(57)【要約】【課題】  電池の残存容量を簡単な回路で実用的に形成し、低コストで実用的な精度の電池残存容量監視装置を提供する。【解決手段】  電池の残存容量を検出する比較器を備える電池残存容量監視装置において、一端に前記電池の正極を接続し、他端に前記比較器の入力を接続する第１インピーダンスと、一端に前記第１インピーダンスの他端を接続するサーミスタと第１抵抗とから成る直列回路と、一端に前記直列回路の一端を接続し、他端に前記直列回路の他端を接続する第２抵抗と、一端に前記第２抵抗の他端を接続し、他端に前記共通電位を接続する第３抵抗とを備えることを特徴とする電池残存容量監視装置。【選択図】                    図１
2005315665.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電池の残存容量を検出する比較器を備える電池残存容量監視装置において、
一端に前記電池の正極を接続し、他端に前記比較器の入力を接続する第１インピーダンスと、
一端に前記第１インピーダンスの他端を接続するサーミスタと第１抵抗とから成る直列回路と、
一端に前記直列回路の一端を接続し、他端に前記直列回路の他端を接続する第２抵抗と、
一端に前記第２抵抗の他端を接続し、他端に前記共通電位を接続する第３抵抗と
を備えることを特徴とする電池残存容量監視装置。
【請求項２】
前記第１抵抗は、温度が高いときの前記電池の電圧に基づく値とし、
前記第２抵抗は、温度が低いときの前記電池の電圧に基づく値とする
ことを特徴とする請求項１記載の電池残存容量監視装置。
【請求項３】
前記第１インピーダンスは抵抗で形成され、
前記第１抵抗の値は、前記第２抵抗の値と前記第３抵抗の値とに従属することを特徴とする請求項２記載の電池残存容量監視装置。
【請求項４】
一端に前記電池の負極を接続し、他端に前記共通電位を接続する第４抵抗と、
反転入力に抵抗を介して前記第４抵抗の一端を接続し、非反転入力に前記第４抵抗の他端を接続し、出力に第２インピーダンスを介して前記第１インピーダンスの他端を接続し、前記反転入力と前記出力との間に抵抗を接続する演算増幅器と
を備えることを特徴とする請求項３記載の電池残存容量監視装置。
【請求項５】
前記第２インピーダンスは、正の温度係数を有することを特徴とする請求項４記載の電池残存容量監視装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電池の残存容量を監視する電池残存容量監視装置に関し、特に、低コストの回路で検出し、簡便で実用的に形成可能な電池残存容量監視装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の電池残存容量監視装置は、電池の電圧と、電池の電流と、温度とをマイクロプロセッサで処理して電池の残存容量を監視するものもある（例えば、特許文献１及び特許文献３参照。）。
【０００３】
また、従来の電池残存容量監視装置は、サーミスタを用いて温度の補正をして電池の残存容量を監視するものもある（例えば、特許文献２参照。）。
【０００４】
以下に図４に基づいて従来の電池残存容量監視装置を詳細に説明する。図４は、従来の電池残存容量監視装置を示す構成図である。
【０００５】
図４の従来例の構成を説明する。電池Ｖ１は、例えば、ニッケル水素電池で形成する。
【０００６】
また、インピーダンスＺ１の一端は電池Ｖ１の正極に接続する。さらにまた、インピーダンスＺ１の他端は比較器Ｕ１の反転入力に接続する。そして、第１インピーダンスは、例えば、抵抗で形成する。
【０００７】
さらに、インピーダンスＺ３の一端はインピーダンスＺ１の他端に接続する。さらにまた、インピーダンスＺ３の他端は共通電位ＣＯＭに接続する。そして、第３インピーダンスは、例えば、抵抗で形成する。
【０００８】
さらに、比較器Ｕ１の非反転入力は電圧リファレンスＶ２に接続する。また、電圧リファレンスＶ２は、例えば、バンドギャップリファレンス回路を内蔵する集積回路で形成する。
【０００９】
そして、電池Ｖ１の正極とインピーダンスＺ１の一端との接続点の電圧を電圧Ｂとする。さらに、インピーダンスＺ１の他端とインピーダンスＺ３の一端と比較器Ｕ１の反転入力端との接続点の電圧を電圧Ｃとする。また、比較器Ｕ１の非反転入力端と電圧リファレンスＶ２との接続点の電圧を基準電圧Ｄとする。さらに、比較器Ｕ１の出力の電圧を電圧Ｅとする。
