JP3977071B2 - 車両用電源モニタリング装置及び方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は一種の車両用電源モニタリング装置及び方法に係り、大電流負荷の瞬間放電により、車両用電源の並列端のサンプリング電圧値を獲得し、長時間のモニタリングを行い、そのうち電動車両の電源は電池、発電機或いは充電器を含む、車両用電源モニタリング装置及び方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般電池（例えばＮＰ型電池を例とする）は、もし放電電流が小さくなれば、その安定出力電圧の時間も長くなり、その放電特性は図１１に示されるとおりである。且つ環境温度もまた電池の実際の利用できる容量、及び電池の保存寿命に影響を与え、その温度特性及び保存特性の関係は、図１２、１３に示されるとおりである。このため、電動車両用電池の寿命は環境温度、充電条件、充電時間、及び負荷放電により定まる。このほか、もし車両の発電機に充電不良の状況があると、車両の電気設備が大量に電池の電力を消耗し、電池寿命が異常に縮減される。
【０００３】
さらに、現在ある車両設備は、随時電池の電力供給状況及び発電機の充電状況をモニタリングできず、このため人が車両を起動できない時に、人工検査してはじめて電池の電力供給不足であることが分かり、且つ電池の寿命が異常に縮減した時、技術者の専業検査と外接測定機器の測定によりはじめて発電機の充電異常を知ることができる。ゆえに、使用上、事実上、理想でないところがあった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の主要な目的は、一種の長時間モニタリングの車両用電源モニタリング装置及び方法を提供することにあり、且つ該方法と装置は以下の長所、特徴及び目的を有するものとする。
０１．本発明の方法はパワートランジスタの行う短時間のスイッチ切り換えを利用し、被測定電池に対して瞬間的に大電流負荷放電を行い、サンプリング電圧値を獲得し、ゆえに極めて節電でき及び正確である。
０２．本発明の装置の占める体積は極めて小さく、ゆえに長期に電源上に安置でき、随時電池の状態をモニタリングできる。
０３．本発明の装置は電池と発電機（或いは充電器）と並列に連接され、ゆえに随時発電機或いは充電器が正常であるか否かを随時モニタリングできる。
０４．本発明の装置はシステム内にプレアラーム値を設定でき、早期にプレアラームを提供し、電池の電力消耗に任せ、その寿命の異常な縮減の状況の発生を防止する。
０５．本発明の装置は多段階にプレアラーム値を設定でき、多段式プレアラーム値表示を行い、段階分けされたプレアラーム期を提供する。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、車両用電源モニタリングプレアラーム方法において、
（ａ）瞬間大電流サンプリングのステップであって、パワートランジスタの行う極短の測定時間Ｔ１のスイッチ切り換えを利用し、被測定電池に対して瞬間的な大電流サンプリングを行い、サンプリング電圧値を測定し、並びにシステムの設定によりＮ回重複し、システムにＮ個のサンプリング電圧値を獲得させ、そのうち、この極短の測定時間Ｔ１は１０００μｓｅｃより小さく、Ｎ値は１より大きく、該瞬間大電流は１Ａから３００Ａであるステップ、
（ｂ）数値計算のステップであって、システムがサンプリング電圧値の平均値を計算するステップ、
（ｃ）数値対比のステップであって、ステップ（ｂ）で取得した平均値と設定されたプレアラーム値とを対比するステップ、
（ｄ）結果表示のステップであって、ステップ（ｂ）の数値計算の結果を表示可能なユニットに出力し、且つステップ（ｃ）の対比結果がすでにプレアラーム値に達していれば、プレアラーム表示を行うステップ、
（ｅ）測定間隔待機のステップであって、システムの設定する測定待機間隔時間Ｔ２により、間隔時間の計時を行い次の瞬間大電流サンプリング測定の時点に待機するステップ、
以上のステップを含み、且つ（ａ）から（ｄ）のステップがモニタリング過程とされ、（ｅ）のステップが測定待機過程とされ、これにより、長時間電池状態及び充電状況をモニタリングできることを特徴とする、車両用電源モニタリングプレアラーム方法としている。
請求項２の発明は、前記プレアラーム値が多段設定され、即ち（ｄ）のステップを実行する時、多段式のプレアラーム表示を行い、段階分けされたプレアラーム期を提供することを特徴とする、請求項１に記載の車両用電源モニタリングプレアラーム方法としている。
請求項３の発明は、車両用電源モニタリングプレアラーム方法において、そのソフトウエアフローが、
（１）システム開始ステップであって、システムハードウエアがベクトルアドレスを中断し、ソフトウエアプログラムの開始点となすステップ、
（２）システム初期化ステップであって、システムレジスタ及び入力ピンの初期化が行われ、レジスタの初期値を設定し、中断ベクトルと計時器をオンとし、並びに各一つの入出力ピンの状態を初期値に定義するステップ、
（３）システムが車両用電源のモニタリングプレアラーム値を設定するステップ、
（４）負荷起動ステップであって、パワートランジスタを車両用電源モニタリングの負荷となし、並びに瞬間大電流でパワートランジスタを起動し、極短の測定時間Ｔ１のスイッチ切り換えを行い、被測定電池に対して瞬間の大電流サンプリングを行い、この極短の測定時間Ｔ１は１０００μｓｅｃより小さく、Ｎ値は１より大きく、該瞬間大電流は１Ａから３００Ａであるステップ、
（５）電圧のサンプリング測定ステップであって、瞬間サンプリングの測定時間はＴ１とされ、このほか、システムの電圧／電流の関係式より換算し、この時の電流を求め、ゆえにまた電流のサンプリング測定とされるステップ、
（６）負荷オフステップであって、パワートランジスタをオフとし、これにより負荷電流を除去するステップ、
（７）サンプリング測定回数の判定ステップであって、Ｎ回のサンプリング測定のシステム設定値を未完成の時、再度ステップ（４）に戻り、次の瞬間大電流サンプリング測定を行い、Ｎ回のサンプリング測定のシステム設定値を完成するまで行った後、（８）のステップを実行し、該Ｎ値は１より大きいものとするステップ、
（８）サンプリング電圧値の平均値計算ステップとされ、これはまたサンプリング電流の平均値の計算とされうるステップ、
（９）数値の対比ステップとされ、（８）のステップの結果とプレアラーム値を相互に対比するステップ、
（１０）表示ユニット制御ステップとされ、（８）のステップの結果を出力表示し、且つもしステップ（９）の対比結果がプレアラーム値に既に達していれば、プレアラーム表示を実行するステップ、
（１１）測定待機計時ステップとされ、計時器が測定待機間隔の時間計数を開始するステップ、
（１２）サンプリング検出の周期判定ステップとされ、もし計時器の計数の測定間隔待機時間がシステム設定のＴ２値に達していなければ、再度（１１）のステップに戻り、続けて計時を行い、システム設定のＴ２値に達したら、再度（４）のステップに戻り、次の周期のサンプリング検出を実行するステップ、
以上のステップを含み、（４）のステップから（１２）のステップがサンプリング検出の一サイクルとされ、ソフトウエアフロー中の主回路とされたことを特徴とする、車両用電源モニタリングプレアラーム方法としている。
請求項４の発明は、前記プレアラーム値が多段設定され、即ち多段式のプレアラーム表示を行い、段階分けされたプレアラーム期を提供することを特徴とする、請求項３に記載の車両用電源モニタリングプレアラーム方法としている。
