JP2006121809A - 電力供給装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 蓄電池から負荷に対して通電した時間を積算しその通電積算時間を表示すると共に、所定電圧以下に低下した際に警報可能とする。
【解決手段】 負荷１６に対して電力を供給する蓄電池１１と、この蓄電池から上記負荷１６に対する電力の供給をオン、オフする電源制御部１２とを有する電力供給装置において、上記蓄電池１１から負荷１６に対する通電による電圧の変化を計測する電圧計測部１３と、上記蓄電池１１から負荷１６に対する通電時間を積算する時間積算部１４と、上記電圧計測部１３及び時間積算部１４からの計測信号を入力して電圧変化及び通電積算時間を表示すると共に所定電圧以下に低下した際に警報する表示警報部１５と、を備えたものである。これにより、蓄電池１１から負荷１６に対して通電した時間を積算しその通電積算時間を表示すると共に、所定電圧以下に低下した際に警報することができる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、二次電池などの蓄電池から負荷に対する電力の供給をオン、オフする電力供給装置に関し、詳しくは、上記蓄電池から負荷に対して通電した時間を積算しその通電積算時間を表示すると共に、所定電圧以下に低下した際に警報しようとする電力供給装置に係るものである。

従来のこの種の電力供給装置、例えばカメラ又はテレビカメラなどで撮影する現場において蓄電池を電源として被写体に照明光を当てるバッテリーライト装置は、図７に示すように、電力を供給する二次電池などの蓄電池１と、この蓄電池１からの電力を伝送するケーブル２と、このケーブル２で伝送された電力により照明光を発する照明灯３とを備えて成っていた。なお、図７において、蓄電池１は、例えば１２Ｖのニッケル・カドミウム電池パックを２個（４ａ，４ｂ）用い、バッテリーコード５ａ，５ｂのコンタクトピン６ａ，６ｂを接続ボックス７の雌型コンタクト８ａ，８ｂにそれぞれ挿入することにより、上記２個のニッケル・カドミウム電池パック４ａ，４ｂを直列接続し２４Ｖとして使用するようになっている。また、上記ケーブル２の基端に設けられたコネクタ９を上記接続ボックス７のソケット１０に接続することにより、照明灯３に電力を供給する。そして、上記照明灯３は、例えば100〜150Ｗの白熱電球などを内部に有し、点灯スイッチ３ａをオン、オフすることにより照明光を発生するようになっている。

上記バッテリーライト装置においては、２個のニッケル・カドミウム電池パック４ａ，４ｂを直列接続し２４Ｖの電源として使用しているが、各々のニッケル・カドミウム電池パック４ａ，４ｂは、定格電圧1.2Ｖのユニットセル１０個の直列接続により構成されている。そして、１個のユニットセルの端子電圧は、図８に示すように、使用時の放電時間の経過に従って次第に電圧が下がるが例えば1.08Ｖまでは比較的緩やかであり、それ以後は急激に低下する。その場合、1.08Ｖ以下に更に放電を続けると、電圧が略ゼロになるユニットセルが現れ、その瞬間からそのユニットセルは他の電池の放電電流により逆方向に充電され、当該ユニットセルは破壊されてしまうことがある。すなわち、蓄電池１は、定格使用電圧以下まで放電してしまっては再使用ができないことが生じるものであった（例えば、特許文献１参照）。
特開平１０−２２８８１１号公報（第２頁、図４）

上記従来のバッテリーライト装置においては、蓄電池１の電圧が下がるとそれに比例して照明灯３の発光量が弱くなり、使用終了が近付いていることが分かるが、例えば撮影現場の状況において撮影を中断することが困難な場合は、定格使用電圧を下回っても継続して使用され、過放電により蓄電池１の寿命を縮めることがあった。このことから、操作者は、蓄電池１の端子電圧の低下に注意しながら使用しなければならないものであった。

