JP5517304B2 - 電池寿命終了の判定方法 - Google Patents

Description

本発明は、一般的に電池寿命の終了を判定する方法に関する。

電池駆動の機器は至る所に存在する。電池駆動される機器に使用されている電池寿命の終了が近づいている時期を知ることが望ましい場合がある。例えば、ラップトップのような、電池駆動されるコンピュータを使用している場合には、電池寿命の終了が近づいたときが分かり、それにより適切な対策を取ることができれば有益であることが多い。この対策の例としては、ファイルを保存すること、アプリケーションを終了すること、システムの電源を切ること、外部電源を供給すること、電池交換すること、及びその他の対策がある。この対策は、手動により又は自動的に遂行される。ラップトップのような電池駆動される幾つかの機器には、推定された電池の残り寿命が警告閾値を下回る場合に、残り寿命を視覚的表示及び／又は聴覚的表示をするものがある。

電池駆動機器に使われる電池の残量を推定するのに、種々の手法が使用されている。これらの手法は、閉回路電圧（ＣＣＶ）、開回路電圧（ＯＣＶ）、インピーダンス、ある時間にわたる電流変化、ある時間にわたる電圧変化、及び／又は、放電中に除去された容量（クーロン値）に基づくものであった。不都合なことに、電池の放電挙動には多くの要因が影響する。例えば、電池の温度、放電率、放電形態（電流、電力又は負荷）、放電間隔、電池間の差異、電池の初期充電状態、放電特性、放電中の温度変化、電池の化学的構成、その他の要因などである。上記した手法は、全般的にこれら要因の中の１つ又は幾つか、特にリチウム二硫化鉄（Ｌｉ／ＦｅＳ₂）のような、ある種の１次電池の化学的構成については、適していない。したがって、上記の手法では、機能的な寿命終了に対して、電池の残り寿命を、過大推定し又は過小推定するものとして知られていた。したがって、電池駆動機器では、ある場合には対策が取られるより先に電源が切れ、また他の場合では、早まって対策がとられることになっていた。

上述の観点より、上記した及び／又は他の要因に対処する、電池寿命終了の判定方法について、未解決の必要性がある。

本発明の態様は、上記及び他の事項に対処するものである。

本発明の１つの態様においては、電池寿命の終了を判定する方法は、ある与えられた時点における電池の放電容量を求めること、電池の機能的な終了点における放電容量を求めること、及び、前記与えられた時点における電池の放電容量と、前記電池の機能的な終了点における放電容量の両者の関数として、前記与えられた時点における電池の残り燃料を求めること、を含む。この求められた燃料が電池寿命の終了を示すものである。

本発明の他の１つの態様においては、電池寿命の終了を判定する方法が、電池の機能的な終了点における放電容量と、与えられた時間における放電容量との両者に基づいて電池寿命の終了を判定することを含み、与えられた時間における前記放電容量は、クーロン値によって求められる。

本発明の他の１つの態様においては、電池寿命の終了を判定する方法は、電池の機能的な終了点における放電容量と、与えられた時間における放電容量との両者に基づいて電池寿命の終了を求めることを含み、与えられた時間における前記放電容量は、電池の閉回路電圧と電池についての温度の両者により求められる。

本発明の他の１つの態様においては、電池駆動機器は、電池燃料測定命令を記憶するメモリーと、少なくとも１つの電池を収納するように構成された電池収納領域とを含み、前記電池収納領域は、この電池収納領域に挿入された電池と電気的に導通可能な少なくとも１つの電気接点を含んでおり、前記メモリーと前記電池収納領域にある前記少なくとも１つの電気接点と作動的に導通されるプロセッサーが設けられる。このプロセッサーは、電池燃料測定命令を実行させ、該命令により前記電池収納領域に収納された電池残量を、前記少なくとも１つの電気接点を介して得られた電池情報の少なくとも一部に基づき推定する。該プロセッサーは、電池の求められた寿命が予め設定された燃料レベルより下のときに、少なくとも１つの対応をとるようにする。電池燃料測定の命令は、電池の放電容量と電池の機能的な終了点における予想される放電容量との両者の関数として、電池寿命を求める。一例では、電池はリチウムを主体とする一次電池、より好ましくは二硫化リチウムイオン電池からなる。しかし、他の化学構成を有する電池にも適用できる。

本発明の他の１つの態様においては、電池駆動機器はまた、少なくとも１つの光源を含み、該少なくとも１つの光源が、電池により供給される電力で照明される。

当業者は、添付された説明を読み、理解することで、さらに本発明の他の態様を認識できるであろう。
本発明は限定的ではない例が添付図面に示されており、図面において、類似する参照番号は類似する要素を示す。