請求項５の発明は、前記Ｔ１値が５０μｓｅｃとされ、Ｎ値は２から４とされることを特徴とする、請求項３に記載の車両用電源モニタリングプレアラーム方法としている。
請求項６の発明は、車両用電源モニタリングプレアラーム装置において、モニタリングプレアラーム装置は被測定電源と並列に連接され、該被測定電源は電池とその他の電源設備が並列に接続されて構成され、該モニタリングプレアラーム装置は、電圧安定回路、ＣＰＵ、電圧サンプリング回路、電流負荷制御回路、及びランプ状況表示回路を具え、
電圧安定回路は、ＣＰＵ及び作業回路の作業を正常とするため、平穏な電源を出力し、 該ＣＰＵは、該電圧安定回路に接続されて、全体の回路操作を制御し、電圧或いは電流の検出サンプリング、データの保存、数値計算、結果出力等を制御し、
該電圧サンプリング回路は、ＣＰＵに接続され、測定待機間隔Ｔ２時間ごとに、該ＣＰＵの指示により被測定電源より瞬間測定サンプリング電圧データを取得し、更にＣＰＵに取得したデータを行い処理に供し、
該電流負荷制御回路は、パワートランジスタ制御回路とされ、該パワートランジスタ制御回路は直接該被測定電源のプラス極とマイナス極間に並列に接続され、且つ該パワートランジスタのゲートがＣＰＵに接続され、ＣＰＵがソフトウエアプログラムにより該パワートランジスタを制御し、並びに極短の測定時間Ｔ１で瞬間的に該パワートランジスタを起動して負荷に対して瞬間大電流サンプリングを行い、被測定電源の出力エネルギー量を試験し、
該ランプ状況表示回路は、ＣＰＵに接続され、ＣＰＵの測定の結果による指示を受けて、異なる表示で情況を指示し、
該極短の測定時間Ｔ１は１０００μｓｅｃより小さく、該測定時間Ｔ１は該測定待機間隔時間Ｔ２より小さく、該瞬間大電流は１Ａから３００Ａであり、
これにより、各測定待機間隔時間Ｔ２ごとに、該ＣＰＵが自動的にＴ１を瞬間サンプリングの測定時間となし、該電流負荷制御回路と電圧サンプリング回路を通して被測定電源より電圧データを取得し、且つその測定方法は、極短の測定時間Ｔ１を測定時間とし、該電流負荷制御回路により瞬間大電流で連続して該被測定電源に対して数回サンプリングを行い、更に電流負荷制御回路を切断した後、該ＣＰＵがこのサンプリングデータの平均値を計算して設定値と比較し、該平均値が該設定値より低ければ、該ＣＰＵが処理を行い、並びに結果を表示回路に出力して状況を表示し、長期のモニタリングとプレアラームを行うことを特徴とする、車両用電源モニタリングプレアラーム装置としている。
請求項７の発明は、前記車両用電源モニタリングプレアラーム装置において、その他の電源ソース設備は、発電機或いは充電器とされ、該電流負荷制御回路の瞬間電流は、１Ａ〜３００Ａ範囲で調整可能とされたことを特徴とする、請求項６に記載の車両用電源モニタリングプレアラーム装置としている。
請求項８の発明は、前記車両用電源モニタリングプレアラーム装置において、該モニタリングプレアラーム装置が、さらに電池極性逆方向保護回路、音声プレアラーム表示回路を具え、
該電池極性逆方向保護回路は、ＣＰＵに接続され、プラスとマイナスの極性を反対に接続することによる損壊を防止し、
音声プレアラーム表示回路は、ＣＰＵに接続され並びにＣＰＵの指示を受けて測定の結果を表示し、電池が低電圧となるか発電機或いは充電器が故障した時、音声で状況をプレアラーム表示し、
これにより、電池が老化、損壊した時、或いはその他の電源ソース設備が不良である時、音声でアラーム信号を提供することを特徴とする、請求項６に記載の車両用電源モニタリングプレアラーム装置としている。
請求項９の発明は、前記車両用電源モニタリングプレアラーム装置において、該被測定電源が更に発電機或いは充電器を包含し、該モニタリングプレアラーム装置がさらに、電源状態検出回路、電気メータ表示装置、及びディジタル信号インタフェース変換器を具え、
該電源状態検出回路は、ＣＰＵに接続され並びにＣＰＵの指示を受けて、被測定電源より電圧及び電流のデータを取得し、被測定電源の状況を判断し、さらにＣＰＵに送り処理に供し、
該電気メータ表示装置は、ＣＰＵに接続され並びにＣＰＵの測定の結果を受けて、測定の結果をメーターに数字表示し、
該ディジタル信号インタフェース変換器は、ＣＰＵに接続され並びにＣＰＵの測定の結果により、該ディジタル信号インタフェース変換器により外界とのコミュニケーション、接続が行われ、
これにより、被測定電源の両端の電圧が高くなる時、該電源状態検出回路が被測定電源に発電機或いは充電器の加入が有るかを判別し、並びにＣＰＵにより異なるモードの検出方式に切り換え、且つ電源状態検出回路により被測定電源に発電機或いは充電器に不良の状態があるかを判断し、不良の状況がある時はＣＰＵの指示によりランプ表示を行うか、或いは音声表示を行うか、或いは電気メータ表示を行い、プレアラームを提供することを特徴とする、請求項８に記載の車両用電源モニタリングプレアラーム装置としている。
請求項１０の発明は、前記車両用電源モニタリングプレアラーム装置において、該モニタリングプレアラーム装置がさらに、電池温度検出回路及び電池温度センサを具え、
該電池温度検出回路は、電池温度センサにより電池の温度を測定し、さらにそのデータを受け取ったＣＰＵが電池温度に対応する特性曲線により精密な電池容量を計算し、環境因子の影響によりもたらされる偏差を防止し、並びに設定されたプレアラーム値を修正し、これにより、電池の温度をモニタリングし、並びに過充電或いは過放電を防止することを特徴とする、請求項９に記載の車両用電源モニタリングプレアラーム装置としている。
【０００６】
【発明の実施の形態】
図１に示されるのは本発明の方法のステップフローブロック図であり、これから分かるように、本発明のモニタリング方法は以下のステップを含む。
ステップ１： 瞬間サンプリングのステップとされ、パワートランジスタの行う短時間のスイッチ切り換えを利用し、被測定電池に対して瞬間的な大電流負荷放電を行い、サンプリング電圧値を測定し、並びにシステムの設定によりＮ回重複し、システムにＮ個のサンプリング電圧値を獲得させる。
ステップ２： 数値計算のステップとされ、システムがサンプリング電圧値の平均値を計算する。
ステップ３： 数値対比のステップとされ、電池特性のためにこうなった（図１１から１２参照）。その特性極性の傾斜率は末端に常に急激変化を発生し、予測しがたい。このため、システムが一つのプレアラーム値を設定し、ステップ２で求めた平均値と対比する。
ステップ４： 結果表示のステップとされ、システムが数値計算の結果を表示を行うユニットに出力し、且つもしステップ３の対比結果がすでにプレアラーム値に達しておれば、プレアラーム表示を行う。
ステップ５： 間隔測定待機のステップとされ、システムの設定時間により、間隔時間の計時を行い次の測定に待機する。
【０００７】
且つステップ１からステップ４はモニタリング過程であり、ステップ５は測定待機過程であり、これにより、電池状態及び充電状況が異常であるか否かを長時間監視できる。
【０００８】
この間に説明すべきことは、ステップ３のプレアラーム値はさらに多段設定可能であり、即ちステップ３を実行する時、多段式のプレアラーム表示を行い、段階分けしたプレアラーム期を提供することができる。
【０００９】
図２は本発明の方法のソフトウエアフローチャートであり、そのうち、該ソフトウエアフロー１０は、以下を包括する。
ステップ１１はシステム開始であり、システムハードウエアがベクトルアドレスを中断し、ソフトウエアプログラムの開始点となす。
ステップ１２はシステム初期化であり、システムレジスタ及び入力ピンの初期化が行われ、レジスタの初期値を設定し、中断ベクトルと計時器をオンとし、並びに各一つの入出力ピンの状態を初期値に定義する。
