(57)【要約】【課題】電池寿命を精度良く推定することができる電池駆動装置を提供する。【解決手段】電池駆動装置としての第１電池部３１および第２電池部３２により動作する電池駆動の無線通信機器１００は、電池駆動の無線通信機器１００が第１電池部３１により動作する場合と第２電池部３２により動作する場合を切り換え可能な電池切り換え部３０と、無線通信を行う送受信部２０およびアンテナ２５と、送受信部２０および電池切り換え部３０を制御する制御部１０と、制御部１０が電池寿命推定を行うためのデータを記憶する記憶部４０と、を備える。第１電池部３１の電池寿命に基づいて、第２電池部３２の電池寿命を推定するため、電池寿命を精度良く推定できる信頼性が良い電池駆動の無線通信機器１００を提供することができる。【選択図】図１
2015133863.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１電池および第２電池により動作する動作手段と、
前記動作手段の制御を行う制御手段と、を備える電池駆動装置であり、
前記制御手段は、前記第１電池の電圧が下限値に至るまでの累計動作時間を前記第２電池の電池寿命推定とすることを特徴とする電池駆動装置。
【請求項２】
前記動作手段が前記第１電池により動作する場合と、前記動作手段が前記第２電池により動作する場合と、を切り換え可能な切り換え手段を備え、
前記制御手段は、前記動作手段が前記第１電池により動作する場合において前記第１電池の電圧が前記下限値以下になったときに、前記切り換え手段の制御を行い前記動作手段が自動的に前記第２電池により動作する場合に切り換えるとともに、前記累計動作時間を前記第２電池の前記電池寿命推定とすることを特徴とする請求項１に記載の電池駆動装置。
【請求項３】
前記動作手段は無線通信手段からなり、前記累計動作時間は累計送受信時間であり、
前記制御手段は、前記第１電池の電圧が前記下限値以下に至るまでの前記累計送受信時間を前記電池寿命推定とすることを特徴とする請求項２に記載の電池駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電池駆動装置に関し、無線通信を行う機器等の電池駆動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、電池駆動の無線通信機器では使用途中で機器が使用できなくなることを防ぐために、電池寿命を推定して電池電圧の低下警告等の報知で、電池交換または充電時期を促す方法が採用されている。しかしながら、物理的に電池交換作業が困難な場所に電池駆動の無線通信機器を設置した場合または大量の電池駆動の無線通信機器で運用されている無線通信システムの場合等、交換作業に多大な時間およびメンテナンスコストが伴う。
【０００３】
例えば、屋外に設置される家庭用ガスメーター等に電池駆動の無線通信機器を接続して、センサーネットワークシステムにおいて利用されるセンター装置と無線通信にてデータ伝送を行うことが考えられている。
【０００４】
電池寿命を推定する一般的な方法としては、電池電圧を測定して推定する方法があるが、電圧値の降下が小さく寿命直前で急激に降下するような電池では寿命の推定はほとんど不可能に近い。
【０００５】
電池電圧を測定して推定する方法以外の方法としては、下記の特許文献１に記載の回線端末装置９００が知られている。
【０００６】
以下、図６を用いて、特許文献１に記載の回線端末装置９００について説明する。図６は、回線端末装置９００の構成を示すブロック図である。
【０００７】
回線端末装置９００において、ある動作が実行されたときの動作時間を計測して、動作種別を判別し、動作回数をカウントする。あらかじめ設定されている各動作１回当たりの電池消費量と動作回数から全体の電池消費量を算出する。電池の有効容量と電池消費量から残容量がわかり、電池寿命を予測する。これによれば、電圧値が寿命直前で急激に降下するような電池でもある程度の寿命の推定は可能となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００２−１３５４３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、ここで言う電池の有効容量は、実際の容量ではなく推定される容量であり、実際の容量とその推定容量が一致しない場合、正確な寿命の推定ができない、という問題があった。
【００１０】
このため、従来技術の回線端末装置９００では、電池寿命がくる前に電池の交換作業を行うにしても、交換作業の計画を適切に立てることができず手遅れになり電池駆動装置の動作が中止したり、あるいは早めに交換してしまうことが発生し、電池駆動装置としての信頼性に課題があった。
【００１１】