電池寿命の終了を求める電池燃料測定システムの一例のブロック図を示す。 実際の電池残量と図１のシステムを使って求められた電池残量とを対比する曲線を有するグラフを示す。 図１のシステムによる燃料測定方法の一例を表すフロー図を示す。 電池寿命の終了を求める電池燃料測定システムの他の例のフロー図を示す。 実際の電池寿命の終了と、図４のシステムを使って求められた電池寿命の終了を対比する曲線を有するグラフを示す。 図４のシステムによる燃料測定方法の一例を表すフロー図を示す。 電池駆動される電気機器の一例を示す。 電池駆動される照明機器の一例を示す。 ある温度範囲における燃料測定結果のグラフを示す。 ある温度範囲における燃料測定結果のグラフの他の例を示す。 異なる放電間隔としたときの燃料測定結果を示すグラフである。 異なる設計の電池における燃料測定結果を示すグラフである。 異なる設計の電池における燃料測定結果を示すグラフの他の例である。 部分的に放電した電池の燃料測定結果を示すグラフである。 一段階放電及び二段階放電の場合における燃料測定結果を示すグラフである。 異なる放電率における燃料測定結果を示すグラフである。 温度変化させたときの燃料測定結果を示すグラフである。 電池化学構成が不適当である場合の燃料測定結果を示すグラフである。 電池化学構成が不適当である場合の燃料測定結果を示すグラフの他の例である。 電池化学構成が不適当である場合の燃料測定結果を示すグラフの更に他の例である。 放電容量曲線の一例を示す。 放電容量曲線の他の例を示す。 放電容量曲線のさらに他の例を示す。 放電容量曲線のさらに別の例を示す。

以下は、電池寿命の終了（電池の燃料測定）を判定する技術に関する。この種の判定方法は、例えば照明機器（すなわち、懐中電灯、卓上電気スタントなど）、及び非照明機器（すなわち、ゲーム機、携帯電話、別装置の１つ又は多数の二次電池を再充電するために一次電池を使用する電池寿命延長器、デジタルカメラ、コンピュータなど）のような種々の電池駆動機器において使用できる。一事例では、求められた電池寿命の終了が表示（すなわち、視覚的或いは聴覚的等）されると、この求められた電池寿命の終了に基づき、機器のオペレータは、適切な処置（何もしないことも含めて）をとることができる。他の事例では、該求められた電池寿命の終了に基づいて、電気回路が適切な処置（何もしないことも含めて）をするようにしてもよい。他の処置及び／又は応答をすることも想定されている。

ここで説明する電池寿命の終了を求める幾つかの手法は、電池の残り寿命の判定に影響を与える種々の要因に関する正確な、及び／又は、信頼性のある燃料測定を提供するものであることを認識すべきである。これらの要因は、以下に制限されるものではないが、電池の温度、電池の放電率、放電形態、電池使用の間隔、電池設計の違い、電池の初期状態（すなわち、新品であるか使用済みであるか）、放電特性（すなわち、一段階放電又は二段階放電）、電池の健康状態（すなわち、良品であるか又は不良品であるか）、及び／又は他の要因を含む。

最初に図１を参照すると、電池駆動機器における電池の残り寿命（電池の残り燃料）を判定する電池の燃料測定システム１００のブロック図が示される。図示されたように、このシステム１００は、ある与えられた時間における電池の閉回路電圧（ＣＣＶ）、すなわち負荷電圧を求めることができる閉回路電圧測定装置１０２を有する。また、このシステム１００は、ある与えられた時間における電池の放電容量（Ｑ_m）を求める放電容量測定装置１０４を有する。図示された例においては、放電容量測定装置１０４は、当業界でよく知られる、クーロン量値により放電容量Ｑ_mを求める。しかし、測定、推定、予測等のための他の技術、又はその他の手段によって放電容量を求める技術も使用できる。１つの代替方法として、駆動されている負荷の大きさを知り、この負荷を実験的に別々に電池に加えて、該電池について、負荷のもとでの電池の放電容量を知る方法がある。

このシステム１００は又、電池の機能的な終了点における容量（Ｑ_FE）を求める機能的終了点容量測定装置１０６を有する。示された例においては、機能的終了点容量測定装置１０６は、少なくとも部分的に、求められた閉回路電圧（ＣＣＶ）と、求められたＱ_mとに基づいて、Ｑ_FEを求める。このシステム１００は、さらに、電池の残り寿命（残り燃料）を求める電池残り寿命測定装置１０８を有する。示された例では、電池残り寿命測定装置１０８は、少なくとも一部は、Ｑ_mとＱ_FEに基づいて、電池の残量を求める。しかし、他の公知の技術を使用することもできる。

概略的に述べたように、図示された事例においては、機能的終了点容量測定装置１０６は、求められたＣＣＶとＱ_mに基づきＱ_FEを求める。限定的でない例として、一事例においては、機能的終了点容量測定装置１０６は、数式１に基づいてＱ_FEを求める。

〔数式１〕
Ｑ_FE＝（ＡｘＱ_m ²）＋（ＢｘＣＣＶ²）＋（ＣｘＱ_mｘＣＣＶ）＋（ＤｘＱ_m）＋（ＥｘＣＣＶ）＋Ｆ、
ここで、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆは、係数すなわち適切な定数である。この例においては、数式１は２次の多項式、すなわち２次方程式である。しかし、線形方程式、及び／又は、より高次の方程式、たとえば３次、４次、５次などの方程式も、ここでは想定されている。簡潔及び明確化のために、２次の方程式の例のみが紹介されている。

