JP3013316B2

JP3013316B2 - 充電式電気機器

Info

Publication number: JP3013316B2
Application number: JP2204691A
Authority: JP
Inventors: 敏治大橋
Original assignee: Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 1990-08-01
Filing date: 1990-08-01
Publication date: 2000-02-28
Anticipated expiration: 2015-02-28
Also published as: JPH0495364A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、電池パックを機器本体に着脱可能に装着す
る電動工具やビデオカメラ等の充電式電気機器であっ
て、電池の残容量を表示する残容量表示装置を備えたも
のに関する。

〔従来の技術〕従来、充電可能な電池を、機器本体内に収容した電気
かみそり等の充電式電気機器に、電池の残容量表示装置
を設けたものが提供されている。この残容量表示装置
は、電池が充電及び放電される時に、電池に入出する電
流量のデータから残容量を演算する残容量演算回路と、
残容量を表示する表示部とからなる。

係る充電式電気機器にあっては、電池が機器本体に着
脱不能に収容されているため、電池と残容量演算回路と
は分離できないようになっており、従って充放電により
電池に入出される電流量のデータは、残容量演算回路に
常時取り込まれるため、充電によって電池に入れられる
電流量を加算し、放電によって電池から取り出される電
流量を減算することにより、電池の残容量を正確に演算
できるものである。

ところで、充電式電気機器には、上記のように電池を
機器本体内に着脱不能に収容したものの他に、充電可能
な電池をハウジングに収納してなる電池パックを、機器
本体に着脱可能に装着するようにしたものがあり、この
ものの機器本体に電池の残容量表示装置を設けたものも
提供されている。

このように、電池パックを機器本体に着脱可能とした
ものにあっては、電池の放電は電池パックを機器本体に
装着した状態で行われ、また電池の充電は電池パックを
機器本体から取り外して、機器本体とは別の充電器に装
着した状態で行われる。従って、電池から放電される電
流量のデータは、機器本体に設けた残容量演算回路に取
り込まれるが、電池の充電は別の充電器にて行われるた
め、電池に充電される電流量のデータは、残容量演算回
路に取り込むことができないものである。

そのため、係る残容量表示装置は、電池パックを機器
本体に装着した時に、電池パックの電池電圧を検出し、
この電池電圧から求まる電池の初期残容量を残容量演算
回路に記憶し、この初期残容量より電池から放電された
電流量を減算することによって、電池の残容量を演算す
るようにしてある。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、電池電圧から初期残容量を求める場合
は、電池電圧と電池の残容量との対応関係が完全な線形
ではないため、初期残容量を正確に求めることが困難で
あるという問題がある。特に、電池がNi−Cd電池である
場合は、電池電圧が残容量の変化に依らず略一定の電圧
を保持する特性があるため、電池電圧から初期残容量を
求めた場合は、誤差が非常に大きくなって、残容量を正
確に演算できないという問題がある。

本発明はかかる問題点に鑑みて成したもので、その目
的とするところは、電池パックを機器本体に着脱自在と
した充電式電気機器において、残容量を正確に演算でき
るようにすることにある。

〔課題を解決するための手段〕

係る課題を解決するために、請求項・記載の充電式電
気機器は、電池の残容量演算回路と、該残容量演算回路
の残容量データに基づいて充電制御信号を出力する充電
制御信号出力回路と、前記充電制御信号出力回路に接続
されており電池パックを装着充電する充電器に電池パッ
クを装着した時に充電器の充電回路に接続される制御信
号端子とを電池パックに設け、充電器に電池パックを装
着充電中に、充電回路が前記充電制御信号出力回路から
の充電制御信号出力を得た時に充電を完了するようにし
ている。

請求項（２）記載の充電式電気機器は、残容量演算回
路を、電池パックのハウジングに着脱可能なケースに収
納し、電気接続用の接続端子を、該ケース及び電池パッ
クのハウジングに設けている。

請求項・の充電式電気機器は、残容量演算回路から残
容量データが入力されて残容量を表示する表示部を機器
本体又は電池パックに設けている。

〔作用〕

請求項（１）及び（２）記載の充電式電気機器にあっ
ては、残容量演算回路を電池パックに設けたことによ
り、電池に充電される電流量及び電池から放電される電
流量のデータは、残容量演算回路に常時取り込まれるた
め、残容量を正確に演算できる。

