JP2932871B2 - 電池の容量残量表示装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、携帯用電子機器の電源
をなす２次電池の容量残量表示装置に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】電池の容量残量表示装置にはコスト的に
有利な電池電圧検出方式や表示精度の高い電気量積算方
式などがあり、その多くは表示装置が携帯機器本体また
は電池パックに内蔵されて使用されている。

【０００３】以下に従来の電気量積算方式の容量残量表
示装置を図面を用いて説明する。図５は従来の容量残量
表示装置を示す構成図である。図５中、１は２次電池、
２は電流検出抵抗で２次電池１の負極端に接続されてい
る。３は充放電電流検出手段であり、これは電流検出抵
抗２の両端に発生する微少電圧を入力とする充電電流検
出用の演算増幅器３１と放電電流検出用の演算増幅器３
２とから構成されている。

【０００４】１４は電圧低下検出手段で２次電圧１の端
子電圧を入力とする。５は温度検出手段で２次電池１の
周囲温度を検出する。６は電気量算出手段で演算増幅器
３１および３２の信号出力と温度検出手段５の信号出力
とを入力としている。７は充電完了検出手段で演算増幅
器３１の信号出力を入力とする。８は放電電気量積算手
段で電気量算出手段６の出力と充電完了検出手段７の出
力を入力とする。９は容量記憶手段で電圧低下検出手段
１４の信号出力、充電完了検出手段７の信号出力および
放電電気量積算手段８の信号出力を入力としている。

【０００５】１０は電気量積算手段で電気量算出手段６
の信号出力、容量記憶手段９の信号出力、電圧低下検出
手段１４の信号出力および充電完了検出手段７の信号出
力を入力としている。

【０００６】１１は表示手段で電気量積算手段１０の信
号出力を入力とする。１２はマイコンで、これは前記電
気量算出手段６、充電完了検出手段７、放電電気量積算
手段８、容量記憶手段９および電気量積算手段１０に相
当する回路を構成している。１３は端子でこれには携帯
機器または充電器が接続される。

【０００７】以上のように構成された従来の電池の容量
残量表示装置について、以下その動作を説明する。

【０００８】まず初めに充電時の動作について説明す
る。端子１３に充電器が接続され充電が開始されると、
電流検出抵抗２の両端には充電電流に比例した負の微少
電圧（２次電池１の負極をゼロ電位とした場合）が発生
する。この微少電圧は演算増幅器３１により正の値に増
幅され電気量算出手段６および充電完了検出手段７に出
力される。電気量算出手段６では演算増幅器３１より出
力された充電電流値に所定時間を乗じて電気量を算出
し、更にこの電気量に充電電流の大きさおよび温度検出
手段５より出力される温度情報で決まる充電効率を乗じ
て最終的な充電電気量とし、これを電気量積算手段１０
へ信号出力する。充電完了検出手段７は演算増幅器３１
より充電電流信号が入力されることで信号出力をリセッ
トし、その後の充電の進行により充電電流値が急速充電
からトリクル充電に変化することで充電完了を認識して
信号出力をセットする。電気量積算手段１０では電気量
算出手段６より信号出力される充電電気量を前記の所定
時間毎に加算することで電気量の積算を行い、この電気
量積算値の容量記憶手段９の記憶値に対する割合により
容量残量値を決定するとともに、充電完了検出手段７の
信号出力がセット状態となった場合は電気量積算値を容
量残量１００％に相当する値に設定する。表示手段１１
は電気量積算手段１０で決定された残量情報に基づいて
図３（ａ）に示すようにＬＣＤからなる表示器にて容量
残量を段階的に表示するもので、その表示は充電の進行
に伴い表示レベル（１）から（６）へと順次移行する。
ここで図３（ａ）について説明するとこの図は残量と表
示の関係を示すものである。ＬＣＤ表示器は５個のセグ
メントが横一列に並んだ形状であり、容量残量値が０％
〜１０％では表示レベル（１）の段階でＬＣＤの１個が
点滅する。容量残量値１０％〜２０％はレベル（２）で
ＬＣＤの１個が点灯し、容量残量値２０％以降はレベル
（３）から（６）の順へ２０％刻みのＬＣＤの点灯で残
量値を常時表示する。

