平滑電流算出装置、平滑電流算出方法、電池監視モジュール
【課題】正確かつ安定した平滑電流値を短時間に出力する平滑電流算出装置及び平滑電流算出方法、及びそれを用いた電池監視モジュールを提供することを目的とする。
【解決手段】二次電池の平滑電流を算出する平滑電流算出装置であって、測定された二次電池の電流値をデジタル化した測定デジタル電流値を供給され、前記デジタル電流値の時間変動を平滑した平滑デジタル電流値を出力するデジタル低域フィルタ手段２２〜２７と、前記測定デジタル電流値と前記平滑デジタル電流値との差分を閾値と比較して電流変動レベルを設定する電流変動レベル設定手段Ｓ１と、設定された前記電流変動レベルに応じて前記デジタル低域フィルタ手段のフィルタ係数を設定するフィルタ係数設定手段Ｓ２と、を有する。
【解決手段】二次電池の平滑電流を算出する平滑電流算出装置であって、測定された二次電池の電流値をデジタル化した測定デジタル電流値を供給され、前記デジタル電流値の時間変動を平滑した平滑デジタル電流値を出力するデジタル低域フィルタ手段２２〜２７と、前記測定デジタル電流値と前記平滑デジタル電流値との差分を閾値と比較して電流変動レベルを設定する電流変動レベル設定手段Ｓ１と、設定された前記電流変動レベルに応じて前記デジタル低域フィルタ手段のフィルタ係数を設定するフィルタ係数設定手段Ｓ２と、を有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は平滑電流を算出する平滑電流算出装置及び平滑電流算出方法、及びそれを用いた電池監視モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、リチウムイオン電池等の二次電池を用いた電池パックが携帯電話やデジタルカメラなどの携帯機器に搭載されている。リチウムイオン電池は、一般に、その電圧により電池残量を検出することが難しいとされている。このため、マイコンなどにより電池の充放電電流を検出し、検出した充放電電流を積算することにより、電池残量を測定する方法がとられている。
【０００３】
このようにして電池パックにおけるリチウムイオン電池の電池残量を測定する電池監視モジュールは、高精度Ａ／Ｄ変換回路などのアナログ回路と、計測した電流値を積算するＣＰＵやタイマなどのデジタル回路を半導体集積回路装置に搭載している。
【０００４】
図９は電池監視モジュールにおける従来の電流測定装置の一例のブロック図を示す。図９において、電流センサ１０で検出したアナログの電流値はデルタ・シグマ変換器１１でデルタ・シグマ変換され、デシメーションフィルタ処理部１２にてデシメーションフィルタ処理されることでデジタル化されてＲＡＭ１３に格納される。その後、ゲインオフセット処理部１４にてゲインオフセット補正処理を行われてＲＡＭ１５に格納される。
【０００５】
なお、矩形波状の出力指示電流を受けると、パルス電流出力の電流変化率が大きいとき各リアクトルを切り離してＬＣフィルタ回路のＬＣ値を小さくし、パルス電流出力の電流変化率が小さいとき各リアクトルを接続してＬＣフィルタ回路のＬＣ値を大きく制御して、電流リップルを低減する技術が知られている（例えば特許文献１参照）。
【０００６】
また、所与の信号の変動状態をウェーブレット変換を用いて判断し、判断された変動状態に応じて適応フィルタの内部パラメータを設定し、所与の信号を上記適応フィルタによってフィルタリングして、定常状態におけるゆらぎを抑制する技術が知られている（例えば特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平１０−１４２２９号公報
【特許文献２】特開２００４−１５０２７９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
携帯機器に搭載される電池パックでは、携帯機器の動作状況によって電池監視モジュールの電流測定装置の測定電流に大きな変動が生じる。このため、電流測定装置では低域フィルタを用いて測定電流を平滑化することが考えられる。
【０００９】
低域フィルタとしてフィルタ係数が固定のＩＩＲ（Ｉｎｆｉｎｉｔｅ Ｉｍｐｕｌｓｅ Ｒｅｓｐｏｎｓｅ）フィルタを用いた場合に、フィルタの応答が速いフィルタ係数を設定すると電流の大きな変動時には追従しやすいが、出力すべき平滑電流の波形に対してフィルタ出力が一定ではなく上下に変動する傾向があり、平滑電流として適さないという問題があった。
【００１０】
一方、フィルタの応答が遅いフィルタ係数を設定すると出力すべき平滑電流の波形に対して、その電流波形の開始から長時間経過すると電流波形の理想的な平滑値に近い値を出力できるが、理想的な平滑値に近い値を出力するまでに時間がかかりすぎるという問題があった。
【００１１】
また、ＬＭＳ（Ｌｅａｓｔ Ｍｅａｎ Ｓｑｕａｒｅ）アルゴリズムなどを用いた一般的な適応フィルタについては、入力データ値を多数保存する必要があるなどデータ容量が大きくなることが予想され、限られたリソースの電池監視モジュール内のＣＰＵ上で動作することは困難であるという問題があった。
【００１２】
本発明は上記の点に鑑みてなされたもので、正確かつ安定した平滑電流値を短時間に出力する平滑電流算出装置及び平滑電流算出方法、及びそれを用いた電池監視モジュールを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の一実施態様による平滑電流算出装置は、
二次電池の平滑電流を算出する平滑電流算出装置であって、
測定された二次電池の電流値をデジタル化した測定デジタル電流値を供給され、前記デジタル電流値の時間変動を平滑した平滑デジタル電流値を出力するデジタル低域フィルタ手段（２２〜２７）と、
前記測定デジタル電流値と前記平滑デジタル電流値との差分を閾値と比較して電流変動レベルを設定する電流変動レベル設定手段（Ｓ１）と、
設定された前記電流変動レベルに応じて前記デジタル低域フィルタ手段のフィルタ係数を設定するフィルタ係数設定手段（Ｓ２）と、を有する。
【００１４】
好ましくは、前記デジタル低域フィルタ手段は、
前記測定デジタル電流値に第１フィルタ係数を乗算する第１乗算器（２２）と、
前記平滑デジタル電流値を単位遅延時間だけ遅延したデジタル電流値に第２フィルタ係数を乗算する第２乗算器（２７）と、
前記第１乗算器（２２）の出力値に前記第２乗算器（２７）の出力値を加算して前記平滑デジタル電流値として出力する加算器（２４）を有し、
前記第１フィルタ係数と前記第２フィルタ係数の和は一定値である。
【００１５】
好ましくは、前記電流変動レベル設定手段（Ｓ１）は、前記差分が前記閾値を超えた状態が所定期間持続したとき第１電流変動レベルを設定し、前記差分が前記閾値を超えた状態が前記所定期間持続していないとき第２電流変動レベルを設定し、前記差分が前記閾値未満の状態であるときが持続したとき第３電流変動レベルを設定し、
前記フィルタ係数設定手段は、前記第１電流変動レベルが設定されているとき前記第１フィルタ係数に所定範囲を超える一定値を設定し、前記第２電流変動レベルが設定されているとき前記第１フィルタ係数を前記所定範囲内で微少量だけ増大させて設定し、前記第３電流変動レベルが設定されているとき前記第１フィルタ係数を前記所定範囲内で微少量だけ減少させて設定する。
【００１６】
