JP2008139070A - 電子機器 - Google Patents

Abstract

【課題】電子機器の残使用時間表示は、実時間の変化に対しリニアではなかった。
【解決手段】電池残容量情報と、電池電流情報とを格納する電池マイコン１と、前記電池残容量情報を補正する補正情報を格納する残時間直線化テーブル６と、前記補正情報で補正した電池残容量情報と前記電池電流情報とから実時間の経過に対し線形に減少する残使用時間を演算する本体マイコン２とを備えることにより、実時間の変化に対しリニアな変化をする残使用時間を得ることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、電子機器に関するものである。

近年、電池で動作する電子機器には、３〜４本のバー表示に加えて、電池の残使用時間を分単位で表示する残使用時間表示の機能が付加されているものがある。

以下にこのような電子機器について説明する。

従来、電子機器において、分単位の電池残容量表示を行うに当たり、特許文献１では、電流積算の技術を用い、その積算した電流値に対して、各種数値テーブルを用いて電池残容量値を補正し、より正確な電池残容量を求めた上で残使用時間を求める技術が知られている。

その電子機器の要部構成図を図９に示す。図９において、１は電池マイコンであり、２は本体マイコンであり、３は表示装置であり、４は電池残量計算レジスタであり、５は現在表示レジスタである。電池マイコン１は、電池内の情報を処理する。本体マイコン２は、電池マイコン１から電池内の情報を取得し、残使用時間を算出する。電池残量計算レジスタ４は残使用時間の算出結果を格納する。現在表示レジスタ５は現在表示している値を保持する。表示装置３は本体マイコン２で算出した結果を格納した現在表示レジスタ５の内容を表示する。

以上のように構成された従来の電子機器について、図２から図６を用いて、以下その動作を説明する。

図２に、最近携帯機器で多く使用されるリチウムイオン電池の端子電圧の変化をグラフ化した放電電圧特性を示す。縦軸は電圧(V)、横軸は電池残容量比率である。一般的なリチウムイオン電池の端子電圧は、この図２に示すような変化を示す。すなわち、満充電付近（１００％〜８５％）の高容量の部分において、初期部分では端子電圧は急激に低下するが、その後の部分では緩やかに変化し、電池残容量が減るに従って序々に低くなる。中間容量（７５％〜１５％）の部分においては、電池残容量が低下しても端子電圧はほとんど低下しない。また、低容量（１５％〜０％）の部分においては、電池残容量の低下に従って端子電圧は急激に低下し、放電終止電圧に至る。

一方、図３は、機器の平均消費電力の変化をグラフ化したものである。縦軸は電力(W)、横軸は電池残容量比率（％）である。スイッチングレギュレーターを電源回路に使用していて、ＬＳＩやモーターなどの負荷が支配的な携帯出来る機器の場合、その平均消費電力(W)の変化は、通常電池の容量や、電池の端子電圧の変化に関係なく一定である。

図４は、電池からの放電電流(A)の変化を示す。縦軸は電流(A)、横軸は電池残容量比率（％）である。電流(A)の変化は、電力の公式 「電力(Ｗ)＝電圧（Ｖ）×電流（Ａ）」より、同図に示すとおり電池残容量比率（％）の低下に従って上昇し、丁度図２の電圧(V)の変化に対して、上下が逆になった変化を示す。

つまり、電流(A)の変化は、満充電に近い高容量の部分（１００％〜８５％）では、放電電流(A) の値は、初期部分では電流は急激に上昇するが、その後の部分では緩やかに変化し、容量が減るに従って序々に高くなる。中間容量の部分（７５％〜１５％）では、容量が低下しても、放電電流(A)の値は、ほとんど上昇しない。また、低容量の部分（１５％〜０％）では、電池残容量の低下に従って放電電流(A) の値は急激に上昇する。

