JP2002184470A - 充放電電流測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 低コストで高精度の測定が可能な充放電電流
測定装置を提供する。 【解決手段】 二次電池２の充放電電流を微少電圧信号
に変換する電流検出抵抗１と、微少電圧信号の極性を一
定極性方向に切り換える入力極性反転回路３と、微少電
圧信号を増幅する演算増幅回路５と、オフセット調整回
路９と、演算増幅回路５の出力電圧レベルをシフトして
調整するレベルシフト量調整回路１０と、アナログディ
ジタル変換回路１１と、ＣＰＵ１２と、演算増幅回路５
に設定されたゲインに対して、レベルシフト量調整回路
１０でのレベルシフト量の調整値を記憶する不揮発性メ
モリ１３とを備え、携帯用電子機器の電源として使用さ
れる二次電池の充電電流及び放電電流を測定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、携帯用電子機器
の電源として使用される二次電池の充電電流及び放電電
流を測定する充放電電流測定装置に関し、特に携帯用電
子機器の二次電池の残存容量を算出する際に使用される
充放電電流測定装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】携帯用電子機器の電源として使用される
二次電池の残存容量を算出する電池残量表示装置には、
従来から例えば特開平６−１７６７９８号公報（特許番
号第２９３２８７２号）により開示されたものがある。
図３は、この電池残量表示装置を示すブロック構成図で
ある。

【０００３】二次電池１０１と直列に接続された電流検
出抵抗１０２には、二次電池１０１の充放電電流が流れ
る。充放電電流検出手段１０３は、電流検出抵抗１０２
の両端に発生する微少電圧を入力とする充電電流検出用
の演算増幅器１３１と、放電電流検出用の演算増幅器１
３２とから構成されている。電圧低下検出手段１０４
は、放電の進行に伴う二次電池１０１の電圧低下を監視
するものである。

【０００４】図示しない充電器が端子１１３に接続され
ると、電気量算出手段１０６では演算増幅器１３１より
出力された充電電流値に所定時間を乗じて電気量を算出
し、さらにこの電気量に充電電流の大きさと温度検出手
段１０５より出力される温度情報とで決まる充電効率を
乗じて最終的な充電電気量とし、これを電気量積算手段
１１０へ信号出力する。充電完了検出手段１０７は、演
算増幅器１３１より充電電流信号が入力されることで信
号出力をリセットする。１１２はマイコンであり、電気
量算出手段１０６、充電完了検出手段１０７、放電電気
量積算手段１０８、容量記憶手段１０９および電気量積
算手段１１０に相当する回路を構成している。

【０００５】図示しない携帯機器が端子１１３に接続さ
れると、放電電気量積算手段１０８は所定時間毎に放電
電気量の積算を行う。電気量積算手段１１０では、電気
量算出手段１０６より信号出力される充電電気量を所定
時間毎に加算するとともに、放電電気量を減算すること
で、容量記憶手段１０９の記憶値に対する割合に応じた
容量残量値を決定する。表示手段１１１は、電気量積算
手段１１０で決定された残量情報に基づいて容量残量を
段階的に表示する。

【０００６】この従来装置では、電池の正確な最新容量
を記憶することで、残量表示精度の高い電池残量表示装
置を構成できる反面、充放電電流検出手段１０３におい
て充電用と放電用の２つの演算増幅器１３１，１３２を
用いているため、コスト面で問題があった。