【０００９】次に放電時の動作について説明する。端子
１３に携帯機器が接続され、これが使用されると２次電
池１より電流が供給され、電池は放電開始となる。これ
により電流検出抵抗２の両端には放電電流に比例した正
の微少電圧（２次電池１の負極をゼロ電位とした場合）
が発生する。この微少電圧は演算増幅器３２にて増幅さ
れて電気量算出手段６に出力される。電気量算出手段６
では演算増幅器３２より出力された放電電流値に所定時
間を乗じて電気量を算出し、更にこの電気量に放電電流
の大きさおよび温度検出手段５より出力される温度情報
で決まる放電効率を乗じて最終的な放電電気量とし、こ
れを放電電気量積算手段８および電気量積算手段１０へ
信号出力する。放電電気量積算手段８は充電完了検出手
段７の信号出力がセット状態で電気量算出手段６の信号
出力が放電電気量であるときのみ、前記所定時間毎に放
電電気量の積算を行う。また充電完了検出手段７の信号
出力がリセット状態のときは電気量算出手段６の信号出
力のいかんにかかわらず放電電気量の積算をゼロにす
る。ここで電圧低下検出手段１４は基本的に電圧比較器
で放電の進行に伴う２次電池１の電圧低下を監視してい
る。そしてその検出電圧は、携帯機器の動作停止電圧の
わずか上に設定されている。容量記憶手段９は充電完了
検出手段７の信号出力がセット状態で電圧低下検出手段
１４から充電後初めての電圧低下信号が出力された場合
に放電電気量積算手段８の積算値を最新の電池容量とし
て記憶する。電気量積算手段１０では電気量算出手段６
より信号出力される放電電気量を前記所定時間毎に減算
することで電気量の積算を行い、この電気量積算値の容
量記憶手段９の記憶値に対する割合により容量残量値を
決定するとともに、電圧低下検出手段１４から電圧低下
信号が出力されたときには電気量積算値をゼロにする。
表示手段１１は電気量積算手段１０で決定された残量情
報に基づいて図３（ａ）に示すようにＬＣＤ表示器にて
容量残量を段階的に表示するもので、表示は放電の進行
に伴い全てのＬＣＤが点灯した表示レベル（６）から１
個のＬＣＤが点滅するレベル（１）へ順次移行する。

【００１０】最後に待機時の動作について説明する。こ
こでの待機時とは端子１３に携帯機器もしくは充電器の
いずれも接続されていない状態か、接続されていても放
電電流または充電電流が流れていない状態を言う。従っ
て、この待機時の認識は、演算増幅器３１，３２の信号
出力が共にゼロであることを電気量算出手段６にて検出
することで行う。電気量算出手段６では予め温度別に測
定されている２次電池１の自己放電電気量、およびこの
表示装置の消費電気量の情報および温度検出手段５より
信号出力される温度情報から待機時の放電電気量を決定
する。これ以降の動作は前記の放電時の動作と同じであ
るので、その詳細な説明は省略する。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】以上のように従来の電
気量積算方式の容量残量表示装置では、充電電気量と放
電電気量（待機時を含む）を充放電電流の大きさと温度
にて補正し、これを充電時は加算、放電時は減算するこ
とで積算し、この積算値をその時の電池の最新容量であ
る記憶手段の記憶値と比較することで容量残量レベルを
決定、表示している。従って、この表示精度を高める為
には記憶手段の記憶値を最新の値に更新しておくことが
重要になる。ところで、この記憶値の更新には充電完了
から電圧低下検出値まで途中で充電することなく放電す
ることが必須となるが、この電圧低下検出値は前述のよ
うに携帯機器の動作停止電圧のわずか上に設定されてお
り、実際の機器使用においてはこの電圧低下検出値まで
電池を放電することは希で通常はそれ以前に放電が打ち
切られている。従って、記憶値の更新頻度も低く、ＬＣ
Ｄ点灯時の容量残量の表示精度が高められないという問
題があった。

