JPH0614768B2 - 充電量表示回路 - Google Patents

充電量表示回路

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JPH0614768B2
JPH0614768B2 JP62083388A JP8338887A JPH0614768B2 JP H0614768 B2 JPH0614768 B2 JP H0614768B2 JP 62083388 A JP62083388 A JP 62083388A JP 8338887 A JP8338887 A JP 8338887A JP H0614768 B2 JPH0614768 B2 JP H0614768B2
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は充電量の表示回路、特に小型電気機器に内蔵
される二次電池の充電状態を表示するのに好適な回路に
関する。
〔従来の技術〕
従来この種の表示回路は、充電開始と連動して発光ダイ
オードを点灯させることにより、専ら充電を行ってるか
否かを表示するものが一般的であった。
また、アップダウンカウンタを備え、二次電池が本体か
ら分離されている期間を充電期間とみなし、その期間中
にカウンタをアップカウントさせながら、そのカウント
値に対応した表示をする試みも提案されている。(例え
ば、特開昭56−94934号公報参照)。
〔発明が解決しようとする課題〕
しかしながら、前者の様に充電中を表示するだけであれ
ば、機器がコンセントにセットしているのを見れば一目
瞭然であるため、過充電を防止する警報的な役目しか果
たさず、充電表示としてはそれほど必要度の高いもので
はない。
一方、後者の様にカウンタを用いて充電量を表示する方
法は充電状態が経時的に判るが、疑似的に充電期間を判
断している関係上、カウンタの積算誤差が累積し、正確
な充電量表示を行うことが難しい。
本発明は上記した問題に鑑みてなされたものであって、
比較的簡単な構成で、正確な充電量表示がなされる充電
量表示回路を提供することを目的とする。
本発明は更に、充電の繰り返しにより電池の充電特性が
変化した場合にあっても、現在の充電容量に適切に対応
した容量表示が行える充電量表示回路を提供することを
目的とする。
〔課題を解決するための手段〕
本発明にかかる充電量表示回路は、第2図にその概略的
な構成を示す如く、電池6に対する充電電圧の印加期間
に対応してパルス信号を出力するパルス信号発生部15
と、パルス信号の入力パルス数を順次積算して記憶する
記憶部21と記憶部21内の記憶値の大小に対応させて
表示する表示部22とを備えている。
更に、上記記憶部21における記憶値の積算を、電池6
の端子電圧が充電初期電圧設定値を上回ったのちに行う
ようにしたものである。
〔作用〕
上記した構成により、例えば充電時期検出部19で充電
回路11の出力を検知することにより、電池6に充電電
圧が印加されて充電が実際に開始されたことが確認され
ると、その充電電圧の印加時期に対応してパルス信号発
生部15からパルス信号が発生される。
一方記憶部21では、前記したパルス信号が入力される
と該パルス信号のパルス数を順次積算していくことによ
り、電池6の現在充電量に対応した値が記憶部21に記
憶されて表示部22で表示されるのである。
なお、上記した記憶部21における記憶値の積算を、例
えば電圧検出部18で検出し、電池6の端子電圧が充電
初期電圧設定値を越えたことを確認するまでは行わず確
認した場合に積算を行うことにより、充放電の繰り返し
により電池の充電特性が変化しても、一定の基準時点を
起点として積算が行われ、累積誤差が制御されるのであ
る。
この充電初期電圧設定値は、例えばニッケル・カドミウ
ム素電池1個では約1.0Vであり、充電々流つまり入
力エネルギーの殆どが活物質を充電されやすい形態に変
換するのに費やされるため充電効率は低いものでこの領
域での、入力エネルギー量そのものが放電エネルギーと
はなり難いものであり、記憶値として積算しないように
し、正確さを図ったものである。
〔実施例〕
以下本発明を、第1図に示す電気かみそり1に実施した
一例を示すがこれに限らず、テープワインダ、懐中電灯
