JP2004198298A - 電池容量測定装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】種々の電子機器に用いられる一次電池の容量を正確に測定でき、しかも電池容量測定に掛かる電池容量の消費を極めて少なくすることが可能な電池容量測定装置を提供する。
【解決手段】電池を電源として作動する機器の動作電流値および該機器の動作を保証する最低動作電圧値をそれぞれ記憶手段に予め記憶しておき、電池を負荷に一時的に接続して放電させる前の開放電池電圧および放電時の閉路電池電圧とをそれぞれ計測し、その差電圧を負荷に流れる電流で除して電池の内部抵抗値を算出する。そして前記記憶手段に記憶された該機器の動作電流値とから該機器を使用したときに想定される想定電池電圧と前記記憶手段に記憶された該機器の最低動作電圧値とから該電池の容量を判定して電池容量を表示する。
【選択図】 図１
【解決手段】電池を電源として作動する機器の動作電流値および該機器の動作を保証する最低動作電圧値をそれぞれ記憶手段に予め記憶しておき、電池を負荷に一時的に接続して放電させる前の開放電池電圧および放電時の閉路電池電圧とをそれぞれ計測し、その差電圧を負荷に流れる電流で除して電池の内部抵抗値を算出する。そして前記記憶手段に記憶された該機器の動作電流値とから該機器を使用したときに想定される想定電池電圧と前記記憶手段に記憶された該機器の最低動作電圧値とから該電池の容量を判定して電池容量を表示する。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電池使用機器の特性に応じた電池容量を電池の徒らな放電を抑えながら測定するのに好適な電池容量測定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近時、ディジタルスチルカメラや携帯型ＭＤ（ミニディスク）プレーヤなどの電子機器の電源として一次電池が広く用いられている。この種の一次電池の残量判定は、一次電池容量チェッカによりなされている。この一次電池容量チェッカは、測定する電池に定抵抗値の抵抗器を接続して電流を流したとき、電池の電圧降下の値が予め定めた閾値以下の場合、電池容量無しとして表示するように構成されている（例えば、特許文献１を参照）。
【０００３】
或いは、一次電池を用いる電子機器に予め電池容量測定回路を組み込み、該電池の残量が少なくなると警報を出力する電池残量警報装置も知られている（例えば、特許文献２を参照）。これは、電子機器の電源スイッチが開状態のとき、すなわち電子機器を電池によって駆動していないときの電池電圧を監視し、予め定めた閾値を下回ったときに警報を出力するように構成されている。
【０００４】
【特許文献１】
特開昭５７−２８２６９号公報
【特許文献２】
特開平１０−１７２５８３号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した公知の電池容量チェッカは、予めその内部に設けられた所定の抵抗器に対して、電流を流すことにより負荷を模擬するものである。このため、電池容量チェッカに内蔵されている電池容量測定用の抵抗器に流れる電流（計測電流）よりも大きな消費電流が流れる負荷、例えばディジタルスチルカメラ等の場合、電池容量チェッカが一次電池の残量有りと判定したとしても、この一次電池を使うことができない場合があるという問題があった。
【０００６】
或いは逆に、電池容量チェッカの計測電流よりも消費電流が小さい負荷、例えばラジオや電卓などに用いられる一次電池の場合、電池容量チェッカが電池の残量無しと判定したとしても、この一次電池を使うことが可能であり、電池の有効利用ができない場合もある。
つまり、電池容量チェッカの計測電流に近い電流領域を負荷とする機器に適用される一次電池の容量を計測する場合、電池容量チェッカの容量測定結果は正確である反面、計測電流からかけ離れた電流を消費する機器に用いられる一次電池を電池容量チェッカで測定する場合には、正確な容量が測定できないという問題があった。
【０００７】
更に上述した電池容量チェッカは、容量を測定すべき電池を該電池容量チェッカに装着して、その内部に備えた抵抗器に電流を流して数秒程度放電させる必要がある。このため、従来の電池容量チェッカは、電池容量の測定の都度、電池容量を消費してしまうという問題もある。
そこで本発明は、上述した課題を解決するためになされたもので、その目的は、種々の電子機器に用いられる一次電池の容量を正確に測定でき、しかも電池容量測定に掛かる電池容量の消費を極めて少なくすることが可能な電池容量測定装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
前述した目的を達成するため、本発明の請求項１に係る電池容量測定装置は、
電池を電源として作動する機器の動作電流値および該機器を作動させたときの該電池の電池容量値に対応付けした閉路電圧値をそれぞれ記憶する記憶手段と、
前記電池を一時的に接続して該電池を放電させる放電手段と、
この放電手段で前記電池を放電させる前の開放電池電圧および放電時の閉路電池電圧とをそれぞれ計測する電圧計測手段と、
この電圧計測手段で計測した開放電池電圧および閉路電池電圧と前記放電手段に流れる電流とから前記電池の内部抵抗値を算出する第１の演算手段と、
この第１の演算手段で算出した電池の内部抵抗値および前記記憶手段に記憶された上記機器の動作電流値とから該機器を使用したときに想定される想定電池電圧を算出する第２の演算手段と、
この第２の演算手段で演算した想定電池電圧と前記記憶手段に記憶された上記機器を作動させたときの該電池の電池容量値に対応付けした閉路電圧値とから前記電池の容量を判定する判定手段と、
この判定手段が判定した電池容量を表示する表示手段と
を具備したことを特徴としている。
【０００９】
このように本発明の請求項１に記載された電池容量測定装置は、一次電池を放電手段を用いて一次的に放電させたときの放電前後の電池電圧、即ち開路電池電圧と閉路電池電圧との差電圧を求めた後、放電手段に流れる電流から電池の内部抵抗を求めている。そうして得られた一次電池の内部抵抗の値から、上記機器を作動させたときの該電池の閉路電圧を算出している。そして算出した閉路電圧と、該電池を用いて機器を作動させたときの電池容量値に対応付けした閉路電圧値とを用いて電池容量を求めている。この為、一次電池を用いる機器に対して精度の高い電池容量を測定する電池容量測定装置を提供することが可能となる。特に一次電池の閉路電池電圧を測定するため放電手段で放電させる時間は、短時間に限られるので、一次電池の容量を消費することがない。
【００１０】
また本発明の請求項２に記載された電池容量測定装置は、
前記記憶手段は、複数種の機器の動作電流値と該機器を作動させたときの該電池の電池容量値に対応付けした閉路電圧値とをそれぞれ記憶するものであって、
前記第２の演算手段および判定手段は、指定された種別の機器の想定電池電圧を求めてその電池容量を判定することを特徴としている。
【００１１】