好ましくは、前記閾値は、前記平滑デジタル電流値を前記単位遅延時間だけ遅延したデジタル電流値に応じて変化する。
【００１７】
本発明の一実施態様による平滑電流算出方法は、
二次電池の平滑電流を算出する平滑電流算出方法であって、
測定された二次電池の電流値をデジタル化した測定デジタル電流値を供給され、前記デジタル電流値の時間変動を平滑した平滑デジタル電流値を出力し、
前記測定デジタル電流値と前記平滑デジタル電流値との差分を閾値と比較して電流変動レベルを設定し、
設定された前記電流変動レベルに応じて前記デジタル低域フィルタ手段のフィルタ係数を設定する。
【００１８】
好ましくは、前記平滑デジタル電流値は、前記測定デジタル電流値に第１フィルタ係数を乗算する第１乗算を行い、
前記平滑デジタル電流値を単位遅延時間だけ遅延したデジタル電流値に第２フィルタ係数を乗算する第２乗算を行い、
前記第１乗算の出力値に前記第２乗算の出力値を加算して前記平滑デジタル電流値として出力し、
前記第１フィルタ係数と前記第２フィルタ係数の和は一定値である。
【００１９】
好ましくは、前記電流変動レベルの設定は、前記差分が前記閾値を超えた状態が所定期間持続したとき第１電流変動レベルを設定し、前記差分が前記閾値を超えた状態が前記所定期間持続していないとき第２電流変動レベルを設定し、前記差分が前記閾値未満の状態であるときが持続したとき第３電流変動レベルを設定し、
前記フィルタ係数の設定は、前記第１電流変動レベルが設定されているとき前記第１フィルタ係数に所定範囲を超える一定値を設定し、前記第２電流変動レベルが設定されているとき前記第１フィルタ係数を前記所定範囲内で微少量だけ増大させて設定し、前記第３電流変動レベルが設定されているとき前記第１フィルタ係数を前記所定範囲内で微少量だけ減少させて設定する。
【００２０】
好ましくは、前記閾値は、前記平滑デジタル電流値を前記単位遅延時間だけ遅延したデジタル電流値に応じて変化する。
【００２１】
本発明の一実施態様による電池監視モジュール（２００）は、
前記二次電池（３０１）の測定デジタル電流値を積算した電池容量を前記平滑デジタル電流値で除算して残り稼働時間を算出する。
【００２２】
なお、上記括弧内の参照符号は、理解を容易にするために付したものであり、一例にすぎず、図示の態様に限定されるものではない。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、正確かつ安定した平滑電流値を短時間に出力することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】デジタル低域フィルタ回路の一実施形態の回路構成図である。
【図２】フィルタ係数設定処理の一実施形態のフローチャートである。
【図３】電流変動レベル計算処理の一実施形態のフローチャートである。
【図４】電流の平滑値と振幅の関係を示す図である。
【図５】フィルタ係数計算処理の一実施形態のフローチャートである。
【図６】各電流変動レベルによるフィルタ係数Ｂｎの変化を模式的に示す図である。
【図７】測定電流と平滑電流の変化を示す図である。
【図８】電池パックの一実施形態のブロック図である。
【図９】従来の電流測定装置の一例のブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、図面に基づいて本発明の実施形態について説明する。
【００２６】
＜平滑電流算出装置の一実施形態＞
図１は、本発明の平滑電流算出装置で用いられるデジタル低域フィルタ回路の一実施形態の回路構成図を示す。図１において、端子２１にはメモリ（後述のＲＡＭ２１３）から読み出されたデジタルの電流値Ｘｎが入力され乗算器２２に供給される。乗算器２２には端子２３から第１フィルタ係数Ｂｎが供給されており、乗算器２２は電流値Ｘｎにフィルタ係数Ｂｎを乗算して加算器２４に供給する。加算器２４は乗算器２２から供給される値に後述する乗算器２７から供給される値を加算する。
【００２７】
加算器２４の出力する平滑値Ｙｎは端子２５から出力されると共に、単位遅延素子２６で単位時間だけ遅延され遅延平滑値Ｙｎ−１とされて乗算器２７に供給される。乗算器２７には端子２３から第２フィルタ係数Ａｎが供給されており、乗算器２７は遅延平滑値Ｙｎ−１にフィルタ係数Ａｎを乗算して加算器２４に供給する。
【００２８】
つまり、加算器２４からは、Ｙｎ＝Ｘｎ×Ｂｎ＋Ｙｎ−１×Ａｎで表される平滑値Ｙｎが出力され、メモリ（後述のＲＡＭ２１３）に格納される。ここで、本実施形態では、Ｂｎ＋Ａｎ＝１と設定している。なお、図１はデジタル低域フィルタ回路を示しているが、図１の回路動作をＣＰＵ等の演算装置にてソフトウェア処理で実行しても良い。
【００２９】
＜フィルタ係数設定処理のフローチャート＞
図２は、本発明の平滑電流算出装置が所定周期で実行するフィルタ係数設定処理の一実施形態のフローチャートを示す。図２において、フィルタ係数設定処理は、ステップＳ１の電流変動レベル計算処理と、ステップＳ２のフィルタ係数計算処理を有している。この図２のフィルタ係数設定処理は、所定周期（例えば数１０ｍｓｅｃから数ｓｅｃ程度の周期）で繰り返し実行される。
【００３０】
図３は、ステップＳ１で実行される電流変動レベル計算処理の一実施形態のフローチャートを示す。ここでは、電流変動レベルを３段階に分類する。電流変動レベル＝１は大きな変動を表し、電流変動レベル＝２は小さな変動を表し、電流変動レベル＝３は変動なしを表す。
【００３１】
図３において、ステップＳ１１で電流変動レベル＝２を設定する。次に、ステップＳ１２で前回の電流値Ｘｎ−１と前回の平滑値Ｙｎ−１との際の絶対値ａｂｓ（Ｘｎ−１−Ｙｎ−１）が閾値ＴＨ０を超えるか否かを判別する。そして、ａｂｓ（Ｘｎ−１−Ｙｎ−１）≦ＴＨ０の場合はステップＳ１３でカウンタの値を０にリセットし、ステップＳ１４で電流変動レベル＝３を設定する。ここで、閾値ＴＨ０は（１）式で求められる。なお、例えばｇａｉｎ＝０．２であり、例えばｏｆｆｓｅｔ＝６である。
【００３２】
ＴＨ０＝ｇａｉｎ×Ｙｎ−１＋ｏｆｆｓｅｔ …（１）
一方、ａｂｓ（Ｘｎ−１−Ｙｎ−１）＞ＴＨ０の場合はステップＳ１５でカウンタの値を１だけインクリメントする。ステップＳ１４又はＳ１５を実行した後、ステップＳ１６でカウンタの値が５以上か否かを判別する。カウンタの値が５未満であれば、この処理を終了し、カウンタの値が５以上であればステップＳ１７で電流変動レベル＝１を設定して、この処理を終了する。このため、ａｂｓ（Ｘｎ−１−Ｙｎ−１）＞ＴＨ０、かつ、カウンタの値が５未満の場合には電流変動レベル＝２となる。
【００３３】
上記の（１）式の閾値ＴＨ０のゲイン係数ｇａｉｎとオフセット係数ｏｆｆｓｅｔの算出方法について説明する。図４（Ａ）に測定電流値を破線で示す。理想的な平均電流値Ａｖは所定期間内の測定電流値の平均である。また、電流変動幅Ａｍは所定期間内の測定電流値の極大値エンベロープ（一点鎖線）と極小値エンベロープ（二点鎖線）の差分である。
【００３４】
この場合、平滑値を出力すべき測定電流値Ｘｉ（ｉ＝１，２，３，…）の理想的な平均電流値ＡＶｉと、測定電流値Ｘｉからパルス状のノイズ成分を除いた電流変動幅Ａｍｉは図４（Ｂ）に示すような一次関数（直線）となる。この図４（Ｂ）から一例として、一次関数（直線）の傾きであるｇａｉｎとして０．２を設定し、ｏｆｆｓｅｔ＝６を設定している。
【００３５】