など、各種充電式小型電気機器における充電回路に対し
ても略同様に実施できることは勿論である。
本発明を実施する電気かみそり1は、本体ケース2の上
部に外刃3を着脱自在に備え、該外刃3に内接して内刃
4を往復動自在に配設すると共に、本体ケース2の内部
には内刃を往復動させるモータ5と、該モータ5に電力
を供給する電池6とを収納する。
電池6は、ニッケル・カドミウム電池の如く、複数回の
充放電に耐える二次電池であって、本実施例では、電池
容量が500mAh程度の単3型電池を使用すると共
に、本体ケース2の下部に充電部7を配設し、商用交流
電源から直接的に電池6を充電可能としている。
充電部7は、本体ケース2の下端にプラグ刃9を出没自
在に備え、第3図に示す如く、プラグ刃9から入力され
た商用交流電圧をインバータ回路を含む充電回路11で
所定の充電電圧に変換する。更に充電回路11の出力側
には、電池6と該電池6への通電状態を規制するスイッ
チング部12とを直列に繋いでいる。
スイッチング部12はスイッチング用トランジスタであ
って、本体ケース2の正面8に充電時期表示用として備
えた発光ダイオード16のカソード側にそのベース端が
つながれている。したがって、充電回路11に商用交流
電圧を印加して発光ダイオード16を点灯すると、それ
と連動してスイッチング部12がオンし、電池6が充電
回路11に接続されて充電が開始される様にしている。
電池6の両端は、下記の電子回路に所定の直流電圧を供
給するDC−DCコンバータ17と、電池6の端子電圧
が例えば1.0V以下に低下して電池6が容量切れにな
ったことを検知すると、リセット信号rを発生して全回
路、特に記憶部21のカウント値を初期状態に戻す電圧
検出部18とを接続する。更に、電池6の両端は本体ケ
ース2の正面中央に配したメインスイッチ13を介して
モータ5の両端に繋がれており、メインスイッチ13の
オフオン操作と連動して電池6からモータ5への通電状
態が規制される。
更に、電池6の充電期間、モータ5の駆動期間および電
気かみそり1の停止期間を各々検出し、電池6内の充電
量を表示回路14で表示する。
表示回路14は、パルス信号発生部15から出力される
パルスの発生レートおよび発生時期を、充電時期検出部
19および放電時期検出部20から出力される検出信号
で制御可能するとともに、充電時には発生パルスの出力
数を記憶部21で加算して記憶し、逆に充電時には記憶
部21内の記憶値を負荷電流Iに比例した割合で減算し
ていくことにより、記憶部21内には常に電池6の現在
充電量に比例させた数値として記憶させておき、記憶部
21内の計数値を適宜表示部22に出力し、充電量の現
在値を表示可能としている。
すなわち、この種の二次電池6は通常、端子電圧が1.
0V以下に下がって完全に容量切れとなった状態から約
8時間で満充電状態となる様に充電電流量が設定され
る。一方、電気かみそり1のモータ5を負荷として放電
を行った場合には、放電電流値により異なるが、40分
程度の連続駆動で電池6の容量が尽きる。更に、モータ
5を停止中といえども、回路の維持電流により電池6の
容量は徐々に減少する。
従って、記憶部21をアップダウンカウンタで構成する
とともに、電池6の端子電圧を電圧検出部18で充電初
期電圧設定値と比較し、この設定値を端子電圧が下回っ
ている間は、記憶部21にリセット信号rを送って、該
記憶部21のカウント値を初期値である「0」に維持し
ておく。
ここで充電時には、充電時期検出部19から出力される
信号を記憶部21の制御端子に入力して記憶部21をア
ップカウンタとするとともに、該記憶部21におけるパ
ルスカウント数が8時間で充電完了設定値に達する様に
パルス信号発生部15から出力される充電パルスの発生
レートを設定する。
一方、電気かみそり1の使用中、すなわち電池6の放電
中には、充電時期検出部19からの出力信号sは反転
し、記憶部21は前記とは逆にダウンカウンタとなる。
ここで、パルス信号発生部15と記憶部21間に分周率
が可変の分周部28を配設し、放電電流量に対応して分
周率28の分周率を変化させることにより、充電期間
中、積算してカウンタ21内に記憶しておいたパルス総
数は、充電中より周波数が高く且つ負荷電流に対応した
