2次電池の電流値を時間とともに積算して該 2次電池の容量を算出する動作を切り換える制御手段と

を備えることを特徴とする電池パック。

2 0 . 上記予め設定された電圧降下値として、 1つの閾値を定め、上記 2次電池の電圧降下値が上記閾値よりも小さいときは上記 2次電池の電流値を時間とともに積算して該 2次電池の容量を算出し、電圧降下値が上記閾値よりも大きいときは上記 2次電池の電圧と容量との相関性に基づいて該 2次電池の容量を算出することを特徴とする請求の範囲第 1 9項記載の電池パック。

2 1 . 上記予め設定された電圧降下値に幅を持たせ、上記 2次電池の電圧降下値が大きいときの上記電流値を積算することによる電池容量検出と、電圧降下値が小さいときの上記電圧と容量との相関性に基づく電池容量検出との間を徐々に切り換えることを特徴とする請求の範囲第 1 9項記載の電池パック。

2 2 . 上記予め設定された電圧降下値として、複数の閾値を定め、上記 2次電池の電圧降下値が大きいときの上記電流値を積算することによる電池容量検出と、電圧降下値が小さいときの上記電圧と容量との相関性に基づく電池容量検出との間を段階的に切り換えることを特徴とする請求の範囲第 1 9項記載の電池パ、ソク。

2 3 . 上記電圧と容量との相関性に基づく電池容量検出から、上記電流値を積算することによる電池容量検出に切り換える際には、上記電圧と容量との相関性に基づいて検出された電池容量を基点として、上記電流値を積算することにより検出される電流量を積算して電池容量を求めることを特徴とする請求の範囲第 1 9項記載の電池パック。

2 4 . 上記電流値を積算することによる電池容量検出から、上記電圧と容量との相関性に基づく電池容量検出に切り換える際には、上記電流値を積算することで検出された電池容量と、上記電圧と容量との相関性に基づいて検出される電池容量との間を徐々に変化させて最終的な電池容量を求めることを特徴とする請求の範囲第 1 9 項記載の電池パック。

2 5 . 2次電池の容量の検出機能を有する電池パックと、該電池パックを電気的な接続部を介して着脱可能に装着することにより上記電池パックからの電源供給がなされる電子機器と、を有する電子機器システムにおいて、

上記電池パックは、

上記 2次電池の電圧と容量との相関性に基づいて該 2次電池の容量を算出するために、該 2次電池の電圧を検出する電圧検出手段と、上記 2次電池の電流値を時間とともに積算して該 2次電池の容量を算出するために、該 2次電池の電流値を検出する電流検出手段と、予め設定された電流値に応じて、上記 2次電池の電圧と容量との相関性に基づいて該 2次電池の容量を算出する動作と、上記 2次電池の電流値を時間とともに積算して該 2次電池の容量を算出する動作を切り換える制御手段と

を備えることを特徴とする電子機器システム。

2 6 . 上記予め設定された電流値として、 1つの閾値を定め、上記 2次電池の電流が上記閾値よりも大きいときは上記 2次電池の電流値を時間とともに積算して該 2次電池の容量を算出し、電流が上記閾値よりも小さいときは上記 2次電池の電圧と容量との相関性に基づいて該 2次電池の容量を算出することを特徴とする請求の範囲第 2 5項記載の電子機器システム。

2 7 . 2次電池の容量の検出機能を有する電池パックと、該電池パックを電気的な接続部を介して着脱可能に装着することにより上記電池パックからの電源供給がなされる電子機器と、を有する電子機器システムにおいて、

上記電池パックは、

上記 2次電池の電圧と容量との相関性に基づいて該 2次電池の容量を算出するために、該 2次電池の電圧を検出する電圧検出手段と、上記 2次電池の電流値を時間とともに積算して該 2次電池の容量を算出するために、該 2次電池の電流値を検出する電流検出手段と、予め設定された 2次電池の電圧降下値に応じて、上記 2次電池の電圧と容量との相関性に基づいて該 2次電池の容量を算出する動作と、上記 2次電池の電流値を時間とともに積算して該 2次電池の容量を算出する動作を切り換える制御手段とを備えることを特徴とする電子機器システム。

2 8 . 上記予め設定された電圧降下値として、 1つの閾値を定め、上記 2次電池の電圧降下値が上記閾値よりも小さいときは上記 2次電池の電流値を時間とともに積算して該 2次電池の容量を算出し、電圧降下値が上記閾値よりも大きいときはヒ記 2次電池の電圧と容量との相関性に基づいて該 2次電池の容量を算出することを特徴とする請求の範囲第 2 7項記載の電子機器システム。