WO2012039209A1

WO2012039209A1 - 充電式電気機器

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Publication number: WO2012039209A1
Application number: PCT/JP2011/068223
Authority: WO
Inventors: 篤史高橋; 嘉志記桂
Original assignee: パナソニック株式会社
Priority date: 2010-09-21
Filing date: 2011-08-10
Publication date: 2012-03-29
Also published as: EP2621053A1; TW201230606A; JP2012070477A; CN103098341A; RU2013109069A; US20130162199A1

Abstract

　充電式電気機器は、スイッチング素子（１２）と、スイッチング素子（１２）及び二次電池（１１）の正極の間を接続する第１のシャント抵抗（１３－１）と、負荷（１４）及び二次電池（１１）の正極の間を接続する第２のシャント抵抗（１３－２）と、コントロールユニット（１５）とを備える。コントロールユニット（１５）は、第１のシャント抵抗（１３－１）を介して二次電池（１１）に流れる供給電流および第２のシャント抵抗（１３－２）を介して負荷（１４）に流れる負荷電流を制御するために、第１のシャント抵抗（１３－１）及び第２のシャント抵抗（１３－２）の各両端間の電圧に基づいて、スイッチング素子（１２）のオン／オフを制御する。

Description

充電式電気機器

　本発明は、二次電池もしくは充電アダプターを介して給電される電力で負荷を駆動する充電式電気機器に関する。

　従来、モータなどの負荷を駆動制御する技術としては、例えば以下に示す文献に記載されたものが知られている（特許文献１参照）。この文献１には、モータに流れる電流を検出してシャント抵抗により電圧変換し、変換された電圧をオペアンプで増幅してモータを駆動制御するモータ駆動制御の技術が記載されている。

特開２０００－２０１４９３号公報

　上述したように、シャント抵抗で得られた電圧を増幅させる従来の構成では、電圧を増幅するオペアンプなどの構成が必要になっていた。このため、回路の構成が大型化する上に、コストの上昇を招いていた。

　そこで、本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、簡単かつ小型で低コストな充電式電気機器を提供することにある。

　本発明の態様は、充電式電気機器に着脱自在に接続される充電アダプターを介した外部からの給電により二次電池を充電し、前記二次電池または前記充電アダプターを介した外部からの給電により駆動される負荷を有する充電式電気機器である。前記充電式電気機器は、前記充電アダプターを介した外部からの給電を受けて、スイッチング信号に基づいてオン／オフされて前記充電式電気機器に供給電流を供給するスイッチング素子と、前記スイッチング素子と前記二次電池の正極との間に接続され、前記スイッチング素子を介して前記充電式電気機器に供給される供給電流を検出する第１のシャント抵抗と、前記負荷と前記二次電池の正極との間に接続され、前記負荷に供給される負荷電流を検出する第２のシャント抵抗と、前記スイッチング素子のオン時に前記第１のシャント抵抗ならびに前記第２のシャント抵抗の両端の電圧を入力し、入力した電圧に基づいて、前記スイッチング素子のオン／オフを制御して、前記供給電流ならびに負荷電流を制御するコントロールユニットとを備える。また、前記第１のシャント抵抗の抵抗値は、前記コントロールユニットが入力したアナログ電圧をデジタル電圧に変換する際のＡ／Ｄ変換電圧の最少分解能を前記供給電流の検出可能な最小値で除した値以上となるように設定される。前記第２のシャント抵抗の抵抗値は、前記コントロールユニットが入力したアナログ電圧をデジタル電圧に変換する際のＡ／Ｄ変換電圧の最少分解能を前記負荷電流の検出可能な最小値で除した値以上となるように設定される。

　前記コントロールユニットは、前記第１のシャント抵抗の両端の電圧差を前記第１のシャント抵抗の抵抗値で除した値で前記供給電流を算出し、前記第２のシャント抵抗の両端の電圧差を前記第２のシャント抵抗の抵抗値で除した値で前記負荷電流を算出し、前記供給電流と前記負荷電流とが同等となるように前記スイッチング素子のオン／オフを制御してもよい。

