JPH0741479U

JPH0741479U - 電池残量監視回路

Info

Publication number: JPH0741479U
Application number: JP6978593U
Authority: JP
Inventors: 浩和岩田
Original assignee: アイコム株式会社
Priority date: 1993-12-27
Filing date: 1993-12-27
Publication date: 1995-07-21

Abstract

(57)【要約】【目的】外気温等の影響を受けず、異なった電圧の電池
でも、その残量を正確に計ることができる電池残量監視
回路を提供する。【構成】回路において、Ｃ１＞Ｃ２，Ｒ１＝Ｒ３，Ｒ２
＝Ｒ41＋Ｒ42で、可変抵抗Ｒ５によって変動電圧ｇは基
準電圧ｆよりも若干高く設定されている。基準電圧ｆが
変動電圧ｇより大きくなった時に、コンパレータ１は異
常検出信号ｈを出力するよう構成されている。先ず、電
池２の容量が十分で内部インピーダンスｒが小さい時
は、負荷３が急に重くなっても変動電圧ｇはあまり下が
らず、基準電圧ｆより小さくならない。しかし、電池２
の容量が少なく内部インピーダンスｒが大きくなると、
負荷３の過重で電池電圧ｅが降下すると共に変動電圧ｇ
も降下し、Ｃ1 ＞Ｃ2 のために電圧降下が遅れる基準電
圧ｆより瞬間的に小さくなる。そのため、コンパレータ
１より警報が出力される。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は、電子機器の電源としての電池の容量を監視する回路に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】

従来から多く用いられている電池残量監視回路は、現在の電池電圧またはその分圧を、定電圧ダイオード等によって一定の電位に保った基準電圧と比較して、それが基準電圧以下になったときに検出信号を出力し、電池容量の残りが少ないことを知らせるように構成されているものである。これは、電池容量が少なくなると電池電圧が低下する、という性質を利用しているものである。

【０００３】

【考案が解決しようとする課題】

しかし、上記のような回路では、電池容量が少なくなった場合に限らず、例えば、容量が十分残っているにも関わらず、たまたま外気温が低くなって電池内部の化学反応が緩やかになり電圧が低下してしまった場合にも、誤って検出信号を出力する恐れがあった。また、電子機器はそれに使用する電池の種類や個数によって供給電圧は異なるので、その供給電圧ごとに基準電圧を調節して設定する必要があった。

【０００４】本考案は、上記の課題にかんがみて提案されたもので、電池の種類や個数による電池電圧の違いや、外気温等の影響による電圧の変動に関わらず、使用されている電池の容量が残り少ないことを正確に検出することができる電池残量監視回路を提供することを目的とするものである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】

上記課題を解決するため、請求項１の電池残量監視回路においては、監視対象の電池電圧の変動を時間的に遅延させて遅延基準信号として出力する第１の遅延検出手段と、前記電池電圧の変動を前記第１の遅延検出手段より短い時間遅延させて遅延変動信号として出力する第２の遅延検出手段と、前記遅延基準信号と遅延変動信号とを比較して、所定値以上の偏差が生じたときに異常検出信号を出力する比較手段と、を備えるという手段を講じた。

【０００６】本考案において、偏差とは遅延基準信号と遅延変動信号の定常状態の電位差の値からどの程度ずれているかを、相対的に示す数値のことである。なお、第２の遅延検出手段の遅延時間は０を含むものとする。

【０００７】また、請求項２の電池残量監視回路においては、監視対象の電池電圧の変動を所定の時定数で平均化して平均基準信号として出力する第１の平均検出手段と、前記電池電圧の変動を前記第１の平均検出手段より小さい時定数で平均化して平均変動信号として出力する第２の平均検出手段と、前記平均基準信号と平均変動信号とを比較して、所定値以上の偏差が生じたときに異常検出信号を出力する比較手段と、を備えるという手段を講じた。

【０００８】本考案において、偏差とは平均基準信号と平均変動信号の定常状態の電位差の値からどの程度ずれているかを、相対的に示す数値のことである。なお、第２の平均検出手段の時定数は０を含むものとする。また、電池とは、マンガン乾電池や銀電池等の一次電池はもちろん、鉛蓄電池，ニッケルカドミウム電池等の二次電池も含んでいる。