この為、本発明の電池容量測定装置は、電池を電源として作動する複数の機器のそれぞれに対する電池容量を高い精度で、しかも一次電池の容量を消費することなく測定することが可能となる。
本発明の好ましい様態は、前記放電手段は、定抵抗放電または定電流放電のいずれかを行なうものとして構成される。
【００１２】
好ましくは、前記表示手段は、電池容量を多段階表示するものとして構成することが望ましい。
より好ましくは、前記表示手段は、前記機器毎に電池容量を多段階表示するものとして構成される。
したがって、本発明によれば、種々の電子機器に用いられる一次電池の容量を正確に測定でき、しかも電池容量測定に掛かる電池容量の消費を極めて少なくすることが可能な電池容量測定装置を提供することができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明に係る電池容量測定装置について説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る電池容量測定装置の回路構成を示す図である。この図において、１は電池容量をチェックする被検査電池（一次電池）であり、電池容量のチェックを行なう際、特に図示しないが電池容量測定装置に設けられた電池ソケットなどにより装着されるものとなっている。
【００１４】
この本発明に係る電池容量測定装置が特徴とするところは、電池容量測定時に一次電池１の放電開始前の開路電池電圧と、放電手段１０により該一次電池１を放電したときの閉路電池電圧との差電圧を求め、この差電圧を放電手段１０に流れた電流値で割ることにより一次電池１の内部抵抗を求める点、および一次電池１を電源として作動する機器の動作電流値および該機器を作動させたときの該電池の電池容量値に対応付けした閉路電圧値とをそれぞれ記憶手段に記憶して、これらの値から該機器に一次電池を用いたときの電池容量をマイクロコンピュータ２０が算出する点にある。
【００１５】
具体的には、本発明に係る電池容量測定装置には、この電池容量測定装置の動作を司るマイクロコンピュータ２０が設けられている。このマイクロコンピュータ２０には、特に図示しないが記憶部、演算部および電池電圧を検出するＡ／Ｄコンバータからなる電圧検出部が内蔵されたものとなっている。この記憶部には、一次電池１を電源として作動する機器の動作電流値および該機器を作動させたときの該電池の電池容量値に対応付けした閉路電圧値が記憶されている。一方、詳細は後述するがマイクロコンピュータ２０内の演算部は、電圧検出部が検出した被検査電池（一次電池）１の開放電池電圧Ｖｏと、放電手段１０により電池を放電したときの閉路電池電圧Ｖｃとの差電圧［Ｖｏ−Ｖｃ］を求めると共に、この差電圧を放電手段１０に流れる放電電流値で割ることにより一次電池１の内部抵抗値を算出するものである（第１の演算手段）。更に演算部は、この算出した一次電池１の内部抵抗値から記憶部に記憶されている一次電池１を電源として作動する機器の動作電流値および該機器を作動させたときの該電池の電池容量値に対応付けした閉路電圧値とから、該一次電池１の容量を判定する役割を担っている（第２の演算手段）。
【００１６】
このマイクロコンピュータ２０による一次電池１の容量判定結果は、容量表示手段３０により表示されるようになっている。この容量表示手段３０は、例えば図２にその外観を示すようにＬＥＤ（発光ダイオード）３１等の発光素子によって、被検査電池（一次電池）１の容量を例えば［０％］、［５０％］、［１００％］、または［０］、［１／２］、Ｆｕｌｌというように電池容量を段階的に分けて表示するように構成されたものとなっている。
【００１７】
或いは、この容量表示手段３０は、ＬＥＤ３１以外にも図示しないが例えば、ＬＣＤ（液晶ディスプレイ）、有機ＥＬ（エレクトロルミネセンス）ディスプレイ等で構成しても勿論かまわない。
また、この電池容量測定装置には、マイクロコンピュータ２０および容量表示手段３０等を駆動する機器駆動電源２が備えられている。この機器駆動電源２は、例えばＡＣアダプタから供給される直流電圧や、被検査電池（一次電池）１とは異なる電池容量測定装置駆動用の一次電池または二次電池等から構成されるものとなっている。そして、好ましくはこれらの機器駆動電源２から出力される電圧を例えば電源ＩＣ３を介して安定化した後、電池容量測定装置のマイクロコンピュータ２０および容量表示手段３０等に供給するようにすることが望ましい。
【００１８】
尚、この電池容量測定装置には、一次電池１を電源として作動する複数の機器の動作電流値および該機器を作動させたときの該電池の電池容量値に対応付けした閉路電圧値を記憶するよう構成してもよい。そして、一次電池１の容量測定時に、この一次電池１を用いる機器を選択する使用想定機器選択スイッチ２１を切換えて、マイクロコンピュータ２０に該機器の機種を与えることにより、選択された機器の電池容量を該マイクロコンピュータ２０が判定して、容量表示手段３０に表示させることが可能となる。
【００１９】
さて、このように構成された電池容量測定装置の動作について、図３に示す電池容量測定装置の動作フローチャートを参照しながらより詳細に説明する。このフローチャートに示す電池容量測定装置は、マイクロコンピュータ２０の記憶部に、一次電池１を電源として作動する複数の機器の動作電流値および該機器を作動させたときの該電池の電池容量値に対応付けした閉路電圧値とをそれぞれ記憶しておくと共に、このマイクロコンピュータ２０に接続された使用想定機器選択スイッチ２１を切換えて一次電池１を使用する機器を選択して、この選択された機器に用いられる一次電池１の容量を計測するものである。
【００２０】
先ず、一次電池１の容量測定を行なう測定者は、電池容量測定装置に被測定電池（一次電池）１を装着する。そして、測定者は、使用想定機器選択スイッチ２１を被測定電池（一次電池）１を用いる機器に選択して設定する。このようにして測定準備が完了した後、測定者は電池容量測定装置に設けられた測定開始スイッチ２２を押下する(ステップ１）。
【００２１】
この測定開始スイッチ２２の押下を検出したマイクロコンピュータ２０は、マイクロコンピュータ２０のＡ／Ｄ変換回路（図示せず）から得られる被検査電池（一次電池）１の開放電池電圧Ｖｏをマイクロコンピュータ２０内の記憶部（図示せず）に記憶する（ステップＳ２）。そして一次電池１の開放電池電圧Ｖｏの測定が終了したマイクロコンピュータは、一次電池１を放電手段１０に接続して放電させる（ステップＳ３）。
【００２２】
次いでマイクロコンピュータ２０は、このときの一次電池１の電池電圧（閉路電池電圧）Ｖｃを測定する（ステップＳ４）。このようにして一次電池１の開放電池電圧Ｖｏおよび閉路電池電圧Ｖｃの計測が終了したマイクロコンピュータ２０は、放電手段に指令を出力して一次電池１の放電を停止させる（ステップＳ５）。尚、上述したステップ３〜５の間において、一次電池１を放電手段１０に接続して該一次電池１を放電させる時間は、Ａ／Ｄ変換の変換誤差を考慮して、電池電圧が安定する予め定めた所定の時間（例えば数ｍｓから数秒間）だけ放電させることが望ましい。
【００２３】
次にマイクロコンピュータ２０は、上述したようにして測定された一次電池１の開放電池電圧Ｖｏと閉路電池電圧Ｖｃとから、次式に従って電池の内部抵抗Ｒｃの値を算出する（ステップＳ６）。