　前記コントロールユニットは、前記負荷が駆動されているときに、前記第１のシャント抵抗の両端の電圧差を前記第１のシャント抵抗の抵抗値で除した値で前記供給電流を算出し、前記第２のシャント抵抗の両端の電圧差を前記第２のシャント抵抗の抵抗値で除した値で前記負荷電流を算出し、前記二次電池の正極が接続された前記第１のシャント抵抗ならびに前記第２のシャント抵抗の一方端の電圧Ｖ０と、予め設定された第１の基準電圧Ｖｔ１とを比較し、前記Ｖ０＞Ｖｔ１の場合には、前記供給電流＜前記負荷電流、前記Ｖ０＝Ｖｔ１の場合には、前記供給電流＝前記負荷電流、前記Ｖ０＜Ｖｔ１の場合には、前記供給電流＞前記負荷電流となるように、前記前記スイッチング素子のオン／オフを制御することが好ましい。

　前記コントロールユニットは、前記負荷が駆動されてないときに、前記第１のシャント抵抗の両端の電圧差を前記第１のシャント抵抗の抵抗値で除した値で前記供給電流を算出し、前記第２のシャント抵抗の両端の電圧差を前記第２のシャント抵抗の抵抗値で除した値で前記充電式電気機器の漏れ電流を算出し、前記二次電池の正極が接続された前記第１のシャント抵抗ならびに前記第２のシャント抵抗の一方端の電圧Ｖ０と、予め設定された第２の基準電圧Ｖｔ２とを比較し、前記Ｖ０＜Ｖｔ２の場合には、前記供給電流＞前記漏れ電流、前記Ｖ０≧Ｖｔ２の場合には、前記供給電流＝前記漏れ電流となるように、前記前記スイッチング素子のオン／オフを制御することが好ましい。

　前記充電式電気機器は、前記二次電池の正極と、前記第１のシャント抵抗ならびに前記第２のシャント抵抗との間に接続され、前記供給電流と前記負荷電流もしくは前記漏れ電流が同等となったときにオフして前記二次電池と前記スイッチング素子ならびに前記負荷とを電気的に切り離すスイッチを備えてもよい。

　前記コントロールユニットは、前記第１のシャント抵抗の両端の電圧差を前記第１のシャント抵抗の抵抗値で除して算出した電流から、前記第２のシャント抵抗の両端の電圧差を前記第２のシャント抵抗の抵抗値で除して算出した電流を減じ、減じた値を積算して前記二次電池の電池容量を算出することが好ましい。

　本発明によれば、機器に供給される供給電流を検出する第１のシャント抵抗、ならびに負荷電流を検出する第２のシャント抵抗が二次電池の正極側に接続されている。第１のシャント抵抗の抵抗値は、コントロールユニットのＡ／Ｄ変換電圧の最少分解能を供給電流の検出可能な最小値で除した値以上となるように設定される。第２のシャント抵抗の抵抗値は、コントロールユニットのＡ／Ｄ変換電圧の最少分解能を負荷電流の検出可能な最小値で除した値以上となるように設定される。

　これにより、第１ならびに第２のシャント抵抗で得られた電圧を増幅処理することなく供給電流ならびに負荷電流を検出することが可能となる。この結果、増幅回路を要することなく二次電池の充電動作ならびに負荷の駆動を的確に制御することが可能となり、簡単かつ小型で低コストな充電式電気機器を提供することができる。

図１は、本発明の実施形態１に係る充電式電気機器の構成を示す図である。図２は、本発明の実施形態２に係る充電式電気機器の構成を示す図である。

　以下、図面を用いて本発明を実施するための実施形態を説明する。

（実施形態１）
　図１は本発明の実施形態１に係る充電式電気機器の構成を示す図である。図１に示す実施形態１の充電式電気機器は、二次電池１１、スイッチング素子１２、第１のシャント抵抗１３－１、第２のシャント抵抗１３－２、負荷１４ならびにコントロールユニット１５を備えて構成されている。この充電式電気機器は、例えば電気かみそり、電動バリカン、脱毛器、電動歯ブラシなどの機器に組み込まれて機能することができる。

　二次電池１１は、例えばニッケル水素電池やニカド電池（ニッケル・カドミウム電池）、リチウム電池などの電池で構成される。二次電池１１は、アダプター接続端子１６に着脱自在に接続可能なＡＣアダプター１７を介して１００Ｖ～２４０Ｖ程度の交流の商用電源から供給される交流電力を直流に変換して得られた直流電力によって充電される。二次電池１１は、その電池電圧Ｖ０をコントロールユニット１５に入力する。

　スイッチング素子１２は、アダプター接続端子１６の一方と第１のシャント抵抗１３－１との間に接続され、例えばトランジスタなどで構成される。スイッチング素子１２は、ＡＣアダプター１７を介して与えられる直流電力を受けて、スイッチング信号に基づいてオン／オフ制御されることで二次電池１１に供給される充電電流を制御調整する。

