JP2014128074A - 電池残量表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】二つの発光素子により、電源電圧の変化に対応して、第一発光素子が発する光の色と、第一発光素子と第二発光素子とが各々発する光の色の混合色と、第二発光素子が発する光の色と、の三通りの色を表示する。
【解決手段】緑色ＬＥＤ２１と赤色ＬＥＤとを備え、各ＬＥＤ２１，２２が、各々の発する光を混合するように配置されると共に、電池７からの電力供給ライン２３に対して並列に接続され、電力供給ライン２３に緑色ＬＥＤ２１を含んだ第一回路２４が、電池残量が最大であるときの電池電圧に対して所定の値だけ降下した電圧値以上の第一の電圧範囲で緑色ＬＥＤ２１が点灯するように構成されて接続され、電力供給ライン２３に赤色ＬＥＤ２２を含んだ第二回路２５が、第一の電圧範囲の最大電圧よりも低く且つ第一の電圧範囲の最小電圧よりも高い所定の電圧値から第一の電圧範囲の最小電圧よりも低電圧側にシフトした電圧値までの第二の電圧範囲で赤色ＬＥＤ２２が点灯するように構成されて接続されている。
【選択図】図４

Description

本発明は電池残量表示装置に関する。

電子機器等の電源である電池の残量を表示する電池残量表示装置としては、例えば、発光色が互いに異なる三つの発光素子を備え、電池電圧の変化に対応して各発光素子の何れかを選択的に点灯させることにより、電池の残量を三通りの色で表示するようにしたものがある。

この種の電池残量表示装置は、マイクロコンピュータ等を利用した制御回路により電池電圧の変化に応じて各発光素子を順次オン／オフさせなければならないため、コスト高であり、比較的安価な携帯用の機器に適用するには不向きである。

そのため、従来から、特許文献１に記載されているような電池残量表示装置が提案されている。この電池残量表示装置は、発光色と電圧―光度特性とが互いに異なる二つの発光素子を、各発光素子が発する光が互いに混合するように配置し、これらの発光素子を電池からの電力供給ラインに対して並列に接続したものである。

この電池残量表示装置は、電池電圧が十分高いときに、二つの発光素子が発する光の混合色を表示し、電池電圧が或る値以下になったときに、各発光素子の電圧―光度特性の違いにより、一方の発光素子が発する光の色を表示する。

この電池残量表示装置は、簡単な回路構成で、二つの発光素子が発する光の混合色と、一方の発光素子が発する光の色と、を表示できるため、低コストに得られる。

特開２００８−１９３８０７号公報

しかし、上記特許文献１に記載された電池残量表示装置は、二つの発光素子が発する光の混合色と、一方の発光素子が発する光の色と、の二通りの色しか表示できない。

本発明は、二つの発光素子により、電源電圧の変化に対応して、第一発光素子が発する光の色と、第一発光素子と第二発光素子とが各々発する光の色の混合色と、第二発光素子が発する光の色と、の三通りの色を表示することができる電池残量表示装置を提供することを目的としたものである。

前記目的を果たすため、本発明の電池残量表示装置は、
発光色が互いに異なる第一発光素子と第二発光素子とを備え、
前記第一発光素子と前記第二発光素子とが、各々の発する光を混合するように配置されると共に、電池からの電力供給ラインに対して並列に接続され、
前記第一発光素子を含んだ第一回路が、第一の電圧範囲で前記第一発光素子が点灯するように前記電力供給ラインに接続され、
前記第二発光素子を含んだ第二回路が、前記第一の電圧範囲の最大電圧よりも低く且つ前記第一の電圧範囲の最小電圧よりも高い電圧値から前記第一の電圧範囲の最小電圧よりも低い電圧値までの第二の電圧範囲で前記第二発光素子が点灯するように前記電力供給ラインに接続されている、
ことを特徴とする。

本発明の電池残量表示装置によれば、しかも二つの発光素子により、電源電圧の変化に対応して、第一発光素子が発する光の色と、第一発光素子と第二発光素子とが各々発する光の色の混合色と、第二発光素子が発する光の色と、の三通りの色を表示することができる。

