JPH04172279A - 電池容量表示回路 - Google Patents

電池容量表示回路

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JPH04172279A
JPH04172279A JP2340073A JP34007383A JPH04172279A JP H04172279 A JPH04172279 A JP H04172279A JP 2340073 A JP2340073 A JP 2340073A JP 34007383 A JP34007383 A JP 34007383A JP H04172279 A JPH04172279 A JP H04172279A
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JP
Japan
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battery
charging
display
time
section
Prior art date
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JP2340073A
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English (en)
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Masaji Aoi
正司 青井
Junzo Murata
村田 順造
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Kyushu Hitachi Maxell Ltd
Maxell Ltd
Original Assignee
Kyushu Hitachi Maxell Ltd
Hitachi Maxell Ltd
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Publication date
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Priority to JP2340073A priority patent/JPH04172279A/ja
Priority to JP62083388A priority patent/JPH0614768B2/ja
Priority to JP2300199A priority patent/JPH0732541B2/ja
Priority to JP2340074A priority patent/JP2665694B2/ja
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    • Y02E60/12

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  • Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)
  • Audible And Visible Signals (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] この発明は、二次電池の現在容Hに対応した表示を可能
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、容量表示をすべき電池と
は別に回路駆動専用の電源を備え、この別電源を使用し
て電池容量の算出あるいは表示動作を行わせるものが開
示されている(例えば、特開昭56−94934号公報
参照)。
[発明が解決しようとする課題] しかしながら上記した表示回路にあっては、検知すべき
電池の有無にかかわらず表示を行うため、ともすると間
違った表示をしているのに気がつかずにそのまま表示の
開始をしてしまったり、回路駆動用の電源の異常さえも
知らずに表示を行うなど、多くの問題があった。
本発明者らは上記した問題に関して考察を行った結果、
検知すべき電池それ自体で表示回路の駆動を行うことに
より、上記した問題を一挙に解消できることを知見した
本発明はかかる知見に基づいてなされたものであって、
電池容量の誤検出あるいは誤表示が未然に防止できる電
池容量の表示回路を提供することを目的とする。
本発明は更に、特別な電源を備えることなく、任意の駆
動電圧に対応できる電池容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] 本発明にかかる電池容量表示回路は、第1図にその概略
的な構成を示す如く、複数回の充放電を可能とする電池
6と、該電池6の残容量を演算を利用して検出可能とす
る手段と、該検出手段の演算結果に対応して、残容量を
複数段階で表示する表示体46とを備えている。
本発明は、上記した残容量検出手段に対し、残容量の検
出対象とする電池6から駆動電力を供給することを特徴
とする。
上記した残容量検出手段に供給される電圧は、電池6の
端子電圧をDC−DCコンバータ17を介して変圧した
ものとすることができる。
「作用」 上記した構成において、残容量検出手段では、例えば電
池6に対する給電時期を規制する充電手段あるいは負荷
への通電時期を規制するスイッチの作動時間に対応して
数値を積算するなどして電池6の現在容量を演算し、該
演算結果に対応した表示を表示体46で行う。
ここで、前記した残容量検出手段は、現在容量を検出す
べき対象となっている電池6から駆動電力が供給される
様に構成されているので、電池6の装着を忘れていたり
、電池容量が正常な動作を可能とする最低限を下回って
いる場合には、残容量検出手段それ自体が作動せず、電
池容量が十分あるという表示が誤ってなされるのが、未
然に防止されるのである。
[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、デープワインダ、懐中電灯
など、各種電池式の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・カドミラ11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500 m A h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・fツチング部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、[lに接続されて充電が開始される様にしている
電池60両端は、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60両端は本体ケ
ース2の正面中央に配したメインスイ・ソチ13を介し
てモータ5の両端に繋がれおり、メインス、イッチ13
のオンオフ操作と連動して電池6がらモータ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量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以下に下が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、族11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2】にリセット信号rを送って、該記憶部21のカウ
ント値を初期値である「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Nmに比例した値が絶えず記憶部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
ルス切換部27で選択的に分局部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O”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2
5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1/2′″、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ビツトが°゛1”となった時点、すなわち
パルスを240カウントした時に満充電の表示がなされ
、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= 2.8X 10’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盲は、 P+ = 2.8X 20’/ (255X 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H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■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、負荷電流量の増加は満
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、実験あるいは計算で、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局部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■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
J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3
4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が
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すを発生する単安定
マルチバーイブレータ4o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す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を発生ずる(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すによりカウンタ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
パルス輻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「15」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r255J
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= 38X 60./ (10x 64
x 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が分周部28を介して記憶
部2】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カ月かかつて充[ffi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力
月が5.2X 10’秒であるから、P3= 5.2X
 10’/ (255X 1024)= 20 [5e
cl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」、すなわらモータ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@
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ビツトをデータ
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/h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
表示可能とじたものであって、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4f
ll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
から2時間毎に1つずつ、最小容量に対応するAll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ビツトが全部”l”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ビツ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の充電時期規制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t@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2]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.OVを下回っていることがステップ10
3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1+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紅過後に表示部22の出力は
切れ、スイッチング部12が開路して11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、■V以上あ
ることがステップ108で判断されると、ステップ11
0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・6行われていない
と判断されると、放電時より十分低い側台で記憶部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11
2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3]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lの値を検出しくステッ
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i*m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¥R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109でカウント値を強制的にリセットして(
時刻tv)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、分周部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290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、別に電池チエツ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、所定期間毎
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、残容量を表示すべき電池6それ自
体を利用して、該電池6の残容量を演算して検出する手
段に給電する様に構成したので、駆動用電源の異常を検
知するための手段を別に備えることなく、電池6それ自
体が本体ケース内に装備することを忘れた場合は勿論、
電池6が消耗して演算手段が正常に動作する容量に達す
るまでは演算動作は行われず、電池容量の誤検出あるい
は誤表示が容易に防止できる。
更に、電池6と検出手段との間にDC−DCコンバータ
17を介在させることにより、別にそのだめの電源を備
えることなく、L、 S 1回路や1チツプマイコン回
路などの様に駆動電圧が亮いものに対しても対応でき、
回路構成の簡略化が図れる。
【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)ないしく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、 17・・・DC−DCコンバータ、 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。 発  明  者   青  井   正  用量   
   村  1)  順  造第4図 第5図 回  転  数 n

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、電池(6)と、 該電池(6)の残容量を演算により検出する手段と、 該検出手段の演算結果に対応して、残容量を複数段階で
    表示する表示体(46)とを備え、上記した残容量検出
    手段に対し、検出対象の電池(6)から回路駆動用電力
    を供給することを特徴とする電池容量表示回路。 2、上記した残容量検出手段に供給される回路駆動用の
    電圧は、電池(6)の端子電圧をDC−DCコンバータ
    (17)で変圧したものである特許請求の範囲第1項記
    載の電池容量表示回路。
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