特許 7230361 電池残量計測装置、電池残量計測方法および電池残量計測プログラム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-02-20

(45)【発行日】2023-03-01

(54)【発明の名称】電池残量計測装置、電池残量計測方法および電池残量計測プログラム

(51)【国際特許分類】

   G01R 31/388 20190101AFI20230221BHJP

   H02J 7/00 20060101ALI20230221BHJP

   H01M 10/48 20060101ALI20230221BHJP

   G01R 31/367 20190101ALI20230221BHJP

【ＦＩ】

G01R31/388

H02J7/00 X

H01M10/48 P

G01R31/367

【請求項の数】 28

(21)【出願番号】P 2018137643

(22)【出願日】2018-07-23

(65)【公開番号】P2020016454

(43)【公開日】2020-01-30

【審査請求日】2021-04-08

(73)【特許権者】

【識別番号】000005223

【氏名又は名称】富士通株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100087480

【弁理士】

【氏名又は名称】片山 修平

(72)【発明者】

【氏名】川▲崎▼ 健一

(72)【発明者】

【氏名】中本 裕之

(72)【発明者】

【氏名】山中 俊宏

(72)【発明者】

【氏名】寿福 義幸

【審査官】島▲崎▼ 純一

(56)【参考文献】

【文献】特開２００６－３１１７７１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１５－１１１０７０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０６－２２４８４４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１８－１０９５３２（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１６／００１１２６９（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｒ ３１／３８８

Ｇ０１Ｒ ３１／３６７

Ｈ０２Ｊ ７／００

Ｈ０１Ｍ １０／４８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

電池からの電力供給によって間欠動作する計測対象物の動作期間を検出する検出部と、
前記検出部が検出した前記動作期間に応じて、前記電池の電池電圧を計測する時刻を調整する時刻調整部と、
前記時刻調整部が調整した時刻に前記電池電圧を計測する計測部と、を備え、
前記時刻調整部は、前記電池の動作期間と、前記電池電圧を計測する時刻との関係を予めテーブルとして保持しており、前記テーブルを参照することで、前記電池電圧を計測する時刻を調整し、
前記テーブルは、前記計測対象物に動作を行わせた後に前記計測部が前記電池電圧を計測することで取得されたものであることを特徴とする電池残量計測装置。

【請求項2】

前記検出部は、前記電池から前記計測対象物に流れる電流に応じて、前記動作期間を検出することを特徴とする請求項１に記載の電池残量計測装置。

【請求項3】

前記動作期間においては、前記計測部は、前記電池電圧の計測を行わないことを特徴とする請求項１または２に記載の電池残量計測装置。

【請求項4】

前記時刻調整部は、前記動作期間後かつ前記電池電圧を計測する時刻までの間に、さらに前記検出部が前記計測対象物の次の動作期間を検出した場合、前記次の動作期間に応じて前記電池電圧を計測する時刻を遅らせることを特徴とする請求項１～３のいずれか一項に記載の電池残量計測装置。

【請求項5】

前記計測部による前記電池電圧の計測は、要求信号を受信するまで行われないことを特徴とする請求項１～４のいずれか一項に記載の電池残量計測装置。

【請求項6】

前記時刻調整部は、前記要求信号の受信後、所定の時間が計測しても前記計測部による前記電池電圧の計測が行われない場合に、アラーム信号を出力することを特徴とする請求項５記載の電池残量計測装置。

【請求項7】

前記時刻調整部は、所定期間にわたって、前記計測対象物の動作をサスペンドさせることを特徴とする請求項１～６のいずれか一項に記載の電池残量計測装置。

【請求項8】

前記時刻調整部は、前記計測対象物の初期動作時に、前記計測部が少なくとも１回前記電池電圧を計測するまで、前記計測対象物の動作をサスペンドさせることを特徴とする請求項７記載の電池残量計測装置。

【請求項9】

前記計測部が計測した前記電池電圧に応じて、前記電池の残量を予測する予測部、を備えることを特徴とする請求項１～８のいずれか一項に記載の電池残量計測装置。

【請求項10】

前記予測部は、前記電池の開放電圧と残量との関係を表すテーブルを用いて、前記電池の残量を予測することを特徴とする請求項９記載の電池残量計測装置。

【請求項11】

前記計測対象物は、センシング動作によって得られたセンシング結果を出力するセンサであることを特徴とする請求項１～１０のいずれか一項に記載の電池残量計測装置。

【請求項12】

電池からの電力供給によって間欠動作する計測対象物の動作期間を検出部が検出し、
前記検出部が検出した前記動作期間に応じて、前記電池の電池電圧を計測する時刻を時刻調整部が調整し、
前記時刻調整部が調整した時刻に計測部が前記電池電圧を計測し、
前記時刻調整部は、前記電池の動作期間と、前記電池電圧を計測する時刻との関係を予めテーブルとして保持しており、前記テーブルを参照することで、前記電池電圧を計測する時刻を調整し、
前記テーブルは、前記計測対象物に動作を行わせた後に前記計測部が前記電池電圧を計測することで取得されたものであることを特徴とする電池残量計測方法。

【請求項13】

コンピュータに、
電池からの電力供給によって間欠動作する計測対象物の動作期間を検出する検出部が検出した前記動作期間に応じて、前記電池の電池電圧を計測する時刻を調整し、調整後の前記時刻に前記電池電圧を計測部に計測させる処理を実行させ、
前記時刻を調整する場合において、前記電池の動作期間と、前記電池電圧を計測する時刻との関係を予めテーブルとして保持しており、前記テーブルを参照することで、前記電池電圧を計測する時刻を調整し、
前記テーブルは、前記計測対象物に動作を行わせた後に前記計測部が前記電池電圧を計測することで取得されたものであることを特徴とする電池残量計測プログラム。