図５は、ステップＳ２で実行されるフィルタ係数計算処理の一実施形態のフローチャートを示す。図５において、ステップＳ２１で電流変動レベルが１，２，３のいずれであるかを判別する。電流変動レベルが１であればステップＳ２２で今回のフィルタ係数ＢｎをＳｐに設定する。そして、ステップＳ２９で今回のフィルタ係数Ａｎに（１−Ｂｎ）を設定して、この処理を終了する。
【００３６】
また、ステップＳ２１で電流変動レベルが２であればステップＳ２３で今回のフィルタ係数Ｂｎを前回のフィルタ係数Ｂｎ−１から増分ｉｎｃだけ増加させる。そして、ステップＳ２４で今回のフィルタ係数Ｂｎが最大値Ｍａｘを超えているか否かを判別し、Ｂｎ＞Ｍａｘである場合にのみステップＳ２５で最大値Ｍａｘを今回のフィルタ係数Ｂｎに設定する。そして、ステップＳ２９で今回のフィルタ係数Ａｎに（１−Ｂｎ）を設定して、この処理を終了する。
【００３７】
また、ステップＳ２１で電流変動レベルが３であればステップＳ２６で今回のフィルタ係数Ｂｎを前回のフィルタ係数Ｂｎ−１から減分ｄｅｃだけ減少させる。そして、ステップＳ２７で今回のフィルタ係数Ｂｎが最小値ｍｉｎ未満であるか否かを判別し、Ｂｎ＜ｍｉｎである場合にはステップＳ２８で最小値ｍｉｎを今回のフィルタ係数Ｂｎに設定する。Ｂｎ＜ｍｉｎでない場合にはステップＳ２４で今回のフィルタ係数Ｂｎが最大値Ｍａｘを超えているか否かを判別し、Ｂｎ＞Ｍａｘである場合にのみステップＳ２５で最大値Ｍａｘを今回のフィルタ係数Ｂｎに設定する。そして、ステップＳ２９で今回のフィルタ係数Ａｎに（１−Ｂｎ）を設定して、この処理を終了する。
【００３８】
ここで、例えばＳｐ＝０．５４であり、例えばＭａｘ＝０．１８であり、例えばｍｉｎ＝０．００７であり、例えばｉｎｃ＝０．００４であり、例えばｄｅｃ＝０．０１２である。
【００３９】
図６に各電流変動レベルによるフィルタ係数Ｂｎの変化を模式的に示す。すなわち、電流変動レベルが１で大きな変動があればフィルタ係数ＢｎをＳｐとして、今回の電流値Ｘｎに対する重みを一挙に大きくする。また、電流変動レベルが２で変動ありの場合はフィルタ係数Ｂｎを微少量増加させ、今回の電流値Ｘｎに対する重みを僅かに大きくする。ただし、フィルタ係数Ｂｎが最大値Ｍａｘを超えないようにする。また、電流変動レベルが３で変動なしの場合はフィルタ係数Ｂｎを微少量減少させ、今回の電流値Ｘｎに対する重みを僅かに小さくする。ただし、フィルタ係数Ｂｎが最小値ｍｉｎを下回らないようにする。
【００４０】
つまり、ローパスフィルタのフィルタ係数であるフィルタ係数Ｂｎを電流変動が比較的小さいときは応答の遅い可変範囲（ｍｉｎ〜Ｍａｘ）内の値とし、大きな電流変動があったときには、非常に応答の速い値Ｓｐとしている。
【００４１】
可変範囲（ｍｉｎ〜Ｍａｘ）内でフィルタ係数Ｂｎを変更するときは、加算と減算を使用することにより、増分ｉｎｃと減分ｄｅｃのコードサイズを小さくすることができる。また、フィルタの応答を遅くするときの減分ｄｅｃをフィルタの応答を速くするときの増分ｉｎｃよりも大とする。これは、ａｂｓ（Ｘｎ−１−Ｙｎ−１）とＴＨ０との比較の結果が大となる確率が少ないほど短時間で応答を遅くするためである。ただし、ｄｅｃがｉｎｃに比べあまりに大きすぎると、真の平滑値ではない値に出力値が収束するおそれがある。
【００４２】
＜波形図＞
図７に破線で測定電流の変化の一例を示す。この破線で示す測定電流に対して、本実施形態の平滑電流算出装置では実線に示す平滑電流を得ることができる。なお、比較のためにフィルタ係数（Ｂｎ）が固定（＝０．１８）のＩＩＲフィルタを用いた場合の平滑電流を一点鎖線で示す。このように、本実施形態では測定電流の大きな変動を十分に平滑化した平滑電流を得ることができる。
【００４３】
ところで、電池パックでは、電池の充放電電流（測定電流）を積算して電池残量を算出する。更に、この電池残量を平滑電流で除算して残り稼働時間を算出する。
【００４４】
＜電池パック＞
図８は、電池監視モジュールを適用した電池パックの一実施形態のブロック図を示す。同図中、電池監視モジュール２００は、デジタル部２１０とアナログ部２５０とから大略構成されている。
【００４５】
デジタル部２１０内には、ＣＰＵ２１１、ＲＯＭ２１２、ＲＡＭ２１３、ＥＥＰＲＯＭ２１４、割込み制御部２１５、バス制御部２１６、Ｉ２Ｃ部２１７、シリアル通信部２１８、タイマ部２１９、パワーオンリセット部２２０、レジスタ２２１、テスト端子状態設定回路２２２、テスト制御回路２２３、フィルタ回路２９０が設けられている。上記のＣＰＵ２１１、ＲＯＭ２１２、ＲＡＭ２１３、ＥＥＰＲＯＭ２１４、割込み制御部２１５、バス制御部２１６、Ｉ２Ｃ部２１７、シリアル通信部２１８、タイマ部２１９、レジスタ２２１は内部バスにて相互に接続されている。
【００４６】
ＣＰＵ２１１は、ＲＯＭ２１２に記憶されているプログラムを実行して電池監視モジュール２００全体を制御すると共に、図２乃至図４に示すフィルタ係数設定処理及び図１の平滑値Ｙｎを求める低域フィルタ処理、更に、電池の充放電電流（測定電流）を積算して電池残量を算出する処理、電池残量を平滑電流値で除算して残り稼働時間を算出する処理等を実行する。この際にＲＡＭ２１３が作業領域として使用される。また、ＥＥＰＲＯＭ２１４にはトリミング情報等が記憶される。
【００４７】
割込み制御部２１５は、電池監視モジュール２００の各部から割込み要求を供給され、各割込み要求の優先度に応じて割込みを発生しＣＰＵ２１１に通知する。バス制御部２１６は、どの回路部が内部バスを使用するかの制御を行う。
【００４８】
Ｉ２Ｃ部２１７はポート２３１，２３２を介して通信ラインに接続されて２線式のシリアル通信を行う。シリアル通信部２１８はポート２３３を介して図示しない通信ラインに接続されて１線式のシリアル通信を行う。
【００４９】
タイマ部２１９はシステムクロックをカウントし、そのカウント値はＣＰＵ２１１に参照される。パワーオンリセット部２２０はフィルタ回路２９０を介して接続されているポート２３５に供給される電源Ｖｄｄが立ち上がったことを検出してリセット信号を発生し電池監視モジュール２００の各部に供給する。
【００５０】
レジスタ２２１にはＥＥＰＲＯＭ２１４からの情報が転送される。テスト端子状態設定回路２２２はレジスタ２２１に保持された情報に応じてテスト端子２３７，２３８とテスト制御回路２２３との間を接続し、また、テストポート２３７，２３８に対応するテスト制御回路２２３の入力を所定のレベルに設定する。
【００５１】
テスト制御回路２２３は、テストポート２３７，２３８の入力を供給されると、その入力に応じて内部回路の状態を変化させて、電池監視モジュール２００の内部回路のテストが可能となる。
【００５２】
アナログ部２５０内には、発振回路２５１、水晶発振回路２５２、選択制御回路２５３、分周器２５４、電圧センサ２５５、温度センサ２５６、電流センサ２５７、マルチプレクサ２５８、デルタ・シグマ変調器２５９が設けられている。
【００５３】
発振回路２５１はＰＬＬを持つ発振器であり数ＭＨｚの発振信号を出力する。水晶発振回路２５２はポート２７１，２７２に水晶振動子を外付けされて発振を行い、数ＭＨｚの発振信号を出力する。水晶発振回路２５２の発振周波数は発振回路２５１に対し高精度である。
【００５４】
