JP2665694B2 - 電池容量表示回路 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は、二次電池の充電完了状態を表示可能とし
た電池容量表示回路に関する。

［従来の技術］ 従来この種の表示回路として、充電の進行に伴って複
数個の表示体を順次点灯していくことにより、充電の進
行状態を表示するものが知られている。

［発明が解決しようとする課題］ ところで上記した表示は何れも、満充電になった時点
を理論的に検出して満充電状態を表示を行う様にしてい
るが、通常の二次電池は充放電を繰り返すことによって
充電効率が低下するため、かかる満充電状態の表示時点
をもって直ちに充電を停止すると、充電量が不足する問
題があった。

本発明は上記した問題に鑑みてなされたものであっ
て、真の満充電時期が容易に視認できる充電量表示回路
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］ 本発明にかかる充電量表示回路は、第１図にその概略
的な構成を示すごとく、電池（６）の充電中の表示を行
う充電時期表示体16と、電池容量の最小値から最大値ま
での間を例えばＡ・Ｂ・Ｃ・Ｄの４段階表示する残容量
表示体46とを備えている。

上記した残容量表示体46は、充電の進行に対応して、
最小容量表示Ａ側から最大容量表示Ｄ側へと表示位置を
移行させるとともに、最大容量表示Ｄを表示後、更に所
定期間経過したことを判断したのち、上記した充電時期
表示体16の表示を停止させることを特徴とする。

［作用」 上記した構成により、充電を開始すると、充電時期表
示体16がその表示を行なって充電が開始されたことを表
示するとともに、残容量表示体46はその表示位置を、充
電の進行に対応させて最大容量表示Ｄ側へと移行させ
る。

ここで、最大容量表示Ｄを表示して電池の容量が100
％の状態に達したことを示してから、更に所定の期間だ
け充電を行う補充電期間を設け、かかる期間中は最大容
量表示Ｄに加えて充電時期表示体16による充電中の表示
を継続して行うことにより充電が継続していることを表
示したあと、充電時期表示体16の表示を停止することに
より、充電が完全に終了したことを使用者に知らせるの
である。

［実施例］ 以下本発明を、第２図に示す電気かみそり１に実施し
た一例を示すがこれに限らず、テープワインダ、懐中電
灯など、各種充電式小型電気機器における電池容量表示
回路に対しても略同様に実施できることは勿論である。

本発明を実施する電気かみそり１は、本体ケース２の
上部に外刃３を着脱自在に備え、該外刃３に内接して内
刃４を往復動自在に配設すると共に、本体ケース２の内
部には内刃４を往復動させるモータ５と、該モータ５に
電力を供給する電池６とを収納する。

電池６は、ニッケル・カドミウム電池の如く、複数回
の充放電に耐える二次電池であって、本実施例では、電
池容量が500mAh程度の単３型電池を使用すると共に、本
体ケース２の下部に充電部７を配設し、商用交流電源か
ら直接的に電池６を充電可能としている。

充電部７は、本体ケース２の下端にプラグ刃９を出没
自在に備え、第３図に示す如く、プラグ刃９から入力さ
れた商用交流電圧をインバータ回路を含む充電回路11で
所定の充電電圧に変換する。更に充電回路11の出力側に
は、電池６と該電池６への通電時期を規制するスイッチ
ング部12とを直列に繋いでいる。

スイッチング部12はスイッチング用トランジスタであ
って、本体ケース２の正面８に充電時期表示体16として
備えた発光ダイオードのカソード側にそのベース端がつ
ながれている。したがって、充電回路11に商用交流電圧
を印加して充電時期表示体16を点灯すると、それと連動
してスイッチング部12がオンし、電池６が充電回路11に
接続されて充電が開始される様にしている。

