JP2018109532A - 電流積算量計測装置、電池残量計測装置、電子機器制御システム及び電流積算量計測方法 - Google Patents
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Abstract
Description
(第1の実施の形態)
図1は、第1の実施の形態の電子機器及び電流積算量計測装置の一例を示す図である。
電池11は、1次電池または2次電池である。
負荷12は、電池11によって供給される電圧に基づいて動作する。なお、負荷12は間欠動作するものであり、その動作間隔は変更可能である。負荷12の例として、センサ装置がある。たとえば、下水道氾濫検知システムにおいてマンホールに搭載され水位を検出するセンサ装置は、天気が晴れのときよりも雨のときの方が、動作間隔が短くなるようにしてもよい。
抵抗13aは、電池11と負荷12の間に接続されている。
図1には、電流積算量の算出例が示されている。
負荷12が動作するとき、電流Iが増加する。間欠的に動作する負荷12の場合、図1に示すように電流Iが変化する。ただし負荷12が動作していないとき(スタンバイ時)もスタンバイ電流が生じる。
式(1)において、Nmは、期間Tmの負荷12の動作回数であり、Nnは、期間Tnの負荷12の動作回数である。
計測回路13bが動作中である場合(ステップS1:YES)、計測回路13bは、電流積算量を計測する(ステップS2)。一方、検出回路13cは、計測回路13bが動作中であるか否かにかかわらず、負荷12の動作回数を検出する(ステップS3)。計測回路13bが停止中である場合(ステップS1:NO)または、ステップS2,S3の処理後、合計電流積算量Ctotalの算出タイミングである場合には(ステップS4:YES)、算出回路13dは合計電流積算量Ctotalを算出する(ステップS5)。たとえば、算出回路13dは、期間Tmと期間Tnとを加算した期間ごとに、合計電流積算量Ctotalを算出する。合計電流積算量Ctotalの算出タイミングではない場合には(ステップS4:NO)、ステップS1,S3からの処理が繰り返される。
図3は、第2の実施の形態の電子機器及び電池残量計測装置の一例を示す図である。図3において、図1に示した第1の実施の形態の電子機器10と同じ要素については同一符号が付されている。
このような第2の実施の形態の電池残量計測装置21は、第1の実施の形態の電流積算量計測装置13と同様の効果が得られるとともに、前述の方法で算出した合計電流積算量に基づいて電池残量を算出するため、精度よく電池残量が求められる。
図4は、第3の実施の形態の電子機器及び電流積算量計測装置の一例を示す図である。
電子機器30は、スマートフォンやタブレット端末、1次電池や2次電池で動作するIoT機器などである。電子機器30は、電池31、センサ装置32、DC(Direct Current)/DC変換回路33、電流積算量計測装置34を有する。
センサ装置32は、図1に示した負荷12の例である。センサ装置32は、MCU(Micro Control Unit)32a、センサ32b、RF(Radio Filter)回路32cを有する。
センサ32bは、たとえば、温度や湿度、上記のような下水道氾濫検知システムでは水位などの環境データを取得して電気信号に変換する。
DC/DC変換回路33は、電池31から供給される電圧を、MCU32a、センサ32b、RF回路32cのそれぞれに適した電圧に変換する。
抵抗34aは、電池31とDC/DC変換回路33の間に接続されている。
コントローラ34eは、タイマ値と、メモリ34gに記憶されているクーロンカウンタ34bが動作する期間と動作を停止する期間とに基づいて、スイッチ34fを制御する。
以下電流積算量計測装置34の、クーロンカウンタ34b、電流変化検出回路34c、コントローラ34eの一例をそれぞれ説明する。
図5は、クーロンカウンタの一例を示す図である。
クーロンカウンタ34bは、増幅器34b1、ADC(Analog to Digital Converter)34b2、積算回路34b3を有する。
ADC34b2は、増幅器34b1の出力をデジタル値に変換する。
積算回路34b3は、デジタル値を時間積分した値を出力する。
波形40は、電流積算量の時間変化を表している。また、波形41は、負荷電流の時間変化を示している。また、波形42は、平均電流の時間変化を示している。
図7は、電流変化検出回路の一例を示す図である。図7では、図4に示したクーロンカウンタ34b、タイマ34d、コントローラ34e、スイッチ34f、メモリ34gについては図示が省略されている。
キャパシタ34c1の一端は、抵抗34aの一端と、DC/DC変換回路33に接続されている。キャパシタ34c1の他端は抵抗34c2の一端と、比較器34c3の反転入力端子に接続されている。抵抗34c2の他端と比較器34c3の非反転入力端子は、電池31のマイナス側の電極に接続されている。比較器34c3の出力端子は、図4に示したコントローラ34eに接続されている。
