JP2004279417A - バッテリ寿命の決定 - Google Patents

Abstract

【課題】 初期電圧が様々なある範囲のバッテリに、バッテリ低電圧警告を提供する方法および装置を提供すること。
【解決手段】 バッテリ１４をバッテリホルダ１０に挿入したとき、マイクロプロセッサを使用して、その初期無負荷電圧を測定する。マイクロプロセッサは、所定の数の電圧閾値のうちからバッテリ１４が放電されたとみなされる適切な電圧閾値を選択する。バッテリの初期無負荷電圧が、マイクロプロセッサにより適切な閾値を選択する基準として使用される。ＬＥＤ警告３０等は、使用中に閾値に達したことを知らせるために使用される。
【選択図】 図３

Description

本発明は、初期電位差が不定であるボルタ電池の寿命の決定に関する。

製品の電池寿命を改善するためには、より高い容量のバッテリを使用する必要がある。製品のバッテリコンパートメントは、特定サイズの、しばしば標準サイズの１種（または複数の）バッテリ用に設計されている。使用者はしばしば、すべてコンパートメントにきちんとはまる標準サイズのバッテリを交換したいとき、電圧、容量、ピーク電力などの特性がある範囲にあるいくつかのバッテリのうちから１つのバッテリを選択することができる。通常、かかる範囲は、使用されるバッテリの構造に応じて様々な初期電圧を有することができる。かかる範囲は、ある程度は、製品の設計時に予測することができるが、電圧、容量、ピーク電力などのその特性が知られていない場合は、バッテリの寿命を推定することは難しい。

「低バッテリ電力」警告が必要とされる場合、低電圧を警告する電圧閾値スイッチを回路（例えばツェナーダイオード回路）内に設けることは簡単な作業である。しかし、かかるスイッチは、正確ではなく、その製品を、このスイッチを設計した対象であったバッテリ電圧とは異なる初期電圧を有するバッテリで使用する場合、うまく動作しなくなる。かかるスイッチを絶対に必要なよりも高い電圧に設定すると、そうする必要がないときに、バッテリを交換することになる。

「ＲＥＮＩＳＨＡＷ社」の商標で販売されている、多数のバッテリ種類をその中に挿入可能であり、その開発時にはまだ未知のタイプのバッテリも収容できる、測定プローブなど、何年も持ちこたえることができる製品、例えば高付加価値の製品を提供することには商業的な利点がある。

かかる製品は、最適な電池寿命が得られるように、低バッテリ警告を有することが望ましいが、初期電圧が異なるバッテリをこの製品で使用する場合でも、警告がうまく動作しなければならない。

第１の態様によれば、本発明は、バッテリ低電圧警告を提供する方法であって、
少なくとも１つのボルタ電池を有するバッテリをバッテリホルダに電気的に接続するステップと、
少なくとも１つのボルタ電池の初期無負荷電圧を測定するステップと、
少なくとも１つの電池が放電されたとみなされる適切な電圧閾値に達したとき、警告を行うステップとを含み、
さらに、
電池の初期無負荷電圧に応じて、少なくとも１つの電池が放電されたとみなされる適切な電圧閾値を決定するステップを提供することを特徴とする方法を提供する。

したがって、使用される電池の種類および数に依存する初期電圧を決定することができ、適切な最小電圧を最初に設定することができる。これにより任意の１つまたは複数のバッテリを製品に装入することが可能となり、バッテリが例えばほぼ完全に放電されたことを示すように、適切な低電圧警告を設定することができる。

少なくとも１つの電池が放電されたとみなされる適切な電圧閾値を決定するステップは、測定された初期無負荷電圧に応じて複数のかかる電圧閾値のうちから適切な所定の電圧閾値を選択するステップを含むことが好ましい。

この方法は、電池を負荷試験し、この負荷試験時に電池電圧を測定することによって、少なくとも１つの電池の初期状態を決定するさらなるステップを提供することが好ましい。

少なくとも１つの電池の初期状態を決定するステップは、測定された初期電池電圧と負荷試験時に測定された電池電圧の差が約１０％より小さい場合に、バッテリを受け入れるステップを含むことが好ましい。

無負荷電圧と負荷電圧の間の差が約１０％を超える場合、かかる負荷試験でバッテリが排除される。この差が約１０％の範囲内にある場合、バッテリは正常であるとみなされる。

電池の無負荷電圧を測定するステップの後、電池を負荷試験することによって、少なくとも１つの電池の初期状態を決定するステップを実施することが好ましい。

この方法は、その諸ステップを実施するために、マイクロプロセッサおよびアルゴリズムを使用することが好ましい。無負荷電圧を決定した後、負荷試験を実施することが好ましい。

