JP5354837B2 - バッテリー内部抵抗と設定警告抵抗の比較によりバッテリー電力をモニタリングする方法及びその装置 - Google Patents

Description

本発明はモニタリング装置に係り、特に、外部負荷によってバッテリー内部抵抗を得て、該バッテリー内部抵抗をその設定警告値と比較することでバッテリー電力をモニタリングし、バッテリー電力がエンジン起動より前に設定レベルより低ければ警告を表示する方法に関する。本発明はまたこのようなモニタリング装置に関する。

車両を始動させる前にドライバーはエンジンを起動させねばならないことは周知である。また、続いてエンジンを起動させるためには、バッテリーに十分な電力がなければならない。一般的に、バッテリーはその使用寿命を有している。しかし、環境温度、充電条件及び充電時間、及び負荷の放電のような他の因子はいずれもバッテリーの寿命に不利な影響を与えうる。ゆえに、実際の寿命と設定された寿命とは異なり、この違いは時として非常に大きくなる。ゆえに、実際には、ドライバーが（例えベテランの者であっても）エンジン起動前にバッテリーの電力レベルを知る方法はない。一般的に、車両の修理工場で測定装置を用いてしか電力レベルを知ることはできない。このような測定装置はかさばるため車両に搭載するのは無理である。ゆえに、ドライバーはバッテリー電力が足らないことを起動が失敗して始めて知る情況がしばしば発生する。或いは、例え今回の起動が成功しても次の起動前にバッテリーが毀損していることをドライバーが気づかない情況が発生しうる。これは好ましくないばかりかドライバーが遠隔地、山岳地或いは砂漠に車を止める時に危険である。

好都合なことに、車両には必須配備としてバッテリー電力測定装置が設置されている。しかし、バッテリー電力測定はバッテリー電力を消耗しうる。ゆえに、頻繁なバッテリー電力測定は好ましくない。ゆえに、短期間に最小の電力を使用してバッテリー電力を測定できるようにするのが好ましい。本出願人は特許文献１において、車両の電力測定の装置と方法を提供している。それによるとバッテリーの二つの端子で測定した電圧を設定警告値と比較してバッッテリー状態を判断する。本発明はこの特許文献１の技術を更に改良したものである。

米国特許第６，７０４，６２９号明細書

本発明の目的は一種のバッテリー内部抵抗と設定警告抵抗の比較によりバッテリー電力をモニタリングする方法を提供することにあり、それは、バッテリーに設定抵抗を具えた外部負荷を直列に接続し、パワートランジスタによりバッテリーに極めて短時間の瞬間大電流を提供してバッテリーの電圧サンプリングを行い、行し、バッテリーの内部抵抗の設定警告値とバッテリーの内部抵抗を比較し、これにより内部抵抗が設定警告値以上であるか否かを判断し、もし設定警告値以上であれば、ディスプレイに警告を表示するものとする。この方法の利用により、ドライバーはバッテリー電力をほぼリアルタイムに知ることができるようになる。

本発明の他の目的は一種のバッテリー内部抵抗と設定警告抵抗の比較によりバッテリー電力をモニタリングする方法を提供することにあり、それは、バッテリーに非常に小さい抵抗を具えた外部負荷を直列に接続し、パワートランジスタによりバッテリーに極めて短時間の瞬間大電流を提供してバッテリーの電圧サンプリングをＮ回行い、これによりドライバーがエネルギー節約方式でバッテリー電力を正確に知ることができるようにするものとする。

本発明は一方面において、バッテリー内部抵抗と設定警告抵抗の比較によりバッテリー電力をモニタリングする装置を提供し、それはマイクロプロセッサコントロールユニット（ＭＣＵ）であって、装置を制御して設定時間内に測定してバッテリー電圧をサンプリングし、バッテリーの内部抵抗を計算し、該バッテリーの内部抵抗をバッテリーの内部抵抗の設定警告値と比較する、上記マイクロプロセッサコントロールユニットと、電圧安定化回路であって、操作期間に安定化電圧を装置に提供するため任意に使用される、上記電圧安定化回路と、外部負荷であって、設定抵抗を具え被測定バッテリーに直列に接続される、上記外部負荷と、電圧サンプリング回路であって、瞬間大電流を具え被測定バッテリーの二つの端子間の電圧をサンプリングする、上記電圧サンプリング回路と、瞬間電流制御回路であって、被測定バッテリーに並列接続されたパワートランジスタを具えてＭＣＵにより制御されて装置のスイッチとして使用され外部負荷の瞬間電流のマグニチュードと被測定バッテリーのサンプル電圧を制御する、上記瞬間電流制御回路と、ディスプレイであって、ＭＣＵによる比較結果が被測定バッテリーの内部抵抗が被測定バッテリーの内部抵抗の設定警告値以上であることを示す時に警告を表示する、上記ディスプレイと、を包含する。