これに対処して、装置の適宜の部位に蓄電池１の端子電圧を計測してその電圧変化を表示する手段を備えたものがある。しかし、蓄電池１の端子電圧の低下を測定しただけでは、該蓄電池１の放電による使用終了の検知はできるが、現時点から使用終了に至るまでの残り使用可能時間を推測することはできない。したがって、これから行う照明灯３への電力供給において、蓄電池１の残り使用可能時間を考慮して、予め新しい蓄電池に交換するということは困難であった。この場合、残り使用可能時間の少ない蓄電池１をそのまま使用して、過放電に至らしめて蓄電池１の寿命を縮めることがあった。

そこで、本発明は、このような問題点に対処し、蓄電池から負荷に対して通電した時間を積算しその通電積算時間を表示して残り使用可能時間を推測可能とし、所定電圧以下に低下した際に警報しようとする電力供給装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明による電力供給装置は、負荷に対して電力を供給する蓄電池と、この蓄電池から上記負荷に対する電力の供給をオン、オフする電源制御部とを有する電力供給装置において、上記蓄電池から負荷に対する通電による電圧の変化を計測する電圧計測部と、上記蓄電池から負荷に対する通電時間を積算する時間積算部と、上記電圧計測部及び時間積算部からの計測信号を入力して電圧変化及び通電積算時間を表示すると共に所定電圧以下に低下した際に警報する表示警報部と、を備えたものである。

このような構成により、電圧計測部で蓄電池から負荷に対する通電による電圧の変化を計測し、時間積算部により上記蓄電池から負荷に対する通電時間を積算し、表示警報部で上記電圧計測部及び時間積算部からの計測信号を入力して電圧変化及び通電積算時間を表示すると共に、所定電圧以下に低下した際に警報する。

また、上記表示警報部は、蓄電池の電圧変化及び通電積算時間を、それらの変化の所定量毎に段階的に表示するものである。これにより、上記蓄電池の電圧変化及び通電積算時間を、逐次的変化の表示ではなく、所定量毎の変化に応じて段階的に表示する。

さらに、上記表示警報部は、蓄電池の電圧が所定電圧以下に低下したのを警報する警報情報として光又は振動或いは音を発生するものである。これにより、上記蓄電池の電圧が所定電圧以下に低下したのを、警報情報として光又は振動或いは音を発生して警報する。

さらにまた、上記電源制御部は、電圧計測部で計測した電圧が所定電圧以下に低下した検知信号により、負荷に対する電力の供給を強制遮断するものである。これにより、上記電圧計測部で計測した電圧が所定電圧以下に低下したのを検知して、負荷に対する電力の供給を強制遮断する。

また、上記負荷は、消費電流が略一定の装置である。これにより、消費電流が略一定の負荷に対して電力を供給する蓄電池の使用可能時間が予め分かる。

請求項１に係る発明によれば、蓄電池から負荷に対する通電による電圧の変化を計測し、上記蓄電池から負荷に対する通電時間を積算し、上記電圧変化及び通電時間の計測信号を入力してその電圧変化及び通電積算時間を表示すると共に、所定電圧以下に低下した際に警報することができる。ここで、予め蓄電池の使用可能時間が分かっている負荷に対する通電積算時間の表示により、現時点から当該蓄電池の使用終了に至るまでの残り使用可能時間を推測することができる。したがって、これから使用する負荷への電力供給において、当該蓄電池の残り使用可能時間を考慮して、その時間が足りない場合は予め新しい蓄電池に交換することができる。このことから、残り使用可能時間の少ない蓄電池をそのまま使用して、過放電に至らしめて蓄電池の寿命を縮めることを防止することができる。

また、請求項２に係る発明によれば、表示警報部により、上記蓄電池の電圧変化及び通電積算時間を、逐次的変化の表示ではなく、所定量毎の変化に応じて段階的に表示することができる。したがって、小型の表示警報部であっても、広い範囲の電圧変化及び通電積算時間を表示することができる。

さらに、請求項３に係る発明によれば、表示警報部により、上記蓄電池の電圧が所定電圧以下に低下したのを、警報情報として光又は振動或いは音を発生して警報することができる。したがって、負荷の使用環境に応じて、表示警報部が発する警報情報を適宜選択して設計することができる。