【０００７】また、携帯用電子機器の電源では、二次電
池の残存容量を知るために、通常、数ｍＡ程度から数Ａ
程度までの電流の測定が必要とされ、そのための電流検
出抵抗１０２は、二次電池の効率を考慮して小さな抵抗
値のもの、例えば数１０[ｍΩ]程度の抵抗が使用され
る。したがって、検出抵抗の両端電圧は、１００[μＶ]
乃至１００[ｍＶ]（１：１０００）となる。検出される
電流の最小値が数ミリアンペア[ｍＡ]程度の場合には、
検出アンプのゲインが仮に２００倍であっても、その出
力値は２０[ｍＶ]程度の小さな値となる。すなわち、演
算増幅器１３１，１３２に通常の汎用オペアンプを使用
して、その電源を０[Ｖ]−Ｖｄｄ[Ｖ]とした場合、出力
電圧の範囲が電源電圧の範囲より狭くなるため、０[Ｖ]
付近の測定値を正確に出力できない。そこで、二次電池
の効率を考慮して、電源電圧範囲での出力を可能とする
ために、レールｔｏレールという特別なオペアンプを用
いた場合には、コスト面での問題が生じる。

【０００８】さらに、電流積分方式での容量残量測定方
法では、電流検出手段のオフセット電圧が測定電流値の
誤差要因となる。そこで、オフセット電圧の小さい、高
精度のオペアンプを用いる方法、電池パックの製造時
に、オペアンプのオフセット電圧をゼロに調整しておく
方法、或いはあらかじめオペアンプのオフセット電圧を
測定して、マイコンにより測定電流値からオフセット電
圧分を差し引く方法が考えられる。しかし、いずれの方
法を採用した場合でも従来装置のコスト増を招くという
問題があった。

【０００９】別の従来例として、安価な測定回路構成で
二次電池の残存容量を精度よく測定評価する電力貯蔵用
二次電池の充放電電流測定方法が知られている（特開平
８−１７４７８号公報）。図４は、この電池残量の測定
回路を示すブロック構成図である。

【００１０】この方法は、充放電回路２０２から二次電
池２０１に流れる充放電電流をシャント抵抗２０４で電
圧値に変換している点では、前者のものと同様である
が、充放電切換装置２０３からの情報に基づいて極性反
転回路２０６を動作させて、絶縁アンプ２０８に対して
常に同極性の信号を入力するように構成されている点で
異なる。電圧測定器２０９は絶縁アンプ２０８の出力値
を増幅し、演算装置２１０は電圧測定器２０９の電圧測
定値を電流絶対値に変換演算する。このとき、制御装置
２０７の制御により、充電と放電との条件に応じて、電
流絶対値が積算の正方向と負方向とに切り換えられる。

【００１１】積分装置２１１は演算装置２１０の出力側
に接続され、この積分装置２１１により電流値が積算さ
れる。そして、あらかじめ満充電完了時点で二次電池２
０１の定格容量値を設定しておけば、この積算により二
次電池２０１の残存容量が求められる。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】この電力貯蔵用二次電
池の充放電電流測定方法を携帯用電子機器の電源に応用
すれば、二次電池の残存容量を測定する場合も検出アン
プが一つで済むから、コストを低減できる利点がある。
しかし、前者の従来技術と同様に、電流検出手段のオフ
セット電圧が測定電流値の誤差要因となるだけでなく、
携帯用電子機器の電源効率を考慮した場合には、コスト
増を回避することが容易ではないという問題があった。

【００１３】この発明の目的は、低コストで高精度の測
定が可能な充放電電流測定装置を提供することにある。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、携帯用電子機器の電源として使用される二次電池の
充電電流及び放電電流を測定する充放電電流測定装置が
提供される。この充放電電流測定装置は、前記二次電池
の充放電電流を微少電圧信号に変換する電流検出抵抗
と、前記電流検出抵抗の微少電圧信号の極性を一定極性
方向に切り換え、或いは前記電流検出抵抗を後段回路か
ら切り離す切換手段と、前記切換手段によって一定極性
とされた微少電圧信号を増幅する演算増幅手段と、オフ
セット調整の際に前記演算増幅手段への入力を短絡する
とともにグランドに落とすオフセット調整手段と、前記
演算増幅手段の出力電圧レベルをシフトして調整するレ
ベルシフト量調整手段と、前記演算増幅手段の出力電圧
をディジタル信号に変換するアナログディジタル変換手
段と、前記演算増幅手段に設定されたゲインに対して、
前記レベルシフト量調整手段でのレベルシフト量の調整
値を記憶する記憶手段と、前記切換手段の極性反転、オ
フセット調整、及び前記レベルシフト量調整手段での調
整を指示する演算手段とから構成される。この充放電電
流測定装置では、レベルシフト量の調整設定処理、オフ
セット量の計測処理の後に、電流検出処理、或いは残存
容量演算処理が実行され、携帯用電子機器の二次電池の
充電電流及び放電電流が測定され、或いは二次電池の残
存容量が算出できる。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の形態につ
いて、図面を参照して説明する。図１は、この発明の充
放電電流測定装置の構成を示すブロック図である。