可変の放電パルスで減算され、電池6中に現在蓄えられ
ている充電量に比例した値が絶えず記憶部21内に記憶
される。従って、かかる記憶値を所定の表示部22で表
示させることにより、電池6の現在容量が連続的に把握
できるのである。
なお、通常の充電回路では上記した充電中およびモータ
駆動中のみを問題とすればよいが、本実施例ではモータ
5の停止中も記憶部21内に記憶させた値を保持するた
め、僅かではあるが電流を消費している。そこでかかる
電流を補正するため、極めて長い時間間隔をもって出力
される自己放電パルスを電気かみそり1の不使用期間中
に発生させ、このパルスで記憶部21内の記憶値を減算
させる様にしている。
上記構成を、更に具体的な数値を例示しながら説明する
と、パルス信号発生部15は充電用、主放電用および自
己放電用の3組のパルス発生器23・24・25とパル
ス切換部27とからなり、各パルス発生器23・24・
25毎に個別に設定された発生レートのパルス信号をパ
ルス切換部27で選択的に分周部28に送る。
パルス切換部27は、例えば複数の論理ゲート回路を組
み合わせて構成されるものであって、充電回路11の出
力を波形整形する等して充電時期検出部19から取り出
される充電時期信号sと、後記するモータ回転数検出部
31から出力されてモータ5の停止中を表示するゼロ回
転検出信号fの印加と連繋して切り替わる。すなわち、
充電時期信号sとゼロ回転検出信号fが共に“1”の場
合は充電用パルス発生器23が選択され、共に“0”の
場合は放電用パルス発生器24が選択され、更にゼロ回
転検出信号のみが“1”の場合は自己放電パルス発生器
25が選択されて、各々分周部28に接続される。
分周部28は、4段2進のカウンタで構成される第1分
周器29と、6段2進カウンタで構成される第2分周器
30とを直列に備え、第1分周器29に入力されたパル
ス信号は、第2分周器30の出力側ではその発生レート
が最大1/210、すなわち1024分の1に分周して取
り出される。
更に、充電量のメモリとして使用される記憶部21のア
ップダウンカウンタを2進8段で構成すると、最大カウ
ント数は2−1すなわち255となる。ここで記憶部
21の上位4ビットが“1”となった時点、すなわちパ
ルスを240カウントした時に満充電の表示がなされ、
更に255個目のパルスをカウントし終えると充電を停
止する様にするには、8時間=2.8×10秒である
から、充電用パルス発生器23から出力される充電パル
スのパルスレートPは、 P1=2.8×104/(255×1024)=0.1秒 となり、充電用パルス発生器23から約0.1秒毎に1
パルスを発生させることにより、記憶部21のカウンタ
が8時間タイマーとなることが判る。
一方、この種の小型電気機器にはモータ5として界磁に
永久磁石を使用した直流モータが使用されることが多
く、従って第4図に示す如く、毛屑の堆積などが原因し
てトルクTが増大するにつれて駆動中にモータ5に供給
される負荷電源Iは増加する。更に、かかる負荷電流I
の増加は、モータの回転数nの低下となって現れ、従っ
てモータ回転数nの増減を検出することにより、負荷電
流Iの増加が間接的に判る。また負荷電流Iの増加は満
充電状態からのモータ5の連続駆動可能時間の減少につ
ながるものであるが、電池6およびモータ5の容量を設
定すれば、実験あるいは計算で、モータ回転数nとモー
タ6の連続駆動可能時間との関係が求まる。
第5図の実線で示した曲線はかかる関係の一例を示した
ものであって、更に破線はその曲線を階段状の直線で近
似したものである。この結果から、モータ5の回転数n
の大小をモータ回転数検出部31で検出し、該回転数検
出部31の検出値に応じて分周部28の分周率を段階状
に変化させることにより、分周部28の出力端からは負
荷電流Iの増減に近似してパルスレートが変化する主放
電パルスが得られ、かかる主放電パルスをもって記憶部
21内の記憶値を減算していくことにより、負荷電流I
に応じた割合で記憶部21内の値を減少できる。
放電時期検出部20は、モータ5の回転時に電機子から
発生する漏れ磁束、あるいはモータ5の回転軸に一体に
取り付けた磁石(図示せず)による磁束変化を検出コイ