　第１のシャント抵抗１３－１は、ＡＣアダプター１７から供給される本充電式電気機器に供給される供給電流を検出する際に機能する抵抗であり、スイッチング素子１２と二次電池１１の正極（＋極）側との間に接続されている。第１のシャント抵抗１３－１は、一方端の電圧すなわちスイッチング素子１２に接続された接続点の電圧Ｖ１がコントロールユニット１５に入力される。第１のシャント抵抗１３－１は、例えば数ｍ～数百ｍΩ程度の低抵抗で構成されるが、後述するＡ／Ｄ変換の分解能との関係でその抵抗値が第２のシャント抵抗１３－２との抵抗値とは独立して個別に設定される。

　第２のシャント抵抗１３－２は、負荷１４に供給される負荷電流を検出する際に機能する抵抗であり、二次電池１１の正極（＋極）側と負荷１４との間に接続されている。第２のシャント抵抗１３－２は、一方端の電圧すなわち負荷１４に接続された接続点の電圧Ｖ２がコントロールユニット１５に入力される。第２のシャント抵抗１３－２は、例えば数ｍ～数百ｍΩ程度の低抵抗で構成されるが、後述するＡ／Ｄ変換の分解能との関係でその抵抗値が第１のシャント抵抗１３－１との抵抗値とは独立して個別に設定される。

　負荷１４は、例えばＤＣモータなどにより構成され、二次電池１１もしくはＡＣアダプター１７から与えられる電力によって駆動される。したがって、本充電式電気機器は、二次電池１１の充電動作と並行して負荷１４の駆動が可能となり、所謂充電交流式の電気機器として機能する。

　コントロールユニット１５は、本充電式電気機器の動作を制御する制御中枢として機能し、プログラムに基づいて各種動作処理を制御するコンピュータに必要な、ＣＰＵや記憶装置等のハードウェア資源を備えた例えばマイクロコンピュータ等により実現される。したがって、コントロールユニット１５を構成するマイクロコンピュータのＣＰＵで処理プログラムが実行されることによって、二次電池１１の充放電動作ならびに負荷電流が制御される。コントロールユニット１５は、二次電池１１の負極（－極）ならびに負荷１４が接続された共通のグランド（接地電位）に接続されている。

　コントロールユニット１５は、スイッチング素子１２にスイッチング信号を与え、このスイッチング信号に基づいてスイッチング素子１２をオン／オフ制御する。このオン／オフ制御において、スイッチング信号のデューティ比、すなわちスイッチング信号の１周期あたりのオン時間を可変制御することでＡＣアダプター１７から供給される電流が増減制御される。これにより、コントロールユニット１５は、例えば二次電池１１の電池電圧Ｖ０に応じた所望の充電電流を二次電池１１に供給して、二次電池１１を充電制御する。また、コントロールユニット１５は、例えば二次電池１１の電池電圧Ｖ０に応じて負荷電流を負荷１４に供給して、負荷１４を駆動制御する。

　コントロールユニット１５は、第１のシャント抵抗１３－１の一方端の電圧Ｖ１と二次電池１１の電池電圧Ｖ０ならびに第１のシャント抵抗１３－１の抵抗値Ｒ１とで、ＡＣアダプター１７から供給される供給電流を、（Ｖ１－Ｖ０）／Ｒ１として算出する。また、コントロールユニット１５は、第２のシャント抵抗１３－２の一方端の電圧Ｖ２と二次電池１１の電池電圧Ｖ０ならびに第２のシャント抵抗１３－２の抵抗値Ｒ２とで、負荷１４に供給される負荷電流を、（Ｖ２－Ｖ０）／Ｒ２として算出する。コントロールユニット１５は、このようにして算出した電流に基づいて、二次電池１１の充電動作ならびに負荷電流の供給を制御する。

　なお、コントロールユニット１５に入力される電圧Ｖ０，Ｖ１，Ｖ２がコントロールユニット１５の電源電圧を超えるような場合には、例えば抵抗により分圧することで降圧した後コントロールユニット１５入力するものとする。

　第１のシャント抵抗１３－１の抵抗値は、以下のようにして決定される。

　コントロールユニット１５の電源電圧をＶＤＤ（Ｖ）として、コントロールユニット１５が備えている、入力したアナログ信号を内部処理する際のデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換機能の分解能を例えばＮビットする。このような場合に、Ａ／Ｄ変換で検出できる最小の電圧値、すなわちＡ／Ｄ変換電圧の最少分解能（ＬＳＢ）は、次式（１）で表される。

