JPH10153647A

JPH10153647A - 電池残量検知方法

Info

Publication number: JPH10153647A
Application number: JP8314866A
Authority: JP
Inventors: Masaaki Kikuchi; 正哲菊地
Original assignee: Casio Computer Co Ltd
Current assignee: Casio Computer Co Ltd
Priority date: 1996-11-26
Filing date: 1996-11-26
Publication date: 1998-06-09

Abstract

(57)【要約】【課題】電池を使用する機器において電池の残存容量を
正しく測定する方法を提供する。【解決手段】電池残容量検出回路１０の電源制御回路１
７はＡＤコンバータ１６を介して入力される電源１１の
電圧情報に基づいて電池残量信号ａを出力して各部の電
圧値を制御すると共に、まず無負荷の状態で電池１１の
出力電圧をＡＤコンバータ１６を介して測定し、次に電
源１１の電力１２を負荷回路１５に一定時間印加して電
圧降下が安定したときの電圧を測定し、この無負荷時の
電圧と負荷状態時の電圧との電圧差により現在の電池残
容量を検出する。これには、無負荷時の電圧と負荷状態
時の電圧との電圧差が新品の時ではあまり差がなく、使
用時間の経過に伴って差が大きくなっていくことをテー
ブル化して、このテーブルを参照することにより検出し
ている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電池を使用する機
器における電池残容量検知方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、電子機器の小型化に伴い従来では
存在しなかったような携帯機器が増加してきている。そ
のような携帯機器においては、電源である電池は極めて
重要な要素を占めている。しかし、それらの電池の電力
は、無限ではないので、機器を使用しているといずれは
電力が消耗し、やがて機器を動作させることが出来なく
なる。

【０００３】その場合、機器によっては電池が切れても
新しい電池を入れ直すか又は電池を充電するだけで、以
前の動作を続けることが出来るが、そうでないもので
は、機器に関する各種の設定やユーザの登録した情報等
を揮発性のメモリに保存している形式のものが多く、こ
れであると突然の電池切れによって上述の機器に関する
各種の設定やユーザの登録した情報等が全て消え去って
しまい、いままでのデータの蓄積が無に帰するという問
題を引き起こす。これは、たとえ不揮発性のメモリを持
っている機器の場合でも通常は揮発性のメモリを併用し
ているから、突然の電池切れによって生じる不都合な状
態は上記の場合と同じである。そのため、電子携帯機器
においては、電池の残り容量が無くなることを予め検知
してユーザに報知することが重要になっていた。

【０００４】図５(a) は、上記のように電池を用いた機
器の電池残容量検出回路のブロック図である。同図(a)
に示すように、これらの機器では、電源（電池）１を用
い、メイン回路及びその他の回路に電力を供給する。電
池１の電圧は使用時間の経過に従って１１Ｖ〜８．４Ｖ
まで（８．４Ｖ以下に電圧が低下すると使用できなくな
る）変化する。メイン回路は各部に制御信号を送る回路
であり通常は５Ｖで動作する。電源制御回路３も主要な
制御回路であり、同様に５Ｖで動作する。

【０００５】電源安定化回路２は、例えば３端子レギュ
レータ等で構成され、電源１からどのような電圧が入っ
てきても一定の電圧に（この場合は５Ｖに）安定化させ
て（変換して）、その安定化させた電圧を、メイン回路
や電源制御回路３に供給する。電源制御回路３は、電池
の電圧に応じてメイン回路やほかの回路へ出力される情
報を制御する回路である。

【０００６】この電源制御回路３と電源１との間に、コ
ンパレータ４が介在している。コンパレータ４は、電池
１の電圧を直接測定して電源制御回路３に通知し、電池
１の電圧が予め決められた終止電圧以下に落ちた場合に
は、その電圧の低下を電源制御回路３に警告していた。

【０００７】電源制御回路３は、コンパレータ４から出
された電源情報に従って負荷に対する印加エネルギーが
一定になるように、例えば負荷への電圧印加時間を加減
する、つまり負荷へ与える積分エネルギーを一定にする
などの制御を行っている。

