JPH03225286A - 残量表示装置 - 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】 り産業上の利用分野コ 本発明は電池のモニタ装置に関し、・特に電池の電荷残
量を表示することのできる残量表示装置に関する。

直流電源、可搬形電源として乾電池、蓄電池等の電池か
広く用いられている。一定量の電気量の消費示か予想さ
れる電池使用の際、ある程度放電した電池が使用に耐え
るが否がが問題になる。

［従来の技術］ 電気、電子機器において電池が広く用いられている。乾
電池であれば製造時、蓄電池であれば満充電時にはその
後使用できる電荷量の総和はほぼ定まっている０時計、
ラジオ等多くの電子回路においては、オン時の消費ｔ：
ａはほぼ一定であるので、使用時間が消ｇｔ電荷蓋に比
例する。

この性質を利用して、ニッケル・カドミウム（Ｎ１−Ｃ
ｄ）蓄電池から定を流出力できる時間の長さを予め測定
しておいて、満充電から放電を行った時間を累積し、蓄
電残量（残り使用時間）を演算する蓄電残量モニタが提
案されている。

しかし、電池の使用は定電流便用に限らない。

たとえば、ラジコンの事納やボート等において、モータ
の電力源としてＮｉ−Ｃｄ蓄電池等が用いられている。

モータの駆動等においては、起動時には大きなトルクを
要するので大電流を要するが、定速運転では大巾に減少
した電流で足りる等使用形態によって電流値か大きく変
動する。このため、満充電からの使用時間か判ってもこ
れらの蓄電池の再使用に際しては新たな充電を必要とす
るか否かを判断することは龍しい。

また、ラジカセ等においてもラジオの使用はほぼ定を流
消費であるか、カセットテープを使用するとテープ駆動
用モータの消費を流は絶対値も変動ら大きい。

［発明が解決しようとする課題］ 以上説明したように、従来の技術によれば、定電流使用
の場合を除いて、電池の残量を確認しつつ電池を使用す
ることは困難であった。

本発明の目的は、負荷変動が大きい場合でも、電池の残
量を正確に表示することのできる残量表示装置を提供す
ることである。

［課題を解決するための手段］ 本発明の電池用の残量表示装置は、タロツク信号を発生
するタイミング回路と、クロック信号のタイミングで電
池からの放電を検出する電流検出手段と、クロック信号
間の時間長と検出した放電電流値から放電電荷量を算出
する手段と、初期電荷量から放電電荷量を差し引き、電
荷残量を算出する手段と、電荷残量を表示する手段とを
有する。

［作用］ 一定の初期状態を有する電池から引き出すことのできる
電気的エネルギは一定の値を有するが、電気的エネルギ
のみでなく、一定の初期状態を有する電池から引出すこ
とのできる電荷量も一定である。電荷量の測定には、そ
の時々の電流値と時間との積か判ればよい、を流値が変
動する場合には、刻々変化する電流値とその間の時間経
過が分れば、消費した電荷量を知ることができる。クロ
ック信号を発生するタイミング回路と、クロック信号の
タイミングで電池からの放電電流を検出する電流検出手
段とを備えることにより、時間経過と共に変化する電流
値をモニタすることが可能となる。消費できる総電荷量
から、放電した電荷量を差し引くことにより、電荷の残
量を算出し、その残量を表示すれば、電池の使用者は後
どのくらい同じ電池を使用することができるかを知るこ
とか可能となる。

［実施例コ 本発明は、電池一般に適用可能であるが、蓄電池に適用
した時にその効果が特に顕著となる。そこで、以下蓄電
池の蓄電残量を表示する場合を例にとって説明する。

第１図は、本発明の実施例による蓄電残量表示装置を示
すブロック図である。

Ｎｉ−Ｃｄ電池等の蓄電池１１は、負荷１２に接続され
る。負荷１２と接地間には電流検出器１３が挿入されて
いる。すなわち、負荷１２に流れる電流は、電流検出器
１３によって検出される。

電流検出器１３で検出された電流値は、Ａ／Ｄ変換器１
４によって、デジタル信号に変換され、マイコンシステ
ム１５に供給される。を流検出器１３は、たとえば負荷
に直列に接続された抵抗値の小さな抵抗で構成される。