電池６の両端は、充電時期表示体16や残容量表示体46
を含めた下記の電子回路に所定の直流電圧を供給するDC
−DCコンバータ17と、電池６の端子電圧が例えば1.0V以
下に低下して電池６が容量切れになったことを検知する
と、リセット信号ｒを発生して全回路、特に記憶部21の
カウント値を初期状態に戻す電圧検出部18とを接続す
る。更に、電池６の両端は本体ケース２の正面中央に配
したメインスイッチ13を介してモータ５の両端に繋がれ
ており、メインスイッチ13のオンオフ操作と連動して電
池６からモータ５への通電時期が規制される。

更に、電池６の充電時期、モータ５の駆動時期および
電気かみそり１の停止時期を各々で検出し、電池６内の
充電量を表示回路14で表示する。

表示回路14はパルス信号発生部15から出力されるパル
スの発生レートおよび発生時期を、充電時期検出部19お
よび放電時期検出部20から出力される検出信号で制御可
能とするとともに、充電時には発生パルスの出力数を記
憶部21で加算して記憶し、逆に放電時には記憶部21内の
記憶値を負荷電流Ｉに比例した割合で減算していくこと
により、記憶部21内には常に電池６の現在充電量に比例
させた数値として記憶させておき、記憶部21内の計数値
を適宜表示部22に出力し、充電量の現在値を表示可能と
している。

すなわち、この種の二次電池６は通常、端子電圧が1.
0V以下に下って完全に容量切れとなった状態から約８時
間で満充電状態となる様に充電電流量が設定される。一
方、電気かみそり１のモータ５を負荷として放電を行っ
た場合には、放電電流値により異なるが、40分程度の連
続駆動で電池６の容量が尽きる。更に、モータ５を停止
中といえども、回路の維持電流により電池６の容量は徐
々に減少する。

従って、記憶部21をアップダウンカウンタで構成する
とともに、電池６の端子電圧を電圧検出部18で設定値と
比較し、設定値を端子電圧が下回っている間は、記憶部
21にリセット信号ｒを送って、該記憶部21のカウンタ値
を初期値である「０」に維持しておく。

ここで充電時には、充電時期検出部19から出力される
信号を記憶部21の制御端子に入力して記憶部21をアップ
カウンタとするとともに、該記憶部21におけるパルスカ
ウント数が８時間で設定値に達する様にパルス信号発生
部15から出力される充電パルスの発生レートを設定す
る。

一方、電気かみそり１の使用時、すなわち電池６の放
電時には、充電時期検出部19からの出力信号ｓは反転
し、記憶部21は前記とは逆にダウンカウンタとなる。こ
こで、パルス信号発生部15と記憶部21間に分周率が可変
の分周部28を配設し、放電電流量に対応して分周部28の
分周率を変化させることにより、充電時に積算してカウ
ンタ21内に記憶しておいたパルス総数は、充電時より周
波数が高く且つ負荷電流量に対応した可変の放電パルス
で減算され、電池６中に現在蓄えられている充電量に比
例し値が絶えず記憶部21内に記憶される。従って、かか
る記憶値を所定の表示部22で表示させることにより、電
池６の現在容量が連続的に把握できるのである。

なお、通常の充電回路では上記した充電時およびモー
タ駆動時のみを問題とすればよいが、本実施例ではモー
タ５の停止中も記憶部21内に記憶させた値を保持するた
め、僅かではあるが電流を消費している。そこでかかる
電流を補正するため、極めて長い時間間隔をもって出力
される自己放電パルスを電気かみそり１の不使用時に発
生させ、このパルスで記憶部21内の記憶値を減算させる
様にしている。

上記構成を、更に具体的な数値を例示しながら説明す
ると、パルス信号発生部15は充電用、主放電用および自
己放電用の３組のパルス発生器23・24・25とパルス切換
部27とからなり、各パルス発生器23・24・25毎に個別に
設定された発生レートのパルス信号をパルス切換可27で
選択的に分周部28に送る。

