JP7192216B2 - 電池残量計測回路及びセンサノード - Google Patents
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Description
電池に流れる電流の積算量を計測する積算量計測部と、
前記電流を変化させるセンシング動作を検出する検出部と、
前記検出部により検出された前記センシング動作が発生する回数を計測する回数計測部と、
時間を計測する時間計測部と、
前記積算量計測部による前記積算量の計測の停止後において、前記回数計測部により計測される前記回数と、前記時間計測部により計測される時間とを用いて、前記電池の残量を算出する残量算出部とを備え、
前記センシング動作は、センサにより検知されたデータを外部に送信するセンサ処理部の動作であり、
前記残量算出部は、前記積算量計測部による前記積算量の計測の停止前に、前記センシング動作が1回発生する当たりに前記電池から放電される電荷と、前記電池から常に流れ出るベース電流とを算出する、電池残量計測回路が提供される。
電池に流れる電流の積算量を計測する積算量計測部と、
前記電流を変化させる第1動作を検出し、且つ、前記第1動作とは異なる、前記電流を変化させる第2動作を検出する検出部と、
前記検出部により検出された前記第1動作が発生する第1回数を計測し、且つ、前記検出部により検出された前記第2動作が発生する第2回数を計測する回数計測部と、
時間を計測する時間計測部と、
前記積算量計測部による前記積算量の計測の停止後において、前記回数計測部により計測される前記第1回数と、前記回数計測部により計測される前記第2回数と、前記時間計測部により計測される時間とを用いて、前記電池の残量を算出する残量算出部とを備え、
前記第1動作及び前記第2動作は、センサにより検知されたデータを外部に送信するセンサ処理部の動作であり、
前記第1動作は、前記センサにより検出されたデータを外部に送信するセンシング動作であり、
前記第2動作は、前記センシング動作とは異なる動作であり、
前記残量算出部は、前記積算量計測部による前記積算量の計測の停止前に、前記第1動作が1回発生する当たりに前記電池から放電される第1電荷と、前記第2動作が1回発生する当たりに前記電池から放電される第2電荷と、前記電池から常に流れ出るベース電流とを算出する、電池残量計測回路が提供される。
電池に流れる電流の積算量を計測する積算量計測部と、
前記電流を変化させる動作を検出する検出部と、
前記検出部により検出された前記動作が発生している発生時間を計測するカウント部と、
時間を計測する時間計測部と、
前記積算量計測部による前記積算量の計測の停止後において、前記カウント部により計測される前記発生時間と、前記時間計測部により計測される時間とを用いて、前記電池の残量を算出する残量算出部とを備え、
前記動作は、センサにより検知されたデータを外部に送信するセンサ処理部の動作であり、
前記残量算出部は、前記積算量計測部による前記積算量の計測の停止前に、前記電池から常に流れ出るベース電流と、前記動作の動作電流とを算出する、電池残量計測回路が提供される。
Ctotal=IB×Ttotal+CA×Ntotal ・・・(11)
Cr=Cbat-Ctotal ・・・(12)
という関係式に従って、電池12の残量Crを算出できる。式(11)において、Ttotalは、センサノードの合計稼働時間(すなわち、ベース電流IBが流れ始めてからの経過期間)を表し、Ntotalは、合計センシング動作回数(センシング動作が合計稼働時間Ttotalに発生する合計回数)を表す。Ttotalは、タイマ26により計測され、Ntotalは、カウント部31により計測される。式(12)において、Cbatは、電池12の容量を表し、Ctotalは、合計稼働時間Ttotalにおける合計電流積算量を表す。
IB×T1+CA×N1=C1 ・・・(14)
式(13)は、計測された電流積算量C0が、常時流れるベース電流IBと計測期間T0との積である電流積算量IB×T0と、センシング動作1回あたりに消費する電荷CAとその動作回数N0との積である電流積算量CA×N0との和で決まることを意味する。式(14)についても同様である。
Ctotal=IB×Ttotal+CA×Ntotal ・・・(11)
Cr=Cbat-Ctotal ・・・(12)
という関係式に従って、電池12の残量Crを算出できる。CA,IBが算出されると、クーロンカウンタ13によって計測される電流積算量は、式(11)(12)による電池残量の算出処理には使用されないため、クーロンカウンタ13を停止することができる。