次の図５は、電池からの単位時間当たりの平均放電電流値(mA)の変化を示す。横軸は残使用時間比率であり、満充電した電池を完全放電までに要した放電時間を１００％とし、全体を５％刻みで分割している。５％刻みとしているのは、本実施形態では完全放電時間を２０分としているため、５％刻みが１分に相当し、５％刻みが単位時間（１分）を表すためである。

縦軸は、単位時間当たりの平均放電電流値(mA)を表す。上述したように横軸の一刻みが単位時間（１分）に相当するため、棒グラフの面積が平均放電電流値(mA)を表し、同図の１マスを１単位として以下説明する。従って、最初の１分には平均３．５単位の電流(mA)で放電し、次の１分には平均３．７５単位の電流(mA)で放電する事を表している。

図６は、電池から実際に放電した電池残容量(mAh：ミリアンペアアワー)を単位時間毎に積算したグラフである。つまり、グラフに示すように、放電終止１分前には、６．０単位の電池残容量(mAh)が残っていて、放電終止前の１分間で、６．０単位の電流(mA)を放電し、電池に充電した容量が空になったことを表す。また、放電終止から２分前には、１１．０単位の電池残容量(mAh)が残っていて、放電終止２分前から、１分前までの１分間で、５．０単位の電流(mA)を放電したことを表す。その結果、放電終止の１分前に、電池には６．０単位の電池残容量(mAh)が残ったことを表す。

同図は、これを繰り返して、満充電状態までさかのぼって、各単位時間（この場合は１分）当たりの電池残容量(mAh)を１マス単位の面積として積算し、グラフ化している。つまり、満充電状態では、８３単位の電池残容量(mAh)があり、その後、満充電からの最初の１分間に、３．５単位の電流(mA)で放電した事を表す。この３．５単位の電流(mA)とは、図５における、１００％から９５％の単位時間（１分）での平均放電電流(mA)である。その結果、最初の１分が経過した後の電池残容量(mAh)は、７９．５単位となる。これを繰り返していき、全ての電池残容量(mAh)を放電し切ると、電池の残容量がゼロとなる。
特開２００２―１２５３２１号公報

しかしながら、「残使用時間(分)＝６０分×（電池残容量（mAh）／放電電流（mA））」の式を用いて、単位時間毎の電池残容量(mAh)を、電池残容量比率（％）に応じた単位時間毎の平均電流(mA)で割り算し、残使用時間を算出すると、図６の棒グラフの下に表す残使用時間算出値（分）の値となる。単位時間毎に、算出した残使用時間算出値（分）の結果は、本来期待される変化とは相違し、放電の時間経過に対し一次減少、すなわち１分毎に一定値で連続して低下しない。

図６と図５との関係から、例えば最初の１分間で算出した残使用時間算出値(分)は「２４分＝８３(mAh)／３．５(mA)」であるが、次の、１分間で算出した残使用時間算出値(分)は「２１分＝７９．５(mAh)／３．７５(mA)」となり、単位時間（１分）の経過に対して、残使用時間算出では３分減り、２１（分）となる。

このことより、残使用時間算出値（分）の算出を、満充電付近で最初に算出すると、大きすぎる事が分かる。また初期では実時間で１分経過毎に算出上は２分以上減るペースで変化し、残使用時間算出値の変化は実使用時間に対してリニアな変化ではないという課題がある。

本発明は、このような課題を解決し、実時間の経過に対し線形に減少する残使用時間を求めることができる電子機器を実現することを目的とする。

本発明は、この課題を解決するため、電池残容量情報と、電池電流情報とを格納する記憶部と、前記電池残容量情報を補正する補正情報を格納する補正情報保持部と、前記補正情報で補正した電池残容量情報と前記電池電流情報とから実時間の経過に対し線形に減少する残使用時間を演算する演算部とを備えることを特徴とする構成を有している。

