(57)【要約】【課題】内蔵電池と外部電池とを並列にして使う場合に、外部電池から内蔵電池への充電や内蔵電池の誤接続による電池の損傷を防ぎながら電池寿命を長くできる手段を提供する。【解決手段】内蔵電池１の（−）端子３ｂと接地との間にダイオードＤ１を電池の順方向に入れ、このダイオードＤ１に並列にダイオード短絡回路４を設け、一方ダイオードＤ１両端電圧を検出する逆接続検出回路７を設ける。逆接続検出回路７がＤ１端子電圧の所定の電圧値以下を検出して内蔵電池の接続は正しいものと判別し、ダイオード短絡回路４を制御してダイオードＤ１両端を短絡させるとともに負荷回路１１を動作状態にさせる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の電池の正規接続方向に順方向になるよう直列に接続したダイオードと、
前記第１の電池と前記ダイオードの直列回路に並列に接続した第２の電池と、
前記ダイオードの端子間電圧が所定の電圧範囲内であるか否かを検出する逆接続検出回路と、
前記ダイオードの端子間を短絡するダイオード短絡回路とを備え、
前記逆接続検出回路が所定の電圧範囲内であることを検出した場合、前記第１の電池の接続は正しいものと判断し前記ダイオード短絡回路をオンにさせることを特徴とする電池逆接続判別装置。
【請求項２】
前記逆接続検出回路は前記第１の電池の接続は正しいものと判断したときは前記第１の電池と前記第２の電池とによって動作すべき負荷回路が動作状態になるように制御することを特徴とする請求項１記載の電池逆接続判別装置。
【請求項３】
前記逆接続検出回路は電池の接続が正しいか否かを表示する表示装置を備えたことを特徴とする請求項１または2に記載の電池逆接続判別装置。
【請求項４】
前記第１の電池は内蔵電池であり、前記第２の電池は外部電池である請求項１から３のいずれかに記載の電池逆接続判別装置。
【請求項５】
第１の電池の正規接続方向に順方向になるよう直列に接続したダイオードと、
前記第１の電池と前記ダイオードの直列回路に並列に接続した第２の電池と、
前記ダイオードの端子間電圧が所定の電圧範囲内であるか否かを検出する逆接続検出回路と、
前記ダイオードの端子間を短絡するダイオード短絡回路とを用いて、
前記ダイオードの端子間電圧が所定の範囲内であるか否かを検出する検出ステップと、
前記ダイオードの端子間電圧が所定の範囲内である場合は前記第１の電池の接続は正しいと判定する判定ステップと、
前記判定ステップにおいて前記第１の電池の接続は正しいと判定されたときは前記ダイオードの端子間を短絡する短絡ステップとを有することを特徴とする電池逆接続判別方法。
【請求項６】
前記判定ステップにおいて前記第１の電池の接続は正しいと判定されたときに前記第１の電池と前記第２の電池とによって動作すべき負荷回路が動作状態になるように制御するステップを更に有することを特徴とする請求項５記載の電池逆接続判別方法。
【請求項７】
前記判定ステップにおいて前記第１の電池の接続は誤っていると判定されたときにその旨を表示するステップを更に有することを特徴とする請求項５または６に記載の電池逆接続判別方法。
【請求項８】
前記第１の電池は内蔵電池であり、前記第２の電池は外部電池である請求項５から７のいずれかに記載の電池逆接続判別方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内蔵電池に加えて外部に電池を並列接続して使用できる機器に関し、内蔵電池の極性が正しく装着されているか否かを判別し逆接続を防止する方法及びその装置に関するものである。  
【背景技術】
【０００２】
近年、携帯用オーディオ機器などで筐体を小さくするために小形の内蔵電池、たとえば単４形電池を装着し、長時間の使用を望むときは外部に電池ケースを装着して内蔵電池よりも容量の大きい、たとえば単３形電池を外付け電池として装着し、長時間の使用ができるように設定されたものが用いられている。
【０００３】