その他、誘導で電流を検出するもの等であってもよい。

蓄電池１１の電圧は、電圧計２２によってモニタされ、
Ａ／Ｄ変換器１４によってデジタル信号に変換された後
、マイコンシステム１５に供給される。Ａ／Ｄ変換器１
４は、電流用と電圧用に別個の部分を有してもよいが、
タイミングをすらせて時分割で使用することもできる。

ここで、Ｎｉ−Ｃｄ１電池の性質をより詳細に説明する
。第４図に示すように、Ｎ１−ＣｄＷ電池は、上側の図
に示すように、使用領域内においてほぼ一定の電圧を発
生する。この領域内においては、下側の図に示すように
、消ｇｔ電流の値が変動しても、電圧値はほぼ一定であ
る。しかし、定量の電気的エネルギないしは電荷を消費
した後は、Ｎｉ−Ｃｄ蓄電池の特性は急に低下する。す
なわち、第４図に示すように、電圧値が急激に低下し初
め、それに件って取り出せる電流値も低下する。この特
性が低下し始める点をブレークダウンと称する。

すなわち、ｌ！＠池の使用においては、満充電の状態を
初期状態とし、その蓄電状態を１００％とする。完全な
放電状態として、実際に放電不可能になる状態をとるこ
ともできるが電池の使用上はブレークタウン状態を完全
放電状態とし、残量Ｏ％とするのか便利である。

前述のように、電流検出器１３が検出した電流値は、Ａ
／Ｄ変換器１４を介しデジタル信号に変換され、マイコ
ンシステム１５に供給される。マイコンシステム１５は
、中央処理装置（ｃｐｕ＞、読み出し専用メモリ（ＲＯ
Ｍ）　、随意書き込み読み出し可能メモリ（ＲＡＭ）等
を含む、Ａ／Ｄ変換器１４とマイコンシステム１５は、
タイミング回路１７からクロック信号を受けてその動作
を制御する。マイコンシステム１５からは、種々の機器
を制御する信号が供給される。先ず、蓄電池１１の蓄電
残量が算出され、蓄電残量を表示するための表示器１９
に信号が送られて、ＬＣＤ等の表示器によって蓄を残量
が表示される０図示の場合、蓄電残量は、ＬＣＤによる
棒グラフによって表示される。

また、蓄電池１１の端子間電圧は電圧計２２がモニタし
、検出電圧は、Ａ／Ｄ変換器１４を介してデジタル信号
となってマイコンシステム１５に供給される。Ａ／Ｄ変
換器１４は、たとえば時分割によって電流検出器１３か
らの電流値、および電圧計２２からの電圧値をそれぞれ
デジタル信号に変換する。Ａ／Ｄ変換器１４、タイミン
グ回路１７、マイコンシステム等の電源は、蓄電池１１
からの電力を受けて定電圧を発生する定電圧源２３によ
って供給してもよい、また、蓄電池１１の蓄電残量か低
下した時には、ブレークタウンを検出して表示を行い充
電回路２１をスイッチ２５を介して、蓄電池１１に接続
し、商用電源等の電源を整流した直流を供給して、蓄電
池１１を充電することもできる。以下、放電電荷量の算
出をより詳細に説明する。

第１図の回路においては、蓄電池１１から負荷１２に供
給される電流は、電流検出器１３によって常にモニタさ
れる。このｔｈ電流値、電流検出器１３からＡ／Ｄ変換
器１４を介してマイコンシステム１５に供給され、記録
される。タイミング回路１７は、第２図に示すように、
一定の間隔Δｔの間隔をおいてタイミングパルスを発生
する。このタイミング信号がＡ／Ｄ変換器１４およびマ
イコンシステム１５に供給され、その動作を起動させる
。すなわち、Ａ／Ｄ変換器およびマイコンシステム１５
は、電流検出器１３が検出した電流値をΔを毎に取り入
れる。

第２図に示すように、サンプリング周期Δｔを十分小さ
くすれば、サンプリングした電流値は十分正確に実際に
流れた電流値を近似すること゛ができる。

第２図のグラフにおいては、電流値Ｉ（ｔ）検出すると
、サンプリング周期Δを間その電流値が継続するとして
いる。従って、第２図に示すような棒グラフによって、
流れた電流の総量が近似される。初期にＱＣだけの電荷
を有する電池から、使用時にＱｄ＝ΣＩ　（ｔ）・Δｔ
を放電させれば、放電電荷はＱｄであり、電池の残る電
荷量はＱＱｃ−Ｑｄとなる。この残る蓄電残量を表示器
１９に表示することにより、蓄電池１１の使用者は蓄電
池１１の蓄電残量を容易に知ることができる。

