(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
二次電池の放電電流が流れるべき経路と、前記二次電池の充電電流が流れるべき経路をそれぞれ設けると共に、前記二次電池の放電電流が流れるべき経路に対して導通のオン／オフが可能なスイッチ部を挿入し、
バッテリー装置に充電器が接続されている場合には動作せず、負荷が接続された場合のみ電源が供給され、該負荷である電子機器の電源がオフの場合でも負荷への放電が行われている際に、前記スイッチ部とアース間に直列に接続された電圧検出用抵抗の両端に生じる電圧の検出を行うことにより前記二次電池の電圧を検出可能な電圧検出部を備え、
前記スイッチ部は、前記電圧検出部の検出信号に基づいて前記二次電池の電圧が所定値よりも低い場合にはオフとされるように構成されたことを特徴とするバッテリー装置。
【請求項２】
前記電圧検出部の検出信号に基づいて前記二次電池の残量表示を行うように構成された残量表示手段を設けたことを特徴とする請求項１に記載のバッテリー装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明はバッテリー装置に関わり、特にニッケルカドミウム（以下ニッカドとする）電池等の充電可能な二次電池を内蔵し、例えば各種携帯用機器等の駆動電源として用いられるバッテリー装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、カムコーダー、携帯用のカセットプレーヤやディスクプレーヤ等の各種携帯用電子機器においては、一般に機器の駆動用電源として充電可能な二次電池が組み込まれたバッテリー装置が使用可能とされている。
このような二次電池としては、例えばニッケルカドミウム電池（ニッカド電池）やリチウムイオン電池等が知られており、これらの単二次電池を直列に接続する組電池とすることで、所要の直流電源電圧を有するバッテリー装置を得ることができる。
【０００３】
上記のようなバッテリー装置は例えば当該電子機器及び当該充電器に対して装着可能な形状の筐体に納められた電源パックとして構成されている。そして、バッテリー装置を当該電子機器本体の所定の位置に装着することで、互いの電極が接触してバッテリー装置から機器側に電源電圧が供給可能となる。そこで、例えば電子機器側の電源をオンとすればバッテリー装置内部の二次電池が放電して機器が駆動されることとなる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、例え当該電子機器の電源をオフにしていても、上記二次電池を内蔵するバッテリー装置を機器に装着したままの状態としておくと、負荷である電子機器に暗電流が流れ、二次電池の放電はわずかながらであってもこの間継続されることになる。そして、このような状態が長時間続くと、二次電池は過放電の状態を越えていわゆる深放電といわれる状態になる。
【０００５】
例えば、図４は一般的なニッカド電池の充電特性を示すものであり、縦軸に電池電圧、横軸に充電量を示している。
ニッカド電池を充電する場合には、例えばはじめに比較的小さなレベルの電流によるトリクル充電を行い、ある所定以上の電圧が得られた後に充電電流のレベルを上げて急速充電に移行する。そしてこの段階で図に示す−ΔＶが得られた時点で急速充電電流の供給を停止した後に再びトリクル充電を行い、この後にタイマーで設定された時間が経過すると充電を終了させるようにされる。このようにして、二次電池に対する適正な充電が行われる。
【０００６】
ところが、上述の深放電となった状態の二次電池に対して、上記した方法により充電を行うと、例えばはじめのトリクル充電によりどれだけ充電しても急速充電に移行するに足る所定以上の電圧が得られない不活性化の状態に陥る。従って、いったん二次電池がこの不活性化の状態になると、充電装置により充電を行っても適正な満充電の状態を得ることは出来なくなってしまうという問題を有している。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