内部抵抗［Ｒｃ＝（Ｖｏ−Ｖｃ）／Ｉｄ］
この式の分母のＩｄは、放電手段１０に設けられた定抵抗器の抵抗値Ｒに流れる電流であり、［Ｉｄ＝Ｖｃ／Ｒ］として求めることができるものである。この場合、内部抵抗を求める上式を、
内部抵抗［Ｒｃ＝Ｒ・｛（Ｖｏ−Ｖｃ）／Ｖｃ｝］
としてもよい。このようにしてマイクロコンピュータ２０は、一次電池１の内部抵抗を算出することができる。
【００２４】
或いは、放電手段１０を定電流回路として構成した場合、放電手段１０に流れる電流Ｉｄが一定であるのでマイクロコンピュータ２０は、初出した内部抵抗を求める式を用いて該内部抵抗Ｒｃの値を算出すればよい。
そうして一次電池１の内部抵抗Ｒｃの値を求めた後、この一次電池１を使用したときに想定される想定電池電圧Ｖｃｔを次式により算出する。
【００２５】
想定電池電圧Ｖｃｔ＝Ｖｏ−Ｉｔ×Ｒｃ
この式においてＩｔは、この一次電池１を用いる想定機器の消費電流であり、上述したマイクロコンピュータ２０内の記憶部（図示せず）に予め記憶された値である。具体的には、一次電池１を使用する想定機器の消費電流は、ディジタルスチルカメラであれば［１〜３Ａ］程度であり、携帯ＭＤ（ミニディスク）プレーヤであれば数十ｍＡ程度である。
【００２６】
そして詳細は後述するが、このようにして算出された想定電池電圧からマイクロコンピュータ２０は、想定機器における電池容量を算出する（ステップＳ８）。次いで、電池容量を算出したマイクロコンピュータ２０は、容量表示手段３０に電池容量を表示して（ステップＳ９）、一連の電池容量の測定を終了する（ステップＳ１０）。
【００２７】
ここで、具体的に上述したステップＳ８においてマイクロコンピュータ２０が行なう電池容量算出方法についてニッケル亜鉛一次電池の放電特性を示す図４を参照しながら詳細に説明する。
ニッケル亜鉛一次電池を一定電流で放電させると、放電初期時は電池電圧の低下が顕著に見られるが、放電が進行して放電中期になると、電池電圧の低下は緩やかになっていく。そして放電終止期になると再び電池電圧の低下が顕著になる。このようにニッケル亜鉛一次電池は、放電の進行に伴って電池電圧が変化する所謂Ｓ字特性を有している。このＳ字特性は、一般的な一次電池が持つ特性である。
【００２８】
ところで、図４に示したニッケル亜鉛一次電池の放電特性を参照すると、この一次電池１を電源として作動する想定機器の消費電流（放電電流）が［１Ａ］で、この機器の動作を保障する最低動作電圧値（放電終止電圧）を［１.０Ｖ］に設定したときの電池容量は［６３０ｍＡｈ］である。そして、電池容量が［１００％］のときの電池電圧は［１.５５Ｖ］であり、電池容量が［５０％］、即ち［６３０／２＝３１５ｍＡｈ］のときの電池電圧は、［１.２７Ｖ］である。
【００２９】
同じように一次電池１を電源として作動する想定機器の消費電流（放電電流）が［２Ａ］で、この機器の動作を保証する最低動作電圧値（放電終止電圧）を［１.０Ｖ］と設定した場合の電池容量は、［４８０ｍＡｈ］である。そして電池容量が［１００％］のときの電池電圧は［１.４５Ｖ］であり、電池容量が［５０％］、すなわち［４８０／２＝２４０ｍＡｈ］のときの電池電圧は、［１.１２Ｖ］である。
【００３０】
このようにニッケル亜鉛一次電池は、想定機器の消費電流（放電電流）が異なる場合、電池電圧と電池容量（残容量）とが一致しないという特性を示す。またニッケル亜鉛一次電池は、放電電流を増加させるに伴い、その電池の内部抵抗の影響により電池電圧（端子電圧）の低下が大きくなるという特性がある。このため、マイクロコンピュータ２０内の記憶部には、一次電池１を電源として作動する機器毎の負荷（動作）電流値、放電終止電圧値および該機器を作動させたときの該電池の電池容量値に対応付けした閉路電圧値とが予め格納されている。
【００３１】
具体的には、上述したニッケル亜鉛一次電池の放電特性を考慮して、負荷電流［１Ａ］、最低動作電圧値（放電終止電圧）［１.０Ｖ］の機器を作動させた時の該電池の電池容量［１００％］、［５０％］、［０％］に対応する閉路電池電圧値をそれぞれ［１.５５Ｖ］、［１.２７Ｖ］、［１.０Ｖ］としてマイクロコンピュータ２０内の記憶部に予め記憶しておけばよい。また、負荷電流［２Ａ］、放電終止電圧値［１.０Ｖ］の機器を作動させた時の該電池の電池容量［１００％］、［５０％］、［０％］に対応する閉路電池電圧値をそれぞれ［１.４５Ｖ］、［１.１２Ｖ］、［１.０Ｖ］としてマイクロコンピュータ２０内の記憶部に予め記憶しておけばよい。
【００３２】
ところで、上述した実施形態における放電手段１０は、定抵抗負荷を用いたものとして構成されているが、好ましくは一次電池１を使用する機器の放電特性に合わせるように構成することが望ましい。具体的には、一次電池１を使用する機器の放電特性が定電流特性を有する場合は、前述した定抵抗負荷に替えて定電流負荷とすればよい。この定電流負荷としては、例えば図５に示すようにトランジスタＱのエミッタに挿入したエミッタ抵抗ＲEに生じる電圧降下が一定になるように制御した定電流回路を適用すればよい。
【００３３】
この定電流回路は、エミッタ抵抗ＲEの電圧降下と、図示しない所定の電圧を出力する基準電圧源の出力電圧とが等しくなるようにエラーアンプ４の出力電圧を調整するものである。そして、このエラーアンプ４の出力は、ベース電流制限抵抗ＲBを介して、トランジスタＱのベースに与えられるようになっている。
このような構成の回路において、トランジスタＱのエミッタ電流が増加すると、エミッタ抵抗ＲEの電圧降下が増加する。すると、エラーアンプ４に加わる電圧が高くなる。このためエラーアンプ４は、その出力電圧を下げる。このエラーアンプ４の出力は、ベース電流制限抵抗ＲBを介してトランジスタＱのベースに与えられているので、該トランジスタＱのエミッタ電流を抑えることができる。
【００３４】
一方、トランジスタＱのエミッタ電流が減少すると、エミッタ抵抗ＲEの電圧降下も減少する。すると、エラーアンプ４に加わる電圧が低くなる。このためエラーアンプ４は、その出力電圧を上昇させることになる。このため、トランジスタＱのベース電流が増加するので、該トランジスタＱのエミッタ電流を増加させることになる。
【００３５】
このようにして、トランジスタＱのコレクタとエミッタとの間に流れる電流が一定となる定電流回路が形成される。
ところで発明者らは、上述したように構成した電池容量測定装置の動作を検証するため、一定電流で一次電池１を放電させたとき、内部抵抗Ｒｃの値の変化を測定した。具体的には、ニッケル亜鉛一次電池を［１Ａ］で放電させたとき、電池容量が［１００％］の時の内部抵抗値は［２３０ｍΩ］、電池容量が［５０％］のときの内部抵抗値は［３２０ｍΩ］、電池容量が［２５％］のときの内部抵抗値は［３７５ｍΩ］、電池容量が［１５％］のときの内部抵抗値は［３９０ｍΩ］、電池容量［５％］のときの内部抵抗値は［４４０ｍΩ］であった。そして、一次電池１の電池容量と内部抵抗値の関係が図６に示すように、放電と共に電池の内部抵抗がほぼ直線的に増加する関係となることが確かめられた。
【００３６】