本発明の電子機器により、実時間の経過に対し線形に減少する残使用時間を求めることができる。

本発明の電子機器は、電池残容量情報と、電池電流情報とを格納する記憶部と、前記電池残容量情報を補正する補正情報を格納する補正情報保持部と、前記補正情報で補正した電池残容量情報と前記電池電流情報とから実時間の経過に対し線形に減少する残使用時間を演算する演算部とを備える。この構成により、残使用時間を表示する際に、最初に表示する値を大きすぎないようにすることができ、且つ、満充電付近の部分から放電終止付近まで、実時間が１分経過する毎に残使用時間表示も１分減るリニアな変化を継続する事が出来る。

以下、本発明の電子機器における最良の実施の形態について、図１、図６、図７、図１０を用いて説明する。

（実施の形態１）
図１に、本発明の電子機器における実施の形態の要部構成を示す。１は電池マイコン(記憶部に相当)であり、２は本体マイコン(演算部に相当)であり、３は表示装置であり、４は電池残量計算レジスタであり、５は現在表示レジスタであり、６は残時間直線化テーブル(補正情報保持部に相当)である。

本体マイコン２は、残時間直線化テーブル６を有している。本体マイコン２は、電池マイコン１から取得した情報に応じて、適用する残時間直線化テーブル６の係数を決定し、電池残容量に積算することで算出した残容量補正値を電池残量計算レジスタ４に格納する。

本体マイコン２において、電池残量計算レジスタ４の値を、その時の電流情報（電池電流情報に相当）若しくは推定消費電流で割り算することによって、電子機器の電池残使用時間算出値（分）が求まる。推定消費電流とは、機器本体の動作状態(モードの一つに相当)に対する準備段階(モードの一つに相当)では準備段階における電流情報に基づき動作状態での消費電流を推定したものをい、機器本体の動作状態では動作段階における消費電流情報自体をいう。つまり、推定消費電流で割ることにより、残使用時間が急激な変化を抑制することができる。なお、上述のモードとは、電子機器が被写体を撮影するカメラ機能を有する電子機器とした場合には、被写体を撮影中か撮影開始前に被写体を写し出している(いわゆるスルー画像とも称される)状態かをいう。なお、本発明でいう推定消費電流とは撮影中／開始前に限定されるものではなく、表示部に表示中か付表示か等、機器本体または機器を構成する各部位を能動状態前に能動状態にした際の消費電流が予め判明している場合であれば何れでも適用することができる。

ここで、残時間直線化テーブル６の求め方について、図６、図７を用いて説明する。図７は、電池残容量比率に対する残容量補正値（mAh）の変化を表す。ここで、同図の点線は補正前の電池残容量を表し、実線は残容量補正値を表し、マスが集まったそれぞれの区間（残容量比率５％刻み）での棒グラフは残容量補正値を表す。求めた残容量補正値（mAh）は、単位時間毎の残容量補正値（mAh）を、その区間の平均電流（mA）で割って求めた残使用時間算出値が、０（mAh）から遡ぼって、１（分）ずつ増加し、満充電の最初の値まで、リニアに変化するように電池残容量を補正したものである。つまり、満充電付近と放電終止付近における電流値が変化する部分に応じて、電池残容量（mAh）を予め補正しておくことによって、放電時の残使用時間算出値が、リニアに変化するようする。

つまり、２０分、１９分‥‥‥‥３分、２分、１分、０分と、「残使用時間(分)＝６０分×（残容量補正値（mAh）／放電電流（mA））」の算出結果が連続するように、途中で変化する放電電流（mAh）に応じて、残容量補正値（mAh）も変化させ、結果として、残使用時間(分)の値は、連続した値となるようにする。

上記の結果を用いて、その補正前の各区間の電池残容量（mAh）で、各区間の残容量補正値（mAh）を割り算した結果を、０（mAh）から順番に、１分ずつ遡ぼって求める手順を行うことによって、電池残容量（mAh）を補正するための各区間の係数が求まる。

