(57)【要約】【課題】  電池の残容量を目視しやすく表示することができる簡便且つ廉価な電池残容量測定装置を提供する。【解決手段】  電池残容量測定装置において、被測定電池の正電極に接続される第１の端子と前記被測定電池の負電極に接続される第２の端子と電圧計との間に、第１の電圧制限回路、若しくは前記第１の電圧制限回路及び第２の電圧制限回路を備える非線型回路を設け、前記第１の電圧制限回路は、被測定電池の電圧が定格電力放電後における電圧よりも低いときには被測定電池の電圧に起因して前記電圧計に印加される電圧を制限し、前記第２の電圧制限回路は、前被測定電池の電圧が定格電圧よりも高いときには前記被測定電池の電圧に起因して前記電圧計に印加される電圧を制限する構成とする。【選択図】      図４
2005207762.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電池の電圧を測定することにより前記電池の残容量を測定する電池残容量測定装置において、
前記電池の電圧を表示する電圧計と、前記電池の正電極に接続される第１の端子と、前記電池の負電極に接続される第２の端子と、前記第１及び第２の端子と前記電圧計との間に接続された非線形回路とを有し、
前記非線形回路は、第１の電圧制限回路、若しくは前記第１の電圧制限回路と第２の電圧制限回路とを備え、
前記第１の電圧制限回路は、前記第１及び第２の端子に接続された前記電池の電圧が前記電池の定格電力放電後における電圧よりも低いときには前記電池の電圧に起因して前記電圧計に印加される電圧を制限し、
前記第２の電圧制限回路は、前記第１及び第２の端子に接続された前記電池の電圧が前記電池の定格電圧よりも高いときには前記電池の電圧に起因して前記電圧計に印加される電圧を制限することを特徴とする電池残容量測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は電池残容量測定装置に関し、特に電池の残容量を目視しやすく表示することができる電池残容量測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電池の残容量を簡便に測定する装置として、図１（ａ）に示すように被測定電池（以下、単に「電池」と表示する。）Ｂ０１の出力電圧（以下、単に「電圧」と表示する。）を測定する電池残容量測定装置０２がある。こうした電池残容量測定装置０２は、電池Ｂ０１の電圧を電圧計（例えば可動コイル型電圧計）Ｖ０３にて測定することにより、電池の残容量を知るものである。
【０００３】
例えば、図１（ｂ）の実線に示すように、定格電圧１．２Ｖのニッケル水素電池やニカド電池（二次電池）は、十分充電された状態において１．３５Ｖ〜１．４Ｖ程度の電圧が得られ、充電された電力を放電するに従って電圧は１．２〜１．３Ｖとなり、その後は定格電圧１．２Ｖ近辺を維持する。やがて電池の残容量がゼロ（定格電力を放電しきった状態）になる直前において電圧は１．２Ｖ以下に急激に低下する。こうしたニッケル水素電池やニカド電池では、電圧が１．３Ｖ以上であれば「十分充電された状態（残容量が十分ある）」とされ、電圧が１．２〜１．３Ｖでは「電池が消耗してきている状態（残容量あり）」とされ、電圧が１．２Ｖ以下となったときには「電池が消耗した状態（残容量が殆どない）」とされる。なお、ニッケル水素電池は、ニカド電池よりも残容量がゼロになる直前での電圧降下が著しい。
【０００４】
また、図１（ｂ）の破線に示すように、新しい（未放電）乾電池（一次電池）の電圧は定格電圧以上であるが（定格電圧１．５Ｖの乾電池では、１．６Ｖあるいはそれ以上の電圧が得られる。）、電圧は放電とともに徐々に低下し、寿命の末期（定格電力を放電しきった状態）においては１．１〜１．０Ｖまで低下する。こうした乾電池では、電池を使用する機器によって差異があるが、電圧が１．２５Ｖ以上であれば「まだ使用できる状態（残容量が十分ある）」とされ、電圧が１．１〜１．２５Ｖでは「電池が消耗してきている状態（残容量あり）」とされ、電圧が１．１Ｖ以下となったときには「電池が消耗した状態（残容量が殆どない）」とされる。