【請求項14】

電池からの電力供給によって間欠動作する計測対象物の動作期間を検出する検出部と、
前記検出部が検出した前記動作期間に応じて、前記電池の電池電圧を計測する時刻を調整する時刻調整部と、
前記時刻調整部が調整した時刻に前記電池電圧を計測する計測部と、を備え、
前記動作期間においては、前記計測部は、前記電池電圧の計測を行わないことを特徴とする電池残量計測装置。

【請求項15】

電池からの電力供給によって間欠動作する計測対象物の動作期間を検出する検出部と、
前記検出部が検出した前記動作期間に応じて、前記電池の電池電圧を計測する時刻を調整する時刻調整部と、
前記時刻調整部が調整した時刻に前記電池電圧を計測する計測部と、を備え、
前記時刻調整部は、前記動作期間後かつ前記電池電圧を計測する時刻までの間に、さらに前記検出部が前記計測対象物の次の動作期間を検出した場合、前記次の動作期間に応じて前記電池電圧を計測する時刻を遅らせることを特徴とする電池残量計測装置。

【請求項16】

電池からの電力供給によって間欠動作する計測対象物の動作期間を検出する検出部と、
前記検出部が検出した前記動作期間に応じて、前記電池の電池電圧を計測する時刻を調整する時刻調整部と、
前記時刻調整部が調整した時刻に前記電池電圧を計測する計測部と、を備え、
前記計測部による前記電池電圧の計測は、要求信号を受信するまで行われず、
前記時刻調整部は、前記要求信号の受信後、所定の時間が計測しても前記計測部による前記電池電圧の計測が行われない場合に、アラーム信号を出力することを特徴とする電池残量計測装置。

【請求項17】

電池からの電力供給によって間欠動作する計測対象物の動作期間を検出する検出部と、
前記検出部が検出した前記動作期間に応じて、前記電池の電池電圧を計測する時刻を調整する時刻調整部と、
前記時刻調整部が調整した時刻に前記電池電圧を計測する計測部と、を備え、
前記時刻調整部は、前記計測対象物の初期動作時に、前記計測部が少なくとも１回前記電池電圧を計測するまで、前記計測対象物の動作をサスペンドさせることを特徴とする電池残量計測装置。

【請求項18】

電池からの電力供給によって間欠動作する計測対象物の動作期間を検出する検出部と、
前記検出部が検出した前記動作期間に応じて、前記電池の電池電圧を計測する時刻を調整する時刻調整部と、
前記時刻調整部が調整した時刻に前記電池電圧を計測する計測部と、を備え、
前記計測対象物は、センシング動作によって得られたセンシング結果を出力するセンサであることを特徴とする電池残量計測装置。

【請求項19】

電池からの電力供給によって間欠動作する計測対象物の動作期間を検出部が検出し、
前記検出部が検出した前記動作期間に応じて、前記電池の電池電圧を計測する時刻を時刻調整部が調整し、
前記時刻調整部が調整した時刻に計測部が前記電池電圧を計測し、
前記動作期間においては、前記計測部は、前記電池電圧の計測を行わないことを特徴とする電池残量計測方法。

【請求項20】

電池からの電力供給によって間欠動作する計測対象物の動作期間を検出部が検出し、
前記検出部が検出した前記動作期間に応じて、前記電池の電池電圧を計測する時刻を時刻調整部が調整し、
前記時刻調整部が調整した時刻に計測部が前記電池電圧を計測し、
前記時刻調整部は、前記動作期間後かつ前記電池電圧を計測する時刻までの間に、さらに前記検出部が前記計測対象物の次の動作期間を検出した場合、前記次の動作期間に応じて前記電池電圧を計測する時刻を遅らせることを特徴とする電池残量計測方法。

【請求項21】

電池からの電力供給によって間欠動作する計測対象物の動作期間を検出部が検出し、
前記検出部が検出した前記動作期間に応じて、前記電池の電池電圧を計測する時刻を時刻調整部が調整し、
前記時刻調整部が調整した時刻に計測部が前記電池電圧を計測し、
前記計測部による前記電池電圧の計測は、要求信号を受信するまで行われず、
前記時刻調整部は、前記要求信号の受信後、所定の時間が計測しても前記計測部による前記電池電圧の計測が行われない場合に、アラーム信号を出力することを特徴とする電池残量計測方法。

【請求項22】

電池からの電力供給によって間欠動作する計測対象物の動作期間を検出部が検出し、
前記検出部が検出した前記動作期間に応じて、前記電池の電池電圧を計測する時刻を時刻調整部が調整し、
前記時刻調整部が調整した時刻に計測部が前記電池電圧を計測し、
前記時刻調整部は、前記計測対象物の初期動作時に、前記計測部が少なくとも１回前記電池電圧を計測するまで、前記計測対象物の動作をサスペンドさせることを特徴とする電池残量計測方法。

【請求項23】

電池からの電力供給によって間欠動作する計測対象物の動作期間を検出部が検出し、
前記検出部が検出した前記動作期間に応じて、前記電池の電池電圧を計測する時刻を時刻調整部が調整し、
前記時刻調整部が調整した時刻に計測部が前記電池電圧を計測し、
前記計測対象物は、センシング動作によって得られたセンシング結果を出力するセンサであることを特徴とする電池残量計測方法。

【請求項24】

コンピュータに、
電池からの電力供給によって間欠動作する計測対象物の動作期間を検出する検出部が検出した前記動作期間に応じて、前記電池の電池電圧を計測する時刻を調整し、調整後の前記時刻に前記電池電圧を計測部に計測させる処理を実行させ、
前記動作期間においては、前記計測部は、前記電池電圧の計測を行わないことを特徴とする電池残量計測プログラム。