選択制御回路２５３はポート２７３から供給される選択信号に基づいて発振回路２５１と水晶発振回路２５２のいずれか一方の出力する発振周波信号を選択しシステムクロックとして電池監視モジュール２００の各部に供給すると共に分周器２５４に供給する。また、選択制御回路２５３はリセット信号ＲＳＴと制御信号ＣＮＴを生成している。ところで、選択制御回路２５３はポート２７３から選択信号が供給されない場合には例えば発振回路２５１の出力する発振周波信号を選択する。分周器２５４はシステムクロックを分周して各種クロックを生成し電池監視モジュール２００の各部に供給する。
【００５５】
電圧センサ２５５はポート２７４，２７５それぞれに外付けされるリチウムイオン電池３０１の電圧を検出し、アナログの検出電圧をマルチプレクサ２５８に供給する。温度センサ２５６は電池監視モジュール２００の環境温度を検出しアナログの検出温度をマルチプレクサ２５８に供給する。
【００５６】
ポート２７６，２７７には電流検出用の抵抗３０３の両端が接続されており、電流センサ２５７はポート２７６，２７７それぞれの電位差から抵抗３０３を流れる電流を検出しアナログの検出電流をマルチプレクサ２５８に供給する。
【００５７】
マルチプレクサ２５８は、アナログの検出電圧、アナログの検出温度、アナログの検出電流を順次選択してデルタ・シグマ変調器２５９に供給する。デルタ・シグマ変調器２５９は各検出値をデルタ・シグマ変換することでパルス密度変調データを内部バスを通してＣＰＵ２１１に供給し、ＣＰＵ２１１にてデジタルフィルタ処理を行って検出電圧、検出温度、検出電流それぞれのデジタル化を行う。また、ＣＰＵ２１１は、電池の充放電電流を積算することにより電池残量を算出する。この際検出温度は温度補正のために使用される。
【００５８】
上記の電池監視モジュール２００は、リチウムイオン電池３０１、電流検出用の抵抗３０３、レギュレータ・保護回路３０４、抵抗３０５及びスイッチ３０６と共に筐体３１０に収納されて電池パック３００が構成されている。電池パック３００の端子３１１にリチウムイオン電池３０１の正電極及びレギュレータ・保護回路３０４の電源入力端子が接続され、レギュレータ・保護回路３０４の電源出力端子が電池監視モジュール２００の電源Ｖｄｄのポート２３５が接続されている。端子３１２は抵抗３０５を介してレギュレータ・保護回路３０４の接地端子に接続されると共に、スイッチ３０６を介して電流検出用の抵抗３０３のポート２７７との接続点に接続されている。レギュレータ・保護回路３０４は、端子３１１，３１２間の電圧を安定化すると共に、この電圧が所定範囲外となった場合にスイッチ３０６を遮断して保護を行う。
【００５９】
また、電流検出用の抵抗３０３のポート２７６との接続点は電池監視モジュール２００の電源Ｖｓｓのポート２３６が接続される。電池パック３００の端子３１３，３１４には電池監視モジュール２００のポート２３１，２３２が接続されている。
【符号の説明】
【００６０】
２１，２５ 端子
２２，２７ 乗算器
２４ 加算器
２００ 電池監視モジュール
２１１ ＣＰＵ
２１３ ＲＡＭ
２５９ デルタ・シグマ変調器
２５５ 電圧センサ
２５６ 温度センサ
２５７ 電流センサ
３００ 電池パック
３０１ リチウムイオン電池
【技術分野】
【０００１】
本発明は平滑電流を算出する平滑電流算出装置及び平滑電流算出方法、及びそれを用いた電池監視モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、リチウムイオン電池等の二次電池を用いた電池パックが携帯電話やデジタルカメラなどの携帯機器に搭載されている。リチウムイオン電池は、一般に、その電圧により電池残量を検出することが難しいとされている。このため、マイコンなどにより電池の充放電電流を検出し、検出した充放電電流を積算することにより、電池残量を測定する方法がとられている。
【０００３】
このようにして電池パックにおけるリチウムイオン電池の電池残量を測定する電池監視モジュールは、高精度Ａ／Ｄ変換回路などのアナログ回路と、計測した電流値を積算するＣＰＵやタイマなどのデジタル回路を半導体集積回路装置に搭載している。
【０００４】
図９は電池監視モジュールにおける従来の電流測定装置の一例のブロック図を示す。図９において、電流センサ１０で検出したアナログの電流値はデルタ・シグマ変換器１１でデルタ・シグマ変換され、デシメーションフィルタ処理部１２にてデシメーションフィルタ処理されることでデジタル化されてＲＡＭ１３に格納される。その後、ゲインオフセット処理部１４にてゲインオフセット補正処理を行われてＲＡＭ１５に格納される。
【０００５】
なお、矩形波状の出力指示電流を受けると、パルス電流出力の電流変化率が大きいとき各リアクトルを切り離してＬＣフィルタ回路のＬＣ値を小さくし、パルス電流出力の電流変化率が小さいとき各リアクトルを接続してＬＣフィルタ回路のＬＣ値を大きく制御して、電流リップルを低減する技術が知られている（例えば特許文献１参照）。
【０００６】
また、所与の信号の変動状態をウェーブレット変換を用いて判断し、判断された変動状態に応じて適応フィルタの内部パラメータを設定し、所与の信号を上記適応フィルタによってフィルタリングして、定常状態におけるゆらぎを抑制する技術が知られている（例えば特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平１０−１４２２９号公報
【特許文献２】特開２００４−１５０２７９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
携帯機器に搭載される電池パックでは、携帯機器の動作状況によって電池監視モジュールの電流測定装置の測定電流に大きな変動が生じる。このため、電流測定装置では低域フィルタを用いて測定電流を平滑化することが考えられる。
【０００９】
低域フィルタとしてフィルタ係数が固定のＩＩＲ（Ｉｎｆｉｎｉｔｅ Ｉｍｐｕｌｓｅ Ｒｅｓｐｏｎｓｅ）フィルタを用いた場合に、フィルタの応答が速いフィルタ係数を設定すると電流の大きな変動時には追従しやすいが、出力すべき平滑電流の波形に対してフィルタ出力が一定ではなく上下に変動する傾向があり、平滑電流として適さないという問題があった。
【００１０】
一方、フィルタの応答が遅いフィルタ係数を設定すると出力すべき平滑電流の波形に対して、その電流波形の開始から長時間経過すると電流波形の理想的な平滑値に近い値を出力できるが、理想的な平滑値に近い値を出力するまでに時間がかかりすぎるという問題があった。
【００１１】
また、ＬＭＳ（Ｌｅａｓｔ Ｍｅａｎ Ｓｑｕａｒｅ）アルゴリズムなどを用いた一般的な適応フィルタについては、入力データ値を多数保存する必要があるなどデータ容量が大きくなることが予想され、限られたリソースの電池監視モジュール内のＣＰＵ上で動作することは困難であるという問題があった。
【００１２】
本発明は上記の点に鑑みてなされたもので、正確かつ安定した平滑電流値を短時間に出力する平滑電流算出装置及び平滑電流算出方法、及びそれを用いた電池監視モジュールを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の一実施態様による平滑電流算出装置は、
二次電池の平滑電流を算出する平滑電流算出装置であって、
測定された二次電池の電流値をデジタル化した測定デジタル電流値を供給され、前記デジタル電流値の時間変動を平滑した平滑デジタル電流値を出力するデジタル低域フィルタ手段（２２〜２７）と、