このような使い方の場合、電池の内部抵抗の違いで図４のように外部の、たとえば単３形電池から内部の、たとえば単４形電池に電流が流れ、内蔵電池に充電されることがある。
【０００４】
また、内蔵電池と外付け電池が一次電池で内蔵電池の電圧（電池Ａ＋電池Ｂ・・２個直列使用の場合）より外付け電池の電圧（電池Ｃ＋電池Ｄ）が高いと外付け電池から内蔵電池に電流が流れて、いずれも内蔵電池にダメージを与え、液漏れの原因にもなる。
【０００５】
また、図５のように内蔵電池Ａをプラスとマイナスを逆にして接続すると電池Ａ＋電池Ｃ＋電池Ｄの合計の電池で電池Ｂを充電することになり、電池Ｂが液漏れまたは破裂し、大変危険な状態となる。
【０００６】
また図６のように内蔵電池Ｂのプラスとマイナスを逆にして接続すると電池Ｂ＋電池Ｃ＋電池Ｄの合計の電池で電池Ａを充電することになり、電池Ａが液漏れまたは破裂し、大変危険な状態となる。
【０００７】
その対策として図７のようにダイオードＤ１を電池ＡとＢの順方向に挿入して、図８または図９のように電池Ａまたは電池Ｂのいずれかを逆に接続しても電池Ａまたは電池Ｂに電流が流れないようにする方法がある。
【０００８】
ダイオードＤ１の代わりに図示しないヒューズを入れて図５や図６のような逆接続をしたときの事故を防止する方法もあるが、図４のような正常接続における弱電流が流れる場合の対策は出来ない。
【０００９】
また、このような課題に対応するために特許文献１に示すような方法も提案されている。
【特許文献１】特開平１０−２２４９９９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
たとえば負荷回路が１．５Ｖまで使用出来る場合は、図４のようにダイオードＤ１が無い状態では、内蔵電池の合計が１．５Ｖになるまで使用できるが、図１０のようにダイオードＤ１を入れることでダイオードＤ１の電圧降下が発生するため、Ｄ１の電圧降下を０．６Ｖとした場合、電池の両端では２．１Ｖまでしか使用できなくなり、電池寿命が短くなる。
【００１１】
また、ダイオードＤ１の電圧降下はＤ１に流れる電流で変わるため、電池残量の精度が悪くなる問題がある。また、内蔵電池Ａ、内蔵電池Ｂのプラス、マイナスの極性誤りに気づきにくい、という問題点が残る。
【００１２】
また、特許文献１のものは、電池１個ごとにダイオード、スイッチ、および豆電球または発音装置が必要であり、逆接続された場合は対応する豆ランプの発光または発音装置の警告音発音がされるが、電池が正しく接続されている場合は個々のスイッチを順次押して電球の発光度合いを目視確認して電池の消耗度合いを把握する必要があった。
【００１３】
本発明は外部電池の電圧が高い場合や内蔵電池の逆接続による電池への損傷を防ぐために内蔵電池と直列にダイオードを挿入し、このダイオードの電圧降下によるロスを防ぐために、内蔵電池と直列に接続したダイオードの端子間電圧が所定の電圧範囲内であるか否かにより内蔵電池の接続を判別し、接続が正しいときはダイオードの端子間を短絡することでダイオードの電圧降下によるロスをなくし、電池電圧を有効に利用でき電池寿命を改善できる電池逆接続判別方法及び電池逆接続判別装置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】
【００１４】
この課題に対処するために本発明の電池逆接続判別装置は、第１の電池の正規接続方向に順方向になるよう直列に接続したダイオードと、前記第１の電池と前記ダイオードの直列回路に並列に接続した第２の電池と、前記ダイオードの端子間電圧が所定の電圧範囲内であるか否かを検出する逆接続検出回路と、前記ダイオードの端子間を短絡するダイオード短絡回路とを備え、前記逆接続検出回路が所定の電圧範囲内であることを検出した場合、前記第１の電池の接続は正しいものと判断し前記ダイオード短絡回路をオンにさせることを特徴とするものである。
【００１５】