【請求項25】

コンピュータに、
電池からの電力供給によって間欠動作する計測対象物の動作期間を検出する検出部が検出した前記動作期間に応じて、前記電池の電池電圧を計測する時刻を調整し、調整後の前記時刻に前記電池電圧を計測部に計測させる処理を実行させ、
前記動作期間後かつ前記電池電圧を計測する時刻までの間に、さらに前記検出部が前記計測対象物の次の動作期間を検出した場合、前記次の動作期間に応じて前記電池電圧を計測する時刻を遅らせる処理を実行させることを特徴とする電池残量計測プログラム。

【請求項26】

コンピュータに、
電池からの電力供給によって間欠動作する計測対象物の動作期間を検出する検出部が検出した前記動作期間に応じて、前記電池の電池電圧を計測する時刻を調整し、調整後の前記時刻に前記電池電圧を計測部に計測させる処理を実行させ、
前記計測部による前記電池電圧の計測は、要求信号を受信するまで行われず、
前記要求信号の受信後、所定の時間が計測しても前記計測部による前記電池電圧の計測が行われない場合に、アラーム信号を出力する処理を実行させることを特徴とする電池残量計測プログラム。

【請求項27】

コンピュータに、
電池からの電力供給によって間欠動作する計測対象物の動作期間を検出する検出部が検出した前記動作期間に応じて、前記電池の電池電圧を計測する時刻を調整し、調整後の前記時刻に前記電池電圧を計測部に計測させる処理を実行させ、
前記計測対象物の初期動作時に、前記計測部が少なくとも１回前記電池電圧を計測するまで、前記計測対象物の動作をサスペンドさせる処理を実行させることを特徴とする電池残量計測プログラム。

【請求項28】

コンピュータに、
電池からの電力供給によって間欠動作する計測対象物の動作期間を検出する検出部が検出した前記動作期間に応じて、前記電池の電池電圧を計測する時刻を調整し、調整後の前記時刻に前記電池電圧を計測部に計測させる処理を実行させ、
前記計測対象物は、センシング動作によって得られたセンシング結果を出力するセンサであることを特徴とする電池残量計測プログラム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本件は、電池残量計測装置、電池残量計測方法および電池残量計測プログラムに関する。

【背景技術】

【0002】

電池駆動される機器においては、電池が交換されてからあるいは電池が充電されてから、電池残量があとどれほどあるのか、電池残量が無くなるのかといった情報を高精度にリアルタイムで計測できることが望まれる。電池の開放電圧（ＯＣＶ：Ｏｐｅｎ Ｃｉｒｃｕｉｔ Ｖｏｌｔａｇｅ）が電池残量特性を精度良く示すため、電池電圧を計測することで電池残量を予測することができる。しかしながら、電池電圧は計測対象物の動作によって変動するため、正確な残量予測は困難である。そこで、計測対象物の動作モードを判別し、計測する動作モードを決めて電池電圧計測を行うことによって残量予測を行う技術が開示されている（例えば、特許文献１参照）。ただし、計測するモードにおいても電池電圧は変動するため、当該変動分を吸収するために平均電圧を算出して残量予測精度を向上させる技術が開示されている（例えば、特許文献２参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開平６－２２４８４４号公報

【文献】特開平１０－２２９６４６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、電池電圧変動分を吸収できるくらいの平均電圧を算出するためには、電池電圧を長時間にわたって計測し続けねばならず、計測に要する消費電流が大きくなってしまう。

【0005】

１つの側面では、本発明は、省電力で電池残量予測精度を高めることができる電池残量計測装置、電池残量計測方法および電池残量計測プログラムを提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

１つの態様では、電池残量計測装置は、電池からの電力供給によって間欠動作する計測対象物の動作期間を検出する検出部と、前記検出部が検出した前記動作期間に応じて、前記電池の電池電圧を計測する時刻を調整する時刻調整部と、前記時刻調整部が調整した時刻に前記電池電圧を計測する計測部と、を備える。

【発明の効果】

【0007】

省電力で電池残量予測精度を高めることができる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】実施例に係るセンサノードの全体構成を例示するブロック図である。

【図2】電池の開放電圧と電池の放電深度との関係を表す開放電圧曲線を例示するとともに、経過時間と電池の電池電圧との関係を例示する図である。

【図3】（ａ）は経過時間とセンサに流れる電流との関係を例示する図であり、（ｂ）は動作検出信号を例示する図である。

【図4】（ａ）は動作検出部の構造の詳細を例示する図であり、（ｂ）～（ｄ）は各信号を例示する図である。

【図5】（ａ）および（ｂ）はセンサの動作期間の時間幅と復帰時間との関係を例示する図である。

【図6】（ａ）および（ｂ）は時刻調整用テーブルの作成について例示する図である。

【図7】（ａ）はセンサの動作例であり、（ｂ）は動作検出信号を例示し、（ｃ）は時刻調整用テーブルを例示する図である。

【図8】時刻調整アルゴリズムを表すタイムチャートを例示する図である。

【図9】電圧計測部および残量予測部の詳細を例示する図である。

【図10】センサノードの動作を表すフローチャートを例示する図である。

【図11】図１０のフローチャートに従った処理を図８のタイムチャートに適用した場合のタイムチャートを例示する図である。

【図12】（ａ）および（ｂ）は要求信号が入力された際に電池残量予測を行う場合について例示する図である。

【図13】要求信号を受けて残量予測を行う場合の時刻調整部のフローチャートについて例示する図である。

【図14】要求信号を受けて残量予測を行う場合のタイムチャートを例示する図である。

【図15】（ａ）はタイマが定期的に電池残量予測の要求を行う場合において警告伝達を行う場合について例示する図であり、（ｂ）は制御部が電池残量予測の要求を行う場合において警告伝達を行う場合について例示する図である。

【図16】警告伝達を行う場合の時刻調整部４０のフローチャートについて例示する図である。

【図17】（ａ）はタイマが定期的に電池残量予測の要求を行う場合においてセンシング動作をサスペンドする場合について例示する図であり、（ｂ）は制御部が電池残量予測の要求を行う場合においてセンシング動作をサスペンドする場合について例示する図である。

