专利名称：平滑电流计算装置、平滑电流计算方法以及电池监视�？榈闹谱鞣椒�
技术领域：
本发明涉及计算平滑电流的平滑电流计算装置及平滑电流计算方法、以及使用这样的装置及方法的电池监视�？�。
背景技术：
近年来，在便携式电话或 数字式摄像机等便携型电子设备中安装了使用锂离子电池等二次电池的电池组。在锂离子电池中，一般很难根据电池电压检测出在电池中剩余的电量(以下称为电池剩余量)。因此，大多数情况下通过检测电池的充放电电流并对检测出的充放电电流进行积分来测定电池剩余量。在上述的方法中，为了测定锂离子电池的电池剩余量，在电池组中设置了电池监视�？榈那樾谓隙�。构成电池监视�？榈陌氲继寮傻缏纷爸冒呔華/D变换电路等模拟电路、和对测量出的电流值进行积分的CPU或计时器等数字电路。图I是电池监视模块中的电流测定装置的一例的框图。在图I中通过电流传感器10检测出的模拟的电流值通过A I变换器11被进行A I变换。进行A I变换后的电流值通过抽取滤波处理部12被进行抽取滤波处理来数字化，被数字化的电流值被存储在RAMl3中。此后，在增益偏置处理部14中对在RAM13中存储的电流值实施增益偏置修正处理，把这样修正后的电流值存储在RAM15中。在此，已知在接受矩形波状的输出指示电流时减少电流波动的技术(例如，参照专利文献I)。在该技术中进行如下控制在脉冲电流输出的电流变化率大时，切断电抗器来使LC滤波电路的LC值变�。诼龀宓缌魇涑龅牡缌鞅浠市∈保拥缈蛊骼词筁C滤波电路的LC值变大。此外，提出了通过自适应滤波器来对被赋予的信号进行滤波，抑制稳定状态下的波动的技术(例如，参照专利文献2)。在该技术中使用小波变换来判断被赋予的信号的变动状态，并根据判断出的变动状态设定自适应滤波器的内部参数。现有技术文献专利文献专利文献I :日本特开平10 - 14229号公报专利文献2 :日本特开2004 - 150279号公报
发明内容
发明要解决的课题在便携式电子设备中安装的电池组中，根据设备的工作状况，在电池监视�？榈牡缌鞑舛ㄗ爸玫牟舛ǖ缌髦胁洗蟮谋涠�。为了抑制这样的变动，考虑了在电流测定装置中使用低通滤波器使测定电流平滑化。在作为低通滤波器而使用了具有固定的滤波器系数的IIR (Infinite ImpulseResponse)滤波器的情况下,通过设定滤波器的响应快的滤波器系数，能够使滤波器的响应跟踪较大的电流波动。但是，在设定了滤波器的响应快的滤波器系数的情况下，针对应该输出的平滑电流的波形，滤波器输出有可能并不恒定而发生变动，所以有时无法得到适当的平滑电流。另一方面，通过设定滤波器的响应慢的滤波器系数，针对应该输出的平滑电流的波形，只要从该电流波形的开始起经过长时间，就能够输出接近电流波形的理想的平滑电流值的电流值。但是，到输出接近理想的平滑电流值的电流值为止需要较长的时间。此外,在使用了利用LMS (Least Mean Square)算法等的一般的自适应滤波器的情况下，需要保存大量的输入数据值，需要较大的存储器容量。从而很难在资源有限的电池监视�？槟诘腃PU上进行LMS算法处理。本发明是鉴于上述问题而提出的，其目的在于提供一种在短时间内输出准确且稳 定的平滑电流值的平滑电流计算装置及平滑电流计算方法、以及使用这样的装置及方法的电池监视�？�。用于解决课题的手段根据本发明的一个实施方式，提供一种计算二次电池的平滑电流的平滑电流计算装置，其具备数字低通滤波器，其被提供将测定的二次电池的电流值数字化而生成的测定数字电流值，输出使测定数字电流值的时间变动平滑而生成的平滑数字电流值；电流变动水平设定部，其将测定数字电流值和平滑数字电流值的差分与阈值进行比较，根据比较结果设定电流变动水平；以及滤波器系数设定部，其根据设定的电流变动水平，设定数字低通滤波器的滤波器系数。根据本发明的另一实施方式，提供一种计算二次电池的平滑电流的平滑电流计算方法，其中，使将测定的二次电池的电流值数字化而生成的测定数字电流值的时间变动平滑来输出平滑数字电流值；将测定数字电流值和平滑数字电流值的差分与阈值进行比较，根据比较结果设定电流变动水平；根据电流变动水平设定数字低通滤波器的滤波器系数。根据本发明的其他实施方式，提供一种电池监视模块，其中，具有上述平滑电流计算装置，将对二次电池的测定数字电流值进行积分而求出的电量除以平滑数字电流值，计算出剩余运行时间。发明的效果根据本发明，能够在短时间内输出准确且稳定的平滑电流值。
