JP2015141080A - 電池容量の残量検出方法 - Google Patents

Abstract

【課題】簡単な回路構成で正確に電池寿命を判断する電池残量検出方法を用いた装置を提供する。
【解決手段】一次電池で動作し、電池残量を検出する電源電圧監視手段を備えた装置において、電池消耗による電圧降下により該装置が停止した際に、電源電圧監視手段から発信されるリセット信号による中央処理装置のリセットが行われたフラグを記憶する記憶手段を備え、次回起動時に該記憶手段に保存された該フラグの有無および、電池残量が所定の電圧閾値以上であるかの双方から、電池切れを判断する電池残量検出機能を備えた装置。
【選択図】図２

Description

本発明は一次電池で駆動する携帯型機器の電池寿命判定方法に関するものである。

肺気腫、慢性気管支炎等の呼吸器系疾患の治療法として最も効果的なものの１つに酸素吸入療法があり、外出時の携帯用酸素ボンベの持ち運び時には使用者の呼吸に同調し、吸気時にのみ酸素を効率的に供給する呼吸同調式レギュレータが使用されている。このような携帯型機器においては、電源として一次電池、特に安価で入手しやすいアルカリ乾電池を用いることが多く、正確かつより簡便に電池の残量を測定し、適切なタイミングで使用者に電池残量及び交換時期を知らせる必要がある。特に呼吸同調式レギュレータなどの医療機器の場合には、電池切れによる機器停止は治療効果の低下に直結するため、正確な残量確認と、可能な限り運転を継続しうるシステムが求められている。

特開２００７−２８０９３５号公報 特開平１０−１７２５８３号公報 特開２００６−１６２４０２号公報

外出時の携帯用酸素ボンベの持ち運び時に使用する一次電池で動作する呼吸同調式レギュレータは、外出中の電池切れによる装置停止を防止するために、装置の残り駆動時間が少なくなったときには患者に電池交換を促し、停止する前に電池交換をする必要がある。さらに、電池が消耗し装置が停止した場合であっても、機器停止の原因が電池の容量切れであることを患者に知らせることが、装置の安全かつ安心な利用につながる。

一次電池の電池残量の検出方法には、特許文献１に開示があるように、電池電圧を測定し、測定した電圧が所定電圧以下である時に、一次電池の寿命とする方法がある。
しかしながら、負荷の動作状態や使用履歴などによって電池電圧の変動が生じ、実際の電池の消耗状態と電池電圧が比例しないことが起こり得る。
また、電池の種類が異なる場合には（例えば、マンガン電池、リチウム電池等）、電池の種類によって電圧や消耗特性、負荷に対する電圧変動値が異なるため、正確な残り動作可能時間を推定できない場合がある。

これに対して、特許文献２には電池の種類を識別し、識別結果に対応した複数の検出閾値を具備した電池残量報知装置の開示があり、また、特許文献３には特定負荷への電流供給をしていない時と電流供給をしている時の間の電圧差により電池残量を判定する方法の開示がある。しかし、使用者によって負荷の発生タイミングや負荷の大きさが変わるようなシステムの場合、また、負荷や電池のバラツキによって個体間で動作可能な電圧に差がある場合には、電圧判定だけではまだ動作可能であっても電池切れと判定し、装置の動作可能時間を短く判定してしまうことがある。
本発明は、このような課題を解決し、簡単な回路構成で正確に電池寿命を判断する方法を提供することを目的とする。

かかる課題を解決する手段として、以下の電池残量検出方法を見出した。
特に、一次電池で動作する携帯用機器などに適用され、電池の残量を表示する機能を備え、電池の残量検出は、制御基板に実装されたＡ／Ｄ変換手段を使用して行われ、該基板からの電池電圧測定は一定時間毎及び発生する二つ以上の負荷パターン毎に行うと共に、負荷パターン毎に設定された電圧閾値と、軽負荷時と高負荷時の電圧ドロップ量の閾値にて電池の残量判定を行う。