【図18】センシング動作をサスペンドする場合の時刻調整部のフローチャートについて例示する図である。

【図19】センシング動作頻度が高い場合に図１８のフローチャートを適用した場合のタイムチャートを例示する図である。

【図20】時刻調整部のハードウェア構成を例示する図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

実施例の説明に先立って、電池残量予測の概要について説明する。例えば、環境データを吸い上げるために大量にばら撒かれるセンサノードは、有線による電源確保が困難であることから、ほとんどが電池駆動機器になると考えられる。例えば、下水道氾濫検知システムにおいては、下水道の水位をセンシングするために、各マンホールの直下に設置されるため、電源線を各センサノードに接続することは困難である。したがって、センサノードは電池駆動式になっている。

【0010】

電池駆動式のセンサノードでは、電池交換作業のコストが大きくなるため、出来るだけ電池寿命を延伸させることが好ましい。そこで、データ取得が不要な時間帯はセンシング動作を停止させて不要な消費電力を抑制し、データ取得が必要なときだけセンシング動作させるといった間欠的な動作制御が行われる。

【0011】

また、環境センシングシステムにおいては、運用の継続性が重要である。したがって、いつの間にかセンサノードの電池残量が底をついてデータ取得が出来ない状態が続くと、システム全体として著しい信頼性の低下を招くことにつながる。そこで、１次電池駆動のセンサノードの場合は電池交換時期を、リチウムイオン充電池のような２次電池駆動の場合は充電時期を高い精度で測定できることが好ましい。したがって、電池残量を高精度に計測できる技術が重要な位置付けを占める。

【0012】

例えば、電池残量特性を精度良く示す電池の開放電圧（ＯＣＶ）)管理テーブルを持っておき、現在の電池電圧を計測することで現在の電池残量を予測することが考えられる。しかしながら、電池電圧は、センサノードの動作状態によって激しく変動するため、計測した時刻によっては残量予測誤差が大きくなるおそれがある。

【0013】

そこで、例えば、計測対象物の動作モードをモニタリングしておき、例えば動作モードが待受モードになった時の電池電圧を計測することが考えられる。但し、待受モードにおいても、電池電圧は変動するために、電池電圧を計測し続けて平均電圧を算出することで、その変動分を吸収することによって、電池残量を高精度に予測する。しかしながら、電池電圧変動分を吸収できるくらいの平均電圧を算出するためには、電池電圧を長時間にわたって計測し続けねばならず、計測に要する消費電流が大きくなってしまう。

【0014】

そこで、以下の実施例では、省電力で電池残量予測精度を高めることができる電池残量計測装置、電池残量計測方法および電池残量計測プログラムについて説明する。

【実施例1】

【0015】

図１は、実施例１に係るセンサノード１００の全体構成を例示するブロック図である。図１で例示するように、センサノード１００は、センサ部１０、電池２０、動作検出部３０、時刻調整部４０、電圧計測部５０、残量予測部６０などを備える。センサ部１０は、変換器１１、センサ１２、送受信部１３、制御部１４などを備える。

【0016】

変換器１１は、電池２０の電力をセンサ１２用の電力に変換する。センサ１２は、変換器１１で変換される電力を用いて、何らかのデータを取得するセンサである。センサ１２は、例えば、水位計、温度計、湿度計、加速度計などである。送受信部１３は、センサ１２が取得したデータを送信する。制御部１４は、変換器１１、センサ１２、送受信部１３などの動作を制御する。

【0017】

送受信部１３によって送信されたデータは、送受信部を備える中継装置２０１で受信される。中継装置２０１は、インターネットなどの電気通信回線を介してデータを管理サーバ２０２に送信する。管理サーバ２０２は、受信したデータを用いて、解析を行う。

【0018】

制御部１４は、データの取得が不要な時間帯は、センサ１２のセンシング動作を停止させ、データの取得が必要なときだけセンサ１２にセンシング動作を行わせる。すなわち、制御部１４は、センサ１２に間欠動作を行わせる。例えば、制御部１４は、センサ１２の初期接続動作完了後には、一定の周期でセンサ１２にセンシング動作を行わせる。それにより、消費電力が抑制され、電池２０の寿命を延伸することができる。なお、センサ１２の動作が停止している状態とは、電池２０からセンサ１２に流れる電流が所定の閾値以下となる場合であって、待機電力に相当する電流程度がセンサ１２に流れる場合が含まれる。なお、当該所定の閾値は、例えば、開放電圧（ＯＣＶ）に戻るのに十分に小さい電流値という基準で決まる。例えば、この閾値を超えた電流が流れ続ければ、電池２０の電圧は開放電圧に戻らなくなる。

【0019】

動作検出部３０は、センサ部１０の動作を検出する。時刻調整部４０は、センサ部１０の電池電圧Ｖ_ＢＡＴの時間的変動を考慮して、電池電圧Ｖ_ＢＡＴの測定時刻を調整する。電圧計測部５０は、時刻調整部４０が調整した時間に従って、電池２０の電池電圧Ｖ_ＢＡＴを測定する。残量予測部６０は、電圧計測部５０が計測した電池電圧Ｖ_ＢＡＴから、電池２０の残量Ｑ_Ｒを予測する。

【0020】

ここで、電池２０の電池残量（以下、残量Ｑ_Ｒと称する。）と、センサ部１０の動作が停止している場合の電池２０の電圧（開放電圧）との関係について説明する。図２右図は、電池２０の開放電圧と、電池２０の放電深度Ｑ_Ｘとの関係を表す開放電圧曲線を例示する図である。放電深度Ｑ_Ｘは、電池２０の残量に対応するパラメータである。放電深度が大きいほど、電池２０の残量が少ないことを表す。電池２０の終止電圧時の放電深度をＱ_ＢＡＴとすると、残量Ｑ_Ｒは、Ｑ_ＢＡＴ－Ｑ_Ｘで表すことができる。図２右図で例示するように、放電深度が大きいほど（電池２０の残量が少ないほど）、開放電圧が低くなっている。このように、放電深度と開放電圧とは、１対１の関係を有している。したがって、開放電圧を測定することで、電池２０の残量Ｑ_Ｒを測定できることになる。なお、充電不可の１次電池および充電可能な２次電池のいずれであっても、開放電圧から放電深度を取得できるものであれば、本実施例の電池２０に適用することができる。