さらにまた、請求項４に係る発明によれば、電源制御部により、電圧計測部で計測した電圧が所定電圧以下に低下したのを検知して、負荷に対する電力の供給を強制遮断することができる。したがって、残り使用可能時間の少ない蓄電池をそのまま使用しても、過放電に至らしめることなく、蓄電池の寿命を縮めるのを防止することができる。

また、請求項５に係る発明によれば、負荷は消費電流が略一定の装置であることにより、その負荷に対して電力を供給する蓄電池の使用可能時間が予め分かる。したがって、この蓄電池の使用可能時間と、上記表示警報部に表示された負荷に対する通電積算時間とにより、現時点から当該蓄電池の使用終了に至るまでの残り使用可能時間を推測することができる。

以下、本発明の実施形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。図１は、本発明による電力供給装置の基本構成を示す図である。この電力供給装置は、二次電池などの蓄電池から負荷に対する電力の供給をオン、オフするもので、蓄電池１１と、電源制御部１２と、電圧計測部１３と、時間積算部１４と、表示警報部１５とを備えて成る。

上記蓄電池１１は、負荷１６に対して電力を供給する電源となるもので、例えば充電式のニッケル・カドミウム電池又はニッケル・水素電池等から成る。この蓄電池１１の一例としては、図７に示すと同様に、例えば１２Ｖのニッケル・カドミウム電池パックを２個直列接続して２４Ｖの電源とされている。そして、各々のニッケル・カドミウム電池パックは、定格電圧1.2Ｖのユニットセル１０個の直列接続により構成されており、放電時には次第に電圧が下がるが1.08Ｖまでは比較的緩やかであり、それ以下は急速に低下する特性を有する。

なお、上記負荷１６は、消費電流が略一定の装置であり、例えばカメラ又はテレビカメラなどで撮影する現場において上記蓄電池１１を電源として被写体に照明光を当てる携帯型の照明灯である。具体的には、例えば100〜150Ｗの発熱電球などである。

上記蓄電池１１から上記負荷１６へ電力を供給する経路の途中には、電源制御部１２が設けられている。この電源制御部１２は、上記蓄電池１１から負荷１６に対する電力の供給をオン、オフするもので、機械的又は電子的に電流の開閉を行うスイッチを備えて成る。

上記蓄電池１１と上記電源制御部１２との間には、電圧計測部１３の入力側が接続されている。この電圧計測部１３は、上記蓄電池１１から負荷１６に対する通電による電圧の変化を計測するもので、蓄電池１１の端子電圧が徐々に低下して行くのを所定電圧（基準電圧）と比較して計測する例えば比較器又はＡ／Ｄ変換器から成る。そして、この電圧計測部１３からの計測信号は、後述の表示警報部１５へ送られる。

上記電源制御部１２と上記負荷１６との間には、時間積算部１４の入力側が接続されている。この時間積算部１４は、上記蓄電池１１から負荷１６に対する通電時間を積算するもので、該負荷１６に対する電力供給の開始時から連続的に又は断続的に通電した合計の時間を計測する例えばカウンタから成る。そして、この時間積算部１４からの計測信号は、後述の表示警報部１５へ送られる。なお、この時間積算部１４は、その入力信号を上記電源制御部１２の前段側から取ってもよい。

上記電圧計測部１３及び時間積算部１４の出力側には、表示警報部１５が設けられている。この表示警報部１５は、上記電圧計測部１３及び時間積算部１４からの計測信号を入力して上記蓄電池１１の電圧変化及び通電積算時間を表示すると共に、所定電圧以下に低下した際に警報するもので、例えば数字や文字等を光で表示する表示器から成る。

このような基本的な構成により、上記電圧計測部１３で蓄電池１１から負荷１６に対する通電による電圧の変化を計測し、時間積算部１４により上記蓄電池１１から負荷１６に対する通電時間を積算し、表示警報部１５で上記電圧計測部１３及び時間積算部１４からの計測信号を入力して上記蓄電池１１の電圧変化及び通電積算時間を表示すると共に、所定電圧以下に低下した際に警報することができる。