またこの課題に対処するために本発明の電池逆接続判別方法は、第１の電池の正規接続方向に順方向になるよう直列に接続したダイオードと、前記第１の電池と前記ダイオードの直列回路に並列に接続した第２の電池と、前記ダイオードの端子間電圧が所定の電圧範囲内であるか否かを検出する逆接続検出回路と、前記ダイオードの端子間を短絡するダイオード短絡回路とを用いて、前記ダイオードの端子間電圧が所定の範囲内であるか否かを検出する検出ステップと、前記ダイオードの端子間電圧が所定の範囲内である場合は前記第１の電池の接続は正しいと判定する判定ステップと、前記判定ステップにおいて前記第１の電池の接続は正しいと判定されたときは前記ダイオードの端子間を短絡する短絡ステップとを有することを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の電池逆接続判別方法および電池逆接続判別装置によれば、第２の電池の電圧が高い場合や第１の電池の逆接続による電池への損傷を防ぐために第１の電池と直列に入れたダイオードの電圧降下によるロスを防ぐために、第１の電池と直列に接続したダイオードの端子間電圧が所定の電圧範囲内であるか否かにより第１の電池の接続を判別し、接続が正しいときはダイオードの端子間を短絡することでダイオードの電圧降下によるロスをなくし、電池電圧を有効に利用でき電池寿命を改善することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下本発明の一実施形態について、図面を参照しながら説明する。図１は本発明の一実施形態における電池逆接続判別装置のブロック図、図２は同じくその動作フローチャート、図３は同じく電池逆接続判別装置の動作による内蔵電池の電池寿命の差を示す説明図を示す。
【００１８】
図１において、第１の電池である内蔵電池１として、たとえば単４形の電池Ａおよび電池Ｂが直列に装着でき、また外付け電池ケース（図示せず）などを用いて第２の電池である外付け電池（外部電池）２として、たとえば単３形の電池Ｃおよび電池Ｄが装着でき、これらは電池端子３を介して本体回路に接続される。電池端子３の内部電池端子（＋）３ａは電池Ａの（＋）端子１ａに接続され、内部電池端子（−）3ｂは電池Ｂの（−）端子1ｂに接続される。充電端子３ｃは電池Ａ・Ｂが充電電池であるときのみに端子１ｃに接続される。外部電池端子（＋）3ｄは外付け電池２の電池Ｃの（＋）端子２ａに接続され、外部電池端子（−）３ｅは外付け電池２の（−）端子2ｂに接続される。
【００１９】
ダイオード短絡回路４はダイオードＤ１の両端に接続され、ダイオードＤ１のカソードはＦＥＴＱ１のアノードと接続され、ダイオードＤ１のアノードはＦＥＴＱ１のカソードと接続されている。そしてダイオードＤ１のカソードは内部電池端子（−）３ｂに接続されることでダイオードＤ１は内蔵電池Ａ・Ｂとは順方向に直列に接続される。
【００２０】
また、ダイオードＤ１のカソードは抵抗器Ｒ１とＲ２の直列回路を介して接地され、抵抗器Ｒ１とＲ２の中点は電圧検出のためマイクロコンピュータ（以下マイコン）５の電圧検出端子５ａに接続されている。表示装置６は、液晶表示装置やＬＥＤ等を用い、マイコン５の制御によって、少なくとも後述の電池の逆接続状態等を表示するものである。そうして、抵抗器Ｒ１、Ｒ２、マイコン５および表示装置６で逆接続検出回路７を構成している。
【００２１】
ダイオード短絡回路４のダイオードＤ１のアノードはＤＣ入力ジャック部８のスイッチＳＷ１により常時は接地され、ＤＣ入力ジャック部８に図示しない外部入力ジャックが接続されたときは連動するスイッチＳＷ１によってダイオード短絡回路４は本装置から切り離される。
【００２２】
充電電流制御回路９は内蔵電池１が充電電池のときエミッタを抵抗器Ｒ３で接地したトランジスタＱ２を介して充電端子3ｃを通じて充電電池の充電電流を制御するもので、またレギュレータ制御回路１０はＤＣ入力ジャック部８からの外部電源入力時にトランジスタＱ３を介して電圧を調整するもので、いずれも本実施形態で説明しようとする動作には含まれない。