【００１６】図において、１は、二次電池２と直列接続
され、その充放電電流を微少電圧に変換する電流検出抵
抗である。この電流検出抵抗１には、二次電池２が図示
しない充電器或いは携帯用電子機器等の負荷と接続され
たとき、充電電流或いは放電電流が図示の方向に流れ
る。

【００１７】３は入力極性反転回路であって、電流検出
抵抗１の両端に発生する微少電圧信号を、充電状態か放
電状態かによって、常に一定極性方向に切り換え、或い
は電流検出抵抗１の両端に発生する微少電圧信号を後に
続く演算増幅回路から切り離す切換手段を構成してい
る。図の入力極性反転回路は充電状態を示している。

【００１８】５は演算増幅回路であって、オペアンプ６
と、ゲイン切換回路７と、複数の抵抗器Ｒ１，Ｒ２から
構成されている。ここで、Ｒ１で示す抵抗器の抵抗値を
Ｒ１、Ｒ２で示す抵抗器の抵抗値をＲ２とする。この演
算増幅回路５は入力極性反転回路３の第１出力端３１、
第２出力端３２と接続され、いずれも抵抗器Ｒ１を介し
てそれぞれオペアンプ６の正負の入力端子に一定の極性
方向とされた微少電圧信号が供給されている。また、オ
ペアンプ６のゲインを切り換えるために、ゲイン切換回
路７は抵抗器Ｒ１とスイッチ８の直列回路で構成されて
いる。

【００１９】ここではゲイン切換回路７は、次に述べる
ように、２０倍と２２０倍の二段階の切り換えである
が、三段階或いはそれ以上でもよい。入力極性反転回路
３は、具体的にはアナログスイッチで構成されるので、
オン抵抗が存在し、演算増幅回路５のゲイン誤差の原因
になる。このオン抵抗の影響を小さくするためには、演
算増幅回路５のゲイン設定抵抗の抵抗値Ｒ１を大きくす
ればよい。しかし、集積回路化したときにはチップ面積
やコストの面で制約を受けるので、例えば抵抗値Ｒ１は
１００[ｋΩ]に、抵抗値Ｒ２は１[ＭΩ]に設定される。

【００２０】ゲイン切換回路７は、低ゲインを選択する
場合には、スイッチ８を開放状態に切り換えることで、
次式（１）から、 （２・Ｒ２）／Ｒ１＝２０ …（１） 演算増幅回路５のゲインを２０倍とすることができる。

【００２１】ゲイン切換回路７で高ゲインを選択する場
合には、スイッチ８を短絡状態に切り換える。すると次
式（２）から、 ２・｛１＋１／（１／１０）｝・（Ｒ２／Ｒ１）＝２２０ …（２） 演算増幅回路５のゲインは２２０倍となる。

【００２２】９は演算増幅回路５のオフセット調整回路
であり、オフセット調整状態のときにそれぞれオペアン
プ６の正負の入力端子をそれぞれ短絡し、かつグランド
に落とす一対のスイッチから構成されている。

【００２３】１０は、演算増幅回路５の出力電圧のレベ
ルシフト量を調整できるレベルシフト量調整回路であ
る。このレベルシフト量調整回路１０には、第１の基準
電位Ｖ１と後述するＣＰＵからのレベル調整信号が供給
されている。