係数Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ及びＦは、様々に決定できる。例えば、係数は、経験的に決定され、或いは実験及び／又は観察に基づいて決定できる。例えば、経験的なデータは、電池の放電時間中にわたり、電池の種々の動作特性を測定し、及び／又は、記録することにより生成される。理論的、統計的、蓋然的、予測的、及び／又は、他の技術もまた採用できる。適切な係数の組み合わせの限定的でない例としては、数式２で与えられる係数があるが、これに限られるものではない。

〔数式２〕
Ｑ_FE＝（１９９６６ｘＱ_m ²）＋（−２．７３３ｘ１０^-4ｘＣＣＶ²）＋（−４．９０９ｘＱ_mｘＣＣＶ）＋（６０２３２ｘＱ_m）＋（−７．２７８ｘＣＣＶ）＋（−４２４４９）、

ここで、Ｑ_FEとＱ_mはミリアンペア（ｍＡｈ）で、ＣＣＶはボルトで表される。上記の係数は、二硫化鉄リチウムＬｉ／ＦｅＳ₂電池用に調整されたものである。しかし、Ｌｉ／ＦｅＳ₂電池用として他の係数を使用してもよく、及び／又は、これらの係数は、他の電池化学構成に基づいて調整できることを理解すべきである。Ｌｉ／ＦｅＳ₂電池の電池化学構成が広範囲にわたる消費者向け装置に使用できるものである限り、該手法はＬｉ／ＦｅＳ₂システムに特に適しているものと期待され、他の消費者向け機器及び／又は一次電池、特にアルカリ電池のための多くの現在知られている燃料測定技術は、この化学構成には適していない。上述したように、図示された例において、電池の寿命測定装置１０８は、Ｑ_mとＱ_FEに基づいて電池の残り寿命を求める。限定的でない一例においては、電池の寿命測定装置１０８は、数式３に基づいて電池寿命の終了（求められた残り燃料）を求める。

〔数式３〕
求められた残り燃料＝１−（Ｑ_m／Ｑ_FE）、
上記は、残り燃料のパーセント表示とするか、或いは、実際の残り時間又はカメラで撮影可能な枚数のように、他の表示とすることができる。

この判定においては、他のパラメータ及び／又は変数を含んでもよいことが理解されるであろう。例えば、温度、電池の形式、電池の化学構成などを、付加的に又は代替的に該判定に含ませることができる。

図２は、実際の電池の残り燃料と、数式１−３を使って求められた残り燃料との対比曲線のグラフ２００を示す。グラフ２００において、ｙ軸は、電池に残存する実際燃料を利用可能な燃料総計に対するパーセントで表し、ｘ軸は、求められた電池に残存する燃料を利用可能な燃料総計に対するパーセントで表すものである。参照線２０２は、実際の残量と求められた残り燃料とが等しくなる点を、グラフ２００に示すものである。曲線２０４は、温度約２０℃における実際の残り燃料に対する求められた残り燃料を例示する。該曲線２０４は、実際の燃料レベルの範囲にわたり、求められた残り燃料が実質的に参照線２０２を辿ることを表していることに注意されたい。

図３は、図１と図２に関連して述べた手法に基づいて電池の残り寿命を求めるフロー図３００を示す。このフロー図３００は、一連の動作として記載されていることを理解されたい。しかし、１つ又は複数の動作を省略し、及び／又は、１つ又は複数の動作を追加することができる多くの事例があり、また動作の順番は説明を目的とするものであり、限定的ではないことも理解すべきである。

３０２において、電池駆動される機器は電源が投入される。３０４において、電池の放電容量Ｑ_mが求められる。限定的でない事例において、Ｑ_mは測定又は計算により求められる。例えば、ＡＡサイズのＬｉＦｅＳ₂電池の放電容量は、ある低放電率においては１つの値となり、それより高い放電率においては、この値より幾分小さい値になる。同じ負荷がＺｎＭｎＯ₂（アルカリ性）電池に付加された場合には、異なる値になる。これらの値は、実験活動を通じて知ることができ、３０４における判定に利用できる。３０６において、電池の閉回路電圧ＣＣＶが求められる。限定的でない事例として、ＣＣＶは、アナログデジタル変換器ＡＤＣ又は当業者にとって適切な他の回路手段により測定され、求められる。３０８において、電池の機能的な終了点における容量Ｑ_FEが求められる。上述したように、Ｑ_FEは、数式１及び２によりＣＣＶとＱ_mの関数として求めることができる。３１０では、残り燃料ＦＲが求められる。上述したように、残り燃料ＦＲは、数式３によるＱ_mとＱ_FEの関数として求めることができる。求められた残り燃料ＦＲは、表示され、すなわち視覚的及び／又は聴覚的に或いは他の方法で表示できる。例えば、この求められた残り燃料ＦＲは、連続的に又は要求に応じて表示することができる。