【０００９】

【作用】

請求項１の電池残量監視回路によれば、遅延変動信号の遅延時間は、遅延基準信号の遅延時間より短く設定されている。ここで、電池電圧が変動すると、上記２つの信号も変動する。しかし、２つの信号には遅延時間の差が設けられており、遅延変動信号は遅延基準信号より常に速く変動するので、例えば、電池電圧が降下すると、遅延変動信号は遅延基準信号より早く降下する。そのため、上記２信号の電位差に偏差が生じる。

【００１０】電気的容量が減って内部インピーダンスが増大した電池においては、その出力電流が急に変動すると、電池電圧は出力電流の増加分と内部インピーダンスとの積だけ大きく急に変動するため、上記２信号の電位差に大きな偏差が生じる。その偏差が予め決められた所定値以上になると、比較手段が異常検出信号を出力する。

【００１１】請求項２の電池残量監視回路によれば、平均変動信号の時定数は、平均基準信号の時定数より小さく設定されている。ここで、電池電圧が変動すると、上記２つの信号も変動する。しかし、２つの信号には時定数の差が設けられており、平均変動信号は平均基準信号より常に速く変動するので、例えば、電池電圧が降下すると平均変動信号は平均基準信号より速く降下する。そのため、上記２信号の電位差に偏差が生じる。

【００１２】電気的容量が減って内部インピーダンスが増大した電池においては、その出力電流が急に変動すると、平均変動信号は出力電流の増加分と内部インピーダンスとの積だけ大きく急に変動し、それにつれて偏差はさらに大きくなる。その偏差が予め決められた所定値以上になると、比較手段が異常検出信号を出力する。

【００１３】

【実施例】

本考案の電池残量監視回路は、電池の容量が少なくなるとその内部インピーダンスが大きくなる性質を利用したものである。以下に本考案を、実施例を示した図面に基づいて詳細に説明する。

【００１４】（実施例１）図１は本考案にかかる電池残量監視回路の実施例１のブロック図，図２はその動作のタイムチャートである。本実施例は、第２の遅延検出手段の遅延時間が０の場合の例である。図１において、ａは電池電圧，ｂは遅延基準信号，ｃは遅延変動信号，ｄは異常検出信号である。１ａは遅延基準信号ｂと遅延変動信号ｃの差に応じた電圧を出力するＯＰアンプ，１ｂはＯＰアンプ１ａの入力の差の絶対値が所定電位差Ｖ _m 以上になった時に異常検出信号ｄを出力する判別回路である。２は起電力がＥで内部インピーダンスがｒの電池である。３は変動する負荷，４は負荷３のためのスイッチである。５は電気信号の変動を時間的に遅延させるＢＢＤ（Bucket B rigade Device ）である。６ａは電池２への影響を，６ｂはＢＢＤ５への影響を少なくするために設けた入力インピーダンスの高いバッファで、バッファ６ｂの出力電圧（遅延基準信号ｂ）は電池電圧ａに比例している。７はその遅延基準信号ｂの電圧にレベルを合わせるために、抵抗で構成された分圧回路で、電池２の負荷にならないよう高抵抗で構成されている。所定電位差Ｖ_mの設定は判別回路１ｂで行うことができる。なお、電池残量監視回路の消費電流は、負荷３の消費電流に比べて十分小さいものとする。

【００１５】ここで、ＢＢＤ５とバッファ６ａ，６ｂが第１の遅延検出手段に、ＯＰアンプ１ａと判別回路１ｂが比較手段に、分圧回路７が第２の遅延検出手段に、所定電位差が所定値に対応している。また、本実施例の定常状態では、遅延基準信号ｂと遅延変動信号ｃの電位差を０に設定してあり、２つの信号の電位差の大きさが偏差に対応している。

【００１６】以上のように構成された電池残量監視回路について、以下その動作を図１と共に図２によって説明する。本考案の電池残量監視回路は、常時通電されている。電池電圧ａは、起電力の電圧Ｅから電池残量監視回路の消費電流と内部抵抗ｒによって起きる電圧降下分を引いたものである。

【００１７】図２（Ａ），（Ｂ）に示すように、遅延変動信号ｃは、分圧回路７によってタイミングＴ１まで、遅延基準信号ｂと同レベルの電圧Ｖ0 に設定されているので、この時の電位差は０であり、偏差は生じていない。

【００１８】先ず、電池２の容量が十分あって、内部インピーダンスｒが小さい時の動作を、図２（Ａ）で説明する。タイミングＴ１で、スイッチ４を入れると、負荷３に電流が流れる。負荷が急に重くなって電池２の出力電流が増えても、内部インピーダンスｒが小さいので電池電圧ａは少しダウンするだけである。この時、遅延変動信号ｃは遅延時間が０なので、同時に電圧降下して電圧Ｖ1 になる。