【００１２】本発明は上記の問題点を解決するもので、
記憶手段における記憶値の最新容量への更新が行われや
すい容量残量表示装置を提供することを主たる目的とす
る。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め本発明の電池の容量残量表示装置は、２次電池の充放
電電流を微少電圧に変換する電流検出抵抗と、前記電流
検出抵抗の両端に発生する微少電圧を充電用演算増幅器
および放電用演算増幅器にてそれぞれ増幅してその結果
をそれぞれ信号出力する充放電電流検出手段と、２次電
池の電圧と前記充放電電流検出手段の放電電流出力を入
力とし放電電流の増加に比例して電池電圧の低下検出値
を下げる補正を行うことで放電電流の値によらず所定の
容量残量値で警報を出力する残量警報手段と、２次電池
の温度を検出してその結果を信号出力する温度検出手段
と、前記充放電電流検出手段の充電電流出力および放電
電流出力と前記温度検出手段の出力を入力として充電か
放電か待機かの判定を行うとともにその際の電気量を算
出する電気量算出手段と、２次電池の充電完了を検出す
ることで信号出力をセットし、充電の開始により信号出
力をリセットする充電完了検出手段と、前記充電完了検
出手段の信号出力がセット状態で前記電気量算出手段の
信号出力が放電状態である場合には所定の時間毎に放電
電気量の積算を行い、充電完了検出手段の出力がリセッ
ト状態の場合には前記電気量算出手段の信号出力のいか
んにかかわらず積算値をゼロにする放電電気量積算手段
と、前記充電完了検出手段の信号出力がセット状態で前
記残量警報手段より充電後初めての警報が出力された際
に前記放電電気量積算手段の積算値を、前記残量警報手
段の所定の容量残量値により決まる数（前記所定の容量
残量値が１０％である場合は１−０．１＝０．９）で除
した値を最新の電池容量として記憶する容量記憶手段
と、前記所定の時間毎に前記電気量算出手段の信号出力
が充電電気量の場合には加算し、放電電気量の場合には
減算することで電気量の積算を行い前記容量記憶手段の
記憶値に対する割合により残量値を決定するとともに、
前記残量警報手段より充電後初めての警報が出力された
際に電気量積算値を前記所定の容量残量値に相当する値
に設定更新し、充電により前記充電完了検出手段の信号
出力がセット状態となった際には電気量積算値を容量残
量１００％に相当する値に設定する電気量積算手段と、
前記電気量積算手段で決定された残量値に基づき電池の
容量残量を段階的に表示する表示手段とを備えた構成か
らなる。

【００１４】なお、ここでの電気量算出手段は、対象と
する２次電池が、充電か放電か待機であるかの状態判定
を行うとともに、充電または放電の場合には充電電流出
力値または放電電流出力値に所定の時間を乗じて電気量
を算出し、充電電流出力値または放電電流出力値と電池
温度により決まる充電効率または放電効率を前記電気量
に乗じて最終的な電気量とし、待機の場合には予め温度
別に与えられている２次電池の自己放電電気量とこの表
示装置の消費電気量のデータの中から温度に見合ったデ
ータを選択して電気量とする構成とすることがよい。

【００１５】

【作用】このような構成であれば、残量警報手段の検出
電圧を携帯機器の動作停止電圧よりも充分に高い値、例
えば電池の容量残量１０％〜３０％程度に設定すること
で実使用状態における記憶値の更新頻度を高めることが
できる。しかし単純に検出電圧だけを高めたのでは放電
電流の大きさにより検出時の残量が異なる（放電電流が
大きい場合は検出時の容量残量は多く、放電電流が小さ
い場合は検出時の容量残量は少なくなる）ため正確な容
量残量を記憶できない。そこで、放電電流の増加に比例
して検出電圧を下げる補正を行い、一定の容量残量値で
警報を出力するとともに、充電完了から最初の警報検出
まで途中で充電することなしに放電した場合の放電電気
量の積算値を前記の警報検出時の容量残量値から決まる
値（例えばこの残量値が１０％なら１−０．１＝０．
９）で除した値を最新容量とすることで、電池の正確な
最新容量の更新が高頻度でできるようになる。