パルス切換部27は、例えば複数の論理ゲート回路を組
み合わせて構成されるものであって、充電回路11の出力
を波形整形する等して充電時期検出部19から取り出され
る充電時期信号ｓと、後記するモータ回転数検出部31か
ら出力されてモータ５の停止時を表示するゼロ回転検出
信号ｆの印加と連繋して切り替わる。すなわち、充電時
期信号ｓとゼロ回転検出信号ｆが共に“1"の場合は充電
用パルス発生器23が選択され、共に“0"の場合は放電用
パルス発生器24が選択され、更にゼロ回転検出信号のみ
が“1"の場合は自己放電パルス発生器25が選択されて、
各々分周部28に接続される。

分周部28は、４段２進のカウンタで構成される第１分
周器29と、６段２進カウンタで構成される第２分周器30
とを直列に備え、第１分周器29に入力されたパルス信号
は、第２分周器30の出力側ではその発生レートが最大1/
2ⁱ⁰、すなわち1024分の１に分周して取り出される。

更に、充電量のメモリとして使用される記憶部21のア
ップダウンカウンタを２進８段で構成すると、最大カウ
ント数は2⁸−１すなわち255となる。ここで記憶部21の
上位４ビットが“1"となった時点、すなわちパルスを24
0カウントした時に満充電の表示Ｄがなされ、更に255個
目のパルスをカウントし終えると充電を停止する様にす
るには、８時間＝2.8×10⁴秒であるから、充電用パルス
発生器23から出力される充電パルスのパルスレートP
₁は、 P₁＝2.8×10⁴/（255×1024）＝0.1秒 となり、充電用パルス発生器23から約0.1秒毎に１パル
スを発生させることにより、記憶部21のカウンタが８時
間タイマーとなることが判る。

一方、この種の小型電気機器にはモータ５として界磁
に永久磁石を使用した直流モータが使用されることが多
く、従って第４図に示す如く、毛屑の堆積などが原因し
てトルクＴが増大するにつれて駆動時にモータ５に供給
される負荷電流Ｉは増加する。更に、かかる負荷電流Ｉ
の増加は、モータの回転数ｎの低下となって現れ、従っ
てモータ回転数ｎの増減を検出することにより、負荷電
流Ｉの増減が間接的に判る。また負荷電流Ｉの増加は満
充電時からのモータ５の連続駆動可能時間の減少につな
がるものであるが、電池６およびモータ５の容量を設定
すれば、実現あるいは計算で、モータ回転数ｎとモータ
６の連続駆動可能時間との関係が求まる。

第５図の実線で示した曲線はかかる関係の一例を示し
たものであって、更に破線はその曲線を階段状の直線で
近似したものである。この結果から、モータ５の回転数
ｎの大小をモータ回転数検出部31で検出し、該回転数検
出部31の検出値に応じて分周部28の分周率を階段状に変
化させることにより、分周部28の出力端からは負荷電流
Ｉの増減に近似してパルスレートが変化する主放電パル
スが得られ、かかる主放電パルスをもって記憶部21内の
記憶値を減算していくことにより、負荷電流Ｉに応じた
割合で記憶部21内の値を減少できる。

放電時期検出部20は、モータ５の回転時に電機子から
発生する漏れ磁束、あるいはモータ５の回転軸に一体に
取り付けた磁石（図示せず）による磁束変化を検出コイ
ル32で検出したあと、該検出信号をシュミットトリガ33
で波形整形することにより、第６図（ｄ）の如く、モー
タ５の回転数ｎに比例したパルスレートの回転パルスａ
を形成し、モータ回転検出部31に入力する。

モータ回転検出部31は、回転パルスａの数を設定時間
だけサンプリングしてカウントする回転数カウント部34
と、該カウント部34中のカウント数の大小を判別する回
転数判定部36とから構成され、第１分周器29に組み合わ
された分周率変換部37に回転数判定部36から出力される
変換信号を入力して、第１分周器29の分周率を変化させ
る。