図２は、本発明による電力供給装置の一実施形態を示す図である。この実施形態は、図１に示す電源制御部１２及び電圧計測部１３並びに時間積算部１４をまとめて一つの制御回路１７として構成し、これをマイクロコンピュータ化したものである。この制御回路１７は、電源制御部１２と、電圧計測部１３と、タイマ１８と、中央演算処理装置（ＣＰＵ）１９とから成る。

上記タイマ１８は、時間間隔を測るための装置であって、例えばパルス発振器を有しており、パルス信号を後述のＣＰＵ１９へ送るようになっている。そして、このタイマ１８とＣＰＵ１９内の演算部とにより、図１に示す時間積算部１４の役割を行う。

上記ＣＰＵ１９は、制御回路１７の中心となる装置であり、命令の解読と実行を制御する回路を持ち、上記電源制御部１２と電圧計測部１３とタイマ１８の動作を制御するようになっている。そして、電圧計測部１３からの計測信号を入力して蓄電池１１の電圧変化を検知する。また、タイマ１８からのパルス信号を入力してカウントし、蓄電池１１から負荷１６に対する通電時間を積算して通電積算時間を演算する。さらに、上記蓄電池１１の電圧変化の計測信号と、該蓄電池１１から負荷１６に対する通電積算時間の計測信号とを、前記電源制御部１２へ送ると共に、前記表示警報部１５へ送るようになっている。

この場合、上記ＣＰＵ１９には、手動で操作するオン・オフ用のスイッチ２０が付設されている。そして、このスイッチ２０を操作することにより、ＣＰＵ１９から電源制御部１２へオン信号又はオフ信号が送られ、上記電源制御部１２内のトランジスタ又はFET等をオン、オフさせて、前記蓄電池１１から負荷１６に対する電力の供給を行い、又は停止するようになっている。

また、上記ＣＰＵ１９は、電圧計測部１３で計測した蓄電池１１の電圧が所定電圧（基準電圧）以下に低下した検知信号を電源制御部１２へ送り、これにより電源制御部１２は、上記負荷１６に対する電力の供給を強制遮断するようになっている。

なお、前記表示警報部１５の具体的な構成は、図３に示すように、例えば７セグメント表示器から成る。これは、７個に分割された細長状の表示素子２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，…，２１ｇを、図３に示す「８」の字形に配置しておき、点灯する１個又は複数個の表示素子２１ａ〜２１ｇの組み合わせで数字やアルファベット等を光で表示するものである。例えば、表示素子２１ｂと、表示素子２１ｄ，２１ｅ，２1ｆ，２１ｇとを点灯させて、図４（ａ）に示すように、アルファベットの「Ｈ」を表示する。また、表示素子２１ａ，２１ｂ，２１ｃを順次組み合わせて点灯させることにより、図４（ｂ），（ｃ），（ｄ）に示すように、三本線、二本線、一本線を表示する。さらに、表示素子２１ｄ，２１ｅ，２１ｃを組み合わせて点灯させることにより、図４（ｅ）に示すように、アルファベットの「Ｌ」を表示する。なお、この表示警報部１５は、液晶表示器であってもよい。

そして、このような表示警報部１５の表示により、蓄電池１１の電圧変化を、それらの変化の所定量毎に段階的に表示するようになっている。例えば、蓄電池１１を使用する前或いは使用当初においては、容量一杯に充電されており定格電圧の状態であるので、この状態を図４（ａ）に示す「Ｈ」の段階で表示する。次に、蓄電池１１の使用時間の経過に従って徐々に電圧が低下するが、その電圧低下の所定量毎に電圧の高い方から低い方に向けて、図４（ｂ），（ｃ），（ｄ）に示す三本線、二本線、一本線の段階で表示する。さらに、蓄電池１１の使用可能時間の最後の状態に至り、所定電圧（基準電圧）まで低下したときは、図４（ｅ）に示す「Ｌ」の段階で表示する。