このようにして求められた内部抵抗の値から機器の消費電流（放電電流）が、例えば［１Ａ］のとき、上述した機器の想定端子電圧を求める式に代入して想定端子電圧（閉路電池電圧）を求めると、電池容量［１００％］のときの閉路電池電圧は［１.５Ｖ］、電池容量［５０％］のときの閉路電池電圧は［１.３７Ｖ］、電池容量［２５％］の時の閉路電池電圧は［１.３２Ｖ］、電池容量［１５％］のときの閉路電池電圧は［１.２９Ｖ］、電池容量［５％］のときの閉路電池電圧は［１.２４Ｖ］となる。
【００３７】
同様に機器の消費電流（放電電流）が、例えば［２Ａ］のときの閉路電池電圧を算出すると、一次電池１の消費電流（放電電流）が［１Ａ］のときの電池容量［１００％］、［５０％］、［２５％］、［１５％］に相当する閉路電池電圧は、それぞれ［１.２８Ｖ］、［１.０５Ｖ］、［０.９５Ｖ］、［０.９０Ｖ］となる。
【００３８】
また、機器の消費電流（放電電流）が例えば［０.５Ａ］のときの閉路電池電圧を算出すると、一次電池１の消費電流（放電電流）が［１Ａ］のときの電池容量［１００％］、［５０％］、［２５％］、［１５％］に相当する閉路電池電圧は、それぞれ［１.６２Ｖ］、［１.５３Ｖ］［１.５１Ｖ］、［１.４９Ｖ］となる。ちなみに、これらの関係を図示すると図７の閉路電池電圧（想定端子電圧）と電池容量の関係を表すグラフのようになる。
【００３９】
そうしてマイクロコンピュータ２０は、上述したようして求められた閉路電池電圧（想定端子電圧）の値と、使用想定機器選択スイッチ２１で選択された機器に相当する該機器の電池容量値に対応付けした閉路電圧値とを用いて電池容量を算出する。
具体的には、例えば一次電池１を電源として作動する機器の放電電流値が［１.０Ａ］で、この機器の作動を補償する最低動作電圧（放電終止電圧）が［１.０Ｖ］のとき、予めマイクロコンピュータ２０の記憶部には、一次電池１の電池（残）容量［１００％］、［５０％］、［０％］に対応する閉路電圧値として、それぞれ［１.５Ｖ］、［１.３７Ｖ］、［１.０Ｖ］が記憶されている。そして、電池容量測定装置に装着した一次電池１の電池電圧が、例えば［１.５Ｖ］であれば、その電池容量を［５０％］と判定することができる。
【００４０】
或いは、一次電池１を用いて作動する機器の放電電流値が例えば［２.０Ａ］で、この機器の作動を補償する最低動作電圧（放電終止電圧）が［１.０Ｖ］のとき、一次電池１の電池（残）容量［９０％］、［６０％］、［３０％］に対応する閉路電圧値として、予めマイクロコンピュータ２０の記憶部には、電池容量に対応する閉路電圧値がそれぞれ［１.２５Ｖ］、［１.１７Ｖ］、［１.０８Ｖ］として記憶されている。そして、電池容量測定装置に装着した一次電池１の電池電圧が、例えば［１.１７Ｖ］であれば、その電池容量を［６０％］と判定することができる。
【００４１】
尚、容量表示手段３０の表示器を使用想定機器選択スイッチ２１で選択した機器（例えばデジカメ、ＭＤ、ラジオ）に対応付けて、図２（ｂ）にその外観を示すＬＥＤ（発光ダイオード）３１等の発光素子によって、例えば［１００％］、［５０％］、［０％］、またはＦｕｌｌ、［１／２］、［０］、ように電池容量を段階的に分けて表示するように構成するとよい。
【００４２】
具体的には、一次電池１を電源として作動する機器の放電電流値が［１.０Ａ］で、この機器の作動を補償する最低動作電圧（放電終止電圧）が［１.０Ｖ］のとき、計測された一次電池１の閉路電池電圧が［１.５Ｖ］であれば電池（残）容量［１００％］、閉路電池電圧が［１.５Ｖ］未満［１.３７Ｖ］以上であれば［５０％］として容量表示手段３０に表示される。
【００４３】
尚、上述した一次電池１の電池（残）容量に対応する閉路電圧値は、容量表示手段３０に表示する電池容量の段階に応じて予め実験等を行い記憶部に記憶しておけばよい。また、マイクロコンピュータ２０は、電池容量に対応する閉路電圧値の中間の電圧値が計測された場合、必要に応じて直線近似等の方法により電池容量を算出すればよい。
【００４４】
上述したように本発明の電池容量測定装置は、電池を電源として作動する機器の動作電流値およびこの機器を作動させたときの該電池の電池容量値に対応付けした閉路電圧値を予めメモリ等に記憶している。そして、一次電池を負荷（定抵抗回路または定電流回路）を用いて一次的に放電させたときの放電前後の電池電圧、即ち開路電池電圧と閉路電池電圧との差電圧を求め、上記負荷に流れる電流から電池の内部抵抗を求めている。そうして得られた一次電池の内部抵抗の値から、上記機器を作動させたときの想定電池電圧を算出する。このようにして求めた想定電池電圧と、機器を作動させたときの該電池の電池容量値に対応付けした閉路電圧値とを比較することで電池容量を判定している。
【００４５】
特に一次電池を放電手段で放電させて該電池の閉路電池電圧を測定する時間は、電池の内部抵抗算出の為だけの極く短時間に限るよう構成されている。このため本発明に係る電池容量測定装置は、電池容量測定の際、一次電池の容量を無駄に消費することがなく極めて効果的である。
そして、求めた一次電池の内部抵抗の値から一次電池を用いる消費電流の異なる機器に対して精度の高い電池容量を測定することが可能となる。また、本発明に係る電池容量測定装置には、電池容量を多段階表示する表示器を備えているので電池の容量をわかりやすく表示することが可能である。
【００４６】
尚、本発明は上述したニッケル亜鉛一次電池のほか、マンガン電池、アルカリマンガン電池、リチウム一次電池など種々の一次電池に適用することが可能である。更には、二次電池にあっても一次電池と類似の放電特性を示すので、二次電池の容量測定装置として適用することも勿論可能である。
【００４７】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明電池容量測定装置によれば、消費電力や放電条件の異なる機器に用いられる一次電池の容量を高精度に、しかも残量を分かりやすく表示することが可能となる等の実用上多大なる効果が奏せられる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る電池容量測定装置の概略構成を示す図。
【図２】本発明の実施形態に係る電池容量測定装置の容量表示手段を示す図。
【図３】本発明の実施形態に係る電池容量測定装置の動作を示すフローチャート。
【図４】ニッケル亜鉛一次電池の放電特性を示す図。
【図５】本発明の実施形態に係る定電流放電回路の一例を示す図。
【図６】ニッケル亜鉛一次電池の電池残容量と内部抵抗値との関係を示す特性図。
【図７】本発明の実施形態に係る電池容量測定装置により計測された内部抵抗値から予測した閉路電池電圧を示す図。
【符号の説明】
１０ 放電手段
２０ マイクロコンピュータ
２１ 使用想定機器選択スイッチ
２２ 測定開始スイッチ
３０ 容量表示手段
【発明の属する技術分野】