本発明は、上述した課題を解決するもので、電池寿命を精度良く推定することができる信頼性が良い電池駆動装置を提供することができる。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
この課題を解決するために、請求項１に記載の電池駆動装置は、第１電池および第２電池により動作する動作手段と、前記動作手段の制御を行う制御手段と、を備える。前記制御手段は、前記第１電池の電圧が下限値に至るまでの累計動作実績を前記第２電池の電池寿命推定とするという特徴を有する。
【００１３】
また、請求項２に記載の電池駆動装置は、前記動作手段が前記第１電池により動作する場合と、前記動作手段が前記第２電池により動作する場合と、を切り換え可能な切り換え手段を備える。前記制御手段は、前記動作手段が前記第１電池により動作する場合において前記第１電池の電圧が前記下限値以下になったときに、前記切り換え手段の制御を行い前記動作手段が自動的に前記第２電池により動作する場合に切り換えるとともに、前記累計動作実績を前記第２電池の前記電池寿命推定とするという特徴を有する。
【００１４】
また、請求項３に記載の電池駆動装置は、前記動作手段は無線通信手段からなり、前記累計動作実績は累計送受信時間であり、前記制御手段は、前記第１電池の電圧が前記下限値以下に至るまでの前記累計送受信時間を前記電池寿命推定とするという特徴を有する。
【発明の効果】
【００１５】
請求項１の発明によれば、電池駆動装置の同一筐体内に実装され、環境条件（負荷特性および温度特性）が同じで、且つ、同一種類および同一電池特性の電池である第１電池の電池寿命に基づいて、第２電池の電池寿命を推定するので、第２電池の電池寿命を精度良く推定することができる。従って、制御手段は、第１電池が電池寿命に至るまでの累計動作実績を第２電池の電池寿命推定とする制御を行うことで、電池寿命を精度良く推定することができる信頼性が良い電池駆動装置を提供することができる。
【００１６】
請求項２の発明によれば、第２電池の電池寿命を精度良く推定することができるとともに、自動的に電池の切り換えを行うので、電池切れを起こさないようにすることができる。また、第２電池の電池寿命を精度良く推定することで、推定した電池寿命データを外部のセンター装置等へ送ることで、工事時期の計画を適切に立てることができ電池駆動装置としての信頼性を良くすることができる。
【００１７】
請求項３の発明によれば、累計送受信時間を累計動作時間とする第１電池の電池寿命に基づいて、第２電池の電池寿命を推定するので、電池寿命を精度良く推定することができる電池駆動装置の無線通信機器を提供することができる。
【００１８】
以上により、本発明によれば、制御手段は、第１電池が電池寿命に至るまでの累計送受信時間を第２電池の推定電池寿命とする制御を行うことで、電池寿命を精度良く推定することができる信頼性が良い電池駆動装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の第１実施形態に係る電池駆動の無線通信機器の構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の第１実施形態に係るセンサーネットワーク無線通信システムの構成を示すブロック図である。
【図３】本発明の第１実施形態に係る電池駆動の無線通信機器の電池寿命を推定する制御部の処理を示すフローチャートの前半部である。
【図４】本発明の第１実施形態に係る電池駆動の無線通信機器の電池寿命を推定する制御部の処理を示すフローチャートの後半部である。
【図５】本発明の第１実施形態に係る電池駆動の無線通信機器に使用されるリチウムイオン１次電池の電池特性を示す特性図である。
【図６】従来例１の回線端末装置を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
［第１実施形態］
以下に、本発明の第１実施形態における電池駆動の無線通信機器１００について、図１から図５までを用いて説明する。
【００２１】
電池駆動の無線通信機器１００は図１に示すように、動作手段および無線通信手段としての送受信部２０と、送受信部２０の制御を行う制御手段としての制御部１０と、第１電池としての第１電池部３１と、第２電池としての第２電池部３２と、アンテナ２５と、記憶部４０と、切り換え手段としての電池切り換え部３０と、を備えて構成される。
【００２２】
送受信部２０は、アンテナ２５および制御部１０に接続されて、図２に示すセンター無線通信機器６００との間でデータ信号の送受信を行う。
【００２３】
制御部１０は、記憶部４０および図２に示すガスメーター２００と接続されている。また、制御部１０は、電池切り換え部３０と接続され電池切り換え部３０を制御する。
【００２４】
