JP2005080376A - マルチ負荷電池の容量表示装置とその方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 電圧変動に起因するバッテリ・レベル・インジケータの乱高下がなく、しかも同時に電圧レベルの劇的かつ急速な変化に対応することのできる、異なる負荷下のアルカリ／再充電式電池の残量を単純な手段において表示できること。
【解決手段】 電池残量を表示するために、マイクロコントローラのＡ／Ｄポートを介してｔ秒毎に電圧が決定され、電池の種類及び現在負荷に従って使用される値の適切な表が選択され、表は予め決定されかつ事前に準備され、かつ電池残量パーセントに対応するＮ個の電圧値より成る。次に、電圧値が表と比較されて電池レベル表示が変更されるべきかどうかが決定され、同時に電池容量表示の変動の最小化及び突然の電圧変化への即時応答が考慮され、これにより、レベルが視覚表示装置に示される。
【選択図】 図１２

Description

本発明は、電圧変動に起因するバッテリ・レベル・インジケータの乱高下がなく、しかも同時に電圧レベルの劇的かつ急速な変化に対応することのできる、異なる負荷（異なる電流消費）下のアルカリ／再充電式電池の残量を単純な手段において表示するためのマルチ負荷電池の容量表示装置及び方法に関する。

大部分の電池電源の装置は、電池容量の表示装置を使用している。電池容量の表示方法は、いくつか存在する。しかしながら、それを単純な手段によって表示することが望まれる。

電池残量を表示する基本的プロセスは、下記のように要約することができる。即ち、
−電圧をマイクロコントローラのＡ／Ｄポートを介してｔ秒毎に決定する。
−電圧値を、電池残量パーセントに対応する予め決められたＮ個の電圧値の表と比較する。
−電池レベルを決定して、表に従って表示する。
−レベルをＬＣＤ等の視覚表示装置で示す。一般的には、これは棒レベルで指示される。
米国特許第６，３１３，６０９号 米国特許第６，５４９，０１４号 米国特許第６，３１３，８３２号

関連の先行技術文献である米国特許第６，３１３，６０９号は電池の種類の使用を開示しているが、その基礎は製造業者から取得された情報である。先行技術文献米国特許第６，５４９，０１４号は単に電池の状態監視を開示したものであり、先行技術文献米国特許第６，３１３，８３２号は電流消費の変動に関わらず電池残量を表示する。しかしながら、これらの文献に電池の種類の検出は開示されていない。

電池残量を（ある程度）適正かつ正確に表示するためには、考慮されなければならない所定の条件が存在する。表示装置は、下記のような状況、即ち、
−使用される異なる電池の種類（即ち、アルカリ式または再充電式）、
−異なる電力量を消費する動作、
−比較的短期間の電池電圧変動を引き起こす動作、
−特に電池寿命が尽きかけた場合の突然の電圧降下、といった状況に適応可能でなければならない。上述の状況に適応するため、上記基本プロセスをさらに改良した。

本発明の一態様によれば、システム及び実行フロー・シーケンスを使用する、非再充電式電池または再充電式電池を電源とする電気及び電子製品において使用するマルチ負荷電池容量の表示装置が提供されている。本装置は、電池の種類の判定及び負荷の種類の検出の結果に基づいて電池の表示レベルを作成するために参照表から適切な表を選択するための手段と、タイマ（ｔ）によって決定されかつ後段の工程におけるデータ操作用のデジタル値に変換される電池電圧を測定するための手段と、前段の工程で選択された表に基づいてデジタル・データを一時的等価電池表示レベルに変換するための手段と、現在の電池表示レベルと一時的電池表示レベルとを比較して適切な表を選択し、電池レベル表示を一時的電池表示レベルに更新するための手段と、レベルに変化があれば電池レベル表示を更新するための決定手段であって、次の電圧読取り値が任意の変更が行われる前の時間期間（Ｘ）に渡って同じレベルにあることが検証される、もう一つのタイマ（Ｘ）によって決定されるレベル検証の実行、及び表示が即座に所定のレベルに更新される即時応答の実行を含む決定手段、とを備える。

本発明の他の態様によれば、非再充電式電池または再充電式電池を電源とする電気及び電子製品における電池容量情報を表示する方法が提供されている。本方法は、マイクロコントローラのＡ／Ｄポートを介して所定時間ｔ秒毎に電圧を決定するステップと、予め決定されかつ事前に準備され、電池残量の推定パーセントに対応するＮ個の電圧値を含む表の中から、電池の種類及び現在の負荷に従って使用される値の適切な表を選択するステップと、選択された表と電圧値を比較するステップと、変動の最小化と即時応答とを考慮して電池レベル表示が変更されるべきかどうかを決定するステップと、レベルを視覚表示に示すステップとを含む。