本発明の電池残量表示装置を備えた機器の一例である電池ボックスの外観斜視図。 前記電池ボックスの電池ホルダ引出し状態の斜視図。 前記電池ボックスの電池残量表示装置が配置された部分の拡大断面図。 本発明の電池残量表示装置の第一の実施形態を示す回路図。 電池残量の経時変化を示す図。 前記電池残量表示装置における第一発光素子及び第二発光素子の点灯動作と表示色の変化とを示す図。 本発明の電池残量表示装置の第二の実施形態を示す回路図。

［第一実施形態］
図１は本発明の電池残量表示装置を備えた機器の一例である電池ボックスの外観を示し、図２は電池ボックスの電池ホルダを引出した状態を示し、図３は、電池ボックスの電池残量表示装置が配置された部分の構成を示している。

この電池ボックス１は、携帯用電子機器の外部電源として使用されるものであり、図１及び図２のように、開閉蓋４を備えた電池ホルダ挿入口３を有するケース２と、ケース２内に収容される電池ホルダ６と、により構成されている。

ケース２は、角箱形状をなしており、一つの側面に、その側面全体にわたって開口する電池ホルダ挿入口３が形成されている。また、開閉蓋４は、電池ホルダ挿入口３の全体を塞ぐ形状に形成され、一端を、ケース２の電池ホルダ挿入口３の一側縁に回動開閉可能に枢支されている。

電池ホルダ６は、上面が開放した箱体であり、例えば４本の単三型電池７を並べて収容し、全ての電池７を直列に接続した状態で保持する。なお、図では省略しているが、電池ホルダ６の電池収容空間には、各電池７を直列接続するための電池接触端子が設けられている。この電池ホルダ６は、電池７を交換するときに、開閉蓋４を開いて図２のようにケース２外に引出され、電池７を交換した後に再びケース２内に収容される。

この電池ボックス１は、携帯用電子機器の回路に電源ケーブルによって接続されるものであり、図では省略しているが、ケース２の電池ホルダ挿入口３とは反対側の面に、電源ケーブルの接続コネクタが設けられている。

また、電池ボックス１のケース２の上面には、電池ボックス１内の電池７の残量を表示するための電池残量表示部１０と、携帯用電子機器への電力供給を開始するためのオン操作部１３と、が設けられている。

電池残量表示部１０は、図３のように、ケース２の上面に設けられた孔状の表示用開口１１と、この表示用開口１１に嵌着された透明板１２と、により形成されている。また、オン操作部１３には、手動で操作されるスイッチ１４が設けられている。このスイッチ１４は例えばスライド型スイッチであり、ケース２内に、スライド摘み１４ａを、ケース２の上面に設けられた開口１５からケース２上に露出させて配置されている。

さらに、電池ボックス１のケース２内には、電池ボックス１内の電池７の残量を表示するための電池残量表示装置が配置されている。図４は電池残量表示装置２０を構成する回路を示している。

この電池残量表示装置２０は、発光色が互いに異なる第一発光素子２１と第二発光素子２２とを備え、これらの第一発光素子２１，第二発光素子２２を、図４のような回路により電池ボックス１の電池電圧の変化に対応して点灯させるように構成されている。

第一発光素子２１と第二発光素子２２とは、いずれもＬＥＤ（発光ダイオード）であり、本実施形態では、第一ＬＥＤ２１として、緑色光を発する緑色ＬＥＤを備え、第二ＬＥＤ２２として赤色光を発する赤色ＬＥＤを備えている。以下、第一ＬＥＤ２１を緑色ＬＥＤと称し、第二ＬＥＤ２２を赤色ＬＥＤと称する。この二つのＬＥＤ２１、２２は、各々の発する光を互いに混合するように、それぞれの発光面を同じ方向に向けて、互いに近接させて配置され、図４のように、電池７からの電力供給ライン２３に対して並列に接続されている。

電力供給ライン２３は、電池ボックス１内の電池７の電圧を前記ケース２の背面に設けられた電源ケーブル接続コネクタに供給する配線である。この電力供給ライン２３と二つのＬＥＤ２１，２２を点灯させる回路とは、図３に示した配線基板１６に形成されており、この配線基板１６上に、二つのＬＥＤ２１，２２とスイッチ１４とが設けられている。