【００１６】

【実施例】以下本発明の表示装置の一実施例について図
面を参照しながらその詳細を説明する。

【００１７】図１は、本発明の一実施例の表示装置を示
すブロック構成図である。図１において、１は表示の対
象をなす２次電池、２は電流検出抵抗で２次電池１の負
極端に接続されている。３は充放電電流検出手段で電流
検出抵抗２の両端に発生する微少電圧を入力とする充電
電流検出用の演算増幅器３１と放電電流検出用の演算増
幅器３２とから構成されている。４は残量警報手段でこ
れは電池１の端子電圧と放電用の演算増幅器３２の信号
出力を入力とする。５は温度検出手段で電池１の周囲温
度を検出する。６は電気量算出手段で演算増幅器３１お
よび３２の出力と温度検出手段５の出力とを入力として
いる。７は充電完了検出手段で演算増幅器３１の信号出
力を入力としている。８は放電電気量積算手段で電気量
算出手段６の信号出力と充電完了検出手段７の信号出力
とを入力としている。９は容量記憶手段で残量警報手段
４の出力と充電完了検出手段７の出力と放電電気量積算
手段８の出力を入力とする。１０は電気量積算手段で電
気量算出手段６の出力と容量記憶手段９の信号出力、残
量警報手段４の信号出力および充電完了検出手段７の信
号出力を入力とする。１１は表示手段で電気量積算手段
１０の信号出力を入力とする。１２はマイコンで前記の
電気量算出手段６、充電完了検出手段７、放電電気量積
算手段８、容量記憶手段９および電気量積算手段１０に
相当する回路を構成している。１３は端子でこれには携
帯機器または充電器が接続される。

【００１８】以上のように構成された本発明の電池の容
量残量表示装置について、以下その動作を説明する。

【００１９】まず初めに充電時の動作であるが、基本的
に従来例の充電時の動作と同じであるので、その詳細な
説明は省略する。

【００２０】次に放電時の動作について説明する。端子
１３に携帯機器が接続され使用されると、２次電池１よ
り電流が供給され放電開始となる。これにより電流検出
抵抗２の両端には放電電流に比例した正の微少電圧（前
記電池１の負極をゼロ電位とした場合）が発生する。こ
の微少電圧は演算増幅器３２にて増幅されて電気量算出
手段６に出力される。電気量算出手段６では演算増幅器
３２より出力された放電電流値に所定時間を乗じて電気
量を算出し、更にこの電気量に放電電流の大きさと、温
度検出手段５より信号出力される温度情報とで決まる放
電効率を乗じて最終的な放電電気量とし、これを放電電
気量積算手段８および電気量積算手段１０へ信号出力す
る。

【００２１】放電電気量積算手段８は充電完了検出手段
７の信号出力がセット状態で電気量算出手段６の信号出
力が放電状態である場合にのみ前記の所定時間毎に放電
電気量の積算を行う。また充電完了検出手段７の信号出
力がリセット状態の場合には電気量算出手段６の信号出
力のいかんにかかわらず、放電電気量の積算をゼロにす
る。ここで残量警報手段４は放電の進行に伴う電池１の
電圧低下を監視しており、容量残量１０％のとき警報が
出力されるように設定されている。容量記憶手段９は充
電完了検出手段７の出力がセット状態で残量警報手段４
から充電後初めての警報が出力された場合に放電電気量
積算手段８の演算値を０．９で除した値を最新の電池容
量として記憶する。これは警報検出時の容量残量が１０
％であることから、充電完了状態から警報検出時まで途
中で充電することなしに放電した場合の放電電気量は全
容量の９０％に相当し、放電電気量積算手段８の積算値
を１−０．１＝０．９で除して最新容量とすることを意
味している。電気量積算手段１０では電気量算出手段６
より信号出力される放電電気量を前記の所定時間毎に減
算することで電気量の積算を行い、この電気量積算値の
容量記憶手段９の記憶値に対する割合により残量値を決
定するとともに、残量警報手段４から警報が出力された
場合には電気量積算値を容量残量値１０％に相当する値
に設定する。

