特許 7407380 電源インピーダンス推定及び電源電圧低下検知装置

(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】2023-12-21

(45)【発行日】2024-01-04

(54)【発明の名称】電源インピーダンス推定及び電源電圧低下検知装置

(51)【国際特許分類】

   G01R 19/165 20060101AFI20231222BHJP

   G01F 3/22 20060101ALN20231222BHJP

【ＦＩ】

G01R19/165 M

G01F3/22 B

G01F3/22 D

【請求項の数】 2

(21)【出願番号】P 2020109223

(22)【出願日】2020-06-25

(65)【公開番号】P2022022510

(43)【公開日】2022-02-07

【審査請求日】2023-02-10

(73)【特許権者】

【識別番号】314012076

【氏名又は名称】パナソニックＩＰマネジメント株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000556

【氏名又は名称】弁理士法人有古特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】丹羽 純平

(72)【発明者】

【氏名】豊田 興一

(72)【発明者】

【氏名】堀池 良雄

【審査官】田口 孝明

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１７－１２０２５３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０４－１３６７７４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０８－２７１５９７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００４－１２５５６９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００１－１５８５４６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１５－０６１３４１（ＪＰ，Ａ）

【文献】実開昭６２－０６７２７７（ＪＰ，Ｕ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

ＩＰＣ Ｇ０１Ｒ ２７／００－２７／３２、

３１／３６－３１／４４、

１９／００－１９／３２、

３１／５０－３１／７４、

Ｇ０１Ｆ １／００－１／３０、

１／３４－１／５４、

３／００－９／０２、

Ｆ１６Ｋ ３１／００－３１／０５

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

電源部と、前記電源部からの出力で駆動される回路部と、前記電源部からの出力を所定
時間保持する保持部と、判定部を有し、
前記判定部は前記回路部の動作がＯＮからＯＦＦあるいはＯＦＦからＯＮに変化したときに前記保持部からの出力と前記電源部からの出力の差を用いて電源インピーダンスあるいは電源電圧低下を検知するものであって、前記電源部からの出力を基準電圧として前記保持部からの出力をデジタル信号に変換するアナログ・デジタル変換部を有し、前記デジタル信号の大きさに対応した前記電源インピーダンスあるいは前記電源電圧低下を検知し、
前記アナログ・デジタル変換部は、回路部を構成する双方向弁を駆動するステッピングモータの異常を判定するためのアナログ・デジタル変換部と共用する構成とした電源インピーダンス推定及び電源電圧低下検知装置。

【請求項2】

前記保持部は、前記電源部からの出力を抵抗を介してコンデンサにより保持する構成とした請求項１記載の電源インピーダンス推定及び電源電圧低下検知装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、電池電圧などの回路を駆動する電源部の内部インピーダンスの推定及び電源電圧の低下を検知する電源インピーダンス推定及び電源電圧低下検知装置に関するものである。

【背景技術】

【0002】

従来、マイコンなどの回路を駆動する電源電圧の低下を検知する方法として、電源電圧低下検出ＩＣが用いられている（例えば、特許文献１参照）。

【0003】

また、電池の内部インピーダンスを検出する方法として、電池とＧＮＤ間に抵抗とスイッチを直列接続し、前記ＳＷをＯＮ／ＯＦＦさせてＯＮ時の電池電圧測定とＯＦＦ時の電池電圧測定を行い、それぞれの電圧値をＲＡＭに記憶させ、記憶させたＲＡＭ値から電圧差を算出して内部インピーダンスを推定している。この内部インピーダンスを検出する方法においても電池電圧を検出するための電圧検出装置が必要である（例えば、特許文献２参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２００９－１７４９７５号公報

【文献】特開平８－１１５１４７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

上記電源電圧低下検出ＩＣや電圧検出装置は、ＩＣや装置内部に電源電圧の変動に影響されない安定化した電圧を出力する安定化電源回路を有し、安定化した電圧を比較電圧として電源電圧を分圧した電圧と比較電圧をコンパレータにより比較する構成が一般的である。すなわち、安定化した電圧を出力する安定化電源回路が必要であり回路構成が複雑であるという課題があった。

【課題を解決するための手段】

【0006】

このような課題を解決するために本発明における電源インピーダンス推定及び電源電圧低下検知装置は、電源部と、前記電源部からの出力で駆動される回路部と、前記電源部からの出力を所定時間保持する保持部と、判定部を有し、前記判定部は前記回路部の動作がＯＮからＯＦＦあるいはＯＦＦからＯＮに変化したときに前記保持部からの出力と前記電源部からの出力の差を用いて電源インピーダンスを推定し、電源電圧低下を検知する構成としている。