(コントローラ34eの一例)
図9は、コントローラの一例を示す図である。
算出制御部34e2は、タイマ34dが出力するタイマ値に基づいて、Tm記憶部34g4に記憶されている期間Tmの間、スイッチ34fをオンし、Tn記憶部34g5に記憶されている期間Tnの間、スイッチ34fをオフする制御信号を出力する。また、算出制御部34e2は、期間Tmの間、動作回数Nmのカウントを指示する切替信号を出力し、期間Tnの間、動作回数Nnのカウントを指示する切替信号を出力する。
算出部34e3は、算出命令を受けると、動作回数Nm,Nnと電流積算量Cmをメモリ34gから読み出し、前述の式(1)に基づいて、合計電流積算量Ctotalを算出し、出力する。算出部34e3は、さらに、期間Tm,Tnをメモリ34gから読み出し、Iav=Ctotal/(Tm+Tn)で表される平均電流Iavを算出して出力してもよい。
通信部34e4は、センサ装置32との間で情報の送受信を行う。通信部34e4は、算出制御部34e2からの通信命令を受けると、合計電流積算量Ctotal、平均電流Iavをメモリ34gから読み出し、センサ装置32に計測結果として送信する。また、通信部34e4は、センサ装置32からのデータ要求(通信命令)を受信することによって、現状保持されている計測結果をセンサ装置32へ送信するようにしてもよい。
次に、タイミングチャートを用いて第3の実施の形態の電流積算量計測装置34の動作例を説明する。
図10には、電流変化検出回路34cの出力信号pout、算出制御部34e2が出力(送信)する制御信号、切替信号、算出命令及び通信命令の一例の様子が示されている。
なお、算出部34e3は、前回算出した合計電流積算量Ctotalをメモリ34gから読み出して、今回算出した合計電流積算量Ctotalに加算することで、合計電流積算量Ctotalを更新するようにしてもよい。
(第4の実施の形態)
図11は、第4の実施の形態の電子機器及び電池残量計測装置の一例を示す図である。図11において、図4に示した要素と同じ要素については同一符号が付されている。
図12は、電池残量計測装置のコントローラ及びメモリの一例を示す図である。図12において、図9に示した要素と同じ要素については同一符号が付されている。
電池残量算出部51a1は、算出制御部34e2による算出命令を受けると、算出部34e3が算出した合計電流積算量Ctotalと、メモリ51bの電池容量記憶部51b1に記憶されている電池容量Cbatとに基づいて、電池残量Crを算出する。算出された電池残量Crは、メモリ51bの電池残量記憶部51b2に記憶される。前述したように電池残量Crは、Cr=Cbat−Ctotalと表せる。なお、合計電流積算量Ctotalは、更新の際には、前回算出された合計電流積算量Ctotalに今回算出された合計電流積算量Ctotalを加算することで、更新される。
また、通信部34e4は、センサ装置32を介して、図示しないサーバなどから電池残量Crなどの電池残量情報を要求する信号を受信したときに、メモリ51bに記憶されている電池残量情報を読み出して、センサ装置32を介してサーバなどに送信してもよい。
(第5の実施の形態)
図13は、第5の実施の形態の電子機器制御システムの一例を示す図である。
図14は、管理装置のハードウェア例を示す図である。
管理装置61は、CPU101、RAM102、HDD(Hard Disc Drive)103、画像信号処理部104、入力信号処理部105、媒体リーダ106及び通信インタフェース107を有する。CPU101、RAM102、HDD103、画像信号処理部104、入力信号処理部105、媒体リーダ106及び通信インタフェース107は、バス108に接続されている。
図15は、管理装置の動作の一例の流れを示すフローチャートである。
図16は、ソートの一例を示す図である。
図16では、8個のセンサノードを電池残比率Rrの小さい順にソートした例が示されている。図16の例では、センサノード名がN2のセンサノードは、電池残比率Rrが48%で、8個のセンサノードのうちで最も小さいため、先頭になるようにソートされている。また、センサノード名がN1のセンサノードは、電池残比率Rrが72%で、8個のセンサノードのうちで最も大きいため、末尾になるようにソートされている。
管理装置61は、ソート結果を参照して、残量順位が低い(電池残比率Rrが小さい)センサノードほど、動作周期が長く(動作間隔が大きく)なるように設定する。図17の例では、電池残比率Rrが最も小さいセンサノード名がN2のセンサノードには、8個のセンサノードのうちで最も長い動作周期、480secが設定されている。また、電池残比率Rrが最も大きいセンサノード名がN1のセンサノードには、8個のセンサノードのうちで最も短い動作周期、60secが設定されている。