本発明は、電池使用機器の特性に応じた電池容量を電池の徒らな放電を抑えながら測定するのに好適な電池容量測定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近時、ディジタルスチルカメラや携帯型ＭＤ（ミニディスク）プレーヤなどの電子機器の電源として一次電池が広く用いられている。この種の一次電池の残量判定は、一次電池容量チェッカによりなされている。この一次電池容量チェッカは、測定する電池に定抵抗値の抵抗器を接続して電流を流したとき、電池の電圧降下の値が予め定めた閾値以下の場合、電池容量無しとして表示するように構成されている（例えば、特許文献１を参照）。
【０００３】
或いは、一次電池を用いる電子機器に予め電池容量測定回路を組み込み、該電池の残量が少なくなると警報を出力する電池残量警報装置も知られている（例えば、特許文献２を参照）。これは、電子機器の電源スイッチが開状態のとき、すなわち電子機器を電池によって駆動していないときの電池電圧を監視し、予め定めた閾値を下回ったときに警報を出力するように構成されている。
【０００４】
【特許文献１】
特開昭５７−２８２６９号公報
【特許文献２】
特開平１０−１７２５８３号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した公知の電池容量チェッカは、予めその内部に設けられた所定の抵抗器に対して、電流を流すことにより負荷を模擬するものである。このため、電池容量チェッカに内蔵されている電池容量測定用の抵抗器に流れる電流（計測電流）よりも大きな消費電流が流れる負荷、例えばディジタルスチルカメラ等の場合、電池容量チェッカが一次電池の残量有りと判定したとしても、この一次電池を使うことができない場合があるという問題があった。
【０００６】
或いは逆に、電池容量チェッカの計測電流よりも消費電流が小さい負荷、例えばラジオや電卓などに用いられる一次電池の場合、電池容量チェッカが電池の残量無しと判定したとしても、この一次電池を使うことが可能であり、電池の有効利用ができない場合もある。
つまり、電池容量チェッカの計測電流に近い電流領域を負荷とする機器に適用される一次電池の容量を計測する場合、電池容量チェッカの容量測定結果は正確である反面、計測電流からかけ離れた電流を消費する機器に用いられる一次電池を電池容量チェッカで測定する場合には、正確な容量が測定できないという問題があった。
【０００７】
更に上述した電池容量チェッカは、容量を測定すべき電池を該電池容量チェッカに装着して、その内部に備えた抵抗器に電流を流して数秒程度放電させる必要がある。このため、従来の電池容量チェッカは、電池容量の測定の都度、電池容量を消費してしまうという問題もある。
そこで本発明は、上述した課題を解決するためになされたもので、その目的は、種々の電子機器に用いられる一次電池の容量を正確に測定でき、しかも電池容量測定に掛かる電池容量の消費を極めて少なくすることが可能な電池容量測定装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
前述した目的を達成するため、本発明の請求項１に係る電池容量測定装置は、
電池を電源として作動する機器の動作電流値および該機器を作動させたときの該電池の電池容量値に対応付けした閉路電圧値をそれぞれ記憶する記憶手段と、
前記電池を一時的に接続して該電池を放電させる放電手段と、
この放電手段で前記電池を放電させる前の開放電池電圧および放電時の閉路電池電圧とをそれぞれ計測する電圧計測手段と、
この電圧計測手段で計測した開放電池電圧および閉路電池電圧と前記放電手段に流れる電流とから前記電池の内部抵抗値を算出する第１の演算手段と、
この第１の演算手段で算出した電池の内部抵抗値および前記記憶手段に記憶された上記機器の動作電流値とから該機器を使用したときに想定される想定電池電圧を算出する第２の演算手段と、
この第２の演算手段で演算した想定電池電圧と前記記憶手段に記憶された上記機器を作動させたときの該電池の電池容量値に対応付けした閉路電圧値とから前記電池の容量を判定する判定手段と、
この判定手段が判定した電池容量を表示する表示手段と
を具備したことを特徴としている。
【０００９】
このように本発明の請求項１に記載された電池容量測定装置は、一次電池を放電手段を用いて一次的に放電させたときの放電前後の電池電圧、即ち開路電池電圧と閉路電池電圧との差電圧を求めた後、放電手段に流れる電流から電池の内部抵抗を求めている。そうして得られた一次電池の内部抵抗の値から、上記機器を作動させたときの該電池の閉路電圧を算出している。そして算出した閉路電圧と、該電池を用いて機器を作動させたときの電池容量値に対応付けした閉路電圧値とを用いて電池容量を求めている。この為、一次電池を用いる機器に対して精度の高い電池容量を測定する電池容量測定装置を提供することが可能となる。特に一次電池の閉路電池電圧を測定するため放電手段で放電させる時間は、短時間に限られるので、一次電池の容量を消費することがない。
【００１０】
また本発明の請求項２に記載された電池容量測定装置は、
前記記憶手段は、複数種の機器の動作電流値と該機器を作動させたときの該電池の電池容量値に対応付けした閉路電圧値とをそれぞれ記憶するものであって、
前記第２の演算手段および判定手段は、指定された種別の機器の想定電池電圧を求めてその電池容量を判定することを特徴としている。
【００１１】
この為、本発明の電池容量測定装置は、電池を電源として作動する複数の機器のそれぞれに対する電池容量を高い精度で、しかも一次電池の容量を消費することなく測定することが可能となる。
本発明の好ましい様態は、前記放電手段は、定抵抗放電または定電流放電のいずれかを行なうものとして構成される。
【００１２】
好ましくは、前記表示手段は、電池容量を多段階表示するものとして構成することが望ましい。
より好ましくは、前記表示手段は、前記機器毎に電池容量を多段階表示するものとして構成される。
したがって、本発明によれば、種々の電子機器に用いられる一次電池の容量を正確に測定でき、しかも電池容量測定に掛かる電池容量の消費を極めて少なくすることが可能な電池容量測定装置を提供することができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明に係る電池容量測定装置について説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る電池容量測定装置の回路構成を示す図である。この図において、１は電池容量をチェックする被検査電池（一次電池）であり、電池容量のチェックを行なう際、特に図示しないが電池容量測定装置に設けられた電池ソケットなどにより装着されるものとなっている。
【００１４】
この本発明に係る電池容量測定装置が特徴とするところは、電池容量測定時に一次電池１の放電開始前の開路電池電圧と、放電手段１０により該一次電池１を放電したときの閉路電池電圧との差電圧を求め、この差電圧を放電手段１０に流れた電流値で割ることにより一次電池１の内部抵抗を求める点、および一次電池１を電源として作動する機器の動作電流値および該機器を作動させたときの該電池の電池容量値に対応付けした閉路電圧値とをそれぞれ記憶手段に記憶して、これらの値から該機器に一次電池を用いたときの電池容量をマイクロコンピュータ２０が算出する点にある。
【００１５】