【０００５】
電圧計Ｖ０３には、図１（ｃ）に示すように、ニッケル水素電池（又はニカド電池）及び乾電池の残容量を示す電圧表示スケールが夫々設けられ、例えば、「残容量が十分ある」ときの電圧領域０４が緑色で、「残容量あり」のときの電圧領域０５が黄色で、「残容量が殆どない」ときの電圧領域０６が赤色で夫々表示され、電圧計Ｖ０３の指針が示す電圧領域によって電池の残容量が測定できるものとなっている。
【０００６】
しかし、乾電池の電圧を考慮して、電圧計Ｖ０３の測定電圧範囲を０Ｖから１．６Ｖとすると、電池の残容量測定は約１．０〜約１．６Ｖの電圧範囲で行われるため、電圧計Ｖ０３が有する電圧表示スケールの約３分の１の領域が利用されるに過ぎず、「残容量あり」の状態と「残容量が殆どない」状態とを上記電圧表示スケール上で識別すること（電池が「残容量が殆どない」状態の直前にあることを知ること）には困難を伴う。特に、残容量がゼロになる直前まで定格電圧を維持するニッケル水素電池やニカド電池などでは、上記の識別は更に困難なものとなる（ニッケル水素電池は、残容量がゼロになる直前での電圧低下がニカド電池よりも著しいため、電池が「残容量が殆どない」状態の直前にあることを知ることが、ニカド電池よりも更に困難となる。）。
【０００７】
そこで、電池の電圧を電圧比較回路（コンパレータ）で、精密に識別することにより、「残容量あり」の状態と「残容量が殆どない」状態とを識別する電池残容量測定装置が実用化されている。また、電池の電圧をアナログ・ディジタル変換器でディジタル信号に変換して残容量を精密測定する電池残容量測定装置も提案されている（例えば特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００３−１５６５４８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、コンパレータを使用すると、「残容量が十分ある」、「残容量あり」及び「残容量が殆どない」とする各状態を識別するには２つのコンパレータが必要であり装置が複雑になり、又、複数種類の電池に応じてコンパレータを設ける場合には、装置は更に複雑になって、何れの場合にもコストが上昇するという問題がある。又、電池の電圧をアナログ・ディジタル変換器でディジタル信号に変換して電池の残容量を測定する電池残容量測定装置の場合においても、装置は複雑となりコストが上昇するという問題がある。本発明は、こうした問題を解決するためになされたものであり、電池の残容量を目視しやすく表示することができる簡便且つ廉価な電池残容量測定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】
【０００９】
上記目的を達成するため、本発明に係る電池残容量測定装置は、電圧計と、電池の正電極に接続される第１の端子と、前記電池の負電極に接続される第２の端子と、前記第１及び第２の端子と前記電圧計との間に接続された非線形回路とを有し、前記非線形回路は、第１の電圧制限回路、若しくは前記第１の電圧制限回路と第２の電圧制限回路とを備え、前記第１の電圧制限回路は、前記第１及び第２の端子に接続された前記電池の電圧が定格電力放電後における電圧よりも低いときには前記電池の電圧に起因して前記電圧計に印加される電圧を制限し、前記第２の電圧制限回路は、前記電池の電圧が定格電圧よりも高いときには前記電池の電圧に起因して前記電圧計に印加される電圧を制限することを特徴とする。
【００１０】
例えば、定格電圧１．５Ｖの乾電池の残容量測定において、前記第１の電圧制限回路は、乾電池の定格電力放電後における電圧（例えば１．０Ｖ）以上の電圧が前記第１及び第２の端子に印加されたときのみ、前記電圧計を動作させるため、前記電圧計（例えば可動コイル型電圧計）は、前記第１及び第２の端子の入力電圧１．０〜１．６Ｖをフルスケールとして表示することが可能となり、「残容量が十分ある」、「残容量あり」及び「残容量が殆どない」状態の識別が容易となる。
