JP6650520B2 - センサモジュールおよびその電池残量監視方法 - Google Patents
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Description
上記第1電圧規定値は、例えば、電池残量の減少に伴う電圧の減少傾向が大きくなり始める電圧範囲に設定され、例えば、電池残量が約30%以上約60%以下の範囲に設定される。
また、センサモジュールは、スイッチを閉状態としたときに負荷に流れる電流を測定する電流測定部を更に備え、電池残量推定部は、スイッチを開状態としたときの電池の両端電圧と、スイッチを閉状態としたときに負荷に流れる電流とを用いて内部抵抗を算出してもよい。
上記「終了電圧値」は、例えば、電気回路の動作保証最低電圧として設定されている電圧または該動作保証最低電圧に所定の裕度を持たせた値に設定されている。
上記「終了抵抗値」は、例えば、上記終了電圧値に対応する推定内部抵抗値に設定されている。
また、前記通知部は、前記電池残量推定部によって推定された電池残量を通知することとしてもよい。
図1は、本発明の一実施形態に係るセンサモジュールの概略構成を示した図である。図1に示すように、センサモジュール1は、電池2と、電気回路3と、電池2と並列に接続されるとともに抵抗値が既知の抵抗(負荷)4と、抵抗4と直列に接続されたスイッチ5とを主な構成として備えている。
電池2は、例えば、一次電池である。電気回路3は、センサ11、無線通信部(通知部)12、電圧測定部13、および制御部15を備えている。センサ11の一例として、圧力センサ、磁気センサ、温度センサ、湿度センサ、ジャイロセンサ、UV/照度センサ等が挙げられる。センサ11は、一つのセンサでもよいし、複数のセンサから構成されていてもよい。
無線通信部12は、センサ11の測定値または測定値に基づく値(例えば、ノイズを低減した値等)を外部、例えば、外部に設けられたホストコンピュータに送信する。また、無線通信部12は、後述する電池残量推定部24によって推定される電池残量や、電池の交換時期等を送信する。なお、無線通信部12に代えて、例えば、有線で情報を送信する通信部、センサモジュール1に一体的に設けられた表示部、音声等により聴覚的にユーザに情報を通知するスピーカ等を採用してもよい。
測定間隔変更部22は、電圧測定部13による測定間隔を変更する。ここで、図3に示すように、電池の開放電圧Voutは電池2の寿命が近づくと加速度的に低下する傾向を示し、逆に、電池の内部抵抗Riは電池2の寿命が近づくと加速度的に増加する傾向を示す。この傾向に基づき、本実施形態では第1電圧規定値Vth1および第2電圧規定値Vth2を設定し、段階的に電圧測定間隔を短くする。
これにより、電池2が満充電に近い状態では電圧測定の頻度を抑えることで消費電力を抑制でき、電池残量が加速度的に減少し始める時期から電圧の測定頻度を高めることにより、電池交換時期を正確に把握することが可能となる。
算出部31は、以下の(1)式を用いて電池の内部抵抗Riを算出する。
例えば、電気回路3が備える無線通信部12、センサ11の動作を停止させることにより、電気回路3に流れる電流Imainを小さくすることができる。このときの電流Imainは、抵抗4に流れる電流Irefに比べて極めて小さく、ゼロとみなすことができる。そうすると、スイッチ5が閉状態の場合には、以下の(2)式が成立する。また、スイッチ5が開状態の場合には、以下の(3)式が成立する。
Vbat=Vout (3)
続いて、ステップSA6において、タイマ23によるトリガが発生すると、ステップSA1に戻り、上記ステップSA1以降の処理を再び実行する。
続いて、タイマ23によるトリガが発生すると(ステップSA6)、ステップSA1に戻り、上記ステップSA1以降の処理を再び実行する。
一方、ステップSA7において電池の開放電圧Voutが第2電圧規定値Vth2未満であると判定した場合(ステップSA7において「YES」)、または、ステップSA9において、内部抵抗Riが第1抵抗規定値Rth1以上であると判定した場合(ステップSA9において「YES」)には、図8のステップSA14に移行する。
続いて、タイマ23によるトリガが発生すると(ステップSA6)、ステップSA1に戻り、上記ステップSA1以降の処理を再び実行する。
さらに、内部抵抗Riを考慮して電池残量を推定するので、電池残量の推定精度を高めることができ、より正確な電池交換時期をユーザに通知することが可能となる。
また、本実施形態においては、電池2の開放電圧Voutと各電圧規定値を比較することにより電圧測定間隔を変更したが、電池2の開放電圧Voutに代えて電池の両端電圧Vrefを採用することとしてもよい。