Ctotal=IB×Ttotal+CA×NAtotal+CB×NBtotal+CC×NCtotal ・・・(21)
Cr=Cbat-Ctotal ・・・(22)
という関係式に従って、電池12の残量Crを算出できる。式(21)において、Ttotalは、センサノードの合計稼働時間(すなわち、ベース電流IBが流れ始めてからの経過期間)を表し、NAtotalは、合計センシング動作回数(センシング動作が合計稼働時間Ttotalに発生する合計回数)を表す。NBtotalは、合計無線通信動作回数(無線通信動作が合計稼働時間Ttotalに発生する合計回数)を表し、NCtotalは、合計再接続動作回数(再接続動作が合計稼働時間Ttotalに発生する合計回数)を表す。Ttotalは、タイマ26により計測され、NAtotal,NBtotal,NCtotalは、カウント部31内の各カウンタにより計測される。式(22)において、Cbatは、電池12の容量を表し、Ctotalは、合計稼働時間Ttotalにおける合計電流積算量を表す。
IB×T1+CA×NA1+CB×NB1+CC×NC1=C1 ・・・(24)
IB×T2+CA×NA2+CB×NB2+CC×NC2=C2 ・・・(25)
IB×T3+CA×NA3+CB×NB3+CC×NC3=C3 ・・・(26)
式(23)は、計測された電流積算量C0が、電流積算量IB×T0と、電流積算量CA×NA0と、電流積算量CB×NB0と、電流積算量CC×NC0との和で決まることを意味する。式(24)~(26)についても同様である。
Ctotal=IB×Ttotal+CA×NAtotal+CB×NBtotal+CC×NCtotal ・・・(21)
Cr=Cbat-Ctotal ・・・(22)
という関係式に従って、電池12の残量Crを算出できる。CA,CB,CC,IBが算出されると、クーロンカウンタ13によって計測される電流積算量は、式(21)(22)による電池残量の算出処理には使用されないため、クーロンカウンタ13を停止することができる。
CA=IA×tA, CB=IA×tB, CC=IA×tC
のように近似できる。カウント部31は、電流変化を検出しているトータル時間ttotalを動作時間としてカウントすれば、
Ctotal=IB×Ttotal+IA×ttotal ・・・(31)
Cr=Cbat-Ctotal ・・・(32)
と表現できる。Ttotalは、センサノードの合計稼働時間(すなわち、ベース電流IBが流れ始めてからの経過期間)を表す。ttotalは、電流Iを変化させる全動作の合計動作時間(各動作が合計稼働時間Ttotalに動作する時間の合計)を表す。このように、各動作の消費電流値を同じIAとすることで、動作状態の種類の多い少ないに関わらず、未知数はIA,IBの2つに絞られるので、算出アルゴリズムの簡単化が可能である。また、各動作の消費電流値を同じIAとすることで動作状態の判別が不要となる。よって、コントローラ28は、再接続動作等の発生を表す動作情報をMCU17から取得しなくても、電流Iを変化させる動作により生ずる電流積算量を計測でき、その計測値を電池残量の算出に利用できる。
IB×T1+IA×t1=C1 ・・・(34)
式(33)は、計測された電流積算量C0が、電流積算量IB×T0と、電流積算量IA×t0との和で決まることを意味する。式(34)についても同様である。
Ctotal=IB×Ttotal+IA×ttotal ・・・(31)
Cr=Cbat-Ctotal ・・・(32)
という関係式に従って、電池12の残量Crを算出できる。IA,IBが算出されると、クーロンカウンタ13によって計測される電流積算量は、式(31)(32)による電池残量の算出処理には使用されないため、クーロンカウンタ13を停止することができる。
(付記1)
電池に流れる電流の積算量を計測する積算量計測部と、
前記電流を変化させるセンシング動作が発生する回数を計測する回数計測部と、
時間を計測する時間計測部と、
前記積算量計測部により計測期間に計測される前記積算量と、前記回数計測部により前記計測期間に計測される前記回数と、前記時間計測部により計測される前記計測期間とを用いて、前記電池の残量を算出する残量算出部とを備える、電池残量計測回路。
(付記2)