制御部１０は、あらかじめ記憶されたプログラムに基づき制御を行う。また、制御部１０は、後述する電池寿命推定方法によって、第１電池部３１が電池寿命（電池電圧が下限値）に至るまでの累計動作実績としての累計送受信時間を第２電池部３２の電池寿命推定とする制御を行う。
【００２５】
電池切り換え部３０は、第１電池部３１および第２電池部３２と接続されている。また、電池切り換え部３０は、制御部１０からの制御信号により第１電池部３１から第２電池部３２へ自動的に切り換えを行う。また、電池切り換え部３０は、ショットキーバリアダイオード等と他の部品を組み合わせて回路を構成したり、または専用ＩＣを使用して構成されている。
【００２６】
第１電池部３１および第２電池部３２は、電池切り換え部３０を介して送受信部２０および制御部１０と記憶部４０に電力を供給する。また、第１電池部３１および第２電池部３２は、同一種類の電池（例えば、リチウムイオン１次電池）で、且つ、同一電池特性の電池を使用している。
【００２７】
第１電池部３１および第２電池部３２にて採用されるリチウムイオン１次電池の電池特性は、図５に示すように電池容量が多いときは、電池特性が安定領域にあり電池電圧も一定である。また、リチウムイオン１次電池の電池容量が少なくなると、電池特性が急峻な立下り領域となってＶＭＩＮ（電池電圧下限値）以下となり電池駆動の無線通信機器１００を駆動することができなくなる。
【００２８】
第１電池部３１および第２電池部３２にリチウムイオン１次電池が採用された理由として、リチウムイオン１次電池のエネルギー密度が他の電池に比べて高いため電池として小型軽量化を実現できることおよび使用温度範囲が広い等がある。
【００２９】
記憶部４０は、電池駆動の無線通信機器１００における１回分の送受信処理における平均消費電流と第１電池部３１および第２電池部３２の電池特性と電池容量をあらかじめ記憶しておく。
【００３０】
アンテナ２５は、送受信部２０と接続され図２に示すセンター無線通信機器６００との間で、データ信号を送受信する。
【００３１】
ここで、複数の電池駆動の無線通信機器１００を使用するセンサーネットワーク無線通信システム３００の構成について、図２を用いて説明する。
【００３２】
センサーネットワーク無線通信システム３００は、複数の電池駆動の無線通信機器１００と、複数のガスメーター２００と、センター無線通信機器６００と、センター装置６１０と、を備えて構成されている。
【００３３】
電池駆動の無線通信機器１００は、ガスメーター２００と接続され、ガスメーター２００にて計測されたガス使用量およびガス使用状況等のデータ信号をセンター無線通信機器６００に対して一定時間間隔で送信する。また、電池駆動の無線通信機器１００は、後述する電池寿命推定方法によって電池寿命を推定して、電池寿命推定データをセンター無線通信機器６００に送信する。
【００３４】
センター無線通信機器６００は、センター装置６１０と接続されて電池駆動の無線通信機器１００との間でデータ信号の送受信を一定時間間隔で行い、受信データをセンター装置６１０に送信する。また、センター無線通信機器６００は、電池駆動の無線通信機器１００からの電池寿命推定に関する制御信号を受信し、制御信号をセンター装置６１０に送信する。
【００３５】
センター装置６１０は、センター無線通信機器６００からの電池寿命推定に関する制御信号を受信して、電池交換の時期を報知することで、電池交換作業の工事時期の計画を適切に立てることができ電池駆動装置としての電池駆動の無線通信機器１００の信頼性を良くすることができる。また、センター装置６１０は、センター無線通信機器６００からのガス使用量およびガス使用状況等のデータを受信して、ガス使用量とガスが正しく使用されているかの情報等を収集することができるので、ガスメーター２００が取り付けられる図示しないガス供給装置の信頼性を向上させることができる。
【００３６】
ガスメーター２００は、ガス供給装置に供給されるガスの量を計測する。また、ガスメーター２００は、ガスメーターの大きさ毎に定めた以上に多量のガスが流れた場合および震度５強相当以上の地震を感知した場合もしくは、流れるガスの圧力が規定の値を下回った場合には、ガスの供給を自動的に遮断して、制御信号を電池駆動の無線通信機器１００に送信する。
【００３７】
次に、電池駆動の無線通信機器１００は、制御信号をセンター無線通信機器６００に対して送信して、センター無線通信機器６００は、受信した制御信号をセンター装置６１０に送信する。従って、センター装置６１０は、警報内容等の情報を自動的に収集することができ、迅速にメンテナンス対応を行うことができるので、センサーネットワーク無線通信システム３００の信頼性が良くなる。
【００３８】