ル32で検出したあと、該検出信号をシュミットトリガ
33で波形整形することにより、第6図(d)の如く、モ
ータ5の回転数nに比例したパルスレートの回転パルス
aを形成し、モータ回転検出部31に入力する。
モータ回転検出部31は、回転パルスaの数を設定時間
だけサンプリングしてカウントする回転数カウント部3
4と、該カウント部34中のカウント数の大小を判別す
る回転数判定部36とから構成され、第1分周器29に
組み合わされた分周率変換部37に回転数判定部36か
ら出力される変換信号を入力して、第1分周器29の分
周率を変化させる。
回転数カウント部34は、2進4段のサンプリング機能
を有する回転数カウンタ39と、該カウンタ39のサン
プリング期間を設定するゲート信号bを発生する単安定
マルチバイブレータ40とを備え、自己放電用パルス発
生器25から出力される自己放電パルスcを微分回路4
1で微分してトリガ信号dを発生し、該信号dでカウン
タ39のクリア及びゲート信号bの発生時期規制をす
る。すなわち、第6図(a)に示す如く、自己放電パルス
cが1つ出力される毎に、該信号cを微分回路41で微
分してトリガ信号dを発生する(第6図(b)参照)。か
かるトリガ信号dは、第6図(f)の如く回転数カウンタ
39の内容eをリセットすると同時に単安定マルチバイ
ブレータ40を作動させ、該単安定マルチバイブレータ
40から出力されるゲート信号bによりカウンタ39の
ゲートは開いて放電時期検出部20から出力される回転
パルスaのパルス数がサンプリングされるのである。
本実施例では、回転数カウンタ39に2進4段のものが
使用され、「0〜15」の範囲のサンプリング数に対応
する回転パルスaが検出できる様に構成している。従っ
て、放電時期検出部20から出力される回転パルスaの
パルスレートおよび単安定マルチバイブレータ40のパ
ルス幅を適宜選択することにより、第5図で示す回転数
が毎分5100回転以上で回転数カウンタ39のカウン
ト数eが「15」、4700〜5100回転で「1
4」、4300〜4700回転で「13」、4300回
転以下で「12」以下となる様に設定できる。ここで更
に、回転数カウンタ39のカウント数が「15」の時の
駆動可能時間を「10」とすると、回転数カウンタ39
におけるカウント数が1下がる毎に駆動可能時間は1割
ずつ減少するので、基本的には2進4段の16進である
第1分周器29の分周率を、回転数カウンタ39のカウ
ント数が「15」の時に10進、「14」の時に9進の
如く順次降下させていくことにより、負荷電流Iの大小
に対応したパルスレートの放電パルスが得られる。
更に、記憶部21のアップダウンカウンタで充電期間中
に8時間かけてカウントした総カウント値の「255」
が、第1分周器29を10進に切り替えた場合に対応す
る放電時には、約38分かけて「0」となる様に、放電
パルスレートPを設定すればよい。この場合第1分周
器29のパルスは2進6段(64カウント)の第2分周
器30を介して、記憶部21に出力される。かかるパル
スレートPは、 P=38×60/(10×64×255)=0.14[sec] となり、主放電用パルス発生器24からは約0.014
秒毎に1パルスを発生させる様にすればよいことが判
る。
一方、プラグ刃9をコンセントから引き抜いて電池6の
充電を停止すると、パルス切換部27は自己放電用パル
ス発生器25側に切り替わり、該パルス発生器25から
出力される自己放電パルスcが分周部28を介して記憶
部21に印加されて記憶部21内の記憶値を減算し、機
器停止期間中に流れる回路保持電流による電池容量の減
少が補正される。
かかる電流による電池容量の減少は、満充電状態から約
2カ月かかって充電量がゼロとなる程度の量である。従
って自己放電パルスcのパルスレートPは、2カ月が
5.2×10秒であるから、 P=5.2 ×106/(255×1024)=20[sec] となり、自己放電用パルス発生器25からは約20秒毎
に1パルスの割で自己放電パルスcが出力される。
回転数カウント部34の出力側に備えたゼロ回転検出部
43は、回転数カウンタ39内のサンプリング数eが
「0」、すなわちモータ5の回転が停止した時に“1”
信号を出力させる。かかるゼロ信号fはパルス切換部2