【０００８】一般に、負荷に加わる電流は大きいから、
これを電源安定化回路２で安定化しようとすると電源安
定化回路２が大型化して装置全体の小型化を阻害すると
共にコストを圧迫する。電源制御回路３は、電源安定化
回路２の大型化を抑えるために設けられている。

【０００９】図６は、２次電池としてよく用いられてい
るＮｉ−Ｃｄ（ニッケル／カドニカ）電池の連続放電時
の出力電圧特性を示す図である。同図は横軸に電池の使
用経過時間を示し、縦軸に出力電圧を示している。同図
に示すように、Ｎｉ−Ｃｄ電池は、その残り容量が減る
につれ出力電圧が低下する。このことを利用して従来で
は、電池の残り容量の検知を、上述したようにコンパレ
ータ４で電池の出力電圧を検知することによって行って
いた。つまり、予め設定した出力電圧以下になった場合
に、電池の残り容量の無いことを警告報知したり、デー
タの保護等の動作を行うようにしていたところで、電池の残り容量に関しては、単にもうじき無
くなるという警告だけでなく、後どれくらいの期間動作
を維持できるのか、予備の電池の携帯が必要かなどの判
断ができるようにしたいという要望が高まってきてい
る。ところが、電池の有効残り時間がどれくらいかを知
ることは困難なこととされてきた。

【００１０】上記の図６からも明らかなように、Ｎｉ−
Ｃｄ電池の特性では充電直後と電池終止直前において、
電池の出力電圧が急激に変化していることが分かる。そ
して、その間の中間部では殆ど電圧が変化していないこ
とも分かる。つまり、充電直後と終止時は、電圧を測定
することによってほぼ正確に検知できるが、それ以外で
は、電圧を測定しても使用可能であることが分かるだけ
であって、どの時点における電圧であるのか不明であ
り、したがって正確な電池残容量を検知することはでき
なかったものである。

【００１１】そこで、電圧の検出については、もっと細
かく電圧の変化を調べるべくＡＤコンバータを用いる方
法が知られている。図５(b) は、ＡＤコンバータを用い
た電池残容量検出回路のブロック図である。同図(b) に
示す電源（電池）１′、電源安定化回路２′、電源制御
回路３′は同図(a) の電源（電池）１、電源安定化回路
２、電源制御回路３と夫々同様の構成である。この同図
(b) に示す電池残容量検出回路では、電源１′と電源制
御回路３′との間にＡＤコンバータ５が介在している。
ＡＤコンバータ５は電池１′の電圧をデジタル値に変換
し、電源制御回路３′に出力する。このように電圧値を
デジタル化すると例えば４ビットであれば１６段階、ま
た、８ビットであれば２５６段階に分けて電圧の変化を
認識できる。

【００１２】電源制御回路３′は、ＡＤコンバータ５か
ら出される電源情報に基づいて各部への電圧出力値を制
御すると共にＡＤコンバータ５から入力される値がＲＯ
Ｍ６に予め記憶されている終止電圧しきい値以下に落ち
たか否かを判別している。

【００１３】この方式では、コストは上昇するが、Ｎｉ
−Ｃｄ電池のような放電期間の出力電圧がほとんど変化
をしない状態が長い電池の場合であっても電池残量があ
る程度把握することが出来た。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、電池の
特徴として、多少使用した後しばらくの間、軽い負荷も
しくは無負荷の状態で放置しておくと、放電して低下し
ていたはずの電池の出力電圧が、負荷をかけた直後の電
圧に比較して高くなってしまう傾向がある。実際には、
この状態で電池の残り容量は増えておらず、出力電圧が
高くなったからといって電池の残り容量には殆ど変化は
ない。つまり見掛け上、電圧のみが復活しているだけで
ある。