前記測定デジタル電流値と前記平滑デジタル電流値との差分を閾値と比較して電流変動レベルを設定する電流変動レベル設定手段（Ｓ１）と、
設定された前記電流変動レベルに応じて前記デジタル低域フィルタ手段のフィルタ係数を設定するフィルタ係数設定手段（Ｓ２）と、を有する。
【００１４】
好ましくは、前記デジタル低域フィルタ手段は、
前記測定デジタル電流値に第１フィルタ係数を乗算する第１乗算器（２２）と、
前記平滑デジタル電流値を単位遅延時間だけ遅延したデジタル電流値に第２フィルタ係数を乗算する第２乗算器（２７）と、
前記第１乗算器（２２）の出力値に前記第２乗算器（２７）の出力値を加算して前記平滑デジタル電流値として出力する加算器（２４）を有し、
前記第１フィルタ係数と前記第２フィルタ係数の和は一定値である。
【００１５】
好ましくは、前記電流変動レベル設定手段（Ｓ１）は、前記差分が前記閾値を超えた状態が所定期間持続したとき第１電流変動レベルを設定し、前記差分が前記閾値を超えた状態が前記所定期間持続していないとき第２電流変動レベルを設定し、前記差分が前記閾値未満の状態であるときが持続したとき第３電流変動レベルを設定し、
前記フィルタ係数設定手段は、前記第１電流変動レベルが設定されているとき前記第１フィルタ係数に所定範囲を超える一定値を設定し、前記第２電流変動レベルが設定されているとき前記第１フィルタ係数を前記所定範囲内で微少量だけ増大させて設定し、前記第３電流変動レベルが設定されているとき前記第１フィルタ係数を前記所定範囲内で微少量だけ減少させて設定する。
【００１６】
好ましくは、前記閾値は、前記平滑デジタル電流値を前記単位遅延時間だけ遅延したデジタル電流値に応じて変化する。
【００１７】
本発明の一実施態様による平滑電流算出方法は、
二次電池の平滑電流を算出する平滑電流算出方法であって、
測定された二次電池の電流値をデジタル化した測定デジタル電流値を供給され、前記デジタル電流値の時間変動を平滑した平滑デジタル電流値を出力し、
前記測定デジタル電流値と前記平滑デジタル電流値との差分を閾値と比較して電流変動レベルを設定し、
設定された前記電流変動レベルに応じて前記デジタル低域フィルタ手段のフィルタ係数を設定する。
【００１８】
好ましくは、前記平滑デジタル電流値は、前記測定デジタル電流値に第１フィルタ係数を乗算する第１乗算を行い、
前記平滑デジタル電流値を単位遅延時間だけ遅延したデジタル電流値に第２フィルタ係数を乗算する第２乗算を行い、
前記第１乗算の出力値に前記第２乗算の出力値を加算して前記平滑デジタル電流値として出力し、
前記第１フィルタ係数と前記第２フィルタ係数の和は一定値である。
【００１９】
好ましくは、前記電流変動レベルの設定は、前記差分が前記閾値を超えた状態が所定期間持続したとき第１電流変動レベルを設定し、前記差分が前記閾値を超えた状態が前記所定期間持続していないとき第２電流変動レベルを設定し、前記差分が前記閾値未満の状態であるときが持続したとき第３電流変動レベルを設定し、
前記フィルタ係数の設定は、前記第１電流変動レベルが設定されているとき前記第１フィルタ係数に所定範囲を超える一定値を設定し、前記第２電流変動レベルが設定されているとき前記第１フィルタ係数を前記所定範囲内で微少量だけ増大させて設定し、前記第３電流変動レベルが設定されているとき前記第１フィルタ係数を前記所定範囲内で微少量だけ減少させて設定する。
【００２０】
好ましくは、前記閾値は、前記平滑デジタル電流値を前記単位遅延時間だけ遅延したデジタル電流値に応じて変化する。
【００２１】
本発明の一実施態様による電池監視モジュール（２００）は、
前記二次電池（３０１）の測定デジタル電流値を積算した電池容量を前記平滑デジタル電流値で除算して残り稼働時間を算出する。
【００２２】
なお、上記括弧内の参照符号は、理解を容易にするために付したものであり、一例にすぎず、図示の態様に限定されるものではない。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、正確かつ安定した平滑電流値を短時間に出力することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】デジタル低域フィルタ回路の一実施形態の回路構成図である。
【図２】フィルタ係数設定処理の一実施形態のフローチャートである。
【図３】電流変動レベル計算処理の一実施形態のフローチャートである。
【図４】電流の平滑値と振幅の関係を示す図である。
【図５】フィルタ係数計算処理の一実施形態のフローチャートである。
【図６】各電流変動レベルによるフィルタ係数Ｂｎの変化を模式的に示す図である。
【図７】測定電流と平滑電流の変化を示す図である。
【図８】電池パックの一実施形態のブロック図である。
【図９】従来の電流測定装置の一例のブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、図面に基づいて本発明の実施形態について説明する。
【００２６】
＜平滑電流算出装置の一実施形態＞
図１は、本発明の平滑電流算出装置で用いられるデジタル低域フィルタ回路の一実施形態の回路構成図を示す。図１において、端子２１にはメモリ（後述のＲＡＭ２１３）から読み出されたデジタルの電流値Ｘｎが入力され乗算器２２に供給される。乗算器２２には端子２３から第１フィルタ係数Ｂｎが供給されており、乗算器２２は電流値Ｘｎにフィルタ係数Ｂｎを乗算して加算器２４に供給する。加算器２４は乗算器２２から供給される値に後述する乗算器２７から供給される値を加算する。
【００２７】
加算器２４の出力する平滑値Ｙｎは端子２５から出力されると共に、単位遅延素子２６で単位時間だけ遅延され遅延平滑値Ｙｎ−１とされて乗算器２７に供給される。乗算器２７には端子２３から第２フィルタ係数Ａｎが供給されており、乗算器２７は遅延平滑値Ｙｎ−１にフィルタ係数Ａｎを乗算して加算器２４に供給する。
【００２８】
つまり、加算器２４からは、Ｙｎ＝Ｘｎ×Ｂｎ＋Ｙｎ−１×Ａｎで表される平滑値Ｙｎが出力され、メモリ（後述のＲＡＭ２１３）に格納される。ここで、本実施形態では、Ｂｎ＋Ａｎ＝１と設定している。なお、図１はデジタル低域フィルタ回路を示しているが、図１の回路動作をＣＰＵ等の演算装置にてソフトウェア処理で実行しても良い。
【００２９】
＜フィルタ係数設定処理のフローチャート＞
図２は、本発明の平滑電流算出装置が所定周期で実行するフィルタ係数設定処理の一実施形態のフローチャートを示す。図２において、フィルタ係数設定処理は、ステップＳ１の電流変動レベル計算処理と、ステップＳ２のフィルタ係数計算処理を有している。この図２のフィルタ係数設定処理は、所定周期（例えば数１０ｍｓｅｃから数ｓｅｃ程度の周期）で繰り返し実行される。
【００３０】
図３は、ステップＳ１で実行される電流変動レベル計算処理の一実施形態のフローチャートを示す。ここでは、電流変動レベルを３段階に分類する。電流変動レベル＝１は大きな変動を表し、電流変動レベル＝２は小さな変動を表し、電流変動レベル＝３は変動なしを表す。
【００３１】