【００２２】表示手段１１は電気量積算手段１０で決定
された残量情報に基づいて図３（ａ）に示すようにＬＣ
Ｄ表示器にて容量残量を段階的に表示するもので、表示
は放電の進行に伴って表示レベル（６）から（１）へと
順次移行する。

【００２３】つづいて待機時の動作について説明する。
待機時は充放電電流が流れていないため、演算増幅器３
１，３２の信号出力は共にゼロであり、電気量算出手段
６はこれを検出することで待機時の認識を行う。電気量
算出手段６では予め温度別に測定されている電池１の自
己放電電気量およびこの容量残量表示装置の消費電気量
の情報と、温度検出手段５より信号出力される温度情報
とから待機時の放電電気量を決定する。これ以降の動作
は前記放電時の動作と同じであるので、その詳細な説明
は省略する。

【００２４】図２は本実施例の電気量算出手段６、充電
完了検出手段７、放電電気量積算手段８、容量記憶手段
９および電気量積算手段１０を１チップのマイコン１２
で構成した場合のマイコン部分の制御フローチャートで
ある。図２の各ステップの動作は基本的に前記の動作説
明と同じであるので、その詳細な説明は省略する。

【００２５】図３（ｂ）は充放電時の電池電圧、充放電
電流および表示レベルの関係を示す特性図である。充電
によって表示レベルは（１）から（６）へと順次移行
し、充電完了により容量残量値は１００％にセットされ
る。一方放電時には表示レベルは（６）から（２）へ順
次移行し、残量警報信号の出力により容量残量値は１０
％にセットされ、その際表示レベルも（１）に移行する
ことを示している。

【００２６】図４は放電電流別の電池電圧と容量残量と
の関係を示す図である。放電電流が大きいほど電池電圧
は急速に低くなり、その低下曲線の傾斜は急になる。容
量残量１０％の時の電池電圧に注目すると、その電圧は
放電電流の大きさに比例して低下している。従って、前
記のように残量警報手段の検出電圧を放電電流の大きさ
に比例して下げる補正を行うことで、放電電流によらず
に所定の容量残量値例えば電池容量の１０％〜３０％程
度で警報信号を出力することができる。

【００２７】以上のように本実施例によれば、残量警報
手段４の警報出力時の容量残量を１０％に設定すること
で、実使用状態での警報出力頻度を高めることができる
とともに、容量記憶手段９では電池の充電完了から最初
の警報出力まで途中で充電することなしに放電した場合
の放電電気量積算値を０．９で除すことで電池の正確な
最新容量を得ることができる。そしてその結果として記
憶手段で電池の正確な最新容量の更新が高頻度で行える
ようになり、表示精度の高い残量表示装置とすることが
できる。

【００２８】

【発明の効果】以上のように本発明は、放電電流の大き
さによることなく、所定の容量残量値で警報出力を発す
る残量警報手段の検出電圧を、携帯機器の動作停止電圧
に対し充分余裕のある電池の容量残量１０％から３０％
程度に設定することで実際の電池の機器での使用状態に
おける警報出力頻度を高めることができるとともに、容
量記憶手段では電池の充電完了から最初の警報出力まで
途中で充電することなしに放電した場合の放電電気量積
算値を残量警報手段の警報出力時の残量値で決定される
数で除すことで正確な最新容量を得ることができ、結果
として電池の正確な最新容量の更新が高頻度で行え、表
示精度の高い容量残量表示装置を実現することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例における容量残量表示装置の
ブロック構成図