本発明によれば、電圧変動に起因するバッテリ・レベル・インジケータの乱高下がなく、しかも同時に電圧レベルの劇的かつ急速な変化に対応することのできる、異なる負荷（即ち、異なる電流消費）下のアルカリ／再充電式電池の残量を単純な手段において表示する能力のある簡単なマルチ負荷電池の容量表示装置及び方法を提供することができる。

電池残量を表示する改良されたプロセスは、図５及び６を参照して次のように要約することができる。即ち、
−電圧をマイクロコントローラのＡ／Ｄポートを介してｔ秒毎に決定する。
−電池の種類及び現在負荷に従って使用される値の適切な表を選択する。表は、予め決定されかつ事前に準備される。表は、電池残量パーセントに対応するＮ個の電圧値で構成される。
−電圧値を表と比較する。
−電池レベル表示が変更されるべきかどうかを決定する。電池容量表示の変動を最小化する方法、及び突然の電圧変化に即時応答する方法を考慮する。
−レベルをＬＣＤ等の視覚ディスプレイに示す。

図２が示すように、アルカリ電池の放電曲線特性は再充電式電池とは異なるため、電池の種類が検出されなければならない。またこれは、電池容量を正確に推定するために使用される表の選択に際して、考慮されなければならない。

電池の種類の検出に加えて、装置が２つ以上のモードで作動し、かつ図３に示すようにモード間で電力消費に大きな差がある場合には、装置はその時点の運転モードも検出できなければならない。これは、電圧放電曲線は電力消費量によって異なるからである。従ってこれはまた、正確さを目的として、使用される表の選択に際しても考慮されなければならない。

電池電源式の装置の場合、電流または電力消費量は常時一定ではない。動作によっては、比較的短期間の電池電圧変動を引き起こすものがある。電池レベル表示が電圧のこの乱高下に従うように作られていれば、表示もまた不規則に変化していく。従って、表示の変動は最小限に抑えるほうが良い。変動を最小化するために、「レベル検証」と呼ばれる点検プロセスが実行される。電池表示のレベル変化に匹敵する比較的小さい電圧変化が存在すると、「レベル検証」プロセスは、電圧が表示を新たなレベルに変えるまでの所定の時間期間Ｘの間は同じ等価レベルのままであることを確認する。

しかしながら、電圧はそのＸ時間期間に満たない間に突然降下する場合もあるため、システムは変動を防止しなければならないだけでなく、突然の電圧降下にも対応できなければならない。これは、電池の容量切れが近く、動作が高電流消費である場合に特にそうである。この「即時応答」方法では、電池電圧が突然降下してそのまま寿命が終わるとすれば、セット／デバイスが機能しなくなるまでに少なくとも容量切れの警告表示（図１１参照）を出すことが望まれることから、応答時間は特に重要である。

例えば電圧がかなり大幅に低下した、といったような事象の間、表示は即時、現行表示より低いレベル、但し等価レベル降下よりは高いレベルに変更される（例えば電圧が「Ａ＋１」レベル等価だけ低下すれば、表示は即時「Ａ＋１−Ｂ」だけ低いレベルまで下げられる。但し、「Ｂ」は０より大きい整数であり、Ａ＞Ｂである）。本「レベル検証」プロセスは、次に低いレベルに関して開始される（即ち、表示を元のレベル−「Ａ＋１」である最終レベルに変えるかどうかを決定する前に、最終の「Ｂ」レベルを検証する）。

セットが容量切れになるレベルへの突然の電圧降下の捕捉を保証するためには、サブ・レベルが存在しなければならない。サブ・レベルは、容量切れ警告範囲より低いレベルをいう。サブ・レベルはまさにそうした意味で必要であり、電圧が「容量切れ警告範囲より前の最低レベル」から下がると、大幅な重大変化に関する基準が満たされ、容量切れ警告が表示される。

（実施の形態１）
詳細／好ましい実施の形態
図１は、ＣＤ／ＶＣＤポータブル・プレーヤに適用された、本発明によるマルチ負荷電池容量表示装置のシステム構成を示すブロック図である。本システムは、電池１１と、電池の種類検出器１２と、マイクロコントローラ１３と、液晶表示（ＬＣＤ）などの表示装置１４とを含む。マイクロコントローラ部分は、Ａ／Ｄポート１５を含む。