電池の容量切れ時には一次電池の消耗により電源電圧監視ＩＣからリセット信号が発信されることによる中央処理装置のリセットが行われ、次回起動時には、記憶装置に保存された前回起動時のフラグを確認することで、運転スイッチＯＦＦによる停止が行われたか、あるいは電池の消耗による中央処理装置のリセットが行われたかどうかを判断する。中央処理装置のリセットの有無、負荷パターン毎に計測された電圧値と予め設定された電圧閾値、軽負荷時と高負荷時の電圧ドロップ量と設定閾値を比較し、電池残量を検出する。
また、電池切れ発生後の起動時において、電池残量の判定に使用する電圧閾値を通常時よりも高めに設定しておく。

かかる方法を用いた装置として、以下の装置を提供する。
（１）一次電池で動作し、電池残量を検出する電源電圧監視手段を備えた装置において、電池消耗による電圧降下により該装置が停止した際に、電源電圧監視手段から発信されるリセット信号による中央処理装置のリセットが行われたフラグを記憶する記憶手段を備え、
次回起動時に該記憶手段に保存された該フラグの有無および、電池残量が所定の電圧閾値以上であるかの双方から、電池切れを判断する電池残量検出機能を備えた装置。
（２）該電源電圧監視手段が、該装置の制御基板に実装されたＡ／Ｄ変換手段を使用し、発生する二つ以上の負荷パターン毎に測定された電池電圧値、または軽負荷時および高負荷時における電圧ドロップ量と、あらかじめ設定された設定閾値の比較結果から電池の残量判定を行う手段である、上記（１）記載の装置。
（３）該記憶手段に中央処理装置のリセットが行われたフラグが有る場合、電池残量の判定に使用する電圧閾値が、正常運転時の電圧閾値よりも高めに設定された値であることを特徴とする上記（２）記載の装置。

本発明により、Ａ／Ｄ検出手段を有する簡単な回路構成で、一定時間毎及び複数の特定の負荷発生タイミング毎に電池電圧を取得し、負荷の発生パターン毎に設定された電圧閾値及び軽負荷時と高負荷時の電圧ドロップ量で電池の残量判定を行うことで、より正確な電池の残量判定が可能となる。
更に、電池切れの判定は、電圧設定ではなく、実動作の限界であるＣＰＵのリセットにより実現することで、より電池の使用限界まで装置の動作が可能となる。

電池残量の判定基準。 電池残量判定のフローチャート。

本発明の実施態様例を、図面を用いて説明する。
図１は、本発明の電池電圧の判定基準を示した模式図である。電池電圧の測定はＡ／Ｄコンバータによって行われ、電池電圧の測定タイミングは、一定時間毎及び複数の特定の負荷発生タイミング毎に行われる。図１は、軽負荷から重負荷の負荷発生量の異なる３パターンについて、各負荷パターン毎に取得した電圧値を出力した電池の消耗曲線を示している。取得した電池電圧値は、各負荷パターン毎に一定数バッファ内に格納され、各バッファ内の移動平均値Ａと各負荷パターン毎に設定された電池残量の判定閾値電圧の比較をすることにより電池残量の判定を行う。

さらに、軽負荷時に取得した電池電圧値の移動平均値Ａ１と高負荷時に取得した電池電圧値Ａ３の移動平均値から電圧ドロップ量Ｂを算出し、電圧ドロップ量の判定閾値と比較することで、電池の残量判定を行う。残量判定の最低基準値である電源電圧が電池切れ判定閾値以上であるかどうかで電池切れの判定を行う。
上記に加えて、電池切れの判定は、運転中に生じた電池電圧降下ＣによるＣＰＵリセットの発生の有無によっても電池残量、電池切れの判断を行う。

図２には電池の残量判定のフローチャートを示す。ＣＰＵリセットの発生の有無は、起動フラグの状態によって判断する。まず、運転スイッチ（運転ＳＷ）をＯＮにして装置が起動したときに、電池電圧を測定し、電池残量の判定を行う。このときに起動フラグがＯＮになっていると、前回起動中に電圧降下によるＣＰＵリセットが発生し、そのまま異常終了したと判断し、あらかじめ設定している電池切れの判定閾値電圧に時間経過による電圧復帰分を考慮して任意の値を加えた電圧で電池残量の判定を行う。判定閾値＋αの条件を満たさない場合は電池切れと判断し、電池切れ警報を発報する。