【図２】本発明の一実施例でのマイコン部の制御フロー
チャート

【図３】（ａ）容量残量と表示レベルとの関係を示す図 （ｂ）電池充放電時の電池電圧と充放電電流と表示レベ
ルとの関係を示す図

【図４】放電電流別の電池電圧と容量残量との関係を示
す特性図

【図５】従来例の表示装置を示すブロック構成図

【符号の説明】

１ ２次電池 ２ 電流検出抵抗 ３ 充放電電流検出手段 ４ 残量警報手段 ５ 温度検出手段 ６ 電気量算出手段 ７ 充電完了検出手段 ８ 放電電気量積算手段 ９ 容量記憶手段 １０ 電気量積算手段 １１ 表示手段 １２ マイコン １３ 端子 １４ 電圧低下検出手段

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】２次電池の充放電電流を微少電圧に変換す
   る電流検出抵抗と、前記電流検出抵抗の両端に発生する
   微少電圧を充電用演算増幅器および放電用演算増幅器に
   てそれぞれ増幅してその結果をそれぞれ信号出力する充
   放電電流検出手段と、 ２次電池の電圧と前記充放電電流検出手段の放電電流出
   力を入力とし放電電流の増加に比例して電池電圧の低下
   検出値を下げる補正を行うことで放電電流の値によらず
   所定の容量残量値で警報を出力する残量警報手段と、 ２次電池の温度を検出してその結果を信号出力する温度
   検出手段と、 前記充放電電流検出手段の充電電流出力および放電電流
   出力と前記温度検出手段の信号出力を入力として充電か
   放電か待機かの状態判定を行うとともにその際の電気量
   を算出する電気量算出手段と、 ２次電池の充電完了を検出することで信号出力をセット
   し充電の開始により信号出力をリセットする充電完了検
   出手段と、 前記充電完了検出手段の信号出力がセット状態で前記電
   気量算出手段の信号出力が放電状態である場合には所定
   の時間毎に放電電気量の積算を行い、前記充電完了検出
   手段の出力がリセット状態の場合には前記電気量算出手
   段の信号出力のいかんにかかわらず積算値をゼロにする
   放電電気量積算手段と、 前記充電完了検出手段の信号出力がセット状態で前記残
   量警報手段より充電後初めて警報が出力された際に前記
   放電電気量積算手段の積算値を前記残量警報手段の所定
   の容量残量値により決まる数（前記所定の容量残量値が
   １０％である場合は１−０．１＝０．９）で除した値を
   最新の電池容量として記憶する容量記憶手段と、 前記所定の時間毎に前記電気量算出手段の信号出力が充
   電電気量の場合は加算し、放電電気量の場合は減算する
   ことで電気量の積算を行って前記容量記憶手段の記憶値
   に対する割合により残量値を決定するとともに、前記残
   量警報手段より充電後初めての警報が出力された際に電
   気量積算値を前記所定の容量残量値に相当する値に設定
   し、充電により前記充電完了検出手段の信号出力がセッ
   ト状態となった際は電気量積算値を残量１００％に相当
   する値に設定する電気量積算手段と、 前記電気量積算手段で決定された容量残量値に基づき容
   量の残量を段階的に表示する手段とを備えた電池残量表
   示装置。
2. 【請求項２】電気量算出手段が、充電か放電か待機かの
   状態判定を行い、充電または放電の場合は充電電流出力
   値または放電電流出力値に所定の時間を乗じて電気量を
   算出するとともに、充電電流出力値または放電電流出力
   値と電池温度により決まる充電効率または放電効率を前
   記電気量に乗じて最終的な電気量とし、待機の場合は予
   め温度別に与えられている前記２次電池の自己放電電気
   量とこの装置の消費電気量のデータの中から温度に見合
   ったデータを選択して電気量とする構成からなる請求項
   １記載の電池の容量残量表示装置。