ステップ１３はシステムプレアラーム値設定である。
ステップ１４は負荷起動であり、パワートランジスタを起動し負荷電流を増加する。
ステップ１５は電圧のサンプリング測定であり、瞬間サンプリングの測定時間はＴ１とされ、このほか、システムの電圧／電流の関係式より換算し、この時の電流を求め、ゆえにまた電流のサンプリング測定とされる。
ステップ１６は、負荷オフであり、パワートランジスタをオフとし、これにより負荷電流を除去する。
ステップ１７は、サンプリング測定回数の判定であり、Ｎ回のサンプリング測定のシステム設定値を未完成の時、再度ステップ１４に戻り、次のサンプリング測定を行い、Ｎ回のサンプリング測定のシステム設定値を完成するまで行った後、ステップ１８を実行する。
ステップ１８は、サンプリング電圧値の平均値計算であり、サンプリング電流の平均値の計算とされうる。
ステップ１８ａは数値の対比であり、ステップ１８の結果とプレアラーム値を相互に対比する。
ステップ１８ｂは表示ユニット制御であり、並びにステップ１８の結果を出力表示し、且つもしステップ１８ａの対比結果がプレアラーム値に既に達していれば、プレアラーム表示を実行する。
ステップ１８ｃは測定待機計時であり、計時器が測定待機間隔の時間計数を開始し、且つ次のステップ１９を実行する。
ステップ１９は、サンプリング検出の周期を判定し、もし計時器の計数の測定間隔待機時間がシステム設定のＴ２値に達していなければ、再度ステップ１８ｃに戻り、続いて計時を行い、システム設定のＴ２値に達したら、再度ステップ１４に戻り、次の周期のサンプリング検出を実行する。
【００１０】
且つステップ１４からステップ１９はサンプリング検出の一周期であり、ソフトウエアフロー１０中の主回路とされる。
【００１１】
この間について更に説明すると、即ちステップ１３のプレアラーム値は多段設定とされ、即ち多段式のプレアラーム表示が実行され、段階に分けられたプレアラーム期を提供できる。
【００１２】
図３に示されるのは、本発明の方法のサンプリング時間表示図であり、図示されるように、Ｘ軸は時間、Ｙ軸は電圧値である。即ち、本発明の方法により、Ｔ１は電圧瞬間サンプリングの検出時間（そのうちＴ１値は１０００μｓｅｃ以下、且つ好ましくは５０μｓｅｃとされる）で、且つＴ２は測定待機間隔の時間（また結果表示の時間とされうる）、この意味は即ち、Ｎ回サンプリング検出のシステム設定値を完成した時、表示結果が更新され、Ｔ２が新たに計数され、こうして自動循環操作の目的を達成し、これにより長時間電池を監視できる。
【００１３】
図４を参照されたい。本発明の好ましい実施例にあって、該モニタリング装置２０は被測定電源３０と並列に連接され、且つ被測定電源３０は電池Ｂ２とその他の電源ソース設備Ｓ１が並列に連接されてなり、該モニタリング装置２０は電圧安定回路２１、ＣＰＵ２２、電圧サンプリング回路２３、電流負荷制御回路２４、及びランプ状況表示回路２５を具えている。
【００１４】
電圧安定回路２１は、ＣＰＵ２２及び作業回路の作業を正常とするため、平穏な電源を出力することができる。
【００１５】
該ＣＰＵ２２は、全体の回路操作を制御し、電圧或いは電流の検出サンプリングから、データの保存、数値計算、結果出力等を制御する。
【００１６】
該電圧サンプリング回路２３は、Ｔ２時間ごとに、ＣＰＵ２２がこれにより被測定電源３０より電源及び電流のデータを取得し、該電圧サンプリング回路２３が取得データをＣＰＵ２２に送り、ＣＰＵ２２が処理を行う。
【００１７】
該電流負荷制御回路２４は、ＣＰＵ２２がソフトウエアプログラムにより電流負荷を制御し、被測定電源３０の出力エネルギー量を試験する（その瞬間電流は１Ａ〜３００Ａ範囲で調整可能である）。
【００１８】
該ランプ状況表示回路２５は、ＣＰＵ２２の制御を受けて、測量の結果を異なるランプ色で表示する。
【００１９】
この装置が電池Ｂ２の回路に連接される時、電流は電圧安定回路２１を通過してＣＰＵ２２に作業開始させ、ＣＰＵ２２が空負荷状態下で、まず電池Ｂ２の電圧をサンプリング読み取りし、さらに極めて短いサンプリング検出時間Ｔ１を以て、電流負荷制御回路２４を経由して負荷を加え、並びに電圧サンプリング回路２３がこの時の電池Ｂ２の電圧を読み取る。
【００２０】
待機測定間隔時間Ｔ２にあって、サンプリング検出時間Ｔ１を以て電池の電圧を連続Ｎ回（Ｎは２〜４が好ましい）読み取り、電流負荷制御回路２４がオフとされた後、さらに平均値を計算し、並びに結果をランプ状況表示回路２５に送りランプ表示し、大電流負荷放電を以て正確な電池Ｂ２の電圧及び内部抵抗を読み取り、且つ節電の目的を達成し、長期のモニタリングとプレアラームが行える。
【００２１】
その他の電源ソース設備Ｓ１は、発電機或いは充電器とされうる。
【００２２】
図５に示されるのは、本発明の第２実施例であり、この実施例中、モニタリング装置は、さらに電池極性逆方向保護回路２６、音声アラーム装置回路２７を具えている。
【００２３】
そのうち、該電池極性逆方向保護回路２６は、プラスとマイナスの極性を反対に連接することにより損壊がもたらされるのを防止するため、電池極性が反対の時、本発明の装置の安全を確保する。
【００２４】
音声アラーム装置回路２７は、ＣＰＵ２２の測量による結果により、危険時（例えば電池低電圧時）に、音声アラーム指示を行う。
【００２５】
電池Ｂ２が老化、損壊した時、本発明の第２実施例では、ランプアラームを提供するほか、音声でアラーム信号を提供する。
【００２６】
図６に示される本発明の第３実施例では、該モニタリング装置が、さらに電源状態検出回路２８、電気メータ表示装置２８１、及びディジタル信号インタフェース変換器２８２を具えている。
【００２７】
そのうち、該電源状態検出回路２８は、ＣＰＵ２２の制御を受け被測定電源３０より電圧及び電流のデータを取得し、被測定電源３０の状況を判断し、さらにＣＰＵ２２に送り処理を行う。
【００２８】
該電気メータ表示装置２８１は、ＣＰＵ２２により測定の結果をメーターに数字表示する。
【００２９】
該ディジタル信号インタフェース変換器２８２は、ＣＰＵ２２により測定の結果をインタフェースを経由して外界とコミュニケート、連携する。
【００３０】
本発明の装置は並列に電池Ｂ２及びその他の電源ソース設備Ｓ１（発電機或いは充電器）に連接され、これにより、発電或いは充電の状況がある時、並列連接端の測定する電圧波形は明らかに上向きにアップし得て、これにより、電池Ｂ２のほかに、その他の直流電力ソースが有るか否かを判別でき、並びにＣＰＵ２２により異なるモードの測定法式に切り換えることができ、これにより最も正確なデータを獲得できる。発電或いは充電不良の状況の時、並列連接端の測定する電圧波形は予期された上昇値を達成できないため、電源状態検出回路２８が被測定電源３０が発電或いは充電不良の状況を有すると判断し、並びにＣＰＵ２２がランプアラーム或いは音声アラーム或いは電気メーター数字表示を行い、プレアラームを提供し、電池の電力消耗に任せてその寿命な異常な縮減の状況が発生するのを防止する。
【００３１】
図７に示されるのは本発明の第４実施例であり、該モニタリング装置はさらに、電池温度検出回路２９、電池温度センサ２９１を具えている。
【００３２】
該電池温度検出回路２９は、電池温度センサ２９１により電池の温度を測定し、さらにそのデータを受け取ったＣＰＵ２２が、電池温度に対応する特性曲線により精密な電池容量を計算し、環境因子の影響によりもたらされる偏差を防止し、並びに設定されたプレアラーム値を修正する（なぜなら、環境温度は電池の曲線図に影響を与えうるためであり、これは図１１、１２に示されるとおりである）。ゆえに、本発明の第４実施例は、電池Ｂ２の温度をモニタリングでき、並びに過充電或いは過放電を防止する。