請求項１の発明は、バッテリー内部抵抗と設定警告抵抗の比較によりバッテリー電力をモニタリングする方法において、
（１）システムが外部負荷の抵抗Ｒ値を設定し、該抵抗の設定値は２５μΩ−１０００ｍΩとされるステップ、
（２）システムが被測定バッテリーの内部抵抗の設定警告値を設定し、該設定警告値は０．００１Ω−１．５Ωとされるステップ、
（３）システムが無負荷電圧をサンプリングし、サンプリング時間は設定された瞬間サンプリング時間とされ、パワートランジスタにより瞬間大電流を提供する前に、被測定バッテリーの二つの端子間の無負荷電圧Ｖｏ１がＫ１回サンプリングされ、そのうちＫ１≧１であり、無負荷電圧Ｖｏ１の平均値が計算され、平均値が保存され、外部負荷の二つの端子間の無負荷電圧Ｖｏ２がＬ１回サンプリングされ、そのうちＬ１≧１であり、無負荷電圧Ｖｏ２の平均値が計算され、平均値が保存されるステップ、
（４）外部負荷が加えられパワートランジスタが通電されて極めて短時間の瞬間大電流を提供するステップ、
（５）システムが負荷電圧を瞬間サンプリングし、サンプリング時間は設定された瞬間サンプリング時間とされ、パワートランジスタにより瞬間大電流が提供された後、被測定バッテリーの二つの端子間の負荷電圧Ｖｉ１がＫ２回サンプリングされ、そのうち、Ｋ２≧１であり、負荷電圧Ｖｉ１の平均値が計算され、平均値が保存され、外部負荷の二つの端子間の負荷電圧Ｖｉ２がＬ２回サンプリングされ、そのうちＬ２≧１であり、負荷電圧Ｖｉ２の平均値が計算され、平均値が保存されるステップ、
（６）外部負荷が除去され、パワートランジスタがオフされて瞬間大電流出力が停止されるステップ、
（７）サンプル回数がシステム設定値のＮに等しいかが判断され、そのうちＮ≧１であり、等しくなければ（３）のステップに戻り、等しければ、（８）のステップに進むステップ、
（８）（３）のステップから（５）のステップのサンプリングサイクルで取得したサンプリング電圧値に対して、外部負荷の二つの端子間の負荷電圧Ｖｉ２と外部負荷の二つの端子間の無負荷電圧Ｖｏ２の差に対して、外部負荷抵抗値で除算して、被測定バッテリーの端子の瞬間大電流を取得し、すなわち、Ｉ＝（Ｖｉ２−Ｖｏ２）／Ｒにより取得し、さらに、被測定バッテリーの二つの端子間の無負荷電圧Ｖｏ１と被測定バッテリーの二つの端子間の負荷電圧Ｖｉ１の差を該瞬間大電流で除算し、被測定バッテリーの内部抵抗値ｒを取得し、すなわち、ｒ＝（Ｖｏ１−Ｖｉ１）／Ｉにより取得するステップ、
（９）（８）のステップで得られた被測定バッテリーの内部抵抗ｒと（２）のステップで設定された被測定バッテリーの内部抵抗の設定警告値と比較して、前者の設定警告値が同じ或いは以上であるか否かが判断されるステップ、
（１０）（９）のステップにおいて判断結果が設定警告値に達する時、警告をディスプレイに表示するステップ、
（１１）タイマーを起動し、被測定間隔の時間を計るステップ、
（１２）時間が次のサンプリングの時間Ｔ２に等しいかが判断され、等しければ、（３）のステップに戻り、等しくなければ（１１）のステップに戻るステップ、
以上を包含し、（３）から（７）のステップの電圧サンプリングは一つの周期とされ、 該瞬間サンプリングの大電流は１Ａ−５００Ａとされ、該瞬間サンプリング時間は極めて短時間で０．０１秒より短く、且つ、該瞬間サンプリングの大電流と該瞬間サンプリング時間が同時に実行されることを特徴とする、バッテリー内部抵抗と設定警告抵抗の比較によりバッテリー電力をモニタリングする方法としている。
請求項２の発明は、請求項１記載のバッテリー内部抵抗と設定警告抵抗の比較によりバッテリー電力をモニタリングする方法において、外部負荷の抵抗が電圧の大きさに応じて増幅器を抵抗器の両端に接続させることを特徴とする、バッテリー内部抵抗と設定警告抵抗の比較によりバッテリー電力をモニタリングする方法としている。
請求項３の発明は、請求項１記載のバッテリー内部抵抗と設定警告抵抗の比較によりバッテリー電力をモニタリングする方法において、外部負荷の抵抗がパワートランジスタの内部抵抗とされたことを特徴とする、バッテリー内部抵抗と設定警告抵抗の比較によりバッテリー電力をモニタリングする方法としている。
請求項４の発明は、バッテリー内部抵抗と設定警告抵抗の比較によりバッテリー電力をモニタリングする装置において、