図３において、ステップＳ１１で電流変動レベル＝２を設定する。次に、ステップＳ１２で前回の電流値Ｘｎ−１と前回の平滑値Ｙｎ−１との際の絶対値ａｂｓ（Ｘｎ−１−Ｙｎ−１）が閾値ＴＨ０を超えるか否かを判別する。そして、ａｂｓ（Ｘｎ−１−Ｙｎ−１）≦ＴＨ０の場合はステップＳ１３でカウンタの値を０にリセットし、ステップＳ１４で電流変動レベル＝３を設定する。ここで、閾値ＴＨ０は（１）式で求められる。なお、例えばｇａｉｎ＝０．２であり、例えばｏｆｆｓｅｔ＝６である。
【００３２】
ＴＨ０＝ｇａｉｎ×Ｙｎ−１＋ｏｆｆｓｅｔ …（１）
一方、ａｂｓ（Ｘｎ−１−Ｙｎ−１）＞ＴＨ０の場合はステップＳ１５でカウンタの値を１だけインクリメントする。ステップＳ１４又はＳ１５を実行した後、ステップＳ１６でカウンタの値が５以上か否かを判別する。カウンタの値が５未満であれば、この処理を終了し、カウンタの値が５以上であればステップＳ１７で電流変動レベル＝１を設定して、この処理を終了する。このため、ａｂｓ（Ｘｎ−１−Ｙｎ−１）＞ＴＨ０、かつ、カウンタの値が５未満の場合には電流変動レベル＝２となる。
【００３３】
上記の（１）式の閾値ＴＨ０のゲイン係数ｇａｉｎとオフセット係数ｏｆｆｓｅｔの算出方法について説明する。図４（Ａ）に測定電流値を破線で示す。理想的な平均電流値Ａｖは所定期間内の測定電流値の平均である。また、電流変動幅Ａｍは所定期間内の測定電流値の極大値エンベロープ（一点鎖線）と極小値エンベロープ（二点鎖線）の差分である。
【００３４】
この場合、平滑値を出力すべき測定電流値Ｘｉ（ｉ＝１，２，３，…）の理想的な平均電流値ＡＶｉと、測定電流値Ｘｉからパルス状のノイズ成分を除いた電流変動幅Ａｍｉは図４（Ｂ）に示すような一次関数（直線）となる。この図４（Ｂ）から一例として、一次関数（直線）の傾きであるｇａｉｎとして０．２を設定し、ｏｆｆｓｅｔ＝６を設定している。
【００３５】
図５は、ステップＳ２で実行されるフィルタ係数計算処理の一実施形態のフローチャートを示す。図５において、ステップＳ２１で電流変動レベルが１，２，３のいずれであるかを判別する。電流変動レベルが１であればステップＳ２２で今回のフィルタ係数ＢｎをＳｐに設定する。そして、ステップＳ２９で今回のフィルタ係数Ａｎに（１−Ｂｎ）を設定して、この処理を終了する。
【００３６】
また、ステップＳ２１で電流変動レベルが２であればステップＳ２３で今回のフィルタ係数Ｂｎを前回のフィルタ係数Ｂｎ−１から増分ｉｎｃだけ増加させる。そして、ステップＳ２４で今回のフィルタ係数Ｂｎが最大値Ｍａｘを超えているか否かを判別し、Ｂｎ＞Ｍａｘである場合にのみステップＳ２５で最大値Ｍａｘを今回のフィルタ係数Ｂｎに設定する。そして、ステップＳ２９で今回のフィルタ係数Ａｎに（１−Ｂｎ）を設定して、この処理を終了する。
【００３７】
また、ステップＳ２１で電流変動レベルが３であればステップＳ２６で今回のフィルタ係数Ｂｎを前回のフィルタ係数Ｂｎ−１から減分ｄｅｃだけ減少させる。そして、ステップＳ２７で今回のフィルタ係数Ｂｎが最小値ｍｉｎ未満であるか否かを判別し、Ｂｎ＜ｍｉｎである場合にはステップＳ２８で最小値ｍｉｎを今回のフィルタ係数Ｂｎに設定する。Ｂｎ＜ｍｉｎでない場合にはステップＳ２４で今回のフィルタ係数Ｂｎが最大値Ｍａｘを超えているか否かを判別し、Ｂｎ＞Ｍａｘである場合にのみステップＳ２５で最大値Ｍａｘを今回のフィルタ係数Ｂｎに設定する。そして、ステップＳ２９で今回のフィルタ係数Ａｎに（１−Ｂｎ）を設定して、この処理を終了する。
【００３８】
ここで、例えばＳｐ＝０．５４であり、例えばＭａｘ＝０．１８であり、例えばｍｉｎ＝０．００７であり、例えばｉｎｃ＝０．００４であり、例えばｄｅｃ＝０．０１２である。
【００３９】
図６に各電流変動レベルによるフィルタ係数Ｂｎの変化を模式的に示す。すなわち、電流変動レベルが１で大きな変動があればフィルタ係数ＢｎをＳｐとして、今回の電流値Ｘｎに対する重みを一挙に大きくする。また、電流変動レベルが２で変動ありの場合はフィルタ係数Ｂｎを微少量増加させ、今回の電流値Ｘｎに対する重みを僅かに大きくする。ただし、フィルタ係数Ｂｎが最大値Ｍａｘを超えないようにする。また、電流変動レベルが３で変動なしの場合はフィルタ係数Ｂｎを微少量減少させ、今回の電流値Ｘｎに対する重みを僅かに小さくする。ただし、フィルタ係数Ｂｎが最小値ｍｉｎを下回らないようにする。
【００４０】
つまり、ローパスフィルタのフィルタ係数であるフィルタ係数Ｂｎを電流変動が比較的小さいときは応答の遅い可変範囲（ｍｉｎ〜Ｍａｘ）内の値とし、大きな電流変動があったときには、非常に応答の速い値Ｓｐとしている。
【００４１】
可変範囲（ｍｉｎ〜Ｍａｘ）内でフィルタ係数Ｂｎを変更するときは、加算と減算を使用することにより、増分ｉｎｃと減分ｄｅｃのコードサイズを小さくすることができる。また、フィルタの応答を遅くするときの減分ｄｅｃをフィルタの応答を速くするときの増分ｉｎｃよりも大とする。これは、ａｂｓ（Ｘｎ−１−Ｙｎ−１）とＴＨ０との比較の結果が大となる確率が少ないほど短時間で応答を遅くするためである。ただし、ｄｅｃがｉｎｃに比べあまりに大きすぎると、真の平滑値ではない値に出力値が収束するおそれがある。
【００４２】
＜波形図＞
図７に破線で測定電流の変化の一例を示す。この破線で示す測定電流に対して、本実施形態の平滑電流算出装置では実線に示す平滑電流を得ることができる。なお、比較のためにフィルタ係数（Ｂｎ）が固定（＝０．１８）のＩＩＲフィルタを用いた場合の平滑電流を一点鎖線で示す。このように、本実施形態では測定電流の大きな変動を十分に平滑化した平滑電流を得ることができる。
【００４３】
ところで、電池パックでは、電池の充放電電流（測定電流）を積算して電池残量を算出する。更に、この電池残量を平滑電流で除算して残り稼働時間を算出する。
【００４４】
＜電池パック＞
図８は、電池監視モジュールを適用した電池パックの一実施形態のブロック図を示す。同図中、電池監視モジュール２００は、デジタル部２１０とアナログ部２５０とから大略構成されている。
【００４５】
デジタル部２１０内には、ＣＰＵ２１１、ＲＯＭ２１２、ＲＡＭ２１３、ＥＥＰＲＯＭ２１４、割込み制御部２１５、バス制御部２１６、Ｉ２Ｃ部２１７、シリアル通信部２１８、タイマ部２１９、パワーオンリセット部２２０、レジスタ２２１、テスト端子状態設定回路２２２、テスト制御回路２２３、フィルタ回路２９０が設けられている。上記のＣＰＵ２１１、ＲＯＭ２１２、ＲＡＭ２１３、ＥＥＰＲＯＭ２１４、割込み制御部２１５、バス制御部２１６、Ｉ２Ｃ部２１７、シリアル通信部２１８、タイマ部２１９、レジスタ２２１は内部バスにて相互に接続されている。
【００４６】
ＣＰＵ２１１は、ＲＯＭ２１２に記憶されているプログラムを実行して電池監視モジュール２００全体を制御すると共に、図２乃至図４に示すフィルタ係数設定処理及び図１の平滑値Ｙｎを求める低域フィルタ処理、更に、電池の充放電電流（測定電流）を積算して電池残量を算出する処理、電池残量を平滑電流値で除算して残り稼働時間を算出する処理等を実行する。この際にＲＡＭ２１３が作業領域として使用される。また、ＥＥＰＲＯＭ２１４にはトリミング情報等が記憶される。
【００４７】
割込み制御部２１５は、電池監視モジュール２００の各部から割込み要求を供給され、各割込み要求の優先度に応じて割込みを発生しＣＰＵ２１１に通知する。バス制御部２１６は、どの回路部が内部バスを使用するかの制御を行う。
【００４８】
Ｉ２Ｃ部２１７はポート２３１，２３２を介して通信ラインに接続されて２線式のシリアル通信を行う。シリアル通信部２１８はポート２３３を介して図示しない通信ラインに接続されて１線式のシリアル通信を行う。