そしてそれを、満充電まで繰り返すことにより、放電期間の全域にわたって、残使用時間算出値（分）がリニアに変化するように補正する事が出来る係数のテーブルが求まる。

つまり、電池の放電電流のカーブが決まれば、後はその放電の経過を０（mAh）から、逆に遡って、算出する事により、補正の為の係数の集まりである残時間直線化テーブルを求めることが出来る。すなわち、残時間直線化テーブルとは、上記の手法により、シミュレーションで求めた、各種条件に対応する補正係数の集合体（テーブル）である。

また、残時間直線化テーブルは、各区間のシミュレーション結果の残容量補正値(mAh)を、各区間の電池残容量(mAh)で割り算した値なので、単に比率を表す無名数の値である。

具体的な算出の順序としては、まず、０（mAh）から遡ぼって、１（分）ずつ残時間を増加させながら、満充電まで、値がリニアに変化するように、残容量補正値（mAh）の値をきめていく。

図６を見ていくと、残り１５％から０％の区間は、３分、２分、１分、０分と、「残使用時間(分)＝６０分×（残容量補正値（mAh）／放電電流（mA））」の１分単位の算出結果は、連続している。これは、放電電流（mAh）は途中で変化しているが、残容量実力値（mAh）の絶対値が少なく、電流変化が、残使用時間(分)の算出結果に与える影響が少なく、１分の単位に満たないため、表面上、残使用時間(分)の値は、連続した値となるからである。つまり、電池残容量（mAh）の絶対値が小さくなり、電流変化が、残使用時間(分)の算出結果に与える影響が１分の単位に満たない領域では、補正は不要である。その前の残り２０％から１５％の区間では、残使用時間(分)の算出結果が５分となり、値が連続しない。これは、この区間以降で、電流の変化が大きく、同時に、電池残容量（mAh）の絶対値がある程度大きい部分では、電流変化が、残使用時間(分)の算出結果に与える影響が無視出来ず、１分の単位を越える誤差が生じるからである。つまり、電池残容量（mAh）がある程度大きく、誤差が１分を越える領域で、電池残容量（mAh）の補正が必要となる。

以上のことより、２０％から１５％の区間では、電池残容量（mAh）の２０（mAh）を、残容量補正値１６（mAh）に補正する事によって、残使用時間(分)の算出結果を４分とする事が出来、値がリニアに連続して変化するように出来る。この結果から逆算して、２０％から１５％の区間の場合の補正係数は、０．８０＝１６（mAh）／２０（mAh）となる。

同様に、２５％から２０％の区間の電池残容量（mAh）の２４（mAh）を、残容量補正値２０（mAh）に補正する事によって、残使用時間(分)の算出結果を５分とする事が出来、値がリニアに連続して変化するようにするように出来る。この結果から逆算して、２５％から２０％の区間の場合の補正係数は、０．８３＝２０（mAh）／２４（mAh）となる。

同様に繰り返していき、９５％から９０％の区間の電池残容量７９．５（mAh）を、残容量補正値７１（mAh）に補正する事によって、残使用時間(分)の算出結果を１９分とする事が出来、値がリニアに連続して変化するように出来る。この結果から逆算して、９５％から９０％の区間の場合の補正係数は、０．８９＝７１（mAh）／７９．５（mAh）となる。

更に同様に、１００％から９５％の満充電から放電を開始する最初の区間の電池残容量の８３（mAh）は、残容量補正値７０（mAh）に補正する事によって、残使用時間(分)の算出結果を２０分とする事が出来、値がリニアに連続して変化するように出来る。この１００％から９５％の区間の場合の補正係数は、０．８４＝７０（mAh）／８３（mAh）となる。

ここで、１００％の満充電に近い部分の、残容量補正値（mAh）の値について、考察する。このシミュレーションで、残容量補正値（mAh）を全域に渡って算出し、１００％の満充電部分から０％に向かって算出結果を並べてみると、残容量補正値（mAh）の値が、「１００％から０％に向かって、残容量は、使えば必ず減少する」という常識と、合わない結果が出る。これは、一般的に、電池の特性として、電流値の変化が１００％の満充電に近い部分で急峻に変わっていることが理由である。