【発明の効果】

【0007】

本発明における電源インピーダンス推定及び電源電圧低下検知装置は、基準電圧としての安定化された電圧を必要としない。そのため簡単な構成で電圧低下を検知することができることとなる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】実施の形態１における電源インピーダンス推定及び電源電圧低下検知装置の構成を示すブロック図

【図2】実施の形態２における電圧低下検知装置の構成を示すブロック図

【図3】実施の形態１における判定部に入力する信号図

【図4】実施の形態２における判定部に入力する信号図

【図5】実施の形態２におけるステッピングモータ及び双方向弁の動作異常を説明する図

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。

【0010】

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における電源インピーダンス推定及び電源電圧低下検知装置の構成の一例を示すブロック図、図３は、実施の形態１における判定部に入力する信号図である。

【0011】

［１－１．構成］
実施の形態１の構成について図１を参照しながら説明する。電源部１の出力電圧ａは回路部であるガスメータ計量計測部２に供給されると同時に保持部３及び判定部４にも供給される。さらに、判定部４には保持部３からの出力電圧ｂも入力される。

【0012】

保持部３は、抵抗３１とコンデンサ３２で構成されている。判定部４は、抵抗４１、抵抗４２及びコンパレータ４３で構成されている。そして、電源部１はリチウム電池で構成されている。

【0013】

［１－２．動作］
上記のように構成された本発明の実施の形態１の動作について、図３を参照しながら説明する。電源部１からの出力電圧ａは、抵抗３１を介してコンデンサ３２に供給される。抵抗３１とコンデンサ３２で構成される回路は、いわゆる積分回路と呼ばれる回路である。図３において、縦軸は電圧レベル、横軸は時間の経過を示している。実線は、電源部１の出力電圧ａを示し、点線は、コンデンサ３２からの出力電圧ｂを示している。

【0014】

ガスメータ計量計測部２は、例えば無線通信部（図示せず）を有し無線通信時には大きな電流が流れる。図３は、ガスメータ計量計測部２に上記に示すような無線通信部の動作がタイミング（イ）でＯＮし、タイミング（ロ）でＯＦＦして電流が大きく変化した状態の電圧変化を示している。

【0015】

出力電圧ｂは、コンデンサ３２の働きにより電圧変化が緩やかになっている。出力電圧ａは、判定部４を構成する抵抗４１及び抵抗４２で分圧され電圧ｄが出力される。コンパレータ４３では、電圧ｄと出力電圧ｂを比較する。比較する電圧レベルは図３におけるタイミング（ロ）の直後のＡ点の出力電圧ａとＢ点の出力電圧ｂである。Ａ点の電圧は、無線通信部がＯＦＦ状態の時の電源部１の出力電圧ａであり、Ｂ点の電圧は無線通信部がＯＮ状態の時の電源部１の出力電圧ｂが保持された状態を示している。

【0016】

ガスメータ計量計測部２は、無線通信部がＯＦＦの時には非常に小さな電流しか流れず、電源部１のＡ点での出力電圧ａは無負荷時の電圧に等しい。電源部１を構成するリチウム電池の無負荷時の出力電圧は、電池容量の大小にかかわらず例えば３Ｖとほぼ一定である。

【0017】

しかしながら、電池の内部インピーダンスは、電池容量が少なくなるにつれて大きくなるため、無線通信部がＯＮの時のように大きな電流が流れると電池の出力電圧ａ及び出力電圧ｂは大きく下降する。そして、Ｂ点の出力電圧ｂは無線通信部がＯＮ時の下降した電圧を保持している。すなわち、Ａ点の出力電圧ａとＢ点の出力電圧ｂの差は電池の内部イ
ンピーダンスによる電圧降下を示している。

【0018】

以上の動作より、出力電圧ａを分圧した電圧と出力電圧ｂをコンパレータ４３で比較し、出力電圧ｂのほうが上記分圧した電圧より小さくなった時、所定の電圧以下になったと判定できる。

【0019】

さらに、動作ＯＮ時の無線通信部の負荷インピーダンスをＲａ、電源部１の内部インピーダンスをＲｏとすると、
Ｂ点の出力電圧ｂ／Ａ点の出力電圧ａ＝Ｒａ／（Ｒｏ＋Ｒａ） （１）
の関係が成り立つ。一方、コンパレータ４３において電圧低下と検知する基準は、抵抗４１、抵抗４２の抵抗をそれぞれ、Ｒ４１、Ｒ４２とすると、
Ｂ点の出力電圧ｂ／Ａ点の出力電圧ａ＝Ｒ４２／（Ｒ４１＋Ｒ４２） （２）
である。よって、上記式（１）、（２）より負荷インピーダンスＲａがわかっている場合、電圧低下検知時における電源部１の内部インピーダンスＲｏを推定することができる。