そして、配線基板１６は、二つのＬＥＤ２１，２２が発する緑色光と赤色光とが表示用開口１１から外部に出射するように、各ＬＥＤ２１，２２の発光面を電池残量表示部１０に対向させると共に、スイッチ１４のスライド摘み１４ａを、開口１５に入り込ませてケース２内に固定されている。

配線基板１６に形成された電力供ライン２３の一端は、図２に示したフレキシブルなリード線９によって電池ホルダ６の電池接触端子に接続されている。なお、リード線９は、電池ホルダ６をケース２外に引出せる長さを有している。また、電力供給ライン２３の他端は、ケース２に設けられた電源ケーブル接続コネクタに接続されている。

電池残量表示装置２０は、図４のように、電力供給ライン２３に緑色ＬＥＤ２１を含んだ第一回路２４が接続されており、電力供給ライン２３に赤色ＬＥＤ２２を含んだ第二回路２５が接続されている。

第一回路２４は、電池７の残量が最大であるときの電池電圧に対して所定の値だけ降下した電圧値以上の第一の電圧範囲で緑色ＬＥＤ２１が点灯するように構成されている。この第一回路２４は、降圧素子２６と、緑色ＬＥＤ２１と、第一抵抗素子２７と、の直列接続回路からなっている。

一方、第二回路２５は、前記第一の電圧範囲の最大電圧よりも低電圧側にシフトし且つ第一の電圧範囲の最小電圧よりも高い所定の電圧値から第一の電圧範囲の最小電圧よりも低電圧側にシフトした電圧値までの第二の電圧範囲で赤色ＬＥＤ２２が点灯するように構成されている。この第二回路２５は、赤色ＬＥＤ２２と、第二抵抗素子２９と、赤色ＬＥＤ２２への電圧の印加をオン／オフするスイッチング素子２８と、の直列接続回路からなっている。

本実施形態において、電池７は単三型電池であり、４本の電池７が直列に接続されているため、電池残量が最大であるときの電池電圧は６．０Ｖである。また、緑色ＬＥＤ２１と赤色ＬＥＤ２２とは、閾値電圧が略同じ素子であり、本実施形態では、閾値電圧が約２．２Ｖの緑色ＬＥＤ２１と赤色ＬＥＤ２２とを用いている。

また、第一回路２４の第一抵抗素子２７の抵抗値は２６０Ωに設定され、第二回路２５の第二抵抗素子２９の抵抗値は、第一抵抗素子２７の抵抗値よりも十分に大きい５００Ωに設定されている。

第一回路２４の降圧素子２６は、例えばシリコンダイオードであり、このダイオード２６の閾値電圧は約１．２Ｖである。また、第二回路２５のスイッチング素子２８は、例えばＰＮＰ接合型のトランジスタであり、電力供給ライン２３に接続された電圧検出回路３０からのオン信号（ゲート信号）の印加によりオンされる。

電圧検出回路３０は、１個のＩＣに形成されている。この電圧検出回路３０は、電力供給ライン２３からの供給電圧が所定の閾値電圧よりも高いときはＮｃｈオープンドレインが高インピーダンスになって出力動作せず、供給電圧が閾値電圧以下になったときに、Ｎｃｈオープンドレインが低インピーダンスになって、トランジスタ２８にオン信号を出力する。この電圧検出回路３０の閾値電圧は、前記第一の電圧範囲の最大電圧よりも低く、且つ第一の電圧範囲の最小電圧よりも高い所定の電圧値、例えば４．７Ｖに設定されている。

この電圧検出回路３０は、電力供給ライン２３の電圧を利用して所定電位のオン信号を発生させると共に、電力供給ライン２３の電圧が閾値電圧以下になったときにオン信号をトランジスタ２８へ出力するように構成されている。なお、電力供給ライン２３の電圧値は、電池残量の減少に伴って低くなるが、その電圧を昇圧させることにより、継続してオン信号を出力することができる。

本実施形態の電池残量表示装置は、スイッチ１４のオンにより機器の回路へ電力供給が開始されたときに動作を開始する。図５は、電池７からの電力供給を連続して行ったときの電池残量の経時変化を示しており、電池残量は、時間の経過に伴って減少して行く。