【００２４】１１は、演算増幅回路５の出力信号Ｖｏｕ
ｔをディジタル量に変換するアナログディジタル変換回
路（以下、ＡＤ変換回路という。）である。このＡＤ変
換回路１１には、第２の基準電位Ｖ２が供給されてい
る。

【００２５】１２はＡＤ変換回路１１の出力信号を取り
こむＣＰＵである。ここには、演算増幅回路５の所望の
ゲインに対するレベルシフト量調整回路１０のレベルシ
フト量を記録しておく不揮発性メモリ１３と、その他の
必要なデータを一時保存するメモリ１４とが接続されて
いる。

【００２６】以上のように構成された充放電電流測定装
置の動作について説明する。まず、電流検出処理、或い
は残存容量演算処理を実行する前に、最初の一回だけ以
下のようにレベルシフト量の調整設定処理がなされる。

【００２７】レベルシフト量の調整設定処理では、入力
極性反転回路３により、電流検出抵抗１の両端と演算増
幅回路５の入力とを切り離して、オフセット調整回路９
により演算増幅回路５の入力を短絡し、かつグランドに
落とす。ゲイン切換回路７により演算増幅回路５を所望
のゲインに設定し、そのときの演算増幅回路５の出力値
が読み取り可能な電圧値になるように、レベルシフト量
調整回路１０により調整を行う。調整が完了した後、設
定された演算増幅回路５のゲイン値に対する調整設定さ
れたレベルシフト量の調整値を不揮発性メモリ１３に記
憶しておく。

【００２８】オフセット量計測処理では、ＣＰＵ１２
は、入力極性反転回路３を切り換えて電流検出抵抗１の
両端と演算増幅回路５の入力との接続を切り離すととも
に、オフセット調整回路９を用いて演算増幅回路５の入
力を短絡して、オペアンプ６の正負の入力端子をグラン
ドに落とす。ＣＰＵ１２は、ゲイン切換回路７のスイッ
チ８により演算増幅回路５のゲインを所望の値に設定す
る。

【００２９】さらにＣＰＵ１２は、設定したゲイン値に
応じたレベルシフト量を不揮発性メモリ１３から読み出
し、レベルシフト量調整回路１０を用いて読み出された
レベルシフト量を設定する。この状態で、ＡＤ変換回路
１１の出力をＣＰＵ１２に読み込んで、その値をオフセ
ット量としてメモリ１４に記憶しておく。

【００３０】このようにして得られたオフセット量は、
レベルシフト量調整回路１０で設定したレベルシフト量
と、演算増幅回路５で演算され、ＡＤ変換回路１１で変
換されたオフセット量とが加算された値となっている。
したがって、次に述べる電流計測処理では、測定値から
メモリ１４に記憶されたオフセット量を減算すること
で、演算増幅回路５及びＡＤ変換回路１１での温度ドリ
フト成分を含んだオフセット量がキャンセルされる。こ
のオフセット量計測処理は、次に述べる電流計測処理の
間の適当なタイミングで実施される。

【００３１】電流計測処理では、ＣＰＵ１２は、充電状
態か放電状態かに応じて入力極性反転回路３に極性反転
信号を出力して切り換え、電流検出抵抗１の両端に発生
する微少電圧信号を常に一定極性方向にする。また、Ｃ
ＰＵ１２は電流値の大きさに応じたゲイン切換信号によ
ってゲイン切換回路７を制御して、演算増幅回路５のゲ
インの大きさを設定する。さらに、ＣＰＵ１２は、設定
したゲイン値に応じたレベルシフト量を不揮発性メモリ
１３から読み出してレベル調整信号をレベルシフト量調
整回路１０に出力し、読み出されるレベルシフト量Ｖｓ
ｉｆｔを設定する。

【００３２】その後、ＣＰＵ１２はＡＤ変換回路１１か
らの出力信号を読み取り、その読み取り値からメモリ１
４に記憶されたオフセット量を減算し、減算結果を電流
測定値とする。この電流計測処理は一定時間間隔で実施
される。