前記残量算出部は、前記電池から常に流れ出るベース電流と前記センシング動作が1回発生する当たりに前記電池から放電される電荷とを更に用いて、前記電池の残量を算出する、付記1に記載の電池残量計測回路。
(付記3)
前記残量算出部は、前記ベース電流と前記ベース電流が流れ始めてからの経過期間との積と、前記電荷と前記センシング動作が前記経過期間に発生する合計回数との積との和を、前記電池の容量から減算することにより、前記電池の残量を算出する、付記2に記載の電池残量計測回路。
(付記4)
前記残量算出部は、前記積算量計測部により各計測期間に計測される前記積算量と、前記回数計測部により前記各計測期間に計測される前記回数と、前記時間計測部により計測される前記各計測期間とを用いて、前記ベース電流と前記電荷とを算出する、付記2又は3に記載の電池残量計測回路。
(付記5)
前記積算量計測部は、前記ベース電流と前記電荷とが算出された後、前記積算量の計測を停止する、付記4に記載の電池残量計測回路。
(付記6)
前記積算量計測部は、前記積算量の計測停止中に所定のイベントが発生することにより、前記積算量の計測を再開し、
前記残量算出部は、前記ベース電流と前記電荷とを再算出して更新する、付記5に記載の電池残量計測回路。
(付記7)
前記電流の上昇に基づいて、前記センシング動作の発生を検出する電流変化検出部を更に備え、
前記回数計測部は、前記電流変化検出部の検出結果に基づいて、前記回数を計測する、付記1から6のいずれか一項に記載の電池残量計測回路。
(付記8)
前記回数計測部は、前記センシング動作が発生する回数とは別に、前記電流を変化させる少なくとも一つの別の動作が発生する回数も計測し、
前記残量算出部は、前記回数計測部により前記計測期間に計測される前記別の動作の発生回数を更に用いて、前記電池の残量を算出する、付記1に記載の電池残量計測回路。
(付記9)
前記残量算出部は、前記電池から常に流れ出るベース電流と、前記センシング動作が1回発生する当たりに前記電池から放電される電荷と、前記別の動作が1回発生する当たりに前記電池から放電される電荷とを更に用いて、前記電池の残量を算出する、付記8に記載の電池残量計測回路。
(付記10)
前記残量算出部は、前記ベース電流と前記ベース電流が流れ始めてからの経過期間との積と、前記センシング動作が1回発生する当たりに前記電池から放電される電荷と前記センシング動作が前記経過期間に発生する合計回数との積と、前記別の動作が1回発生する当たりに前記電池から放電される電荷と前記別の動作が前記経過期間に発生する合計回数との積との和を、前記電池の容量から減算することにより、前記電池の残量を算出する、付記9に記載の電池残量計測回路。
(付記11)
前記残量算出部は、前記積算量計測部により各計測期間に計測される前記積算量と、前記回数計測部により前記各計測期間に計測される前記センシング動作の発生回数と、前記回数計測部により前記各計測期間に計測される前記別の動作の発生回数と、前記時間計測部により計測される前記各計測期間とを用いて、前記ベース電流と、前記センシング動作が1回発生する当たりに前記電池から放電される電荷と、前記別の動作が1回発生する当たりに前記電池から放電される電荷とを算出する、付記9又は10に記載の電池残量計測回路。
(付記12)
前記積算量計測部は、前記ベース電流と、前記センシング動作が1回発生する当たりに前記電池から放電される電荷と、前記別の動作が1回発生する当たりに前記電池から放電される電荷とが算出された後、前記積算量の計測を停止する、付記11に記載の電池残量計測回路。
(付記13)
前記積算量計測部は、前記積算量の計測停止中に所定のイベントが発生することにより、前記積算量の計測を再開し、
前記残量算出部は、前記ベース電流と、前記センシング動作が1回発生する当たりに前記電池から放電される電荷と、前記別の動作が1回発生する当たりに前記電池から放電される電荷とを再算出して更新する、付記12に記載の電池残量計測回路。
(付記14)
前記電流の上昇に基づいて、前記センシング動作及び前記別の動作の発生を検出する電流変化検出部を更に備え、
前記回数計測部は、前記電流変化検出部の検出結果に基づいて、前記センシング動作及び前記別の動作の発生回数を計測する、付記8から13のいずれか一項に記載の電池残量計測回路。
(付記15)
前記電流を変化させる動作が発生している時間の長さの違いに基づいて、前記センシング動作と前記別の動作とを判別する、付記8から14のいずれか一項に記載の電池残量計測回路。
(付記16)
