JP2001338699A

JP2001338699A - 二次電池の残量表示装置

Info

Publication number: JP2001338699A
Application number: JP2000160396A
Authority: JP
Inventors: Kenkichi Suzuki; 謙吉鈴木
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 2000-05-30
Filing date: 2000-05-30
Publication date: 2001-12-07

Abstract

(57)【要約】【課題】電池駆動される装置の機能を損なうことな
く、実際の使用時間に対応した電池残量表示が可能な二
次電池の残量表示装置を提供する。【解決手段】二次電池の残量表示装置は、電池１を充
電する充電部２、既知の負荷からなる放電部３、満充電
の状態から放電完了までの時間を計時する計時部４、電
池１の満充電状態において放電部３による放電を開始さ
せ、また放電完了までの計時部４による計時結果と放電
部３の負荷の値を用いて実質的な電池容量を算出する容
量計算制御部５、電池残量表示部６、容量計算を行うよ
うに指示する制御指示部７を備え、放電部３における定
電流値と放電完了までの時間から求めた実際の二次電池
容量に基づいて電池容量又は電池残量の表示を行うよう
に構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、二次電池の残量表
示装置に関し、特に、二次電池で駆動される携帯電話機
や携帯情報端末等に使用される二次電池の残量表示装置
に関する。

【０００２】

【従来の技術】小型軽量に構成された携帯電話機や携帯
情報端末等の電子機器が広範に普及してきている。この
ような電子機器では、商用電源の利用できない場所でも
作動させるためにパッケージ化されたバッテリを装着可
能にしたものが多い。装着されたバッテリパックは、装
置が商用電源に接続されているときはＡＣアダプタ等を
介して充電される。

【０００３】一般に、電池残量と電池電圧の関係は、使
用範囲においては一次関数で近似されることが知られて
いる。従来は電池電圧を直接読み取ることで、電池残量
を予測し表示することを基本とし、他の情報を付加する
ことで残量検出精度の向上を図っている。例えば、特開
平７−２８２８５７号公報に記載された装置では、電池
の負荷変動による電池電圧の変動を補正するために、電
池の負荷状態を検出する手段と、各負荷状態における電
池の放電特性をあらかじめ記憶したテーブルを備え、電
池の負荷状態によって異なる放電特性テーブルを用いる
ことで残量検出精度の向上を図っている。また、特開平
１１−１９０７６８号に記載された装置では、放電量や
充電量を監視して算出される電池の総放電量から電池容
量の劣化量を推定し、電池の劣化に起因する電池容量の
変化を補正している。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来の二次電池の残量表示装置にあっては、以下の
ような問題点があった。特開平７−２８２８５７号公報
に記載された装置では、電池特性の劣化を考慮していな
いため、あらかじめ用意された放電特性のテーブルが実
際の電池の特性と合わなくなり、実際の使用時間と残量
表示の対応関係が崩れる。例えば、電池容量が初期容量
の５０％まで劣化した電池を使用している場合でも、満
充電直後には残量が１００％と表示されてしまう可能性
がある。また、電池容量を考慮する場合でも、実現のた
めに多くの付加回路が必要になる等が問題となる。

【０００５】また、特開平１１−１９０７６８号に記載
された装置では、電池の劣化推定のもととなる電流検出
のために挿入する電流検出器の負荷が、電池電圧の降下
を生起し、一般的に小容量の電池を用いることの多い携
帯機器においては、電池電圧の降下分が装置の電池寿命
に無視しえない影響を与えるという問題点があった。本
発明は、このような課題に鑑みてなされたものであっ
て、電池駆動される装置の機能を損なうことなく、実際
の使用時間に対応した電池残量表示が可能な二次電池の
残量表示装置を提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明の二次電池の残量
表示装置は、二次電池を充電する充電手段と、負荷によ
り前記二次電池を放電する放電手段と、満充電の状態か
ら終止電圧までの時間を計時する計時手段と、前記二次
電池の満充電状態において前記放電手段による放電を開
始させ、前記終止電圧までの前記計時手段による計時結
果と前記負荷の値に基づいて電池容量を算出する制御手
段と、前記制御手段により算出した電池容量を記憶する
記憶手段と、電池電圧に対応する電池残量を表示する表
示手段とを備え、前記制御手段は、前記二次電池で駆動
される装置の通常動作時、前記二次電池の初期容量と前
記記憶手段に記憶された電池容量の比で電池電圧を補正
し、該補正された電池電圧に基づいて電池残量を前記表
示手段に表示することを特徴とするものである。

