JPH04357480A - 二次電池の残存容量検出装置 - 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】

【０００１】［発明の目的］

【０００２】

【産業上の利用分野】本発明は、充電回路による充電と
、負荷による放電とが繰り返し行われる二次電池の残存
容量を正確に検出する二次電池の残存容量検出装置に関
するものである。

【０００３】

【従来の技術】従来、充電を行うことによって繰り返し
使用可能な電池（以下、単に二次電池という）の残存容
量を検出する種々の二次電池の残存容量検出装置が提案
されている。このような電池に対して複数の負荷を並列
に接続して各負荷を駆動する場合がある。このとき流れ
る負荷電流は各負荷に応じて異なる。電池の残存容量が
少なくなると、充電回路を用いて充電することになる。 充電回路からの充電電流及び前記予想される各負荷の負
荷電流を一義的に決定して電池の残存容量を検出する。 即ち、電池が充電状態であるか放電状態であるかに応じ
て計数回路の計数方向を切り替えると共に、放電状態で
ある場合には駆動される負荷の違いに応じて計数回路の
分周比、又は発振回路の発振周波数を切り替えて計数回
路の計数動作を変化させる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
検出装置は充電電流又は負荷電流を直接検出することな
く、充電電流及び各負荷の負荷電流を一義的に決定し、
負荷の違いに応じて計数回路の分周比、又は発振回路の
発振周波数を切り替えて計数回路の計数動作を変化させ
るものであり、各負荷の負荷電流等が変動する場合には
誤差を生じ、正確に電池の残存容量を検出することがで
きなかった。

【０００５】本発明は、上記課題に鑑みてなされたもの
で、負荷電流等が変動する場合であっても、正確に電池
の残存容量を検出することのできる二次電池の残存容量
検出装置を提供することを目的とする。

【０００６】［発明の構成］

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
本願第１の発明は、充電又は放電によって流れる電流に
対応する絶対値を出力する検出手段と、この検出手段で
検出された絶対値に応じた周波数の信号を出力する発振
回路と、この発振回路の出力周波数を基に加算方向若し
くは減算方向に計数する計数手段と、この計数手段の計
数方向を充電状態にあるときと放電状態にあるときとで
切り替える切替手段とを有することを要旨とする。

【０００８】また、本願第２の発明は、さらに二次電池
の充電、放電状態に応じて順次計数され、検出される二
次電池の残存容量を表示する表示手段を有することを要
旨とする。

【０００９】

【作用】本発明は、検出手段から充電又は放電によって
流れる充電電流又は放電電流の電流値と対応する絶対値
が出力されると、発振回路がこの検出された絶対値に応
じた周波数の信号を出力する。この周波数を基に計数手
段が計数し、前記電流値と対応する絶対値に対応する値
を検出する。また、電流の向きに応じて充電電流である
か又は放電電流であるかを検知し、充電電流であること
を検知した場合には前記計数手段の計数を例えば加算す
るする方向に切り替え、放電電流であることを検知した
場合には計数を減算する方向に切り替える。従って、負
荷電流等が変動する場合であっても、正確に電池の残存
容量を検出することができる、また、第２の発明におい
ては、この変動する負荷電流に追従して当該二次電池の
残存容量が表示手段に表示される。

【００１０】

【実施例】以下、図面を参照して本発明に係る一実施例
を説明する。図１は電気カミソリ器に適用した場合の本
発明に係る二次電池の残存容量検出装置の構成を示した
ブロック図である。

【００１１】図１に示す充電器１は充電回路などを有し
、充電可能な電池３ａ，３ｂへ充電電流を供給する。 負荷であるモータ５を駆動させる場合には、電池３ａ，
３ｂからの放電電流がモータ５へ供給される。

【００１２】電池３ａと３ｂの間には、充電電流又は放
電電流を検出してその電流値に比例した電圧を発生する
検出抵抗である微小抵抗Ｒ１が接続されている。この抵
抗Ｒ１にはコンデンサＣ１が並列に接続されている。充
電電流または放電電流が抵抗Ｒ１を流れることにより発
生する抵抗Ｒ１の両端電圧は、コンパレータ７の入力端
子７ａ，７ｂへ与えられる。

【００１３】このコンパレータ７は抵抗Ｒ１を流れる電
流の向きに応じて充電電流であるか又は放電電流である
かを検知し、充電電流であることを検知した場合には後
で説明する計数手段の計数方向を増加する方向に切り替
え、放電電流であることを検知した場合には計数手段の
計数方向を減少する方向に切り替える切替手段である。 即ち、コンパレータ７は入力端子７ｂの電位が入力端子
７ａの電位より低い場合には充電電流であることを検出
してＬレベルの信号を出力する。また、コンパレータ７
は入力端子７ｂの電位が入力端子７ａの電位より高い場
合には放電電流であることを検出してＨレベルの信号を
出力する。