図２は、アルカリ電池と再充電式電池（ＣＤモード）との放電曲線（再生時）の比較を示す。

図３は、低電力消費（ＣＤモード）と高電力消費（ＶＣＤモード）の電力消費曲線の比較（アルカリ電池）を示す。

図４は、バッテリ・インジケータ表示が図１３Ａの表１に示された電圧レベル３、２、１及び空で各々レベル３、２、１及び明滅（容量切れ警告）である、バッテリ・レベル・インジケータを示す。

図５は、初期電力をオンにする際の、バッテリ・インジケータ・レベル表示のためのソフトウェア・アルゴリズムを示す。

図６は、セット動作中に、一時的なバッテリ・レベルを選択するためのソフトウェア・アルゴリズムを示す。この一時的バッテリ・レベルは、それが５秒間同じままである場合にのみ、表示目的で使用される実際のバッテリ・レベルとして許容される。

図７は、電池電圧の変動方向（上または下）を追跡するためのソフトウェア・アルゴリズムを示す。

図８は、バッテリ・レベル・インジケータのソフトウェア・アルゴリズムのための主ルーチンを示す。

基本的に、図５乃至８はバッテリ・レベル・インジケータのソフトウェア・アルゴリズム全体を示し、図６は、ＴＥＭＰ ＤＩＳＰＬＡＹ設定（Ａ／Ｄ値の等価レベル）のプロセス及びその後のステップを示し、図７は、ＣＵＲＲ＿ＤＩＲ設定（ＤＩＳＰＬＡＹを基準とする電流変化の方向）のプロセス及びその後のステップを示す。

以下の例は、ＣＤ／ＶＣＤポータブル・プレーヤに適用されたシステムである。但し、図８乃至１１が示すように、ｔ＝１００ミリ秒、Ｘ＝５秒であり、１レベルの表示変化と等価である電圧降下が存在すればレベル検証が行われる。電圧の大幅な重大変化の基準は、２レベルと等価の電圧変化である。レベル降下が２であれば、表示は即時１レベル下に変更され、次に低いレベルに関してレベル検証が行われる。さらに、小さな電圧変動の持続時間は、ほとんどが５秒未満である。

図面では、³ＴＥＭＰ＿ＤＩＳＰＬＡＹはＡ／Ｄ値の等価レベルであり、⁴アルカリ電池のときはアルカリ＝１、ＶＣＤのときはＦ＿ＶＩＳＵＡＬ＝１であることに留意されたい。表２における^a[０，０]は、電池表示表による実効値を含むアレー・アドレスである。

図１３Ａが示す表１は、ポータブルＶＣＤプロジェクトにおいて使用される実際の電圧値を示している。図１３Ｂが示す表２は、ソフトウェア内部のアレー・フォームでは表がどのように構成されるかを示している。表１及び表２は同じものであり、この表は、初期値設定の際及びセットの作動中のバッテリ・インジケータ・レベルの判定に使用される。

プロセス
セットに初めて電源が入ると、バッテリ・レベルの表示が初期値に設定される。これはＣＤモードで始動するため、後は電池の種類を決定するだけである。次に、マイクロコントローラのＡ／Ｄポートから電池電圧が読み取られる。バッテリ・レベル・インジケータは、電池の種類に従って、ＣＤモード表の１つを使用して初期設定される。

初期設定の後、実際のプロセスが始まる。ｔ＝１００ミリ秒毎に、Ａ／Ｄポートを介して電圧を読み取る。

動作モード（ＣＤまたはＶＣＤ）及び電池の種類に従って、適切な表を選択する。動作モードは、マイクロコントローラによって検出される。動作モードの検出はソフトウェア・プログラムの別々のタスク下にあり、詳細は省く。動作モードの変更はいつでも発生する可能性があり、よってマイクロコントローラは、動作モードの変化を認識している必要がある。次に、Ａ／Ｄ値が表と比較され、等価の棒レベルが求められる。

バッテリ・レベル・インジケータを変更すべきかどうかを決定するプロセスは、幾つかの事柄に依存する。この点を解明するために、幾つかのケースを例として挙げる。

上記形態のケース１では、レベル２の範囲内にある１レベルの電圧降下があった後、５秒間の電圧チェックが開始された（レベル検証）。但し、その５秒が経つ前に電圧がレベル３の範囲に戻った。この場合、表示はレベル３に維持され、５秒タイマはキャンセルされる。上記形態のケース２では、レベル２の範囲内にある１レベルの電圧降下があった後、レベル検証が行われる。この場合、電圧は５秒が経つまで同じレベルに維持された。従って、表示はレベル２に変わる。