【００３３】ところで、上述した充放電電流測定装置に
おいて、電流検出抵抗１は二次電池２の充放電経路に直
列に配置され、充放電電流を微少電圧に変換するもので
ある。携帯用電子機器では、このような電流検出抵抗１
での発生電力はロスとなるため、その抵抗値Ｒｃｓは通
常、数１０[ｍΩ]程度の小さな値に設定される。また、
演算増幅回路５のオペアンプ６は、汎用のオペアンプを
用いて差動増幅回路が構成されており、その入力オフセ
ット電圧は最大で±５[ｍＶ]程度である。二次電池２の
残量を計測するための測定電流は数[ｍＡ]〜５，６[Ａ]
程度におよぶので、演算増幅回路５を構成するオペアン
プ６には１：１０００という広いダイナミックレンジが
必要とされる。

【００３４】ここでは、演算増幅回路５のゲインを２０
倍に設定したときに、入力オフセット電圧は最大で±
０．１[Ｖ]発生し、ゲインが２２０倍であれば、最大で
±１．１[Ｖ]発生する。一方でオペアンプ６を駆動する
電源は、ＩＣ化されることを想定した場合には単電源で
あって、その電圧値は３[Ｖ]を想定している。汎用のオ
ペアンプを使用した場合に、その出力範囲は電源電圧よ
り少し狭くなり、実際の出力オフセット電圧としては、
ゲインが２０倍のときに０．０５[Ｖ]〜０．１[Ｖ]、ゲ
インが２００倍のときに０．０５[Ｖ]〜１．１[Ｖ]とな
る。すなわち、出力オフセット電圧が負の値をとろうと
する場合は、測定そのものが不可能となる領域が生じ
る。

【００３５】そこで、レベルシフト量調整回路１０で
は、レベル調整信号に応じて出力電圧Ｖｓｉｆｔでレベ
ルシフト量を決定している。すなわち、ゲインが２０倍
において、オペアンプ８のオフセット電圧の大きさにか
かわらず、入力電圧がゼロのとき、演算増幅回路５の出
力が約０．１[Ｖ]になるように、レベルシフト量を調整
している。その場合に、出力オフセット電圧が−０．１
[Ｖ]のとき、出力電圧Ｖｓｉｆｔを０．２[Ｖ]とし、出
力オフセット電圧が＋０．１[Ｖ]のとき、出力電圧Ｖｓ
ｉｆｔを０[Ｖ]とする必要がある。したがって、レベル
シフト量の出力電圧Ｖｓｉｆｔ範囲は０[Ｖ]〜０．２
[Ｖ]となる。

【００３６】つぎにゲインが２２０倍において、オペア
ンプ６のオフセット電圧の大きさにかかわらず、入力電
圧がゼロのとき、演算増幅回路５の出力が約１．１[Ｖ]
になるように、レベルシフト量を調整している。その場
合に、出力オフセット電圧が−１．１[Ｖ]のとき、出力
電圧Ｖｓｉｆｔを２．２[Ｖ]とし、出力オフセット電圧
が＋１．１[Ｖ]のとき、出力電圧Ｖｓｉｆｔを０[Ｖ]と
する必要がある。したがって、レベルシフト量の出力電
圧Ｖｓｉｆｔ範囲は０[Ｖ]〜２．２[Ｖ]となる。

【００３７】このように、ここではゲインの大きさにか
かわらずレベルシフト量調整回路１０を共通して使用し
ているので、その出力電圧Ｖｓｉｆｔ範囲は０[Ｖ]〜
２．２[Ｖ]であればよい。

【００３８】つぎに、レベルシフト量調整回路１０の具
体的な構成について説明する。図２は、レベルシフト量
調整回路の構成を示すブロック図である。レベルシフト
量調整回路は、３ビットの信号入力端子を備えたデコー
ダ１６、基準電位（２．２[Ｖ]）を８分割するための抵
抗器Ｒ１〜Ｒ７、デコーダ１６の８本の出力によりオン
オフされるスイッチＳＷ１〜ＳＷ８、及び出力アンプ１
７から構成されている。抵抗器Ｒ１〜Ｒ７は、ＣＰＵ１
２からデコーダ１６への３ビットの信号入力によって選
択され、基準電位を８分割した電圧値として出力でき
る。

