(57)【要約】【課題】種々の電子機器に用いられる一次電池の容量を正確に測定することが可能な電池容量測定装置を提供する。【解決手段】放電条件を異にする複数の負荷と、これらの負荷を択一的に電池に接続して該電池を放電させる負荷接続手段と、負荷に接続された電池の端子電圧と予め設定された基準電圧とを比較して該電池の容量を判定する判定手段と、判定した容量を表示する表示手段とを具備する。【選択図】      図１
2004191233.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
放電条件を異にする複数の負荷と、
これらの負荷を択一的に電池に接続して該電池を放電させる負荷接続手段と、負荷に接続された電池の端子電圧と予め設定された基準電圧とを比較して該電池の容量を判定する判定手段と、
判定した容量を表示する表示手段と
を具備したことを特徴とする電池容量測定装置。
【請求項２】
前記基準電圧は、複数の負荷に対応して設定されるものである請求項１に記載の電池容量測定装置。
【請求項３】
前記負荷は、定抵抗放電、定電流放電および定電力放電の少なくとも一つを行なうものである請求項１に記載の電池容量測定装置。
【請求項４】
前記表示手段は、電池容量を多段階表示するものである請求項１に記載の電池容量測定装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電池の容量を測定する電池容量測定装置に係り、特に一次電池の容量測定を行なうのに最適な電池容量測定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近時、ディジタルスチルカメラや携帯型ＭＤ（ミニディスク）プレーヤなどの電子機器の電源として一次電池が広く用いられている。この種の電子機器、特にディジタルスチルカメラ等に用いられる一次電池は、パルス状の大電力放電が要求されている。このため一次電池は、内部抵抗が低いことが望ましい。
【０００３】
ところで一次電池は、放電が進行するに従って、その内部抵抗が増加するという特性がある。したがって、一次電池を使用している機器においては、一次電池の放電に伴ってその供給電圧が除々に低下する。しかしながら、このようにして放電が進行した電池と、未使用（未放電）の電池の電圧とをそれぞれ電圧計で測定すると、ほとんど同じ電圧値が計測される。これは、電圧計の入力抵抗が電池の内部抵抗に比べて極めて大きいため、電池の内部抵抗の影響が無視されるためである。
【０００４】
このようなことから、一次電池の残量判定は、一次電池容量チェッカにより判定がなされている。この一次電池容量チェッカは、測定する電池に定抵抗値の抵抗器を接続して、この抵抗器に負荷電流を流すことによって生じる電圧降下の値が、予め定めた閾値以下の場合は、電池容量無しとして表示するように構成されている（例えば、特許文献１を参照）。
【０００５】
或いは、一次電池を用いる電子機器に予め電池容量測定回路を組み込み、該電池の残量が少なくなると警報を出力する電池残量警報装置も知られている（例えば、特許文献２を参照）。これは、電子機器の電源スイッチが開状態のとき、すなわち電子機器を電池によって駆動していないときの電池電圧を監視し、予め定めた閾値を下回ったときに警報を出力するように構成されている。
【０００６】
【特許文献１】
特開昭５７−２８２６９号公報
【特許文献２】
特開平１０−１７２５８３号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら上述した公知の構成をとる電池容量チェッカは、予めその内部に設けられた所定の抵抗器に対して、電流を流して負荷を模擬している。このため、電池容量チェッカに内蔵されている電池容量測定用の抵抗器に流れる電流（計測電流）よりも大きなパルス状の電流が要求される、例えばディジタルスチルカメラのような負荷の場合、電池容量チェッカが一次電池の残量が有ると判定したとしても、この一次電池を使うことができない場合があるという問題があった。
