JPH04363678A - 充電量表示回路 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は充電量の表示回路、特
に小型電気機器に内蔵される二次電池の充電状態を表示
するのに好適な回路に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来この種の表示回路は、充電開始と連
動して発光ダイオードを点灯させることにより、専ら充
電を行ってるか否かを表示するものが一般的であった。 また、アップダウンカウンタを用い、充電量を連続的に
表示する試みも提案されている（例えば、特開昭５６−
９４９３４号公報参照）。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、充電時
を表示するだけであれば、機器がコンセントにセットし
ているのを見れば一目瞭然であるため、過充電を防止す
る警報的な役目しか果たさず、充電表示としてはそれほ
ど必要度の高いものではない。一方、カウンタのカウン
ト値を単に充放電時に対応させて加減算するだけでは、
誤差が累積して正確な容量表示は行うことが難しい。

【０００４】本発明は上記した問題に鑑みてなされたも
のであって、比較的簡単な構成で表示値の修正が自動的
に行え、正確な充電量表示がなされる充電量表示回路を
提供することを目的とする。

【０００５】

【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、図１にその概略的な構成を示す如く、電池６
の放電時に、その放電状態に対応して発生されるパルス
信号の入力数を記憶されている値から減算しながら記憶
する記憶部２１と、該記憶部２１における記憶値の大小
に対応した表示を行う表示部２２と、電池６の端子電圧
が設定値を下廻ったことを検出するとリセット信号ｒを
出力する電圧検出部１８とを備えている。

【０００６】更に、上記した電圧検出部１８から出力さ
れるリセット信号ｒにより、記憶部２１における記憶値
が初期状態に戻されることを特徴とする。

【０００７】

【作用】上記した構成により、常時は、記憶部２１に記
憶されているカウント値は、放電状態に対応して減算さ
れる結果、電池６の現在容量に対応した表示が表示部２
２においてなされる。

【０００８】ここで、減算値の誤差が累積して記憶部２
１における現在容量が大きいことを示していても、電池
６の端子電圧が設定値を下回ると記憶部２１における記
憶値を強制的に初期値に戻すことにより、カウント値の
誤差が自動的に修正されるのである。

【０００９】

【実施例】以下本発明を、図２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、テープワインダ、
懐中電灯など、各種充電式小型電気機器における充電回
路に対しても略同様に実施できることは勿論である。

【００１０】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。

【００１１】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。

【００１２】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、図３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１
１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。

【００１３】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
示用として備えた発光ダイオード１６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１
１に商用交流電圧を印加してダイオード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１１に接続されて充電が開始される様にし
ている。

【００１４】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を介してモータ５の両端に繋がれており、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。

【００１５】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。

【００１６】図１は、かかる表示回路１４の概略を示す
ものであって、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１
９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
容量に比例させた数値として記憶させておき、記憶部２
１内の積算値を適宜表示部２２に出力し、充電量の現在
値を表示可能としている。

【００１７】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、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。

【００１８】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。

【００１９】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２
１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。

【００２０】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２
２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。

【００２１】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。

【００２２】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２
３・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
。

【００２３】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１
９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”０”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２５が選択されて、各々分周部２８に接続
される。

【００２４】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１／２１０、すなわち１０２４分の
１に分周して取り出される。

【００２５】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ビットが”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＝２．８×１
０４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Ｐ１は、 　　Ｐ１＝２．８×１０４／（２５５×１０２４）＝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２
１のカウンタが８時間タイマーとなることが判る。

【００２６】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、従って図４に示す如く、毛屑の堆積など
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Ｉ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Ｉ
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。

【００２７】図５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Ｉ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Ｉに応じた割合で記憶部２１内の値を減少でき
る。

【００２８】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、図６（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、モータ回転数検出部３１に入
力する。

【００２９】モータ回転数検出部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３４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から出力される変換信号ｇを入力して、第
１分周器２９の分周率を変化させる。

【００３０】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ｂ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ｂの発生時
期規制をする。すなわち、図６（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を発生する（図６（ｂ）
参照）。かかるトリガ信号ｄは、図６（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ｂ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（図６（ｅ）参照）。