图I是现有的电流测定装置的一例的框图。图2是在本发明的一个实施方式的平滑电流计算装置中使用的数字低通滤波器电路的电路结构图。图3是平滑电流计算装置以预定周期执行的滤波器系数设定处理的流程图。图4是电流变动水平计算处理的流程图。图5A是表示电流的变动幅度(振幅)的曲线图。图5B是表示电流的平滑值和振幅的关系的曲线图。图6是滤波器系数计算处理的流程图。图7是表示基于电流变动水平的滤波器系数Bn的变化的示意图。
图8是表示测定电流以及平滑电流的变化的曲线图。图9是本发明的一个实施方式的具有电池监视�？榈牡绯刈榈目蛲�。
具体实施例方式以下，参照
本发明的实施方式。<平滑电流计算装置的一个实施方式>图2是在本发明的一个实施方式的平滑电流计算装置中使用的数字低通滤波器电路的电路结构图。在图2中，在端子21输入作为从存储器(后述的RAM213)读出的数字值的电流值Xn，所输入的电流值Xn被提供给乘法器22。从端子23向乘法器22提供第一滤波器系数Bn。乘法器22对电流值Xn乘以滤波器系数Bn，并将乘算值提供给加法器24。加法器24对从乘法器22提供的乘算值相加从后述的乘法器27提供的乘算值。 从端子25输出加法器24所输出的平滑值Yn，并且通过单位延迟元件26延迟单位时间，作为延迟平滑值Ylri提供给乘法器27。从端子23向乘法器27提供第二滤波器系数An。乘法器27对延迟平滑值Ylri乘以滤波器系数An，向加法器24提供乘算值。S卩，从加法器24输出以Yn = XnXBn + Ylri X An表示的平滑值Yn，并存储在存储器(后述的RAM213)中。在此，在本实施方式中，设定Bn+ An= I。另外，图2表示数字低通滤波器电路，但也可以通过CPU等运算装置通过软件处理来执行图2的电路动作。<滤波器系数设定处理的流程图>图3是平滑电流计算装置以预定周期执行的滤波器系数设定处理的流程图。在图3中，滤波器系数设定处理包含步骤SI的电流变动水平计算处理和步骤S2的滤波器系数计算处理。以预定周期(例如在从数十msec到数sec左右的周期)重复执行图3的滤波器系数设定处理。图4是在步骤SI中执行的电流变动水平计算处理的流程图。在本实施方式中将电流变动水平分类为3个级别。电流变动水平=I表示大的变动，电流变动水平=2表示小的变动，电流变动水平=3表示没有变动。在图4中，在步骤Sll设定了电流变动水平=2。接着，在步骤S12判断上一次的电流值Xlri和上一次的平滑值Ylri之间的差的绝对值abs (Xlri-Ylri)是否超过阈值TH0。然后，在abs (Xlri-Ylri)兰THO的情况下，在步骤S13计数器值复位为0，在步骤S14设定电流变动水平=3。在此，通过以下式(I)来求出阈值TH0。另外，在式(I)中，例如gain = 0.2，例如，offset = 6。THO = gainXY^i+offset …(I)另一方面，在abs (Xlri-Ylri)MHO的情况下，在步骤S 15将计数器值增加I。在执行步骤S14或S15之后，在步骤S16判断计数器值是否是5以上。如果计数器值不足5，则结束该处理。如果计数器值为5以上，则在步骤S17设定电流变动水平=1，结束该处理。因此，在abs (Xlri-Ylri) >TH0、且计数器值不足5的情况下，电流变动水平=2。说明上述的式(I)的阈值THO的增益系数gain和偏置系数offset的计算方法。图5A是用虚线表示测定电流值的波形的曲线图。理想的平均电流值Av是预定期间内的测定电流值的平均值。电流变动幅度Am是预定期间内的测定电流值的极大值包络线(点划线)和极小值包络线(二点划线)的差分。
此时，应该输出平滑值的测定电流值Xi (i = 1，2，3，"0的理想的平均电流值八吣和从测定电流值Xi去除了脉冲状的噪声成分的电流变动幅度Ami成为如图5B中所示的一次函数(直线)。在图5B所示的例中，作为一次函数(直线)的斜率即gain设定了 0.2，并设定了 offset = 6。图6是在步骤S2执行的滤波器系数计算处理的流程图。在图6中，在步骤S21判断电流变动水平为1、2、3中的哪一个。如果电流变 动水平为1，则在步骤S22中将本次的滤波器系数Bn设定为Sp。之后，在步骤S29中将(I — Bn)设定为本次的滤波器系数An，结束该处理。