３１２では、求められた残り燃料ＦＲは、第１の残り燃料レベルに従って設定される第１の閾値Ｔ１と比較される。求められた残り燃料ＦＲ＞Ｔ１の場合には、動作は３０４に戻る。しかし、ＦＲ＜Ｔ１であれば、３１４において第１の対応策が遂行される。好ましい対応策の例としては、オペレータに対するメッセージ表示（例えば、視覚的及び／又は聴覚的）を行う。メッセージは、電池寿命がＴ１（低電源警告）以下に低下したこと、求められた残り燃料（例えば、残り燃料のパーセント表示として、電池が寿命終了に達するまでの推定残り時間として）などを表示するものとすることができる。次に、３１６において、求められた残り燃料ＦＲが、第２の残り燃料レベルに従って設定される第２の閾値Ｔ２と比較される。求められた残り燃料ＦＲ＞Ｔ２の場合には、動作は３０４に戻る。しかし、ＦＲ＜Ｔ２の場合には、第２の対応策が３１８において遂行される。好ましい対応策の例としては、電池駆動機器を停止することである。この動作には、電池駆動機器を停止する前又はそれと同時に、セーブ状態情報を含ませることができる。

動作３１２−３１６は任意的であり、省略してもよいことが理解されるであろう。その場合には、求められた残り燃料ＦＲは、表示（例えば視覚的及び／又は聴覚的）するか、或いは上述した他の方法で利用することができる。

任意的であるが、電池交換するべきかどうかについて初期チェックを遂行することもできる。この場合には、メッセージがオペレータに表示され、動作３０４−３１６を遂行することなく機器を停止するようにしてもよい。

ここで図４を参照すると、電池駆動される機器における電池寿命の終了（残り燃料）を判定する他の電池燃料測定システム４００のブロック図が例示される。

図示されているように、このシステム４００は、電池回りの温度を求める温度測定装置４０２を有する。この温度測定装置４０２は、温度Ｔを測定するセンサー、及び／又は、温度を予測し、推定し、受信し、取得し、或いは他の手法で温度を求める他の素子を含むことができる。このシステム４００は、さらに、与えられた時間における電池の機能的終了点における予測される容量Ｑ_FEを求める、終了点容量推定装置４０４を有する。図示された例においては、この容量Ｑ_FEは求められた温度Ｔの関数で与えられる。このシステム４００はまた、ある与えられた時間における電池の閉回路電圧ＣＣＶを求める閉回路電圧測定装置４０６を有する。またこのシステム４００は、ある与えられた時間における電池の放電容量Ｑ_mを求める放電容量測定装置４０８を有する。図示された例においては、この容量Ｑ_mは、求められたＣＣＶと温度Ｔの関数で与えられる。システム４００は、さらに、電池寿命の終了（残り燃料）を求める電池の残り寿命測定装置４１０を有する。図示例においては、残り燃料は、求められた放電容量Ｑ_mと容量Ｑ_FEの関数で与えられる。

上述したように、終了点容量推定装置４０４は、求められたＣＣＶと温度Ｔとに基づいてＱ_FEを判定する。限定的でない例として、ある場合においては、終了点容量推定装置４０４は、数式４に基づいてＱ_FEを求める。

〔数式４〕
Ｑ_FE＝（ＡｘＴ³）＋（ＢｘＴ²）＋（ＣｘＴ）＋Ｄ、
ここで、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄは、係数すなわち適切な定数である。この例において、数式４は、３次の多項式すなわち３次方程式である。しかし、線形方程式、２次方程式、及び／又は、より高次の方程式を、ここで用いてもよい。係数Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄは、数式１に関連して述べたように様々の方法で求めらことができる。適切な係数の一例は、限定的な意味ではないが、数式５の係数を含む。

〔数式５〕
Ｑ_FE＝（３．１１ｘ１０^-3ｘＴ³）＋（−０．７８９２ｘＴ²）＋（３７．３３ｘＴ）＋２２９５、
ここで、Ｑ_FEはミリアンペア（ｍＡｈ）で、温度Ｔは℃で表される。数式２のように、上記係数は、特定用途として、二硫化鉄リチウムＬｉ／ＦｅＳ₂電池のために調整されたものである。しかし、他の係数もＬｉ／ＦｅＳ₂電池に使用でき、及び／又は、係数は、２つ又はそれ以上の他の電池化学構成に基づいて調整できることを理解すべきである。

放電容量測定装置４０８は、求められたＣＣＶと温度Ｔに基づき容量Ｑ_mを求める。限定的でない例として、放電容量測定装置４０８は、数式６に基づいて容量Ｑ_mを求める。

〔数式６〕
Ｑ_m＝（ＡｘＣＣＶｘＴ²）＋（ＢｘＣＣＶ²）＋（ＣｘＴ）＋（ＤｘＴｘＣＣＶ）＋（ＥｘＣＣＶ）＋（ＦｘＴ）＋Ｇ、
ここで、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆ、Ｇは、係数すなわち適切な定数である。この例においては、数式６は２次方程式である。しかし、線形方程式、及び／又は、より高次の方程式を用いてもよい。係数Ａ−Ｇは、数式１に関連して上述したように様々に決定できる。好ましい係数の一例は、限定的な意味ではないが、数式７の係数を含む。