具体的には、本発明に係る電池容量測定装置には、この電池容量測定装置の動作を司るマイクロコンピュータ２０が設けられている。このマイクロコンピュータ２０には、特に図示しないが記憶部、演算部および電池電圧を検出するＡ／Ｄコンバータからなる電圧検出部が内蔵されたものとなっている。この記憶部には、一次電池１を電源として作動する機器の動作電流値および該機器を作動させたときの該電池の電池容量値に対応付けした閉路電圧値が記憶されている。一方、詳細は後述するがマイクロコンピュータ２０内の演算部は、電圧検出部が検出した被検査電池（一次電池）１の開放電池電圧Ｖｏと、放電手段１０により電池を放電したときの閉路電池電圧Ｖｃとの差電圧［Ｖｏ−Ｖｃ］を求めると共に、この差電圧を放電手段１０に流れる放電電流値で割ることにより一次電池１の内部抵抗値を算出するものである（第１の演算手段）。更に演算部は、この算出した一次電池１の内部抵抗値から記憶部に記憶されている一次電池１を電源として作動する機器の動作電流値および該機器を作動させたときの該電池の電池容量値に対応付けした閉路電圧値とから、該一次電池１の容量を判定する役割を担っている（第２の演算手段）。
【００１６】
このマイクロコンピュータ２０による一次電池１の容量判定結果は、容量表示手段３０により表示されるようになっている。この容量表示手段３０は、例えば図２にその外観を示すようにＬＥＤ（発光ダイオード）３１等の発光素子によって、被検査電池（一次電池）１の容量を例えば［０％］、［５０％］、［１００％］、または［０］、［１／２］、Ｆｕｌｌというように電池容量を段階的に分けて表示するように構成されたものとなっている。
【００１７】
或いは、この容量表示手段３０は、ＬＥＤ３１以外にも図示しないが例えば、ＬＣＤ（液晶ディスプレイ）、有機ＥＬ（エレクトロルミネセンス）ディスプレイ等で構成しても勿論かまわない。
また、この電池容量測定装置には、マイクロコンピュータ２０および容量表示手段３０等を駆動する機器駆動電源２が備えられている。この機器駆動電源２は、例えばＡＣアダプタから供給される直流電圧や、被検査電池（一次電池）１とは異なる電池容量測定装置駆動用の一次電池または二次電池等から構成されるものとなっている。そして、好ましくはこれらの機器駆動電源２から出力される電圧を例えば電源ＩＣ３を介して安定化した後、電池容量測定装置のマイクロコンピュータ２０および容量表示手段３０等に供給するようにすることが望ましい。
【００１８】
尚、この電池容量測定装置には、一次電池１を電源として作動する複数の機器の動作電流値および該機器を作動させたときの該電池の電池容量値に対応付けした閉路電圧値を記憶するよう構成してもよい。そして、一次電池１の容量測定時に、この一次電池１を用いる機器を選択する使用想定機器選択スイッチ２１を切換えて、マイクロコンピュータ２０に該機器の機種を与えることにより、選択された機器の電池容量を該マイクロコンピュータ２０が判定して、容量表示手段３０に表示させることが可能となる。
【００１９】
さて、このように構成された電池容量測定装置の動作について、図３に示す電池容量測定装置の動作フローチャートを参照しながらより詳細に説明する。このフローチャートに示す電池容量測定装置は、マイクロコンピュータ２０の記憶部に、一次電池１を電源として作動する複数の機器の動作電流値および該機器を作動させたときの該電池の電池容量値に対応付けした閉路電圧値とをそれぞれ記憶しておくと共に、このマイクロコンピュータ２０に接続された使用想定機器選択スイッチ２１を切換えて一次電池１を使用する機器を選択して、この選択された機器に用いられる一次電池１の容量を計測するものである。
【００２０】
先ず、一次電池１の容量測定を行なう測定者は、電池容量測定装置に被測定電池（一次電池）１を装着する。そして、測定者は、使用想定機器選択スイッチ２１を被測定電池（一次電池）１を用いる機器に選択して設定する。このようにして測定準備が完了した後、測定者は電池容量測定装置に設けられた測定開始スイッチ２２を押下する(ステップ１）。
【００２１】
この測定開始スイッチ２２の押下を検出したマイクロコンピュータ２０は、マイクロコンピュータ２０のＡ／Ｄ変換回路（図示せず）から得られる被検査電池（一次電池）１の開放電池電圧Ｖｏをマイクロコンピュータ２０内の記憶部（図示せず）に記憶する（ステップＳ２）。そして一次電池１の開放電池電圧Ｖｏの測定が終了したマイクロコンピュータは、一次電池１を放電手段１０に接続して放電させる（ステップＳ３）。
【００２２】
次いでマイクロコンピュータ２０は、このときの一次電池１の電池電圧（閉路電池電圧）Ｖｃを測定する（ステップＳ４）。このようにして一次電池１の開放電池電圧Ｖｏおよび閉路電池電圧Ｖｃの計測が終了したマイクロコンピュータ２０は、放電手段に指令を出力して一次電池１の放電を停止させる（ステップＳ５）。尚、上述したステップ３〜５の間において、一次電池１を放電手段１０に接続して該一次電池１を放電させる時間は、Ａ／Ｄ変換の変換誤差を考慮して、電池電圧が安定する予め定めた所定の時間（例えば数ｍｓから数秒間）だけ放電させることが望ましい。
【００２３】
次にマイクロコンピュータ２０は、上述したようにして測定された一次電池１の開放電池電圧Ｖｏと閉路電池電圧Ｖｃとから、次式に従って電池の内部抵抗Ｒｃの値を算出する（ステップＳ６）。
内部抵抗［Ｒｃ＝（Ｖｏ−Ｖｃ）／Ｉｄ］
この式の分母のＩｄは、放電手段１０に設けられた定抵抗器の抵抗値Ｒに流れる電流であり、［Ｉｄ＝Ｖｃ／Ｒ］として求めることができるものである。この場合、内部抵抗を求める上式を、
内部抵抗［Ｒｃ＝Ｒ・｛（Ｖｏ−Ｖｃ）／Ｖｃ｝］
としてもよい。このようにしてマイクロコンピュータ２０は、一次電池１の内部抵抗を算出することができる。
【００２４】
或いは、放電手段１０を定電流回路として構成した場合、放電手段１０に流れる電流Ｉｄが一定であるのでマイクロコンピュータ２０は、初出した内部抵抗を求める式を用いて該内部抵抗Ｒｃの値を算出すればよい。
そうして一次電池１の内部抵抗Ｒｃの値を求めた後、この一次電池１を使用したときに想定される想定電池電圧Ｖｃｔを次式により算出する。
【００２５】
想定電池電圧Ｖｃｔ＝Ｖｏ−Ｉｔ×Ｒｃ
この式においてＩｔは、この一次電池１を用いる想定機器の消費電流であり、上述したマイクロコンピュータ２０内の記憶部（図示せず）に予め記憶された値である。具体的には、一次電池１を使用する想定機器の消費電流は、ディジタルスチルカメラであれば［１〜３Ａ］程度であり、携帯ＭＤ（ミニディスク）プレーヤであれば数十ｍＡ程度である。
【００２６】
そして詳細は後述するが、このようにして算出された想定電池電圧からマイクロコンピュータ２０は、想定機器における電池容量を算出する（ステップＳ８）。次いで、電池容量を算出したマイクロコンピュータ２０は、容量表示手段３０に電池容量を表示して（ステップＳ９）、一連の電池容量の測定を終了する（ステップＳ１０）。
【００２７】
ここで、具体的に上述したステップＳ８においてマイクロコンピュータ２０が行なう電池容量算出方法についてニッケル亜鉛一次電池の放電特性を示す図４を参照しながら詳細に説明する。