如果在步骤S21中电流变动水平为2，则在步骤S23使本次的滤波器系数Bn从上一次的滤波器系数Blri增加增量inc。之后，在步骤S24判断本次的滤波器系数Bn是否超过最大值Max，只在Bn>Max的情况下，在步骤S25将最大值Max设定为本次的滤波器系数Bn。然后，在步骤S29中将(I 一 Bn)设定为本次的滤波器系数An，结束该处理。如果在步骤S21中电流变动水平为3，则在步骤S26中使本次的滤波器系数Bn从上一次的滤波器系数Blri减少减量dec。之后，在步骤S27判断本次的滤波器系数Bn是否不足最小值min。在Bn〈min的情况下,在步骤S28将最小值min设定为本次的滤波器系数Bn。在不是Bn〈min的情况下，在步骤S24判断本次的滤波器系数Bn是否超过最大值Max。仅在Bn>Max的情况下，在步骤S25中将最大值Max设定为本次的滤波器系数Bn。之后，在步骤S29将(I 一 Bn)设定为本次的滤波器系数An，结束该处理。在此，在本实施方式中，例如Sp = 0. 54, Max = 0. 18, min = 0. 007, inc = 0. 004,dec = 0. 012。图7是表示基于电流变动水平的滤波器系数Bn的变化的示意图。在图7中，在电流变动水平为I、有大的变动的情况下，将滤波器系数Bn设定为Sp，使针对本次的电流值Xn的权重一下子变大。在电流变动水平为2、有变动的情况下，使滤波器系数Bn增加微小量，使针对本次的电流值Xn的权重稍稍增加。此时，以滤波器系数Bn不超过最大值Max的方式增加滤波器系数Bn。此外，在电流变动水平为3、没有变动的情况下，使滤波器系数Bn减少微小量，使针对本次的电流值Xn的权重稍稍减少。此时，以滤波器系数Bn不小于最小值min的方式减少滤波器系数Bn。即，将低通滤波器的滤波器系数即滤波器系数Bn，在电流变动较小的情况下设定为响应慢的可变范围内(min Max)的值，在有较大的电流变动的情况下设定为响应非�？斓腟p。在可变范围内(min Max)变更滤波器系数Bn时，通过使用加算和减算，能够使增量inc和减量dec的代码大小变小。此外,将使滤波器的响应变慢时的减量dec设为大于使滤波器的响应变快时的增量inc的值。这是由于在abs (Xlri-Ylri)和THO的比较结果，abs (Xlri-Ylri)大于THO的概率越�。蛟谠蕉淌奔淠谑瓜煊Ρ渎�。但是，在减量dec比增量inc过于大时，输出值有可能收敛于并不是真的平滑值的值。〈波形图〉图8是表示测定电流以及平滑电流的变化的曲线图。在图8中，虚线表示测定电流，实线表示平滑电流。对应于用虚线表示的测定电流，本实施方式的平滑电流计算装置能够得到用实线表示的平滑电流。另外，为了比较，用点划线表示使用滤波器系数(Bn)为固定值(=0. 18)的IIR滤波器时的平滑电流。由此，根据本实施方式，能够得到测定电流的较大的变动被充分平滑化后的平滑电流。在电池组中，对电池的充放电电流(测定电流)进行积分，计算出电池剩余量。而且，将该电池剩余量除以平滑电流来计算剩余运行时间。<电池组>图9是表示本发明的一个实施方式的具有电池监视模块的电池组的框图。在图9中，电池监视�？�200包含数字部210和模拟部250。在数字部210 设置有 CPU211、R0M212、RAM213、EEPR0M214、中断控制部 215、总线控制部216、I2C部217、串行通信部218、计时器部219、上电复位部220、寄存器221、测试端子状态设定电路222、测试控制电路223、滤波器电路290。CPU211、R0M212、RAM213、EEPR0M214、中断控制部215、总线控制部216、I2C部217、串行通信部218、计时器部219、寄存器221通过内部总线相互连接。CPU211执行存储在R0M212中的程序，控制整个电池监视�？�200。此外，CPU211执行图3至图5中所示的滤波器系数设定处理以及求出图2的平滑值Yn的低通滤波处理。而且，CPU211执行对电池的充放电电流(测定电流)进行积分来计算电池剩余量的处理、以及将电池剩余量除以平滑电流值来计算剩余运行时间的处理。此时，把RAM213用作作业区域。在EEPR0M214中存储了修整(trimming)信息等。中断控制部215，根据从电池监视模块200的各部提供的中断请求的优先度而发生中断，并向CPU211通知。总线控制部216进行哪个电路部使用内部总线的控制。