つまり、９５％から９０％の区間の電流は３．７５（mA）に対して、１００％から９５％の区間の電流は３．５（mA）と急峻に変化し、その結果、９５％から９０％の区間の残容量補正値７１（mAh）に対して、１００％から９５％の区間の残容量補正値７０（mAh）と値の大小が、逆転するような補正係数が必要となる。

つまり、９５％から９０％の区間の補正用の係数が０．８８に対して、１００％から９５％の区間の補正用の係数が０．８４となり、満充電から遠い部分の補正係数よりも、満充電に近い部分の補正係数の方が、より強い補正を行っている。

図２に示したように一般的に電池の電圧は、残容量比率に対してリニアな変化をしないため、実使用時間に対しても曲がった特性を有する。その変化する電圧を、スイッチングレギュレータを使用した機器の定電力負荷特性と組み合わせると、電池の電流特性は、電池の電圧特性の裏返しの特性となるので、電池の電流特性も当然リニアな変化をしない。その結果、補正係数の並びも、リニアな変化をしないので、数式を使った補正は難しく、結果として、各条件毎の値をシミュレーションで求め、その値を並べた残時間直線化テーブルを使うという補正方法を取らざるを得ない。

なお、電池の放電カーブの中央部分は、比較的、変化が少なく、値もリニアに変化する傾向が高いので、放電カーブの中央部分の残時間直線化テーブルは、荒くすることが可能である。

逆に、電池の放電カーブの両端の部分は、比較的、変化が大きく、特に満充電に近い部分は、補正係数の値が大きく変化する傾向が高いので、放電カーブの両端部分の補正用係数は、細かく区切って設定しないと精度を確保することが出来ない。

また、各種の電池の放電電圧、放電電流のカーブに応じて、残時間直線化テーブルを作成する必要がある。特に、電池の特性の変化が、急峻な部分は細かく区切った残時間直線化テーブルが必要である。

なお、本実施例で説明した残容量比率に応じて電池残量実力値を補正するテーブルは、放電電圧の特性により、係数が決まる。その放電電圧の特性を表すカーブは、電池に使用する電解質の種類及びその配合割合により変わる。例えば、一般的に、ニッケル水素電池は、特に中央の残容量比率の時、ほとんど電圧が変化しないが、リチウムイオン電池は、それに比較すると中央の残容量比率の時の電圧変化が、なだらかではあるが放電するに従って電圧が低下する特性をしている。

また、その放電電圧の特性を表すカーブは、同一仕様の電池であっても、電池が置かれている環境温度や電池の内部温度によっても変わる。一般的に、常温のカーブに対して、高温のカーブはそれほど変化しないが、低温、特に０度Ｃ以下の温度帯における放電電圧の特性を表すカーブは大きく変化する。低温では、一般的に化学変化が起こりにくくなるため、電池の放電電圧カーブは短くなり、且つ、電圧の低下が早くなる。

また、同一仕様の電池であっても、充放電の繰り返しを重ねると、経時変化が発生し、電池の放電電圧カーブは序々に短くなり、且つ、電圧の低下が早くなる。

さらに、機器の消費電力の大小によって、同じ容量比率で見たときの、電池の放電電圧カーブは変わる。一般的に、その特性は、機器の消費電力が大きければ、電池の放電電圧カーブは短くなり、全体として、同じ容量比率で見たときの、電圧の低下が早くなる。逆に、機器の消費電力が小さければ、電池の放電電圧カーブは長くなり、全体として、同じ容量比率で見たときの、電圧の低下が遅くなり、最後の部分で急峻に低下して、終わるカーブとなる。

このような、電池の化学的な処方、温度、経時変化、機器の放電電力に応じて複数の残時間直線化テーブルを作成し、条件により、使う残時間直線化テーブルを切り替えることにより、より細かく補正を行い、残容量表示時間の変化を正しく行うことが出来るようになる。