マイクロプロセッサコントロールユニット（ＭＣＵ）であって、該装置の全体の回路動作を制御して設定された間隔時間内に被測定バッテリーの電圧値をサンプリングし、該被測定バッテリーの内部抵抗を計算し、設定値と比較する、上記マイクロプロセッサコントロールユニットと、
電圧安定化回路であって、全体の装置の回路の動作に必要な安定した作業電圧を提供する、電圧安定化回路と、
外部負荷であって、事前に被測定バッテリー放電曲線により抵抗値が設定された負荷とされ、該外部負荷はＭＣＵの制御を受け且つ被測定バッテリーと直列接続の関係に配置されたパワートランジスタ（Ｑ）と、被測定バッテリー内部抵抗値（ｒ）を計算するための重要なパラメータである内部抵抗を包含する、上記外部負荷と、
電圧サンプリング回路であって、被測定バッテリーの二つの端子と該ＭＣＵのＡ／Ｄ間に接続された一対の導線（６４−６４）及び、外部負荷（Ｒ）の二つの端子と該ＭＣＵのＡ／Ｄ間に接続された一対の導線（６３Ａ−６３Ｂ）、（６３Ｃ−６３Ｄ）を包含し、瞬間大電流で、被測定バッテリー及び該外部負荷（Ｒ）の二つの端子間のサンプリング電圧を取得する、上記電圧サンプリング回路と、
瞬間電流制御回路であって、前述のＭＣＵの制御を受けるパワートランジスタと外部負荷（Ｒ）が直列接続された後にさらに被測定バッテリーの二つの端子と並列接続された回路を包含し、スイッチング機能の制御部品とされ、並びにサンプリング電圧値を取得するための瞬間負荷電流の大きさを制御する、上記瞬間電流制御回路と、
を包含し、電圧サンプリング回路により取得した被測定バッテリー及び該外部負荷（Ｒ）の二つの端子間のサンプリング電圧値より、計算により被測定バッテリーの内部抵抗値を求め、設定された被測定バッテリーの設定警告値と比較し、
ディスプレイであって、該ＭＣＵによる比較結果が被測定バッテリーの内部抵抗が被測定バッテリーの内部抵抗の設定警告値に達したことを示す時に警告を表示する、上記ディスプレイと、
を包含し、上記瞬間電流は１Ａから５００Ａの範囲であり、０．０１秒より短い瞬間サンプリング時間でサンプリングし、且つ該瞬間電流と該瞬間サンプリング時間は同時に実行されることを特徴とする、バッテリー内部抵抗と設定警告抵抗の比較によりバッテリー電力をモニタリングする装置としている。
請求項５の発明は、請求項４記載のバッテリー内部抵抗と設定警告抵抗の比較によりバッテリー電力をモニタリングする装置において、外部負荷が抵抗器とされて該バッテリー内部抵抗と設定警告抵抗の比較によりバッテリー電力をモニタリングする装置は外部負荷の抵抗が電圧の大きさに応じて適宜増幅器を抵抗器の両端に接続させることを特徴とする、バッテリー内部抵抗と設定警告抵抗の比較によりバッテリー電力をモニタリングする装置としている。
請求項６の発明は、請求項４記載のバッテリー内部抵抗と設定警告抵抗の比較によりバッテリー電力をモニタリングする装置において、外部負荷が被測定バッテリーの二つの端子間に延伸された導線の抵抗に等しい抵抗を具えたことを特徴とする、バッテリー内部抵抗と設定警告抵抗の比較によりバッテリー電力をモニタリングする装置としている。
請求項７の発明は、請求項４記載のバッテリー内部抵抗と設定警告抵抗の比較によりバッテリー電力をモニタリングする装置において、瞬間電流制御回路が一つ或いは二つの並列のパワートランジスタを包含したことを特徴とする、バッテリー内部抵抗と設定警告抵抗の比較によりバッテリー電力をモニタリングする装置としている。
請求項８の発明は、請求項５記載のバッテリー内部抵抗と設定警告抵抗の比較によりバッテリー電力をモニタリングする装置において、外部負荷の抵抗が２５μΩから１０００ｍΩの範囲内とされ、被測定バッテリーの内部抵抗の設定警告値が０．００１Ωから１．５Ωであることを特徴とする、バッテリー内部抵抗と設定警告抵抗の比較によりバッテリー電力をモニタリングする装置としている。
請求項９の発明は、請求項４記載のバッテリー内部抵抗と設定警告抵抗の比較によりバッテリー電力をモニタリングする装置において、外部負荷の抵抗が電圧の大きさに応じて増幅器を抵抗器の両端に接続させることを特徴とする、バッテリー内部抵抗と設定警告抵抗の比較によりバッテリー電力をモニタリングする装置としている。