（数１）
最少分解能（ＬＳＢ）＝ＶＤＤ／２^Ｎ（Ｖ）　…（１）
したがって、１ＬＳＢはＶＤＤ／２^Ｎ（Ｖ）となる。

　次に、ＡＣアダプター１７からスイッチング素子１２を介して供給されて、検出しようとする供給電流の最小値（供給電流の最少分解能）をＩ１ｍｉｎ（Ａ）に設定すると、第１のシャント抵抗１３－１の抵抗値Ｒ１との関係は次式（２）で表される。

（数２）
Ｉ１ｍｉｎ×Ｒ１≧ＶＤＤ／２^Ｎ　…（２）
したがって、第１のシャント抵抗１３－１の抵抗値Ｒ１は、次式（３）で表される。

（数３）
Ｒ１≧（ＶＤＤ／２^Ｎ）／Ｉ１ｍｉｎ　…（３）
このように、第１のシャント抵抗１３－１の抵抗値Ｒ１は、（Ａ／Ｄ変換電圧の最少分解能）／（供給電流の検出可能な最小値）以上となるように設定される。

　例えば、コントロールユニット１５の電源電圧ＶＤＤが３Ｖ程度で、Ａ／Ｄ変換の分解能が１０ビットとすると、Ａ／Ｄ変換電圧の最少分解能（ＬＳＢ）は、２．９ｍＶ程度となる。そして、供給電流の検出可能な最小電流値を１０ｍＡ程度とすると、第１のシャント抵抗１３－１の抵抗値Ｒ１は２９０ｍΩ程度に設定される。

　このように、供給電流の検出可能な最小電流値を一定とした場合に、コントロールユニット１５のＡ／Ｄ変換の分解能が高くなる程、第１のシャント抵抗１３－１の抵抗値Ｒ１を小さくすることが可能となる。

　第２のシャント抵抗１３－２の抵抗値も、上記と概ね同様にして決定される。

　上記と同様に、コントロールユニット１５の電源電圧をＶＤＤ（Ｖ）とし、Ａ／Ｄ変換機能の分解能を例えばＮビットする。このような場合に、Ａ／Ｄ変換で検出できる最小の電圧値、すなわちＡ／Ｄ変換電圧の最少分解能（ＬＳＢ）は、先の式（１）で表される。

　次に、ＡＣアダプター１７からスイッチング素子１２を介して供給されて、検出しようとする負荷電流の最小値（負荷電流の最少分解能）をＩ２ｍｉｎ（Ａ）に設定すると、第２のシャント抵抗１３－２の抵抗値Ｒ２との関係は次式（４）で表される。

（数４）
Ｉ２ｍｉｎ×Ｒ２≧ＶＤＤ／２^Ｎ　…（４）
したがって、第２のシャント抵抗１３－２の抵抗値Ｒ２は、次式（５）で表される。

（数５）
Ｒ２≧（ＶＤＤ／２^Ｎ）／Ｉ２ｍｉｎ　…（３）
このように、第２のシャント抵抗１３－２の抵抗値Ｒ２は、（Ａ／Ｄ変換電圧の最少分解能）／（負荷電流の検出可能な最小値）以上となるように設定される。

　このように、上記実施形態１においては、ＡＣアダプター１７から本機器に供給される供給電流を検出する第１のシャント抵抗１３－１ならびに負荷電流を検出する第２のシャント抵抗１３－２を二次電池１１の正極側に接続する構成を採用している。このような構成を採用することで、第１のシャント抵抗１３－１の一方端の電圧Ｖ１ならびに第２のシャント抵抗１３－２の一方端の電圧Ｖ２は、正電圧となる。このため、従来のようにシャント抵抗で発生する電圧の正負を反転したりオフセットを施すためのオペアンプなどの構成が不要となる。

　また、第１のシャント抵抗１３－１の一方端の電圧Ｖ１、ならびに第２のシャント抵抗の一方端の電圧Ｖ２を検出することで、周囲温度の変化による二次電池１１の内部抵抗や電池電圧などの変動の影響を排除することが可能となる。このため、供給電流ならびに負荷電流を精度よく検出することができる。