【００３９】ここで、レベルシフト量調整の目的が測定
不可能な領域をなくすことであるため、設定分解能をそ
れほど高くする必要はない。なぜならば、測定系のオフ
セットのキャンセルは、オフセット量計測処理で測定さ
れたオフセット量をプログラム上で減算すれば実現でき
るからである。

【００４０】図２のレベルシフト量調整回路は、０[Ｖ]
〜２．２[Ｖ]の範囲を０．３１４[Ｖ]のきざみ幅で分圧
して出力するものであり、ゲインを２０倍とした場合に
入力オフセット電圧がゼロであっても、レベルシフト量
としては０．３１４[Ｖ]に設定するしかないが、後述す
るように、その場合でもダイナミックレンジは確保でき
る。

【００４１】つぎに、ゲインを切り換えて充放電電流を
測定する場合に、ゲインを切り換える具体的な電流値の
大きさについて考察する。例えば電流検出抵抗１の抵抗
値Ｒｃｓを２０[ｍΩ]とし、検出電流値の幅を５[ｍＡ]
〜５[Ａ]とする。すると、検出すべき電流検出抵抗１の
両端電圧は、１００[μＶ]〜０．１[Ｖ]の変動幅を有す
ることになる。そこで、検出電流値が小さいとき、すな
わち検出電圧値が小さければ、演算増幅回路５のゲイン
を２２０倍とするが、反対に検出電流値が大きくなり、
検出電圧値が大きいときは演算増幅回路５のゲインを２
０倍とする。

【００４２】いま、検出電流値が小さいとした場合に、
オペアンプ６の入力オフセット電圧をＶoffsetとすれ
ば、演算増幅回路５の出力電圧Ｖｏｕｔは、次の式
（３）で表される。

【００４３】 Ｖｏｕｔ＝Ｉ・Ｒｃｓ・２２０＋Ｖｓｉｆｔ−２２０・Ｖoffset …（３） ただし、Ｉは二次電池２の充放電電流、Ｖｓｉｆｔはレ
ベルシフト量調整回路１０の出力電圧である。

【００４４】演算増幅回路５に設定すべきレベルシフト
量Ｖｓｉｆｔの値は、入力オフセット電圧Ｖoffsetの大
きさによって変り、（Ｖｓｉｆｔ−２２０・Ｖoffset）
の値が凡そ１．１[Ｖ]になるように設定される。したが
って、上の（３）式は以下の式（４）に書き換えられ
る。

【００４５】 Ｖｏｕｔ＝Ｉ・Ｒｃｓ・２２０＋約１．１ …（４） オフセット量計測処理では、二次電池２の充放電電流Ｉ
はゼロであるから、Ｖｏｕｔは約１．１[Ｖ]となる。そ
こで、ＡＤ変換回路１１を介してこの値がＣＰＵ１２か
らメモリ１４に保存しておく。

【００４６】電流計測処理では、充放電電流Ｉの大きさ
に応じた電圧値ＶｏｕｔがＣＰＵ１２に入力される。そ
こで、オフセット量計測処理で保存した約１．１[Ｖ]を
メモリ１４から取り出して減算処理することにより、電
流測定値に相当する（４）式の第１項を求めることがで
きる。

【００４７】ここで、検出可能な最小電流値（＝５[ｍ
Ａ]）のとき、演算増幅回路５の出力電圧Ｖｏｕｔは２
２[ｍＶ]＋約１．１[Ｖ]となる。この出力電圧値Ｖｏｕ
ｔがＡＤ変換回路１１を介してＣＰＵ１２に入力され
る。したがって、出力電圧Ｖｏｕｔからメモリ１４に保
存されたオフセット電圧値（約１．１[Ｖ]）を減算する
ことで、実際の電流測定値に相当する２２[ｍＶ]を求め
ることができる。