【００３１】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のパルス幅を適宜選択することにより、図５で
示す回転数が毎分５１００回転以上で回転数カウンタ３
９のカウント数ｅが「１５」、４７００〜５１００回転
で「１４」、４３００〜４７００回転で「１３」、４３
００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
。

【００３２】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「２５５」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＝３８×６０／（１０×６４×２５５）＝０．
０１４［秒］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。

【００３３】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。

【００３４】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カ月かかって充電量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カ月が５．２×１０６秒であるから、　　Ｐ３＝
５．２×１０６／（２５５×１０２４）＝２０［秒］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。

【００３５】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”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５の停止時には表示器４６を消灯
して、表示部２２による電力消費を抑制している。

【００３６】表示駆動部４５は、記憶部２１の上位４ビ
ットをデータ信号として取り出し、この２進４桁で表示
される１６進数をデコードして表示器４６で表示する。 表示器４６は４個の発光ダイオード４７を本体ケース２
の正面８の中央に配して構成され、かかる４個の発光ダ
イオード４７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つずつ点灯数を増加させて行き、記憶部２１内
の上位４ビットが全部”１”に揃うと４個の発光ダイオ
ード４７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ビットが全てゼロとな
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
充電時期表示用の発光ダイオード１６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。

【００３７】次に、図７および図８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ｔ０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２１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１０３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の発光ダイオー
ド４７で表示する（ステップ１０６）。

【００３８】ここで充電を継続して時刻ｔ１から約８時
間たつと、表示用の発光ダイオード４７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
止される。

【００３９】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、１
Ｖ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、放電時より十分低い割合で記憶
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１１２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。

【００４０】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。 更にモータ回転数検出部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Ｉの値を
検出し（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記憶部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）。

【００４１】ここで時刻ｔ５において充電を行うと、充
電量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、記憶部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ｔ７）表示を止め（ステップ１２２）、使用
者に充電を促すのである。

【００４２】なお、複数のパルス発生器２３・２４・２
５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。

【００４３】また、放電時における放電パルスのパルス
レート変更は、第１分周器２９の分周率を変化させるの
に代えて、主放電用パルス発生器２４の発振周波数それ
自体を可変としてもよい。

【００４４】更に表示部２２による表示は、発光ダイオ
ード４７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あるいは加えて、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、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、別に電池チェック用のスイッチ
を設けてスイッチ操作時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。

【００４５】更にまた、上記表示回路をマイクロプロセ
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、主放電および自己
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の記憶値に対し直接加減算
される。

【００４６】

【発明の効果】本発明は上記の如く、電池６の端子電圧
が設定値を下回ったことが検出されると記憶部２１にお
ける記憶値を初期値に強制的に戻すことにより、累積し
たカウント誤差が自動的に修正され、長期に亘る使用に
対しても正確な充電量表示が維持される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の基本的な構成を示す概略図である。

【図２】本発明を実施した一例を示す電気かみそりの斜
視図である。

【図３】電気回路の全体的な構成を示すブロック図であ
る。

【図４】モータ回転数と負荷電流の関係を示すグラフで
ある。

【図５】モータ回転数と駆動可能時間との関係を示すグ
ラフである。

【図６】モータ回転数検出部の動作を説明する波形図で
ある。

【図７】図３の動作を説明する流れ図である。

【図８】充放電時における電池の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。

【符号の説明】

５　　　　モータ ６　　　　電池 １１　　充電回路 １５　　パルス信号発生部 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

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　電池（６）の放電時に、放電状態に対
   応して発生されるパルス信号の入力数を記憶されている
   値から減算して記憶する記憶部（２１）と、該記憶部（
   ２１）における記憶値の大小に対応した表示を行う表示
   部（２２）と、電池（６）の端子電圧が設定値を下回っ
   たことを検出するとリセット信号ｒを出力する電圧検出
   部（１８）とを備え、前記した電圧検出部（１８）から
   出力されるリセット信号ｒにより、記憶部（２１）にお
   ける記憶値が初期状態に戻されることを特徴とする充電
   量表示回路。