【０００８】
或いは逆に、電池容量チェッカの計測電流よりも電流が小さい、例えばラジオや電卓などに用いる一次電池の場合、電池容量チェッカが電池の残量無しと判定したとしても、この一次電池を使うことができる場合もあり、電池の有効利用ができないという問題もある。
つまり、電池容量チェッカの計測電流に近い電流領域を負荷とする機器に適用される一次電池の容量を計測する場合、電池容量チェッカの容量測定結果は正確である反面、計測電流からかけ離れた電流を消費する機器に用いられる一次電池を電池容量チェッカで測定する場合には、正確な容量測定が出来ないという問題があった。
【０００９】
更に上述した電池容量チェッカは、容量を測定すべき電池を該電池容量チェッカに装着して、その内部に備えた定抵抗に電流を流して数秒程度放電させる必要がある。このため、従来の電池容量チェッカは、電池容量の測定の都度、電池容量を消費してしまうという問題もある。
そこで本発明は、上述した課題を解決するためになされたもので、その目的は、種々の電子機器に用いられる一次電池の容量を正確に測定することが可能な電池容量測定装置を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
前述した目的を達成するため、本発明の請求項１に係る電池容量測定装置は、放電条件を異にする複数の負荷と、これらの負荷を択一的に電池に接続して該電池を放電させる負荷接続手段と、負荷に接続された電池の端子電圧と予め設定された基準電圧とを比較して該電池の容量を判定する判定手段と、判定した容量を表示する表示手段とを具備したことを特徴としている。
【００１１】
上述した基準電圧は、複数の負荷に対応して設定されることを特徴としている。また、前記負荷は、定抵抗放電または定電流放電または定電力放電の少なくとも一つを行なうよう構成されている。
好ましくは、前記表示手段は、電池容量を多段階表示するよう構成することが望ましい。
【００１２】
したがって、本発明によれば、一次電池を使用する電子機器の負荷特性に応じた一次電池の容量チェックが行うことができると共に、その一次電池の容量を残量に応じて多段階表示することができる電池容量測定装置を提供することができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明に係る電池容量測定装置について説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る電池容量測定装置の回路構成を示す図である。この図において、１は電池容量がチェックされる被検査電池（一次電池）であり、チェックを行なう際、特に図示しないが電池容量測定装置に設けられた電池ソケットなどにより装着されるものとなっている。
【００１４】
この本発明に係る電池容量測定装置が特徴とするところは、放電条件を異にした複数の負荷からなる放電手段１０を択一的に選択する負荷切替スイッチ１２を設けて該一次電池１を放電させる負荷接続手段と、複数の負荷に対応して設定される基準電圧源２０とを備え、一次電池を用いる機器に応じた放電条件を設定し得るようにした点にある。
【００１５】
具体的には、本発明に係る電池容量測定装置には、複数の定抵抗負荷１１（１１ａ，１１ｂ，１１ｃ）からなる放電手段１０が設けられたものとなっている。
そして、この放電手段１０に設けられた複数の定抵抗負荷１１は、この複数の定抵抗負荷１１を選択して一次電池１と接続する負荷切替スイッチ１２が接続されたものとなっている。即ち、本発明に係る電池容量測定装置は、負荷切替スイッチ１２を切換えて定抵抗負荷１１を選択することで、一次電池１を用いる機器の入力インピーダンスにあわせた放電電流を設定することができる負荷接続手段が設けられたものとなっている。
【００１６】
また、この電池容量測定装置には、複数の基準電圧を出力する基準電圧源２０が設けられている。この基準電圧源２０は、一次電池１を用いる機器に応じた最適な放電終止電圧が設定されるものとなっている。そして、これらの複数の基準電圧（２１ａ，２１ｂ，２１ｃ）の出力には、これら基準電圧のいずれか一つを選択して電圧比較器２２に与える基準電圧切替スイッチ２３が設けられている。