【００３３】
図８から図１０を参照されたい。図８の本発明の好ましい実施例の回路図において、Ｑ１はパワートランジスタであり、Ｒ２は降圧素子であり、Ｂ３は被測定電源であり、Ｄ４はＬＥＤ指示器であり、Ｂ３は電池であり、Ｄ４はＬＥＤ指示器である。本発明の装置の実際の測定の実験結果は図９、１０に示されている。
【００３４】
総合すると、本発明の車両用電源モニタリング装置及び方法は、新規性、進歩性、産業上の利用価値を有し、特許の要件に符合する。なお、本発明に基づきなしうる細部の修飾或いは改変は、いずれも本発明の請求範囲に属するものとする。
【００３５】
【発明の効果】
本発明の車両用電源モニタリング装置及び方法は、大電流負荷の瞬間放電により、車両用電源の並列端のサンプリング電圧値を獲得し、長時間のモニタリングを行い、そのうち電動車両の電源は電池、発電機或いは充電器を含む。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の方法のステップフローブロック図である。
【図２】本発明の方法のソフトウエアフローチャートである。
【図３】本発明の方法のサンプリング時間表示図である。
【図４】本発明の装置の第１実施例のハードウエアブロック図である。
【図５】本発明の装置の第２実施例のハードウエアブロック図である。
【図６】本発明の装置の第３実施例のハードウエアブロック図である。
【図７】本発明の装置の第４実施例のハードウエアブロック図である。
【図８】本発明の装置の好ましい実施例の電気回路図である。
【図９】本発明の装置の実際の測定の実験図である。
【図１０】本発明の装置の実際の測定の実験図である。
【図１１】周知のＮＰ型電池の放電特性関係図である。
【図１２】周知のＮＰ型電池の温度特性関係図である。
【図１３】周知のＮＰ型電池の保存特性関係図である。
【符号の説明】
２２ ＣＰＵ
２３ 電圧サンプリング回路
２４ 電流負荷制御回路
２５ ランプ状況表示回路
２６ 極性逆方向保護回路
２７ 音声アラーム装置回路
２８ 電源状態検出回路
２８１ 電気メータ表示装置
２８２ インタフェース変換器
２９ 電池温度検出回路
２９１ 電池温度センサ
３０ 被測定電源
Ｂ２、Ｂ３ 電池
Ｄ４ ＬＥＤ指示器
Ｑ１ パワートランジスタ
Ｒ２ 降圧素子
Ｓ１ その他の電源ソース設備
Ｔ１ サンプリング検出時間
Ｔ２ 測定待機間隔時間
１０ ソフトウエアフロー
２０ モニタリング装置
２１ 電圧安定回路
【発明の属する技術分野】
本発明は一種の車両用電源モニタリング装置及び方法に係り、大電流負荷の瞬間放電により、車両用電源の並列端のサンプリング電圧値を獲得し、長時間のモニタリングを行い、そのうち電動車両の電源は電池、発電機或いは充電器を含む、車両用電源モニタリング装置及び方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般電池（例えばＮＰ型電池を例とする）は、もし放電電流が小さくなれば、その安定出力電圧の時間も長くなり、その放電特性は図１１に示されるとおりである。且つ環境温度もまた電池の実際の利用できる容量、及び電池の保存寿命に影響を与え、その温度特性及び保存特性の関係は、図１２、１３に示されるとおりである。このため、電動車両用電池の寿命は環境温度、充電条件、充電時間、及び負荷放電により定まる。このほか、もし車両の発電機に充電不良の状況があると、車両の電気設備が大量に電池の電力を消耗し、電池寿命が異常に縮減される。
【０００３】
さらに、現在ある車両設備は、随時電池の電力供給状況及び発電機の充電状況をモニタリングできず、このため人が車両を起動できない時に、人工検査してはじめて電池の電力供給不足であることが分かり、且つ電池の寿命が異常に縮減した時、技術者の専業検査と外接測定機器の測定によりはじめて発電機の充電異常を知ることができる。ゆえに、使用上、事実上、理想でないところがあった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の主要な目的は、一種の長時間モニタリングの車両用電源モニタリング装置及び方法を提供することにあり、且つ該方法と装置は以下の長所、特徴及び目的を有するものとする。
０１．本発明の方法はパワートランジスタの行う短時間のスイッチ切り換えを利用し、被測定電池に対して瞬間的に大電流負荷放電を行い、サンプリング電圧値を獲得し、ゆえに極めて節電でき及び正確である。
０２．本発明の装置の占める体積は極めて小さく、ゆえに長期に電源上に安置でき、随時電池の状態をモニタリングできる。
０３．本発明の装置は電池と発電機（或いは充電器）と並列に連接され、ゆえに随時発電機或いは充電器が正常であるか否かを随時モニタリングできる。
０４．本発明の装置はシステム内にプレアラーム値を設定でき、早期にプレアラームを提供し、電池の電力消耗に任せ、その寿命の異常な縮減の状況の発生を防止する。
０５．本発明の装置は多段階にプレアラーム値を設定でき、多段式プレアラーム値表示を行い、段階分けされたプレアラーム期を提供する。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、車両用電源モニタリングプレアラーム方法において、
（ａ）瞬間大電流サンプリングのステップであって、パワートランジスタの行う極短の測定時間Ｔ１のスイッチ切り換えを利用し、被測定電池に対して瞬間的な大電流サンプリングを行い、サンプリング電圧値を測定し、並びにシステムの設定によりＮ回重複し、システムにＮ個のサンプリング電圧値を獲得させ、そのうち、この極短の測定時間Ｔ１は１０００μｓｅｃより小さく、Ｎ値は１より大きく、該瞬間大電流は１Ａから３００Ａであるステップ、
（ｂ）数値計算のステップであって、システムがサンプリング電圧値の平均値を計算するステップ、
（ｃ）数値対比のステップであって、ステップ（ｂ）で取得した平均値と設定されたプレアラーム値とを対比するステップ、
（ｄ）結果表示のステップであって、ステップ（ｂ）の数値計算の結果を表示可能なユニットに出力し、且つステップ（ｃ）の対比結果がすでにプレアラーム値に達していれば、プレアラーム表示を行うステップ、
（ｅ）測定間隔待機のステップであって、システムの設定する測定待機間隔時間Ｔ２により、間隔時間の計時を行い次の瞬間大電流サンプリング測定の時点に待機するステップ、
以上のステップを含み、且つ（ａ）から（ｄ）のステップがモニタリング過程とされ、（ｅ）のステップが測定待機過程とされ、これにより、長時間電池状態及び充電状況をモニタリングできることを特徴とする、車両用電源モニタリングプレアラーム方法としている。
請求項２の発明は、前記プレアラーム値が多段設定され、即ち（ｄ）のステップを実行する時、多段式のプレアラーム表示を行い、段階分けされたプレアラーム期を提供することを特徴とする、請求項１に記載の車両用電源モニタリングプレアラーム方法としている。
請求項３の発明は、車両用電源モニタリングプレアラーム方法において、そのソフトウエアフローが、
（１）システム開始ステップであって、システムハードウエアがベクトルアドレスを中断し、ソフトウエアプログラムの開始点となすステップ、
（２）システム初期化ステップであって、システムレジスタ及び入力ピンの初期化が行われ、レジスタの初期値を設定し、中断ベクトルと計時器をオンとし、並びに各一つの入出力ピンの状態を初期値に定義するステップ、
（３）システムが車両用電源のモニタリングプレアラーム値を設定するステップ、