【００１９】一方、遅延基準信号ｂはＢＢＤ５の作用によって、タイミングＴ１から所定の遅延時間分遅れ、タイミングＴ２で電圧が降下する。そのため、タイミングＴ１からタイミングＴ２まで、遅延基準信号ｂは遅延変動信号ｃより電位差（Ｖ0 − Ｖ1 ）だけ高くなり、偏差が生じる。その時、ＯＰアンプ１ａからは電位差（Ｖ 0 −Ｖ1 ）に応じた電圧が出力され、判別回路１ｂに入力されるが、電位差（Ｖ 0 −Ｖ1 ）は所定電位差Ｖ_m以下なので、異常検出信号ｄは出力されない。

【００２０】次に、電池２の容量が少なくなって、内部インピーダンスｒが大きくなった時の動作を、図２（Ｂ）で説明する。タイミングＴ１で、スイッチ４を入れると、負荷３に電流が流れる。すると、内部インピーダンスｒが大きくなった電池２の電池電圧ａは、負荷３の消費電流による電圧降下によって大きくダウンする。同時に、遅延変動信号ｃは電圧Ｖ0 から電圧Ｖ2 まですぐ降下する。

【００２１】一方、遅延基準信号ｂは所定の遅延時間分遅れてタイミングＴ２で電圧が降下するので、タイミングＴ１からタイミングＴ２まで、遅延基準信号ｂは遅延変動信号ｃより電位差（Ｖ0 −Ｖ2 ）だけ高くなり、偏差が生じる。その時、ＯＰアンプ１ａからは電位差（Ｖ0 −Ｖ2 ）に応じた電圧が出力され、判別回路１ｂに入力される。この時、電位差（Ｖ0 −Ｖ2 ）は所定電位差Ｖ_m以上なので、図２（Ｃ）の異常検出信号ｄが出力され、電池２の容量が少なくなってきたことを知らせる。

【００２２】本実施例の電池残量監視回路において、スイッチ４が切られて消費電流が減り電池電圧ａが急上昇したときは、上記の例と逆に遅延変動信号ｃが遅延基準信号ｂよりも高くなる。その電位差の絶対値が所定電位差Ｖ_m以上になった時も、判別回路１ｂが動作して異常検出信号ｄを出力する。

【００２３】本実施例においては、第１の遅延検出手段にＢＢＤ素子を用いて電池電圧の変動を時間的に遅延させたが、リングバッファを用いてＣＰＵで制御処理してもよいし、サンプルアンドホールド回路を用いて変動前の電池電圧を一時保持させて使ってもよい。また、本実施例においては、電池残量監視回路は常時ＯＮの状態であるが、負荷３への通電時より先に動作すればよいだけで、常時通電している必要はない。

【００２４】また、ＯＰアンプ１ａと判別回路１ｂの代わりに、ウインドコンパレータを用いてもよく、また、分圧回路７を調節して遅延変動信号ｃにバイアス電圧を与えたもとで、コンパレータを用いてもよい。

【００２５】（実施例２）図３は本考案にかかる電池残量監視回路の実施例２の回路図，図４はそのタイムチャートである。図３において、ｅは電池電圧，ｆは抵抗Ｒ２の両端に発生する基準電圧，ｇは抵抗（Ｒ41＋Ｒ42）と可変抵抗Ｒ５の両端に発生する変動電圧，ｈは異常検出信号である。

【００２６】電池２，負荷３は実施例１と同様である。また、１は基準電圧ｆが変動電圧ｇより高くなった場合に異常検出信号ｈを出力するコンパレータである。４ａは全体の電源をオンオフするスイッチである。また、Ａは抵抗Ｒ１，Ｒ２とコンデンサＣ１から構成されて基準電圧ｆを検出する基準電圧検出手段である。Ｂは抵抗Ｒ３，Ｒ４１，Ｒ４２と可変抵抗Ｒ5 とコンデンサＣ２から構成されて変動電圧ｇを検出する変動電圧検出手段で、可変抵抗Ｒ５で基準信号ｆとの定常状態における所定電位差Ｖ_nを調節する。Ｃはコンパレータ１から出力された異常検出信号ｈを出力状態に保持するホールド回路，Ｄはコンパレータ１の異常検出信号ｈの出力を受けて電池容量の警報をＬＥＤで表示する表示回路である。