蓄電残量は、満充電を１０としてＯ〜１０を１０等分し
たグラフで示されている。

第３図は、第１図に示す蓄電残量表示装置の操作を概略
的に示すフローチャートである。

先ず、処理がスタートした後、ステップＳ１において、
マイコンシステムの初期設定が行われる。

蓄電池１１が満充電された時には、蓄電残量ＱをＱＣに
設定する。

次に、ステップＳ２において、タイミング回路１７によ
って実時間クロック信号（クロック間隔Δｔ）を起動さ
せる。

次に、ステップＳ３において、新しいクロック信号か発
生したか否かを判断する。新しいクロック信号か発生し
た時は、ＹＥＳの矢印に従って、ステップＳ４において
、負荷１２に流れる電流Ｉ（シ）を電流検出器１３によ
って読み取る。この電流値１　（ｔ）に、クロック信号
間の時間差Δｔを乗算し、時間差Δし間に流れた電荷量
を近似する（ステップＳ５）、この電荷量を用いて、ス
テップＳ６において、前のクロック発生時の電荷量Ｑか
ら今回の放電電荷量Δｔ・Ｉ（ｔ）を減算し、蓄電残量
Ｑ＝ＱＣ−Ｑｄを求める。この蓄電残量か満充電の電荷
のどの位になるかその比率を求める。

このようにして得られた蓄電残量をステップＳ７におい
て、表示装置１９に表示し、ステップＳ３に戻る。

なお、ステップＳ３において、新しいタロツクが発生し
ていないときは、再びステップＳ３に戻って新しいクロ
ックが発生するまで待機する。

以上のようにして、放電電流を時間差Δｔのタイミング
で常にモニタすることにより、放電電流値をモニタし、
放電した電荷量を算出することが可能となる。このよう
にして、負荷変動が大きい場合においても、蓄電池の蓄
電残量を常に正確にモニタし、表示装置１９に蓄電残量
を表示することができる。

このような蓄電残量表示装置は、蓄電池および電池一般
に使用することができるが、特に、Ｎｉ−Ｃｄのような
、出力電圧が一定で電圧からは蓄電残量の判らない蓄電
池においてその利用効果か大きい。

Ｎｉ−Ｃｄ蓄電池は、第４図上側のＶｔ特性に示すよう
に、使用によって出力電圧がほとんど低下せず、一定の
出力電圧を維持する。この性質は蓄電池としては非常に
優秀な性質であるが、電圧からは蓄電残量が判らない、
蓄電池の蓄電残量がほぼ無くなると、急激に出力電圧Ｖ
が低下する。

この出力電圧■か低下し始める点ブレークダウンかあと
どの位の使用で出現するが予測することが、電池起動装
置の使用上重要である。

蓄電残量は、満充電の場合を１００％とし、ブレークタ
ウンＢにおいて０％とするのが便宜である。

蓄電池を充電する際、充電回路に電流検出器を設けて電
流値および充電時間をモニタすることによって、充電さ
れた総電荷量を推測し、電池間のバラツキを考慮して総
電荷量を設定することによって、利用できる総電荷量を
設定することもできる。その後は放電電荷量をモニタし
、総電荷量がち放電電荷量を減算することによって、蓄
電残量を算出できる。クロック信号の時間差Δｔを十分
小さくすることによって、実際に流れた放電電流と測定
した放電電流量とを十分な精度で近似させることか可能
となる。

第２図は、上述の実施例において近似される放電電荷量
を示す線図である。各タイミング信号のタイミングにお
いて、放電電流値か検出され、その電流値はクロック信
号の時間差Δを間そのまま持続すると近似される。従っ
て、流れる電流値の総和は棒グラフの面積の総和によっ
て近似される。

放電電荷量の算出の他の例を第５図に示す、第５図にお
いては、棒グラフの代りに折線グラフによって放電電荷
量を近似する。すなわち、前回の検出電流値と今回の検
出電流値を加算し、その間の時間差で乗算し、２で割っ
て平均化した量が放電電荷量として近似される。