（４）負荷起動ステップであって、パワートランジスタを車両用電源モニタリングの負荷となし、並びに瞬間大電流でパワートランジスタを起動し、極短の測定時間Ｔ１のスイッチ切り換えを行い、被測定電池に対して瞬間の大電流サンプリングを行い、この極短の測定時間Ｔ１は１０００μｓｅｃより小さく、Ｎ値は１より大きく、該瞬間大電流は１Ａから３００Ａであるステップ、
（５）電圧のサンプリング測定ステップであって、瞬間サンプリングの測定時間はＴ１とされ、このほか、システムの電圧／電流の関係式より換算し、この時の電流を求め、ゆえにまた電流のサンプリング測定とされるステップ、
（６）負荷オフステップであって、パワートランジスタをオフとし、これにより負荷電流を除去するステップ、
（７）サンプリング測定回数の判定ステップであって、Ｎ回のサンプリング測定のシステム設定値を未完成の時、再度ステップ（４）に戻り、次の瞬間大電流サンプリング測定を行い、Ｎ回のサンプリング測定のシステム設定値を完成するまで行った後、（８）のステップを実行し、該Ｎ値は１より大きいものとするステップ、
（８）サンプリング電圧値の平均値計算ステップとされ、これはまたサンプリング電流の平均値の計算とされうるステップ、
（９）数値の対比ステップとされ、（８）のステップの結果とプレアラーム値を相互に対比するステップ、
（１０）表示ユニット制御ステップとされ、（８）のステップの結果を出力表示し、且つもしステップ（９）の対比結果がプレアラーム値に既に達していれば、プレアラーム表示を実行するステップ、
（１１）測定待機計時ステップとされ、計時器が測定待機間隔の時間計数を開始するステップ、
（１２）サンプリング検出の周期判定ステップとされ、もし計時器の計数の測定間隔待機時間がシステム設定のＴ２値に達していなければ、再度（１１）のステップに戻り、続けて計時を行い、システム設定のＴ２値に達したら、再度（４）のステップに戻り、次の周期のサンプリング検出を実行するステップ、
以上のステップを含み、（４）のステップから（１２）のステップがサンプリング検出の一サイクルとされ、ソフトウエアフロー中の主回路とされたことを特徴とする、車両用電源モニタリングプレアラーム方法としている。
請求項４の発明は、前記プレアラーム値が多段設定され、即ち多段式のプレアラーム表示を行い、段階分けされたプレアラーム期を提供することを特徴とする、請求項３に記載の車両用電源モニタリングプレアラーム方法としている。
請求項５の発明は、前記Ｔ１値が５０μｓｅｃとされ、Ｎ値は２から４とされることを特徴とする、請求項３に記載の車両用電源モニタリングプレアラーム方法としている。
請求項６の発明は、車両用電源モニタリングプレアラーム装置において、モニタリングプレアラーム装置は被測定電源と並列に連接され、該被測定電源は電池とその他の電源設備が並列に接続されて構成され、該モニタリングプレアラーム装置は、電圧安定回路、ＣＰＵ、電圧サンプリング回路、電流負荷制御回路、及びランプ状況表示回路を具え、
電圧安定回路は、ＣＰＵ及び作業回路の作業を正常とするため、平穏な電源を出力し、 該ＣＰＵは、該電圧安定回路に接続されて、全体の回路操作を制御し、電圧或いは電流の検出サンプリング、データの保存、数値計算、結果出力等を制御し、
該電圧サンプリング回路は、ＣＰＵに接続され、測定待機間隔Ｔ２時間ごとに、該ＣＰＵの指示により被測定電源より瞬間測定サンプリング電圧データを取得し、更にＣＰＵに取得したデータを行い処理に供し、
該電流負荷制御回路は、パワートランジスタ制御回路とされ、該パワートランジスタ制御回路は直接該被測定電源のプラス極とマイナス極間に並列に接続され、且つ該パワートランジスタのゲートがＣＰＵに接続され、ＣＰＵがソフトウエアプログラムにより該パワートランジスタを制御し、並びに極短の測定時間Ｔ１で瞬間的に該パワートランジスタを起動して負荷に対して瞬間大電流サンプリングを行い、被測定電源の出力エネルギー量を試験し、
該ランプ状況表示回路は、ＣＰＵに接続され、ＣＰＵの測定の結果による指示を受けて、異なる表示で情況を指示し、
該極短の測定時間Ｔ１は１０００μｓｅｃより小さく、該測定時間Ｔ１は該測定待機間隔時間Ｔ２より小さく、該瞬間大電流は１Ａから３００Ａであり、
これにより、各測定待機間隔時間Ｔ２ごとに、該ＣＰＵが自動的にＴ１を瞬間サンプリングの測定時間となし、該電流負荷制御回路と電圧サンプリング回路を通して被測定電源より電圧データを取得し、且つその測定方法は、極短の測定時間Ｔ１を測定時間とし、該電流負荷制御回路により瞬間大電流で連続して該被測定電源に対して数回サンプリングを行い、更に電流負荷制御回路を切断した後、該ＣＰＵがこのサンプリングデータの平均値を計算して設定値と比較し、該平均値が該設定値より低ければ、該ＣＰＵが処理を行い、並びに結果を表示回路に出力して状況を表示し、長期のモニタリングとプレアラームを行うことを特徴とする、車両用電源モニタリングプレアラーム装置としている。
請求項７の発明は、前記車両用電源モニタリングプレアラーム装置において、その他の電源ソース設備は、発電機或いは充電器とされ、該電流負荷制御回路の瞬間電流は、１Ａ〜３００Ａ範囲で調整可能とされたことを特徴とする、請求項６に記載の車両用電源モニタリングプレアラーム装置としている。
請求項８の発明は、前記車両用電源モニタリングプレアラーム装置において、該モニタリングプレアラーム装置が、さらに電池極性逆方向保護回路、音声プレアラーム表示回路を具え、
該電池極性逆方向保護回路は、ＣＰＵに接続され、プラスとマイナスの極性を反対に接続することによる損壊を防止し、
音声プレアラーム表示回路は、ＣＰＵに接続され並びにＣＰＵの指示を受けて測定の結果を表示し、電池が低電圧となるか発電機或いは充電器が故障した時、音声で状況をプレアラーム表示し、
これにより、電池が老化、損壊した時、或いはその他の電源ソース設備が不良である時、音声でアラーム信号を提供することを特徴とする、請求項６に記載の車両用電源モニタリングプレアラーム装置としている。
請求項９の発明は、前記車両用電源モニタリングプレアラーム装置において、該被測定電源が更に発電機或いは充電器を包含し、該モニタリングプレアラーム装置がさらに、電源状態検出回路、電気メータ表示装置、及びディジタル信号インタフェース変換器を具え、
該電源状態検出回路は、ＣＰＵに接続され並びにＣＰＵの指示を受けて、被測定電源より電圧及び電流のデータを取得し、被測定電源の状況を判断し、さらにＣＰＵに送り処理に供し、
該電気メータ表示装置は、ＣＰＵに接続され並びにＣＰＵの測定の結果を受けて、測定の結果をメーターに数字表示し、
該ディジタル信号インタフェース変換器は、ＣＰＵに接続され並びにＣＰＵの測定の結果により、該ディジタル信号インタフェース変換器により外界とのコミュニケーション、接続が行われ、
これにより、被測定電源の両端の電圧が高くなる時、該電源状態検出回路が被測定電源に発電機或いは充電器の加入が有るかを判別し、並びにＣＰＵにより異なるモードの検出方式に切り換え、且つ電源状態検出回路により被測定電源に発電機或いは充電器に不良の状態があるかを判断し、不良の状況がある時はＣＰＵの指示によりランプ表示を行うか、或いは音声表示を行うか、或いは電気メータ表示を行い、プレアラームを提供することを特徴とする、請求項８に記載の車両用電源モニタリングプレアラーム装置としている。
請求項１０の発明は、前記車両用電源モニタリングプレアラーム装置において、該モニタリングプレアラーム装置がさらに、電池温度検出回路及び電池温度センサを具え、