そこで本発明では上記した問題点に鑑みて、電源オフの電子機器に長時間装着して放置した状態としても二次電池が深放電となることを防止できるバッテリー装置を得ることを目的とする。このため、二次電池の放電電流が流れるべき経路と、二次電池の充電電流が流れるべき経路を設ける共に、二次電池の放電電流が流れるべき経路に対しては導通のオン／オフが可能なスイッチ部を挿入する。そして、バッテリー装置に充電器が接続されている場合には動作せず、負荷が接続された場合のみ電源が供給され、該負荷である電子機器の電源がオフの場合でも負荷への放電が行われている際に、前記スイッチ部とアース間に直列に接続された電圧検出用抵抗の両端に生じる電圧の検出を行うことにより二次電池の電圧を検出可能な電圧検出部を設け、ここから出力される検出信号に基づいて、二次電池の電圧が所定値よりも低い場合にはスイッチ部がオフとされるように構成することとした。
また、電圧検出部の検出信号に基づいて二次電池の残量表示を行うように構成された残量表示部を設けることとした。
【０００８】
【作用】
上記構成によれば、二次電池が所定電圧より低くなった場合には負荷との接続が遮断されるため、負荷に流れる暗電流による二次電池の放電が行われなくなる。
【０００９】
【実施例】
図３は、本発明の実施例としてのバッテリー装置の外観を示す斜視図である。この図に示すバッテリー装置１の上面部に設けられている２は、ＬＥＤ２ａ及びＬＥＤ２ｂからなり、バッテリー残量を示すための表示部で、例えばＬＥＤ２ａ、２ｂはそれぞれ内蔵の二次電池が所定電圧以下となった場合に消灯するものとされ、この場合には、ＬＥＤ２ａにおいて設定されている所定電圧が、ＬＥＤ２ｂにて設定されている所定電圧よりも高いものとされる。すなわち、バッテリーの残量が充分とされる電圧まではＬＥＤ２ａ及びＬＥＤ２ｂが共に点灯し、ある程度残量が減少したものの当該電子機器の駆動は充分可能な電圧とされる場合ではＬＥＤ２ｂのみが点灯し、更に残量が減少して充電が必要な電圧とされるとＬＥＤ２ａ及びＬＥＤ２ｂが共に消灯するようにされる。
【００１０】
また、３は残量チェック用のチェックスイッチで、このチェックスイッチ３を１回押圧操作すると、そのときの二次電池の残量に応じて表示部２により残量表示を例えば数秒間程度の一定時間行うようにされる。なお、チェックスイッチ３を押圧している間だけ残量が表示されるようにすることも考えられる。また、上記表示部２による表示形態はＬＥＤにより消灯状態を含め３段階の表示を可能としているが、表示装置及び表示方法はこれに限定されるものではない。例えば残量表示の段階数の変更や、あるいはＬＣＤパネル等の他の表示装置や表示素子により表示するなど各種変更が可能である。
【００１１】
図１は、本実施例のバッテリー装置１の内部構成を示す図である。この図において、４は本実施例のバッテリー装置とは別体の充電器を示し、５は当該電子機器の回路を負荷として示している。
また、バッテリー装置１側において６、７はそれぞれプラス電極、マイナス電極を示し、実際にはバッテリー装置１の筐体の所定位置に設けられ、充電器４あるいは負荷５と接続される。
８は、充電可能な二次電池を示し、この場合にはニッカド単電池を複数直列に接続して所定レベルの電源電圧を有する組電池とされる。９はスイッチ部を示し、後述するように負荷接続時において二次電池８が所定電圧以上の場合にはオン状態とされるが、所定電圧より低くなるとオフ状態に切り替わるものとされる。また、このスイッチ部９は枠内に実線の矢印で示す方向にのみ電流が通過するものとする。なお、この場合にはスイッチ部９は実際には電子スイッチにより構成される。
また、上記スイッチ部９と並列に接続されるＤ1 はダイオードを示し、図に示すように上記スイッチ部９とは逆の導通方向となるように接続される。