この場合、電圧はレベル２の範囲から２レベル降下する。この状況においては、表示は１レベル下がってレベル１表示に変えられる。さらに、５秒タイマがリセットされる。次の５秒間のレベル検証が再開され、電池が実際に次の下位レベルである容量切れ警告範囲にあるかどうかがチェックされる。

上記形態のケースでは、電圧は突然下がり、そのまま装置は遮断される。この場合は、電圧がサブ・レベルに到達すると、５秒が経過していなくても表示は装置が遮断されるまで容量切れ警告表示に変更される。これは、大幅な重大変化に関する基準（２レベル降下）が満たされたためである。

電圧を読取り、適切な表と比較し、いつ表示を変えるかを決定するプロセスは、所望されるだけ継続される。

電圧の読取り速度はｔ秒毎に１度であることから、演繹的に、ｔの値はシステムの応答時間を決定する。これは、ｔが少なくとも突然の電圧降下を捕捉し得るほど小さくなければならないことを意味する。

一方で、Ｘの値は、小さい電圧変動に対するシステムの耐性の度合いを決定する。概して、Ｘ＝ｎ＊ｔである。但し、ｎ＝整数、ｔ＝電圧読取りの時間間隔である。さらに、Ｘはまた、小さい電圧変動の予測持続時間に基づいて決定される。

本発明によれば、図１２が示すように、マルチ負荷電池容量表示装置は、非再充電式電池または再充電式電池を電源とする電気及び電子製品において使用するための実行フロー・シーケンスのシステム構成を有する。本装置のシステム構成は、表選択手段１１５と、電池電圧測定手段１１６と、デジタル・データ変換手段１１７と、電池表示レベル比較手段１１９とを含む。

表選択手段１１５は、電池表示レベルを生成するために、電池の種類判定部１１２及び負荷の種類検出部１１３に基づいて参照表１１４から適切な表を選択するように適用されている。

電池電圧測定手段１１６は、タイマｔ（１１８）によって決定される電池電圧を測定し、かつ測定された電圧値を後段の工程におけるデータ操作用のデジタル値に変換するように適用されている。

デジタル・データ変換手段１１７は、前段の工程（１１５）で選択された表に基づいて、デジタル・データを一時等価電池表示レベルに変換するように適用されている。

電池表示レベル比較手段１１９は、現在電池表示レベル（１２２）と一時電池表示レベル（１１７）とを比較して、電池レベル表示を一時電池表示レベルに更新するための適切な表を選択するように適用されている。

本装置のシステム構成はさらに、レベルに変化があれば電池レベル表示を更新するための決定手段１２０を含む。決定手段１２０は、レベル検証実行部１２０ｂを含み、レベル検証はタイマＸ（１２０ａ）によって決定され、後続の電圧読取り値は、任意の変更が行われる前の時間期間Ｘに渡って同じレベルにあることが検証される。決定手段１２０はさらに、即時応答実行部１２０ｃを含み、表示は実際のＬＣＤ等の表示手段１２１を介して所定のレベルに即時更新される。

本発明のマルチ負荷電池容量表示装置及び方法は、電圧変動に起因するバッテリ・レベル・インジケータの乱高下がなく、しかも同時に電圧レベルの劇的かつ急速な変化に対応することのできる、異なる負荷（異なる電流消費）下のアルカリ／再充電式電池の残量を単純な手段において表示するために利用されることが可能である。

本発明によるマルチ負荷電池容量表示装置のシステム構成を示すブロック図である。 アルカリ電池と再充電式電池（ＣＤモード）との放電曲線（再生）を示すグラフである。 低電力消費（ＣＤモード）と高電力消費（ＶＣＤモード）の電力消費曲線（アルカリ電池）を示すグラフである。 バッテリ・レベル・インジケータを示すディスプレイ図解である。 初期電力オンの間のバッテリ・インジケータのレベル表示用ソフトウェア・アルゴリズムを示すフローチャートである。 設定動作の間に一時電池レベルを選択するためのソフトウェア・アルゴリズムを示すフローチャートである。 電池電圧変動の方向を追跡するためのソフトウェア・アルゴリズムを示すフローチャートである。 バッテリ・レベル・インジケータのソフトウェア・アルゴリズムのための主ルーチンを示すフローチャートである。 １レベルの電圧降下後のレベル検証を示す説明図である。 ２レベルの電圧降下後のレベル検証を示す説明図である。 突然の電圧降下が存在する場合のレベル検証を示す説明図である。 マルチ負荷電池容量表示装置用に使用されるシステム構成及び実行フロー・シーケンスを示すブロック図である。 異なる電池の種類のＣＤ及びＶＣＤモードを示す表１である。 電池表示表のアレー表示を示す表２である。