該電池温度検出回路は、電池温度センサにより電池の温度を測定し、さらにそのデータを受け取ったＣＰＵが電池温度に対応する特性曲線により精密な電池容量を計算し、環境因子の影響によりもたらされる偏差を防止し、並びに設定されたプレアラーム値を修正し、これにより、電池の温度をモニタリングし、並びに過充電或いは過放電を防止することを特徴とする、請求項９に記載の車両用電源モニタリングプレアラーム装置としている。
【０００６】
【発明の実施の形態】
図１に示されるのは本発明の方法のステップフローブロック図であり、これから分かるように、本発明のモニタリング方法は以下のステップを含む。
ステップ１： 瞬間サンプリングのステップとされ、パワートランジスタの行う短時間のスイッチ切り換えを利用し、被測定電池に対して瞬間的な大電流負荷放電を行い、サンプリング電圧値を測定し、並びにシステムの設定によりＮ回重複し、システムにＮ個のサンプリング電圧値を獲得させる。
ステップ２： 数値計算のステップとされ、システムがサンプリング電圧値の平均値を計算する。
ステップ３： 数値対比のステップとされ、電池特性のためにこうなった（図１１から１２参照）。その特性極性の傾斜率は末端に常に急激変化を発生し、予測しがたい。このため、システムが一つのプレアラーム値を設定し、ステップ２で求めた平均値と対比する。
ステップ４： 結果表示のステップとされ、システムが数値計算の結果を表示を行うユニットに出力し、且つもしステップ３の対比結果がすでにプレアラーム値に達しておれば、プレアラーム表示を行う。
ステップ５： 間隔測定待機のステップとされ、システムの設定時間により、間隔時間の計時を行い次の測定に待機する。
【０００７】
且つステップ１からステップ４はモニタリング過程であり、ステップ５は測定待機過程であり、これにより、電池状態及び充電状況が異常であるか否かを長時間監視できる。
【０００８】
この間に説明すべきことは、ステップ３のプレアラーム値はさらに多段設定可能であり、即ちステップ３を実行する時、多段式のプレアラーム表示を行い、段階分けしたプレアラーム期を提供することができる。
【０００９】
図２は本発明の方法のソフトウエアフローチャートであり、そのうち、該ソフトウエアフロー１０は、以下を包括する。
ステップ１１はシステム開始であり、システムハードウエアがベクトルアドレスを中断し、ソフトウエアプログラムの開始点となす。
ステップ１２はシステム初期化であり、システムレジスタ及び入力ピンの初期化が行われ、レジスタの初期値を設定し、中断ベクトルと計時器をオンとし、並びに各一つの入出力ピンの状態を初期値に定義する。
ステップ１３はシステムプレアラーム値設定である。
ステップ１４は負荷起動であり、パワートランジスタを起動し負荷電流を増加する。
ステップ１５は電圧のサンプリング測定であり、瞬間サンプリングの測定時間はＴ１とされ、このほか、システムの電圧／電流の関係式より換算し、この時の電流を求め、ゆえにまた電流のサンプリング測定とされる。
ステップ１６は、負荷オフであり、パワートランジスタをオフとし、これにより負荷電流を除去する。
ステップ１７は、サンプリング測定回数の判定であり、Ｎ回のサンプリング測定のシステム設定値を未完成の時、再度ステップ１４に戻り、次のサンプリング測定を行い、Ｎ回のサンプリング測定のシステム設定値を完成するまで行った後、ステップ１８を実行する。
ステップ１８は、サンプリング電圧値の平均値計算であり、サンプリング電流の平均値の計算とされうる。
ステップ１８ａは数値の対比であり、ステップ１８の結果とプレアラーム値を相互に対比する。
ステップ１８ｂは表示ユニット制御であり、並びにステップ１８の結果を出力表示し、且つもしステップ１８ａの対比結果がプレアラーム値に既に達していれば、プレアラーム表示を実行する。
ステップ１８ｃは測定待機計時であり、計時器が測定待機間隔の時間計数を開始し、且つ次のステップ１９を実行する。
ステップ１９は、サンプリング検出の周期を判定し、もし計時器の計数の測定間隔待機時間がシステム設定のＴ２値に達していなければ、再度ステップ１８ｃに戻り、続いて計時を行い、システム設定のＴ２値に達したら、再度ステップ１４に戻り、次の周期のサンプリング検出を実行する。
【００１０】
且つステップ１４からステップ１９はサンプリング検出の一周期であり、ソフトウエアフロー１０中の主回路とされる。
【００１１】
この間について更に説明すると、即ちステップ１３のプレアラーム値は多段設定とされ、即ち多段式のプレアラーム表示が実行され、段階に分けられたプレアラーム期を提供できる。
【００１２】
図３に示されるのは、本発明の方法のサンプリング時間表示図であり、図示されるように、Ｘ軸は時間、Ｙ軸は電圧値である。即ち、本発明の方法により、Ｔ１は電圧瞬間サンプリングの検出時間（そのうちＴ１値は１０００μｓｅｃ以下、且つ好ましくは５０μｓｅｃとされる）で、且つＴ２は測定待機間隔の時間（また結果表示の時間とされうる）、この意味は即ち、Ｎ回サンプリング検出のシステム設定値を完成した時、表示結果が更新され、Ｔ２が新たに計数され、こうして自動循環操作の目的を達成し、これにより長時間電池を監視できる。
【００１３】
図４を参照されたい。本発明の好ましい実施例にあって、該モニタリング装置２０は被測定電源３０と並列に連接され、且つ被測定電源３０は電池Ｂ２とその他の電源ソース設備Ｓ１が並列に連接されてなり、該モニタリング装置２０は電圧安定回路２１、ＣＰＵ２２、電圧サンプリング回路２３、電流負荷制御回路２４、及びランプ状況表示回路２５を具えている。
【００１４】
電圧安定回路２１は、ＣＰＵ２２及び作業回路の作業を正常とするため、平穏な電源を出力することができる。
【００１５】
該ＣＰＵ２２は、全体の回路操作を制御し、電圧或いは電流の検出サンプリングから、データの保存、数値計算、結果出力等を制御する。
【００１６】
該電圧サンプリング回路２３は、Ｔ２時間ごとに、ＣＰＵ２２がこれにより被測定電源３０より電源及び電流のデータを取得し、該電圧サンプリング回路２３が取得データをＣＰＵ２２に送り、ＣＰＵ２２が処理を行う。
【００１７】
該電流負荷制御回路２４は、ＣＰＵ２２がソフトウエアプログラムにより電流負荷を制御し、被測定電源３０の出力エネルギー量を試験する（その瞬間電流は１Ａ〜３００Ａ範囲で調整可能である）。
【００１８】
該ランプ状況表示回路２５は、ＣＰＵ２２の制御を受けて、測量の結果を異なるランプ色で表示する。
【００１９】
この装置が電池Ｂ２の回路に連接される時、電流は電圧安定回路２１を通過してＣＰＵ２２に作業開始させ、ＣＰＵ２２が空負荷状態下で、まず電池Ｂ２の電圧をサンプリング読み取りし、さらに極めて短いサンプリング検出時間Ｔ１を以て、電流負荷制御回路２４を経由して負荷を加え、並びに電圧サンプリング回路２３がこの時の電池Ｂ２の電圧を読み取る。
【００２０】
待機測定間隔時間Ｔ２にあって、サンプリング検出時間Ｔ１を以て電池の電圧を連続Ｎ回（Ｎは２〜４が好ましい）読み取り、電流負荷制御回路２４がオフとされた後、さらに平均値を計算し、並びに結果をランプ状況表示回路２５に送りランプ表示し、大電流負荷放電を以て正確な電池Ｂ２の電圧及び内部抵抗を読み取り、且つ節電の目的を達成し、長期のモニタリングとプレアラームが行える。
【００２１】
その他の電源ソース設備Ｓ１は、発電機或いは充電器とされうる。
【００２２】
図５に示されるのは、本発明の第２実施例であり、この実施例中、モニタリング装置は、さらに電池極性逆方向保護回路２６、音声アラーム装置回路２７を具えている。
【００２３】
そのうち、該電池極性逆方向保護回路２６は、プラスとマイナスの極性を反対に連接することにより損壊がもたらされるのを防止するため、電池極性が反対の時、本発明の装置の安全を確保する。