前記所定のイベントは、定期的に又は温度変化により発生する、付記6又は13に記載の電池残量計測回路。
(付記17)
電池に流れる電流の積算量を計測する積算量計測部と、
前記電流を変化させるセンシング動作を行う処理部と、
前記センシング動作が発生する回数を計測する回数計測部と、
時間を計測する時間計測部と、
前記積算量計測部により計測期間に計測される前記積算量と、前記回数計測部により前記計測期間に計測される前記回数と、前記時間計測部により計測される前記計測期間とを用いて、前記電池の残量を算出する残量算出部とを備える、制御回路。
(付記18)
電池と、
センサと、
前記センサより検知されたデータをセンサノード外部に送信するセンシング動作を前記電池からの電力を使用して行うセンサ処理部と、
前記電池に流れる電流の積算量を計測する積算量計測部と、
前記センシング動作が発生する回数を計測する回数計測部と、
時間を計測する時間計測部と、
前記積算量計測部により計測期間に計測される前記積算量と、前記回数計測部により前記計測期間に計測される前記回数と、前記時間計測部により計測される前記計測期間とを用いて、前記電池の残量を算出する残量算出部とを備える、センサノード。
(付記19)
複数のセンサノードと、前記センサノードのそれぞれから収集した情報を処理する処理装置とを備え、
前記センサノードは、それぞれ、
電池と、
センサと、
前記センサより検知されたデータをセンサノード外部に送信するセンシング動作を前記電池からの電力を使用して行うセンサ処理部と、
前記電池に流れる電流の積算量を計測する積算量計測部と、
前記センシング動作が発生する回数を計測する回数計測部と、
時間を計測する時間計測部と、
前記積算量計測部により計測期間に計測される前記積算量と、前記回数計測部により前記計測期間に計測される前記回数と、前記時間計測部により計測される前記計測期間とを用いて、前記電池の残量を算出する残量算出部とを備える、情報収集システム。
(付記20)
電池に流れる電流の積算量を計測する積算量計測部と、
前記電流を変化させる動作が発生している発生時間を計測するカウント部と、
時間を計測する時間計測部と、
前記積算量計測部により計測期間に計測される前記積算量と、前記カウント部により前記計測期間に計測される前記発生時間と、前記時間計測部により計測される前記計測期間とを用いて、前記電池の残量を算出する残量算出部とを備える、電池残量計測回路。
5 ゲートウェイ
7 管理サーバ
10,100,200,300 センサノード
13 クーロンカウンタ
20 温度センサ
21 電流変化検出部
23 スイッチ
30,33,33A,33B 電池残量計測回路
31 カウント部
32 残量算出部
101,201,301 制御回路
1000 情報収集システム
Claims (15)
- 電池に流れる電流の積算量を計測する積算量計測部と、
前記電流を変化させるセンシング動作を検出する検出部と、
前記検出部により検出された前記センシング動作が発生する回数を計測する回数計測部と、
時間を計測する時間計測部と、
前記積算量計測部による前記積算量の計測の停止後において、前記回数計測部により計測される前記回数と、前記時間計測部により計測される時間とを用いて、前記電池の残量を算出する残量算出部とを備え、
前記センシング動作は、センサにより検知されたデータを外部に送信するセンサ処理部の動作であり、
前記残量算出部は、前記積算量計測部による前記積算量の計測の停止前に、前記センシング動作が1回発生する当たりに前記電池から放電される電荷と、前記電池から常に流れ出るベース電流とを算出する、電池残量計測回路。 - 前記残量算出部は、前記ベース電流と前記ベース電流が流れ始めてからの経過期間との積と、前記電荷と前記センシング動作が前記経過期間に発生する合計回数との積との和を、前記電池の容量から減算することにより、前記電池の残量を算出する、請求項1に記載の電池残量計測回路。
- 前記残量算出部は、前記積算量計測部により各計測期間に計測される前記積算量と、前記回数計測部により前記各計測期間に計測される前記回数と、前記時間計測部により計測される前記各計測期間とを用いて、前記ベース電流と前記電荷とを算出する、請求項1又は2に記載の電池残量計測回路。
- 前記積算量計測部は、前記積算量の計測停止中に所定のイベントが発生することにより、前記積算量の計測を再開し、
前記残量算出部は、前記ベース電流と前記電荷とを再算出して更新する、請求項1から3のいずれか一項に記載の電池残量計測回路。 - 前記検出部は、前記電流の上昇に基づいて、前記センシング動作の発生を検出する電流変化検出部であり、