【0021】

センサ部１０が動作している動作期間、その後にセンサ部１０が動作しない待機期間においては、電池２０の電圧（以下、電池電圧Ｖ_ＢＡＴと称する。）は、開放電圧よりも低くなってしまう。図２左図は、経過時間と電池２０の電池電圧Ｖ_ＢＡＴとの関係を例示する図である。図２左図で例示するように、センサ部１０の動作期間では、電池２０の電池電圧Ｖ_ＢＡＴは開放電圧よりも低い値を示している。また、センサ部１０の動作期間後の待機期間でも、電池電圧Ｖ_ＢＡＴはすぐには開放電圧に戻らず、所定時間（復帰時間）経過後に開放電圧に戻っている。そこで、本実施例においては、センサ部１０の動作期間終了後の復帰時間経過後に電池２０の電池電圧Ｖ_ＢＡＴを測定する。

【0022】

本実施例においては、センサ部１０の間欠動作に伴って電池２０の電池電圧Ｖ_ＢＡＴが変動する。そこで、センサ部１０が動作を停止してから電池電圧Ｖ_ＢＡＴが開放電圧へ復帰するまでの復帰時間との関係を予め取得しておくことで、常時電池電圧計測を実施しなくても、電池電圧Ｖ_ＢＡＴが開放電圧へ復帰した時刻を予測することができる。この復帰した時刻に所定回数（例えば１度だけ）電池電圧Ｖ_ＢＡＴを計測すれば、計測に要する消費電流を小さく抑えつつ、精度良く開放電圧を計測することができる。すなわち、精度良くかつ省電力で電池２０の残量を予測することができる。

【0023】

以下、各部の動作の詳細について説明する。動作検出部３０は、電池２０からセンサ１２に流れる電流を検出することで、センサ１２の動作期間を検出する。図３（ａ）は、経過時間（横軸）と、センサ１２に流れる電流（縦軸）との関係を例示する図である。図３（ａ）で例示するように、センサ１２の動作期間においては、電池２０からセンサ１２に流れる電流が大きくなる。そこで、動作検出部３０は、電池２０からセンサ１２への電源供給線に計測用抵抗の両端の電位差を検出することで、電池２０からセンサ１２に流れる電流が閾値以上となっているか否かを判定する。それにより、動作検出部３０は、センサ１２が動作しているか否かを検出することができる。動作検出部３０は、図３（ｂ）で例示するように、電池２０からセンサ１２に流れる電流が閾値以上となっている場合に、動作検出信号ＤＴ＝１（Ｈｉｇｈ）を出力する。また、動作検出部３０は、電池２０からセンサ１２に流れる電流が閾値未満となっている場合に動作検出信号ＤＴ＝０（Ｌｏｗ）を出力する。

【0024】

図４（ａ）は、動作検出部３０の構造の詳細を例示する図である。図４（ａ）で例示するように、動作検出部３０は、電池電圧Ｖ_ＢＡＴよりも低い電圧を抵抗分割によって生成し、これを基準電圧Ｖ_ｒｅｆとする。動作検出部３０は、センサ１２に流れる電流の大小によって変動する計測電圧Ｖ_ｓｅｎｓが基準電圧Ｖ_ｒｅｆよりも降下しているか否かを、比較器を用いて検出する。動作検出部３０は、計測電圧Ｖ_ｓｅｎｓが基準電圧Ｖ_ｒｅｆよりも降下した場合に、センサ１２が動作しているとみなして、動作検出信号ＤＴ＝１を出力する。逆に、計測電圧Ｖ_ｓｅｎｓが基準電圧Ｖ_ｒｅｆよりも高くなった場合に、動作検出部３０は、センサ１２の動作が終了したとみなして、動作検出信号ＤＴ＝０を出力する。なお、抵抗分割によって基準電圧Ｖ_ｒｅｆを生成するための電力が消費されるが、１μＡ以下程度の消費電流で済む。

【0025】

図４（ｂ）～図４（ｄ）で例示するように、センサ１２の動作期間においては、計測電圧Ｖ_ｓｅｎｓが基準電圧Ｖ_ｒｅｆを下回り、動作検出信号ＤＴ＝１が出力されている。一方、センサ１２の待機期間においては、計測電圧Ｖ_ｓｅｎｓが基準電圧Ｖ_ｒｅｆを上回り、動作検出信号ＤＴ＝０が出力されている。

【0026】

また、センサ１２の動作期間の時間幅と、センサ１２の動作によって降下した電池電圧Ｖ_ＢＡＴが開放電圧へ復帰するまでの復帰時間との間に、図５（ａ）で例示する関係があることがわかっている。時刻調整部４０は、この関係を「時刻調整用テーブル」として内部に格納している。なお、図５（ｂ）で例示するように、動作期間の時間幅が大きいほど（消費クーロン量が多いほど）、電池電圧Ｖ_ＢＡＴが開放電圧に戻るまでの時間が長くなる。