従って、このバッテリー装置１に充電器４が接続された場合にはダイオードＤ1 を介して充電電流が流れ、一方、バッテリー装置１に負荷５が接続されている場合にはスイッチ部９を介して二次電池８の放電電流が流れる経路が形成されることになる。
【００１２】
１０は二次電池８の電圧を検出可能な電圧検出部を示している。そして本実施例の場合、この電圧検出部１０の検出信号はスイッチ部９および残量表示回路１１に対して供給される。すなわち、この検出信号に基づいてスイッチ部９のオン／オフ制御及びバッテリー残量の表示制御を行うことが可能になる。
【００１３】
また、３はチェックスイッチであり、先に図３にて説明したように実際にはバッテリー装置１の筐体に表出して設けられる。
１１は残量表示をなすための残量表示回路を示している。なお、この残量表示回路１１は実際には二次電池８の負極側に接続され、残量検出に用いる電流検出抵抗Ｒ1 をその回路内に含んでいるものとされる。そして、上記残量表示回路１１と接続される２は残量表示が行われる表示部で、図３にて示したように例えば２つのＬＥＤにより段階的に残量を表示するようにされると共に、筐体に表出して設けられている。
【００１４】
次に、図２により電圧検出部１０の構成の一例を説明する。この図において５は負荷を示している。つまり、この図においてはバッテリー装置１に対して負荷が接続されている場合について示すものとされる。また、８は二次電池を、９はスイッチ部をそれぞれ示し、図１に示したものと同一とされる。そして、スイッチ部９とアース間に直列に接続されるＲ4 は電圧検出用抵抗を示している。
また、Ｃはコンパレータを示し、例えば消費電力が非常に小さくても動作可能なＣ−ＭＯＳ回路等により構成される。このコンパレータＣの反転入力には電源電圧を抵抗Ｒ2 、Ｒ3 により分圧して得られる電圧値が基準電圧として入力される。なお、図の（  ）内に示すように抵抗Ｒ3 の代わりにここに所定のツェナー電圧を有するツェナーダイオードＺＤ1 を図のように挿入して基準電圧を構成することができる。一方、非反転入力は図のようにスイッチ部９と電圧検出用抵抗Ｒ5 との接続点と接続される。即ち、二次電池１により負荷５への放電が行われている際に抵抗Ｒ4 の両端に生じる電圧が検出電圧として非反転入力に入力される。従って、基準電圧を設定する抵抗Ｒ2 、Ｒ3 の抵抗値もこれに対応して設定される。
これによりコンパレータＣは、二次電池８があらかじめ設定された所定電圧以上とされる場合には検出信号としてＨレベルを出力し、所定電圧以下の場合にはＬレベルを出力することが可能となる。そして、この検出信号は図のようにスイッチ部９及び残量表示回路１１（図示省略）に対して入力される。Ｒ5 は例えばスイッチ９をオンにホールドするための抵抗を示す。
【００１５】
また、電圧検出部１０が上記構成の場合、スイッチ部９については、コンパレータＣ（電圧検出部１０）から供給される検出信号がＨレベルである場合にはオン状態、Ｌレベルである場合にオフ状態となるようにされる。さらに、残量表示回路１１においては、電池両端の電圧に応じて、ＬＥＤ２ａ、ＬＥＤ２ｂを共に点灯あるいはＬＥＤ２ｂのみを点灯させるための表示制御を行うことになるが、電池両端の電圧が極端に低い場合には、ＬＥＤ２ａ、ＬＥＤ２ｂを共に消灯させるように制御することになる。
【００１６】
なお、電圧検出部１０の構成は上記回路に限定されるものではなく、二次電池８の電圧検出が可能に構成されていれば各種変更可能である。