本発明はバッテリー内部抵抗と設定警告抵抗の比較によりバッテリー電力をモニタリングする方法及びその装置を提供し、本発明によると、バッテリーに設定抵抗を具えた外部負荷を直列に接続し、パワートランジスタによりバッテリーに極めて短時間の瞬間大電流を提供してバッテリーの電圧サンプリングを行い、行し、バッテリーの内部抵抗の設定警告値とバッテリーの内部抵抗を比較し、これにより内部抵抗が設定警告値以上であるか否かを判断し、もし設定警告値以上であれば、ディスプレイに警告を表示する。本発明は最少の電流を消耗するだけでドライバーがバッテリー電力を正確に、ほぼリアルタイムで知ることができるようにする。

図１から図８を参照されたい。本発明のバッテリー内部抵抗と設定警告抵抗の比較によりバッテリー電力をモニタリングする方法は以下のステップを包含する。

ステップ１において、バッテリータイプに応じた外部負荷の抵抗が電圧の大きさに応じて適宜増幅器を抵抗器の両端に接続させる。外部負荷の抵抗Ｒが２５μΩから１０００ｍΩに設定される。

ステップ２において、被測定バッテリーの内部抵抗ｒの設定警告値が、バッテリータイプに応じて０．００１Ωから１．５Ωに設定される。適切な設定は応用に依存し、これにより設定値、警告範囲、或いは図８に示されるように、放電終了前に多段警告の複数の警告値の一つが提供される。

ステップ３において、パワートランジスタにより外部負荷に瞬間大電流を提供することにより複数回被測定バッテリーの二つの端子間の電圧がサンプリングされ、複数のサンプル電圧が得られる。複数のサンプル電圧が結ばれることで電圧曲線が形成される。

ステップ４において、外部負荷の抵抗Ｒでサンプル電圧が分割されバッテリー電流が得られる。次に、被測定バッテリーの内部抵抗ｒが、サンプル電圧Ｖをバッテリー電流Ｉで分割することにより得られる。

ステップ５において、得られた被測定バッテリーの内部抵抗が被測定バッテリーの内部抵抗ｒの設定警告値と比較され、前者が設定警告範囲内にあるか否かが判断される。設定警告範囲内にあれば、バッテリー電力が足らないかエンジンが故障していることを示す。

ステップ６において、ステップ５の比較結果が設定警告範囲内にあれば、警告が表示される。

図２、７及び図８は上述の方法の詳しいステップを表示する。

ステップ１１において、プログラムの開始アドレスとして中断因子アドレスを設定することによりシステムが開始する。

ステップ１２において、抵抗器及び入出力ピンが初期化され、抵抗器の開始値が設定され、中断因子及びタイマーが活性化され、入出力ピンの状態及び開始値が規定される。

ステップ１３において、必要なバッテリータイプに応じて任意に増幅器が使用されて外部負荷の抵抗Ｒが２５μΩから１０００ｍΩに設定され、バッテリーの内部抵抗が測定される。

ステップ１４において、バッテリータイプに応じて被測定バッテリーの内部抵抗ｒの設定警告値が０．００１Ωから１．５Ωに設定される。適切な設定は応用に依存し、これにより設定値、警告範囲、或いは図８に示されるように、放電終了前に多段警告の複数の警告値の一つが提供される。

ステップ１５において、複数回、無負荷電圧がサンプリングされる。サンプリング時間は瞬間サンプリング時間に設定される。図７に示されるように、パワートランジスタにより瞬間大電流を提供する前、被測定バッテリーの二つの端子間の無負荷電圧Ｖｏ１がＫ１回サンプリングされ、そのうちＫ１≧１であり、負荷の二つの端子間の無負荷電圧Ｖｏ２がＬ１回サンプリングされ、そのうちＬ１≧１であり、無負荷電圧Ｖｏ１と無負荷電圧Ｖｏ２の平均値が計算され、平均値が保存される。

ステップ１５ａにおいて、抵抗Ｒを具えた外部負荷が加えられパワートランジスタが通電されて瞬間大電流を提供する。

ステップ１５ｂにおいて、瞬間サンプリング時間において負荷電圧がサンプリングされる（図７参照）。該瞬間サンプリング時間は０．０１秒以内とされ電圧サンプリングタイムとして設定される。パワートランジスタにより瞬間大電流が提供され、被測定バッテリーの二つの端子間の負荷電圧Ｖｉ１がＫ２回サンプリングされ、そのうち、Ｋ２≧１であり、負荷の二つの端子間の負荷電圧Ｖｉ２がＬ２回サンプリングされ、そのうちＬ２≧１であり、負荷電圧Ｖｉ１と負荷電圧Ｖｉ２の平均値が計算され、平均値が保存される。瞬間大電流は好ましくは１Ａから５００Ａとされる。

ステップ１５ｃにおいて、抵抗Ｒを具えた外部負荷が除去される。パワートランジスタはオフされて瞬間大電流出力が停止される。

ステップ１５ｄにおいて、サンプル数がＮに等しいかが判断され、そのうちＮ≧１である。等しければ、ステップ１６に進む。等しくなければ、ステップ１５に戻る。

ステップ１６において、被測定バッテリーの内部抵抗ｒの平均値が以下のように図９を参照して計算される。被測定バッテリーの電流Ｉが方程式により得られる。

さらに、被測定バッテリーの内部抵抗ｒが以下の方程式により求められる。

ステップ１７において、ステップ１６において得られた被測定バッテリーの内部抵抗ｒが、ステップ１５において求められた被測定バッテリーの内部抵抗の設定警告値と比較されて前者が警告範囲内にあるか否かが判断される。

ステップ１８において、ステップ１７において設定警告値に至っている場合、警告がディスプレイに表示される。

ステップ１９において、タイマーが計時開始する。

ステップ２０において、時間が次のサンプリングの時間Ｔ２に等しいかが判断される。等しければ、ステップ１５に戻り次のサンプリングを行う。等しくなければ、ステップ１９に戻る。