〔数式７〕
Ｑ_m＝（２．４６４ｘＣＣＶｘＴ²）＋（−１１０４７ｘＣＣＶ²）＋（−３．０８６ｘＴ）＋（４４．４４ｘＴｘＣＣＶ）＋（１６２６９ｘＣＣＶ）＋（−５．８３７ｘＴ）＋（−２３３３）、
ここで、Ｑ_mはミリアンペア（ｍＡｈ）で、ＣＣＶはボルトで、Ｔは℃で表される。ここで再び、係数は、二硫化鉄リチウムＬｉ／ＦｅＳ₂電池用に調整されたものであるが、他の係数もＬｉ／ＦｅＳ₂電池用として使用することができ、及び／又は、係数は２つ又はそれ以上の他の電池化学構成に基づいて調整できることを理解すべきである。

上述したように、図示した例においては、電池の残り寿命測定装置４１０は、容量Ｑ_mと容量Ｑ_FEに基づいて、電池の残り寿命を求める。限定的でない一例では、電池寿命測定装置４１０は、数式８に基づいて電池の残り寿命（又は求められた残り燃料）を求める。

〔数式８〕
求められた残り燃料＝１−（Ｑ_m／Ｑ_FE）、
上記の残り燃料は、パーセント或いは他の単位で表示することができる。

図５は、実際の電池の残量と、数式４−８を使って求められた残り燃料との対比曲線グラフ５００を示す。グラフ５００において、ｙ軸は、電池に残存する実際の燃料を利用可能な燃料の総計に対するパーセントで表し、ｘ軸は、電池に残存する燃料の求められた値を利用可能な燃料の総計に対するパーセントで表す。参照線５０２は、実際の残量と求められた残り燃料とが等しいグラフ上の点を示す。曲線５０４は、温度約２０℃における、実際の残り燃料に対する求められた残り燃料を示す。グラフ２００の曲線２０４におけると同様に、曲線５０４は、求められた残り燃料が、実際の燃料レベルの範囲にわたって実質的に参照線５０２を辿ることを表す。また、求められた残り燃料が、燃料の残りゼロパーセントに近い領域である電池の実際の寿命終了に近い領域において、実質的に参照線５０２を辿ることが分かる。

図６は、図４及び図５に関連して説明された手法に基づいて、電池残り寿命を求めるフロー図６００を示す。図３におけると同様に、フロー図６００は、限定的でない一連の動作として記載されており、これらの動作には、さらに追加がなされても、そこから省略されてもよく、及び／又は、他の変更がされてもよい。

６０２において、電池駆動機器が起動される。６０４において、温度Ｔが求められる。これは、温度センサー又は他の手段により達成できる。６０６において、電池の閉回路電圧ＣＣＶが求められる。限定的でない例として、ＣＣＶは測定により求められる。６０８において、電池の機能的終了点における容量Ｑ_FEが求められる。上述したように、Ｑ_FEは数式４及び５のように温度Ｔの関数として求めることができる。６１０では、電池の放電容量Ｑ_mが求められる。上述したように、該放電容量Ｑ_mは、数式６及び７におけるように、ＣＣＶと温度Ｔの関数として求めることができる。６１２において、電池の残り燃料ＦＲが求められる。上述したように、この求められた残り燃料ＦＲは、数式８におけるように、容量Ｑ_FEと放電容量Ｑ_mの関数として与えられる。求められた残り燃料ＦＲは、表示（例えば視覚的及び／又は聴覚的）されるか、又は他方法で利用することができる。例えば、求められた残り燃料ＦＲは、連続的に又は要求に応じて表示することができる。

６１４において、求められた残り燃料ＦＲは、第１の残り燃料レベルに従って設定される第１の閾値Ｔ１と比較される。求められた残り燃料ＦＲ＞Ｔ１の場合には、動作は６０４に戻る。しかし、ＦＲ＜Ｔ１の場合には、第１の対応策が６１６において遂行される。好ましい対応策の例としては、オペレータに対するメッセージ表示（例えば視覚的及び／又は聴覚的）を行うことである。メッセージは、電池寿命がＴ１（低電源警告）以下に低下したこと、求められた残り燃料（例えば、残り燃料のパーセント表示として、電池が寿命終了に達するまでの推定残り時間として）を表示するものとすることができる。次に、６１８において、求められた残り燃料ＦＲは、第２の残り燃料レベルに従って設定される第２の閾値Ｔ２と比較される。もし求められた残り燃料ＦＲ＞Ｔ２の場合、動作は６０４に戻る。しかし、もしＦＲ＜Ｔ２の場合には、第２の対応が６２０でとられる。好ましい対応例としては、電池駆動機器を停止することである。この動作には、電池駆動機器を停止する前或いはそれと同時に、セーブ状態情報を含ませることができる。

動作６１４−６２０は任意的であり、省略されてもよいことを認識すべきである。この場合でも、求められた残り燃料ＦＲは、表示（例えば視覚的及び／又は聴覚的）することができ、或いは上述したような他の手法で利用することができる。