例えば、コンパレータＣにヒステリシス特性を有するコンパレータを用い、図示しないが、負荷５とスイッチ部９の接続点と非反転入力を接続すると共に抵抗Ｒ4 を省略することも考えられる。前述のようにスイッチ部９は実際には電子スイッチであることから、導通状態であってもいわゆるオン抵抗を有している。従って、この場合には上記オン抵抗によってスイッチ部９の両端に生じる電圧を検出用電圧とする。この構成における電圧検出部１０の動作としては、二次電池１の残量に余裕がある場合には、基準電圧よりもスイッチ部９の両端の電圧が高いためにコンパレータＣからはＨレベルが出力されてスイッチ部９がオンとなっている。そして、暗電流等の影響で二次電池１の残量が減少して基準電圧よりもスイッチ部９の両端の電圧が低くなった時点で、コンパレータＣの出力はＬレベルになる。これによりスイッチ部９はオフとなるが、このスイッチ部９がオフになって負荷５とアースが遮断されると、非反転入力に供給される電圧が再び上昇することになる。但し、上述のようにコンパレータＣがヒステリシス特性を有するので、コンパレータＣの非反転入力の電圧が上昇してもＬレベルの出力がホールドされてスイッチ部９はオフ状態が維持される。
また、マイクロコンピュータのソフトウェアにより上述してきた検出動作が可能なように構成することも考えられる。
【００１７】
そこで、上記構成における本実施例のバッテリー装置１の動作について説明することとする。
先ず、バッテリー装置１に対して充電器４を接続して二次電池８に対して充電を行う場合には充電器４から充電電流が供給されるため、バッテリー装置１内において電流の流れる方向は図の矢印Ａに示すようになる。
またこの場合、電圧検出部１０を動作させるための電源（例えば図２の場合ではコンパレータＣを駆動するための電源）を負荷５が接続された場合にのみ供給されるように構成して、上記のように充電器４が接続されている場合には、その動作をさせないようにされる。従って、このときにはスイッチ部９もオフ状態となる。
例えば、このとき二次電池８に対して流れた電流は抵抗Ｒ1 を介することになるが、このとき上記のようにスイッチ部９は非導通状態であるため、この場合はダイオードＤ1 を介してマイナス電極７に流れていく経路となる。これにより、二次電池８に対する充電が行われる。
また、本実施例では残量表示は充電時においても表示することが可能であり、この場合に示される残量とは即ち現在の充電量を示すことになる。例えば、バッテリー装置１を充電器４にセットして充電している時に、チェックスイッチ３を一回押圧操作すれば、残量表示回路１１では現在の充電量に応じて所定数秒間の表示が表示部２で行われるように動作することになる。
【００１８】
次に、バッテリー装置１に対して当該電子機器、即ち負荷５が接続された場合について説明する。
この場合には、バッテリー装置１内の二次電池８から放電電流が負荷に対して流れることから、バッテリー装置１内を流れる電流は充電器４を接続したときとは逆の図１の矢印Ｂに示す方向となる。この際、ダイオードＤ1 には逆方向の電位がかかるため非導通状態となる。
従って、二次電池８に流れる電流の経路としては、スイッチ部９がオン状態であるとして、マイナス電極７からスイッチ部９、抵抗Ｒ1 を介して二次電池８からプラス電極６に流れていくことになる。そこで例えば、負荷５で示される当該電子機器の電源をオンとすれば、二次電池８の電圧が電源電圧として負荷５で示される電子機器の回路に対して供給されて機器が動作することとなる。
【００１９】
次に、バッテリー装置１が上記のように負荷５（当該電子機器）と接続され、かつ、この負荷５である電子機器側の電源がオフとなっている場合について説明する。
例えば上記のような状態において、二次電池８の有する電源電圧が所定電圧値以上であるならば、電圧検出部１０からはＨレベルの検出信号が出力されるために、スイッチ部９はオンとされ導通状態にある。また同時に、電池両端のレベルがの残量表示回路に入力されていることから、この際チェックスイッチ３を一回押圧操作すれば、二次電池８の残量に応じてＬＥＤ２ａ，２ｂ両方あるいはＬＥＤ２ｂのみが点灯するように残量表示回路１で表示制御を行う。
ところで、上記の状態では負荷５側とバッテリー装置１がプラス・マイナス電極６、７を介してつながっているために、例えば負荷５である電子機器の電源がオフであっても、負荷５に暗電流が流れているために、これがスイッチ部９から抵抗Ｒ1 を介して二次電池８に流れる。このため、二次電池８は徐々にではあるが放電が継続されて残量が次第に減少していき、これに伴って、二次電池８の電圧も低下していく。