【００２７】ここでは、基準電圧ｆが平均基準信号に，変動電圧ｇが平均変動信号に，基準電圧検出手段Ａが第１の平均検出手段に，変動電圧検出手段Ｂが第２の平均検出手段に，コンパレータ１が比較手段に対応している。また、本実施例の定常状態では、基準電圧ｆと変動電圧ｇに予め電位差Ｖ_nを設定してあり、この所定電位差Ｖ_nからの電位差の変動が偏差に対応している。

【００２８】本実施例の電池残量監視回路の基準電圧検出手段Ａと変動電圧検出手段Ｂの各回路定数は、負荷３の消費電流の最大値と最小値との割合やその他の条件によって最終的に決定されるが、その基本的条件は以下のとおりである。Ｒ1 ＝Ｒ3 ，Ｒ2 ＝Ｒ41＋Ｒ42 （なお、Ｒ1 ：Ｒ2 ＝Ｒ3 ：（Ｒ41＋Ｒ42）であればよい。）（各抵抗は電池２の負荷にならないように、ある程度大きくしておく。）ここで、Ｒ41≫Ｒ42 Ｒ5 ＞０（所定電位差調整用可変抵抗）Ｃ1 ＞Ｃ2 なお、コンデンサＣ2 はなくても動作するが、なくすると電池残量監視回路の動作が過敏になって、誤作動が増えるおそれがある。

【００２９】以上のように構成された電池残量監視回路について、以下その動作を図３と共に、変動電圧ｇと基準電圧ｆを表した図４を使って説明する。本実施例の電池残量監視回路の各回路定数が設定された後、定常状態における変動電圧ｇと基準電圧ｆとの電位差Ｖ_nを、可変抵抗Ｒ5 で調整する。

【００３０】先ず、タイミングＴ３でスイッチ４ａを入れると、負荷３と電池残量監視回路に電流が流れ、電池電圧ｅが表れる。基準電圧検出手段Ａでは、電池電圧ｅが抵抗Ｒ1 ，Ｒ2 で分圧されて基準電圧ｆが表れ、コンデンサＣ1 を充電すると同時に、コンパレータ１に入力される。同様に、変動電圧検出手段Ｂでも抵抗（Ｒ41 ＋Ｒ42）と可変抵抗Ｒ５の両端に変動電圧ｇが表れ、コンデンサＣ2 が充電されると同時に、コンパレータ１のもう一方に入力される。基準電圧ｆと変動電圧ｇの２つの電圧の上昇する様子は、図４（Ａ），（Ｂ）に示したとおりである。コンデンサＣ2 はコンデンサＣ1 より容量が小さいので、変動電圧ｇの上昇の度合いは基準電圧ｆより急である。

【００３１】タイミングＴ３からタイミングＴ４までは、変動電圧ｇは常に基準電圧ｆより大きいので、コンパレータ１から異常検出信号ｈは出力されない。また、定常状態に達した変動電圧ｇの大きさは電圧Ｖ３である。この定常状態の時の基準電圧ｆと変動電圧ｇの差の電圧が所定電位差Ｖ_nで、現在、偏差は生じていない。

【００３２】先ず、電池２の容量が十分あって、内部インピーダンスｒが低い時の動作を図４の（Ａ）を使って説明する。タイミングＴ４で、負荷３が急に重くなると電池２の出力電流が増えるため、電池電圧ｅが少し下がる。そのため、変動電圧ｇも電圧Ｖ４まで下がり、その降下の度合いにより偏差が生じる。しかし、内部インピーダンスｒは小さいので、変動電圧ｇの電圧降下は小さく、タイミングＴ５で変動電圧ｇが電圧Ｖ４まで下がった状態でも、基準電圧ｆより小さくなることはない。よって、コンパレータ１から異常検出信号ｈが出力されることはなく、表示回路Ｄも動作しない。

【００３３】次に、電池２の容量が少なくなって、内部インピーダンスｒが大きくなっている時の動作を、図４（Ｂ）を使って説明する。タイミングＴ４で、負荷が急に重くなって電池２の出力電流が増えると、今度は内部インピーダンスｒが大きくなっているため電池電圧ｅは大きく低下し、そのため基準電圧ｆと変動電圧ｇも大きく降下する。しかし、Ｃ1 ＞Ｃ2 より、降下の度合いは変動電圧ｇの方が早く、基準電圧ｆはコンデンサＣ2 の放電によって電圧の降下が遅れる。そのため、タイミングＴ５で変動電圧ｇが基準電圧ｆより小さくなり、図４（Ｃ）のように異常検出信号ｈが出力され、表示回路Ｄが動作する。この状態における偏差は、所定電位差Ｖ_n以上になったことになる。