【００１５】一方、図６のＮｉ−Ｃｄ電池の放電特性を
見ると、電池残容量が少なくなると急激に電圧が落ちて
いる。つまり、大電流を必要とする機器においては、電
圧の降下を検知して電池残容量の危険な状態を警告報知
しても、その後すぐに電池の残容量が無くなってしまう
から、貴重なデータを待避させるための時間あるいは新
たな電池を購入して交換する時間が得られない、すなわ
ち警告報知が間に合わない、つまり電圧を検知しても役
に立たないということになりかねない。特に、上述した
見掛け上の電圧に基づいて電池残容量を測定することに
なっては、電池の有効残り期間が充分あると思っている
うちに電池切れを起こし、危険が大きくなる。

【００１６】したがって、いずれの方式にせよ上記のよ
うに単に電圧を検出することのみによって電池の残り容
量を測定する方式では、電圧が正しい電池残容量を表わ
すものでないため、誤差が生じて正しい電池残容量を知
ることができない。また、このことによって起こる突然
の電池切れというような危険を避けるためには、上記の
電池残容量測定の誤差を吸収する比較的大きな誤差許容
幅を電圧の測定値に設ける必要があった。しかし、この
ように、電圧の測定値に大きな誤差許容幅を設けると、
その大幅な誤差許容幅に基づく早めの警告報知で、まだ
使用可能な電池を新品と交換しなければならないという
無駄が発生する。またユーザは、交換して破棄する電池
がまだ使用可能であることを経験的に認識できるから、
不経済であるという不満が残る。

【００１７】もっとも、このような問題を解決すべく、
つまり正確な電池残容量を知るために、マイコン等を充
電池本体に内蔵させて、その電池の充放電回数等を記録
して電池残容量を管理するといったものも考案されては
いる。しかしながら、消耗品である充電池に高価なマイ
コンを内蔵するのでは、その分のコストの上昇が、それ
によって得られる正確な電池残容量を知ることの利便さ
に見合わないという問題が派生する。

【００１８】したがって、上記の電池本体にマイコンを
内蔵したものは、そのコスト上昇を無視できるような高
価な機器にしか使用されていない。また、コストの上昇
を無視できたとしても、この方式は１次電池には応用で
きないものであり、いずれにしても適用可能な分野が制
約されるという欠点を有している。

【００１９】また、図６から明らかなように、例えば２
０時間から３０時間の間では殆ど電圧の低下がない。し
たがって、この点からも、電圧のみを検知したのでは電
池の使用時間、延いて電池の残容量を正確には把握でき
ないことも明らかである。

【００２０】本発明の課題は、上記従来の実情に鑑み、
電池を使用する機器において、その電池の残存容量を正
しく測定する方法を実現することである。

【００２１】

【課題を解決するための手段】本発明は、電源に電池を
使用する機器を前提とし、上記電源の電圧を測定する電
圧測定手段と、予め決められた負荷を発生させる負荷手
段と、無負荷状態と上記負荷手段による負荷をかけた状
態とで夫々上記電源の出力電圧を測定し、それらの測定
値より上記電池の残り容量を検知する残量検知手段とを
有するものである。

【００２２】上記負荷手段は、例えば請求項２記載のよ
うに、異なる複数の負荷を発生させるように構成され
る。また、例えば請求項３記載のように、サーマルヘッ
ドで構成される。

【００２３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照しながら説明する。図１は、一実施の形態におけ
る電池残容量検出回路のブロック図である。同図に示す
ように、この電池残容量検出回路１０は、電源（電池）
１１を備え、電源１１から、電力１２が、本体装置のメ
イン回路及びその他の回路１３、電源安定化回路１４、
及び負荷１５に供給される。また、電源１１の電圧は、
ＡＤコンバータ１６にも供給される。電池１１の電圧
は、使用時間の経過に従って１１Ｖ〜８．４Ｖまで変化
する。上記の負荷１５は、その機能については詳しくは
後述するが、値が特別に設定されている負荷である。

【００２４】電源安定化回路１４は、例えば３端子レギ
ュレータで構成され、電源１１の電圧を５Ｖに安定化さ
せて、その安定化させた電圧をメイン回路及びその他の
回路１３や電源制御回路１７等に供給する。