【００１４】コンパレータ７の出力端子は抵抗Ｒ５を介
してトランジスタＴＲ１のベースと接続されている。こ
のトランジスタＴＲ１のエミッタはアースに接続される
と共に、コレクタは抵抗Ｒ７及び増幅回路９の入力端子
９ｂと接続されている。増幅回路９の入力端子９ａは抵
抗Ｒ９，Ｒ１１と接続されると共に、抵抗Ｒ１３及びコ
ンデンサＣ３を介してトランジスタＴＲ３のエミッタ及
び抵抗Ｒ１５に接続されている。また、増幅回路９の出
力端子はトランジスタＴＲ３のベースと接続され、トラ
ンジスタＴＲ３のエミッタは抵抗Ｒ１５を介してアース
に接続されている。

【００１５】増幅回路９はトランジスタＴＲ１がオフし
ている場合には、非反転増幅器として動作し、トランジ
スタＴＲ１がオンしている場合には、反転増幅器として
動作する。この結果、増幅回路９とトランジスタＴＲ１
とで、抵抗Ｒ１を流れる充電電流又は放電電流の電流値
と対応する絶対値を検出する検出手段を構成する。従っ
て、抵抗Ｒ１へ充電電流又は放電電流が流れると、増幅
回路９の出力によってトランジスタＴＲ３が導通し、充
電電流又は放電電流に比例する電流値が抵抗Ｒ１５へ流
れる。

【００１６】尚、電池３ａ，３ｂの自己放電があるので
、この自己放電による微小な電流が常に流れていると仮
定して増幅回路９のオフセットが調整される。

【００１７】トランジスタＴＲ３のコレクタはトランジ
スタＴＲ５のコレクタと接続され、トランジスタＴＲ５
のコレクタはトランジスタＴＲ５、ＴＲ７のベースと接
続されている。このトランジスタＴＲ５、ＴＲ７と抵抗
Ｒ１７，１９とでカレントミラー回路を形成しており、
トランジスタＴＲ５のコレクタを流れる電流、即ち、抵
抗Ｒ１５を流れる電流と同一の値の電流がトランジスタ
ＴＲ７のコレクタを流れる。

【００１８】トランジスタＴＲ７のコレクタはコンデン
サＣ５と接続され、トランジスタＴＲ７のコレクタ電流
によってコンデンサＣ５が充電される。このコンデンサ
Ｃ５と、抵抗Ｒ２１と、集積回路１１とで発振回路１３
を構成している。発振回路１３は上記検出手段で検出さ
れた電流値の絶対値に応じた発振周波数で発振する発振
回路である。即ち、発振回路１３は充電電流または放電
電流の値に比例した発振周波数のクロックパルスを出力
する。

【００１９】カウンタ１５Ａ，１５Ｂ，…，１５Ｇは発
振回路１３からのクロックパルスを計数値が増加する方
向若しくは減少する方向に計数する計数手段である。具
体的に説明すると、カウンタ１５Ａ，１５Ｂ，…，１５
Ｇのそれぞれのクロック入力端子１５ａは集積回路１１
の出力端子と接続され、発振回路１３からのクロックパ
ルスを入力する。また、カウンタ１５Ａ，１５Ｂ，…，
１５Ｇのそれぞれのモード切り替え入力端子１５ｂはコ
ンパレータ７の出力端子と接続されている。このカウン
タ１５Ａ，１５Ｂ，…，１５Ｇは充電状態において、コ
ンパレータ７からＬレベルの信号をモード切り替え入力
端子１５ｂへ入力している場合には、カウントアップモ
ードとなり、発振回路１３から入力したクロックパルス
を計数値が増加する方向へ計数する。また、カウンタ１
５Ａ，１５Ｂ，…，１５Ｇは放電状態において、コンパ
レータ７からＨレベルの信号をモード切り替え入力端子
１５ｂへ入力している場合には、カウントダウンモード
となり、発振回路１３から入力したクロックパルスを計
数値が減少する方向へ計数する。

【００２０】表示回路１７は最終段のカウンタ１５Ｇの
出力端子と接続されている。この表示回路１７は、複数
の発光ダイオード（ＬＥＤ）、液晶ディスプレイ（ＬＣ
Ｄ）等の適宜の表示部を有し、カウンタ１５Ｇから入力
した計数値を表示する。従って、表示回路１７に表示さ
れた計数値を視認することにより電池３ａ，３ｂの残存
容量を確認することができる。これにより、中途半端な
充放電を繰返すことにより生じる、電池の見掛上の容量
の低下、いわゆるメモリ効果の発生を防止することがで
きる。また、このとき電池３ａ，３ｂの残存容量は、例
えば通常の繰り返し使用を維持するための過放電とはな
らない電圧、例えば完全放電したときの端子電圧１．０
〜１．１（Ｖ）を基準にして設定される。