【００１１】
更に、前記第２の電圧制限回路により、乾電池の定格電圧よりも高い電圧（例えば１．６Ｖ以上の電圧）に起因して、前記電圧計に過大電圧が印加されることを防止することができる。
【発明の効果】
【００１２】
以上のように、本発明に係る電池残容量測定装置によれば、第１の電圧制限回路、又は前記第１の電圧制限回路と第２の電圧制限回路とを備えた非線形回路により、電池残容量測定装置が有する電圧計は「残容量が十分ある」、「残容量あり」とする各状態の電圧領域を拡大表示するため、電池の残容量を目視により容易に測定することができる。また、前記非線形回路はコンパレータやアナログ・ディジタル変換器等に比べて極めて簡単な構成により実現できるため、簡便且つ廉価な電池残容量測定装置の提供が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、図面を参照して、本発明に係る電池残容量測定装置を説明する。
【実施例１】
【００１４】
図２は、本発明にかかる電池残容量測定装置の一実施例（実施例１）の概略構成を示す図である。電池残容量測定装置１０は、電池Ｂ０１の正電極に接続される第１の端子１１と、電池Ｂ０１の負電極に接続される第２の端子１２と、電圧計（例えば可動コイル型電圧計）Ｖ０３と、非線形回路である第１の電圧制限回路２０と、電源電池Ｂ１４（定格電圧３Ｖ）から第１の電圧制限回路２０への電力供給を制御する電源制御回路３０とを有している。ここで、第１の端子１１と第２の端子１２との間には、抵抗Ｒ１５が接続されて、電池Ｂ０１の電圧測定時に例えば１００ｍＡ程度の放電電流が流れるようにしている。電池Ｂ０１は放電電流を流さないと、残容量が少ないときにおいても、ほぼ定格電圧を出力するからである。
【００１５】
非線形回路を構成する第１の電圧制限回路２０はＮＰＮ型トランジスタＱ２１とエミッタ抵抗Ｒ２２によりエミッタフォロワとして構成される緩衝増幅器、及びトランジスタＱ２１のエミッタにそのアノードが接続されたダイオードＤ２３を有している（ダイオードＤ２３のカソード側が第１の電圧制限回路２０の出力端子となる。）。トランジスタＱ２１のベースは抵抗Ｒ１６を介して第１の端子１１に接続され、トランジスタＱ２１のエミッタは抵抗Ｒ２２を介して第２の端子１２に接続され、トランジスタＱ２１のベースと第２の端子１２との間にはコンデンサＣ１７が接続されている。そして、ダイオードＤ２３のカソード側と電圧計Ｖ０３の正電圧入力端子との間には可変抵抗Ｒ２４が接続されている。
【００１６】
電源制御回路３０は、第１の端子１１と第２の端子１２との間に電池Ｂ０１が接続されたときに、電源電池Ｂ１４から第１の電圧制限回路２０に電力を供給し、電池Ｂ０１が接続されていないときには、電力供給を停止する回路である。ここで、電源制御回路３０が有するトランジスタＱ３１は電源電池Ｂ１４の正電極と第１の電圧制限回路２０が有するトランジスタＱ２１のコレクタ間に接続されている。そして、電源制御回路３０が有するトランジスタＱ３２は、第１の端子１１と第２の端子１２との間に電池Ｂ０１が接続されたとき、トランジスタＱ３１を導通させて、電源電池Ｂ１４から第１の電圧制限回路２０に電力を供給する作用を有している。
【００１７】
以上のように構成される電池残容量測定装置１０は、以下のようにして、電池Ｂ０１の残容量を測定する。
電池Ｂ０１が第１の端子１１と第２の端子１２との間に接続されると、電源制御回路３０は非線形回路である第１の電圧制限回路２０に電力を供給する。又、電池Ｂ０１の電圧は、抵抗Ｒ１６を介してトランジスタＱ２１のベースに入力される（トランジスタＱ２１のベース電流は小さいため、抵抗Ｒ１６における電圧降下は無視できる）。ここで、トランジスタＱ２１のベース・エミッタ間の順方向電圧は約０．６〜０．７Ｖであり、ダイオードＤ２３の順方向電圧も約０．６〜０．７Ｖであるため、第１の電圧制限回路２０（非線形回路）の入力電圧対出力電圧特性は図３（ａ）に示すようになる。