　さらに、供給電流を検出する際に、Ａ／Ｄ変換時の最少分解能以上の電圧がコントロールユニット１５に入力されるように第１のシャント抵抗１３－１の抵抗値Ｒ１を設定している。また、負荷電流を検出する際に、Ａ／Ｄ変換時の最少分解能以上の電圧がコントロールユニット１５に入力されるように第２のシャント抵抗１３－２の抵抗値Ｒ２を設定している。このような構成を採用することで、第１のシャント抵抗１３－１の一方端ならびに第２のシャント抵抗１３－２の一方端で発生する電圧Ｖ１，Ｖ２を増幅することなくコントロールユニット１５に入力して電流を検出することが可能となる。これにより、電圧を増幅するオペアンプなどの構成が不要となる。

　したがって、従来に比べて、構成が簡略化されるとともに小型化することができ、コストの低減を図ることができる。また、オペアンプなどの増幅回路は、個々のばらつきが大きいため、個々の機器毎にばらつきを補正するのが一般的であり、検出精度の低下を招くおそれがあった。しかし、この実施形態１では、オペアンプなどの増幅回路が不要となるため、供給電流ならびに負荷電流を精度よく検出することが可能となる。このため、二次電池１１の種類やＡＣアダプター１７の種類によって充電電流がそれぞれ異なった場合であって、充電電流を精度よく検出することができる。したがって、様々な種類の二次電池１１やＡＣアダプター１７であっても、二次電池１１の充電動作を的確に制御することが可能となる。

　また、供給電流を検出するための第１のシャント抵抗１３－１と負荷電流を検出するための第２のシャント抵抗１３－２をそれぞれ独立して個別に設けたので、検出しようとする電流の値に応じてそれぞれのシャント抵抗の抵抗値を独立して個別に設定することが可能となる。これにより、１つのシャント抵抗で供給電流ならびに負荷電流の双方の電流を検出する場合に比べて、供給電流ならびに負荷電流の検出精度を高めることができる。

（実施形態２）
　次に、本発明の実施形態２に係る充電式電気機器について説明する。

　この実施形態２は、先の実施形態１と同様な構成ならびに機能に加えて、供給電流と負荷電流とを平衡状態に制御するようにしたことを特徴としている。

　すなわち、ＡＣアダプター１７から供給される供給電流をＩ１とし、負荷電流をＩ２とすると、Ｉ１＝Ｉ２が成立するように、コントロールユニット１５がスイッチング素子１２をオン／オフ制御する。ここで、第１のシャント抵抗１３－１の抵抗値をＲ１、第２のシャント抵抗１３－２の抵抗値をＲ２とすると、供給電流Ｉ１は（Ｖ１－Ｖ０）／Ｒ１となり、負荷電流Ｉ２は（Ｖ２－Ｖ０）／Ｒ２となる。

　このような平衡状態では、スイッチング素子１２を介してＡＣアダプター１７から供給される供給電流は負荷電流と釣り合うので、二次電池１１には電流は流れ込まない。この結果、二次電池１１の電池電圧を一定に保つことが可能となる。これにより、負荷１４がＤＣモータで構成されている場合には、負荷１４の駆動時の過渡現象における二次電池１１の電池電圧の変化によって発生するモータのうなり音を抑制することができる。

（実施形態３）
　次に、本発明の実施形態３に係る充電式電気機器について説明する。

　この実施形態３は、先の実施形態１と同様な構成ならびに機能に加えて、二次電池１１の電池電圧Ｖ０に基づいて、負荷１４の駆動時の供給電流と負荷電流との大小関係を制御するようにしたことを特徴としている。

　コントロールユニット１５は、負荷１４が駆動されている場合に、二次電池１１の電池電圧Ｖ０を予め設定された第１の基準電圧Ｖｔ１と比較し、その比較結果に基づいて供給電流と負荷電流との大小関係を設定している。すなわち、下記（１）～（３）に示すような大小関係となるように、スイッチング素子１２がオン／オフ制御される。

（１）Ｖ０＞Ｖｔ１、供給電流Ｉ１＜負荷電流Ｉ２
（２）Ｖ０＝Ｖｔ１、供給電流Ｉ１＝負荷電流Ｉ２
（３）Ｖ０＜Ｖｔ１、供給電流Ｉ１＞負荷電流Ｉ２
　ここで、第１の基準電圧Ｖｔ１は、例えば二次電池１１の種類に応じて決められている最大出力電圧によって設定される。二次電池１１が例えば最大出力電圧が４．２Ｖ程度のリチウム電池で構成されている場合には、第１の基準電圧Ｖｔ１は最大出力電圧の近傍の例えば４．０Ｖ程度に設定される。また、第１のシャント抵抗１３－１の抵抗値をＲ１、第２のシャント抵抗１３－２の抵抗値をＲ２とすると、供給電流Ｉ１は（Ｖ１－Ｖ０）／Ｒ１となり、負荷電流Ｉ２は（Ｖ２－Ｖ０）／Ｒ２となる。