【００２５】電源制御回路１７には、ＡＤコンバータ１
６を介して電源１１の電圧情報がデジタル化されて入力
される。電源制御回路１７は、ＡＤコンバータ１６から
入力される例えば１６段階あるいは２５６段階の電圧情
報に基づいて電池残量信号ａを出力して各部への電圧値
を制御する。また、これと共にＲＯＭ１８に予め記憶さ
れている終止電圧しきい値を参照し、ＡＤコンバータ１
６から上記入力される値が終止電圧しきい値以下に落ち
ていないか否かを常に判別している。

【００２６】この構成において、電源電池１１の電池残
容量を正しく検知する動作について説明する。電源制御
回路１７は、まず無負荷の状態で電池１１の出力電圧を
ＡＤコンバータ１６を介して測定する。そして、そのデ
ータを内蔵のメモリに記録する。次に、電源１１の電力
１２を負荷回路１５に一定時間印加し、その電圧降下が
安定したときの電圧を測定し、そのデータを内蔵のメモ
リに記録する。

【００２７】電源制御回路１７は、上記２つの電圧測定
データを、ＲＯＭ１８内に予め設けたテーブルにより参
照することで、現在の電池残容量を測定し、その測定結
果を表示装置等に送出して電池残容量を表示させたり、
あるいは測定結果が間もなく終止電圧になることを示し
ていれば、揮発性メモリに記録させている種々のデータ
を例えばハードデスク等の記憶装置に待避させるデータ
保存等の処理を行うよう適宜の回路に指示をする。

【００２８】図２は、上記の電池残容量の測定を行う際
に用いる電源電圧における無負荷時の電圧と負荷状態時
の電圧との関係を示すテーブルである。同図は、縦軸に
無負荷時の電圧と負荷状態時の電圧との差を示し、横軸
に電池の使用時間を示している。同図に示すように、電
池が新品の時は無負荷と負荷状態とではあまり電圧に差
は生じないが、使用時間の経過に伴って、その差が大き
くなっていく。この無負荷時の電圧と負荷状態時の電圧
との電圧差を検知することにより電池の使用経過時間が
測定でき、これから逆算することにより電池寿命の測定
が可能である。

【００２９】尚、一般に電子機器が連続して動作を行っ
ている場合は、その電源である電池の出力電圧は、その
電池残容量に応じた値を出力している。本実施の形態に
おいては、ＡＤコンバータ１６を用いているので、上記
のように電子機器が連続して動作を行っている場合は、
上記の方法で電池残容量の測定を行わなくても、その電
池残容量を比較的高い精度で測定することが可能であ
る。

【００３０】そこで、電子機器の休止期間が短かく、あ
る一定時間以内に再び機器を動作させるような場合に
は、無負荷状態の電圧のみを測定し、図２のテーブルと
は別に予め用意したテーブルを参照することで電池残容
量を検知し、一方、電子機器の休止期間が長く、ある一
定時間以上経過してから機器を動作させる場合には、上
記検知方法を用いて電池残容量を検知するという２つの
方式を併用するようにしても、精度の高い電池残容量の
検出ができる。また、これであると省電力化を両立させ
ることができる。

【００３１】ところで、サーマルプリンタ（熱転写プリ
ンタ）の駆動において、その画像の出力の際には、熱を
利用してインクの転写を行うため、かなりの電力を必要
とする。一方、電池の内部抵抗はかなり大きいので、上
記のように大電流を取り出してしまうと、かなりの電圧
降下が起きてしまう。また、サーマルプリンタの場合、
印字率が消費電力をかなり左右してしまうため、電池駆
動を行うと、電圧変動がさらに大きくなってしまう。し
たがって、電圧降下に対する電圧補正が必須となってい
る。

【００３２】通常、電圧降下の補正は、同時に印加する
サーマルヘッドのドット数（発熱素子数）を計算しその
時の電圧降下分の電力を補間するためにサーマルヘッド
への追加印加時間を算出またはテーブルにて求めて、そ
の補正を行っている。