7に入力され、前記した充電時期信号sの“0”信号と
連動してパルス発生器を自己放電用パルス発生器25側
に切り替えると同時に、インバータ44により反転され
て“0”となって、表示駆動部45へ入力されることに
より、モータ停止中には表示器46を消灯して、表示部
22による電力消費を抑制している。
表示駆動部45は、記憶部21の上位4ビットをデータ
信号として取り出し、該2進4桁で表示される16進数
をデコードして表示器46で表示する。表示器46は4
個の発光ダイオード47を本体ケース2の正面8の中央
に配して構成され、かかる4個の発光ダイオード47の
発光数を記憶部21内の記憶値に対応させて増減させ
る。例えば充電期間中は、充電開始から2時間毎に1つ
ずつ点灯数を増加させて行き、記憶部21内の上位4ビ
ットが全部“1”に揃うと4個の発光ダイオード47が
全て点灯して充電が完了したことを表示し、更に充電を
続けて記憶部21の8ビットが全てゼロとなると同時に
桁上げ信号が出力され、表示駆動部45からの発光ダイ
オード駆動用の出力信号は消える。このとき、二次電池
6の充電状態規制用のスイッチング部12は、充電時期
表示用の発光ダイオード16と接続されているので、ス
イッチング部12をオフして電池6の充電を強制的に止
め、過充電を防止する。
次に、第7図および第8図にしたがって、上記した構成
における動作の流れを説明する。
時刻tに充電を開始すると、ステップ101で充電が
開始されたことが判定され、記憶部21のカウンタがア
ップ側へ切り替えられる(ステップ102)と同時に、
電池6の端子電圧は徐々に上昇する。しかし、電池6の
端子電圧が1.0V以下を下回っていることがステップ
103で判定された場合、記憶部21内のカウント値は
リセットされ(ステップ104)、初期値である「0」
状態を保つ。ここで時刻tに電池電圧が1.0Vを越
えたことが判断されるとはじめて、かかる時点tを基
準として記憶部21は充電パルスのカウントを始め(ス
テップ105)、更にそのカウント状態を表示部22の
発光ダイオード47で表示する(ステップ106)。
ここで充電を継続して時刻tから約8時間たつと、表
示用の発光ダイオード47は4個全て点灯し、電池6が
満充電に達したことを表示する。更に充電状態を続けて
も所定時間経過後に表示部22の出力は切れ、スイッチ
ング部12が開路して電池6の過充電が阻止される。
時刻tにおいて、プラグ刃9をコンセントから外して
充電を止めると同時に、ステップ101で充電が停止さ
れたことが判定され、記憶部21はダウン側に切り替わ
る(ステップ107)。この時、電池6の端子電圧が1
V以下であると、記憶部21のカウント値は上記と同様
にリセットする(ステップ109)が、1V以上である
ことがステップ108で判断されると、ステップ110
に移り、モータ5が回転駆動されているか否かを判定す
る。このとき、充電もモータ駆動も行われていないと判
断されると、放電時より十分低い割合で記憶部21内の
記憶を減算し、機器不使用時の電力消費量を補正する
(ステップ111)。それと同時に、ステップ112で
表示部22における発光表示を止め、電力消費を記憶部
21の記憶値保存など必要最小限に抑える。
次いで時刻tにおいて、スイッチ13を閉じてモータ
5に通電すると、モータ5の回転は放電時期検出部20
により回転パルスaとして取り出される。更にモータ回
転検出部31で回転パルスaのサンプリング数eからモ
ータ回転数、すなわち負荷電流Iの値を検出し(ステッ
プ113〜115)、該電流Iの大小に応じて第1分周
器29の分周率10進ないし7進の何れかに切り換え
(ステップ116〜119)、消費電流の大小に応じた
割合でカウンタ21内の記憶値を減算していき(ステッ
プ120)、その減算状態は表示部22で表示される
(ステップ121)。
ここで時刻tにおいて充電を行うと、充電量表示はゼ
ロから開始するのではなくて時刻tの記憶値に積算さ
れ、従って常に現在の充電量が連続して表示される。ま
た実際の電流消費量が減算量よりも大きかった結果、カ
ウンタ21内には数値が残っているにもかかわらず、電
池6の端子電圧が1.0V以下に下がった場合は、ステ