回転数カウント部34は、２進４段のサンプリング機能
を有する回転数カウンタ39と、該カウンタ39のサンプリ
ング期間を設定するゲート信号ｂを発生する単安定マル
チバイブレータ40とを備え、自己放電用パルス発生器25
から出力される自己放電パルスｃを微分回路41で微分し
てトリガ信号ｄを発生し、該信号ｄでカウンタ39のクリ
ア及びゲート信号ｂの発生時期規制をする。すなわち、
第６図（ａ）に示す如く、自己放電パルスｃが１つ出力
される毎に、該信号ｃを微分回路41で微分してトリガ信
号ｄを発生する（第６図（ｂ）参照）。かかるトリガ信
号ｄは、第６図（ｆ）の如く回転数カウンタ39の内容ｅ
をリセットすると同時に単安定マルチバイブレータ40を
作動させ、該単安定マルチバイブレータ40から出力され
るゲート信号ｂによりカウンタ39のゲートは開いて放電
時期検出部20から出力される回転パルスａのパルス数が
サンプリングされるのである。

本実施例では、回転数カウンタ39に２進４段のものが
使用され、「０〜15」の範囲のサンプリング数に対応す
る回転パルスａが検出できる様に構成している。従っ
て、放電時期検出部20から出力される回転パルスａのパ
ルスレートおよび単安定マルチバイブレータ40のパルス
幅を適宜選択することにより、第５図で示す回転数が毎
分5100回転以上で回転数カウンタ39のカウント数ｅが
「15」、4700〜5100回転で「14」、4300〜4700回転で
「13」、4300回転以下で「12」以下となる様に設定でき
る。ここで更に、回転数カウンタ39のカウント数が「1
5」の時の駆動可能時間を「10」とすると、回転数カウ
ンタ39におけるカウント数が１下がる毎に駆動可能時間
は１割ずつ減少するので、基本的には２進４段の16進で
ある第１分周器29の分周率を、回転数カウンタ39のカウ
ント数が「15」の時に10進、「14」の時に９進の如く順
次降下させていくことにより、負荷電流Ｉの大小に対応
したパルスレートの放電パルスが得られる。

更に、記憶部21のアップダウンカウンタで充電期間中
に８時間かけてカウントした総カウント値の「255」
が、第１分周器29を10進に切り替えた場合に対応する放
電時には、約38分かけて「０」となる様に、放電パルス
レートP₂を設定すればよい。かかるパルスレートP₂は、 P₂＝38×60/（10×64×255）＝0.014［sec］ となり、主放電用パルス発生器24からは約0.014秒毎に
１パルスを発生させる様にすればよいことが判る。

一方、プラグ刃９をコンセントから引き抜いて電池６
の充電を停止すると、パルス切換部27は自己放電用パル
ス発生器25側に切り替わり、該パルス発生器25から出力
される自己放電パルスｃが分周器28を介して記憶部21に
印加されて記憶部21内の記憶値を減算し、機器停止時に
流れる回路保持電流による電池容量の減少が補正され
る。

かかる電流による電池容量の減少は、満充電状態から
約２カ月かかって充電量がゼロとなる程度の量である。
従って自己放電パルスｃのパルスレートP₃は、２カ月が
5.2×10⁶秒であるから、 P₃＝5.2×10⁶/（255×1024）＝20［sec］ となり、自己放電用パルス発生器25からは約20秒毎に１
パルスの割で自己放電パルスｃが出力される。

回転数カウント部34の出力側に備えたゼロ回転検出部
43は、回転数カウンタ39内のサンプリング数ｅが
「０」、すなわちモータ５の回転が停止した時に“1"信
号を出力させる。かかるゼロ信号ｆはパルス切換部27に
入力され、前記した充電時期信号ｓの“0"信号と連動し
てパルス発生器を自己放電用パルス発生器25側に切り替
えると同時に、インバータ44により反転されて“0"とな
って、表示駆動部45へ入力されることにより、モータ停
止時には残容量表示体46の表示を停止し、表示部22によ
る電力消費を抑制している。