この基準電圧切替スイッチ２３は、一次電池１を使用する機器の放電終止電圧（最低駆動電圧）を設定する役割を担っている。
【００１７】
上述した電圧比較器２２には、基準電圧切替スイッチ２３によって選択された基準電圧源２０の出力電圧Ｖｒと、前記負荷切替スイッチ１２を介して定抵抗負荷１１と接続されて放電する被検査電池（一次電池）１の電池電圧Ｖｃとが入力されるようになっている。そして、電圧比較器２２は、基準電圧源２０の出力電圧Ｖｒと一次電池１の出力電圧Ｖｃとを比較するようになっている。
【００１８】
また、詳細は後述するが、電池容量測定装置には、電圧比較器２２が基準電圧源２０の出力電圧Ｖｒと一次電池１の出力電圧Ｖｃとを比較して得られた電池容量を表示する容量表示手段３０が設けられている。この容量表示手段３０は、例えば図２にその外観を示すようにＬＥＤ（発光ダイオード）３１等の発光素子によって、被検査電池（一次電池）１の容量を表示するように構成されたものとなっている。この容量表示手段３０は、ＬＥＤ３１以外にも図示しないが例えば、ＬＣＤ（液晶ディスプレイ）、有機ＥＬ（エレクトロルミネセンス）ディスプレイ等で構成しても勿論かまわない。
【００１９】
このように構成された電池容量測定装置の具体例として図３に示す電池容量測定装置の動作原理を示す回路図を用いてより詳細に説明する。
この図に示す放電手段１０には、Ｒ1，Ｒ2，Ｒ3の３種類の抵抗器が設けられている。この抵抗器は、上述したように一次電池１を使用する機器を模擬する役割を担うものである。そして、上述したように負荷切替スイッチ１２により、放電手段１０が備えた、いずれかの抵抗器１１が選択されるようになっている。そして、負荷切替スイッチ１２によって選択された抵抗器１１は、電池容量の測定を開始する測定開始スイッチＳの投入により該一次電池１に並列に接続されるようになっている。このとき、一次電池１の出力電圧は、電圧比較器２２に２つある入力端の一方に接続されて、その出力電圧を検出できるようになっている。
【００２０】
そして、この電圧比較器２２の他方の入力端には、基準電圧が入力されるようになっている。この電圧比較器２２に入力される基準電圧は、図示しない別電源から供給された電圧を用いて、Ｒr1，Ｒr2，Ｒr3のいずれかとＲrとの抵抗比により分圧されて作られるものである。このＲr1，Ｒr2，Ｒr3は、基準電圧切替スイッチ２３により、そのいずれかが選択されるようになっている。例えば、基準電圧切替スイッチ２３によりＲr1を選択したとき、Ｒrに印加された電圧がＶであれば、電圧比較器２２に与えられる基準電圧Ｖｒは、
Ｖｒ＝［Ｒr1／（Ｒr＋Ｒr1）］・Ｖ
となる。このようにして得られた基準電圧Ｖｒは、電池容量測定装置が模擬する機器の放電終止電圧になるよう設定される。
【００２１】
そして、この電圧比較器２２が一次電池１の電圧Ｖｏと基準電圧Ｖｒとの比較を行なった結果、［Ｖｏ＞Ｖｒ］であり電池容量がある場合は、容量表示手段のＬＥＤ駆動トランジスタＱ１をオンしてＬＥＤ３１を点灯させる。一方、電圧比較器２２が一次電池１の電圧Ｖｏと基準電圧Ｖｒとの比較を行なった結果、［Ｖｃ＜Ｖｒ］であり電池容量がない場合は、容量表示手段のＬＥＤ駆動トランジスタＱ１をオフしてＬＥＤ３１を消灯させる。
【００２２】
尚、Ｒrに印加される基準電圧Ｖｒを生成する電源電圧ＶおよびＬＥＤ３１を駆動する電源は、特に図示しない電源回路から出力される定電圧を用いて作られている。或いは、被検査電池（一次電池）１の出力電圧を定電圧回路３に与えることによって生成される定電圧出力を、基準電圧Ｖｒを作成する電源電圧ＶおよびＬＥＤ３１の駆動電圧としてもよい。また、ＬＥＤ３１のアノードと電源との間に設けられたＲは、ＬＥＤ３１に流れる電流を制限する電流制限抵抗である。
【００２３】