そして、電池電圧が電圧検出回路３０の閾値電圧（４．７Ｖ）よりも高いときは、トランジスタ２８がオフ状態であるため、電力供給ライン２３から第一回路２４だけに電流が流れて緑色ＬＥＤ２１が点灯し、表示部１０に、電池残量が十分であることを示す緑色が表示される。また、緑色ＬＥＤ２１が発する緑色光の明るさは、緑色ＬＥＤ２１のアノード端子とカソード端子との間の電位差に対応する。そのため、緑色表示の明るさは、電池電圧が最大（６．０Ｖ）であるときに最も明るく、電池電圧が低くなるのに伴って徐々に明るさを減じて行く。

また、電池残量が機器への電力供給に伴って減少し、電池電圧が電圧検出回路３０の閾値電圧（４．７Ｖ）まで下がると、電圧検出回路３０からトランジスタ２８にオン信号が出力される。

そのため、電池電圧が電圧検出回路３０の閾値電圧である４．７Ｖまで下がると、電力供給ライン２３から第二回路２５に電流が流れ、赤色ＬＥＤ２２が点灯する。この赤色ＬＥＤ２２が発する赤色光の明るさは、赤色ＬＥＤ２２のアノード端子とカソード端子との間の電位差に対応し、電池電圧が低くなるのに伴って徐々に明るさを減じて行く。

一方、ダイオード２６の閾値電圧は１．２Ｖであるため、緑色ＬＥＤ２１のアノード端子には、４．７Ｖ−１．２Ｖ＝３．４Ｖの電圧が印加される。そして、緑色ＬＥＤ２１の閾値電圧は２．２Ｖであるため、緑色ＬＥＤ２１のアノード端子とカソード端子との間に電位差があり、第一回路２４にも電流が流れ続ける。

従って、電池電圧が４．７Ｖまで下がると、表示部１０に、電池残量が減り始めていることを示す、緑と赤との混合色が表示される。このときの混合色は、緑色成分明るさと赤色成分の明るさとが略等しい黄色であり、電池電圧が４．７Ｖよりも低くなるのに伴って橙色になり、さらに電池電圧が低くなるのに伴って橙色の緑色成分が少なくなって行く。

また、電池電圧が下がり、緑色ＬＥＤ２１のアノード端子とカソード端子との間に電位差が無くなると、第一回路２４に電流が流れなくなって緑色ＬＥＤ２１が消灯する。このときの電池電圧は、３．４Ｖである。すなわち、電池電圧が３．４Ｖになると、緑色ＬＥＤ２１のアノード端子に印加される電圧が、３．４Ｖ−１．２Ｖ＝２．２Ｖになり、緑色ＬＥＤ２１のアノード端子とカソード端子との間に電位差が無くなって緑色ＬＥＤ２１が消灯する。

一方、電池電圧が３．４Ｖまで下がっても、赤色ＬＥＤ２２は点灯し続ける。そのため、電池電圧が３．４Ｖ以下になると、表示部１０の表示色が、電池残量が空に近くなったことを示す赤色が表示される。

そして、さらに電池電圧が下がり、赤色ＬＥＤ２２のアノード端子とカソード端子との間に電位差が無くなると、第二回路２５にも電流が流れなくなって赤色ＬＥＤ２２も消灯する。このときの電池電圧は、２．２Ｖであり、電池電圧が２．２Ｖまで下がると、表示部１０が黒く見える。

図６は、上記緑色ＬＥＤ２１及び赤色ＬＥＤ２２の点灯動作と表示色の変化とを示している。図６のように、本実施形態の電池残量表示装置は、電池電圧が４．７Ｖ以上の電圧範囲で緑色を表示し、４．７Ｖ〜３．４Ｖの電圧範囲で緑色と赤色との混合色を表示し、３．４Ｖ〜２．２Ｖの電圧範囲で赤色を表示することができる。

すなわち、電池残量表示装置は、緑色ＬＥＤ２１と赤色ＬＥＤ２２とを、各々の発する光を混合するように配置すると共に、電池７からの電力供給ライン２３に対して並列に接続し、さらに、電力供給ライン２３に緑色ＬＥＤ２１を含んだ第一回路２４を、電池残量が最大であるときの電池電圧に対して所定の値だけ降下した電圧値（４．７Ｖ）以上の第一の電圧範囲で緑色ＬＥＤ２１が点灯するように構成して接続し、電力供給ライン２３に赤色ＬＥＤ２２を含んだ第二回路２５を、第一の電圧範囲の最大電圧よりも低電圧側にシフトし且つ第一の電圧範囲の最小電圧よりも高い電圧値から第一の電圧範囲の最小電圧よりも低電圧側にシフトした電圧値までの第二の電圧範囲で赤色ＬＥＤ２２が点灯するように構成して接続している。