次に、このように構成された電力供給装置の動作について、図５のフローチャートを参照して説明する。まず、この電力供給装置に新しい蓄電池１１を装填して使用を開始する際に、図２に示す表示警報部１５の表示をリセットする（ステップＳ１）。この表示警報部１５の表示のリセットは、例えば装置の電源を入れるときに電源投入スイッチを数秒間押し続けることにより、蓄電池１１の使用時間がゼロにセットされるようになっている。或いは、リセットボタンを付加してもよい。これにより、表示警報部１５の表示内容が初期状態にセットされる。

次に、ステップＳ２に入り、図２に示すスイッチ２０が押されたか否かを判断し、上記スイッチ２０が押されたら“YES”側に進み、ＣＰＵ１９から電源制御部１２へオン信号が送られて電源をオンし、蓄電池１１から負荷１６に対して電力の供給を行う（ステップＳ３）。スイッチ２０が押されない場合は、“NO”側に進んで引き続き監視する。

上記のようにして負荷１６に電力が供給されると、上記スイッチ２０の押下のタイミングをとらえて、ＣＰＵ１９は、タイマ１８からのパルス信号をカウントし、蓄電池１１から負荷１６に対する通電時間を積算して通電積算時間を演算し、この通電積算時間の計測信号を表示警報部１５へ送って表示する（ステップＳ４）。このとき、上記通電積算時間の表示は、単純に１秒ずつの数字を積算してもよい。或いは、通電時間の“０”から例えば５分毎に数値を“１”ずつインクリメントして、１０分で“２”、１５分で“３”、…のように数値を増加させて“９”までカウントし、さらに、１０，１１，１２，１３，１４，１５に対応させてＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆの１文字で表す１６進数で表示してもよい。

次に、上記ＣＰＵ１９は、電圧計測部１３からの計測信号を入力して蓄電池１１の電圧変化を検知し、上記蓄電池１１の電圧変化の計測信号を表示警報部１５へ送って表示する（ステップＳ５）。このとき、上記電圧変化の表示は、前述の図４に示すように、それらの変化の所定量毎に段階的に、「Ｈ」、三本線、二本線、一本線、「Ｌ」のように順次表示する。

そして、ステップＳ６では、蓄電池１１の電圧が所定電圧（基準電圧）以下か否かを判断する。このとき、所定電圧（基準電圧）は、上記蓄電池１１の定格電圧の９０％程度とする。まだ、電圧低下が少ないときは、所定電圧以下にはなっていないので、“NO”側に進み、ステップＳ７に入る。

このステップＳ７では、前記スイッチ２０が押されたか否かを判断する。これは、スイッチ２０が２回目の押下をされたか否かを判断するもので、蓄電池１１から負荷１６に対して電力供給を続行するときは、スイッチ２０は押されないで“NO”側に進み、ステップＳ４に戻る。もし、一旦、蓄電池１１から負荷１６に対する電力供給を停止するときは、スイッチ２０の２回目の押下を行う。すると、ステップＳ７は“YES”側に進み、図２に示すＣＰＵ１９から電源制御部１２へオフ信号が送られて電源をオフし、蓄電池１１から負荷１６への電力供給を停止する（ステップＳ８）。そして、ステップＳ２へもどる。

上記スイッチ２０の２回目の押下をしないまま以上の動作を繰り返し行い、蓄電池１１から負荷１６に対して電力供給を連続的又は断続的に行って、当該蓄電池１１の残り使用可能時間が少なくなった或るタイミングで、蓄電池１１の電圧が所定電圧（基準電圧）以下になると、前記ステップＳ６は、“YES”側に進む。そして、上記蓄電池１１の電圧が所定電圧以下になったことを警報表示する（ステップＳ９）。すなわち、図４（ｅ）に示す「Ｌ」を表示する。警告のために、この「Ｌ」の表示を点滅させてもよい。