符号の説明

１１，１１１：電池
１２，１１２：電池の種類検出器
１３：マイクロコントローラ
１４，１２１：表示装置（ＬＣＤ）
１５：Ａ／Ｄポート
１１３：負荷の種類検出器
１１４：参照表
１１５：表選択部
１１６：電池電圧測定／変換部
１１７：一時電池表示レベル部
１１８：タイマｔ
１１９：レベル変化比較器
１２０：決定手段
１２０ａ：タイマＸ
１２０ｂ：レベル検証部
１２０ｃ：即時更新部
１２２：現在電池表示レベル部

Claims (7)

1. 非再充電式電池または再充電式電池を電源とする電気及び電子製品において使用するためのマルチ負荷電池容量表示装置であって、
   電池の種類判定部及び負荷の種類検出部の結果に基づいて電池表示レベルを作成するために参照表から適切な表を選択するための表選択手段と、
   測定された電圧値が後段の工程におけるデータ操作用のデジタル値に変換されるように、タイマｔによって決定される電池電圧を測定するための手段と、
   前段の工程で選択された表に基づいてデジタル・データを一時等価電池表示レベルに変換するための手段と、
   現在の電池表示レベルと一時的な電池表示レベルとを比較して適切な表を選択し、電池レベル表示を一時的電池表示レベルに更新するための手段と、
   レベルに変化があれば電池レベル表示を更新するための決定手段とを備え、上記決定手段は、次の電圧読取り値が任意の変更が行われる前の時間期間Ｘに渡って同じレベルにあることが検証される、タイマＸによって決定されるレベル検証の実行を含み、かつ表示が表示を介して即座に所定のレベルに更新される即時応答１２０ｃの実行を含む装置。
2. 非再充電式電池または再充電式電池を電源とする電気及び電子製品における電池容量情報を表示する方法であって、
   マイクロコントローラのＡ／Ｄポートを介して所定時間ｔ秒毎に電圧を決定するステップと、
   予め決定されかつ事前に準備された、電池残量の推定パーセントに対応するＮ個の電圧値を含む表の中から、電池の種類及び現在負荷に従って使用される値の適切な表を選択するステップと、
   上記選択された表と電圧値を比較するステップと、
   変動の最小化と即時応答とを考慮して、電池レベル表示が変更されるべきかどうかを決定するステップと、
   レベルを視覚表示に示すステップとを含む方法。
3. 正確さを目的として異なる負荷及び／または異なる電池の種類に適用することを特徴とし、上記適用は、
   装置の電源がオンにされた後に負荷の種類を決定するステップを含み、負荷の種類の変化を検出すると、インジケータが設定され、かつ新しい適切な参照表が電圧比較用に割り当てられ、よって負荷の任意の変化は使用する適切な参照表を選択すべくインジケータを更新し、
   装置の電源がオンである間に電池の種類を決定するステップを含み、電池の種類を検出すると、インジケータが設定され、かつ新しい適切な参照表が電圧比較用に割り当てられる請求項２記載の方法。
4. 電池容量表示の変動を最小化することは、
   レベル検証の時間期間の値を決定するステップを含み、時間期間Ｘは小さい電圧変動に対するシステムの耐性の度合いを決定し、
   電圧レベルの変化の方向を追跡を保持するステップと、
   レベル検証を実行するステップとを含み、小さい電圧変化に対しては、電池の電圧レベルに変化があっても、電池表示は電圧レベルが時間期間Ｘに渡って同じレベルのままである場合にのみ変更され、
   従来のマイクロコントローラのタイマ機能を使用して、上述のプロセスにおける時間期間を監視するステップを含む請求項２記載の方法。
5. 電圧レベルの大幅な重大変化に対する即時応答は、
   電圧レベルの大幅な重大変化があれば、応答前のレベル検証を待つ必要なしに電池容量レベル表示を即時更新するステップを含む請求項２記載の方法。
6. 電池容量レベルの上昇及び下降の双方への適用可能性と、
   任意の電池容量レベルで電池容量レベル表示を即時更新する能力とを与えることを特徴とする請求項４または５記載の方法。
7. 電池電源式の装置が遮断される前に容量切れ警告を確実に表示することを特徴とし、上記容量切れ警告の表示は、
   システムの応答時間を突然の電圧降下を捕捉し得るほど小さく決定する、マイクロコントローラのＡ／Ｄポートからの読出し速度の値を決定するステップと、
   こうした事象においては、即時更新の基準が満たされて容量切れ警告が表示されることを確実にするために、電源遮断範囲より前の容量切れ警告レベル範囲内にサブ・レベルを生成するステップとを含む請求項２記載の方法。
   

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