更に、残容量演算回路の残容量データに基づいて充電
制御信号を出力する充電制御信号出力回路と、前記充電
制御信号出力回路に接続されており、充電器に電池パッ
クを装着した時に充電器の充電回路に接続される制御信
号端子とを電池パックに設けたため、電池の残容量デー
タに基づいて充電器の充電動作を制御することができ
る。

また、請求項（２）記載の充電式電気機器にあって
は、残容量演算回路を電池パックのハウジングに着脱可
能なケースに収納したため、残容量演算回路のみを電池
パックから取り外すことができる。

また、請求項・記載の充電式電気機器にあっては、充
電制御の用に供した残容量データで電池の残容量を表示
することができる。

〔実施例〕

以下、本発明の第１の実施例を図面第１図乃至第４図
に基づいて説明する。第１図は、本発明の概要を示すも
ので、１は、電池パックであって、第３図に示すように、複
数（本実施例では６本）の電池２を直列に接続し、かつ
各電池２を一体に組み合わせたものを、ハウジング３内
に収納してなる。該電池２は、例えば充電可能なNi−Cd
電池である。4,5は、正負の端子であり、直列接続され
た複数の電池２の正極及び負極にそれぞれ接続されてい
る。該端子4,5は、合成樹脂成型品でできた絶縁性の端
子台６に取り付けられている。７は、回路基板であり、
後述する電流検出回路８や残容量演算回路９等の回路部
品が装填されている。更に10は、後述する残容量の表示
部であり、LEDや液晶表示体で形成された表示パネル11
を備えている。

これら端子4,5、回路基板７及び表示部10が、電池２
とともにハウジング３内に収納されて、電池パック１が
組み立てられる。この時、正負の端子4,5は、ハウジン
グ３の上部外面に形成された開口部から外部に露出さ
れ、また表示部10の表示パネル11は、ハウジング３の下
部外面に形成された開口部から外部に露出される。

電池パック１は、その筒状に突出したハウジング３の
上部が、モータ等の負荷を備えた機器本体（図示せず）
に形成された凹部に抜き差しされて、機器本体に着脱可
能に装着される。電池パック１を機器本体に保持するた
めの係止体13,13は、ハウジング３の下部の両側面に設
けられている。

第１図は、ハウジング３内に収納される回路基板７に
装填された回路ブロックを示すものである。８は、電流
検出回路であり、電池２と正の端子４の間に直列に接続
されている。該電流検出回路８は、電流検出抵抗からな
り、電池２へ充電される、あるいは電池２から放電され
る電流に応じた電圧を発生させる。９は、残容量演算回
路で、記憶手段と演算手段とを兼ねたマイクロコンピュ
ータからなり、電池２に並列接続されて、電池２から電
源が供給されている。該残容量演算回路９は、電流検出
回路８で発生した電圧をA/D変換して、電池２に入出さ
れる電流量のデータとして取り込み、この電流量のデー
タから、電流量の時間積を求め、充電時はこの時間積を
加算し、放電時は減算して、電池２への電流量の入出量
を求めることにより、電池２の残容量を演算する。表示
部10は、残容量演算回路９で演算した残容量のデータが
入力されて、表示パネル11の複数のレベル部12を、残容
量に応じた個数だけ点灯させることによって残容量を表
示する。これら残容量演算回路９及び表示部10は、残容
量表示装置を構成している。

以上のように構成された充電式電気機器は、電池パッ
ク１を機器本体に装着すると、電池パック１の正負の端
子4,5が、機器本体内の負荷に接続されている電源端子
に接触し、電池パック１から負荷に電流が供給可能とな
る。また、電池パック１を機器本体から取り外して、そ
の筒状に突出したハウジング３の上部を、充電器に形成
された凹部に差し込んで装着すると、正負の端子4,5が
充電器内の充電回路に接続されている充電端子に接触
し、充電回路から電池パック１内の電池２に充電電流が
供給される。

電池パック１を充電器に装着して、電池２を充電した
時は、充電電流の大きさに応じた電圧が、電流検出回路
８に発生し、残容量演算回路９にてこの電圧をA/D変換
し、該電圧の時間積を所定のサンプリング周期毎に演算
し、該時間積を順次加算することにより、電池２に充電
される電流量を演算する。残容量演算回路９は、充電回
路の充電電流の出力が停止するか、電池パック１が充電
器から抜き取られるまで、以上の処理を継続する。