ニッケル亜鉛一次電池を一定電流で放電させると、放電初期時は電池電圧の低下が顕著に見られるが、放電が進行して放電中期になると、電池電圧の低下は緩やかになっていく。そして放電終止期になると再び電池電圧の低下が顕著になる。このようにニッケル亜鉛一次電池は、放電の進行に伴って電池電圧が変化する所謂Ｓ字特性を有している。このＳ字特性は、一般的な一次電池が持つ特性である。
【００２８】
ところで、図４に示したニッケル亜鉛一次電池の放電特性を参照すると、この一次電池１を電源として作動する想定機器の消費電流（放電電流）が［１Ａ］で、この機器の動作を保障する最低動作電圧値（放電終止電圧）を［１.０Ｖ］に設定したときの電池容量は［６３０ｍＡｈ］である。そして、電池容量が［１００％］のときの電池電圧は［１.５５Ｖ］であり、電池容量が［５０％］、即ち［６３０／２＝３１５ｍＡｈ］のときの電池電圧は、［１.２７Ｖ］である。
【００２９】
同じように一次電池１を電源として作動する想定機器の消費電流（放電電流）が［２Ａ］で、この機器の動作を保証する最低動作電圧値（放電終止電圧）を［１.０Ｖ］と設定した場合の電池容量は、［４８０ｍＡｈ］である。そして電池容量が［１００％］のときの電池電圧は［１.４５Ｖ］であり、電池容量が［５０％］、すなわち［４８０／２＝２４０ｍＡｈ］のときの電池電圧は、［１.１２Ｖ］である。
【００３０】
このようにニッケル亜鉛一次電池は、想定機器の消費電流（放電電流）が異なる場合、電池電圧と電池容量（残容量）とが一致しないという特性を示す。またニッケル亜鉛一次電池は、放電電流を増加させるに伴い、その電池の内部抵抗の影響により電池電圧（端子電圧）の低下が大きくなるという特性がある。このため、マイクロコンピュータ２０内の記憶部には、一次電池１を電源として作動する機器毎の負荷（動作）電流値、放電終止電圧値および該機器を作動させたときの該電池の電池容量値に対応付けした閉路電圧値とが予め格納されている。
【００３１】
具体的には、上述したニッケル亜鉛一次電池の放電特性を考慮して、負荷電流［１Ａ］、最低動作電圧値（放電終止電圧）［１.０Ｖ］の機器を作動させた時の該電池の電池容量［１００％］、［５０％］、［０％］に対応する閉路電池電圧値をそれぞれ［１.５５Ｖ］、［１.２７Ｖ］、［１.０Ｖ］としてマイクロコンピュータ２０内の記憶部に予め記憶しておけばよい。また、負荷電流［２Ａ］、放電終止電圧値［１.０Ｖ］の機器を作動させた時の該電池の電池容量［１００％］、［５０％］、［０％］に対応する閉路電池電圧値をそれぞれ［１.４５Ｖ］、［１.１２Ｖ］、［１.０Ｖ］としてマイクロコンピュータ２０内の記憶部に予め記憶しておけばよい。
【００３２】
ところで、上述した実施形態における放電手段１０は、定抵抗負荷を用いたものとして構成されているが、好ましくは一次電池１を使用する機器の放電特性に合わせるように構成することが望ましい。具体的には、一次電池１を使用する機器の放電特性が定電流特性を有する場合は、前述した定抵抗負荷に替えて定電流負荷とすればよい。この定電流負荷としては、例えば図５に示すようにトランジスタＱのエミッタに挿入したエミッタ抵抗ＲEに生じる電圧降下が一定になるように制御した定電流回路を適用すればよい。
【００３３】
この定電流回路は、エミッタ抵抗ＲEの電圧降下と、図示しない所定の電圧を出力する基準電圧源の出力電圧とが等しくなるようにエラーアンプ４の出力電圧を調整するものである。そして、このエラーアンプ４の出力は、ベース電流制限抵抗ＲBを介して、トランジスタＱのベースに与えられるようになっている。
このような構成の回路において、トランジスタＱのエミッタ電流が増加すると、エミッタ抵抗ＲEの電圧降下が増加する。すると、エラーアンプ４に加わる電圧が高くなる。このためエラーアンプ４は、その出力電圧を下げる。このエラーアンプ４の出力は、ベース電流制限抵抗ＲBを介してトランジスタＱのベースに与えられているので、該トランジスタＱのエミッタ電流を抑えることができる。
【００３４】
一方、トランジスタＱのエミッタ電流が減少すると、エミッタ抵抗ＲEの電圧降下も減少する。すると、エラーアンプ４に加わる電圧が低くなる。このためエラーアンプ４は、その出力電圧を上昇させることになる。このため、トランジスタＱのベース電流が増加するので、該トランジスタＱのエミッタ電流を増加させることになる。
【００３５】
このようにして、トランジスタＱのコレクタとエミッタとの間に流れる電流が一定となる定電流回路が形成される。
ところで発明者らは、上述したように構成した電池容量測定装置の動作を検証するため、一定電流で一次電池１を放電させたとき、内部抵抗Ｒｃの値の変化を測定した。具体的には、ニッケル亜鉛一次電池を［１Ａ］で放電させたとき、電池容量が［１００％］の時の内部抵抗値は［２３０ｍΩ］、電池容量が［５０％］のときの内部抵抗値は［３２０ｍΩ］、電池容量が［２５％］のときの内部抵抗値は［３７５ｍΩ］、電池容量が［１５％］のときの内部抵抗値は［３９０ｍΩ］、電池容量［５％］のときの内部抵抗値は［４４０ｍΩ］であった。そして、一次電池１の電池容量と内部抵抗値の関係が図６に示すように、放電と共に電池の内部抵抗がほぼ直線的に増加する関係となることが確かめられた。
【００３６】
このようにして求められた内部抵抗の値から機器の消費電流（放電電流）が、例えば［１Ａ］のとき、上述した機器の想定端子電圧を求める式に代入して想定端子電圧（閉路電池電圧）を求めると、電池容量［１００％］のときの閉路電池電圧は［１.５Ｖ］、電池容量［５０％］のときの閉路電池電圧は［１.３７Ｖ］、電池容量［２５％］の時の閉路電池電圧は［１.３２Ｖ］、電池容量［１５％］のときの閉路電池電圧は［１.２９Ｖ］、電池容量［５％］のときの閉路電池電圧は［１.２４Ｖ］となる。
【００３７】
同様に機器の消費電流（放電電流）が、例えば［２Ａ］のときの閉路電池電圧を算出すると、一次電池１の消費電流（放電電流）が［１Ａ］のときの電池容量［１００％］、［５０％］、［２５％］、［１５％］に相当する閉路電池電圧は、それぞれ［１.２８Ｖ］、［１.０５Ｖ］、［０.９５Ｖ］、［０.９０Ｖ］となる。
【００３８】
また、機器の消費電流（放電電流）が例えば［０.５Ａ］のときの閉路電池電圧を算出すると、一次電池１の消費電流（放電電流）が［１Ａ］のときの電池容量［１００％］、［５０％］、［２５％］、［１５％］に相当する閉路電池電圧は、それぞれ［１.６２Ｖ］、［１.５３Ｖ］［１.５１Ｖ］、［１.４９Ｖ］となる。ちなみに、これらの関係を図示すると図７の閉路電池電圧（想定端子電圧）と電池容量の関係を表すグラフのようになる。
【００３９】
そうしてマイクロコンピュータ２０は、上述したようして求められた閉路電池電圧（想定端子電圧）の値と、使用想定機器選択スイッチ２１で選択された機器に相当する該機器の電池容量値に対応付けした閉路電圧値とを用いて電池容量を算出する。
具体的には、例えば一次電池１を電源として作動する機器の放電電流値が［１.０Ａ］で、この機器の作動を補償する最低動作電圧（放電終止電圧）が［１.０Ｖ］のとき、予めマイクロコンピュータ２０の記憶部には、一次電池１の電池（残）容量［１００％］、［５０％］、［０％］に対応する閉路電圧値として、それぞれ［１.５Ｖ］、［１.３７Ｖ］、［１.０Ｖ］が記憶されている。そして、電池容量測定装置に装着した一次電池１の電池電圧が、例えば［１.５Ｖ］であれば、その電池容量を［５０％］と判定することができる。