【００４９】
タイマ部２１９はシステムクロックをカウントし、そのカウント値はＣＰＵ２１１に参照される。パワーオンリセット部２２０はフィルタ回路２９０を介して接続されているポート２３５に供給される電源Ｖｄｄが立ち上がったことを検出してリセット信号を発生し電池監視モジュール２００の各部に供給する。
【００５０】
レジスタ２２１にはＥＥＰＲＯＭ２１４からの情報が転送される。テスト端子状態設定回路２２２はレジスタ２２１に保持された情報に応じてテスト端子２３７，２３８とテスト制御回路２２３との間を接続し、また、テストポート２３７，２３８に対応するテスト制御回路２２３の入力を所定のレベルに設定する。
【００５１】
テスト制御回路２２３は、テストポート２３７，２３８の入力を供給されると、その入力に応じて内部回路の状態を変化させて、電池監視モジュール２００の内部回路のテストが可能となる。
【００５２】
アナログ部２５０内には、発振回路２５１、水晶発振回路２５２、選択制御回路２５３、分周器２５４、電圧センサ２５５、温度センサ２５６、電流センサ２５７、マルチプレクサ２５８、デルタ・シグマ変調器２５９が設けられている。
【００５３】
発振回路２５１はＰＬＬを持つ発振器であり数ＭＨｚの発振信号を出力する。水晶発振回路２５２はポート２７１，２７２に水晶振動子を外付けされて発振を行い、数ＭＨｚの発振信号を出力する。水晶発振回路２５２の発振周波数は発振回路２５１に対し高精度である。
【００５４】
選択制御回路２５３はポート２７３から供給される選択信号に基づいて発振回路２５１と水晶発振回路２５２のいずれか一方の出力する発振周波信号を選択しシステムクロックとして電池監視モジュール２００の各部に供給すると共に分周器２５４に供給する。また、選択制御回路２５３はリセット信号ＲＳＴと制御信号ＣＮＴを生成している。ところで、選択制御回路２５３はポート２７３から選択信号が供給されない場合には例えば発振回路２５１の出力する発振周波信号を選択する。分周器２５４はシステムクロックを分周して各種クロックを生成し電池監視モジュール２００の各部に供給する。
【００５５】
電圧センサ２５５はポート２７４，２７５それぞれに外付けされるリチウムイオン電池３０１の電圧を検出し、アナログの検出電圧をマルチプレクサ２５８に供給する。温度センサ２５６は電池監視モジュール２００の環境温度を検出しアナログの検出温度をマルチプレクサ２５８に供給する。
【００５６】
ポート２７６，２７７には電流検出用の抵抗３０３の両端が接続されており、電流センサ２５７はポート２７６，２７７それぞれの電位差から抵抗３０３を流れる電流を検出しアナログの検出電流をマルチプレクサ２５８に供給する。
【００５７】
マルチプレクサ２５８は、アナログの検出電圧、アナログの検出温度、アナログの検出電流を順次選択してデルタ・シグマ変調器２５９に供給する。デルタ・シグマ変調器２５９は各検出値をデルタ・シグマ変換することでパルス密度変調データを内部バスを通してＣＰＵ２１１に供給し、ＣＰＵ２１１にてデジタルフィルタ処理を行って検出電圧、検出温度、検出電流それぞれのデジタル化を行う。また、ＣＰＵ２１１は、電池の充放電電流を積算することにより電池残量を算出する。この際検出温度は温度補正のために使用される。
【００５８】
上記の電池監視モジュール２００は、リチウムイオン電池３０１、電流検出用の抵抗３０３、レギュレータ・保護回路３０４、抵抗３０５及びスイッチ３０６と共に筐体３１０に収納されて電池パック３００が構成されている。電池パック３００の端子３１１にリチウムイオン電池３０１の正電極及びレギュレータ・保護回路３０４の電源入力端子が接続され、レギュレータ・保護回路３０４の電源出力端子が電池監視モジュール２００の電源Ｖｄｄのポート２３５が接続されている。端子３１２は抵抗３０５を介してレギュレータ・保護回路３０４の接地端子に接続されると共に、スイッチ３０６を介して電流検出用の抵抗３０３のポート２７７との接続点に接続されている。レギュレータ・保護回路３０４は、端子３１１，３１２間の電圧を安定化すると共に、この電圧が所定範囲外となった場合にスイッチ３０６を遮断して保護を行う。
【００５９】
また、電流検出用の抵抗３０３のポート２７６との接続点は電池監視モジュール２００の電源Ｖｓｓのポート２３６が接続される。電池パック３００の端子３１３，３１４には電池監視モジュール２００のポート２３１，２３２が接続されている。
【符号の説明】
【００６０】
２１，２５ 端子
２２，２７ 乗算器
２４ 加算器
２００ 電池監視モジュール
２１１ ＣＰＵ
２１３ ＲＡＭ
２５９ デルタ・シグマ変調器
２５５ 電圧センサ
２５６ 温度センサ
２５７ 電流センサ
３００ 電池パック
３０１ リチウムイオン電池
【特許請求の範囲】
【請求項１】
二次電池の平滑電流を算出する平滑電流算出装置であって、
測定された二次電池の電流値をデジタル化した測定デジタル電流値を供給され、前記デジタル電流値の時間変動を平滑した平滑デジタル電流値を出力するデジタル低域フィルタ手段と、
前記測定デジタル電流値と前記平滑デジタル電流値との差分を閾値と比較して電流変動レベルを設定する電流変動レベル設定手段と、
設定された前記電流変動レベルに応じて前記デジタル低域フィルタ手段のフィルタ係数を設定するフィルタ係数設定手段と、
を有することを特徴とする平滑電流算出装置。
【請求項２】
請求項１記載の平滑電流算出装置において、
前記デジタル低域フィルタ手段は、
前記測定デジタル電流値に第１フィルタ係数を乗算する第１乗算器と、
前記平滑デジタル電流値を単位遅延時間だけ遅延したデジタル電流値に第２フィルタ係数を乗算する第２乗算器と、
前記第１乗算器の出力値に前記第２乗算器の出力値を加算して前記平滑デジタル電流値として出力する加算器を有し、
前記第１フィルタ係数と前記第２フィルタ係数の和は一定値であることを特徴とする平滑電流算出装置。
【請求項３】
請求項２記載の平滑電流算出装置において、
前記電流変動レベル設定手段は、前記差分が前記閾値を超えた状態が所定期間持続したとき第１電流変動レベルを設定し、前記差分が前記閾値を超えた状態が前記所定期間持続していないとき第２電流変動レベルを設定し、前記差分が前記閾値未満の状態であるときが持続したとき第３電流変動レベルを設定し、
前記フィルタ係数設定手段は、前記第１電流変動レベルが設定されているとき前記第１フィルタ係数に所定範囲を超える一定値を設定し、前記第２電流変動レベルが設定されているとき前記第１フィルタ係数を前記所定範囲内で微少量だけ増大させて設定し、前記第３電流変動レベルが設定されているとき前記第１フィルタ係数を前記所定範囲内で微少量だけ減少させて設定することを特徴とする平滑電流算出装置。
【請求項４】
請求項３記載の平滑電流算出装置において、
前記閾値は、前記平滑デジタル電流値を前記単位遅延時間だけ遅延したデジタル電流値に応じて変化することを特徴とする平滑電流算出装置。
【請求項５】
二次電池の平滑電流を算出する平滑電流算出方法であって、
測定された二次電池の電流値をデジタル化した測定デジタル電流値を供給され、前記デジタル電流値の時間変動を平滑した平滑デジタル電流値を出力し、
設定された前記測定デジタル電流値と前記平滑デジタル電流値との差分を閾値と比較して電流変動レベルを設定し、