ステップ１５からステップ１５ｄは電圧サンプリングプロセスの一周期とされる。これは図７の本発明のサンプル電圧対サンプル時間の電圧曲線図に示される。電圧曲線Ｖｏは無負荷状態から負荷状態への電圧変化により瞬間大電流が発生した時の被測定バッテリー７の二つの端子間の電圧を代表する（図３、図４参照）。電圧曲線Ｖｉは無負荷状態から負荷状態への電圧変化により瞬間大電流が発生した時の外部負荷の二つの端子間の電圧を代表する（図３、図４参照）。図７のグラフにおいて、電圧Ｖｏ１とＶｏ２はステップ１５において得られ、電圧Ｖｉ１とＶｉ２はステップ１５ｂにおいて得られる。

再び図７の電圧曲線を参照されたい。それぞれの電圧曲線に関するサンプリングが一番理解できる。曲線Ｖｏは被測定バッテリーの電圧曲線であり、曲線Ｖｉは外部負荷Ｒの電圧曲線である。曲線Ｐ１は曲線Ｖｏの一つのセクションであり、本発明のバッテリー電力モニタリング装置のパワートランジスタＱ１が切断された時に測定されるバッテリーの無負荷電圧曲線Ｖｏ１である。すなわち、曲線Ｐ１はＫ１回サンプリングされた電圧曲線Ｖｏ１である。同様に、無負荷電圧曲線Ｖｏ２が同じサンプリング時間で外部負荷Ｒの二つの端子間で測定される。即ち、電圧曲線Ｖｏ２はＬ１回サンプリングされた電圧曲線セクションである。

曲線Ｐ２はパワートランジスタＱ１がオンされた時の瞬間電圧を代表する。曲線Ｐ３はパワートランジスタＱ１がオンされた後のバッテリーの二つの端子間の最低電圧から最高電圧までのセクションを代表する。曲線Ｐ４はパワートランジスタＱ１がオンされた後、測定されるバッテリー電圧と外部負荷Ｒの二つの端子間で測定される電圧のいずれもが安定した時のセクションである。曲線Ｐ５はパワートランジスタＱ２が再度オンされた時の瞬間電圧を代表する（図４参照）。曲線Ｐ６はパワートランジスタＱ２がオンされた後のバッテリーの二つの端子間の最低電圧から最高電圧までのセクションを代表する。曲線Ｐ７はパワートランジスタＱ１及びＱ２がオンされた後、曲線Ｐ７はパワートランジスタＱ１とＱ２のいずれもがオンされた後の安定した電圧のセクションである。曲線Ｐ８はパワートランジスタＱ２がオフされた時の瞬間電圧を代表する。曲線Ｐ９はパワートランジスタＱ２がオフされた後の、被測定バッテリー電圧と外部負荷Ｒの二つの端子間で測定される電圧のいずれもが安定した時のセクションである。曲線Ｐ１０はパワートランジスタＱ１がオフされた時の瞬間電圧を代表する。曲線Ｐ１１はパワートランジスタＱ１とＱ２のいずれもがオフされた後の安定した電圧のセクションを代表する。この時、曲線Ｐ１１に代表される電圧は曲線Ｐ１０に代表されるものと等しい。

図３は本発明のバッテリー内部抵抗と設定警告抵抗の比較によりバッテリー電力をモニタリングする装置６０の第１実施例の電気的ブロック図である。装置６０は、マイクロプロセッサコントロールユニット（ＭＣＵ；ｍｉｃｒｏｐｒｏｃｅｓｓｏｒ ｃｏｎｔｒｏｌ ｕｎｉｔ）６２、電圧安定化回路６１（実際の応用により任意に接続される）、外部負荷６３、電圧サンプリング回路６４、瞬間電流制御回路６５、ディスプレイ６６を包含する。各部品は以下に詳しく説明される。