　上記（１）では、二次電池１１の電池容量が満充電に近い状態で二次電池１１は放電してもかまわないと判断し、電池電圧Ｖ０は第１の基準電圧Ｖｔ１に向けて徐々に低下する。上記（２）の場合には、二次電池１１の充電は不要と判断して充電は行われず、電池電圧Ｖ０は変化しない。上記（３）の場合には、二次電池１１は充電が必要であると判断して、負荷１４を駆動しながら二次電池１１を充電し、電池電圧Ｖ０が第１の基準電圧Ｖｔに徐々に近づく。

　このように、この実施形態３では、二次電池１１における充電の必要性を判断しつつ、電池電圧の変動を抑制することができる。これにより、二次電池１１における電池容量の不足を回避することができる。さらに加えて、負荷１４がＤＣモータで構成されている場合には、負荷１４の駆動時の過渡現象における二次電池１１の電池電圧の変化によって発生するモータのうなり音を抑制することができる。

（実施形態４）
　次に、本発明の実施形態４に係る充電式電気機器について説明する。

　この実施形態４は、先の実施形態１と同様な構成ならびに機能に加えて、二次電池１１の電池電圧Ｖ０に基づいて、負荷１４が駆動されていないときの供給電流と漏れ電流との大小関係を制御するようにしたことを特徴としている。ここで、漏れ電流とは、負荷が駆動されていない場合であってもコントロールユニット１５は起動された状態にあるので、その際のコントロールユニット１５の消費電流が主なものとなる。なお、コントロールユニット１５の消費電流は、負荷電流に比べて極めて微少であるので、負荷１４が駆動されたときの機器全体の消費電流に対して漏れ電流とすることができる。

　コントロールユニット１５は、負荷１４が駆動されていない場合に、二次電池１１の電池電圧Ｖ０を予め設定された第２の基準電圧Ｖｔ２と比較し、その比較結果に基づいて供給電流と漏れ電流との大小関係を設定している。すなわち、下記（４）～（５）に示すような大小関係となるように、スイッチング素子１２がオン／オフ制御される。

（４）Ｖ０＜Ｖｔ２、供給電流Ｉ１＞漏れ電流Ｉ３
（５）Ｖ０≧Ｖｔ２、供給電流Ｉ１＝漏れ電流Ｉ３
　ここで、第１の基準電圧Ｖｔ２は、例えば二次電池１１の種類に応じて決められている最大出力電圧によって設定される。二次電池１１が例えば最大出力電圧（満充電時）が４．２Ｖ程度のリチウム電池で構成されている場合には、第２の基準電圧Ｖｔ２は最大出力電圧の例えば９０％程度の電圧に設定される。また、第１のシャント抵抗１３－１の抵抗値をＲ１、第２のシャント抵抗１３－２の抵抗値をＲ２とすると、供給電流Ｉ１は（Ｖ１－Ｖ０）／Ｒ１となり、漏れ電流Ｉ３は（Ｖ２－Ｖ０）／Ｒ２となる。

　上記（４）では、漏れ電流Ｉ３により電池電圧Ｖ０が徐々に低下して電池容量が減ってきているものと推定し、漏れ電流Ｉ３以上に供給電流Ｉ１を設定して二次電池１１を充電する。上記（５）では、二次電池１１の電池容量は充電を必要としない程度にあると判断し、供給電流Ｉ１によって漏れ電流Ｉ３を補い、二次電池１１からの放電を回避している。

　このように、この実施形態４では、負荷１４が駆動されずに機器が使用されていない場合には、ＡＣアダプター１７からの供給電流によって機器の漏れ電流を補うことで、二次電池１１の放電を回避して、電池容量の低下を防止することができる。また、二次電池１１の電池容量が充電が必要な程度に低下している場合には、供給電流によって機器の漏れ電流を補うととも、二次電池１１を充電することが可能となる。これにより、二次電池１１の電池容量の低下を回避することができる。

（実施形態５）
　図２は本発明の実施形態５に係る充電式電気機器の構成を示す図である。図２において、この実施形態５の充電式電気機器は、先の図１に示す構成に対して、スイッチ２１を設けたことを特徴とし、他の構成は先の図１と同様である。

　スイッチ２１は、第１のシャント抵抗１３－１と第２のシャント抵抗１３－２との接続点と二次電池１１の正極との間に接続され、コントロールユニット１５から与えられるスイッチング制御信号に基づいてオン／オフ制御される。