そのため、緑色ＬＥＤ２１と赤色ＬＥＤ２２との二つの発光素子により、電源電圧の変化に対応して、緑色ＬＥＤ２１が発する光の色と、緑色ＬＥＤ２１と赤色ＬＥＤ２２とが各々発する光の色の混合色と、赤色ＬＥＤ２２が発する光の色と、の三通りの色を表示することができる。

また、上記実施形態の電池残量表示装置は、第一回路２４が、降圧素子としてのダイオード２６と、緑色ＬＥＤ２１と、第一抵抗素子２７と、の直列接続回路からなっており、第二回路２５が、赤色ＬＥＤ２２と、第二抵抗素子２９と、赤色ＬＥＤ２２への電圧の印加をオン／オフするスイッチング素子としてのトランジスタ２８と、の直列接続回路からなっている。このように、第一回路２４と第二回路２５とは、いずれも極く簡単な構成であり、従って、電池残量表示装置を低コストに得ることができる。

さらに、上記実施形態では、第二回路２５のトランジスタ２８を、電力供給ライン２３からの供給電圧が所定の閾値電圧よりも高いときは出力動作せず、供給電圧が閾値電圧以下になったときにトランジスタ２８にオン信号を出力する電圧検出回路３０によってオンさせるようにしているため、トランジスタ２８をオンさせる構成も極く簡単である。

［第二実施形態］
なお、上記第一実施形態では、第一回路２４の降圧素子にダイオード２６を用いているが、降圧素子は、図７に示した第二実施形態のように、抵抗素子２６ａでもよく、その場合は、この抵抗素子２６ａの抵抗値を、緑色ＬＥＤ２１が第一実施形態と同様に点灯及び消灯するように設定すればよい。

［他の実施形態］
上記実施形態では、緑色ＬＥＤ２１と赤色ＬＥＤ２２とを近接させて配置しているが、緑色ＬＥＤ２１と赤色ＬＥＤ２２とを各々が発する光が混合するように配置した複合ＬＥＤを用い、この複合ＬＥＤを電池残量表示部１０に対向させて配置してもよい。さらに、発光素子は、ＬＥＤに限らず、例えば有機ＥＬ（エレクトロルミネッセンス）素子等でもよい。

また、二つの発光素子は、緑色発光素子と赤色発光素子に限らず、発光色が互いに異なるものであれば、他の色の光を発するものでもよい。さらに、上記実施形態の電池残量表示装置は、電池ボックス１に設けられるものであるが、本発明は、電子機器の電池残量表示装置にも、また二次電池の電池残量表示装置にも適用することができる。

また、本発明は、上記実施形態に限らず、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。以下に、本願出願の当初の特許請求の範囲に記載された発明を付記する。

［１］
発光色が互いに異なる第一発光素子と第二発光素子とを備え、
前記第一発光素子と前記第二発光素子とが、各々の発する光を混合するように配置されると共に、電池からの電力供給ラインに対して並列に接続され、
前記第一発光素子を含んだ第一回路が、第一の電圧範囲で前記第一発光素子が点灯するように前記電力供給ラインに接続され、
前記第二発光素子を含んだ第二回路が、前記第一の電圧範囲の最大電圧よりも低く且つ前記第一の電圧範囲の最小電圧よりも高い電圧値から前記第一の電圧範囲の最小電圧よりも低い電圧値までの第二の電圧範囲で前記第二発光素子が点灯するように前記電力供給ラインに接続されている、
ことを特徴とする電池残量表示装置。

［２］
前記第一回路は、降圧素子と、前記第一発光素子と、第一抵抗素子と、の直列接続回路からなり、前記第二回路は、前記第二発光素子と、第二抵抗素子と、前記第二発光素子への電圧の印加をオン／オフするスイッチング素子と、の直列接続回路からなっていることを特徴とする［１］に記載の電池残量表示装置。