I2C部217经由端口 231、232与通信线连接，经由该通信线进行2线式的串行通信。串行通信部218经由端口 233与未图示的通信线连接，进行I线式的串行通信。计时器部219对系统时钟进行计数，在CPU211参照其计数器值。上电复位部220检测出提供给经由滤波器电路290连接的端口 235的电源Vdd的上升，产生复位信号，将复位信号提供给电池监视�？�200的各部。把来自EEPR0M214的信息转发给寄存器221。测试端子状态设定电路222根据保存在寄存器221中的信息将测试端子237、238和测试控制电路223之间连接。此外，测试端子状态设定电路222将与测试端子237、238对应的测试控制电路223的输入设定为预定的水平。测试控制电路223根据向测试端子237、238的输入，改变内部电路的状态。由此，能够进行电池监视�？�200的内部电路的测试。在模拟部250设有振荡电路251、晶体振荡电路252、选择控制电路253、分频器254、电压传感器255、温度传感器256、电流传感器257、多路复用器(MPX) 258以及A I调制器259。振荡电路251是包含PLL电路的振荡器，输出数MHz的振荡信号。晶体振荡电路252使用安装在端口 271、272的晶体振子生成并输出数MHz的振荡信号。晶体振荡电路252的振荡频率比振荡电路251的振荡频率更高精度。选择控制电路253根据从端口 273提供的选择信号，选择振荡电路251和晶体振荡电路252中的某一方输出的振荡频率信号。选择控制电路253将选择的振荡信号作为系统时钟，提供给电池监视模块200的各部以及分频器254。选择控制电路253生成复位信号、RST和控制信号CNT。选择控制电路253在从端口 273没有提供选择信号的情况下，例如选择振荡电路251输出的振荡信号。分频器254对系统时钟进行分频来生成各种时钟信号，将生成的时钟信号提供给电池监视�？�200的各部。电压传感器255检测与端口 274、275连接的锂离子电池301的电压，并将检测电压的模拟值提供给多路复用器258。温度传感器256检测电池监视�？�200的环境温度，并将检测温度的模拟值提供给多路复用器258。端口 276、277与电流检测用的电阻303的两端连接。电流传感器257根据端口276,277之间的电位差来检测流过电阻303的电流，并将检测电流的模拟值提供给多路复用器258。多路复用器258依次选择检测电压的模拟值、检测温度的模拟值、检测电流的模拟值并提供给A I调制器259。A I调制器259，通过对各模拟值进行A I变换来将脉冲密度调制数据通过内部总线提供给CPU211。CPU211对脉冲密度调制数据实施数字滤波 处理，将检测电压的模拟值、检测温度的模拟值、检测电流的模拟值变化为数字值。此外，CPU211通过对电池的充放电电流进行积分来计算电池剩余量。此时，检测温度用于温度修正。上述的电池监视�？�200与锂离子电池301、电流检测用的电阻303、稳压器/保护电路304、电阻305以及开关306 —起被收纳在外壳310内，构成电池组300。在电池组300的端子311上连接了锂离子电池301的正电极以及稳压器/保护电路304的电源输入端子。稳压器/保护电路304的电源输出端子与电池监视�？�200的电源Vdd的端口 235连接。端子312经由电阻305与稳压器/保护电路304的连接端子连接，并且经由开关306与电流检测用的电阻303和端口 277之间的连接点连接。稳压器/保护电路304使端子311、312之间的电压稳定，并且在该电压为预定范围以外时切断开关306来保护电池监视�？�200。此外，在电流检出用的电阻303和端口 276之间的连接点连接有电池监视�？�200的电源Vss的端口 236。在电池组300的端子313、314上分别连接电池监视�？�200的端口 231、232。本发明并不限于具体公开的上述实施方式，在不脱离本发明的范围的情况下可以有各种变形例以及改良例。本申请主张基于2010年I月29日申请的日本专利申请第2010 — 017843号的优先权，在本申请中引用其全部内容。符号说明21、25 端子22、27 乘法器24加法器200电池监视�？�21ICPU213RAM259 A I调制器255电压传感器
256温度传感器257电流传感器300电池组
301锂离子电池
权利要求