ＭＣＵ６２は装置６０を制御し、被測定バッテリー７に信号を送り設定時間内にその電圧をサンプリングし、被測定バッテリー７の内部抵抗ｒを計算し、内部抵抗ｒの警告値を外部負荷の抵抗と比較して必要であれば警告する。該電圧安定化回路６１は操作期間中に装置６０に安定化電圧を提供するため任意に使用され、即ち装置６０が安定化ＤＣ電池或いはバッテリーを使用していれば、該電圧安定化回路６１は省略される。被測定単一バッテリーの外部負荷６３は設定抵抗を具えている。好ましい実施例では、外部負荷６３は抵抗器とされる。外部負荷の抵抗Ｒは２５ｍΩから１０００ｍΩに設定され、直接被測定バッテリーに直列接続され、被測定バッテリーの内部抵抗ｒの計算に供される。注意すべきことは、外部負荷６３は実質上、非常に小さい抵抗を有し、ゆえに非常に短い時間内に被測定バッテリー７の電圧のサンプリングを行うことができることである。例えば、１Ａから５００Ａの瞬間大電流が任意に提供されることで０．０１秒以内に電圧がサンプリングされる。また、外部負荷６３はマンガニン或いは他の任意の合金で形成された抵抗器として実施される。或いは、外部負荷６３は被測定バッテリーの二つの端子の間に延伸された導線の一部により実施され、それは例えば二つの端子６３Ｅと６３Ｆ（無Ｒ）間の導線部分、或いはＡ／Ｄ間の導線、即ち、端子６３Ａ−６３Ｂ、６３Ｃ−６３Ｄ間の導線により実施される。好ましい実施例では、電圧サンプリング回路６４は二つの端子６４Ａの電圧のサンプリングを行う。図３に示されるように、一つの端子６３ＡはＭＣＵ６２のＡ／Ｄピンのポジティブ端子に電気的に接続され、被測定バッテリー７のポジティブ端子ともう一つの端子６４ＡはＭＣＵ６２のＡ／Ｄピンのネガティブ端子に電気的に接続される。最終的に正確な電圧がサンプリングされる。瞬間電流制御回路６５はＭＣＵ６２により制御される。本発明の好ましい実施例では、瞬間電流制御回路６５は被測定バッテリーに直接並列接続されたパワートランジスタＱ１として実施される。瞬間電流制御回路６５は装置のスイッチとして使用されると共に負荷の瞬間電流のマグニチュードを制御する。即ち、調整された瞬間電流が被測定バッテリー７に提供されてサンプリング期間にその電圧がサンプリングされる。ディスプレイ６６はＭＣＵ６２による比較の結果、被測定バッテリーの内部抵抗が該バッテリーの内部抵抗の設定警告値に達している時、警告を表示する。

本発明の装置６０を被測定バッテリー７に接続後、電圧安定化回路６１は操作期間中、必要な電圧をＭＣＵ６１を包含する装置に提供する。ＭＣＵ６２はこれにより、電力モニタリング方法に基づきバッテリーの内部抵抗を外部負荷の抵抗と比較し、上述の操作を実行する。先ず、一時的に外部負荷６３が取り外された時に電圧サンプリング回路６４が被測定バッテリー７の電圧をサンプリングする。外部負荷６３を装置に加えた後、瞬間電流制御回路６５のパワートランジスタＱ１がオンされて瞬間大電流を提供する。次に、電圧サンプリング回路６４が、外部負荷６３が加えられている時、被測定バッテリー７の電圧をサンプリングする。設定時間内にＮ回電圧がサンプリングされた後、ＭＣＵ６２が負荷を除き、サンプリングされた電圧と電気の公式を使用して被測定バッテリー７の内部抵抗ｒを計算する。更に、得られた被測定バッテリー７の内部抵抗ｒを該バッテリーの内部抵抗の設定警告値と比較する。最後に、必要であれば警告がディスプレイ６６に表示される。

図４は本発明のバッテリー内部抵抗と設定警告抵抗の比較によりバッテリー電力をモニタリングする装置６０の第２実施例の電気的ブロック図である。この実施例はほぼ第１実施例と同じ構造を有する。第２実施例の特徴は以下に説明される。装置６０の瞬間電流制御回路６５が二つの並列のパワートランジスタＱ１及びＱ２として実施される。パワートランジスタＱ１とＱ２は順番にオンされ、これにより二つの端子の最低電圧値が得られる。これは図７中の曲線Ｐ３と曲線Ｐ６に示される。

図５は本発明のバッテリー内部抵抗と設定警告抵抗の比較によりバッテリー電力をモニタリングする装置６０の第３実施例の電気的ブロック図である。この実施例はほぼ第２実施例と同じ構造を有する。第３実施例の特徴は以下に説明される。外部負荷６３は非常に低い抵抗を有する。増幅器６７が任意に外部負荷６３とＭＣＵ６２に接続される。好ましくは、外部負荷６３は１０００μΩより低い抵抗を有する。

図６は本発明のバッテリー内部抵抗と設定警告抵抗の比較によりバッテリー電力をモニタリングする装置６０の第４実施例の電気的ブロック図である。この実施例はほぼ第２実施例と同じ構造を有する。第４実施例の特徴は以下に説明される。外部負荷６３は符号６３Ｓで示されるシャントユニットとして実施される。好ましい実施例では、被測定単一バッテリーのシャント負荷がシャント回路として実施されて上述の任意の実施例と同じ効果を得られる。

本発明は上述の実施例により説明されるが、本発明はその特許請求の範囲の記載に基づきその他の実施例において広く実施されうる。

本発明のバッテリー内部抵抗と設定警告抵抗の比較によりバッテリー電力をモニタリングする方法を示すフローチャートである。 図１の方法の詳細なフローチャートである。 本発明のバッテリー内部抵抗と設定警告抵抗の比較によりバッテリー電力をモニタリングする装置の第１実施例の電気的ブロック図である。 本発明のバッテリー内部抵抗と設定警告抵抗の比較によりバッテリー電力をモニタリングする装置の第２実施例の電気的ブロック図である。 本発明のバッテリー内部抵抗と設定警告抵抗の比較によりバッテリー電力をモニタリングする装置の第３実施例の電気的ブロック図である。 本発明のバッテリー内部抵抗と設定警告抵抗の比較によりバッテリー電力をモニタリングする装置の第４実施例の電気的ブロック図である。 本発明のサンプル電圧対サンプル時間の電圧曲線図である。 本発明のバッテリー内部抵抗対放電百分率の放電曲線図である。 本発明のバッテリー電力と直列外部負荷の等価電気回路図である。