【0027】

図６（ａ）および図６（ｂ）は、時刻調整用テーブルの作成について例示する図である。図６（ａ）で例示するように、電源ＯＮの直後の時だけ、電圧計測部５０を常時計測モードとし、最初の動作期間ｔ_Ｘから、その終了後に電池電圧Ｖ_ＢＡＴが復帰していく様子を常時電池電圧計測によりモニタリングしながら、電池電圧Ｖ_ＢＡＴが収束した場合に復帰時間Ｔ_Ｘをデータ取得する。例えば、以前の計測値（例えば、５分前の計測値）と比較して偏差が所定範囲内（例えば１％以内）に収束した場合に、復帰時間Ｔ_Ｘをデータ取得する。図６（ｂ）で例示するように、
（ｔ_Ｘ，Ｔ_Ｘ）をプロットし、残りのデータは（０，０）を通るように線形補完することで、時刻調整用テーブルを作成することができる。テーブル作成完了後は、通常モードへ移行することで省電力化を図ることができる。

【0028】

図７（ａ）のセンサ１２の動作例では、電源ＯＮしてから、中継装置２０１との通信を確立するための初期接続動作が行われる。その後、通常のセンシング動作が所定の間隔で行われる。この間、図７（ｂ）で例示するように、動作検出部３０は、初期接続の動作期間ｔ_Ｂ、１回あたりのセンサ１２の動作期間ｔ_Ａを検出する。時刻調整部４０は、図７（ｃ）で例示する時刻調整用テーブルを参照し、動作期間ｔ_Ａに対応する復帰時間Ｔ_Ａおよび動作期間ｔ_Ｂに対応する復帰時間Ｔ_Ｂを取得する。時刻調整部４０は、動作検出信号ＤＴが１から０になってから復帰時間が経過した時刻以降に、計測指示信号ＥＮ＝１を出力することで、電圧計測を許可する。

【0029】

図８は、時刻調整アルゴリズムを表すタイムチャートを例示する図である。まず、電源ＯＮから初期接続が始まるため、初期接続動作によって動作電流が検出される。その間（期間α）、初期接続動作による流れる電流によって電池電圧Ｖ_ＢＡＴが大きく降下していて開放電圧を計測できないため、時刻調整部４０は、電池電圧Ｖ_ＢＡＴの計測指示信号ＥＮを０とする。初期接続動作が停止して動作検出信号ＤＴが１から０に変化すると、時刻調整部４０は、初期接続動作の動作期間ｔ_Ｂを使って時刻調整テーブルから復帰時間Ｔ_Ｂを取得する。その復帰時間Ｔ_Ｂが経過するまで電池電圧Ｖ_ＢＡＴが開放電圧へ復帰できていないと見なせるため、時刻調整部４０は、計測指示信号ＥＮを０とする。その間に、再びセンシング動作が行われると、時刻調整部４０は、それらの動作期間ｔ_Ａを使って時刻調整テーブルから復帰時間Ｔ_Ａを参照し、現在の復帰時間へ次々に累積していく（期間β）。その後、実際の経過時間がその累積された復帰時間を満了し、電池電圧Ｖ_ＢＡＴが計測できるタイミングがやってくれば、時刻調整部４０は計測指示信号ＥＮを１とする。それにより、実際に電池電圧Ｖ_ＢＡＴが開放電圧へ復帰したタイミングで計測を行うことができる（期間γ）。このように確実に開放電圧を計測できるようになるため、残量予測に使用する電池電圧計測は１回だけで済む。それにより、省電力で電池残量予測精度を高めることができる。

【0030】

図９は、電圧計測部５０および残量予測部６０の詳細を例示する図である。図９で例示するように、電圧計測部５０は、抵抗分割して電池電圧Ｖ_ＢＡＴのレベルを落とし、増幅器で増幅してＡＤコンバータで計測できるようにする。電圧計測部５０は、電池２０の残量予測時に抵抗分圧比を考慮してＶ_ＢＡＴレベルで復元する。電圧計測部５０は、ＡＤ変換後のＶ_ＢＡＴを、データラッチ部にて保持する。残量予測部６０は、電池２０の開放電圧曲線を参照し、データラッチ部で保持されたＡＤ変換後のＶ_ＢＡＴから放電深度Ｑ_Ｘを取得し、当該放電深度Ｑ_Ｘから電池残量Ｑ_Ｒを予測する。なお、データラッチ部は、時刻調整部４０から許可信号が入力されるまで、ＡＤ変換後のＶ_ＢＡＴを取り込まない。あるいは、残量予測部６０に許可信号を入力する構成とし、計測指示信号ＥＮ＝１が入力されるまで残量予測部６０が残量予測を行わないようにしてもよい。ただし、計測指示信号ＥＮ＝１が入力されない時間帯は、十分に消費電流が小さくなる箇所に計測指示信号ＥＮ＝１を入力することが好ましい。

【0031】

例えば、あるセンサノードのケースでは、センサ部の平均消費電流が約１００μＡであったのに対し、常時電圧計測のために約４０μＡも消費していたため、合計消費電流が１４０μＡとなってしまう。これに対して、本実施例では、電池残量の計測精度を維持しつつ、電圧計測に要する消費電流を５μＡ以下に抑制できるため、１４０μＡが１０５μＡへ削減できることになり、約３３％のエネルギー削減となる。仮に、センサ部の省電力化が更に進んで、センサ部の平均消費電流が約５０μＡへ半減すれば、本実施例では上記のエネルギー削減率は、約６４％へと上昇することになる。

【0032】

図１０は、時刻調整アルゴリズムを表すフローチャートを例示する図である。図１０で例示するように、時刻調整部４０は、初期設定を行う（ステップＳ１）。具体的には、時刻調整部４０は、ｔ_ｘ＝０、Ｔ_ｗ＝０、ＥＮ＝０とする。ｔ_Ｘは、動作期間レジスタである。Ｔ_Ｗは、計測待機時間レジスタである。次に、時刻調整部４０は、動作検出部３０によって動作電流が検出されているか否かを判定する（ステップＳ２）。具体的には、時刻調整部４０は、動作検出信号ＤＴが１であるか否かを判定する。