【０００７】また、より好ましくは、電池容量算出の開
始時間を設定する設定手段をさらに備え、前記制御手段
は、前記設定手段により設定された開始時間になると、
前記放電手段による放電を開始させ、前記容量算出を行
うことを特徴とする。また、より好ましくは、前記表示
手段は、算出した電池容量が所定の下限値より低下した
とき、使用限界情報を表示することを特徴とする。

【０００８】また、前記表示手段は、前記二次電池の初
期容量を基準とした絶対表示で、前記電池残量を表示す
るものであってもよい。このように構成された本発明の
二次電池の残量表示装置は、電池残量表示を電池の特性
劣化の影響も含む実質的な電池容量によって、電池電圧
の検出レベルを補正して表示することができる。また、
通常の動作状態とは独立に、直接的に算出した電池容量
を用いることで通常動作への影響を排除することができ
る。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照しながら本
発明の好適な二次電池の残量表示装置の実施の形態につ
いて詳細に説明する。

【００１０】図１は、本発明の実施の形態の二次電池の
残量表示装置の構成を示すブロック図である。図１にお
いて、１は電池、２は電池１を充電する充電部（充電手
段）、３は既知の負荷（例えば、抵抗）からなり定電流
で電池１を放電する放電部（放電手段）、４は満充電の
状態から放電完了までの時間を計時する時計等からなる
計時部（計時手段）、５は電池１の満充電状態において
放電部３による放電を開始させ、また放電完了までの計
時部４による計時結果と放電部３の負荷の値を用いて実
質的な電池容量を算出する容量計算制御部（制御手
段）、６は容量計算制御部５により計算された電池残量
を表示するＬＣＤからなる電池残量表示部（表示手
段）、７は容量計算制御部５に対して容量計算を行うよ
うに指示するキーボード等の制御指示部である。

【００１１】容量計算制御部５は、制御指示部７からの
指示に従い電池容量の算出を実行し、算出した電池容量
を基準として残量表示の補正を行う。また、容量計算制
御部５は、あらかじめ電池容量の使用可能な下限値を記
憶することにより、算出した電池容量が記憶された下限
値より低下した時、電池残量表示部６にその情報を表示
させる。

【００１２】上記容量計算制御部５は、マイクロコンピ
ュータ等からなり、本電池残量検出制御を含む、電池駆
動される装置全体の制御を行う制御部であり、ＲＯＭ上
のプログラムに従い、演算に使用するデータを記憶した
ＲＡＭを使用してアプリケーション処理等各種処理を実
行する。ＲＡＭは、データ表示制御に関するデータや演
算に使用するデータ及び演算結果等を一時的に記憶する
いわゆるワーキングメモリとして使用される。ＲＡＭの
一部の記憶領域は、電源バックアップするか、あるいは
ＥＥＰＲＯＭ（electrically erasable programmable R
OM）やフラッシュメモリ等の不揮発性メモリにより構成
され、電源ＯＦＦ後も設定条件を保持する。この記憶領
域には、算出した電池容量、及び電池容量の下限値等の
保存データが格納される。

【００１３】以下、上述のように構成された二次電池の
残量表示装置の動作を説明する。制御指示部７から容量
計算制御部５に対して電池容量の算出開始が指示される
と、制御指示部７は、充電部２を起動して電池１を充電
する。満充電状態になると、容量計算制御部７は充電部
２による充電を停止し、代わって放電部３を起動する。
放電部３は、通常回路への給電を停止して、一定負荷を
有する疑似負荷により電池の放電を行う。あるいは、放
電部３は一定に制御された通常回路で実現することも可
能である。計時部４は、放電が開始されてから完了する
までの時間ｔ（時間）を計測する。この時、放電部３の
負荷をｒ（Ω）、電池１の電圧をｅ（Ｖ）とすれば、電
池容量Ｑ（ｍＡｂ）は、次式（１）Ｑ＝ｅ×ｔ／ｒで概
算できる。

【００１４】Ｑ＝ｅ×ｔ／ｒ …（１）

【００１５】ここで、ｒは既知の負荷、ｔは測定された
値を用いる。ｅについては電池容量の低下に伴って変化
するが、満充電時の電圧ｅ_fから終止電圧（装置として
使用可能な限界電圧）ｅ_eまで間の適当な値で近似する
ことができる。一例として、満充電電圧ｅ_fと終止電圧
ｅ_eの中間値である（ｅ_f＋ｅ_e）／２が考えられる。