この間、電圧検出部１０は検出動作を継続しているが、二次電池８の電圧が低下するに従って所定値以下となると、電圧検出部１０からはＨレベルに代わりＬレベルの検出信号が出力されることになる。これにより、スイッチ部９はオフ状態、つまり非導通となるため、二次電池８と負荷５との接続がオフとされたことになる。
従って、負荷５とバッテリー装置１間に流れる暗電流はほとんど流れなくなり、当該電子機器の電源をオフにした状態でバッテリー装置１をそのまま装着して、長時間放置しておいても、二次電池８が深放電の状態に陥ることが防止されることになる。
【００２０】
なお、電圧検出部１０は少なくとも負荷５が接続されているかぎりその検出動作を継続していることになるが、前述のように電圧検出部１０としては非常に少ない消費電力でも動作可能なように構成されていることから、電圧検出部１０に流すべき電流は負荷５に流れていた暗電流に比べて著しく小さいため、特に問題にはならない。
また、電池電圧が極端に低いが表示部２のＬＥＤ２ａ，２ｂを共に消灯させる、即ち、バッテリー装置１に対して充電を行う必要があるという意味の表示を行うようにする。例えば、ユーザーがこの状態でチェックスイッチ３を一回押圧操作すれば、表示部２のＬＥＤ２ａ，２ｂが共に点灯していないことからバッテリー装置１の充電が必要であることを認識することができる。
【００２１】
なお、本発明のバッテリー装置の実施例の構成は上記したものに限定されるものではなく、各種変更が可能であることはいうまでもない。例えば、上記実施例では、電圧検出部１０の検出信号に基づいてスイッチ部９のオン／オフ制御及び表示に関する制御が可能とされているが、残量表示に関する部分（例えば、図１のチェックスイッチ３、残量表示回路１１、表示部２）を省略してスイッチ部９のみの制御を行うように構成することも可能である。
また、本発明は図４に示す充電特性を有するニッカド電池を内蔵するバッテリー装置に適用して好適なものであるが、他の種類の二次電池が内蔵されたバッテリー装置にも適用可能である。
【００２２】
【発明の効果】
以上説明したように本発明のバッテリー装置は、二次電池の電圧を検出する電圧検出部の検出信号に基づいて、二次電池の電圧が所定以下の場合にはスイッチ部をオフ状態として二次電池と負荷の経路を遮断することで、バッテリー装置が電源オフの電子機器に長時間装着されたままでも、二次電池が深放電となることを防止することができる。これにより二次電池が不活性化することも防止されるため、この後も充電器により充電を行ったときには適正に充電されたバッテリー装置を常に得ることができるという効果を有している。
また、残量表示回路について電圧検出部の検出信号に基づいて残量を表示可能なように構成することで、その表示動作をスイッチ部の動作と連動させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のバッテリー装置の実施例を示すブロック図である。
【図２】本実施例の電圧検出回路の構成の一例を示すブロック図である。
【図３】本実施例のバッテリー装置の外観を示す斜視図である。
【図４】ニッカド電池の充電特性を示す図である。
【符号の説明】
１  バッテリー装置
２  表示部
２ａ，２ｂ  ＬＥＤ
３  チェックスイッチ
４  充電器
５  負荷
８  二次電池
９  スイッチ部
１０  電圧検出部
１１残量表示回路
Ｃ  コンパレータ
Ｄ1   ダイオード
Ｒ1 、Ｒ2 、Ｒ3 、Ｒ4   抵抗
【図１】
0003735870.tif 000002
【図２】
0003735870.tif 000003
【図３】
0003735870.tif 000004
【図４】
0003735870.tif 000005