【0033】

ステップＳ２で「Ｙｅｓ」と判定された場合、時刻調整部４０は、電圧計測部５０に、計測不許可を指示するために、計測指示信号ＥＮを０とする（ステップＳ３）。次に、時刻調整部４０は、検出時間をカウントする（ステップＳ４）。具体的には、時刻調整部４０は、ｔ_ｘ＋ｔ_Ｓ＝ｔ_ｘとする。ｔ_Ｓは、タイムステップである。その後、ステップＳ２から再度実行される。

【0034】

ステップＳ２で「Ｎｏ」と判定された場合、時刻調整部４０は、時刻調整用テーブルを参照し、動作期間レジスタｔ_Ｘに対応する復帰時間Ｔ_ｘを取得する（ステップＳ５）。次に、時刻調整部４０は、動作期間レジスタｔ_Ｘを０にリセットする（ステップＳ６）。次に、時刻調整部４０は、計測待機時間レジスタＴ_Ｗに加算代入を行う（ステップＳ７）。具体的には、時刻調整部４０は、Ｔ_Ｗ＋Ｔ_Ｘ＝Ｔ_Ｗとする。

【0035】

次に、時刻調整部４０は、計測待機時間レジスタＴ_Ｗをカウントダウンする（ステップＳ８）。具体的には、時刻調整部４０は、Ｔ_Ｗ－ｔ_ｓ＝Ｔ_Ｗとする。その後、時刻調整部４０は、計測待機時間レジスタＴ_Ｗがマイナスであるか否かを判定する（ステップＳ９）。ステップＳ９で「Ｎｏ」と判定された場合、ステップＳ２から再度実行される。ステップＳ９で「Ｙｅｓ」と判定された場合、時刻調整部４０は、電圧計測部５０に、計測許可を指示するために、計測指示信号ＥＮを１とする（ステップＳ１０）。次に、時刻調整部４０は、計測待機時間Ｔ_Ｗを０にリセットする（ステップＳ１１）。その後、ステップＳ２から再度実行される。

【0036】

図１１は、図１０の時刻調整アルゴリズムに従った処理を図８のタイムチャートに適用した場合のタイムチャートを例示する図である。センサ１２の動作期間（ＤＴ＝１）においては、計測が不許可となっている（ＥＮ＝０）。また、センサ１２の動作が検出されるたびに、その動作期間（ｔ_Ｘ）から時刻調整用テーブルが参照され、復帰時間（Ｔ_Ｘ）が取得される。この復帰時間Ｔ_Ｘは、計測待機時間Ｔ_Ｗに累積されていく。計測待機時間Ｔ_Ｗ＞０の期間においても、計測が不許可となっている（ＥＮ＝０）。また、計測待機時間Ｔ_Ｗからは、実際の経過時間が減算されていく。計測待機時間Ｔ_Ｗが０を下回った時点においてセンサ１２の動作が検出されていなければ（ＤＴ＝０）、計測許可信号が出力される（ＥＮ＝１）。

【実施例2】

【0037】

図１２（ａ）および図１２（ｂ）は、要求信号が入力された際に電池残量予測を行う場合について例示する図である。図１２（ａ）は、センサノード１００が備えるタイマ７０が定期的に電池残量予測の要求を行う場合を例示する図である。図１２（ｂ）は、制御部１４が電池残量予測の要求を行う場合を例示する図である。いずれも、要求信号ｒｅｑが出力され、時刻調整部４０が受信する。

【0038】

図１３は、この場合に時刻調整部４０が実行する要求処理を表すフローチャートを例示する図である。図１４は、そのタイムチャートを例示する図である。時刻調整部４０は、計測指示信号ＡＥＮを０とする（ステップＳ２１）。次に、時刻調整部４０は、要求信号ｒｅｑ＝１が入力されたか否かを判定する（ステップＳ２２）。ステップＳ２２で「Ｎｏ」と判定された場合、ステップＳ２１から再度実行される。それにより、時刻調整部４０は、要求信号ｒｅｑ＝１が入力されるまで待機する。

【0039】

ステップＳ２２で「Ｙｅｓ」と判定された場合、時刻調整部４０は、計測指示信号ＥＮ＝１が入力された否かを判定する（ステップＳ２３）。ステップＳ２３で「Ｎｏ」と判定された場合、ステップＳ２３が再度実行される。それにより、時刻調整部４０は、計測指示信号ＥＮ＝１が出力されるまで待機する。ステップＳ２３で「Ｙｅｓ」と判定された場合、時刻調整部４０は、電圧計測部５０へ計測指示信号ＡＥＮ＝１を出力する（ステップＳ２４）。この場合、時刻調整部４０は、計測必要期間（例えば、１秒）を決定する（ステップＳ２５）。例えば、電池電圧を正しく計測し、電池残量（ＱＲ）を予測できるための期間のみ計測許可を発行してから自動的に計測許可を解除することで、無駄な電池電圧計測期間を無くして省電力化することができる。

【0040】

なお、図１３のフローチャートと並行して、図１０のフローチャートも実行される。電圧計測部５０は、計測指示信号ＡＥＮ＝１および計測指示信号ＥＮ＝１の両方が入力された場合に、電池電圧の計測を行う。

【0041】

本実施例によれば、電池残量予測の要求がなされるまで電池残量予測が行われないため、無駄な電池電圧計測期間を無くして省電力化することができる。

【実施例3】

【0042】

図１５（ａ）は、タイマ７０が定期的に電池残量予測の要求を行う場合において警告伝達を行う場合について例示する図である。図１５（ｂ）は、制御部１４が電池残量予測の要求を行う場合において警告伝達を行う場合について例示する図である。これらの例は、センサ１２のセンシング動作の頻度が高い場合に、電池電圧が計測できる期間が少なくなってしまう場合の例である。

