JPH04172926A - 電池容量表示回路 - Google Patents

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の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の充電時期に対応した表示
を行う表示体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り側へと表示位置を
移行させるとともに、最大容量表示りを表示後、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り側へと移行させ
る。

ここで、最大容量表示り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
量表示り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、デープワ・インク、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ｙ　−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１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１］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、を池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、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鳳を介し
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Ｉの
現在値を表示可能としている。

すなわち、この種の二次１池６は通常、端子電圧が１．
０Ｖ以下に下がって完全に容隈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２ｊ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ｈ１
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伝に対応した可変
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フ
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ＩＩ　ＯＩ
Ｉ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ｕ　１　＋＋の場合は自己放電パ
ルス発生器２５が選択されて、ｈ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　Ｉ８、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ずなわら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力・クントした
時に満充電の表示りがなされ、更に２５５個目のパルス
をカウントし終λると充電を停止する様にするには、８
時間＝２．８Ｘ１．Ｏ’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！
は、 ｈ　＝　２．８Ｘ　ｌｏ’、／　（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、毛屑の堆積などが原因し７
てトルク１゛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
■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
主流ｒの増減が間接的に判る。また、負荷電流Ｉの墳加
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および干−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の回転数口
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３］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■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“ζいくことにより、負荷電流
■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、語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中の力１クント数の大小を判別
づる回転数判定部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すを発生する単安定
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０を微分回路４
１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′？ｉｄ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、該惟安定マルチバイブ
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、　［０〜１５Ｊ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／１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Ｔ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２］のアップダウンカウンタで充電期間中
に８時間力Ｎ　Ｇノてカウントした総カウント値のｒ２
５５Ｊ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ｒ□、となる様に
、放電パルスし一−トＰ２を設定すればよい。かかるパ
ルスレートＰ？は、Ｐ２＝　３８Ｘ　６０／　（ｌｏｘ
　６４ｘ　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汀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、註パルス発生器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カ月かかつて充ｆｔＵ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］０’秒であるから、ｈ　＝　５．２ｘ　１
０６／　（２５５ｘ　１０２４）　＝　２０　［ｓｃｃ
］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」、すなわち千−夕５の回転が停止した時に１“ｂＥ
号を出力させる。かかるゼロ信号ｆはパルス切換部２７
に人力され、前記した充電時期信号Ｓの′Ｏ”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
Ｏ“となって、表示駆動部４５へ人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、充電開始から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ビツト
が全部”１パに揃うと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。

時刻り日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２Ｌ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１．０■を越えた
ことが判断されるとはじめて、かかる時点Ｌ１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Ｌ＋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１１−される。

時刻Ｌ２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１
Ｖ以Ｆ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、　１７以上ある
ことがステップ１０８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、放電時よりモチ低い割合で記憶部２１内の
記憶値を減算し、機器不使用性の電力消費量を補正する
（ステップ１］】）。それと同時に、ステップ］１２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■の値を検出しくステッ
プ１１３〜［］５）、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１ｉＢ−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１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１０９でカウント値を強制的にリセットして（時
刻１１）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■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ｉ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、最大容量表示りを行ったのらも、
この最大容量表示Ｉ）どとも（こ介電時期表小体１０に
よる充電時期表示を継続し、満充電の表しｊ、後の所定
期間が紅過したのらに充電時間表示体１〔３の表示を停
止するＪどにより、ヂら電「１期表示ど残容量表示とが
相俟−っＣ１充電の真の終了時期を誤認覆ることなく充
電操作の絆ｒを行うことができる利点を右する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の基本的な給酸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ぞりの斜
視図、第３図は電気回路の構成を示すブロック図、第４
図ばモータ回転数と１１荷電流の関係を示すグラフ、第
５図はモータ同転数と駆動可能時間どの関係を示すグラ
フ、第６図（ａ）ないＬ　（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
池端子電圧ど記憶部の記憶値どの関係を示１−説明図で
ある。 ５　・　・　・　・千−夕、 ６・　・　・　・電池、 １１・・・充電回路、 １５・・・バルスイＪ１シ］−発′１一部、１（３・・
・充電時間表示体、 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、 ３］、・・・モータ同転数検出部、 ４６・・・残容量表示体。 発　　明　　者　　　青　　井　　　正　　１層−１同
　　　　　　村　　１）　　順　　造第１図 ６電池 第４図 負荷電流Ｉ− 第５図 回　　転　　以　ｎ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、電池（６）の充電時期に対応した表示を行う表示体
   （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。