電池パック１を機器本体に装着し、電池パック１と負
荷との間に接続された電源スイッチを閉じて、電池２か
ら負荷に電流を供給した時は、電池２からの放電電流の
大きさに応じた電圧が、電流検出回路８に発生し、残容
量演算回路９にてこの電圧をA/D変換し、該電圧の時間
積を所定のサンプリング周期毎に演算し、該時間積を先
に演算した電流量のデータから順次減算していく。残容
量演算回路９は、電源スイッチが開かれるまで以上の処
理を継続して、電池２の残容量を演算する。

以上のようにして残容量演算回路８で演算された残容
量のデータは、表示部10に入力されて、残容量が表示さ
れる。

なお、本実施例では、電池２からマイクロコンピュー
タからなる残容量演算回路９へ、電源を供給しているの
で、残容量演算回路９のための電源を特別に必要とせ
ず、構造を簡素化できているが、その反面、次のような
問題を生じるおそれがある。すなわち、機器本体の負荷
がモータである場合に、電池２の残容量が少なくなった
時に、前記モータに過負荷が加えられてモータがロック
すると、電池電圧が急激に低下して、残容量演算回路９
を構成するマイクロコンピュータの電源電圧を確保でき
なくなることがある。そうすると、マイクロコンピュー
タがリセットされて、記憶されている残容量のデータが
リセットされてしまうため、次にモータロックが解除さ
れて、電池電圧が上昇し、マイクロコンピュータがリセ
ットスタートした時、実際はまだ容量が残っているにも
かかわらず、マイクロコンピュータに記憶されている残
容量のデータは零となっているため、表示部10に残容量
が零と表示されてしまうものである。

係る問題点を解決するためには、電池２とは別にスペ
ア電池を設けて、このスペア電池から残容量演算回路９
に電源供給するようにするのが望ましく、その場合、電
池２を充電する時に、同時にスペア電池も充電されるよ
うにしておく。

以上のように構成した場合は、残容量演算回路９の電
源は、モータロックによって電池２の電圧が低下した場
合でも確保されるため、残容量のデータがリセットされ
るということを防止でき、残容量表示の信頼性を確保す
ることができる。

本発明の充電式電気機器は、第４図に示すように、第
１図の構成のものに充電制御信号出力回路14を付加した
点に特徴を有している。該充電制御信号出力回路14は、
残容量演算回路９に接続されて、残容量のデータが入力
され、この残容量のデータを予め記憶してある電池２の
定格容量と比較し、残容量が定格容量に達した時に、充
電制御信号を制御信号出力端子15に出力する。該制御信
号端子15は、電池パック１を充電器に装着した時、充電
器の充電回路に接続されている信号入力端子に接触す
る。

なお、残容量演算回路９と充電制御信号出力回路14と
は、一つのマイクロコンピュータで構成することが可能
である。

以上の構成によって、電池パック１を充電器に装着し
て、電池２を充電した時、電池２の残容量が定格容量に
達すると、充電制御信号出力回路14が充電制御信号を出
力し、この充電制御信号は、電池パック１の信号出力端
子15及び充電器の信号入力端子を介して充電回路に入力
され、これによって充電回路は充電電流の出力を停止、
又は充電電流を細流電流に低下させるよう制御されて、
充電を完了する。

以上のように、充電回路は、電池２の残容量が定格容
量と等しくなった時に、充電を完了するので、電池２が
充電不足となったり過充電されることがないものであ
る。また、電池２の残容量から充電完了を判断している
ので、電池電圧や電池温度から充電完了を判断する他の
充電制御手段のように、温度の影響を受けないため、温
度補償のための構成を必要とせず、従って構造を簡素化
できる。

第５図に示す例は、第４図に示したものに、更に過電
流検出回路16を付加したものである。該過電流検出回路
16は、電流検出回路８に接続されて、電池２の充放電電
流の大きさに応じた電圧が入力され、この電圧を予め設
定してある過電流値に対応する電圧と比較する。電池の
充放電電流が、予め設定してある過電流値以上であり、
且つこの過電流値以上の電流が所定時間継続した時に、
過電流検出回路16は、遮断信号を遮断信号出力端子17に
出力する。該遮断信号出力端子17は、電池パック１を充
電器又は機器本体に装着した時、充電器又は機器本体の
遮断信号入力端子に接触する。充電器の遮断信号入力端
子は、充電回路に接続されており、また機器本体の遮断
信号入力端子は、負荷に接続された保護回路に接続され
ている。