一方、あまりにもたくさんの残時間直線化テーブルを作成し、条件により切り替えて使うようにすると、テーブルデータが、膨大な量となり、また、その判定プログラムも膨大な量となる。そこで、何が最も必要な条件であるか、何が最も一般的に発生する条件なのか、ユーザーが最も重視するのはどの条件なのか等を的確に判断する事が重要である。そして、そういった検討と考察の結果として、重要な特性の補正を緻密に行い、それ以外であまり重要でない補正を、ある程度割り切って残時間直線化テーブルを作成する事が、テーブルデータとその判定プログラムの量を抑える事に繋がる。

また、その残時間直線化テーブルの用い方は、各電圧と、各電流と、各容量比率と、各温度から、１つの求める係数を決定することとなる。つまり、残時間直線化テーブルの中から、条件に合う係数を絞り込むわけである。

係数を使う具体的な方法としては、図７で示すように、実際の電池からのデータである補正前の残容量実力値（mAh）に、残時間直線化テーブルから選んだ係数を積算し、容量値補正後の値で有る残容量補正値（mAh）を求め、その残容量補正値を使って、残時間（分）を計算し、表示装置に表示する。

以上の構成により、残使用時間算出値（分）の変化をリニアにする事が出来、ユーザーに信頼される電池残容量表示（分）を提供できるという優れた効果を得る事が出来る。

（実施の形態２）
図１０に、本発明の実施の形態２の構成を示す。実施の形態１との違いは、電池マイコン１に、残時間直線化テーブル６を持つことである。電池マイコン１で残時間直線化テーブル６を持つことにより、電池残容量に、係数を積算して、補正済みの容量値を求め、その容量値を、残容量補正値として、本体マイコン２に供給する事が出来る。その結果、本体マイコン２は、既に補正済みの残容量情報のみを、電池残容量計算レジスタ４に入手する事となり、受信するデータ量の削減をすることができる。そして、本体マイコン２において、実施の形態１と同様に電池残容量計算レジスタ４の値を、その時の電流情報若しくは推定消費電流で割り算することにより、電子機器の電池残使用時間の算出値が求まる。

以上の構成により、残使用時間算出値（分）の変化をリニアにする事が出来、ユーザーに信頼される電池残容量表示（分）を提供できると言う優れた効果を得る事が出来る。

本発明は、実施例では、ビデオカメラを想定して、記述したが、デジタルカメラや携帯電話など、ビデオカメラ以外の電池駆動の電子機器で、電池残容量表示機能の付いている電子機器に広く適用することができる。

本発明の電子機器における一実施形態の構成を説明する要部ブロック図 電子機器に用いる電池の端子電圧の変化を説明するグラフ 電子機器の平均消費電力の変化を説明するグラフ 電子機器に用いる電池の放電電流変化を説明するグラフ 電子機器に用いる電池からの単位時間当たりの平均放電電流値変化を説明するグラフ 電子機器に用いる電池の電池残容量変化を説明するグラフ 同実施形態に用いる電池の残容量補正値の変化を説明するグラフ 残量時間直線化テーブルの一例を説明する構成図 従来の電子ききの構成を説明する要部ブロック図 本発明の電子機器における他の実施形態の要部構成を説明するブロック図

符号の説明

１ 電池マイコン
２ 本体マイコン
３ 表示装置
４ 電池残容量計算レジスタ
５ 電池残容量表示レジスタ
６ 残時間直線化テーブル

Claims (2)

1. 電池残容量情報と、電池電流情報とを格納する記憶部と、
   前記電池残容量情報を補正する補正情報を格納する補正情報保持部と、
   前記補正情報で補正した電池残容量情報と前記電池電流情報とから実時間の経過に対し線形に減少する残使用時間を演算する演算部とを備える電子機器。
2. 前記演算部は前記補正情報で補正した電池残容量情報と、前記電池電流情報、機器本体のモードから推定される推定消費電流とから実時間の経過に対し線形に減少する残使用時間を演算することを特徴とする請求項１記載の電子機器。