開路試験により所定の範囲内の電圧であると明らかになった場合、プログラミングモードに入ることがさらに好ましい。かかる方法により、特殊なバッテリの挿入時に、マイクロプロセッサのプログラミングが可能となる。

本発明は、この方法を実施する装置にも及ぶ。

第２の態様によれば、本発明は、バッテリ低電圧警告を提供する装置であって、
少なくとも１つのボルタ電池を含むバッテリを挿入できるバッテリホルダと、
バッテリがホルダに挿入されたとき、少なくとも１つのボルタ電池に電気的に接続され、少なくとも１つのボルタ電池の初期無負荷電圧の測定値をもたらす電圧測定器と、
少なくとも１つの電池が放電されたとみなされる適切な電圧閾値に達したときに、警告を行う警告装置とを含み、
さらに、
電圧測定器によって測定された無負荷電圧に応じて、少なくとも１つの電池が放電したとみなされる適切な電圧閾値を決定する装置を含むことを特徴とする装置を提供する。

第３の態様によれば、本発明は、バッテリ低電圧警告を提供する装置を有する測定プローブであって、
少なくとも１つのボルタ電池を含むバッテリを挿入できるバッテリホルダと、
このホルダ内にバッテリを挿入したとき、少なくとも１つのボルタ電池に電気的に接続され、少なくとも１つのボルタ電池の初期無負荷電圧の測定値をもたらす電圧測定器と、
少なくとも１つの電池が放電されたみなされる適切な電圧閾値に達したときに、警告を行う警告装置とを含み、
さらに、
電圧測定器によって測定された無負荷電圧に応じて、少なくとも１つの電池が放電されたとみなされる適切な電圧閾値を決定する装置を含むことを特徴とする測定プローブを提供する。

以下、本発明の実施形態を、図面を参照して詳細に説明する。

図１を参照すると、出力端子＋と−の両端間に電位差を供給する回路が示されている。バッテリコンパートメント１０は、この場合、２つの単３（ＡＡ）電池を受け入れる大きさである。使用の際、多数の組合せの電池をこのコンパートメントに挿入することができる。下記の表は、挿入することができる現在使用可能なバッテリの組合せの例を示す。

上記の表内に示す電池の選択を使用すると、２．４ボルトから１４．４ボルトまでの範囲の電圧が可能であることが分かる。顧客が選択を行えるように、少なくともこの範囲のバッテリを使用できることが望ましい。顧客が入手できる電池の選択肢が限られていることがあり、したがってどんな電池電圧も使用できることは有利である。このように選択が自由であることには、低バッテリ電圧閾値を設定するのが難しいという欠点がある。図１に示す回路は、様々な入力電圧で、正しい低電圧閾値を設定することが可能である。

この回路は、線２０を介してバッテリコンパートメント１０の出力部に接続されたマイクロプロセッサ４０を有する。このマイクロプロセッサは、図２を参照して以下で説明するように動作する。バッテリの挿入時に、マイクロプロセッサは、新しいバッテリの電圧を測定する。消耗したバッテリを検出するために、次いで、この場合は１０ミリアンペアの負荷を抵抗５０を介してバッテリに加える。バッテリの両端間の電圧が１０％より大きく低下すると、バッテリが消耗し、使用に適さないとみなされる。バッテリが許容できるものである場合、図２に示す流れ図に従って、初期電圧を使用して、閾値を設定する。

例えば、許容できるバッテリ内の初期バッテリ電圧が、２．２ボルトと２．７ボルトの間である場合、低バッテリ閾値を２．１ボルトに設定し、完全に放電されたバッテリに対する閾値を１．９ボルトに設定する。

より大きい電圧が検出された場合、マイクロプロセッサは、初期電圧が図に示す電圧範囲の中の１つの範囲内になるまで流れ図に示したステップに従う。次いで低バッテリ電圧および涸渇（完全に放電された）電圧に対する適切な電圧閾値を設定することができる。電圧閾値を設定した後、このプローブは、使用する準備ができた状態となる。