【００２１】カウンタ停止回路１９の入力端子はカウン
タ１５Ａ，１５Ｂ，…，１５Ｇの各出力端子１５ｄと接
続され、カウンタ停止回路１９の出力端子はカウンタ１
５Ａの入力端子１５ｃと接続されている。このカウンタ
停止回路１９はカウンタ１５Ａ，１５Ｂ，…，１５Ｇに
よる計数値が０以下、若しくは最大値以上になる場合に
はカウンタ１５Ａ，１５Ｂ，…，１５Ｇの計数動作を停
止させる。

【００２２】トランジスタＴＲ９、ＴＲ１１と抵抗Ｒ２
３，２５，２７とでカレントミラー回路を形成し、この
カレントミラー回路と演算回路２１と、抵抗Ｒ２９及び
トランジスタＴＲ１３とで定電圧回路２３を構成してい
る。演算増幅回路２１の出力端子は抵抗Ｒ２９を介して
トランジスタＴＲ１３のベースと接続されている。

【００２３】次に、図２を参照して発振回路１３を説明
する。

【００２４】基準電圧源２４は、例えば複数の抵抗を直
列に接続して構成され、基準電圧Ｖｓ１がコンパレータ
２５の一方の入力端子へ与えられ、基準電圧Ｖｓ１より
低い基準電圧Ｖｓ２がコンパレータ２７の一方の入力端
子へ与えられる。抵抗Ｒ２１とコンデンサＣ５の接続点
はコンパレータ２５の他方の入力端子と接続されると共
に、コンパレータ２７の他方の入力端子と接続されてい
る。また、コンパレータ２５の出力端子はフリップフロ
ップ回路２９のリセット端子Ｒと接続されると共に、コ
ンパレータ２７の出力端子はフリップフロップ回路２９
のセット端子Ｓと接続されている。フリップフロップ回
路２９の一方の出力端子はトランジスタＴＲ３１と接続
され、フリップフロップ回路２９の他方の出力端子はト
ランジスタＴＲ３３のゲートに接続され、トランジスタ
ＴＲ３３のドレインはＶＤＤに、ソースは抵抗Ｒ３１を
介してＶＳＳに接続される。トランジスタＴＲ３３のソ
ースから発振出力であるクロックパルスが出力される。

【００２５】次に、図１、図２を参照して作用を説明す
る。

【００２６】まず、充電時の作用を説明する。充電器１
からの充電電流が抵抗Ｒ１を流れると、コンパレータ７
がこれを検出してＬレベルの信号を出力する。これによ
りトランジスタＴＲ１がオン状態となり、増幅器９が反
転増幅器として動作する。また、コンパレータ７からの
Ｌレベルの信号によってカウンタ１５Ａ，１５Ｂ，…，
１５Ｇがカウントアップモードに設定される。また、充
電電流が抵抗Ｒ１を流れることによって発生した電圧は
増幅器９で増幅され、充電電流に比例した電流が抵抗Ｒ
１５を流れる。

【００２７】そして、トランジスタＴＲ５とＴＲ７とで
成るカレントミラー回路によって抵抗Ｒ１５を流れる電
流と同一の値の電流がトランジスタＴＲＴＲ７のコレク
タを流れ、このときの一定の電流でコンデンサＣ５を充
電する。従って、コンデンサＣ５の両端の電圧は充電時
間に比例して上昇する。コンデンサＣ５の両端の電圧が
基準電圧Ｖｓ１に達すると、フリップフロップ回路２９
がリセットされ、トランジスタＴＲ３１がオンするので
コンデンサＣ５に充電された電荷が抵抗Ｒ２１を介して
放電され、コンデンサＣ５の両端の電圧が低下する。こ
のときの放電時定数はコンデンサＣ５と抵抗Ｒ２１とで
決定される。コンデンサＣ５の両端の電圧が基準電圧Ｖ
ｓ２へ低下すると、フリップフロップ回路２９がセット
され、トランジスタＴＲ３１がオフするので再びコンデ
ンサＣ５の充電が開始される。以下同様にコンデンサＣ
５の充放電が繰り返されることにより、発振回路１３の
発振動作が継続する。