以上の構成によって、機器本体の負荷がモータである
場合に、電池パック１を機器本体に装着した時、モータ
に過負荷がかかってモータがロックすると、電池２の放
電電流が大きくなって、過電流が流れるが、この時、過
電流検出回路16は遮断信号を出力し、この遮断信号は、
電池パック１の遮断信号出力端子17及び機器本体の遮断
信号入力端子を介して、モータに接続された保護回路に
入力されて、保護回路が作動し、モータへの通電を遮断
する。また、電池パック１内の電池２が短絡している場
合に、電池パック１を充電器に装着して電池２を充電し
た時、電池２に過電流が流れ込むが、この時、過電流検
出回路16は遮断信号を出力し、この遮断信号は、電池パ
ック１の遮断信号出力端子17及び充電器の遮断信号入力
端子を介して、充電回路に入力されて、充電回路は充電
電流の出力を停止する。

以上のように、負荷に過電流が流れたり、電池２に過
電流が流れ込んだ時は、電流が遮断されるため、負荷及
び電池２が過電流で破損されるということが防止され
る。

第６図に示す例は、第５図に示したものに、更に遮断
スイッチ18を付加したものである。該遮断スイッチ18
は、充電制御信号出力回路14の制御信号、及び過電流検
出回路16の遮断信号が入力された時に開かれるものであ
って、トランジスタやリレーで構成されている。遮断ス
イッチ18は、電池２に直列に接続されている。

以上の構成によって、電池パック１を充電器に装着し
て電池２を充電した時、電池２の残容量が定格容量に達
すると、充電制御信号出力回路14が充電制御信号を出力
するため、遮断スイッチ18が開かれて、電池２への充電
電流が遮断され、充電が完了する。また、電池パック１
を機器本体に装着した時に、負荷に過電流が流れたり、
電池パック１を充電器に装着して、電池２を充電した時
に、電池２に過電流が流れ込むと、過電流検出回路16が
遮断信号を出力するため、遮断スイッチ18が開かれて、
電流が遮断される。

以上のように、電池２の充電が完了した時の充電制
御、及び過電流の保護を遮断スイッチ18のみで行なえる
ため、充電器及び機器本体の構造を簡素化できる。

次に、本発明の第２の実施例を、第７図及び第８図に
基づいて説明する。なお、第１の実施例と同一の部材に
は、図面に同一の符号を付して説明を省略する。

本実施例では、残容量演算回路９及び表示部10を、電
池パック１のハウジング３に着脱可能な別のケース20に
収納している。該ケース20は、第８図に示すように、そ
の周側面が電池パック１のハウジング３の周側面と同一
形状に形成されており、表示部10の表示パネル11を側面
に露出させている。周知の係脱自在な係合手段が、電池
パック１のハウジング３の底面、及びケース20の上面に
設けられており、これによってケース20は、電池パック
１のハウジング３の底面に着脱可能に取り付けられるよ
うになっている。

電池パック１のハウジング３は、電気接続用の接続端
子21a,21b,21cを底面に備えており、これらの接続端子
のうち第１の接続端子21aは、電流検出回路８に、第２
及び第３の接続端子21b,21cは、電池２の正極及び負極
にそれぞれ接続されている。これと同様に、ケース20も
電気接続用の接続端子22a,22b,22cを上面に備えてお
り、これらの接続端子のうち、第１の接続端子22aは、
残容量演算回路９に、第２及び第３の接続端子22b,22c
は、残容量演算回路９及び表示部10に接続されている。

以上の構成によって、ケース20を電池パック１のハウ
ジング３に取り付けると、各接続端子21a,21b,21c及び2
2a,22b,22cが接触して、電流検出回路８と残容量演算回
路９とが接続され、また電池２と残容量演算回路９及び
表示部10とが接続される。以下、残容量演算回路９にお
いて、上記の第１の実施例と同一の処理が実行されて、
電池２の残容量が演算され、残容量が表示部10に表示さ
れる。