【００１０】
このように構成する図４の従来例の動作を説明する。電圧Ｂは、インピーダンスＺ１とインピーダンスＺ３とで分圧され、電圧Ｃとなる。そして、電圧Ｃと基準電圧Ｄとは比較され、電圧Ｅを生ずる。
【００１１】
よって、電池Ｖ１の残存容量が減少すると、電圧Ｂが減少し、電圧Ｃが減少し、電圧Ｅがハイレベルとなる。即ち、電圧Ｅは、電池Ｖ１の残存容量が少ないときのアラームを示す。このようにして、図４の従来例は、電池Ｖ１の残存容量を監視する。
【００１２】
さらに、図４の従来例の動作について図５を用いて説明する。図５は、図４の実施例の放電特性図である。
【００１３】
ここで、図５の横軸は、電池Ｖ１の放電容量〔％〕、即ち、公称容量比である。また、図５の縦軸は、電圧〔Ｖ〕である。さらに、図５の特性曲線は、電池Ｖ１の電圧Ｂであり、温度−１０℃、温度０℃、温度２０℃をパラメータとする。
【００１４】
また、図５中の破線はアラーム電圧Ｖｔ１を示す。アラーム電圧Ｖｔ１は、比較器Ｕ１が作用するときの電圧Ｂの値である。即ち、電圧Ｃと基準電圧Ｄとが等しくなるときの電圧Ｂである。
【００１５】
さらに、図５中のポイントＰ１１は、温度−１０℃における放電容量及びアラーム電圧Ｖｔ１である。また、図５中のポイントＰ０１は、温度０℃における放電容量及びアラーム電圧Ｖｔ１である。さらに、図５中のポイントＰ２１は、温度２０℃における放電容量及びアラーム電圧Ｖｔ１である。
【００１６】
そして、図４の従来例は、図５の特性のように、放電容量が増加すると電圧Ｂは低下する。また、図４の従来例は、温度が高いとき電圧Ｂは高くなり、温度が低いとき電圧Ｂは低くなる。さらに、アラーム電圧Ｖｔ１は温度に関係なく一定の値となる。
【００１７】
このとき、ポイントＰ１１における放電容量は２６％となり、ポイントＰ２１の放電容量は８０％となる。したがって、図４の従来例におけるアラームのばらつき幅は、放電容量２６％から放電容量８０％となる。
【００１８】
【特許文献１】特許２９３２８７１号公報
【特許文献２】特開平６−２５８４０８号公報
【特許文献３】特開２０００−１２１０４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１９】
しかしながら、図４の従来例は、アラームのばらつき幅が大きいという課題がある。
【００２０】
また、特許文献１及び特許文献３のような従来の電池残存容量監視装置は、マイクロプロセッサを有するため、高価という課題がある。
【００２１】
さらに、上述の例とは別に、図４の従来例において、インピーダンスＺ３をサーミスタのみで形成する場合は、実用に十分な監視の特性が得られないという課題がある。また、特許文献２のような従来の電池残存容量監視装置は、実用的な監視の特性及び精度を得ることが困難であるという課題がある。
【００２２】
本発明の目的は、以上説明した課題を解決するものであり、電池の残存容量を簡単な回路で実用的に形成できる電池残存容量監視装置を提供することにある。また、本発明の目的は、低コストで実用的な精度の電池残存容量監視装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２３】
このような目的を達成する本発明は、次の通りである。
（１）電池の残存容量を検出する比較器を備える電池残存容量監視装置において、一端に前記電池の正極を接続し、他端に前記比較器の入力を接続する第１インピーダンスと、一端に前記第１インピーダンスの他端を接続するサーミスタと第１抵抗とから成る直列回路と、一端に前記直列回路の一端を接続し、他端に前記直列回路の他端を接続する第２抵抗と、一端に前記第２抵抗の他端を接続し、他端に前記共通電位を接続する第３抵抗とを備えることを特徴とする電池残存容量監視装置。
【００２４】
（２）前記第１抵抗は、温度が高いときの前記電池の電圧に基づく値とし、前記第２抵抗は、温度が低いときの前記電池の電圧に基づく値とすることを特徴とする（１）記載の電池残存容量監視装置。
【００２５】
（３）前記第１インピーダンスは抵抗で形成され、前記第１抵抗の値は、前記第２抵抗の値と前記第３抵抗の値とに従属することを特徴とする（２）記載の電池残存容量監視装置。