管理装置61は、上記のように動作周期を変更するように指示する指示信号を、各センサノードに送信する。各センサノードは、ネットワーク62とゲートウェイ63a1〜63amを介して指示信号を受信し、その指示信号に基づく動作周期で動作を行う。
図18には、センサノード名がN7とN4のセンサノードの負荷電流波形の例が示されている。負荷電流が増加するタイミングが、負荷動作(たとえば、図4のセンサ装置32の動作)が生じるタイミングに相当する。図18に示すように、残量順位が6位のセンサノード名がN7のセンサノードの動作周期T1は、360secとなり、残量順位が3位のセンサノード名がN4のセンサノードの動作周期T2は、180secとなる。
たとえば、インフラにばらまかれるセンサノードの例として、下水道氾濫検知システムがある。各センサノードは乾電池によって動作しているが、電池交換は作業員の手作業になってしまうため、各センサノードの電池交換日がバラバラになってしまうと、作業員がそのたびに電池交換を行うことになり、運用面で高コスト化してしまう。上記のような電子機器制御システムによって各センサノードの電池残量情報を得られることで、たとえば各センサノードの電池交換日を同じ日に揃えるような制御を行うことができ、運用コストの低減が図れる。
11 電池
12 負荷
13 電流積算量計測装置
13a 抵抗
13b 計測回路
13c 検出回路
13d 算出回路
13e メモリ
Cm 電流積算量
Ctotal 合計電流積算量
I 電流
Nm,Nn 動作回数
Tm,Tn 期間
Claims (8)
- 電池から負荷に流れる電流の第1の積算量を計測する計測回路と、
前記負荷の動作回数を検出する検出回路と、
前記動作回数と、前記計測回路が動作する第1の期間の前記第1の積算量とに基づいて、前記計測回路が動作を停止する第2の期間を含む第3の期間の前記電流の第2の積算量を算出する算出回路と、
を有する電流積算量計測装置。 - 前記検出回路は、
前記電流の増加を検出する電流変化検出回路と、
前記電流の増加が検出されるたびに、前記動作回数の計数値を増加するカウンタと、
を有する請求項1に記載の電流積算量計測装置。 - 前記算出回路は、前記第1の期間の前記動作回数である第1の値と、前記第2の期間の前記動作回数である第2の値と、前記第1の積算量と、に基づいて前記第2の積算量を算出する、請求項1または2に記載の電流積算量計測装置。
- 前記負荷は、第1の動作間隔または前記第1の動作間隔よりも短い第2の動作間隔で環境データを取得するセンサ装置である、請求項1乃至3の何れか一項に記載の電流積算量計測装置。
- 電池から負荷に流れる電流の第1の積算量を計測する計測回路と、
前記負荷の動作回数を検出する検出回路と、
前記動作回数と、前記計測回路が動作する第1の期間の前記第1の積算量とに基づいて、前記計測回路が動作を停止する第2の期間を含む第3の期間の前記電流の第2の積算量を算出する第1の算出回路と、
前記第2の積算量と、前記電池の電池容量とに基づいて、前記電池の残量を表す電池残量情報を算出する第2の算出回路と、
を有する電池残量計測装置。 - 通信機能を備えた負荷と、電池から前記負荷に流れる電流の第1の積算量を計測する計測回路と、前記負荷の動作回数を検出する検出回路と、前記動作回数と、前記計測回路が動作する第1の期間の前記第1の積算量とに基づいて、前記計測回路が動作を停止する第2の期間を含む第3の期間の前記電流の第2の積算量を算出する第1の算出回路と、を備え、前記第2の積算量と前記電池の電池容量とに基づいて算出される前記電池の残量を表す電池残量情報、または前記第2の積算量を前記負荷が送信する複数の電子機器と、
前記複数の電子機器のそれぞれの前記負荷から送信される前記電池残量情報または前記第2の積算量を受信し、前記電池残量情報または前記第2の積算量に基づいて、前記負荷の動作間隔の変更を指示する指示信号を前記複数の電子機器に送信する管理装置と、
を有する電子機器制御システム。 - 前記管理装置は、前記電池残量情報または前記第2の積算量に基づいて、前記複数の電子機器のうち、前記残量の少ない前記電池をもつ第1の電子機器の前記負荷ほど、前記動作間隔を大きくする前記指示信号を送信する、請求項6に記載の電子機器制御システム。
- 計測回路が、電池から負荷に流れる電流の第1の積算量を計測し、
検出回路が、前記負荷の動作回数を検出し、
算出回路が、前記動作回数と、前記計測回路が動作する第1の期間の前記第1の積算量とに基づいて、前記計測回路が動作を停止する第2の期間を含む第3の期間の前記電流の第2の積算量を算出する、
電流積算量計測方法。
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