【００３３】このような電圧降下の補正は、通常のモノ
クロ印字のように印字するかしないかの２値の印字で
は、電源がＡＣ電源であれ電池駆動であれ問題は無かっ
たが、近年のように、フルカラー印字を行うサーマルプ
リンタが出現するようになると、数％の電圧変動でもそ
の出力画像が大きく影響を受けるという事態が発生す
る。そのため、電池のような電圧変動の大きな電源を用
いると、サーマルプリンタではその微妙な階調表現に無
視できない支障を伴ってくる。

【００３４】例えばＮｉ−Ｃｄ電池を８セル直列につな
いだ場合、その出力電圧は１１Ｖ〜８．４Ｖまで変動す
る。また、特に大電流を必要としているサーマルプリン
タでは電池の内部抵抗等によって無負荷時の電源電圧に
比べ、使用時における電圧が１．８Ｖ〜２．５Ｖ以上も
降下してしまう。そのため、従来のように印刷開始時の
電圧を測定してその電圧での補正を加えてサーマルヘッ
ドに電力を印加していては、それだけでは正確に多階調
の印字を行うことができない。

【００３５】そこで、本発明の電池残量検知方法を用い
てサーマルプリンタの電源電圧を測定するようにすると
上記の不具合が解消する。以下、これについて説明す
る。図３は、上記電池残容量検出回路１０が組み込まれ
たサーマルプリンタのブロック図である。図１と同一構
成部分には図１と同一の番号を付与して示している。図
３において、サーマルプリンタ２０は、プリンタ全体を
制御する全体制御回路２１を備え、この全体制御回路２
１には、上述の電池残容量検出回路１０の電源安定化回
路１４及び電源制御回路１７、並びに印字制御回路２２
及び画像処理回路２３が接続されている。

【００３６】上記の印字制御回路２２及び画像処理回路
２３相互間も接続がなされており、印字制御回路２２に
は、モータドライバ２４、サーマルヘッド２５、及びセ
ンサバッファ２６が接続されている。また、画像処理回
路２３には画像記憶用メモリ２７が接続されている。こ
の画像処理回路２３には、外部から画像データが入力す
る。

【００３７】同図の太い実線は電源安定化回路１４から
の５Ｖの回路動作電源の供給経路を示し、細い実線は夫
々各種の信号線を示している。中でも電源制御回路１７
からは、電池残容量信号ａが全体制御回路２１及び印字
制御回路２２に出力されるようになっている。

【００３８】上記の全体制御回路２１は、電源安定化回
路１４から５Ｖの電圧を供給されて動作し、上記各部と
各種の信号を授受しながらそれら各部を制御する。この
構成において、先ず、印字前に、印字開始前の無負荷時
の電源電圧の値をＡＤコンバータ１６により測定する。
次に、インクリボンのインクが塗布されてない箇所をサ
ーマルヘッド部に搬送させ、全てのサーマルヘッド２５
の発熱素子を発熱させて高負荷をかけた状態にしてか
ら、上記同様にＡＤコンバータ１６により電源電圧の測
定を行う。あるいはサーマルヘッド２５の代わりに専用
の負荷回路１５を設け、負荷回路１５を駆動して高負荷
を発生させるようにしてもよい。

【００３９】そして、上記のように２点で測定を行った
電圧の値から、予めＲＯＭ１８に設けたテーブルを参照
して、そのときの電圧降下補正のための補正係数を求め
て、補正を行い印字を行うようにする。これであると、
常に印字のための正しい電圧を測定できると共に上述し
た正しい電池寿命の測定も行うことができる。

【００４０】尚、ＡＣ電源を電源として用いた場合、そ
の出力抵抗が小さいため殆ど電圧降下は起きない。しか
し、上述したように電池を電源として使用すると電圧降
下が大きい。そこで高負荷をかけたときの電源の電圧降
下を測定することにより、その電圧降下の違いにより電
源の種類を特定することができる。また、これにより、
電源の種類を判別するためのセンサ等が不要となり、装
置全体としてのコストを下げることができる。また、そ
れぞれの電源特性にあった印字制御を行うことができる
から、高画質印字が安価に出来るようになる。