任意的ではあるが、電池交換するべきかどうかについて初期チェックを遂行することもできる。この場合には、メッセージがオペレータに表示され、動作６０４−６２０を遂行しないで機器を停止するようにしてもよい。

図７は、ここに述べた電池燃料測定手法を利用可能な、電池駆動機器７００の実施例を示す。電池駆動される機器７００は、マイクロプロセッサー、中央処理装置ＣＰＵ、その他の処理ユニットのようなプロセッサー７０４を有する。ここに述べた命令のような、１つ又はそれ以上の燃料測定命令を、他のデータとともに保存するために、メモリー７０６を使用することができる。例えば、数式に使われる１つ又は多数組の係数の組み合わせもメモリー７０６に保存することができる。一例では、少なくとも第１の係数の組み合わせが、第１の電池化学構成に合わせて調整され、少なくとも第２の係数の組み合わせが、第２の電池化学構成に合わせて調整される。図示した例においては、プロセッサー７０４は、１つ又はそれ以上の燃料測定命令７０８を実行する。

電池収納領域７１０が、１つ又はそれ以上の電池を収納するように形成される。電池収納領域７１０は、個々の一次電池（非充電型）、個々の二次電池（充電型）、電池パックを受け入れるものとするか、又は、個々の一次電池と個々の二次電池と電池パックとを交互に収納するものとすることができる。ここでの燃料測定技術は、本質的にどのような化学構成の電池にも使用でき、限定的な意味ではないが、二硫化鉄リチウムイオン（Ｌｉ／ＦｅＳ₂）、ニッケル水酸化金属（ＮｉＭＨ）、酸水化ニッケル（ＮｉＯＯＨ）、二酸化マンガン亜鉛（ＺｎＭｎＯ₂）、亜鉛カーボン（ＣＺｎ）、二酸化マンガン亜鉛、リチウムイオン（Ｌｉ−Ｉｏｎ）、ニッケルカドミニウム（ＮｉＣｄ）、亜鉛空気、角型亜鉛空気、並びに、その他の化学構成を含む、どのような化学構成の電池にも、使用することができる。適切な電池サイズには、ＡＡＡ、ＡＡ、Ｃ、Ｄ、Ｎ、９ボルト型、ボタン電池、角型電池、その他どのような電池サイズも含まれる。

ディスプレイ、１つ又はそれ以上のＬＥＤ、スピーカなどの出力部品７１２は、人が理解可能な形で情報を表示する。入力部品７１４は、オペレータが電気機器に入力するのを可能にする。この入力部品は、「燃料測定要求」押しボタン又は他のユーザ作動の入力手段として構成され、該ユーザ作動の入力手段は、装置のオンオフスイッチ或いはモード切替スイッチのような他の機能を有するものである。これは、機器をオンオフさせること、或いは、１つ又はそれ以上の作動を遂行させることを含む。温度Ｔを求めるために、温度センサー７０２を設けてもよい。燃料測定に温度を使用しない場合には、温度センサー７０２は省略できる。

任意的ではあるが、電池化学構成特定装置を含むようにすることもできる。その場合には、電池化学構成を燃料測定に使用できる。電池化学構成特定装置は、プロセッサーコード及びメモリーにおける、選択スイッチ又は選択候補のような、ユーザ入力手段によるものとすることができる。代替的には、電池化学構成特定装置は、ユーザ入力手段のない、装置から電池に与えられる１つ又はそれ以上の種々の負荷のもとで、電池の自動測定を行うものとすることもできる。負荷変動のもとでの開回路電圧及び閉回路電圧に関連する電池の反応を用いて、電池化学構成を求めることができる。電池の化学構成が手動又は自動により求められると、適切な燃料測定用係数の組み合わせを用いて、燃料測定を計算することができる。

作動においては、プロセッサー７０４がメモリー７０６と交信し、１つ又はそれ以上の適切な燃料測定命令７０８を実行させる。電池に関する種々のパラメータが取得され、残り燃料値が求められる。この過程は、ある時間にわたって、連続的に或いは周期的に、又は要求により非周期的に、及び／又は、その他の手法で、再計算することができる。出力部品７１２は、例えば予め設定された条件が満たされたとき、及び／又は、その他の場合に、電気機器オペレータによって入力部品７１４を介して、連続的に又は要求に応じて求められた残り燃料を提示することができる。メッセージのようなその他の情報を提示することもできる。他の場合においては、燃料測定情報を、ネットワーク上で、無線により通信することができる。さらに他の例においては、プロセッサー７０４は、追加的に又は代替的に、省電モード、スリープモードに入るなど、燃料測定情報に基づいた種々の操作モードに入ることもできる。

図８は、ここに述べた電池燃料測定手法を利用できる、電池駆動される例示的な照明機器８００を示す。この電池駆動照明機器８００は、該電池駆動照明機器８００が１つ又はそれ以上の光源８０２を有し、電池収納領域７１０に収納された電池又は他の電力により駆動されることを除けば、電池駆動機器７００に類似している。１つ又はそれ以上の光源８０２は、例えば、以下のものに限定されるものではないが、発光ダイオードＬＥＤ、白熱灯、蛍光灯のような種々の種類の光源を含むことができる。