【００１８】
即ち、第１の端子１１と第２の端子１２との間に１．０Ｖの電圧が入力されても、第１の電圧制限回路２０の出力電圧は１０〜２０ｍＶ程度以下に制限され、第１の端子１１と第２の端子１２との間の電圧が１．０Ｖ以上にならなければ、電圧計Ｖ０３を駆動するに足りる電圧が第１の電圧制限回路２０から出力されない。又、第１の電圧制限回路２０は、第１の端子１１と第２の端子１２との間の電圧が１．６Ｖのときに、５００ｍＶを出力する。
【００１９】
従って、第１の端子１１と第２の端子１２との間の電圧が１．６Ｖのときに、電圧計Ｖ０３がフルスケールとなるように可変抵抗Ｒ２４を調整することによって、図５（ａ）に示すように、電池残容量測定装置１０は１．０〜１．６Ｖの電圧範囲をフルスケールで表示することが可能となり、従来の電池残容量測定装置０２に比べれば、「残容量が十分ある（電圧領域０４）」、「残容量あり（電圧領域０５）」とする各電圧領域が約３倍のスケールに拡大表示され、目視による電池の残容量測定が容易になる（なお、ニッケル水素電池やニカド電池の最大電圧は１．４Ｖと表示される。）。もちろん、残容量がゼロになる直前まで定格電圧を維持するニッケル水素電池やニカド電池などの残容量測定においても、「残容量あり」の状態と「残容量が殆どない」状態との識別（電池が「残容量が殆どない」状態の直前にあることを知ること）が容易になる。特に、ニッケル水素電池はニカド電池よりも残容量がゼロになる直前での電圧降下が著しいため、電圧領域０４、電圧領域０５を約３倍のスケールに拡大表示することはニッケル水素電池の残容量測定において更に効果的である。
【００２０】
ここで抵抗Ｒ１６及びコンデンサＣ１７はその時定数により、電圧が１．５Ｖ以上の電池Ｂ０１が第１の端子１１と第２の端子１２との間に接続されたときに可動コイル型電圧計の指針が急激に振切れて（スケールアウトして）変形等することや、電池Ｂ０１が上記接続を外されたときに指針がゼロ点に急激に戻ることを防止するものであり、例えば抵抗Ｒ１６は２．２ＫΩ、コンデンサＣ１７は３３μＦとされる（時定数７２．６ｍＳ）。
【００２１】
なお、第１の電圧制限回路２０が有するトランジスタＱ２１をいわゆるダーリントン接続された２つのトランジスタにて構成することにより、ベース・エミッタ間の順方向電圧を１．２〜１．４Ｖとして、ダイオードＤ２３を用いることなく、第１の電圧制限回路２０を構成することもできる。
【実施例２】
【００２２】
次に、図４に本発明にかかる電池残容量測定装置の他の実施例（実施例２）の概略構成を示す。ここで実施例１と同様の機能を有する構成要素には同一の符号を付してその説明を省略する。
実施例２における電池残容量測定装置１０ａは、電池残容量測定装置１０に更に第２の電圧制限回路４０を加えた構成となっており、非線形回路１３は第１の電圧制限回路２０及び第２の電圧制限回路４０を有している。
【００２３】
第２の電圧制限回路４０は、トランジスタＱ４１から成るエミッタフォロワ回路であり、ベース側に設けられた発光ダイオード（又は定電圧ダイオード）Ｄ４２の安定化電圧により、約０．９Ｖの安定化電圧を出力するものである。トランジスタＱ４１は、第１の電圧制限回路２０が有するトランジスタＱ２１のコレクタと電源制御回路３０が有するトランジスタＱ３１のコレクタの間に接続され、約０．９Ｖの安定化電圧をトランジスタＱ２１のコレクタに供給する。ここで、トランジスタＱ４１のエミッタと第２の端子１２との間には抵抗Ｒ４３が接続されている。
【００２４】
以上のように構成される電池残容量測定装置１０ａは、以下のようにして、電池Ｂ０１の残容量を測定する。