【0043】

図１６は、この場合に時刻調整部４０が実行する要求処理を表すフローチャートを例示する図である。図１６で例示するように、図１３のステップＳ２１～ステップＳ２５と同様の処理が行われる。ただし、ステップＳ２３で「Ｎｏ」と判定された場合、時刻調整部４０は、ＥＮ待ち期間を計測する（ステップＳ２６）。具体的には、ｔ_Ｙ＋ｔ_Ｓ＝ｔ_Ｙとする。ｔ_Ｙは、ＥＮ待ち期間計測レジスタである。次に、時刻調整部４０は、ＥＮ待ち期間計測レジスタｔ_Ｙがタイムアウト設定時間Ｔ_ＯＶを上回ったか否かを判定する（ステップＳ２７）。ステップＳ２７で「Ｙｅｓ」と判定された場合、時刻調整部４０は、電池電圧の計測ができないことを表す警告信号（ａｌｅｒｔ）を出力する（ステップＳ２８）。ステップＳ２７で「Ｎｏ」と判定された場合、ステップＳ２３から再度実行される。

【0044】

本実施例によれば、要求信号ｒｅｑを受信してからタイムアウト設定時間Ｔ_ＯＶが経過しても計測指示信号ＥＮ＝１が出力されない場合について、警告信号（ａｌｅｒｔ）が出力される。送受信部１３は、この警告信号を送信する。それにより、管理サーバ２０２は、センサノード１００の異常を検知することができる。

【実施例4】

【0045】

図１７（ａ）は、タイマ７０が定期的に電池残量予測の要求を行う場合においてセンシング動作をサスペンドする場合について例示する図である。図１７（ｂ）は、制御部１４が電池残量予測の要求を行う場合においてセンシング動作をサスペンドする場合について例示する図である。これらの例は、センサ１２のセンシング動作の頻度が高い場合に、電池電圧が計測できる期間が無くなってしまう場合の例である。

【0046】

図１８は、これらの場合の時刻調整アルゴリズムを表すフローチャートを例示する図である。図１８で例示するように、時刻調整部４０は、初期設定を行う（ステップＳ３１）。具体的には、時刻調整部４０は、ｔ_ｘ＝０、Ｔ_ｗ＝０、ＥＮ＝０に加えて、ｓｕｓｐ＝１とする。なお、ｓｕｓｐが１である場合、制御部１４は、センサ１２のセンシング動作を禁止する。ｓｕｓｐが０となった場合に、制御部１４は、センサ１２のセンシング動作禁止を解除する。

【0047】

その後、ステップＳ２～ステップＳ１０と同様のステップＳ３２～ステップＳ４０の処理が行われる。ステップＳ４０の実行後、時刻調整部４０は、Ｔ_Ｗを０にリセットし、ｓｕｓｐを０にリセットする（ステップＳ４１）。その後、ステップＳ３２から再度実行される。このようにすることで、センサ１２のセンシング動作をサスペンドさせることができる。

【0048】

図１９は、センシング動作頻度が高い場合に、図１８のフローチャートを適用した場合のタイムチャートを例示する図である。電源ＯＮからサスペンド（ｓｕｓｐ＝１）が出力され、初期接続動作が終了してもセンサ処理動作が開始しない。初期動作終了後、復帰時間Ｔ_Ｂを満了した時点で電池電圧計測が行われて、初期の電池残量が予測できる。その後でサスペンドが解除され（ｓｕｓｐ＝０）、通常の処理へと戻る。ここで注目すべきは、この図１９の動作パターンの場合、サスペンド機能が無ければＴ_Ｗの値が０以下にならないため、永遠に電池電圧計測できないことである。少なくとも、サスペンド機能の存在により、電源ＯＮ直後の電池残量に関しては正しく予測できることになる。

【0049】

図２０は、時刻調整部４０のハードウェア構成を説明するためのブロック図である。図２０で例示するように、時刻調整部４０は、ＣＰＵ１０１、ＲＡＭ１０２、記憶装置１０３などを備える。これらの各機器は、バスなどによって接続されている。ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）１０１は、中央演算処理装置である。ＣＰＵ１０１は、１以上のコアを含む。ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）１０２は、ＣＰＵ１０１が実行するプログラム、ＣＰＵ１０１が処理するデータなどを一時的に記憶する揮発性メモリである。記憶装置１０３は、不揮発性記憶装置である。記憶装置１０３として、例えば、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、フラッシュメモリなどのソリッド・ステート・ドライブ（ＳＳＤ）、ハードディスクドライブに駆動されるハードディスクなどを用いることができる。記憶装置１０３に記憶されている電池残量計測装置をＣＰＵ１０１が実行することによって、時刻調整部４０が実現される。なお、時刻調整部４０は、専用の回路等によって構成されていてもよい。

【0050】

なお、上記各例においては、センサノード１００が残量予測部６０を備えていたが、それに限られない。例えば、センサノード１００は電圧計測部５０の計測結果を送受信部１３から送信し、管理サーバ２０２が残量予測部６０の処理を行ってもよい。また、上記各例においては、電池２０の電力を利用して動作する負荷としてセンサ１２を用いたが、電池２０の電力を利用して動作する他の負荷を用いてもよい。

【0051】

上記各例において、動作検出部３０が、電池からの電力供給によって間欠動作する計測対象物の動作期間を検出する検出部の一例として機能する。時刻調整部４０が、前記検出部が検出した前記動作期間に応じて、前記電池の電池電圧を計測する時刻を調整する時刻調整部の一例として機能する。電圧計測部５０が、前記時刻調整部が調整した時刻に前記電池電圧を計測する計測部の一例として機能する。残量予測部６０が、前記計測部が計測した前記電池電圧に応じて、前記電池の残量を予測する予測部の一例として機能する。

【0052】

以上、本発明の実施例について詳述したが、本発明は係る特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。

【符号の説明】

【0053】

１０ センサ部
１１ 変換器
１２ センサ
１３ 送受信部
１４ 制御部
２０ 電池
３０ 動作検出部
４０ 時刻調整部
５０ 電圧計測部
６０ 残量予測部
７０ タイマ
１００ センサノード

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】