【００４８】なお、ＡＤ変換回路１１は例えば１０ビッ
トの逐次比較型の回路を想定し、基準電圧を３[Ｖ]とし
ている。したがって、１ビット当りの分解能は２．９３
３[ｍＶ]であり、最小検出電流値に対してディジタル値
としては７〜８ビットとなり、計測可能といえる。

【００４９】検出電流値が大きい場合には、測定できる
最大電流値は次の不等式（５）から算出できる。 Ｖｏｕｔ＝Ｉ・Ｒｃｓ・２２０＋約１．１＜約２．８ …（５） ここで、不等式（５）の右辺の値は、電源電圧が３[Ｖ]
のときの、オペアンプ６の最大出力電圧値を表す。ここ
から、最大測定電流値は約３８０[ｍＡ]となる。このこ
とは、充放電電流が５[ｍＡ]から３８０[ｍＡ]まではゲ
イン２２０倍で測定し、充放電電流が３８０[ｍＡ]以上
になったときにゲインを２０倍に切り換えて測定すれば
よいことがわかる。

【００５０】演算増幅回路５のゲインが２０倍のとき、
演算増幅回路５の出力電圧値Ｖｏｕｔは、次の式（６）
で表される。 Ｖｏｕｔ＝Ｉ・Ｒｃｓ・２０＋Ｖｓｉｆｔ−２１・Ｖoffset …（６） 演算増幅回路５に設定すべきレベルシフト量Ｖｓｉｆｔ
の値は、入力オフセット電圧Ｖoffsetの大きさによって
変り、（Ｖｓｉｆｔ−２１・Ｖoffset）の値が凡そ０．
１[Ｖ]になるように設定される。このようにレベルシフ
ト量Ｖｓｉｆｔの値を設定するのがダイナミックレンジ
を最良にするうえで好ましい。しかし、レベルシフト量
調整回路１０は、２つのゲインの間で共通に利用してお
り、しかもその出力のきざみ幅は０．３１４[Ｖ]であ
る。そのため、（Ｖｓｉｆｔ−２１・Ｖoffset）の値
は、最大で０．３６４[Ｖ]（＝０．３１４＋０．０５）
程度となる。このとき、式（６）は次の式（７）に書き
換えられ、ダイナミックレンジは最悪になる。

【００５１】 Ｖｏｕｔ＝Ｉ・Ｒｃｓ・２０＋約０．３６４ …（７） また、測定可能な最大電流値は次の式（８）から求めら
れる。 Ｖｏｕｔ＝Ｉ・Ｒｃｓ・２０＋約０．３６４＜約２．８ …（８） この式（８）から最大測定電流値は６．０９[Ａ]とな
り、仕様の５[Ａ]以上である。最小測定電流値は、式
（８）の第１項の値が誤差１％以内に収まるとした場合
には、ＡＤ変換回路１１の分解能（＝２．９９３[ｍＡ]
／ｂｉｔ）から計算できる。すなわち、 （２．９３３／２）／（Ｉ・Ｒｃｓ・２０）＜１％ …（９） となるので、Ｒｃｓを２０[ｍΩ]で計算すれば、Ｉ＞３
７０[ｍＡ]となる。したがって、電流値が３７０[ｍＡ]
以下に減少した場合に、ゲインを２０倍から２２０倍に
切り換えればよい。なお、ここではゲイン切換時のヒス
テリシス幅は、（３８０−３７０）＝１０[ｍＡ]程度で
ある。

【００５２】この発明の充放電電流測定装置では、さら
に測定された充放電電流値に電流計測処理の起動時間間
隔を乗算することで、電流計測処理毎に充放電電気量を
求め、それらの差によって二次電池の残存容量を測定す
ることも可能である。