電池Ｂ０１が第１の端子１１と第２の端子１２との間に接続されると、電源制御回路３０は非線形回路１３に電力を供給する。ここで、第１の端子１１と第２の端子１２との間の電圧が１．５Ｖ以上になると、非線形回路１３の出力電圧は、図３（ｂ）に示すように制限される。第１の電圧制限回路２０が有するトランジスタＱ２１のコレクタには第２の電圧制限回路により０．９Ｖの電圧が供給されているため、トランジスタＱ２１のベースが１．５Ｖ以上になると、トランジスタＱ２１のベース・コレクタ間が順方向にバイアスされて、トランジスタＱ２１のベース電圧の上昇が制限されることにより、トランジスタＱ２１のエミッタ電圧の上昇が制限されるからである（このとき抵抗Ｒ１６は電池Ｂ０１と第２の電圧制限回路４０による約０．９Ｖの安定化電源との間の短絡防止抵抗として作用する。）。なお、トランジスタＱ２１のベースからコレクタの流れる電流は抵抗Ｒ４３を経由して第２の端子１２へと流れる。
【００２５】
こうして、第１の端子１１と第２の端子１２との間の電圧が１．５〜２Ｖになっても、非線形回路１３は３８０〜４３０ｍＶ以上の電圧を出力することはないのである。従って、図５（ｂ）に示すように、第１の端子１１と第２の端子１２との間の電圧が１．６Ｖのときに、電圧計Ｖ０３がフルスケールとなるように可変抵抗Ｒ２４を調整することにより、電圧計Ｖ０３は、過大入力電圧によるスケールアウトで指針が変形することもなく、「残容量が十分ある（電圧領域０４）」、「残容量あり（電圧領域０５）」及び「残容量が殆どない（電圧領域０６）」とする各電圧領域を目視しやすく表示することが可能となる。又、抵抗Ｒ１６とコンデンサＣ１７はその時定数により、電圧計の指針が急激に振れることを防止する。
【００２６】
なお、本発明に係る電池残容量測定装置は、その趣旨を逸脱しない範囲で変形して実施することができる。図６（ａ）に示す電池残容量測定装置１０ｂは、直列接続された２つのダイオードＤ２３ａ、Ｄ２３ｂの順方向電圧降下（ダイオードの順方向電圧によっては１つのダイオードで構成することも可能である。）を利用する第１の電圧制限回路２０ａ（非線形回路）を有するものであり、電源電池Ｂ１４のような電源を用いることなく電池の残容量を測定することができる。
【００２７】
また、図６（ｂ）に示すように、第１の端子を１１ａと１１ｂ、第２の端子を１２ａと１２ｂと夫々２つ設けて、上記端子１１ａと端子１２ａとの間に抵抗Ｒ１５を接続し、端子１２ａと端子１２ｂとを接続し、端子１１ａと端子１１ｂとの間に抵抗Ｒ１５ａを接続することにより、抵抗Ｒ１５と抵抗Ｒ１５ａで分圧回路を構成することもできる。こうした分圧回路を有する電池残容量測定装置は、端子１１ａ、１２ａ間で定格電圧が１．２〜１．５Ｖの一次電池及び二次電池の残容量を測定し、端子１１ｂ、１２ｂ間で定格電圧が例えば９Ｖの一次電池及び二次電池の残容量を測定することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】（ａ）は従来の電池残容量測定装置の概略構成例を示す図であり、（ｂ）は電池の放電特性の例を示す図であり、（ｃ）は従来の電池残容量測定装置が有する電圧計の電圧表示スケールの例を示す図である。
【図２】本発明に係る電池残容量測定装置（実施例１）の概略構成図である。
【図３】非線形回路の入力電圧対出力電圧特性の例を示す図である。
【図４】本発明に係る電池残容量測定装置（実施例２）の概略構成図である。
【図５】本発明に係る電池残容量測定装置が有する電圧計の電圧表示スケールの例を示す図である。
【図６】本発明に係る電池残容量測定装置の変形例の概略構成図である。
【符号の説明】
【００２９】
１０，１０ａ，１０ｂ  電池残容量測定装置
１１，１１ａ，１１ｂ  第１の端子
１２，１２ａ，１２ｂ  第２の端子
１３  非線形回路
２０，２０ａ  第１の電圧制限回路
４０  第２の電圧制限回路
Ｂ０１  電池
Ｖ０３  電圧計
【図１】
2005207762.tif 000003
【図２】
2005207762.tif 000004
【図３】
2005207762.tif 000005
【図４】
2005207762.tif 000006
【図５】
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【図６】
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