表示駆動部45は、記憶部21の上位４ビットをデータ信
号として取り出し、該２進４桁で表示される16進数をデ
コードして残容量表示体46で表示する。残容量表示体46
は、電池容量の最小容量から最大容量の間を４個の発光
ダイオードＡ・Ｂ・Ｃ・Ｄを用いて４段階に表示可能と
したものであって、本体ケース２の正面８の中央に接近
させて横一列に配して構成され、かかる４個の発光ダイ
オードの発光数を記憶部21内の記憶値に対応させて増減
させる。例えば充電時には、充電開始が２時間毎に１つ
ずつ、最小容量に対応するＡ側から点灯数を順番に増加
させて行き、記憶部21内の上位４ビットが全部“1"に揃
うと４個の発光ダイオードＡ〜Ｄが全て点灯して充電が
完了したことを表示し、更に充電を続けて記憶部21の８
ビットが全てゼロとなると同時に桁上げ信号が出力さ
れ、表示駆動部45からの発光ダイオード駆動用の出力信
号は消える。このとき、二次電池６の充電時期規則用の
スイッチング部12は残容量表示体46の最小容量表示用の
発光ダイオードＡに隣接して配置した充電時期表示体16
の発光ダイオードと接続されているので、スイッチング
部12をオフして電池６の充電を強制的に止め、過充電を
防止する。

次に、第７図および第８図にしたがって、上記した構
成における動作の流れを説明する。

時刻t₀に充電を開始すると、ステップ101で充電が開
始されたことが判定され、記憶部21のカウンタがアップ
側へ切り替えられる（ステップ102）と同時に、電池６
の端子電圧は徐々に上昇する。しかし、電池６の端子電
圧が1.0Vを下回っていることがステップ103で判定され
た場合、記憶部21内のカウント値はリセットされ（ステ
ップ104）、初期値である「０」状態を保つ。ここで時
刻t₁に電池電圧が1.0Vを越えたことが判断されるとはじ
めて、かかる時点t₁を基準として記憶部21は充電パルス
のカウントを始め（ステップ105）、更にそのカウント
状態を表示部22の残容量表示体46で表示する（ステップ
106）。

ここで充電を継続して時刻t₁から約８時間たつと、残
容量表示体46を構成する発光ダイオードは４個全て点灯
し、電池６が満充電に達したことを表示する。更に充電
状態を続けても所定時間経過後に表示部22の出力は切
れ、スイッチング部12が開路して電池６の過充電が阻止
される。

時刻t₂において、プラグ刃９をコンセントから外して
充電を止めると同時に、ステップ101で充電が停止され
たことが判定され、記憶部21はダウン側に切り替わる
（ステップ107）。この時、電池６の端子電圧が1V以下
であると、記憶部21のカウント値は上記と同様にリセッ
トする（ステップ109）が、1V以上あることがステップ1
08で判断されると、ステップ110に移り、モータ５が回
転駆動されているか否かを判定する。このとき、充電も
モータ駆動も行われていないと判断されると、放電時よ
り十分低い割合で記憶部21内の記憶値を減算し、機器不
使用時の電力消費量を補正する（ステップ111）。それ
と同時に、ステップ112で表示部22における発光表示を
止め、電力消費を記憶部21の記憶値保存など必要最小限
に抑える。

次いで時刻t₃において、スイッチ13を閉じてモータ５
に通電すると、モータ５の回転は放電時期検出部20によ
り回転パルスａとして取り出される。更にモータ回転検
出部31で回転パルスａのサンプリング数ｅからモータ回
転数、すなわち負荷電流Ｉの値を検出し（ステップ113
〜115）、該電流Ｉの大小に応じて第１分周器29の分周
率を10進ないし７進の何れかに切り換え（ステップ116
〜119）、消費電流の大小に応じた割合でカウンタ21内
の記憶値を減算していき（ステップ120）、その減算状
態は表示部22で表示される（ステップ121）。