　この実施形態５は、先の実施形態２と同様に供給電流と負荷電流とを平衡状態に制御している。すなわち、ＡＣアダプター１７から供給される供給電流をＩ１とし、負荷電流をＩ２とすると、Ｉ１＝Ｉ２が成立するように、コントロールユニット１５がスイッチング素子１２をオン／オフ制御する。ここで、第１のシャント抵抗１３－１の抵抗値をＲ１、第２のシャント抵抗１３－２の抵抗値をＲ２とすると、供給電流Ｉ１は（Ｖ１－Ｖ０）／Ｒ１となり、負荷電流Ｉ２は（Ｖ２－Ｖ０）／Ｒ２となる。

　このような平衡状態では、スイッチング素子１２を介してＡＣアダプター１７から供給される供給電流は負荷電流と釣り合うので、二次電池１１には電流は流れ込まない。このような状態において、スイッチ２１は、スイッチング制御信号によりオフされる。これにより、二次電池１１はＡＣアダプター１７ならびに負荷１４から切り離される。

　上述したように、供給電流と負荷電流とが釣り合ったといっても、両者を完全に一致させることは困難であり、両者の間には微少ではあるが差が生じている。このため、二次電池１１には、微少ではあるが充電電流もしくは放電電流が流れることになる。これは、電池の寿命を短くする要因となる。

　そこで、この実施形態５では、供給電流と負荷電流が釣り合ったときに、スイッチ２１をオフして二次電池１１を切り離すことで、不要な充放電電流を回避することが可能となる。この結果、二次電池１１を保護して二次電池１１の寿命を延ばすことができる。

　一方、上記負荷電流に代えて、先の実施形態４で説明した漏れ電流とした場合でも、上述したと同様にスイッチ２１をオフして二次電池１１を切り離すことが可能である。

（実施形態６）
　次に、本発明の実施形態６に係る充電式電気機器について説明する。

　この実施形態５は、先の実施形態１と同様な構成ならびに機能に加えて、供給電流と負荷電流とに基づいて、二次電池１１の電池容量を算出するようにしたことを特徴としている。

　スイッチング素子１２を介してＡＣアダプター１７から機器に供給される供給電流をＩ１とし、負荷１４で消費される負荷電流をＩ２とすると、コントロールユニット１５で供給電流と負荷電流との差となる（Ｉ１－Ｉ２）を積算する。ここで、第１のシャント抵抗１３－１の抵抗値をＲ１、第２のシャント抵抗１３－２の抵抗値をＲ２とすると、供給電流Ｉ１は（Ｖ１－Ｖ０）／Ｒ１となり、負荷電流Ｉ２は（Ｖ２－Ｖ０）／Ｒ２となる。

　（Ｉ１－Ｉ２）は、二次電池１１に流れ込む充電電流となり、この充電電流を積算することで、電池容量を算出することができる。

　このように、この実施形態６では、それぞれ対応した別個のシャント抵抗で供給電流と負荷電流とを検出して双方の電流を精度よく検出するようにしたので、二次電池１１の電池容量を正確に算出することができる。この結果、二次電池１１の充電の必要性を精度よく判断することが可能となり、的確に二次電池１１を充電することができる。

　特願２０１０－２１０８９２号（出願日：２０１０年９月２１日）の全内容は、ここに援用される。

　以上、実施例に沿って本発明の内容を説明したが、本発明はこれらの記載に限定されるものではなく、種々の変形及び改良が可能であることは、当業者には自明である。

　本発明によれば、シャント抵抗で得られた電圧を増幅処理することなく供給電流ならびに負荷電流を検出することが可能となる。この結果、増幅回路を要することなく二次電池の充電動作ならびに負荷の駆動を的確に制御することが可能となり、簡単かつ小型で低コストな充電式電気機器を提供することができる。

　１１…二次電池
　１２…スイッチング素子
　１３…シャント抵抗
　１４…負荷
　１５…コントロールユニット
　１６…アダプター接続端子
　１７…ＡＣアダプター
　２１…スイッチ