図１の回路では、低バッテリ電圧に達したとき、マイクロプロセッサが警告ＬＥＤ３０を起動させる。他の可視または可聴の警告も可能である。

初期バッテリ電圧が、流れ図に示した範囲の１つに収まらない場合、マイクロプロセッサは、使用者が低バッテリ閾値および涸渇バッテリ閾値の詳細を手入力で入力できるプログラミングモードに入ることができる。未知の種類のバッテリが、バッテリコンパートメント１０に挿入された場合、かかる出来事が起こりうる。初期電圧が８．５ボルトと１０ボルトの間である場合に（任意の既知の種類のバッテリで使用可能な電圧ではない）、工場試験のためにプログラミングモードに入る工場試験機能もある。このプログラミングモードは、プローブから電力を除去し、次いで標準的な動作範囲のうちの１つの範囲内の電圧で電力を再度加えることによって終了することができる。

他の実施形態では、上記のプローブに対して変更が行われる。リチウム塩化チオニル（ＬｉＴｈＣｈ）バッテリの特性は、ほぼ一定の電圧を提供するが、バッテリの寿命の末期には非常に急速に電圧が低下する。その結果、ＬｉＴｈＣｈバッテリが涸渇状態になる前に低バッテリ警告時間を提供することが難しい。したがって、マイクロプロセッサによって検出された初期電圧が、ＬｉＴｈＣｈバッテリ（３．６ボルトまたはその偶数倍）を示す値である場合、バッテリの有効寿命の末期が終了したときに使用タイマが起動され、低バッテリ警告が与えられる。

図３は、大きさを決定するためのプローブ１００を示す。スタイラス１１０を検出される必要のある大きさの物品に接触させて使用する。このプローブは、２つの単３電池１４を収容するためのホルダ１０の形のバッテリコンパートメントを有する。

ホルダ１０は、ねじで所定の位置に保持されるカバー１６によって閉じられる。

図１に示す回路構成要素は、この場合はプローブ１００内にある。

このプローブは、交換の警告が必要となるまですべて容量一杯まで使用できる、広範囲のバッテリで使用することができる。

上記の実施形態の変更形態が考えられる。例えば、バッテリの種類、サイズ、電圧、および閾値が、記載された実施形態内のものと異なってもよい。負荷試験の値は、バッテリの種類に適合するように変更することができる。図２の流れ図は、様々な種類のバッテリに適合するように修正することができる。バッテリという用語は、容量性、化学式、および機械式を含めて、すべての電位差蓄積装置を包含する。バッテリ（または複数のバッテリ）という用語は、一次電池および二次電池、単一の電池または積層電池を包含する。

「低電圧」という用語は、涸渇したバッテリ、または低容量のバッテリを包含する。例えば、バッテリが、もう１週間または１日の動作に十分な容量しか持たないときに、警告を行うことができる。警告は、例えば光または信号のオンオフなど、ある状態のどんな変化とすることもできる。さらに、離れた場所、例えば工作機械の制御画面、またはバッテリ発注点に警告を送ることができる。

本発明に関する回路図である。 本発明を理解するための流れ図である。 本発明による測定プローブを示す図である。

符号の説明

１０ バッテリコンパートメント、バッテリホルダ
１４ 単３電池、バッテリ
１６ カバー
３０ 警告装置、警告ＬＥＤ
４０ マイクロプロセッサ、電圧測定器、負荷試験装置
５０ 抵抗、電気負荷
１００ プローブ、測定プローブ
１１０ スタイラス

Claims (15)