起動フラグがＯＦＦの場合には、起動フラグをＯＮにすると共に、各負荷パターン毎にあらかじめ設定している電池残量の判定閾値電圧によって電池残量の判定を行い、３〜５段のＬＥＤランプなどで使用者に電池残量を知らせる。さらに、電池残量判定の最低の基準電圧を下回った場合には、電池切れと判断し、電池切れ警報を発報することになる。装置起動中は、かかるＬＥＤランプ等の電池残量表示は消灯することにより省電力化するのが好ましい。起動フラグがＯＮの場合で電池切れ判定閾値＋α以上の基準を満たした場合も同様に電池残量判定を行う。

起動フラグは、電池残量判定後にＥＥＰＲＯＭ等の不揮発性メモリ内に保存しておき、運転ＳＷ ＯＦＦによる終了命令があった場合に、かかる起動フラグを消去して終了するようにしておく。このようにすることで起動時に起動フラグの有無を確認し、前回終了時に運転ＳＷ ＯＦＦによる終了が行われたのか、ＣＰＵリセットによる異常終了が行われたかの判断が可能となる。

また、電池切れ発生後の復帰条件は、電池切れ発生後にしばらく電池を無負荷で放置しておいた場合、電池電圧が見かけ上、上昇することがあることから、電池切れ発生後の電池電圧の判定閾値を高めに設定しておくことで、時間経過による電圧の復帰に対する誤判定を防ぐことが可能となる。

装置運転中は、電圧降下によるＣＰＵリセットの発生が生じた場合には、初期に戻って電池残量、電池切れ判定を行う。電源電圧が電池切れ判定閾値以上であるかは常時モニタリングし、負荷パターン毎に設定した電池切れの電源電圧の判定閾値以上であるかどうかを判断する。電池切れになると電池切れ警報の発報は出来るが、当然のことながら装置は停止し、機能不全に陥ることから、その前段で電池消耗判定の基準値を設け、電池電圧が電池消耗判定閾値を下回った場合には電池交換を促す音声やランプなどの電池消耗警報を発報するのが好ましい。

本願発明は、一次電池で駆動する装置、特に携帯用酸素ボンベの持ち運び時に使用する呼吸同調式レギュレータなどの携帯用医療機器の電池残量検知方法として適用可能であり、電池消耗を正確に判断することにより、安全性の向上した装置を供給することが出来る。

Claims (6)

1. 一次電池で動作し、電池残量を検出する電源電圧監視手段を備えた装置において、電池消耗による電圧降下により該装置が停止した際に、電源電圧監視手段から発信されるリセット信号による中央処理装置のリセットが行われたフラグを記憶する記憶手段を備え、
   次回起動時に該記憶手段に保存された該フラグの有無および、電池残量が所定の電圧閾値以上であるかの双方から、電池切れを判断する電池残量検出機能を備えた装置。
2. 該電源電圧監視手段が、該装置の制御基板に実装されたＡ／Ｄ変換手段を使用し、発生する二つ以上の負荷パターン毎に測定された電池電圧値、または軽負荷時および高負荷時における電圧ドロップ量と、あらかじめ設定された設定閾値の比較結果から電池の残量判定を行う手段である、請求項１記載の装置。
3. 該記憶手段に中央処理装置のリセットが行われたフラグが有る場合、電池残量の判定に使用する電圧閾値が、正常運転時の電圧閾値よりも高めに設定された値であることを特徴とする請求項２記載の装置。
4. 該装置が携帯用機器である、請求項１〜３の何れかに記載の装置。
5. 該装置が呼吸同調式レギュレータである、請求項４記載の装置。
6. 一次電池で動作する機器の制御基板に実装されたＡ／Ｄ変換手段を使用し、一定時間毎及び発生する二つ以上の負荷パターン毎に電池電圧測定を行い、負荷パターン毎に設定された電圧閾値と、軽負荷時と高負荷時の電圧ドロップ量の閾値にて電池の残量判定を行うと共に、
   該一次電池の消耗により電源電圧監視ＩＣからリセット信号が発信されることによる中央処理装置のリセットが行われことを記憶し、次回起動時に前回起動時のフラグを確認することで、運転スイッチＯＦＦによる停止が行われたか、あるいは電池の消耗による中央処理装置のリセットが行われたかどうかを判断し、
   該中央処理装置のリセットの有無、負荷パターン毎に計測された電圧値と予め設定された電圧閾値、軽負荷時と高負荷時の電圧ドロップ量と設定閾値を比較し、電池残量を検出する電池容量の残量検出方法。

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