【００２４】
音声アラーム装置回路２７は、ＣＰＵ２２の測量による結果により、危険時（例えば電池低電圧時）に、音声アラーム指示を行う。
【００２５】
電池Ｂ２が老化、損壊した時、本発明の第２実施例では、ランプアラームを提供するほか、音声でアラーム信号を提供する。
【００２６】
図６に示される本発明の第３実施例では、該モニタリング装置が、さらに電源状態検出回路２８、電気メータ表示装置２８１、及びディジタル信号インタフェース変換器２８２を具えている。
【００２７】
そのうち、該電源状態検出回路２８は、ＣＰＵ２２の制御を受け被測定電源３０より電圧及び電流のデータを取得し、被測定電源３０の状況を判断し、さらにＣＰＵ２２に送り処理を行う。
【００２８】
該電気メータ表示装置２８１は、ＣＰＵ２２により測定の結果をメーターに数字表示する。
【００２９】
該ディジタル信号インタフェース変換器２８２は、ＣＰＵ２２により測定の結果をインタフェースを経由して外界とコミュニケート、連携する。
【００３０】
本発明の装置は並列に電池Ｂ２及びその他の電源ソース設備Ｓ１（発電機或いは充電器）に連接され、これにより、発電或いは充電の状況がある時、並列連接端の測定する電圧波形は明らかに上向きにアップし得て、これにより、電池Ｂ２のほかに、その他の直流電力ソースが有るか否かを判別でき、並びにＣＰＵ２２により異なるモードの測定法式に切り換えることができ、これにより最も正確なデータを獲得できる。発電或いは充電不良の状況の時、並列連接端の測定する電圧波形は予期された上昇値を達成できないため、電源状態検出回路２８が被測定電源３０が発電或いは充電不良の状況を有すると判断し、並びにＣＰＵ２２がランプアラーム或いは音声アラーム或いは電気メーター数字表示を行い、プレアラームを提供し、電池の電力消耗に任せてその寿命な異常な縮減の状況が発生するのを防止する。
【００３１】
図７に示されるのは本発明の第４実施例であり、該モニタリング装置はさらに、電池温度検出回路２９、電池温度センサ２９１を具えている。
【００３２】
該電池温度検出回路２９は、電池温度センサ２９１により電池の温度を測定し、さらにそのデータを受け取ったＣＰＵ２２が、電池温度に対応する特性曲線により精密な電池容量を計算し、環境因子の影響によりもたらされる偏差を防止し、並びに設定されたプレアラーム値を修正する（なぜなら、環境温度は電池の曲線図に影響を与えうるためであり、これは図１１、１２に示されるとおりである）。ゆえに、本発明の第４実施例は、電池Ｂ２の温度をモニタリングでき、並びに過充電或いは過放電を防止する。
【００３３】
図８から図１０を参照されたい。図８の本発明の好ましい実施例の回路図において、Ｑ１はパワートランジスタであり、Ｒ２は降圧素子であり、Ｂ３は被測定電源であり、Ｄ４はＬＥＤ指示器であり、Ｂ３は電池であり、Ｄ４はＬＥＤ指示器である。本発明の装置の実際の測定の実験結果は図９、１０に示されている。
【００３４】
総合すると、本発明の車両用電源モニタリング装置及び方法は、新規性、進歩性、産業上の利用価値を有し、特許の要件に符合する。なお、本発明に基づきなしうる細部の修飾或いは改変は、いずれも本発明の請求範囲に属するものとする。
【００３５】
【発明の効果】
本発明の車両用電源モニタリング装置及び方法は、大電流負荷の瞬間放電により、車両用電源の並列端のサンプリング電圧値を獲得し、長時間のモニタリングを行い、そのうち電動車両の電源は電池、発電機或いは充電器を含む。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の方法のステップフローブロック図である。
【図２】本発明の方法のソフトウエアフローチャートである。
【図３】本発明の方法のサンプリング時間表示図である。
【図４】本発明の装置の第１実施例のハードウエアブロック図である。
【図５】本発明の装置の第２実施例のハードウエアブロック図である。
【図６】本発明の装置の第３実施例のハードウエアブロック図である。
【図７】本発明の装置の第４実施例のハードウエアブロック図である。
【図８】本発明の装置の好ましい実施例の電気回路図である。
【図９】本発明の装置の実際の測定の実験図である。
【図１０】本発明の装置の実際の測定の実験図である。
【図１１】周知のＮＰ型電池の放電特性関係図である。
【図１２】周知のＮＰ型電池の温度特性関係図である。
【図１３】周知のＮＰ型電池の保存特性関係図である。
【符号の説明】
２２ ＣＰＵ
２３ 電圧サンプリング回路
２４ 電流負荷制御回路
２５ ランプ状況表示回路
２６ 極性逆方向保護回路
２７ 音声アラーム装置回路
２８ 電源状態検出回路
２８１ 電気メータ表示装置
２８２ インタフェース変換器
２９ 電池温度検出回路
２９１ 電池温度センサ
３０ 被測定電源
Ｂ２、Ｂ３ 電池
Ｄ４ ＬＥＤ指示器
Ｑ１ パワートランジスタ
Ｒ２ 降圧素子
Ｓ１ その他の電源ソース設備
Ｔ１ サンプリング検出時間
Ｔ２ 測定待機間隔時間
１０ ソフトウエアフロー
２０ モニタリング装置
２１ 電圧安定回路
Claims (10)
- 車両用電源モニタリングプレアラーム方法において、
（ａ）瞬間大電流サンプリングのステップであって、パワートランジスタの行う極短の測定時間Ｔ１のスイッチ切り換えを利用し、被測定電池に対して瞬間的な大電流サンプリングを行い、サンプリング電圧値を測定し、並びにシステムの設定によりＮ回重複し、システムにＮ個のサンプリング電圧値を獲得させ、そのうち、この極短の測定時間Ｔ１は１０００μｓｅｃより小さく、Ｎ値は１より大きく、該瞬間大電流は１Ａから３００Ａであるステップ、
（ｂ）数値計算のステップであって、システムがサンプリング電圧値の平均値を計算するステップ、
（ｃ）数値対比のステップであって、ステップ（ｂ）で取得した平均値と設定されたプレアラーム値とを対比するステップ、
（ｄ）結果表示のステップであって、ステップ（ｂ）の数値計算の結果を表示可能なユニットに出力し、且つステップ（ｃ）の対比結果がすでにプレアラーム値に達していれば、プレアラーム表示を行うステップ、
（ｅ）測定間隔待機のステップであって、システムの設定する測定待機間隔時間Ｔ２により、間隔時間の計時を行い次の瞬間大電流サンプリング測定の時点に待機するステップ、
以上のステップを含み、且つ（ａ）から（ｄ）のステップがモニタリング過程とされ、（ｅ）のステップが測定待機過程とされ、これにより、長時間電池状態及び充電状況をモニタリングできることを特徴とする、車両用電源モニタリングプレアラーム方法。 - 前記プレアラーム値が多段設定され、即ち（ｄ）のステップを実行する時、多段式のプレアラーム表示を行い、段階分けされたプレアラーム期を提供することを特徴とする、請求項１に記載の車両用電源モニタリングプレアラーム方法。
- 車両用電源モニタリングプレアラーム方法において、そのソフトウエアフローが、
（１）システム開始ステップであって、システムハードウエアがベクトルアドレスを中断し、ソフトウエアプログラムの開始点となすステップ、
（２）システム初期化ステップであって、システムレジスタ及び入力ピンの初期化が行われ、レジスタの初期値を設定し、中断ベクトルと計時器をオンとし、並びに各一つの入出力ピンの状態を初期値に定義するステップ、
（３）システムが車両用電源のモニタリングプレアラーム値を設定するステップ、
（４）負荷起動ステップであって、パワートランジスタを車両用電源モニタリングの負荷となし、並びに瞬間大電流でパワートランジスタを起動し、極短の測定時間Ｔ１のスイッチ切り換えを行い、被測定電池に対して瞬間の大電流サンプリングを行い、この極短の測定時間Ｔ１は１０００μｓｅｃより小さく、Ｎ値は１より大きく、該瞬間大電流は１Ａから３００Ａであるステップ、