第１図に示す回路において、ブレークダウンが検出され
るなど蓄電残量が残り少なくなった場合には、マイコン
システムから指令を発して、充電口＃１２１を起動する
こともできる。充電回路２１は商用交流電源等によって
電力を供給され、一定の出力電圧を発生する。マイコン
システムからの指令により、スイッチ手段２５が閉成さ
れ、充電回路２１から蓄電池１１に電流が供給される。

蓄電池１１の端子間電圧は電圧計２２によってモニタさ
れ、Ａ／Ｄ変換器１４を介してマイコンシステム１５に
供給される。たとえば、Ｎｉ−Ｃｄ蓄電池は、満充電さ
れると端子間電圧が一旦−Δ■低下するーΔＶ特性を有
する。充電回＃１２１ないしはマイコンシステム１５に
よってこの−Δ■現象を検出することにより、蓄電池１
１の満充電を検出する。蓄電池１１が満充電されたとき
は、スイッチ２５を解放し、充電回路２１を蓄電池１１
から切り＾「す。

なお、マイコンシステム１４の演算上蓄電残量か残って
いるのに電圧計２２がブレークダウンを検出した時は、
検出したブレークタウンを優先し、総電荷量を較正して
次回以後の使用に供することもできる。

を流検出器１３は、流れる電流値を検出するものであれ
ばどのようなものでもよいか、たとえば抵抗によって形
成され、その両端に発生する電圧を検出して流れる電流
値を検出するものである。

また、蓄電池１１に定電圧源２３を接続し、一定の電圧
を発生させることによって、Ａ／Ｄ変換器１４やマイコ
ンシステム１５、タイミング回路１７等の電源を作成す
ることかできる。なお、これらの回路に別個の電源から
電力を供給してもよいことは勿論である。なお、定電圧
源２３は、Ａ／Ｄ変換器の参照電圧Ｖｒｅｆも供給する
。負荷１２は、どのような負荷でもよいか、従来は蓄電
残量を算出することが不可能であったモータ等の負荷変
動の大きい負荷を用いることも可能である。

表示回路１９は、蓄電残量を表示できるものであれはよ
い６図示の場合は、１０セグメントからなるＬＣＤが備
えられ、蓄電残量を十等分した棒グラフによって表示し
ている。

第６図は、本発明の他の実施例による蓄電残量表示装置
を示すブロック図である。第１図の実施例と同一の参照
番号で表示される部分は、同等の機能を果たす。

本実施例においては、蓄電池１１に負荷１２と共に定を
流負荷２７か並列に接続され、スイッチ２８によって負
荷１２か定電流負荷２７かのいずれかが選択的に接続さ
れている。検出された電流値はＡ　／　Ｄ変換器１４に
よってデジタル信号に変換され、マイコンシステム１５
に供給されており、マイコンシステム１５から表示回路
１９に蓄電残量信号か送られ、蓄電残量が表示される６
本実施例においては、蓄電残量は数値によってパーセン
ト表示されている。

定電流負荷２７は、溝光を後蓄電池１１を定電流放電さ
せることによって、蓄電池の満充電時の総電荷量測定を
より正確に行うためのものである。

すなわち、蓄電池１１の素性が不明である場合等には、
蓄電池１１の放電状態がいかなるらのであるかを問わす
、定電流負荷２７を蓄電池１１にスイッチ２８を介して
接続し、先ず定電流放電させる。蓄電池１１の端子間電
圧を電圧計２２でモニタし、ブレークダウンを生じた時
に、定電流負荷による放電を停止させる０次に、充電回
＃１２１をスイッチ２５を介して蓄電池１１に接続し、
蓄電池１１を満充電させる。を圧計２２によってΔ■を
検出することによって、マイコンシステム１５から充電
回ｆ＃１２１を制御して充電を終了させ、再度定電流負
荷２７を介して放電させ、ブレークダウンするまでの総
電荷量を測定して満充電時に蓄電池１１に充電した総電
荷量をＱｃを測定する。