Claims

　充電式電気機器に着脱自在に接続される充電アダプターを介した外部からの給電により二次電池を充電し、前記二次電池または前記充電アダプターを介した外部からの給電により駆動される負荷を有する充電式電気機器であって、
　前記充電アダプターを介した外部からの給電を受けて、スイッチング信号に基づいてオン／オフされて前記充電式電気機器に供給電流を供給するスイッチング素子と、
　前記スイッチング素子と前記二次電池の正極との間に接続され、前記スイッチング素子を介して前記充電式電気機器に供給される供給電流を検出する第１のシャント抵抗と、
　前記負荷と前記二次電池の正極との間に接続され、前記負荷に供給される負荷電流を検出する第２のシャント抵抗と、
　前記スイッチング素子のオン時に前記第１のシャント抵抗ならびに前記第２のシャント抵抗の両端の電圧を入力し、入力した電圧に基づいて、前記スイッチング素子のオン／オフを制御して、前記供給電流ならびに負荷電流を制御するコントロールユニットとを備え、
　前記第１のシャント抵抗の抵抗値は、前記コントロールユニットが入力したアナログ電圧をデジタル電圧に変換する際のＡ／Ｄ変換電圧の最少分解能を前記供給電流の検出可能な最小値で除した値以上となるように設定され、
　前記第２のシャント抵抗の抵抗値は、前記コントロールユニットが入力したアナログ電圧をデジタル電圧に変換する際のＡ／Ｄ変換電圧の最少分解能を前記負荷電流の検出可能な最小値で除した値以上となるように設定される
ことを特徴とする充電式電気機器。
　前記コントロールユニットは、前記第１のシャント抵抗の両端の電圧差を前記第１のシャント抵抗の抵抗値で除した値で前記供給電流を算出し、前記第２のシャント抵抗の両端の電圧差を前記第２のシャント抵抗の抵抗値で除した値で前記負荷電流を算出し、前記供給電流と前記負荷電流とが同等となるように前記スイッチング素子のオン／オフを制御する
ことを特徴とする請求項１に記載の充電式電気機器。
　前記コントロールユニットは、前記負荷が駆動されているときに、前記第１のシャント抵抗の両端の電圧差を前記第１のシャント抵抗の抵抗値で除した値で前記供給電流を算出し、前記第２のシャント抵抗の両端の電圧差を前記第２のシャント抵抗の抵抗値で除した値で前記負荷電流を算出し、前記二次電池の正極が接続された前記第１のシャント抵抗ならびに前記第２のシャント抵抗の一方端の電圧Ｖ０と、予め設定された第１の基準電圧Ｖｔ１とを比較し、
　前記Ｖ０＞Ｖｔ１の場合には、前記供給電流＜前記負荷電流、
　前記Ｖ０＝Ｖｔ１の場合には、前記供給電流＝前記負荷電流、
　前記Ｖ０＜Ｖｔ１の場合には、前記供給電流＞前記負荷電流となるように、
　前記前記スイッチング素子のオン／オフを制御する
ことを特徴とする請求項１または２に記載の充電式電気機器。
　前記コントロールユニットは、前記負荷が駆動されてないときに、前記第１のシャント抵抗の両端の電圧差を前記第１のシャント抵抗の抵抗値で除した値で前記供給電流を算出し、前記第２のシャント抵抗の両端の電圧差を前記第２のシャント抵抗の抵抗値で除した値で前記充電式電気機器の漏れ電流を算出し、前記二次電池の正極が接続された前記第１のシャント抵抗ならびに前記第２のシャント抵抗の一方端の電圧Ｖ０と、予め設定された第２の基準電圧Ｖｔ２とを比較し、
　前記Ｖ０＜Ｖｔ２の場合には、前記供給電流＞前記漏れ電流、
　前記Ｖ０≧Ｖｔ２の場合には、前記供給電流＝前記漏れ電流となるように、
　前記前記スイッチング素子のオン／オフを制御する
ことを特徴とする請求項１～３のいずれか１項に記載の充電式電気機器。
　さらに、前記二次電池の正極と、前記第１のシャント抵抗ならびに前記第２のシャント抵抗との間に接続され、前記供給電流と前記負荷電流もしくは前記漏れ電流が同等となったときにオフして前記二次電池と前記スイッチング素子ならびに前記負荷とを電気的に切り離すスイッチを備える
ことを特徴とする請求項１～４のいずれか１項に記載の充電式電気機器。
　前記コントロールユニットは、前記第１のシャント抵抗の両端の電圧差を前記第１のシャント抵抗の抵抗値で除して算出した電流から、前記第２のシャント抵抗の両端の電圧差を前記第２のシャント抵抗の抵抗値で除して算出した電流を減じ、減じた値を積算して前記二次電池の電池容量を算出する
ことを特徴とする請求項１～５のいずれか１項に記載の充電式電気機器。