ップ109でカウント値を強制的にリセットして(時刻
)表示を止め(ステップ122)、使用者に充電を
促すのである。
なお表示部22による表示は、発光ダイオード47に代
えて液晶を用いて数字で直接表示し、あるいは表示をよ
りきめ細かく連続的に表示してもよい。更に視覚による
表示に代えて、または加えて音響により充電量を表示す
ることも可能である。すなわち、充電期間中に充電量が
設定値に近づくと断続音の発生を開始し、更に充電が進
むにつれて音響の発生間隔あるいは周波数を変化させて
充電状態を聴覚をもって確認可能とするのである。
更にまた、パルス信号発生部15を充電パルス発生器の
みとし、充電専用とすることもできる。この場合、分周
部28を特に必要としないことは勿論である。複数のパ
ルス発生器23・24・25を備えてパルス切換部27
で切り換え使用するのに代えて、1台のパルス発生器の
周波数を充電あるいは放電状態検出に応じて変化させる
ものであってもよい。放電期間中の電流変化が少ない場
合には、第1分周器29の分周率を特に変化させて補正
する必要はない。
また、表示部22は充電および放電期間中に常時発光表
示させるのではなく、別に電池チェック用のスイッチを
設けてスイッチ操作時にのみ表示させることにより、表
示部22による電力消費を必要最小限に抑えることがで
きる。
更に、上記表示回路14をマイクロプロセッサを用いて
プログラムにより同様な動作をさせることも勿論可能で
ある。この場合、充電、放電および自己放電パルスは、
電流量の大小に対応した2進数で表示され、所定期間毎
に記憶部21の記憶値に対して直接加減算される。
〔発明の効果〕
本発明は上記の如く、充電すべき電池6に対して充電電
圧が印加されることにより実際に充電が行われている期
間に対応して充電表示用のパルス信号を発生し、このパ
ルス数を積算して記憶する様にしたので、途中で停電等
のアクシデントが発生しても、その期間はパルス信号の
積算は中断され、誤記憶することはなく比較的簡単な構
成で、正確な充電量表示が行われる。
更に電池6の端子電圧が充電初期電圧設定値を超えたこ
とを確認したのちに、記憶部21におけるカウントを開
始することにより、充電の繰り返しにより電池の充電特
性が変化した場合にあっても、充電初期の充電々流をカ
ウントせずにすみ誤記憶を防止し、実際の寿命変化に応
じて、充電容量に適切に対応した容量表示が行える。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明を実施した一例を示す電気かみそりの斜
視図、第2図は本発明の基本的な構成を示す概略図、第
3図は電気回路の構成を示すブロック図、第4図はモー
タ回転数と負荷電流の関係を示すグラフ、第5図はモー
タ回転数と駆動可能時間との関係を示すグラフ、第6図
(a)ないし(g)はモータ回転数検出部の動作を説明する波
形図、第7図は動作を説明する流れ図、第8図(a)およ
び(b)は充放電中における電池端子電圧と記憶部の記憶
値との関係を示す説明図である。 5……モータ 6……電池 11……充電回路 15……パルス信号発生部 18……電圧検出部 19……充電時期検出部 20……放電時期検出部 21……記憶部 22……表示部 28……分周部 31……モータ回転数検出部
フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭52−153126(JP,A) 特開 昭56−94934(JP,A) 実開 昭56−83948(JP,U)

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】電池(6)に対する充電電圧の印加期間に対
    応してパルス信号を出力するパルス信号発生部(15)と、 パルス信号の入力数を順次積算して記憶する記憶部(21)
    と、 記憶部(21)内の記憶値の大小に対応させて表示する表示
    部(22)とを備え、 上記記憶部(21)における記憶値の積算は、電池6の端子
    電圧が充電初期電圧設定値を上回った後に行うことを特
    徴とする充電量表示回路。
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