前記電流変動レベルに応じて前記デジタル低域フィルタ手段のフィルタ係数を設定することを特徴とする平滑電流算出方法。
【請求項６】
請求項５記載の平滑電流算出方法において、
前記平滑デジタル電流値は、前記測定デジタル電流値に第１フィルタ係数を乗算する第１乗算を行い、
前記平滑デジタル電流値を単位遅延時間だけ遅延したデジタル電流値に第２フィルタ係数を乗算する第２乗算を行い、
前記第１乗算の出力値に前記第２乗算の出力値を加算して前記平滑デジタル電流値として出力し、
前記第１フィルタ係数と前記第２フィルタ係数の和は一定値であることを特徴とする平滑電流算出方法。
【請求項７】
請求項６記載の平滑電流算出方法において、
前記電流変動レベルの設定は、前記差分が前記閾値を超えた状態が所定期間持続したとき第１電流変動レベルを設定し、前記差分が前記閾値を超えた状態が前記所定期間持続していないとき第２電流変動レベルを設定し、前記差分が前記閾値未満の状態であるときが持続したとき第３電流変動レベルを設定し、
前記フィルタ係数の設定は、前記第１電流変動レベルが設定されているとき前記第１フィルタ係数に所定範囲を超える一定値を設定し、前記第２電流変動レベルが設定されているとき前記第１フィルタ係数を前記所定範囲内で微少量だけ増大させて設定し、前記第３電流変動レベルが設定されているとき前記第１フィルタ係数を前記所定範囲内で微少量だけ減少させて設定することを特徴とする平滑電流算出方法。
【請求項８】
請求項７記載の平滑電流算出方法において、
前記閾値は、前記平滑デジタル電流値を前記単位遅延時間だけ遅延したデジタル電流値に応じて変化することを特徴とする平滑電流算出方法。
【請求項９】
請求項４記載の平滑電流算出装置を備え、
前記二次電池の測定デジタル電流値を積算した電池容量を前記平滑デジタル電流値で除算して残り稼働時間を算出することを特徴とする電池監視モジュール。
【請求項１】
二次電池の平滑電流を算出する平滑電流算出装置であって、
測定された二次電池の電流値をデジタル化した測定デジタル電流値を供給され、前記デジタル電流値の時間変動を平滑した平滑デジタル電流値を出力するデジタル低域フィルタ手段と、
前記測定デジタル電流値と前記平滑デジタル電流値との差分を閾値と比較して電流変動レベルを設定する電流変動レベル設定手段と、
設定された前記電流変動レベルに応じて前記デジタル低域フィルタ手段のフィルタ係数を設定するフィルタ係数設定手段と、
を有することを特徴とする平滑電流算出装置。
【請求項２】
請求項１記載の平滑電流算出装置において、
前記デジタル低域フィルタ手段は、
前記測定デジタル電流値に第１フィルタ係数を乗算する第１乗算器と、
前記平滑デジタル電流値を単位遅延時間だけ遅延したデジタル電流値に第２フィルタ係数を乗算する第２乗算器と、
前記第１乗算器の出力値に前記第２乗算器の出力値を加算して前記平滑デジタル電流値として出力する加算器を有し、
前記第１フィルタ係数と前記第２フィルタ係数の和は一定値であることを特徴とする平滑電流算出装置。
【請求項３】
請求項２記載の平滑電流算出装置において、
前記電流変動レベル設定手段は、前記差分が前記閾値を超えた状態が所定期間持続したとき第１電流変動レベルを設定し、前記差分が前記閾値を超えた状態が前記所定期間持続していないとき第２電流変動レベルを設定し、前記差分が前記閾値未満の状態であるときが持続したとき第３電流変動レベルを設定し、
前記フィルタ係数設定手段は、前記第１電流変動レベルが設定されているとき前記第１フィルタ係数に所定範囲を超える一定値を設定し、前記第２電流変動レベルが設定されているとき前記第１フィルタ係数を前記所定範囲内で微少量だけ増大させて設定し、前記第３電流変動レベルが設定されているとき前記第１フィルタ係数を前記所定範囲内で微少量だけ減少させて設定することを特徴とする平滑電流算出装置。
【請求項４】
請求項３記載の平滑電流算出装置において、
前記閾値は、前記平滑デジタル電流値を前記単位遅延時間だけ遅延したデジタル電流値に応じて変化することを特徴とする平滑電流算出装置。
【請求項５】
二次電池の平滑電流を算出する平滑電流算出方法であって、
測定された二次電池の電流値をデジタル化した測定デジタル電流値を供給され、前記デジタル電流値の時間変動を平滑した平滑デジタル電流値を出力し、
設定された前記測定デジタル電流値と前記平滑デジタル電流値との差分を閾値と比較して電流変動レベルを設定し、
前記電流変動レベルに応じて前記デジタル低域フィルタ手段のフィルタ係数を設定することを特徴とする平滑電流算出方法。
【請求項６】
請求項５記載の平滑電流算出方法において、
前記平滑デジタル電流値は、前記測定デジタル電流値に第１フィルタ係数を乗算する第１乗算を行い、
前記平滑デジタル電流値を単位遅延時間だけ遅延したデジタル電流値に第２フィルタ係数を乗算する第２乗算を行い、
前記第１乗算の出力値に前記第２乗算の出力値を加算して前記平滑デジタル電流値として出力し、
前記第１フィルタ係数と前記第２フィルタ係数の和は一定値であることを特徴とする平滑電流算出方法。
【請求項７】
請求項６記載の平滑電流算出方法において、
前記電流変動レベルの設定は、前記差分が前記閾値を超えた状態が所定期間持続したとき第１電流変動レベルを設定し、前記差分が前記閾値を超えた状態が前記所定期間持続していないとき第２電流変動レベルを設定し、前記差分が前記閾値未満の状態であるときが持続したとき第３電流変動レベルを設定し、
前記フィルタ係数の設定は、前記第１電流変動レベルが設定されているとき前記第１フィルタ係数に所定範囲を超える一定値を設定し、前記第２電流変動レベルが設定されているとき前記第１フィルタ係数を前記所定範囲内で微少量だけ増大させて設定し、前記第３電流変動レベルが設定されているとき前記第１フィルタ係数を前記所定範囲内で微少量だけ減少させて設定することを特徴とする平滑電流算出方法。
【請求項８】
請求項７記載の平滑電流算出方法において、
前記閾値は、前記平滑デジタル電流値を前記単位遅延時間だけ遅延したデジタル電流値に応じて変化することを特徴とする平滑電流算出方法。
【請求項９】
請求項４記載の平滑電流算出装置を備え、
前記二次電池の測定デジタル電流値を積算した電池容量を前記平滑デジタル電流値で除算して残り稼働時間を算出することを特徴とする電池監視モジュール。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１１−１５８２６８（Ｐ２０１１−１５８２６８Ａ）
【公開日】平成２３年８月１８日（２０１１．８．１８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１７８４３（Ｐ２０１０−１７８４３）
【出願日】平成２２年１月２９日（２０１０．１．２９）
【出願人】（０００００６２２０）ミツミ電機株式会社 (1,651)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年８月１８日（２０１１．８．１８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１月２９日（２０１０．１．２９）
【出願人】（０００００６２２０）ミツミ電機株式会社 (1,651)
【Ｆターム（参考）】
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