６０ 装置
６２ マイクロプロセッサコントロールユニット又はＭＣＵ
６３ 外部負荷
６４ 電圧サンプリング回路
６５ 瞬間電流制御回路
６６ ディスプレイ
７ バッテリー
Ｑ１、Ｑ２ パワートランジスタ
６７ 増幅器
６３Ｓ シャントユニット

Claims (9)

1. バッテリー内部抵抗と設定警告抵抗の比較によりバッテリー電力をモニタリングする方法において、
   （１）システムが外部負荷の抵抗Ｒ値を設定し、該抵抗の設定値は２５μΩ−１０００ｍΩとされるステップ、
   （２）システムが被測定バッテリーの内部抵抗の設定警告値を設定し、該設定警告値は０．００１Ω−１．５Ωとされるステップ、
   （３）システムが無負荷電圧をサンプリングし、サンプリング時間は設定された瞬間サンプリング時間とされ、パワートランジスタにより瞬間大電流を提供する前に、被測定バッテリーの二つの端子間の無負荷電圧Ｖｏ１がＫ１回サンプリングされ、そのうちＫ１≧１であり、無負荷電圧Ｖｏ１の平均値が計算され、平均値が保存され、外部負荷の二つの端子間の無負荷電圧Ｖｏ２がＬ１回サンプリングされ、そのうちＬ１≧１であり、無負荷電圧Ｖｏ２の平均値が計算され、平均値が保存されるステップ、
   （４）外部負荷が加えられパワートランジスタが通電されて極めて短時間の瞬間大電流を提供するステップ、
   （５）システムが負荷電圧を瞬間サンプリングし、サンプリング時間は設定された瞬間サンプリング時間とされ、パワートランジスタにより瞬間大電流が提供された後、被測定バッテリーの二つの端子間の負荷電圧Ｖｉ１がＫ２回サンプリングされ、そのうち、Ｋ２≧１であり、負荷電圧Ｖｉ１の平均値が計算され、平均値が保存され、外部負荷の二つの端子間の負荷電圧Ｖｉ２がＬ２回サンプリングされ、そのうちＬ２≧１であり、負荷電圧Ｖｉ２の平均値が計算され、平均値が保存されるステップ、
   （６）外部負荷が除去され、パワートランジスタがオフされて瞬間大電流出力が停止されるステップ、
   （７）サンプル回数がシステム設定値のＮに等しいかが判断され、そのうちＮ≧１であり、等しくなければ（３）のステップに戻り、等しければ、（８）のステップに進むステップ、
   （８）（３）のステップから（５）のステップのサンプリングサイクルで取得したサンプリング電圧値に対して、外部負荷の二つの端子間の負荷電圧Ｖｉ２と外部負荷の二つの端子間の無負荷電圧Ｖｏ２の差に対して、外部負荷抵抗値で除算して、被測定バッテリーの端子の瞬間大電流を取得し、すなわち、Ｉ＝（Ｖｉ２−Ｖｏ２）／Ｒにより取得し、さらに、被測定バッテリーの二つの端子間の無負荷電圧Ｖｏ１と被測定バッテリーの二つの端子間の負荷電圧Ｖｉ１の差を該瞬間大電流で除算し、被測定バッテリーの内部抵抗値ｒを取得し、すなわち、ｒ＝（Ｖｏ１−Ｖｉ１）／Ｉにより取得するステップ、
   （９）（８）のステップで得られた被測定バッテリーの内部抵抗ｒと（２）のステップで設定された被測定バッテリーの内部抵抗の設定警告値と比較して、前者の設定警告値が同じ或いは以上であるか否かが判断されるステップ、
   （１０）（９）のステップにおいて判断結果が設定警告値に達する時、警告をディスプレイに表示するステップ、
   （１１）タイマーを起動し、被測定間隔の時間を計るステップ、
   （１２）時間が次のサンプリングの時間Ｔ２に等しいかが判断され、等しければ、（３）のステップに戻り、等しくなければ（１１）のステップに戻るステップ、
   以上を包含し、（３）から（７）のステップの電圧サンプリングは一つの周期とされ、 該瞬間サンプリングの大電流は１Ａ−５００Ａとされ、該瞬間サンプリング時間は極めて短時間で０．０１秒より短く、且つ、該瞬間サンプリングの大電流と該瞬間サンプリング時間が同時に実行されることを特徴とする、バッテリー内部抵抗と設定警告抵抗の比較によりバッテリー電力をモニタリングする方法。
2. 請求項１記載のバッテリー内部抵抗と設定警告抵抗の比較によりバッテリー電力をモニタリングする方法において、外部負荷の抵抗が電圧の大きさに応じて増幅器を抵抗器の両端に接続させることを特徴とする、バッテリー内部抵抗と設定警告抵抗の比較によりバッテリー電力をモニタリングする方法。
3. 請求項１記載のバッテリー内部抵抗と設定警告抵抗の比較によりバッテリー電力をモニタリングする方法において、外部負荷の抵抗がパワートランジスタの内部抵抗とされたことを特徴とする、バッテリー内部抵抗と設定警告抵抗の比較によりバッテリー電力をモニタリングする方法。