【００３４】タイミングＴ５で異常検出信号ｈが一旦出力されると、ホールド回路Ｃのトランジスタがその信号によってＯＮし、抵抗Ｒ42と抵抗Ｒ5 が短絡されるので、変動電圧ｇは強制的にＶ５より低い状態にされて、基準電圧ｆより小さいままになる。そのため異常検出信号ｈは出たままで、表示回路９のＬＥＤが点灯し続ける。ホールド回路Ｃがない場合、変動電圧ｇは破線で示したように、最終的に電圧Ｖ５となる。

【００３５】表示回路９の警報に従って、一度スイッチ４を切ると、それによって出力されていた異常検出信号ｈはキャンセルされ、本回路はリセットされた状態になる。２次電池を充電するか、あるいは新しい乾電池を入れても、表示回路９のＬＥＤは消灯したままで、上記の動作を繰り返す。

【００３６】実施例２において、異常検出信号ｈをそのままＣＰＵに入力し処理すると、ホールド回路Ｃは必要でなくなる。また、コンパレータ１の代わりにＯＰアンプと判別回路を用いて、２信号の差を検出、増幅して、所定電位差を基に判別し、異常検出信号ｈを出力させてもよい。その場合、定常状態において基準電圧ｆと変動電圧ｇの電位差が０になるよう変動電圧検出手段Ｂの抵抗で調節する。

【００３７】本実施例の電池残量監視回路を常時電池に接続させた状態にすると、消費電流の変動が小さい機器においても良好に動作する。即ち、無負荷の状態から負荷のかかった状態にした時の電池電圧の急降下や、長時間の消費が続いた後に負荷を０にした（スイッチを切った）時の電池電圧の急上昇の変化を、２つの信号電圧の偏差で検出するのである。

【００３８】

【考案の効果】本考案の電池残量監視回路においては、監視対象の電池の容量の残りを、遅延時間の差を持たせた遅延基準信号と遅延変動信号の偏差、または、時定数の差を持たせた平均基準信号と平均変動信号の偏差によって判断するので、電池の種類や個数による電池電圧の違いによって動作点の設定を変える必要がなく、しかも外気温等の影響も受けないで、電池の容量を正確に監視することができ、適切な電池の管理ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案にかかる電池残量監視回路の実施例１の
ブロック図である。

【図２】図１の電池残量監視回路のタイムチャートであ
る。

【図３】本考案にかかる電池残量監視回路の実施例２の
ブロック図である。

【図４】図３の電池残量監視回路のタイムチャートであ
る。

【符号の説明】

ａ，ｅ電池電圧ｂ遅延基準信号ｃ遅延変動信号ｄ，ｈ異常検出信号ｆ基準電圧（平均基準信号）ｇ変動電圧（平均変動信号）１コンパレータ（比較手段）１ａＯＰアンプ（比較手段）１ｂ判別回路（比較手段）２電池３負荷４，４ａスイッチ５ＢＢＤ（第１の遅延検出手段）６ａ，６ｂバッファ（第１の遅延検出手段）７分圧回路（第２の遅延検出手段）Ａ基準電圧検出手段（第１の平均検出手段）Ｂ変動電圧検出手段（第２の平均検出手段）Ｖ_m，Ｖ_n 所定電位差（所定値）

Claims

【実用新案登録請求の範囲】

【請求項１】監視対象の電池電圧の変動を時間的に遅延
させて遅延基準信号として出力する第１の遅延検出手段
と、前記電池電圧の変動を前記第１の遅延検出手段より短い
時間遅延させて遅延変動信号として出力する第２の遅延
検出手段と、前記遅延基準信号と遅延変動信号とを比較して、所定値
以上の偏差が生じたときに異常検出信号を出力する比較
手段と、を備えたことを特徴とする電池残量監視回路。
【請求項２】監視対象の電池電圧の変動を所定の時定数
で平均化して平均基準信号として出力する第１の平均検
出手段と、前記電池電圧の変動を前記第１の平均検出手段より小さ
い時定数で平均化して平均変動信号として出力する第２
の平均検出手段と、前記平均基準信号と平均変動信号とを比較して、所定値
以上の偏差が生じたときに異常検出信号を出力する比較
手段と、を備えたことを特徴とする電池残量監視回路。