【００２３】
負荷回路１１は内蔵電池１および外付け電池２、あるいは外部電源から電源を得て動作する携帯用のオーディオ機器などである。
【００２４】
以上のように構成された本実施形態の電池逆接続判別装置について以下その動作を図２のフローチャートを併用して外付け電池の接続極性は正しいものとして説明する。まず逆接続検出回路７の動作は、ステップＳ１でマイコン５が端子５ａの電圧をチェックして、内蔵電池１の電池Ａ・Ｂのプラス、マイナスが正常に装着されている場合は電池端子３の端子３ｂはＤ１のカソード電圧になり、使用しているダイオードＤ１の順方向電圧で決まり、これは通常０．６Ｖ以下であるため、たとえば抵抗器Ｒ１が１５０ＫΩ、Ｒ２が１００ＫΩの場合は、マイコン５で判定する電圧は０．６Ｖ×｛１００÷（１５０＋１００）｝＝０．２４Ｖとなり、マイコン５の電圧検出端子５ａにおいて、この０．２４Ｖに誤差を加えた所定の電圧以下であれば所定の電圧範囲内であるとして電池が正しく装着されていると判断出来る。内蔵電池１の電池Ａ・Ｂのプラス、マイナスを判定して正常であれば、ステップＳ２でマイコン５の制御出力５ｂをＨ出力にしてダイオードＤ１のアノードとカソードを接続する手段のＦＥＴＱ１をオンにさせて、ダイオード短絡回路４を動作状態に移行させ、ステップＳ３で負荷回路１１を動作状態に移行させる。
【００２５】
またステップＳ１で、マイコン５の電圧検出端子５ａが所定の電圧を超えるときは、以下に説明するように内蔵電池１の電池Ａ・Ｂのいずれか、または両方のプラス、マイナスが逆に装着された場合であるとみなし、ステップＳ４でマイコン５の制御出力５ｂをＬ出力にしてダイオードＤ１のアノードとカソードを接続する手段のＦＥＴＱ１をオフのままとし、ダイオード短絡回路４のＱ１をオンにさせない。
【００２６】
ステップＳ５でマイコン５は負荷回路１１を制御して非動作状態のままとし、ステップＳ６で表示装置６を用いて電池の接続に異常がある旨表示する。
【００２７】
内蔵電池の接続が誤っている場合の具体的な数値例を説明すると、電池単体の電圧が１．５Ｖで電池ＡまたはＢのどちらかのプラス、マイナスが逆に装着された場合のダイオードＤ１のカソード側電圧は１．５Ｖ＋１．５Ｖ＋１．５Ｖ−１．５Ｖ＝３Ｖになる。マイコン５で判定する電圧は、Ｒ１が１５０ＫΩ、Ｒ２が１００ＫΩの場合は、３Ｖ×｛１００÷（１５０＋１００）｝＝１．２Ｖとなる。
【００２８】
また、電池の電圧が１個あたり０．７５Ｖに低下して内蔵電池Ａまたは内蔵電池Ｂのどちらかのプラス、マイナスが逆に装着されている場合のＤ１のアノード側電圧は０．７５Ｖ＋０．７５Ｖ＋０．７５Ｖ−０．７５Ｖ＝１．５Ｖになる。マイコンで判定する電圧は、Ｒ１が１５０ＫΩ、Ｒ２が１００ＫΩの場合は、１．５Ｖ×｛１００÷（１５０＋１００）｝＝０．６Ｖとなる。
【００２９】
さらに、電池単体の電圧が１．５Ｖで電池Ａ・電池Ｂの両方ともプラス、マイナスが逆に装着された場合のダイオードＤ１のカソード側電圧は１．５Ｖ＋１．５Ｖ＋１．５Ｖ+１．５Ｖ＝６Ｖになる。マイコン５で判定する電圧は、Ｒ１が１５０ＫΩ、Ｒ２が１００ＫΩであるため、６Ｖ×｛１００÷（１５０＋１００）｝＝２．４Ｖとなる。
【００３０】
さらに、電池単体の電圧が０．７５Ｖで電池ＡまたはＢの両方ともプラス、マイナスが逆に装着された場合のＤ１のカソード側電圧は０．７５Ｖ＋０．７５Ｖ＋０．７５Ｖ+０．７５Ｖ＝３Ｖになる。マイコン５で判定する電圧は、Ｒ１が１５０ＫΩ、Ｒ２が１００ＫΩの場合は、３Ｖ×｛１００÷（１５０＋１００）｝＝１．２Ｖとなる。
【００３１】
このように、内蔵の電池Ａ・Ｂの少なくとも一方、または両方のプラス、マイナスが逆に装着された場合は０．６Ｖ〜２．４Ｖになるためマイコン５での判定は０．２４Ｖに誤差を加えた所定の電圧以上の電圧になった時は、内蔵の電池Ａ・Ｂのプラス、マイナスが逆になっていると判定できる。
【００３２】