光源８０２は、例えば、点滅、減光等により、燃料測定情報を表示するように構成してもよい。さらに、プロセッサーは、燃料測定情報に基づき、光源８０２の照明光を減光する低電力モードを開始することもできる。

上述したように、種々の要因が電池寿命の終了判定に影響を与える。これらの要因としては、例えば、電池温度、電池の放電率、放電形態、電池使用の間隔、同じ化学構成の電池間における変化、電池の初期状態（すなわち新品か使用済みか）、放電特性（すなわち一段階または二段階放電）、電池の健康状態（すなわち良好か不良か）、及び／又は、他の要因の１つ又は多数のものがある。追加される光源は、化学構成の検出に関する項で述べたように、負荷として作用することになる。以下の説明は、これらの要因に関連して燃料測定の手法を述べるものである。例示目的のために、ここに記載の手法は、ｙ軸が実際の残り燃料を表し、ｘ軸が求められた残り燃料を表すグラフに関連して説明される。曲線は、係数及び／又は他のパラメータに基づいて変化する場合がある。

温度；
図９と図１０は、図１−６に関連して説明した手法を、−２０℃から４０℃までの温度範囲にわたって、実際の残り燃料と求められた残り燃料とを比較した曲線グラフを示す。

図９において、曲線は、図１−３に関連して説明した手法を利用している。この曲線の温度は、−２０℃、０℃、２０℃並びに４０℃である。該曲線は、実質的に、実際の残り燃料と求められた残り燃料とが等しい点を通ることに注目されたい。

図１０において曲線は、図４−６に関連して説明した手法を利用している。同様に曲線温度は、−２０℃、０℃、２０℃並びに４０℃である。再びこれらの曲線は、実質的に、実際の残り燃料と求められた残り燃料が略等しい点を通ることに注目されたい。

放電間隔；
図１１は、図１ー３に関連して説明した手法を用いて、異なった放電間隔としたときの実際の残り燃料と求められた残り燃料を比較する曲線グラフを示す。曲線の放電率は、連続のものと、１分当たり１０秒のもの（１０秒／分）、１時間当たり５分のもの（５分／時間）、一日当たり１時間のもの（１時間／日）である。これらの曲線は、実質的に、実際の残り燃料と求められた残り燃料が略等しい点を通ることに注目されたい。

電池デザインの変更；
電池製造者にはよく知られるように、時によって、例えば電池効率、信頼性などを向上させるために、電池の設計を変更する可能性がある。図１２及び図１３は、図１−図６に関連して説明した手法について、異なる電池設計における、実際の残り燃料と求められた残り燃料を比較した曲線グラフを示す。図１２における曲線は、図１−図３の手法に対応しており、実際の残り燃料と求められた残り燃料とが略等しい点を実質的に通る。図１３における曲線は、図４−６の手法に対応しており、等しい点の跡を辿っているが、特に電池寿命の終了を表す点でより接近している。図における当該部分は、ある一例において、電池放電がその機能的な容量を超えてしまう前にユーザに報知すること、及び／又は、ある対策をすることが望まれる場合、より重要になる。

部分的に放電した電池；
図１４は、図１−６に関連して説明した手法について、部分的に放電した電池における、実際の残り燃料と求められた残り燃料とを比較する曲線グラフを示す。曲線は、電池寿命の終了付近の点で追尾することに注目されたい。図示した曲線では、電池は、５００ｍＡで２時間放電させ、１０００ミリアンペア時間（ｍＡｈ）容量を取り出し、それを再放電の前に１０℃で１０日間放置したものである。

二段階放電；
電池によっては、放電挙動が、二回の平坦な放電区間を含む場合がある。例えば、Ｌｉ／ＦｅＳ₂電池の放電挙動では、電池が高温度下及び／又はかなり低い放電率で放電されるとき、二回の平坦な放電区間を含むようになることが知られている。図１５は、図１−図３の手法に対応した曲線が、一段の放電１５０２と二段の放電１５０４、１５０６の両者とも、実質的に、実際の残り燃料と求められた残り燃料が略等しい点を追尾することを示す。

放電率；
煙検出器のような幾つかの機器に対する用途では、予想される電池寿命は１０年以上である。その場合の低放電率での放電曲線は、比較的高い放電率又は中間の放電率と比較して、大きく放電曲線が異なることになる可能性がある。図１６に示されるように、ここに述べた手法は、実際の残り燃料対と求められた残り燃料が、低い放電率において略等しい点を追尾している。例示された曲線は、１０μＡから３００ｍＡまでの放電率に対応するものである。

放電中における温度変化；
図１７は、求められた残り燃料に対する温度変化の影響を示す。図１７では、５０ｍＡの連続放電において、温度変化は、約２０℃から−２０℃の間で６時間ごとに変化した。温度変化は、求められた残り燃料に対して温度変化の境界部で影響を示すことに注目されたい。