1.一种计算二次电池的平滑电流的平滑电流计算装置，其特征在于， 具备 数字低通滤波器，其被提供将测定的二次电池的电流值数字化而生成的测定数字电流值，输出使所述测定数字电流值的时间变动平滑而生成的平滑数字电流值； 电流变动水平设定部，其将所述测定数字电流值和所述平滑数字电流值的差分与阈值进行比较，根据比较结果设定电流变动水平；以及 滤波器系数设定部，其根据设定的所述电流变动水平，设定所述数字低通滤波器的滤波器系数。
2.根据权利要求I所述的平滑电流计算装置，其特征在于， 所述数字低通滤波器具有 第一乘法器，其对所述测定数字电流值乘以第一滤波器系数； 第二乘法器，其对将所述平滑数字电流值延迟单位延迟时间所得的数字电流值乘以第二滤波器系数；以及 加法器，其输出对所述第一乘法器的输出值相加所述第二乘法器的输出值所求得的值，作为所述平滑数字电流值， 所述第一滤波器系数和所述第二滤波器系数之和是恒定值。
3.根据权利要求2所述的平滑电流计算装置，其特征在于， 所述电流变动水平设定部，在所述差分超过所述阈值的状态持续了预定期间时，设定第一电流变动水平，在所述差分超过所述阈值的状态没有持续所述预定期间时，设定第二电流变动水平，在所述差分不足所述阈值的状态持续时，设定第三电流变动水平， 所述滤波器系数设定部，在设定了所述第一电流变动水平时，将超过预定范围的恒定值设定为所述第一滤波器系数，在设定了所述第二电流变动水平时，以在所述预定范围内增大的方式设定所述第一滤波器系数，在设定了所述第三电流变动水平时，以在所述预定范围内减少的方式设定所述第一滤波器系数。
4.根据权利要求3所述的平滑电流计算装置，其特征在于， 所述阈值根据使所述平滑数字电流值延迟所述单位延迟时间而生成的数字电流值变化。
5.一种计算二次电池的平滑电流的平滑电流计算方法，其特征在于， 使将测定的二次电池的电流值数字化而生成的测定数字电流值的时间变动平滑来输出平滑数字电流值； 将所述测定数字电流值和所述平滑数字电流值的差分与阈值进行比较，根据比较结果设定电流变动水平； 根据所述电流变动水平设定数字低通滤波器的滤波器系数。
6.根据权利要求5所述的平滑电流计算方法，其特征在于， 对所述测定数字电流值乘以第一滤波器系数来求出第一输出值， 对将所述平滑数字电流值延迟单位延迟时间而得的数字电流值乘以第二滤波器系数来求出第二输出值，输出对所述第一输出值相加所述第二输出值所得的值，作为所述平滑数字电流值， 所述第一滤波器系数和所述第二滤波器系数之和是恒定值。
7.根据权利要求6所述的平滑电流计算方法，其特征在于， 在所述电流变动水平的设定中，在所述差分超过所述阈值的状态持续了预定期间时，设定第一电流变动水平，在所述差分超过所述阈值的状态没有持续所述预定期间时，设定第二电流变动水平，在所述差分不足所述阈值的状态持续时，设定第三电流变动水平， 在所述滤波器系数的设定中，在设定了所述第一电流变动水平时，将超过预定范围的恒定值设定为所述第一滤波器系数，在设定了所述第二电流变动水平时，以在所述预定范围内增大的方式设定所述第一滤波器系数，在设定了所述第三电流变动水平时，以在所述预定范围内减少的方式设定所述第一滤波器系数。
8.根据权利要求7所述的平滑电流计算方法，其特征在于， 使所述阈值根据使所述平滑数字电流值延迟所述单位延迟时间所得的数字电流值来变化。
9.一种电池监视�？椋涮卣髟谟冢� 具有权利要求4所述的平滑电流计算装置， 将对所述二次电池的所述测定数字电流值进行积分而求出的电量除以所述平滑数字电流值，计算出剩余运行时间。
全文摘要
计算二次电池(301)的平滑电流的平滑电流计算装置，具备被提供将所测定的二次电池的电流值数字化而生成的测定数字电流值的数字低通滤波器(22～27)。数字低通滤波器输出使测定数字电流值的时间变动平滑而生成的平滑数字电流值。电流变动水平设定部(S1)将测定数字电流值和平滑数字电流值的差分与阈值进行比较，根据比较结果设定电流变动水平。滤波器系数设定部(S2)根据设定的电流变动水平，设定数字低通滤波器的滤波器系数。
文档编号G01R19/25GK102725644SQ201180007389
公开日2012年10月10日 申请日期2011年1月19日 优先权日2010年1月29日
发明者杉山连 申请人:三美电机株式会社
专业数控铣床产品供应商
20年生产经验，实力工厂，精工品质，质量有保障