【００２６】
（４）一端に前記電池の負極を接続し、他端に前記共通電位を接続する第４抵抗と、反転入力に抵抗を介して前記第４抵抗の一端を接続し、非反転入力に前記第４抵抗の他端を接続し、出力に第２インピーダンスを介して前記第１インピーダンスの他端を接続し、前記反転入力と前記出力との間に抵抗を接続する演算増幅器とを備えることを特徴とする（３）記載の電池残存容量監視装置。
【００２７】
（５）前記第２インピーダンスは、正の温度係数を有することを特徴とする（４）記載の電池残存容量監視装置。
【発明の効果】
【００２８】
以上説明したことから明らかなように、本発明によれば次のような効果がある。
本発明によれば、電池の残存容量を簡単な回路で実用的に形成できる。また、本発明によれば、低コストで実用的な精度の電池残存容量監視装置を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
以下に図１に基づいて本発明を詳細に説明する。図１は、本発明の一実施例を示す構成図である。なお、図４の従来例と同一の要素には同一符号を付し、説明を省略する。
【００３０】
図１の実施例の特徴は、第１インピーダンスであるインピーダンスＺ１と、サーミスタＴＨと、第１抵抗である抵抗Ｒ１と、第２抵抗である抵抗Ｒ２と、第３抵抗である抵抗Ｒ３との構成にある。
【００３１】
図１の実施例の構成を説明する。図１の実施例のサーミスタＴＨと抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ２と抵抗Ｒ３とから成る回路は、図４の従来例のインピーダンスＺ３に対応し、インピーダンスＺ３の下位概念の回路である。
【００３２】
図１の実施例において、サーミスタＴＨと抵抗Ｒ１とから成る直列回路（ＴＨ，Ｒ１）の一端は、第１インピーダンスＺ１の他端に接続する。
【００３３】
さらに、抵抗Ｒ２の一端は直列回路（ＴＨ，Ｒ１）の一端に接続する。また、抵抗Ｒ２の他端は直列回路（ＴＨ，Ｒ１）の他端に接続する。
【００３４】
また、サーミスタＴＨは、例えば、温度が上昇するにつれて値が低下する、即ち、負の温度係数を有するＮＴＣサーミスタで形成する。なお、絶対温度ＴのＮＴＣサーミスタの値ＲＴは、２５℃のＮＴＣサーミスタの値Ｒ２５とすれば、次式を満足する。
ＲＴ＝Ｒ２５・ｅｘｐ（Ｒ２５・（１／Ｔ−１／２９８．１５））
【００３５】
さらに、抵抗Ｒ３の一端は抵抗Ｒ２の他端に接続する。さらに、抵抗Ｒ３の他端は共通電位ＣＯＭに接続する。
【００３６】
また、抵抗Ｒ４の一端は電池Ｖ１の負極に接続する。さらにまた、抵抗Ｒ４の他端は共通電位ＣＯＭに接続する。
【００３７】
さらに、演算増幅器Ｕ２の反転入力は、抵抗Ｒ５を介して、抵抗Ｒ４の一端に接続する。また、演算増幅器Ｕ２の非反転入力は、抵抗Ｒ４の他端に接続する。さらに、演算増幅器Ｕ２の出力は、第２インピーダンスであるインピーダンスＺ２を介して、インピーダンスＺ１の他端に接続する。
【００３８】
また、演算増幅器Ｕ１の反転入力と演算増幅器Ｕ１の出力との間に抵抗Ｒ６を接続する。そして、インピーダンスＺ２は、例えば、抵抗で形成する。
【００３９】
さらに、電池Ｖ１の負極と抵抗Ｒ１の一端との接続点の電圧を電圧Ａとする。また、インピーダンスＺ１の他端と直列回路（ＴＨ，Ｒ１）の一端と抵抗Ｒ２の一端とインピーダンスＺ３の一端と比較器Ｕ１の反転入力端との接続点の電圧を電圧Ｃとする。
【００４０】
また、抵抗Ｒ５と抵抗Ｒ６と演算増幅器Ｕ２の反転入力との接続点の電圧を電圧Ｆとする。さらに、インピーダンスＺ２と抵抗Ｒ６と演算増幅器Ｕ２の出力との接続点の電圧を電圧Ｇとする。
【００４１】
このように構成する図１の実施例の動作を説明する。電池Ｖ１の電圧（Ｂ−Ａ）は、インピーダンスＺ１とサーミスタＴＨと抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ２と抵抗Ｒ３とインピーダンスＺ２その他の回路とで分圧され、電圧Ｃとなる。そして、電圧Ｃと基準電圧Ｄとは比較され、電圧Ｅを生ずる。
【００４２】
よって、電池Ｖ１の残存容量が減少すると、電圧（Ｂ−Ａ）が減少し、電圧Ｃが減少し、電圧Ｅがハイレベルとなる。即ち、電圧Ｅは、電池Ｖ１の残存容量が少ないときのアラームを示す。このようにして、図１の実施例は、電池Ｖ１の残存容量を監視する。