【００４１】図４は、電池の違いによる無負荷時の電圧
と負荷状態時の電圧との電圧差を表す経過電圧の特性図
である。Ｄ１はニッケル水素電池の経過電圧特性図、Ｄ
２はＮｉ−Ｃｄ電池の経過電圧特性図、Ｄ３はマンガン
電池の経過電圧特性図である。同図に示すように、放電
能力の高い電池ほど無負荷時の電圧と負荷状態時の電圧
との電圧差が小さい。また各々の電池で全使用時間の範
囲において電圧値がオーバーラップすることがない。こ
の性質を利用して装着されている電池の種類を判断する
ことができる。また、この場合も使用経過時間に応じて
無負荷時の電圧と負荷状態時の電圧との電圧差が徐々に
高い方へ変化する。同図は、Ｄ１で示すニッケル水素電
池では、無負荷時の電圧と負荷状態時の電圧との電圧差
が、新品のときと終止電圧に近づいたときとではＶ１の
開きがでることを示している。また、Ｄ２で示すＮｉ−
Ｃｄ電池では、同じくＶ２の開きがでることを示し、Ｄ
３で示すマンガン電池では、同じくＶ３の開きがでるこ
とを示している。この図４に示す特性をテーブルとして
ＲＯＭ１８に記憶させて用いれば、単に電圧差から電源
の種類を判別できるだけではなく、夫々の使用経過時間
を判別する（検知する）ことが可能であり、したがっ
て、電源の種類に拘わらず正しい終止電圧の時期を予告
することができる。

【００４２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
予め設定した値の負荷をかけた状態と無負荷の状態とに
おける電圧の差を測定するので、電池残容量に直接に係
わる出力電圧を正しく検出することができ、したがっ
て、連続使用していない無負荷の間に変化してしまった
実際の電池残容量とは異なる出力電圧のみを測定して誤
った電池残容量を測定する虞がなく、これにより、精度
の高い電池残容量を検知することが可能となる。また、
電池の電圧降下を正確に判断することができるので、電
圧変化に対して敏感なサーマルプリンタでの多階調の印
字において高画質な印字を行うことが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】一実施の形態における電池残容量検出回路のブ
ロック図である。

【図２】一実施の形態における電池残容量検出回路が組
み込まれたプリンタのブロック図である。

【図３】電池残容量検出回路が組み込まれたサーマルプ
リンタのブロック図である。

【図４】電池の違いによる無負荷時の電圧と負荷状態時
の電圧との電圧差を表す特性図である。

【図５】(a) は従来のコンパレータを用いた電池残容量
検出回路のブロック図、(b) は同じくＡＤコンバータを
用いた電池残容量検出回路のブロック図である。

【図６】Ｎｉ−Ｃｄ（ニッケル／カドニカ）電池の連続
放電時の出力電圧特性を示す図である。

【符号の説明】

１、１′ 電源（電池）２、２′ 安定化回路３、３′ 電源制御回路４コンパレータ５ＡＤコンバータ６ＲＯＭ１０電池残容量検出回路１１電源（電池）１２電力１３メイン回路及びその他の回路１４電源安定化回路１５負荷１６ＡＤコンバータ１７電源制御回路１８ＲＯＭ２０サーマルプリンタ２１全体制御回路２２印字制御回路２３画像処理回路２４モータドライバ２５サーマルヘッド２６センサバッファ２７画像記憶用メモリａ電池残容量信号

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】電源に電池を使用する機器において、前
記電源の電圧を測定する電圧測定手段と、予め決められ
た負荷を発生させる負荷手段と、無負荷状態と前記負荷
手段による負荷をかけた状態とで夫々前記電源の出力電
圧を測定し、それらの測定値より前記電池の残り容量を
検知する残量検知手段とを有することを特徴とする電池
残容量検知方法。
【請求項２】前記負荷手段は、異なる複数の負荷を発
生させることを特徴とする請求項１記載の電池残容量検
知方法。
【請求項３】前記負荷手段は、サーマルヘッドである
ことを特徴とする請求項１又は２記載の電池残容量検知
方法。