1. バッテリ低電圧警告を提供する方法であって、
   少なくとも１つのボルタ電池を有するバッテリをバッテリホルダに電気的に接続するステップと、
   前記少なくとも１つのボルタ電池の初期無負荷電圧を測定するステップと、
   前記少なくとも１つの電池が放電されたとみなされる適切な電圧閾値に達したとき、警告を行うステップとを含み、
   さらに、
   前記電池の前記初期無負荷電圧に応じて、前記少なくとも１つの電池が放電されたとみなされる前記適切な電圧閾値を決定するステップを有することを特徴とする方法。
2. 前記少なくとも１つの電池が放電されたとみなされる適切な電圧閾値を決定する前記ステップは、前記測定された初期無負荷電圧に応じて、複数のかかる電圧閾値のうちから適切な所定の電圧閾値を選択するステップを含むことを特徴とする請求項１に記載のバッテリ低電圧警告を提供する方法。
3. 前記電池を負荷試験し、前記負荷試験時に前記電池電圧を測定することによって、前記少なくとも１つの電池の前記初期状態を決定するさらなるステップを提供することを特徴とする請求項１に記載のバッテリ低電圧警告を提供する方法。
4. 前記少なくとも１つの電池の前記初期状態を決定する前記ステップは、前記測定された初期電池電圧と前記負荷試験時に測定された前記電池電圧の差が約１０％より小さい場合に前記バッテリを受け入れるステップを含むことを特徴とする請求項３に記載のバッテリ低電圧警告を提供する方法。
5. 前記電池の前記無負荷電圧を測定する前記ステップの後、前記電池を負荷試験することによって、前記少なくとも１つの電池の前記初期状態を決定する前記ステップが実施されることを特徴とする請求項４に記載のバッテリ低電圧警告を提供する方法。
6. マイクロプロセッサおよびアルゴリズムを用いて前記各ステップを実施することを特徴とする請求項１に記載のバッテリ低電圧警告を提供する方法。
7. 前記測定された初期無負荷電圧が所定の範囲に収まる場合に、マイクロプロセッサプログラミングモードに入って前記アルゴリズムを変更する、さらなるステップを提供することを特徴とする請求項６に記載のバッテリ低電圧警告を提供する方法。
8. バッテリホルダにバッテリを電気的に接続する前記ステップを実施するたびに、請求項１の前記他の各ステップが繰り返されることを特徴とする請求項１に記載のバッテリ低電圧警告を提供する方法。
9. バッテリ低電圧警告を提供する装置であって、
   少なくとも１つのボルタ電池を含むバッテリ（１４）を挿入できるバッテリホルダ（１０）と、
   前記バッテリを前記ホルダ（１０）に挿入したとき、前記少なくとも１つのボルタ電池に電気的に接続され、前記少なくとも１つのボルタ電池の前記初期無負荷電圧の測定値をもたらす電圧測定器（４０）と、
   前記少なくとも１つの電池が放電されたとみなされる適切な電圧閾値に達したときに、警告を行う警告装置（３０）とを含み、
   さらに、
   前記電圧測定器によって測定された前記無負荷電圧に応じて、前記少なくとも１つの電池が放電されたとみなされる前記適切な電圧閾値を決定する装置（４０）を含むことを特徴とする装置。
10. 適切な電圧閾値を決定する前記装置（４０）は、前記測定された初期無負荷電圧に応じて複数のかかる電圧閾値のうちから適切な所定の電圧閾値を選択することを特徴とする請求項９に記載のバッテリ低電圧警告を提供する装置。
11. 前記電池が電気負荷（５０）を受けたとき、前記少なくとも１つの電池の前記電圧を測定する負荷試験装置（４０）をさらに含むことを特徴とする請求項９に記載のバッテリ低電圧警告を提供する装置。
12. 前記負荷試験装置（４０）は、前記少なくとも１つの電池の前記測定された初期電圧と前記負荷試験時に測定された前記少なくとも１つの電池電圧の前記差が約１０％より小さい場合に、前記バッテリを受け入れるように動作することを特徴とする請求項１１に記載のバッテリ低電圧警告を提供する装置。
13. 前記少なくとも１つのボルタ電池の前記初期無負荷電圧の測定値をもたらす前記電圧測定器、前記少なくとも１つの電池が放電されたとみなされる適切な電圧閾値を決定する前記装置、および前記負荷試験装置は、前記諸装置の前記機能を実施するアルゴリズムを有するマイクロプロセッサ（４０）を備えることを特徴とする請求項９に記載のバッテリ低電圧警告を提供する装置。
14. 前記初期無負荷電圧が所定の範囲内であると測定されたとき、前記アルゴリズムは再プログラム可能となることを特徴とする請求項１３に記載のバッテリ低電圧警告を提供する装置。
15. バッテリ低電圧警告を提供する装置を有する測定プローブであって、
    少なくとも１つのボルタ電池を含むバッテリを挿入できるバッテリホルダ（１０）と、
    前記バッテリが前記ホルダ（１０）に挿入されたとき、前記少なくとも１つのボルタ電池に電気的に接続され、前記少なくとも１つのボルタ電池の前記初期無負荷電圧の測定値をもたらす電圧測定器（４０）と、
    前記少なくとも１つの電池が放電されたとみなされる適切な電圧閾値に達したときに警告を行う警告装置（３０）とを含み、
    さらに、
    前記電圧測定器によって測定された前記無負荷電圧に応じて、前記少なくとも１つの電池が放電されたとみなされる前記適切な電圧閾値を決定する装置（４０）を含むことを特徴とする測定プローブ。

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