【００４３】
そして、温度が上昇すると、サーミスタＴＨの値が減少し、サーミスタＴＨと抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ２と抵抗Ｒ３とから成る回路の値が減少する。また、温度が上昇すると、電池Ｖ１の電圧（Ｂ−Ａ）は増加する。そして、サーミスタＴＨと抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ２と抵抗Ｒ３とから成る回路の値の減少と電圧（Ｂ−Ａ）の増加とはつり合い、電圧Ｃの変動は抑制される。
【００４４】
さらに、温度が低下すると、サーミスタＴＨの値が増加し、サーミスタＴＨと抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ２と抵抗Ｒ３とから成る回路の値が増加する。また、温度が低下すると、電池Ｖ１の電圧（Ｂ−Ａ）は低下する。そして、サーミスタＴＨと抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ２と抵抗Ｒ３とから成る回路の値の増加と電圧（Ｂ−Ａ）の低下とはつり合い、電圧Ｃの変動は抑制される。
【００４５】
また、抵抗Ｒ４には、電池Ｖ１を流れる電流（負荷電流）に比例する電圧が発生する。なお、抵抗Ｒ４に発生する電圧は、電圧（Ｂ−Ａ）に対して無視できる程度に小さい。
【００４６】
よって、電池Ｖ１を流れる電流が増加すると、抵抗Ｒ４に発生する電圧は増加し、電圧Ｆは減少し、電圧Ｇは増加する。また、電池Ｖ１を流れる電流が増加すると、電池Ｖ１の電圧（Ｂ−Ａ）は、電池Ｖ１内の内部抵抗により減少する。そして、電圧Ｇの増加と電圧（Ｂ−Ａ）の減少とはつり合い、電圧Ｃの変動は抑制される。
【００４７】
さらに、図１の実施例の具体的な特性について図２を用いて説明する。図２は、図１の実施例の放電特性図である。図２の特性図は、図５の特性図に対応する。なお、図５の特性図と同一の要素には同一符号を付し、説明を省略する。
【００４８】
図２中の破線はアラーム電圧Ｖｔ２を示す。アラーム電圧Ｖｔ２は、比較器Ｕ１が作用するときの電圧（Ｂ−Ａ）の値である。即ち、電圧Ｃと基準電圧Ｄとが等しくなるときの電圧（Ｂ−Ａ）である。
【００４９】
また、図２中のポイントＰ１２は、温度−１０℃における放電容量及びアラーム電圧Ｖｔ２である。また、図２中のポイントＰ０２は、温度０℃における放電容量及びアラーム電圧Ｖｔ２である。さらに、図２中のポイントＰ２２は、温度２０℃における放電容量及びアラーム電圧Ｖｔ２である。
【００５０】
そして、図１の実施例は、図２の特性のように、放電容量が増加すると電池Ｖ１の電圧（Ｂ−Ａ）は低下する。また、図１の従来例は、温度が高いとき電圧（Ｂ−Ａ）は高くなり、温度が低いとき電圧（Ｂ−Ａ）は低くなる。さらに、アラーム電圧Ｖｔ２は温度が高いとき上昇し、アラーム電圧Ｖｔ２は温度が低いとき低下する。
【００５１】
このとき、ポイントＰ１２における放電容量は６３％となり、ポイントＰ２２の放電容量は８０％となる。したがって、図１の実施例におけるアラームのばらつき幅は、放電容量６３％から放電容量８０％となる。
【００５２】
また、図１の実施例の具体的な特性について図３を用いて説明する。図３は、図１の実施例におけるアラーム電圧Ｖｔ２の特性図である。
【００５３】
ここで、図３の横軸は温度〔℃〕であり、図３の縦軸はアラーム電圧Ｖｔ２〔Ｖ〕である。図３中の特性Ｆａ（実線）は負荷電流が小さい（軽負荷）場合のアラーム電圧Ｖｔ２の特性であり、図３中の特性Ｆｂ（破線）は負荷電流が大きい（重負荷）場合のアラーム電圧Ｖｔ２の特性である。また、電圧Ｖａは、放電終止電圧、即ち、電池Ｖ１の放電が終止するときの電圧（Ｂ−Ａ）である。
【００５４】
そして、図１の実施例は、図３の特性のように、温度が増加するとアラーム電圧Ｖｔ２は増加し、温度が低下するとアラーム電圧Ｖｔ２は低下する。また、図１の実施例は、負荷電流が小さいときアラーム電圧Ｖｔ２は上昇し、負荷電流が大きいときアラーム電圧Ｖｔ２は低下する。
【００５５】