（５）電圧のサンプリング測定ステップであって、瞬間サンプリングの測定時間はＴ１とされ、このほか、システムの電圧／電流の関係式より換算し、この時の電流を求め、ゆえにまた電流のサンプリング測定とされるステップ、
（６）負荷オフステップであって、パワートランジスタをオフとし、これにより負荷電流を除去するステップ、
（７）サンプリング測定回数の判定ステップであって、Ｎ回のサンプリング測定のシステム設定値を未完成の時、再度ステップ（４）に戻り、次の瞬間大電流サンプリング測定を行い、Ｎ回のサンプリング測定のシステム設定値を完成するまで行った後、（８）のステップを実行し、該Ｎ値は１より大きいものとするステップ、
（８）サンプリング電圧値の平均値計算ステップとされ、これはまたサンプリング電流の平均値の計算とされうるステップ、
（９）数値の対比ステップとされ、（８）のステップの結果とプレアラーム値を相互に対比するステップ、
（１０）表示ユニット制御ステップとされ、（８）のステップの結果を出力表示し、且つもしステップ（９）の対比結果がプレアラーム値に既に達していれば、プレアラーム表示を実行するステップ、
（１１）測定待機計時ステップとされ、計時器が測定待機間隔の時間計数を開始するステップ、
（１２）サンプリング検出の周期判定ステップとされ、もし計時器の計数の測定間隔待機時間がシステム設定のＴ２値に達していなければ、再度（１１）のステップに戻り、続けて計時を行い、システム設定のＴ２値に達したら、再度（４）のステップに戻り、次の周期のサンプリング検出を実行するステップ、
以上のステップを含み、（４）のステップから（１２）のステップがサンプリング検出の一サイクルとされ、ソフトウエアフロー中の主回路とされたことを特徴とする、車両用電源モニタリングプレアラーム方法。 - 前記プレアラーム値が多段設定され、即ち多段式のプレアラーム表示を行い、段階分けされたプレアラーム期を提供することを特徴とする、請求項３に記載の車両用電源モニタリングプレアラーム方法。
- 前記Ｔ１値が５０μｓｅｃとされ、Ｎ値は２から４とされることを特徴とする、請求項３に記載の車両用電源モニタリングプレアラーム方法。
- 車両用電源モニタリングプレアラーム装置において、モニタリングプレアラーム装置は被測定電源と並列に連接され、該被測定電源は電池とその他の電源設備が並列に接続されて構成され、該モニタリングプレアラーム装置は、電圧安定回路、ＣＰＵ、電圧サンプリング回路、電流負荷制御回路、及びランプ状況表示回路を具え、
電圧安定回路は、ＣＰＵ及び作業回路の作業を正常とするため、平穏な電源を出力し、 該ＣＰＵは、該電圧安定回路に接続されて、全体の回路操作を制御し、電圧或いは電流の検出サンプリング、データの保存、数値計算、結果出力等を制御し、
該電圧サンプリング回路は、ＣＰＵに接続され、測定待機間隔Ｔ２時間ごとに、該ＣＰＵの指示により被測定電源より瞬間測定サンプリング電圧データを取得し、更にＣＰＵに取得したデータを行い処理に供し、
該電流負荷制御回路は、パワートランジスタ制御回路とされ、該パワートランジスタ制御回路は直接該被測定電源のプラス極とマイナス極間に並列に接続され、且つ該パワートランジスタのゲートがＣＰＵに接続され、ＣＰＵがソフトウエアプログラムにより該パワートランジスタを制御し、並びに極短の測定時間Ｔ１で瞬間的に該パワートランジスタを起動して負荷に対して瞬間大電流サンプリングを行い、被測定電源の出力エネルギー量を試験し、
該ランプ状況表示回路は、ＣＰＵに接続され、ＣＰＵの測定の結果による指示を受けて、異なる表示で情況を指示し、
該極短の測定時間Ｔ１は１０００μｓｅｃより小さく、該測定時間Ｔ１は該測定待機間隔時間Ｔ２より小さく、該瞬間大電流は１Ａから３００Ａであり、
これにより、各測定待機間隔時間Ｔ２ごとに、該ＣＰＵが自動的にＴ１を瞬間サンプリングの測定時間となし、該電流負荷制御回路と電圧サンプリング回路を通して被測定電源より電圧データを取得し、且つその測定方法は、極短の測定時間Ｔ１を測定時間とし、該電流負荷制御回路により瞬間大電流で連続して該被測定電源に対して数回サンプリングを行い、更に電流負荷制御回路を切断した後、該ＣＰＵがこのサンプリングデータの平均値を計算して設定値と比較し、該平均値が該設定値より低ければ、該ＣＰＵが処理を行い、並びに結果を表示回路に出力して状況を表示し、長期のモニタリングとプレアラームを行うことを特徴とする、車両用電源モニタリングプレアラーム装置。 - 前記車両用電源モニタリングプレアラーム装置において、その他の電源ソース設備は、発電機或いは充電器とされ、該電流負荷制御回路の瞬間電流は、１Ａ〜３００Ａ範囲で調整可能とされたことを特徴とする、請求項６に記載の車両用電源モニタリングプレアラーム装置。
- 前記車両用電源モニタリングプレアラーム装置において、該モニタリングプレアラーム装置が、さらに電池極性逆方向保護回路、音声プレアラーム表示回路を具え、
該電池極性逆方向保護回路は、ＣＰＵに接続され、プラスとマイナスの極性を反対に接続することによる損壊を防止し、
音声プレアラーム表示回路は、ＣＰＵに接続され並びにＣＰＵの指示を受けて測定の結果を表示し、電池が低電圧となるか発電機或いは充電器が故障した時、音声で状況をプレアラーム表示し、
これにより、電池が老化、損壊した時、或いはその他の電源ソース設備が不良である時、音声でアラーム信号を提供することを特徴とする、請求項６に記載の車両用電源モニタリングプレアラーム装置。 - 前記車両用電源モニタリングプレアラーム装置において、該被測定電源が更に発電機或いは充電器を包含し、該モニタリングプレアラーム装置がさらに、電源状態検出回路、電気メータ表示装置、及びディジタル信号インタフェース変換器を具え、 該電源状態検出回路は、ＣＰＵに接続され並びにＣＰＵの指示を受けて、被測定電源より電圧及び電流のデータを取得し、被測定電源の状況を判断し、さらにＣＰＵに送り処理に供し、
該電気メータ表示装置は、ＣＰＵに接続され並びにＣＰＵの測定の結果を受けて、測定の結果をメーターに数字表示し、
該ディジタル信号インタフェース変換器は、ＣＰＵに接続され並びにＣＰＵの測定の結果により、該ディジタル信号インタフェース変換器により外界とのコミュニケーション、接続が行われ、
これにより、被測定電源の両端の電圧が高くなる時、該電源状態検出回路が被測定電源に発電機或いは充電器の加入が有るかを判別し、並びにＣＰＵにより異なるモードの検出方式に切り換え、且つ電源状態検出回路により被測定電源に発電機或いは充電器に不良の状態があるかを判断し、不良の状況がある時はＣＰＵの指示によりランプ表示を行うか、或いは音声表示を行うか、或いは電気メータ表示を行い、プレアラームを提供することを特徴とする、請求項８に記載の車両用電源モニタリングプレアラーム装置。 - 前記車両用電源モニタリングプレアラーム装置において、該モニタリングプレアラーム装置がさらに、電池温度検出回路及び電池温度センサを具え、
該電池温度検出回路は、電池温度センサにより電池の温度を測定し、さらにそのデータを受け取ったＣＰＵが電池温度に対応する特性曲線により精密な電池容量を計算し、環境因子の影響によりもたらされる偏差を防止し、並びに設定されたプレアラーム値を修正し、これにより、電池の温度をモニタリングし、並びに過充電或いは過放電を防止することを特徴とする、請求項９に記載の車両用電源モニタリングプレアラーム装置。
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