【００２８】ここで、コンデンサＣ５から抵抗Ｒ２１を
介して放電される放電時間を短く、即ち、コンデンサＣ
５への充電時間に対して無視できる程度に短く設定する
と、このコンデンサＣ５への充電時間に応じて発振回路
１３の発振周期が設定される。コンデンサＣ５の充電速
度は抵抗Ｒ１５を流れる電流、即ち、充電器１からの充
電電流の大きさに比例するから、発振回路１３の発振周
期の逆数である発振周波数は充電器１からの充電電流に
比例する。このような発振周波数のクロックパルスがカ
ウンタ１５Ａ，１５Ｂ，…，１５Ｇの各クロック入力端
子１５ａへ与えられる。一方、カウンタ１５Ａ，１５Ｂ
，…，１５Ｇの各モード切り替え入力端子１５ｂにはコ
ンパレータ７からのＬレベルの信号が与えられ、カウン
トアップモードに設定されている。これにより、カウン
タ１５Ａ，１５Ｂ，…，１５Ｇは発振回路１３から入力
したクロックパルスを計数値が増加する方向へ計数する
。

【００２９】次に、放電時の作用を説明する。電池３ａ
，３ｂからの放電電流が抵抗Ｒ１を流れると、コンパレ
ータ７がこれを検出してＨレベルの信号を出力する。 これによりトランジスタＴＲ１がオフ状態となり、増幅
器９が非反転増幅器として動作する。また、コンパレー
タ７からのＨレベルの信号によってカウンタ１５Ａ，１
５Ｂ，…，１５Ｇがカウントダウンモードに設定される
。

【００３０】また、放電電流が抵抗Ｒ１を流れることに
よって発生した電圧は増幅器９で増幅され、放電電流に
比例した電流が抵抗Ｒ１５を流れる。トランジスタＴＲ
５とＴＲ７とで成るカレントミラー回路によって抵抗Ｒ
１５を流れる電流と同一の値の電流がトランジスタＴＲ
７のコレクタを流れ、コンデンサＣ５を充電する。これ
により、発振回路１３は電池３ａ，３ｂからの放電電流
の値に比例した発振周波数のクロックパルスを出力する
。そして、カウンタ１５Ａ，１５Ｂ，…，１５Ｇは発振
回路１３から入力したクロックパルスを計数値が減少す
る方向へ計数する。

【００３１】尚、充電時と放電時とで電池３ａ，３ｂの
電圧、発振回路１３の基準電圧Ｖｓ１，Ｖｓ２又は増幅
器９のオフセット電圧が異なる場合が生じる。また、モ
ータ等の電圧変動の大きい負荷を電池３ａ，３ｂに接続
する場合がある。このような場合には、定電圧回路２３
の電源を電池３ａ，３ｂから直接供給しないでデカップ
リングを行い、定電圧回路２３の電源を安定化させると
、更に高い精度で残存容量を検出することができる。

【００３２】また、前述の実施例では発振回路の発振周
波数を充電電流または放電電流の値に応じて変化させる
ように構成したが、カウンタの分周比を充電電流または
放電電流の値に応じて変化させるように構成してもよい
。

【００３３】また、前述の実施例は電気カミソリ器に適
用した場合を示したが、本発明はこれに限定されること
なく、充電可能な二次電池を有する適宜の装置に適用す
ることができる。

【００３４】また、二次電池の残存容量を検出し、この
二次電池の残存容量の値に応じて充電器若しくは負荷の
駆動を制御するように構成すると、適正な充電および負
荷の駆動を行うことができる。

【００３５】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、電
流の向きに応じて充電電流であるか又は放電電流である
かを検知し、充電電流であることを検知した場合には計
数手段の計数を例えば加算する方向に切り替え、放電電
流であることを検知した場合には計数手段の計数を減算
する方向に切り替えるように構成したので、負荷電流等
が変動する場合であっても、時々刻々とかつ正確に二次
電池の残存容量を検出することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す回路図である。

【図２】図１の実施例に使用される発振回路の回路図で
ある。

【符号の説明】

３　　二次電池 ７　　コンパレータ ９　　増幅器 １１　　集積回路 １３　　発振回路 １５　　カウンタ ＴＲ１　　トランジスタ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　充電又は放電によって流れる電流に対
   応する絶対値を出力する検出手段と、この検出手段で検
   出された絶対値に応じた周波数の信号を出力する発振回
   路と、　　この発振回路の出力周波数を基に加算方向若
   しくは減算方向に計数する計数手段と、この計数手段の
   計数方向を充電状態にあるときと放電状態にあるときと
   で切り替える切替手段とを有することを特徴とする二次
   電池の残存容量検出装置。
2. 【請求項２】　　二次電池の充電、放電状態に応じて順
   次計数され、検出される二次電池の残存容量を表示する
   表示手段を有することを特徴とする請求項１に記載の二
   次電池の残存容量検出装置。