また、本実施形態では、無線通信部12が電池交換の旨を外部に通知することとしたが、例えば、無線通信部12に加えてLEDや表示部等をセンサモジュールに設け、これらのLEDや表示部によって電池交換の旨をユーザに通知することとしてもよい。
また、本実施形態では、電池残量推定部24が内部抵抗Riの前回値と前々回値を用いて近似曲線を描き、この近似曲線から内部抵抗Riの今回値を推定することとしたが、今回値の内部抵抗Riの推定手法についてはこの手法に限定されない。例えば、過去の3つ以上の値を用いて統計的に推定してもよい。
2 電池
3 電気回路
4 抵抗(負荷)
5 スイッチ
11 センサ
12 無線通信部(通知部)
13 電圧測定部
15 制御部
21 スイッチ制御部
22 測定間隔変更部
23 タイマ
24 電池残量推定部
31 算出部
32 記憶部
33 推定部
34 差分演算部
35 取得部
Claims (8)
- センサと、
前記センサの測定値または該測定値に基づく値を通知する通知部と、
前記センサおよび前記通知部を含む電気回路に電圧を供給する電池と、
前記電池の両端電圧を所定の測定間隔で測定する電圧測定部と、
前記電圧測定部の前記測定間隔を変更する測定間隔変更部と、
前記電池と並列に接続された抵抗値が既知の負荷と、
前記負荷と直列に接続されたスイッチと、
前記電圧測定部によって測定された前記電池の両端電圧が予め設定された第1電圧規定値未満の場合に、電池残量を推定する電池残量推定部と
を備え、
前記測定間隔変更部は、前記電圧測定部によって測定された前記電池の両端電圧が前記第1電圧規定値以上の場合に、前記測定間隔を第1時間間隔に設定し、
前記測定間隔変更部は、前記電圧測定部によって測定された前記電池の両端電圧が前記第1電圧規定値未満の場合に、前記電圧測定部の測定間隔を前記第1時間間隔よりも短い第2時間間隔に変更し、
前記電池残量推定部は、前記電圧測定部によって測定された前記電池の両端電圧を用いて前記電池の内部抵抗を算出し、算出した前記電池の内部抵抗を用いて電池残量を推定する
センサモジュール。 - 前記電池残量推定部は、
前記電池の内部抵抗を算出する算出部と、
前記算出部によって算出された過去の前記電池の内部抵抗を用いて現在の前記電池の内部抵抗を推定する推定部と、
前記算出部によって算出された現在の前記電池の内部抵抗と、前記推定部によって推定された現在の前記電池の内部抵抗との差分を算出する差分演算部と、
前記差分演算部によって演算された差分を用いて前記電池の電池残量を取得する取得部と
を備える請求項1に記載のセンサモジュール。 - 前記測定間隔変更部は、前記電池の両端電圧に関する複数の電圧規定値および前記電池の内部抵抗に関する少なくとも1つの抵抗規定値のうち、少なくともいずれか一方を有し、前記電池の両端電圧が低くなるにつれて、または、前記電池の内部抵抗が大きくなるにつれて、前記電圧測定部の測定間隔が短くなるように前記測定間隔を変更する請求項1または請求項2に記載のセンサモジュール。
- 前記電池の両端電圧が予め設定された終了電圧値未満または前記電池の内部抵抗が予め設定された終了抵抗値以上の場合に、電池交換が必要であると判定し、前記スイッチを開放状態に保つとともに、前記電圧測定部による電圧測定を停止する請求項1から請求項3のいずれかに記載のセンサモジュール。
- 前記通知部は、前記電池の両端電圧が予め設定された終了電圧値未満または前記電池の内部抵抗が予め設定された終了抵抗値以上の場合に、ユーザに対して電池交換が必要な旨を通知する請求項1から請求項4のいずれかに記載のセンサモジュール。
- 前記通知部は、前記電池残量推定部によって推定された電池残量を通知する請求項1から請求項5のいずれかに記載のセンサモジュール。
- 前記通知部は、無線により情報を送信する無線通信部である請求項1から請求項6のいずれかに記載のセンサモジュール。
- センサと、前記センサの測定値または該測定値に基づく値を通知する通知部と、前記センサおよび前記通知部を含む電気回路に電圧を供給する電池と、前記電池の両端電圧を予め設定されている第1時間間隔で測定する電圧測定部とを備えるセンサモジュールの電池残量監視方法であって、
前記電圧測定部によって測定された前記電池の両端電圧が予め設定された第1電圧規定値未満の場合に、前記電圧測定部による測定間隔を前記第1時間間隔よりも短い第2時間間隔に変更するとともに、前記電池の電池残量推定を開始し、
前記電池残量推定において、前記電圧測定部によって測定された前記電池の両端電圧を用いて前記電池の内部抵抗を算出し、算出した前記電池の内部抵抗を用いて電池残量を推定する
センサモジュールの電池残量監視方法。
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