【００１６】図２は、電池容量算出における諸量の関係
を示す図である。容量計算制御部５は、式（１）に上記
ｅ、ｔ、ｒの各値を当てはめて電池容量Ｑを算出する。
ここで算出される電池容量Ｑは、基本的には電池容量の
定義に沿ったもので、実質的な電池容量と見なせる。ま
た、容量計算制御部５は、算出した電池容量Ｑによっ
て、電池残量の補正を実施して残量表示を行う。

【００１７】上述した電池容量算出を行うための一連の
動作中は、放電の負荷容量を制御する必要性があるた
め、ある種の校正動作状態になり、二次電池１で駆動さ
れる携帯端末等の装置の通常動作は制限される。この不
具合を解決するために、容量計算制御部５に、制御指示
部７により、あらかじめ設定された電池容量算出動作を
行う開始時間と間隔を設定し、自動的に容量算出を実行
する制御機能を持たせる。このことによって、使用者の
通常使用状態への影響を低減することが可能となる。以
下、この制御動作について具体的に説明する。

【００１８】図３は、二次電池の残量表示装置の容量計
算制御部５の動作を説明するための図である。図３の例
では、容量算出動作開始時間を午前３時に、間隔を３箇
月に設定した場合を示している。通常動作（Ａ）を終え
て、停止状態（Ｂ）にある装置が、あらかじめ設定され
た日の午前３時から自動的に容量算出動作（Ｃ）を行
い、その後通常の停止状態（Ｄ）になる。容量算出動作
（Ｃ）の開始時間を、例えば深夜など、使用者が装置を
使用する可能性の低い時間帯に設定するのが適当であ
る。

【００１９】３箇月毎に同様の動作（Ｃ’）を行う。も
し、設定された容量算出動作開始時点で、使用者が該当
装置を使用している場合には、開始時間を延期するなど
することも可能である。また、容量計算制御部５は、以
下のような動作を行う。

【００２０】容量計算制御部５に、電池容量の下限値Ｑ
minを記憶しておき、この電池容量の下限値Ｑminと算出
された電池容量Ｑとを比較する。算出された電池容量Ｑ
が下限値Ｑminを以下となった時には、容量計算制御部
５は、電池容量が使用下限値を下回ったことを電池残量
表示部６により表示させる。使用者は、この使用限界情
報の表示により二次電池の使用限界の目安を得ることが
できる。

【００２１】図４は、特性が劣化していない初期電池の
放電特性である特性０と、劣化した電池の特性である特
性１及び特性２について、放電時の電圧と残量表示の関
係を示す図である。また、図５は、図４に示す特性０及
び特性２を実際に電池残量表示部６に表示する表示例を
示す図である。

【００２２】図４の例では、残量表示はレベル０〜２の
３段階としている。一般的には電池電圧と電池残量とを
一対一に対応させており、初期電池の特性０において
は、電池電圧Ｅｌ２の（ａ）点まではレベル２で表示さ
れ、（ａ）点から電圧Ｅｌ１の（ｂ）点まではレベル１
と表示される。図５（ａ）は、特性０（劣化なし）の満
充電表示例を示している。図５（ａ）では、３段階に表
示された電池残量表示部分は何れも表示された状態であ
る。また、「劣化」表示部分は消灯している。この電池
残量表示部分は、上記電池電圧が、電圧Ｅｌ２、電圧Ｅ
ｌ１、終止電圧の各電圧レベルまで低下した時、順次左
側から段階的に非表示となり電池残量を直感的に視認さ
せることができる。

【００２３】特性１を有する劣化した電池においては、
電圧がＥｌ１となる（ａ１）点までがレベル１と表示さ
れる。同様に、Ｅｌ２となる（ａ１）点までがレベル２
と表示され、（ｃ１）点で電池残量がゼロとなる。この
ような劣化した電池の場合、電池の劣化の程度に比例し
てレベルの低下速度が上昇し、機器の使用開始には残量
表示が満充電を示していても、機器の使用し始めると使
用可能な時間は初期電池を用いた場合よりも急速に低下
する。

【００２４】ここで、電池残量表示部６は、電池残量を
電池の初期容量を基準とした絶対表示で行うようにして
もよい。劣化した電池の特性を図４の特性２とすると、
図４に示すように、初期電池容量と劣化した電池容量の
比、すなわち放電時間Ｔとｔの比で電池電圧を補正し、
その電圧に基づいて残量表示を行う。ここで、ｔは図２
におけるｔに相当する。図４の（ａ２）点における電圧
Ｅｌ２を、Ｅｌ２×ｔ／Ｔと補正し、補正後の電圧に対
応するレベル表示を行う。これにより、電池の劣化状態
に因らず、機器の使用可能時間に対応した電池残量表示
が可能となる。