ところで、上述した電池容量測定装置は、一次電池の容量があって使用可能かどうか、或いは電池の容量がなく使用不能かどうかの表示だけを行なう回路を示したものである。詳しくは後述するが、このような電圧比較器２２と、この電圧比較器２２に与える基準電圧を変えた回路を複数個設けることによって、容量表示手段３０に一次電池１の段階的な容量表示をさせることが可能となる。このようにすることで、例えば容量表示手段３０に［０％］、［５０％］、［１００％］、または［０］、［１／２］、Ｆｕｌｌというように電池容量を段階的に分けて表示することが可能となる。
【００２４】
ここで、具体的にニッケル亜鉛一次電池の放電特性を示す図４を用いて説明する。ニッケル亜鉛一次電池を一定電流で放電させると、放電初期時は電池電圧の低下が顕著に見られるが、放電が進行して放電中期になると、電池電圧の低下は緩やかになっていく。そして放電終止期になると再び電池電圧の低下が顕著になる。このように放電の進行に伴って電池電圧が変化する所謂Ｓ字特性を有している。このＳ字特性は、一般的な一次電池が持つ特性である。
【００２５】
また、一般的な一次電池は、放電電流を増加させるに伴い、その電池の内部抵抗の影響により電池電圧（端子電圧）の低下が大きくなるほか、さらに電池容量が少なくなるという特性がある。このように一次電池は、放電電流が大きくなるほど電池容量の減少が激しくなるという特性を示す。
ところで、図４に示したニッケル亜鉛一次電池の放電特性を参照すると［１Ａ］放電で、放電終止電圧を［０.８Ｖ］に設定したときの電池容量は［６８０ｍＡｈ］である。そして、電池容量が［１００％］のときの電池電圧は［１.５５Ｖ］であり、電池容量が［５０％］、すなわち［６８０／２＝３４０ｍＡｈ］のときの電池電圧は、［１.２７Ｖ］である。
【００２６】
同じように放電電流［２Ａ］で、放電終止電圧が［１.０Ｖ］と設定した場合の電池容量は、［４８０ｍＡｈ］である。そして電池容量が［１００％］のときの電池電圧は［１.４５Ｖ］であり、電池容量が［５０％］、すなわち［４８０／２＝２４０ｍＡｈ］のときの電池電圧は、［１.１２Ｖ］である。
このように一次電池は、放電電流、或いは放電終止電圧が異なる場合、電池電圧と電池の容量（残容量）とが一致しないという特性を示す。
【００２７】
このようなニッケル亜鉛一次電池の放電特性を考慮して、負荷電流［１Ａ］、最終放電電圧［０.８Ｖ］の機器に適用する場合、電池残量［１００％］、［５０％］、［０％］にそれぞれ対応するＬＥＤ３１をそれぞれ点灯させるため、電圧比較器２２に設定する基準電圧は、それぞれ［１.５５Ｖ］、［１.２７Ｖ］、［０.８Ｖ］にすればよい。また、負荷電流［２Ａ］、最終放電電圧［１.０Ｖ］の機器に適用する場合、電池残量［１００％］、［５０％］、［０％］にそれぞれ対応するＬＥＤ３１をそれぞれ点灯させるためには、電圧比較器２２に設定する基準電圧は、それぞれ［１.４５Ｖ］、［１.１２Ｖ］、［１.０Ｖ］にすればよい。
【００２８】
ところで、上述した実施形態における放電手段１０は、定抵抗負荷を用いたものとして構成されているが、好ましくは一次電池を使用する機器の放電特性に合わせるように構成することが望ましい。具体的には、一次電池を使用する機器の放電特性が定電流特性を有する場合は、前述した定抵抗負荷に替えて定電流負荷とすればよい。この定電流負荷としては、例えば図５に示すようにトランジスタＱ２のエミッタに挿入したエミッタ抵抗ＲEに生じる電圧降下が一定になるように制御した定電流回路を適用すればよい。
【００２９】
この定電流回路は、エミッタ抵抗ＲEの電圧降下と、図示しない所定の電圧を出力する基準電圧源が出力する電圧とが等しくなるようにエラーアンプ２の出力電圧を調整するものである。そして、このエラーアンプ２の出力は、ベース電流制限抵抗ＲBを介して、トランジスタＱ２のベースに与えられるようになっている。
【００３０】
このような構成の回路において、トランジスタＱ２のエミッタ電流が増加すると、エミッタ抵抗ＲEの電圧降下が増加する。すると、エラーアンプ２に加わる電圧が高くなる。このためエラーアンプ２は、その出力電圧を下げる。このエラーアンプ２の出力は、ベース電流制限抵抗ＲBを介してトランジスタＱ２のベースに与えられているので、該トランジスタＱ２のエミッタ電流を抑えることができる。