【００４０】
或いは、一次電池１を用いて作動する機器の放電電流値が例えば［２.０Ａ］で、この機器の作動を補償する最低動作電圧（放電終止電圧）が［１.０Ｖ］のとき、一次電池１の電池（残）容量［９０％］、［６０％］、［３０％］に対応する閉路電圧値として、予めマイクロコンピュータ２０の記憶部には、電池容量に対応する閉路電圧値がそれぞれ［１.２５Ｖ］、［１.１７Ｖ］、［１.０８Ｖ］として記憶されている。そして、電池容量測定装置に装着した一次電池１の電池電圧が、例えば［１.１７Ｖ］であれば、その電池容量を［６０％］と判定することができる。
【００４１】
尚、容量表示手段３０の表示器を使用想定機器選択スイッチ２１で選択した機器（例えばデジカメ、ＭＤ、ラジオ）に対応付けて、図２（ｂ）にその外観を示すＬＥＤ（発光ダイオード）３１等の発光素子によって、例えば［１００％］、［５０％］、［０％］、またはＦｕｌｌ、［１／２］、［０］、ように電池容量を段階的に分けて表示するように構成するとよい。
【００４２】
具体的には、一次電池１を電源として作動する機器の放電電流値が［１.０Ａ］で、この機器の作動を補償する最低動作電圧（放電終止電圧）が［１.０Ｖ］のとき、計測された一次電池１の閉路電池電圧が［１.５Ｖ］であれば電池（残）容量［１００％］、閉路電池電圧が［１.５Ｖ］未満［１.３７Ｖ］以上であれば［５０％］として容量表示手段３０に表示される。
【００４３】
尚、上述した一次電池１の電池（残）容量に対応する閉路電圧値は、容量表示手段３０に表示する電池容量の段階に応じて予め実験等を行い記憶部に記憶しておけばよい。また、マイクロコンピュータ２０は、電池容量に対応する閉路電圧値の中間の電圧値が計測された場合、必要に応じて直線近似等の方法により電池容量を算出すればよい。
【００４４】
上述したように本発明の電池容量測定装置は、電池を電源として作動する機器の動作電流値およびこの機器を作動させたときの該電池の電池容量値に対応付けした閉路電圧値を予めメモリ等に記憶している。そして、一次電池を負荷（定抵抗回路または定電流回路）を用いて一次的に放電させたときの放電前後の電池電圧、即ち開路電池電圧と閉路電池電圧との差電圧を求め、上記負荷に流れる電流から電池の内部抵抗を求めている。そうして得られた一次電池の内部抵抗の値から、上記機器を作動させたときの想定電池電圧を算出する。このようにして求めた想定電池電圧と、機器を作動させたときの該電池の電池容量値に対応付けした閉路電圧値とを比較することで電池容量を判定している。
【００４５】
特に一次電池を放電手段で放電させて該電池の閉路電池電圧を測定する時間は、電池の内部抵抗算出の為だけの極く短時間に限るよう構成されている。このため本発明に係る電池容量測定装置は、電池容量測定の際、一次電池の容量を無駄に消費することがなく極めて効果的である。
そして、求めた一次電池の内部抵抗の値から一次電池を用いる消費電流の異なる機器に対して精度の高い電池容量を測定することが可能となる。また、本発明に係る電池容量測定装置には、電池容量を多段階表示する表示器を備えているので電池の容量をわかりやすく表示することが可能である。
【００４６】
尚、本発明は上述したニッケル亜鉛一次電池のほか、マンガン電池、アルカリマンガン電池、リチウム一次電池など種々の一次電池に適用することが可能である。更には、二次電池にあっても一次電池と類似の放電特性を示すので、二次電池の容量測定装置として適用することも勿論可能である。
【００４７】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明電池容量測定装置によれば、消費電力や放電条件の異なる機器に用いられる一次電池の容量を高精度に、しかも残量を分かりやすく表示することが可能となる等の実用上多大なる効果が奏せられる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る電池容量測定装置の概略構成を示す図。
【図２】本発明の実施形態に係る電池容量測定装置の容量表示手段を示す図。
【図３】本発明の実施形態に係る電池容量測定装置の動作を示すフローチャート。
【図４】ニッケル亜鉛一次電池の放電特性を示す図。
【図５】本発明の実施形態に係る定電流放電回路の一例を示す図。
【図６】ニッケル亜鉛一次電池の電池残容量と内部抵抗値との関係を示す特性図。
【図７】本発明の実施形態に係る電池容量測定装置により計測された内部抵抗値から予測した閉路電池電圧を示す図。
【符号の説明】
１０ 放電手段
２０ マイクロコンピュータ
２１ 使用想定機器選択スイッチ
２２ 測定開始スイッチ
３０ 容量表示手段
Claims (5)
- 電池を電源として作動する機器の動作電流値および該機器を作動させたときの該電池の電池容量値に対応付けした閉路電圧値をそれぞれ記憶する記憶手段と、
前記電池を一時的に接続して該電池を放電させる放電手段と、
この放電手段で前記電池を放電させる前の開放電池電圧および放電時の閉路電池電圧とをそれぞれ計測する電圧計測手段と、
この電圧計測手段で計測した開放電池電圧および閉路電池電圧と前記放電手段に流れる電流とから前記電池の内部抵抗値を算出する第１の演算手段と、
この第１の演算手段で算出した電池の内部抵抗値および前記記憶手段に記憶された上記機器の動作電流値とから該機器を使用したときに想定される想定電池電圧を算出する第２の演算手段と、
この第２の演算手段で演算した想定電池電圧と前記記憶手段に記憶された上記機器を作動させたときの該電池の電池容量値に対応付けした閉路電圧値とから前記電池の容量を判定する判定手段と、
この判定手段が判定した電池容量を表示する表示手段と
を具備したことを特徴とする電池容量測定装置。 - 前記記憶手段は、複数種の機器の動作電流値と該機器を作動させたときの該電池の電池容量値に対応付けした閉路電圧値とをそれぞれ記憶するものであって、
前記第２の演算手段および判定手段は、指定された種別の機器の想定電池電圧を求めてその電池容量を判定するものである請求項１に記載の電池容量測定装置。 - 前記放電手段は、定抵抗放電または定電流放電のいずれかを行なうものである請求項１に記載の電池容量測定装置。
- 前記表示手段は、電池容量を多段階表示するものである請求項１に記載の電池容量測定装置。
- 前記表示手段は、前記機器毎に電池容量を多段階表示するものである請求項２に記載の電池容量測定装置。
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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-
2002
- 2002-12-19 JP JP2002368293A patent/JP2004198298A/ja active Pending
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