4. バッテリー内部抵抗と設定警告抵抗の比較によりバッテリー電力をモニタリングする装置において、
   マイクロプロセッサコントロールユニット（ＭＣＵ）であって、該装置の全体の回路動作を制御して設定された間隔時間内に被測定バッテリーの電圧値をサンプリングし、該被測定バッテリーの内部抵抗を計算し、設定値と比較する、上記マイクロプロセッサコントロールユニットと、
   電圧安定化回路であって、全体の装置の回路の動作に必要な安定した作業電圧を提供する、電圧安定化回路と、
   外部負荷であって、事前に被測定バッテリー放電曲線により抵抗値が設定された負荷とされ、該外部負荷はＭＣＵの制御を受け且つ被測定バッテリーと直列接続の関係に配置されたパワートランジスタ（Ｑ）と、被測定バッテリー内部抵抗値（ｒ）を計算するための重要なパラメータである内部抵抗を包含する、上記外部負荷と、
   電圧サンプリング回路であって、被測定バッテリーの二つの端子と該ＭＣＵのＡ／Ｄ間に接続された一対の導線（６４−６４）及び、外部負荷（Ｒ）の二つの端子と該ＭＣＵのＡ／Ｄ間に接続された一対の導線（６３Ａ−６３Ｂ）、（６３Ｃ−６３Ｄ）を包含し、瞬間大電流で、被測定バッテリー及び該外部負荷（Ｒ）の二つの端子間のサンプリング電圧を取得する、上記電圧サンプリング回路と、
   瞬間電流制御回路であって、前述のＭＣＵの制御を受けるパワートランジスタと外部負荷（Ｒ）が直列接続された後にさらに被測定バッテリーの二つの端子と並列接続された回路を包含し、スイッチング機能の制御部品とされ、並びにサンプリング電圧値を取得するための瞬間負荷電流の大きさを制御する、上記瞬間電流制御回路と、
   を包含し、電圧サンプリング回路により取得した被測定バッテリー及び該外部負荷（Ｒ）の二つの端子間のサンプリング電圧値より、計算により被測定バッテリーの内部抵抗値を求め、設定された被測定バッテリーの設定警告値と比較し、
   ディスプレイであって、該ＭＣＵによる比較結果が被測定バッテリーの内部抵抗が被測定バッテリーの内部抵抗の設定警告値に達したことを示す時に警告を表示する、上記ディスプレイと、
   を包含し、上記瞬間電流は１Ａから５００Ａの範囲であり、０．０１秒より短い瞬間サンプリング時間でサンプリングし、且つ該瞬間電流と該瞬間サンプリング時間は同時に実行されることを特徴とする、バッテリー内部抵抗と設定警告抵抗の比較によりバッテリー電力をモニタリングする装置。
5. 請求項４記載のバッテリー内部抵抗と設定警告抵抗の比較によりバッテリー電力をモニタリングする装置において、外部負荷が抵抗器とされて該バッテリー内部抵抗と設定警告抵抗の比較によりバッテリー電力をモニタリングする装置は外部負荷の抵抗が電圧の大きさに応じて適宜増幅器を抵抗器の両端に接続させることを特徴とする、バッテリー内部抵抗と設定警告抵抗の比較によりバッテリー電力をモニタリングする装置。
6. 請求項４記載のバッテリー内部抵抗と設定警告抵抗の比較によりバッテリー電力をモニタリングする装置において、外部負荷が被測定バッテリーの二つの端子間に延伸された導線の抵抗に等しい抵抗を具えたことを特徴とする、バッテリー内部抵抗と設定警告抵抗の比較によりバッテリー電力をモニタリングする装置。
7. 請求項４記載のバッテリー内部抵抗と設定警告抵抗の比較によりバッテリー電力をモニタリングする装置において、瞬間電流制御回路が一つ或いは二つの並列のパワートランジスタを包含したことを特徴とする、バッテリー内部抵抗と設定警告抵抗の比較によりバッテリー電力をモニタリングする装置。
8. 請求項５記載のバッテリー内部抵抗と設定警告抵抗の比較によりバッテリー電力をモニタリングする装置において、外部負荷の抵抗が２５μΩから１０００ｍΩの範囲内とされ、被測定バッテリーの内部抵抗の設定警告値が０．００１Ωから１．５Ωであることを特徴とする、バッテリー内部抵抗と設定警告抵抗の比較によりバッテリー電力をモニタリングする装置。
9. 請求項４記載のバッテリー内部抵抗と設定警告抵抗の比較によりバッテリー電力をモニタリングする装置において、外部負荷の抵抗が電圧の大きさに応じて増幅器を抵抗器の両端に接続させることを特徴とする、バッテリー内部抵抗と設定警告抵抗の比較によりバッテリー電力をモニタリングする装置。

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