その後、蓄電池１１を満充電し、負荷１２を蓄電池１１
に接続し、随意使用し、その時の使用電荷量を電流検出
器１３によってモニタする。

第６図に示す蓄電残量表示装置によれば、蓄電池の特性
のバラツキによらず、常に正確な蓄電残量を測定するこ
とが可能となる。このような定電流負荷２７を利用した
蓄電池の特性測定は、たとえば、メーカーの生産ライン
、ユーザーによる任意時期、負荷機器を駆動している際
において、蓄電残量が０％になった時等において起動さ
せることかできる。

第７図は、このような蓄電池の特性測定を概念的に示す
グラフである。蓄電池１１は満充電されると、第７図に
示す時間時間ｔ＝ｏ　（１００％）の状態にあり、その
後ブレークダウンを迎えるまでほぼ一定の出力電圧を発
生する。ある程度放電した時点Ａにおいて、定電流負荷
２７を接続し、蓄電池の特性測定を開始すると、先ずＡ
からブレークダウン（０％）に向がって特性が移動する
。

その後急速充電を行うことによって、０％から１００％
の状態に移動する。満充電された後、定電流負荷２７を
介して蓄電池１１を放電させ、その時の放電電流を電流
検出器１３によって検出し、放電電荷量１　（ｔ）・Δ
ｔを検出し、ブレークタウンまでの放電電荷量を測定す
る。ブレークダウンを迎えた時にそれまでの放電電荷量
を積分し、総蓄積電荷量を求める。その後、再び蓄電池
１１を満充電し、測定した満充電時総電荷量を用い、そ
の値から放電電荷量を減算することによって、蓄電残量
を算出する。

なお、このような特性測定は、いずれの時期に行ってら
よいが、ブレークダウンを迎えた時に行う時には、最初
の放電工程が省略できるので、充電および放電を一回つ
つ行えばよい、また、満充電された時にこの特性測定を
開始すれば、−回の放電工程によって特性が測定される
。

なお、蓄電残量か残存しているはずであるのに、ブレー
クタウンを向えた時には、蓄電池１１の特性が変化して
いると考えられるなめ、満充電時の総電荷量を新たに設
定し直して、次回以降の蓄電残量表示を較正することが
できる。

以上実施例に沿って本発明を説明したが、本発明はこれ
らに制限されるものではない、たとえば、種々の変更、
改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に自明であろ
う。

［発明の効果〕 以上説明したように、本発明によれば、負荷変動が激し
い場合においても、電池の電荷残量を高精度に測定し、
表示することかできる。

電池の使用者は、常に電池の電荷残量を知ってその後の
使用を決定することかできるので、電池を安全に使用す
ることかできる。

また蓄電池の場合は、蓄電池のブレークタウンによる誤
操作を防止しすることができ、蓄電残量を知ることによ
って不要な充電を省略することもできる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の１実施例による蓄電残量表示装置を
示すフロック図 第２図は、蓄電池の放電電荷量の算出例を示すグラフ、 第３図は、−第１図の蓄電残量表示装置の動作を説明す
るための基本機能のソフトウェアのフローチャート、 第４図は、Ｎｉ−Ｃｄ１電池の性質を示すためのグラフ
、 第５図は、放電電荷量の算出の他の例を示すグラフ、 第６図は、本発明の他の実施例による蓄電残量表示装置
を示すブロック図、 第７図は、第６図の蓄を残量表示装置の動作の概念を説
明するためのグラフである。 図において、 １１　　　　　蓄電池 １２　　　　　負荷 ３ ４ ５ ７ ９ １ ２ ３ ２５、 ７ ８ 電流検出器 Ａ／Ｄ変換器 マイコンシステム タイミング回路 表示回路・ 充電回路 電圧計 定電圧源 スイッチ 定電流負荷

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）、電池用残量表示装置であって、 クロック信号を発生するタイミング回路と、クロック信
   号のタイミングで電池からの放電を検出する電流検出手
   段と、 クロック信号間の時間長と検出した放電電流値から放電
   電荷量を算出する手段と、 初期電荷量から放電電荷量を差し引き、電荷残量を算出
   する手段と、 電荷残量を表示する手段と を有する残量表示装置。
2. （２）、請求項１記載の残量表示装置において、電池は
   蓄電池であり、さらに 蓄電池から定電流を放電させることのできる定電流負荷
   と、 蓄電池の端子間電圧を検出することのできる電圧検出手
   段と を含む残量表示装置。