【００３１】
一方、トランジスタＱ２のエミッタ電流が減少すると、エミッタ抵抗ＲEの電圧降下も減少する。すると、エラーアンプ２に加わる電圧が低くなるので、エラーアンプ２は、その出力電圧を上昇させることになる。このため、トランジスタＱ２のベース電流が増加するので、該トランジスタＱ２のエミッタ電流を増加させることになる。
【００３２】
このようにして、トランジスタＱ２のコレクタとエミッタとの間に流れる電流が一定となる定電流回路が形成される。
或いは、機器の放電特性が定電力特性を有する場合には、図６に示すようにＭＯＳＦＥＴ（Ｑ３，Ｑ４）とインダクタンスＬおよびコンデンサＣとからなる定電力回路を放電手段１０に設けるとよい。この図に示す回路は、図示しない基準電圧源から与えられる基準電圧を基に負荷抵抗ＲLに加わる電圧が一定になるようＰＷＭ（パルス幅変調）制御回路でＭＯＳＦＥＴのゲート制御を行なうものである。つまり、ＰＷＭ制御回路は、負荷抵抗ＲLに加わる電圧が一定になるように制御する。このため、負荷抵抗ＲLに流れる電流が一定になる。つまり、負荷抵抗ＲLで消費される負荷電力が一定になる。したがってこの回路は、ＰＷＭ制御による電圧変換のロスを無視すれば、入力電力と出力電力とが等しくなる。即ちこの回路は、定電力負荷と見なすことができる。
【００３３】
尚、負荷抵抗ＲLに並列に接続されたコンデンサＣは、抵抗負荷ＲLに加わる電圧を平滑する平滑コンデンサである。また、リアクタンスＬは、負荷抵抗ＲLに流れる電流を平滑する平滑リアクトルの役割を担うものである。
かくしてこのように構成された電池容量測定装置によれば、複数の負荷と複数の基準電圧とを設けているので一次電池を使用する機器に相応しい放電条件と放電終止電圧を設定することができる。このため、消費電力や放電条件の異なる機器における一次電池の使用に対する精度の高い電池容量の測定を行なうことが可能となる。特に本発明に係る電池容量測定装置には、電池容量を多段階表示する表示器を備えているので電池の容量を分かりやすく表示することが可能である。
【００３４】
尚、本発明は上述したニッケル亜鉛一次電池のほか、マンガン電池、アルカリマンガン電池、リチウム一次電池など種々の一次電池に適用することが可能である。更には、二次電池にあっても一次電池と類似の放電特性を示すので、二次電池の容量測定装置として適用することも勿論可能である。
【００３５】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明の電池容量測定装置によれば、消費電力や放電条件の異なる機器に用いられる一次電池の容量を高精度に、しかも残量を分かりやすく表示することが可能となる等の実用上多大なる効果が奏せられる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る電池容量測定装置の概略構成を示す図。
【図２】本発明の実施形態に係る電池容量測定装置の容量表示手段の一例を示す図。
【図３】本発明の実施形態に係る電池容量測定装置の動作原理を示す回路図。
【図４】ニッケル亜鉛一次電池の放電特性を示す図。
【図５】本発明の実施形態に係る定電流放電回路の一例を示す図。
【図６】本発明の実施形態に係る定電力放電回路の一例を示す図。
【符号の説明】
１０      放電手段
１２      負荷切替スイッチ
２０      基準電圧源
２２      電圧比較器
２３      基準電圧切替スイッチ
３０      容量表示手段
【図１】
2004191233.tif 000003
【図２】
2004191233.tif 000004
【図３】
2004191233.tif 000005
【図４】
2004191233.tif 000006
【図５】
2004191233.tif 000007
【図６】
2004191233.tif 000008