【0020】

［１－３．効果等］
以上のように、本実施の形態１において、電圧測定のための安定化電源回路を用いることなく簡単な構成で電圧が所定の電圧以下に低下したことを検知できるとともに、電源部１の内部インピーダンスである電源インピーダンスを推定することができる。

【0021】

（実施の形態２）
以下、図２及び図４を用いて、実施の形態２を説明する。

【0022】

［２－１．構成］
図２は、実施の形態２の構成を示す図である。図１の構成と同じ機能を有するブロックには同一の番号を付与している。図１の構成と重複する部分については説明を省略する。抵抗５とステッピングモータ駆動部６とステッピングモータ７及び双方向弁８は、図１におけるガスメータ計量計測部２を構成する機能ブロックである。

【0023】

双方向弁８は、ガスメータを流れるガス流量を遮断したり、開放したりするものである。ステッピングモータ駆動部６で生成された駆動パルスによりステッピングモータ７が回転し、回転の方向により双方向弁８が閉じたり開いたりする構成である。

【0024】

抵抗５は、ステッピングモータ駆動部６に流れる瞬時電流を電圧変化に変換するためのものである。抵抗３１には電源部１からの出力電圧ａではなく、抵抗５の出力である出力電圧ｃが入力される。判定部４は、アナログ・デジタル変換部４４と論理部４５で構成されている。

【0025】

［２－２．動作］
上記のように構成された本発明の実施の形態２の動作について図４を参照しながら説明する。電源部１からの出力電圧ａは、抵抗５を介して出力電圧ｃとして抵抗３１を介してコンデンサ３２に供給される。抵抗３１とコンデンサ３２で構成される回路はいわゆる積分回路と呼ばれる回路である。

【0026】

図４において、縦軸は電圧レベル、横軸は時間の経過を示している。実線は、電源部１の出力電圧ａを示し、点線はコンデンサ３２からの出力電圧ｂを示している。ステッピングモータ駆動部６の動作がＯＮになると抵抗５には大きな電流が流れる。ステッピングモータ駆動部６がＯＦＦの時には抵抗５に電流が流れないので出力電圧ｃと出力電圧ａは同じ電圧値となる。

【0027】

図４は、ステッピングモータ駆動部６の動作がタイミング（イ）でＯＮし、タイミング（ハ）で双方向弁８が全開あるいは全閉状態となりステッピングモータ７の回転が止まり、タイミング（ロ）でステッピングモータ駆動部６の動作がＯＦＦし電流が大きく変化した状態の電圧変化を示している。タイミング（ハ）での変化は、ステッピングモータ７の回転が止まると負荷が重くなるのでステッピングモータ駆動部６に流れる電流が若干増大することを示している。

【0028】

出力電圧ｃは、コンデンサ３２の働きにより電圧変化が緩やかになった出力電圧ｂとしてアナログ・デジタル変換部４４に入力される。出力電圧ａの電圧変化は電源部１の内部インピーダンスＲｏによる電圧降下によるものであり、出力電圧ｂの電圧変化は電源部１の内部インピーダンスＲｏによる電圧降下に加え抵抗５の抵抗値Ｒ５による電圧降下を加えたものである。

【0029】

そして、Ａ点の電圧はステッピングモータ駆動部６がＯＦＦ状態の時の電源部１の出力電圧ａであり、Ｂ点の電圧はステッピングモータ駆動部６がＯＮ状態の時の出力電圧ｂを保持した状態を示している。ステッピングモータ駆動部６及びステッピングモータ７の合計負荷インピーダンスをＲｂとすると、アナログ・デジタル変換部４４においてタイミング（ロ）の直後のＡ点の出力電圧ａを基準電圧として、タイミング（ロ）の直後のＢ点の出力電圧ｂがデジタル信号に変換されるため、Ｂ点の出力電圧ｂのデジタル信号値Ｘは、
Ｘ＝Ｂ点の出力電圧ｂ／Ａ点の出力電圧ａ＝Ｒｂ／（Ｒｏ＋Ｒ５＋Ｒｂ）
Ｒｏ＝（１／Ｘ）×（Ｒｂ×（１－Ｘ）－Ｘ×Ｒ５）
である。

【0030】

一方、タイミング（ロ）の直前のＤ点の出力電圧ｂは、Ｃ点の出力電圧ａを基準電圧としてアナログ・デジタル変換部４４においてデジタル信号に変換されるため、Ｄ点の出力電圧ｂのデジタル値Ｙは、
Ｙ＝ Ｄ点の出力電圧ｂ／Ｃ点の出力電圧ａ＝Ｒｂ／（Ｒ５＋Ｒｂ）
Ｒｂ＝Ｒ５×Ｙ／（１－Ｙ）
よって上記２つの式より
Ｒｏ＝（１／Ｘ）×Ｒ５×（Ｙ－Ｘ）／（１－Ｙ）
以上より、抵抗５の抵抗値Ｒ５及びデジタル信号値Ｘ及びＹは既知であるため、電源部１の内部インピーダンスＲｏ、すなわち電源インピーダンスを計算できることとなる。