【００５３】

【発明の効果】以上に説明したように、この発明の充放
電電流測定装置は入力極性反転手段を用いて、充電状態
と放電状態のいずれであっても常に入力電圧信号を一定
極性方向に切り換えて演算増幅手段に入力するようにし
たため、電流検出用のオペアンプを一つだけにすること
ができ、コストを低減できる。

【００５４】また、レベルシフト量調整手段を用いて演
算増幅手段の動作点をバイアスすることにより、汎用オ
ペアンプのオフセット電圧が存在していても正確な充放
電電流の測定が可能になる。また、電源電圧範囲での出
力を可能とするレールｔｏレール出力のオペアンプを用
いなくても正確な電流測定ができるので、装置のコスト
をさらに低減できる。

【００５５】さらに、この発明の充放電電流測定装置で
は、適宜にオペアンプのオフセット電圧やレベルシフト
量を検出し、電流測定値から減算する構成であるため、
汎用のオペアンプを用いて低コストで検出回路オフセッ
トの温度ドリフトの影響を受けない高精度の測定が可能
である。

【００５６】しかも、ゲインを切り換える電流値にヒス
テリシス特性を持たせたことにより、切り換えポイント
近辺で電流を測定する場合でも、頻繁に切り替えが発生
することを防止でき、プログラム処理時間を短縮でき
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施の形態を示すブロック図であ
る。

【図２】レベルシフト量調整手段の構成を示すブロック
図である。

【図３】従来の電池残量表示装置の構成を示すブロック
図である。

【図４】従来の充放電測定装置の構成を示すブロック図
である。

【符号の説明】 １ 電流検出抵抗 ２ 二次電池 ３ 入力極性反転回路 ５ 演算増幅回路 ６ オペアンプ ７ ゲイン切換回路 ８ スイッチ ９ オフセット調整回路 １０ レベルシフト量調整回路 １１ アナログディジタル変換回路 １２ ＣＰＵ １３ 不揮発性メモリ １４ メモリ

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 携帯用電子機器の電源として使用される
   二次電池の充電電流及び放電電流を測定する充放電電流
   測定装置において、 前記二次電池の充放電電流を微少電圧信号に変換する電
   流検出抵抗と、 前記電流検出抵抗の微少電圧信号の極性を一定極性方向
   に切り換え、或いは前記電流検出抵抗を後段回路から切
   り離す切換手段と、 前記切換手段によって一定極性とされた微少電圧信号を
   増幅する演算増幅手段と、 オフセット調整の際に前記演算増幅手段への入力を短絡
   するとともにグランドに落とすオフセット調整手段と、 前記演算増幅手段の出力電圧レベルをシフトして調整す
   るレベルシフト量調整手段と、 前記演算増幅手段の出力電圧をディジタル信号に変換す
   るアナログディジタル変換手段と、 前記演算増幅手段に設定されたゲインに対して、前記レ
   ベルシフト量調整手段でのレベルシフト量の調整値を記
   憶する記憶手段と、 前記切換手段の極性反転、オフセット調整、及び前記レ
   ベルシフト量調整手段での調整を指示する演算手段とを
   備えたことを特徴とする充放電電流測定装置。
2. 【請求項２】 前記記憶手段が不揮発性メモリであるこ
   とを特徴とする請求項１記載の充放電電流測定装置。
3. 【請求項３】 前記電流検出抵抗と前記演算増幅手段と
   を切り離した状態で、前記演算増幅手段の入力を短絡す
   るとともにグランドに接続して、前記演算増幅手段の出
   力電圧レベルをシフトして調整し、レベルシフト量の調
   整値を前記不揮発性メモリに保存することを特徴とする
   請求項２記載の充放電電流測定装置。
4. 【請求項４】 前記演算増幅手段は、ゲイン切換手段を
   備えていることを特徴とする請求項１記載の充放電電流
   測定装置。
5. 【請求項５】 前記ゲイン切換手段は、ゲインを切り換
   える電流値の大きさにヒステリシスを持たせたことを特
   徴とする請求項４記載の充放電電流測定装置。