【００２５】図５（ｂ）及び図５（ｃ）は、特性２（劣
化あり）の満充電表示例を示している。図５（ｂ）の満
充電表示例１では、満充電であっても電池電圧が電圧Ｅ
ｌ２の電圧レベルまで低下した時のように、左側の電池
残量表示部分が非表示となっている。この非表示が電池
使用によるものではなく、電池の劣化によるものである
ことを明示するために「劣化」表示部分を点灯させる。
また、図５（ｃ）の満充電表示例２では、上記「劣化」
表示部分に代えて、劣化の程度を％表示している。

【００２６】以上説明したように、本実施の形態の二次
電池の残量表示装置は、電池１を充電する充電部２、既
知の負荷からなる放電部３、満充電の状態から放電完了
までの時間を計時する計時部４、電池１の満充電状態に
おいて放電部３による放電を開始させ、また放電完了ま
での計時部４による計時結果と放電部３の負荷の値を用
いて実質的な電池容量を算出する容量計算制御部５、電
池残量表示部６、容量計算を行うように指示する制御指
示部７を備え、放電部３における定電流値と放電完了ま
での時間から求めた実際の二次電池容量に基づいて電池
残量の表示を行うように構成したので、電池残量表示を
電池の特性劣化の影響も含む実質的な電池容量によっ
て、電池電圧の検出レベルを補正して表示することがで
きる。これにより、従来、特性の劣化した電池を満充電
で使用して残量表示が１００％を示していたにも拘わら
ず、実使用時間が初期状態の半分しか得られないという
ような不具合を、電池使用される機器本来の機能を損な
うことなく解決することができる。また、一般に、交換
時期が分かり難い二次電池の交換時期の目安を使用者に
明示的に報知することが可能になる。

【００２７】なお、上述したように、電子機器に電源を
供給する二次電池の残量表示装置であればどのような電
池の残量表示装置でもよく、装置に内蔵されたものであ
ってもよいことは言うまでもない。また、上記二次電池
の残量表示装置を構成する各回路部の構成、例えば放電
部、計時部の種類、数及び接続方法などは前述した実施
の形態に限られない。

【００２８】

【発明の効果】以上、詳述したように、本発明によれ
ば、電池駆動される装置の機能を損なうことなく、実際
の使用時間に対応した電池残量を表示することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態の二次電池の残量表示装置
の構成を示すブロック図である。

【図２】本実施の形態の二次電池の残量表示装置の電池
容量算出における諸量の関係を示す図である。

【図３】本実施の形態の二次電池の残量表示装置の容量
計算制御部の動作を説明するための図である。

【図４】本実施の形態の二次電池の残量表示装置の特性
が劣化していない初期電池の放電特性である特性０と、
劣化した電池の特性である特性１及び特性２について、
放電時の電圧と残量表示の関係を示す図である

【図５】本実施の形態の二次電池の残量表示装置の特性
０及び特性２を電池残量表示部に表示する表示例を示す
図である。

【符号の説明】

１二次電池２充電部（充電手段）３放電部（放電手段）４計時部（計時手段）５容量計算制御部（制御手段）６電池残量表示部（表示手段）７制御指示部（指示手段）

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】二次電池を充電する充電手段と、負荷により前記二次電池を放電する放電手段と、満充電の状態から終止電圧までの時間を計時する計時手
段と、前記二次電池の満充電状態において前記放電手段による
放電を開始させ、前記終止電圧までの前記計時手段によ
る計時結果と前記負荷の値に基づいて電池容量を算出す
る制御手段と、前記制御手段により算出した電池容量を記憶する記憶手
段と、電池電圧に対応する電池残量を表示する表示手段とを備
え、前記制御手段は、前記二次電池で駆動される装置の通常動作時、前記二次
電池の初期容量と前記記憶手段に記憶された電池容量の
比で電池電圧を補正し、該補正された電池電圧に基づい
て電池残量を前記表示手段に表示することを特徴とする
二次電池の残量表示装置。
【請求項２】電池容量算出の開始時間を設定する設定
手段をさらに備え、前記制御手段は、前記設定手段により設定された開始時
間になると、前記放電手段による放電を開始させ、前記
容量算出を行うことを特徴とする請求項１記載の二次電
池の残量表示装置。
【請求項３】前記表示手段は、算出した電池容量が所
定の下限値より低下したとき、使用限界情報を表示する
ことを特徴とする請求項１記載の二次電池の残量表示装
置。