［３］
前記第一発光素子と前記第二発光素子とは、閾値電圧が略等しい素子であり、前記第二抵抗素子は、前記第一抵抗素子の抵抗値よりも大きい抵抗値を有していることを特徴とする［２］に記載の電池残量表示装置。

［４］
前記第一回路の前記降圧素子は、ダイオードまたは抵抗素子であることを特徴とする［２］に記載の電池残量表示装置。

［５］
前記第二回路の前記スイッチング素子は、トランジスタであることを特徴とする［２］に記載の電池残量表示装置。

［６］
前記トランジスタは、前記電力供給ラインからの供給電圧が所定の閾値電圧よりも高いときは出力動作せず、当該供給電圧が当該所定の閾値電圧以下になったときに前記トランジスタにオン信号を出力する電圧検出回路によってオンされることを特徴とする［５］に記載の電池残量表示装置。

［７］
前記第一発光素子は、緑色発光ダイオードであり、前記第二発光素子は、赤色発光ダイオードであることを特徴とする［１］乃至［６］の何れかに記載の電池残量表示装置。

［８］
前記第一の電圧範囲の最大電圧は、前記電池の残量が最大であるときの電池電圧である
ことを特徴とする［１］乃至［７］の何れかに記載の電池残量表示装置。

１…電池ボックス、７…電池、２０…電池残量表示装置、２１…緑色ＬＥＤ（第一発光素子）、２２…赤色ＬＥＤ（第二発光素子）、２３…電力供給ライン、２４…第一回路、２５…第二回路、２６…ダイオード（降圧素子）、２６ａ…抵抗素子（降圧素子）、２７…第一抵抗素子、２８…トランジスタ（スイッチング素子）、２９…第二抵抗素子、３０…電圧検出回路

Claims (8)

1. 発光色が互いに異なる第一発光素子と第二発光素子とを備え、
   前記第一発光素子と前記第二発光素子とが、各々の発する光を混合するように配置されると共に、電池からの電力供給ラインに対して並列に接続され、
   前記第一発光素子を含んだ第一回路が、第一の電圧範囲で前記第一発光素子が点灯するように前記電力供給ラインに接続され、
   前記第二発光素子を含んだ第二回路が、前記第一の電圧範囲の最大電圧よりも低く且つ前記第一の電圧範囲の最小電圧よりも高い電圧値から前記第一の電圧範囲の最小電圧よりも低い電圧値までの第二の電圧範囲で前記第二発光素子が点灯するように前記電力供給ラインに接続されている、
   ことを特徴とする電池残量表示装置。
2. 前記第一回路は、降圧素子と、前記第一発光素子と、第一抵抗素子と、の直列接続回路からなり、前記第二回路は、前記第二発光素子と、第二抵抗素子と、前記第二発光素子への電圧の印加をオン／オフするスイッチング素子と、の直列接続回路からなっていることを特徴とする請求項１に記載の電池残量表示装置。
3. 前記第一発光素子と前記第二発光素子とは、閾値電圧が略等しい素子であり、前記第二抵抗素子は、前記第一抵抗素子の抵抗値よりも大きい抵抗値を有していることを特徴とする請求項２に記載の電池残量表示装置。
4. 前記第一回路の前記降圧素子は、ダイオードまたは抵抗素子であることを特徴とする請求項２に記載の電池残量表示装置。
5. 前記第二回路の前記スイッチング素子は、トランジスタであることを特徴とする請求項２に記載の電池残量表示装置。
6. 前記トランジスタは、前記電力供給ラインからの供給電圧が所定の閾値電圧よりも高いときは出力動作せず、当該供給電圧が当該所定の閾値電圧以下になったときに前記トランジスタにオン信号を出力する電圧検出回路によってオンされることを特徴とする請求項５に記載の電池残量表示装置。
7. 前記第一発光素子は、緑色発光ダイオードであり、前記第二発光素子は、赤色発光ダイオードであることを特徴とする請求項１乃至６の何れかに記載の電池残量表示装置。
8. 前記第一の電圧範囲の最大電圧は、前記電池の残量が最大であるときの電池電圧である
   ことを特徴とする請求項１乃至７の何れかに記載の電池残量表示装置。

Images