この状態で、所定時間（例えば、１〜３分間）だけ警報表示を行い、ＣＰＵ１９から所定電圧（基準電圧）以下に低下した検知信号を電源制御部１２へ送り、この電源制御部１２の動作で上記負荷１６に対する電力の供給を強制遮断する（ステップＳ１０）。これにより、残り使用可能時間の少ない蓄電池１１をそのまま使用していても、過放電に至らしめることなく、その蓄電池１１の寿命を縮めるのを防止することができる。この場合は、その後、当該蓄電池１１は新しいものと交換することとなる。

図６は、本発明による電力供給装置の具体的な回路例を示す図である。この実施例は、図２に示す制御回路１７を、一つのチップ又はパッケージ内に組み込んでマイクロプロセッサユニット（ＭＰＵ）１７′としたものである。３端子電源回路２２は、前記蓄電池１１から入力する２４Ｖの電圧を、ＭＰＵ１７′の電源電圧（ＶＣＣ）である５Ｖに下げる動作をする。トランジスタＴrは、図２に示す電源制御部１２に相当するものである。そして、蓄電池１１の使用による電圧変化の信号はＭＰＵ１７′内の比較器COMP1へ入力し、基準電圧が比較器COMP2へ入力して、比較器COMP1への入力電圧が比較器COMP2へ入力する基準電圧より低いか否かを比較して、図５に示すステップＳ６の判断を行うようになっている。その他は、図２の構成と同じである。

なお、以上の説明では、上記表示警報部１５は、蓄電池１１の電圧が所定電圧以下に低下したのを警報する警報情報として光を発生するものとしたが、本発明はこれに限られず、振動或いは音を発生するものであってもよい。振動を警報情報とする場合は、バイブレータ等を用いて振動の回数等で警報すればよい。また、音を警報情報とする場合は、ブザー、アラーム等を用いて鳴動の回数等で警報すればよい。

また、負荷１６は、以上の説明では照明灯としたが、これに限られず、消費電流が略一定の装置であるならば何でもよい。例えば、モーター、ラジオ、携帯電話、携帯テレビ、携帯型のコンピューター等であってもよい。

本発明による電力供給装置の基本構成を示すブロック図である。 本発明による電力供給装置の一実施形態を示すブロック図である。 上記電力供給装置における表示警報部の具体例としての７セグメント表示器を示す説明図である。 上記７セグメント表示器により蓄電池の電圧変化を所定量毎に段階的に表示する表示パターンを示す説明図である。 上記電力供給装置の動作を説明するフローチャートである。 本発明による電力供給装置の具体的な回路例を示す回路図である。 従来のバッテリーライト装置を示す外観斜視図である。 蓄電池としての例えばニッケル・カドミウム電池の端子電圧の放電特性を示すグラフである。

符号の説明

１１…蓄電池
１２…電源制御部
１３…電圧計測部
１４…時間積算部
１５…表示警報部
１６…負荷
１７…制御回路
１８…タイマ
１９…ＣＰＵ
２０…スイッチ

Claims (5)

1. 負荷に対して電力を供給する蓄電池と、この蓄電池から上記負荷に対する電力の供給をオン、オフする電源制御部とを有する電力供給装置において、
   上記蓄電池から負荷に対する通電による電圧の変化を計測する電圧計測部と、
   上記蓄電池から負荷に対する通電時間を積算する時間積算部と、
   上記電圧計測部及び時間積算部からの計測信号を入力して電圧変化及び通電積算時間を表示すると共に所定電圧以下に低下した際に警報する表示警報部と、
   を備えたことを特徴とする電力供給装置。
2. 上記表示警報部は、上記蓄電池の電圧変化及び通電積算時間を、それらの変化の所定量毎に段階的に表示するものであることを特徴とする請求項１記載の電力供給装置。
3. 上記表示警報部は、上記蓄電池の電圧が所定電圧以下に低下したのを警報する警報情報として光又は振動或いは音を発生するものであることを特徴とする請求項１又は２記載の電力供給装置。
4. 上記電源制御部は、上記電圧計測部で計測した電圧が所定電圧以下に低下した検知信号により、上記負荷に対する電力の供給を強制遮断するものであることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の電力供給装置。
5. 上記負荷は、消費電流が略一定の装置であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の電力供給装置。

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