【0031】

また、デジタル信号値Ｘの値から動作ＯＦＦ時から動作ＯＮ時の変化で電源部１の出力電圧ａがどれだけの比率で低下したのか知ることができる。

【0032】

次に、図５を参照しながらステッピングモータ駆動部６及びステッピングモータ７及び双方向弁８の動作に異常が生じた場合の動作について説明する。動作異常としてステッピングモータ７の断線と双方向弁の固着を考える。ステッピングモータ７は複数のコイルを有している。ここではステッピングモータ７は２つのコイルを有しているとして説明する。

【0033】

図５は、抵抗５の電圧降下に対応する値（出力電圧ｃ／出力電圧ａ）を示したものである。図５の断線時で示す点線が２つのコイルのうち１つが断線した場合である。実線で示す正常動作時はステッピングモータ７が正常に動作している場合である。一点鎖線で示す固着時は双方向弁が固着しステッピングモータ７が回転しない場合である。断線時は抵抗５の電圧降下が小さくなり、固着時は抵抗５の電圧降下が大きくなる。

【0034】

よって、タイミング（ハ）の直前のＥ、Ｆ、Ｇ点の値を取得し、正常動作時のＦ点の値に対して所定以上大きければ断線、所定以上小さければ固着と判定する。ここで、Ｅ、Ｆ
、Ｇ点の値は（出力電圧ｃ／出力電圧ａ）で計算された値であるが、Ｅ、Ｆ、Ｇ点では出力電圧ｃ＝出力電圧ｂである。よって、出力電圧ｂ／出力電圧ａは、アナログ・デジタル変換部４４で変換されたデジタル値Ｚに等しい。すなわち、正常動作時のデジタル値Ｚに対してＥ、Ｆ、Ｇ点のデジタル値が所定以上大きければ断線、所定以上小さければ固着と判定することができる。また、タイミング（ハ）においてデジタル値Ｚに変化がない場合も異常と判定することができる。

【0035】

以上説明したように抵抗５を挿入することにより電源インピーダンスを正確に推定できるとともに、ステッピングモータ７及び双方向弁８の断線や固着などの動作異常検知を同一の回路構成で実現できる。

【0036】

［２－３．効果等］
以上のように、本実施の形態２において、電圧測定のための安定化電源回路を用いることなく電源部１の電源インピーダンスを推定できる。そのため電源部１がリチウム電池のような電池を用いている場合、電池容量が残り少なくなり電池の内部インピーダンスが大きくなったことを推定して電池電圧低下の警報を発することができることとなる。

【0037】

さらに、電池の内部インピーダンスと電池容量の関係をあらかじめ表として記憶させておくことにより推測した電源部１の内部インピーダンスから残りの電池容量を正確に推定することができる。そして、ステッピングモータ７及び双方向弁８の断線や固着などの動作異常検知を同一の回路構成で実現できコストダウンに貢献できる。

【0038】

なお、実施の形態１及び実施の形態２において、タイミング（ロ）の前後の電圧値を用いたが、タイミング（イ）の前後の電圧値を用いても構わない。

【0039】

また、実施の形態２において、保持部３としてＤ点の出力電圧ｂをアナログ・デジタル変換部４４でデジタル値としてＲＡＭに記憶し、Ｂ点の出力電圧ｂの代わりに記憶していたＤ点の出力電圧ｂを使用しても構わないが、保持部３として出力電圧ａをアナログ電圧値の状態で保持する構成とすることにより、ＲＡＭが不要になるという効果が追加される。

【0040】

なお、上述の実施の形態は、本開示における技術を例示するためのものであるから、特許請求の範囲またはその均等の範囲において種々の変更、置き換え、付加、省略などを行うことができる。

【産業上の利用可能性】

【0041】

本発明は、ガスメータに内蔵された双方向弁や無線通信装置を駆動する電池の電圧低下検出装置に適用可能である。

【符号の説明】

【0042】

１ 電源部
２ ガスメータ計量計測部（回路部）
３ アナログ出力保持部（保持部）
４ 判定部
５ 抵抗
６ ステッピングモータ駆動部
７ ステッピングモータ
８ 双方向弁
３１ 抵抗
３２ コンデンサ
４１ 抵抗
４２ 抵抗
４３ コンパレータ
４４ アナログ・デジタル変換部
４５ 論理部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】