ここで時刻t₅において充電を行うと、充電量表示はゼ
ロから開始するのではなくて時刻t₅の記憶値に積算さ
れ、従って常に現在の充電量が連続して表示される。ま
た実際の電流消費量が減算量よりも大きかった結果、カ
ウンタ21内には数値が残っているにもかかわらず、電池
６の端子電圧が1.0V以下に下がった場合は、ステップ10
9でカウント値を強制的にリセットして（時刻t₇）表示
を止め（ステップ122）、使用者に充電を促すのであ
る。

なお表示部22による表示は、発光ダイオードに代えて
液晶を用いて数字で直接表示し、あるいは表示をよりき
め細かく連続的に表示してもよい。更に視覚による表示
に代えて、または加えて音響により充電量を表示するこ
とも可能である。すなわち、充電時に充電量が設定値に
近づくと断続音の発生を開始し、更に充電が進むにつれ
て音響の発生間隔あるいは周波数を変化させて充電状態
を聴覚をもって確認可能とするのである。

更にまた、パルス信号発生部15を充電パルス発生器の
みとし、充電専用とすることもできる。この場合、分周
器28を特に必要としないことは勿論である。複数のパル
ス発生器23・24・25を備えてパルス切換部27で切り換え
使用するのに代えて、１台のパルス発生器の周波数を充
電あるいは放電時期検出に応じて変化させるものであっ
てもよい。放電時の電流変化が少ない場合には、第１分
周器29の分周率を特に変化させて補正する必要はない。

また、表示部22は充電および放電時に常時発光表示さ
せるのではなく、別に電池チェック用のスイッチを設け
てスイッチ操作時にのみ表示させることにより、表示部
22による電力消費を必要最小限に抑えることができる。

更に、上記表示回路14をマイクロプロセッサを用いて
プログラムにより同様な動作をさせることも勿論可能で
ある。この場合、充電、放電および自己放電パルスは、
電流量の大小に対応した２進数で表示され、所期間毎に
記憶部21の記憶値に対して直接加減算される。

［発明の効果］ 本発明は上記の如く、最大容量表示Ｄを行ったのち
も、この最大容量表示Ｄとともに充電時期表示対16によ
る充電中の表示を継続し、満充電の表示後の所定期間が
経過したのちに充電時期表示体16の表示を停止すること
により、充電時期表示と残容量表示とが相俟って、充電
の真の終了時期を誤認することなく充電操作の終了を行
うことができる利点を有する

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の基本的な構成を示す説明図である。 第２図は本発明を実施した一例を示す電気かみそりの斜
視図、第３図は電気回路の構成を示すブロック図、第４
図はモータ回転数と負荷電流の関係を示すグラフ、第５
図はモータ回転数と駆動可能時間との関係を示すグラ
フ、第６図（ａ）ないし（ｇ）はモータ回転数検出部の
動作を説明する波形図、第７図は動作を説明する流れ
図、第８図（ａ）および（ｂ）は充放電時における電池
端子電圧と記憶部の記憶値との関係を示す説明図であ
る。 ５……モータ、 ６……電池、 11……充電回路、 15……パルス信号発生部、 16……充電時期表示体、 18……電圧検出部、 19……充電時期検出部、 20……放電時期検出部、 21……記憶部、 22……表示部、 28……分周部、 31……モータ回転数検出部、 46……残容量表示体。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】電池（６）の充電中の表示を行う充電時期
   表示体（16）と、 電池容量の最小値から最大値までの間を段階表示する残
   容量表示体（46）とを備え、 上記した残容量表示体（46）は、充電の進行に対応し
   て、最小容量表示Ａ側から最大容量表示Ｄ側へと表示位
   置を移行させるとともに、 最大容量表示Ｄを表示後、更に所定期間経過したことを
   判断したのち、上記した充電時期表示体（16）の表示を
   停止させることを特徴とする電池容量表示回路。