図３において、負荷回路の最低動作電圧が１．５Ｖで、電池単体の電圧が１．５Ｖのものを内蔵電池、外付け電池それぞれ２個直列の場合、ダイオードＤ1が挿入されたままの状態では内蔵電池１の電圧（Ｖ）は初期の電圧Ｖ１から時間（ｔ）の経過とともに徐々に低下してＶ２の２．１Ｖに達すれば負荷回路が動作しなくなるところを、ダイオード短絡回路４の動作により電圧Ｖ3の点まで動作することができた。このように本発明の電池逆接判別方法及び電池逆接防止装置によれば、ダイオードＤ１の電圧降下による電圧ロスをなくし、電池の両端電圧をフルに使用することが出来るため、電池寿命を、たとえば６〜１０％改善することが出来る。
【００３３】
Ｄ１の電圧降下はＤ１に流れる電流で変わるため、電池残量の精度が悪くなる問題があったが、正常に接続された電源のオン時はＤ１のアノードとカソードを接続するため、Ｄ１の電圧降下によるロスが無くなり、電池残量の精度が良くなる。
【００３４】
以上説明したように本実施形態によれば、ダイオードＤ1を挿入した状態でＤ１の端子電圧を検出することにより内蔵電池の誤装着が簡単に検出され、内蔵電池が正しく接続されていれば、ダイオード短絡回路４によりダイオードＤ１を短絡することにより、Ｄ１による電圧降下をなくして実質的な電池寿命を伸ばすことができる。
【００３５】
なお、上記の実施形態では、外付け電池が正常で、内蔵電池の誤装着を検出するように説明したが、回路接続を内蔵電池と外部電池とを切り替え、外部電池にダイオードＤ１を直列に接続するようにすれば、内蔵電池（この場合第２の電池となる）が正常である場合に、外付け電池（この場合第１の電池となる）の誤接続があるかどうかを検出することも容易である。
【００３６】
また、上記実施形態で説明に用いられた電池の形式とか、抵抗値や電圧値などは、すべて一例であり、これに限定されるものではない。
【産業上の利用可能性】
【００３７】
本発明の電池逆接続判別方法および電池逆接続判別装置によれば、外部電池の電圧が高い場合や内蔵電池の逆接続による電池への損傷を防ぎ、また電池の誤接続があれば警告を発したり、回路動作をさせない等機器の安全を確保でき、また電池電圧を有効に利用でき電池寿命を改善できるなど産業上の利用可能性が高いものである。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の一実施形態における電池逆接続判別装置のブロック図
【図２】同じくその動作フローチャート
【図３】同じく電池逆接続判別装置の動作による内蔵電池の電池寿命の差を示す説明図
【図４】内蔵電池Ａ・Ｂが正常に装着された時のブロック図
【図５】内蔵電池Ａがプラスとマイナスを逆に装着され、内蔵電池Ｂは正常に装着された時のブロック図
【図６】内蔵電池Ｂがプラスとマイナスを逆に装着され、内蔵電池Ａは正常に装着された時のブロック図
【図７】ダイオードＤ１を直列に挿入して内蔵電池Ａ・Ｂが正常に装着された時のブロック図
【図８】ダイオードＤ１を直列に挿入して内蔵電池Ａがプラスとマイナスを逆に装着、内蔵電池Ｂは正常に装着された時のブロック図
【図９】ダイオードＤ１を直列に挿入して内蔵電池Ｂがプラスとマイナスを逆に装着、内蔵電池Ａは正常に装着された時のブロック図
【図１０】ダイオードＤ１を直列に挿入した時の負荷回路電圧と内蔵電池電圧の関係を示す説明図
【符号の説明】
【００３９】
１    内蔵電池
２    外付け電池
３    電池端子
４    ダイオード短絡回路
５    マイコン
６    表示装置
７    逆接続検出回路
８    ＤＣ入力ジャック部
９    充電電流制御回路
１０    レギュレータ制御回路
１１    負荷回路
【図１】
2008301591.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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