不適当な電池化学構成；
図１８及び図１９は、残り燃料に対する電池化学構成の影響を示す。図１８及び図１９においては、残り燃料を求める方程式のための係数として、特に、リチウム（Ｌｉ／ＦｅＳ₂）電池用に調整されたものを想定する。曲線は、ニッケル水素（ＮｉＭＨ）、オキシライド、二酸化マンガン亜鉛（ＺｎＭｎＯ₂）、二硫化鉄リチウムイオン（Ｌｉ／ＦｅＳ₂）電池の応答を表す。図１８は、図４−６の燃料測定手法に対応する曲線を示しており、図１９は、図１−３の燃料測定手法に対応する曲線を示す。低電池警告が、求められた残り燃料の１０パーセントで表示される場合には、実際の残り燃料は５〜２０パーセントの範囲に位置することになる。図２０においては、各曲線に使われる係数は、図１−３の手法を使って、電池化学に対応して調整されたものである。電池は、放電の開始から終了まで正確に燃料測定されることに注目されたい。図２１から図２４は、実際の放電曲線の例を表す。放電曲線は、非常に異なるものとなる。

本発明は、種々の実施形態に関連して説明されている。本出願を読むことにより、修正及び変更が他に想起されるであろう。本発明は、添付した特許請求の範囲及びその均等範囲に含まれる限り、そのような修正及び変更をも含むものとして解釈されるように意図されている。

１００ 電池の燃料測定システム
１０２ 閉回路電圧測定装置
１０４ 電池の放電容量Ｑ_m測定装置
１０６ 機能的な終了点における放電容量測定装置
１０８ 電池の残量測定装置
３０４ 電池の放電容量Ｑ_m測定装置
３０６ 電池の閉回路電圧ＣＣＶ測定装置
３０８ 電池の機能的な終了点における放電容量測定装置
３１０ 電池の残り燃料（ＦＲ）測定装置
３１２ 第１の比較器
３１６ 第２の比較器
４００ 電池燃料測定システム
４０２ 温度測定装置
４０４ 電池の機能的終了点の放電容量測定装置
４０６ 閉回路電圧測定装置
４０８ 電池の放電容量測定装置
４１０ 電池の残り寿命測定装置
７００ 電池駆動される機器
７０２ 温度測定装置
７０４ プロセッサー
７０６ メモリー
７０８ 燃料測定命令
７１０ 電池収納領域
７１２ 出力部品
７１４ 入力部品
８００ 電池駆動される照明機器
８０２ 光源

Claims (1)

1. 電池寿命の終了を判定する方法において、
   前記電池の機能的終了点における放電容量と、ある与えられた時間における放電容量との両者に基づいて、電池寿命の終了を求めること、
   を含み、
   ａ）前記与えられた時間における前記放電容量は、クーロン値によって求められるものであって、前記電池寿命の終了が、１−（Ｑ _m ／Ｑ _FE ）の関数であり、ここで、Ｑ _m は前記与えられた時間における前記放電容量であり、Ｑ _FE は電池の機能的終了点における前記放電容量であり、前記機能的終了点における放電容量が、（ＡｘＱ _m ² ）＋（ＢｘＣＣＶ ² ）＋（ＣｘＱ _m ｘＣＣＶ）＋（ＤｘＱ _m ）＋（ＥｘＣＣＶ）＋Ｆの関数であり、ここでＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ及びＦは、好ましい定数であり、Ｑ _m は前記与えられた時間における前記放電容量であり、ＣＣＶは電池の閉回路電圧であるか、又は、
   ｂ）前記与えられた時間における前記放電容量は、前記電池の閉回路電圧と前記電池に関する温度の両者に基づいて求められるものであって、前記電池寿命の終了が、１−（Ｑ _m ／Ｑ _FE ）の関数であり、ここで、Ｑ _m はある与えられた時間における前記放電容量であり、Ｑ _FE は前記電池の機能的終了点における前記放電容量であり、前記機能的終了点における放電容量が、Ｑ _FE ＝（ＡｘＴ ³ ）＋（ＢｘＴ ² ）＋（ＣｘＴ）＋Ｄの関数であり、ここで、Ａ、Ｂ、Ｃ、及びＤは好ましい定数であり、Ｔは温度であるか、又は、
   ｃ）前記与えられた時間における前記放電容量は、前記電池の閉回路電圧と前記電池に関する温度の両者に基づいて求められるものであって、前記電池寿命の終了が、１−（Ｑ _m ／Ｑ _FE ）の関数であり、ここで、Ｑ _m はある与えられた時間における前記放電容量であり、Ｑ _FE は前記電池の機能的終了点における前記放電容量であり、前記与えられた時点における放電容量が、Ｑ _m ＝（ＡｘＣＣＶｘＴ ² ）＋（ＢｘＣＣＶ ² ）＋（ＣｘＴ）＋（ＤｘＴｘＣＣＶ）＋（ＥｘＣＣＶ）＋（ＦｘＴ）＋Ｇの関数であり、ここで、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆ及びＧは好ましい定数であり、ＣＣＶは前記電池の閉回路電圧であり、Ｔは前記温度である、
   ことを特徴とする方法。

Images