さらに、図１の実施例のアラーム電圧Ｖｔ２は、温度が十分に低いところで値が飽和する特性となり、温度が十分に高いところで値が飽和する特性となる。
【００５６】
このようにして、図１の実施例は、温度に対して補正し、電池Ｖ１の残存容量を監視する。また、図１の実施例は、電池Ｖ１を流れる電流に対して補正し、電池Ｖ１の残存容量を監視する。
【００５７】
この結果、図１の実施例は、アラームのばらつき幅が小さくなる。
【００５８】
また、温度が十分に高いときは、サーミスタＴＨの値は、十分に低下し、無視できる。よって、サーミスタＴＨと抵抗Ｒ４とから成る直列回路（ＴＨ，Ｒ１）の値は、抵抗Ｒ１の値が支配的に影響する。そして、サーミスタＴＨと抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ２と抵抗Ｒ３とから成る回路の値は、抵抗Ｒ１の値と抵抗Ｒ２の値と抵抗Ｒ３の値とが支配的に影響する。
【００５９】
即ち、図１の実施例は、抵抗Ｒ１は、温度が高いときの電池Ｖ１の電圧（Ｂ−Ａ）に基づく値に形成すると好適な特性となる。
【００６０】
また、温度が十分に低いときは、サーミスタＴＨの値は十分に上昇し、抵抗Ｒ１の値は無視できる。よって、サーミスタＴＨと抵抗Ｒ１とから成る直列回路（ＴＨ，Ｒ１）の値は、サーミスタＴＨの値が支配的に影響する。そして、サーミスタＴＨと抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ２と抵抗Ｒ３とから成る回路の値は、抵抗Ｒ２の値と抵抗Ｒ３の値とが支配的に影響する。
【００６１】
即ち、図１の実施例は、抵抗Ｒ２は、温度が低いときの電池Ｖ１の電圧（Ｂ−Ａ）に基づく値に形成すると好適な特性となる。
【００６２】
そして、サーミスタＴＨと抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ２と抵抗Ｒ３とから成る回路において、抵抗Ｒ２の値と抵抗Ｒ３の値とを決めるステップを実行の後、抵抗Ｒ１の値を決めるステップを実行する。即ち、図１の実施例は、抵抗Ｒ１の値を、抵抗Ｒ２の値と抵抗Ｒ３の値とに従属させるように形成すると好適な特性となる。
【００６３】
さらに、上述の例とは別に、図１の実施例において、インピーダンスＺ２を正の温度係数を有する素子を用いて同等の構成に形成しても、同様の作用及び効果が得られる。そして、このとき、温度が低下したときに、演算増幅器Ｕ２による補償が大きくなるため、電池Ｖ１内の内部抵抗の温度特性を補償できる。そして、簡便に、最適な、抵抗Ｒ１の値と抵抗Ｒ２の値と抵抗Ｒ３の値とを形成できる。
【００６４】
また、上述の例とは別に、図１の実施例において、電池Ｖ１は、アルカリ乾電池、マンガン乾電池、ニッカド電池、リチウムイオン電池、その他の電池で形成しても、同様の作用及び効果が得られる。
【００６５】
さらに、上述の例とは別に、図１の実施例において、電圧Ｅがハイレベルとなって、所定の時間の後、電池Ｖ１の残存容量が少ないときのアラームを示すようにしても、同様の作用及び効果が得られる。そして、このとき、電池Ｖ１の電圧（Ｂ−Ａ）及び負荷電流の変動に対して、誤動作を抑制できる。
【００６６】
以上のように、本発明は、前述の実施例に限定されることなく、その本質を逸脱しない範囲でさらに多くの変更及び変形を含むものである。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】本発明の一実施例を示す構成図である。
【図２】図１の実施例の放電特性図である。
【図３】図１の実施例におけるアラーム電圧の特性である。
【図４】従来の電池残存容量監視装置を示す構成図である。
【図５】図４の実施例の放電特性図である。
【符号の説明】
【００６８】
Ｖ１  電池
Ｖ２  電圧リファレンス
Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３Ｒ４，Ｒ５，Ｒ６  抵抗
ＴＨ  サーミスタ
Ｕ１  比較器
Ｕ２  演算増幅器
Ｚ１，Ｚ２  インピーダンス回路
【図１】
2005315665.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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