ケース20は、電池パック１のハウジング３に着脱可能
であることから、ケース20を電池パック１のハウジング
３から取り外して、別の電池パック１のハウジング３に
取り付けることができる。従って、電池パック１の電池
２が、過充電や漏液等で破損したり、寿命に達した時
に、残容量演算回路９及び表示部10を収納しているケー
ス20を、破損した電池パック１のハウジング３から取り
外して、新しい電池パック１のハウジング３に付け変え
ることができる。これによって、電池２が破損した時
は、消耗品である電池２のみを交換して、高価なマイク
ロコンピュータからなる残容量演算回路９、及び液晶表
示体等からなる表示部10は繰り返し使用できるため、経
済的である。

以上の各実施例では、表示部10を電池パック１に設け
ているが、機器本体に設けてもよい。但し、この場合
は、残容量演算回路９からの残容量のデータを、機器本
体の表示部10に出力するために、残容量のデータの入出
力用の端子を、電池パック１及び機器本体に設けておく
必要がある。

〔発明の効果〕

本発明の充電式電気機器は、上記のように構成したか
ら、以下の効果を奏する。

請求項（１）のものは、電池の残容量演算回路を電池
パックに設け、残容量を表示する表示部を機器本体又は
電池パックに設けたことにより、残容量演算回路は、電
池パックの電池に入出される電流量を常時検出すること
ができるため、電池の残容量を正確に演算することがで
きる。

更に、残容量演算回路の残容量データに基づいて充電
制御信号を出力する充電制御信号出力回路と、前記充電
制御信号出力回路に接続されており、充電器に電池パッ
クを装着した時に充電器の充電回路に接続される制御信
号端子とを電池パックに設けたことにより、電池の残容
量データに基づいて充電器の充電動作を制御することが
できることから、電池電圧や電池温度に基づいて充電動
作を制御する他の充電制御手段のように温度の影響を受
けないため、温度補償のための構成を必要とせず、構造
を簡素化できる。

請求項（２）記載のものは、残容量演算回路を、電池
パックのハウジングに着脱可能なケースに収納し、電気
接続用の接続端子を、該ケース及び電池パックのハウジ
ングに設けたことにより、上記の効果の他に、電池が破
損した時は、消耗品である電池のみを交換し、残容量演
算回路は繰り返し使用できるため、経済的であるという
効果を奏する。

請求項・記載のものは、充電制御の用に供した残容量
データで電池の残容量を表示することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の概要を示すブロック回路図、第２図は、その電池パックの外観斜視図、第３図は、電池パックの内部構造を示す斜視図、第４図は、第１の実施例のブロック回路図、第５図は、第１の実施例の変形例のブロック回路図、第６図は、他の変形例のブロック回路図、第７図は、本発明の第２の実施例のブロック回路図、第８図は、その電池パックの外観斜視図である。１……電池パック、２……電池、３……ハウジング、 4,5……正負の端子、９……残容量演算回路、 10……表示部、 20……ケース、 21a,21b,21c,22a,22b,22c……接続端子。

フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01M 10/42 - 10/48 G01R 31/36 H02J 7/00 - 7/12 H02J 7/34 - 7/36

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】充電可能な電池をハウジングに収納し、該
電池に接続した正負の端子をハウジングの外面に設けて
成る電池パックと、該電池パックが着脱可能に装着さ
れ、電池から給電される負荷を備えた機器本体と、から
なる充電式電気機器において、前記電池の充放電により電池に入出される電流量のデー
タから電池の残容量を演算する残容量演算回路と、該残
容量演算回路の残容量データに基づいて充電制御信号を
出力する充電制御信号出力回路と、前記充電制御信号出
力回路に接続されており電池パックを装着充電する充電
器に電池パックを装着した時に充電器の充電回路に接続
される制御信号端子とを電池パックに設け、充電器に電
池パックを装着充電中に、充電回路が前記充電制御信号
出力回路からの充電制御信号出力を得た時に充電を完了
することを特徴とする充電式電気機器。
【請求項２】残容量演算回路を、電池パックのハウジン
グに着脱可能なケースに収納し、電気接続用の接続端子
を、該ケース及び電池パックのハウジングに設けてなる
請求項１記載の充電式電気機器。
【請求項３】残容量演算回路から残容量データが入力さ
れて残容量を表示する表示部を機器本体又は電池パック
に設けてなる請求項１記載の充電式電気機器。