前記回数計測部は、前記電流変化検出部の検出結果に基づいて、前記回数を計測する、請求項1から4のいずれか一項に記載の電池残量計測回路。 - 電池に流れる電流の積算量を計測する積算量計測部と、
前記電流を変化させる第1動作を検出し、且つ、前記第1動作とは異なる、前記電流を変化させる第2動作を検出する検出部と、
前記検出部により検出された前記第1動作が発生する第1回数を計測し、且つ、前記検出部により検出された前記第2動作が発生する第2回数を計測する回数計測部と、
時間を計測する時間計測部と、
前記積算量計測部による前記積算量の計測の停止後において、前記回数計測部により計測される前記第1回数と、前記回数計測部により計測される前記第2回数と、前記時間計測部により計測される時間とを用いて、前記電池の残量を算出する残量算出部とを備え、
前記第1動作及び前記第2動作は、センサにより検知されたデータを外部に送信するセンサ処理部の動作であり、
前記第1動作は、前記センサにより検出されたデータを外部に送信するセンシング動作であり、
前記第2動作は、前記センシング動作とは異なる動作であり、
前記残量算出部は、前記積算量計測部による前記積算量の計測の停止前に、前記第1動作が1回発生する当たりに前記電池から放電される第1電荷と、前記第2動作が1回発生する当たりに前記電池から放電される第2電荷と、前記電池から常に流れ出るベース電流とを算出する、電池残量計測回路。 - 前記残量算出部は、前記ベース電流と前記ベース電流が流れ始めてからの経過期間との積と、前記第1電荷と前記第1動作が前記経過期間に発生する合計回数との積と、前記第2電荷と前記第2動作が前記経過期間に発生する合計回数との積との和を、前記電池の容量から減算することにより、前記電池の残量を算出する、請求項6に記載の電池残量計測回路。
- 前記残量算出部は、前記積算量計測部により各計測期間に計測される前記積算量と、前記回数計測部により前記各計測期間に計測される前記第1回数と、前記回数計測部により前記各計測期間に計測される前記第2回数と、前記時間計測部により計測される前記各計測期間とを用いて、前記ベース電流と、前記第1電荷と、前記第2電荷とを算出する、請求項6又は7に記載の電池残量計測回路。
- 前記積算量計測部は、前記積算量の計測停止中に所定のイベントが発生することにより、前記積算量の計測を再開し、
前記残量算出部は、前記ベース電流と、前記第1電荷と、前記第2電荷とを再算出して更新する、請求項6から8のいずれか一項に記載の電池残量計測回路。 - 前記検出部は、前記電流の上昇に基づいて、前記第1動作及び前記第2動作の発生を検出する電流変化検出部であり、
前記回数計測部は、前記電流変化検出部の検出結果に基づいて、前記第1回数及び前記第2回数を計測する、請求項6から9のいずれか一項に記載の電池残量計測回路。 - 前記電流が変化し続ける時間の長さの違いに基づいて、前記第1動作と前記第2動作とを判別する、請求項6から9のいずれか一項に記載の電池残量計測回路。
- 前記所定のイベントは、定期的に又は温度変化により発生する、請求項4又は9に記載の電池残量計測回路。
- 請求項1から12のいずれか一項に記載の電池残量計測回路と、
前記センサ処理部と、を備える、機器。 - 請求項1から5のいずれか一項に記載の電池残量計測回路と、
電池と、
センサと、
前記センサより検知されたデータをセンサノード外部に送信する前記センシング動作を前記電池からの電力を使用して行う前記センサ処理部と、を備える、センサノード。 - 電池に流れる電流の積算量を計測する積算量計測部と、
前記電流を変化させる動作を検出する検出部と、
前記検出部により検出された前記動作が発生している発生時間を計測するカウント部と、
時間を計測する時間計測部と、
前記積算量計測部による前記積算量の計測の停止後において、前記カウント部により計測される前記発生時間と、前記時間計測部により計測される時間とを用いて、前記電池の残量を算出する残量算出部とを備え、
前記動作は、センサにより検知されたデータを外部に送信するセンサ処理部の動作であり、
前記残量算出部は、前記積算量計測部による前記積算量の計測の停止前に、前記電池から常に流れ出るベース電流と、前記動作の動作電流とを算出する、電池残量計測回路。
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