従来では、月に１度ガス検針員が直接家庭を訪問して、ガスメーター２００の指示数を直接読み取ることで毎月のガス使用量からガス料金を計算し各家庭に請求していた。センサーネットワーク無線通信システム３００は、各ガスメーター２００のガス使用量について無線通信を利用してセンター装置６１０に収集することで人力による検針作業が不要になるため、人件費の削減およびガス使用量の見える化などが行うことができるため、多大なコスト削減効果が発揮されている。
【００３９】
次に、電池駆動の無線通信機器１００に内蔵している制御部１０が第１電池部３１および第２電池部３２の電池寿命を推定する手順（電池寿命推定方法）について図３および図４を用いて説明する。図３および図４は、制御部１０の処理を示すフローチャートで、手順Ｓ−ｍは制御部１０の処理を示している（ｍは自然数）。
【００４０】
手順Ｓ−１で、制御部１０は数式１に示す初期化の制御を行う。数式１は、電池駆動の無線通信機器１００のＮＸ（送受信回数）をゼロにし、且つ、ＴＸ（累計送受信時間）をゼロにすることで、制御部１０が電池寿命を推定する手順をリセット状態にすることである。また、制御部１０は電池切り換え部３０を制御して、第１電池部３１に切り換える制御を行う。よって、第１電池部３１から電池切り換え部３０を介して、制御部１０と、送受信部２０と、記憶部４０と、に電源が供給される。また、制御部１０は数式１に示すＮＸ（送受信回数）の値とＴＸ（累計送受信時間）の値を記憶部４０に記憶する制御を行う。
（数式１）
ＮＸ（送受信回数）＝０
ＴＸ（累計送受信時間）＝０
【００４１】
手順Ｓ−２で、制御部１０は第１電池部３１の電池寿命を数式２に示す処理にて推定する制御を行う。数式２は、第１電池部３１の電池寿命が、記憶部４０にあらかじめ記憶されている第１電池部３１の電池容量の値を、電池駆動の無線通信機器１００における１回分の送受信処理における平均消費電流データで除算した値に電池性能のバラツキおよび電池の環境使用条件（負荷特性および温度特性）等を考慮したマージン係数であるＡ（余裕率）を乗算した値になることを示している。また、制御部１０は数式２で推定される第１電池部３１の電池寿命の値を記憶部４０に記憶する制御を行う。また、Ａ（余裕率）の値は一般的には０．８の値を使用することが多い。
（数式２）
ＴＬＩＦＥ（電池寿命）＝Ａ（余裕率）×［ＷＢＡＴ（電池容量）÷ＷＡＶ（１回の送受信処理における平均消費電力）］
【００４２】
手順Ｓ−３で、制御部１０は電池駆動の無線通信機器１００とセンター無線通信機器６００との間で一定時間間隔にて行う送受信のＮＸ（送受信回数）を計測する制御を行う。また、制御部１０は計測されたＮＸ（送受信回数）の値を記憶部４０に記憶する制御を行う。
【００４３】
手順Ｓ−４で、制御部１０は第１電池部３１のＴＸ（累計送受信時間）を数式３に示す処理にて推定する制御を行う。数式３は、第１電池部３１のＴＸ（累計送受信時間）が、ＮＸ（送受信回数）の値に、記憶部４０にあらかじめ記憶されている電池駆動の無線通信機器１００のＴ１（１回分の送受信時間）の値に、乗算した値になることを示している。また、制御部１０は数式３で推定される累計送受信時間の値を記憶部４０に記憶する制御を行う。
（数式３）
ＴＸ（累計送受信時間）＝ＮＸ（送受信回数）×Ｔ１（１回分の送受信時間）
【００４４】
手順Ｓ−５で、制御部１０はＴＸ（累計送受信時間）の値が第１電池部３１のＴＬＩＦＥ（電池寿命）の値より大きいかを判断する。また、制御部１０はＴＸ（累計送受信時間）の値が第１電池部３１のＴＬＩＦＥ（電池寿命）の値より大きいと判断したときはＹＥＳの制御を行い、大きいと判断しないときはＮＯの制御を行う。
【００４５】
従って、制御部１０は手順Ｓ−１から手順Ｓ−５までの制御で、図５に示す第１電池部３１の電池特性（電圧特性）が安定領域での電池寿命推定を行うことで、制御部１０に内蔵している図示しないＡＤＣ（ＡＮＡＬＯＧ  ＴＯ  ＤＩＧＩＴＡＬ  ＣＯＮＶＥＲＴＥＲ）にて第１電池部３１の電池電圧を計測する動作等をすることがないので、電池駆動の無線通信機器１００の消費電流を少なくすることができる。よって、電池寿命を長くすることができる。以上が、電池駆動の無線通信機器１００の電池寿命を推定する制御部１０の処理を示すフローチャートの前半部である。
【００４６】
手順Ｓ−６から手順Ｓ−１０までの制御は、第１電池部３１の電池特性が急峻な立下り領域での電池寿命を精度良く推定するための制御である。また、以下の手順Ｓ−６から手順Ｓ−１０までの制御は、電池駆動の無線通信機器１００の電池寿命を推定する制御部１０の処理を示すフローチャートの後半部である。
【００４７】
手順Ｓ−６で、制御部１０は内蔵している図示しないＡＤＣにて第１電池部３１のＶＢＡＴ（電池電圧）を一定時間間隔で計測する制御を行う。また、制御部１０は計測した電池電圧の値を記憶部４０に記憶する制御を行う。
【００４８】
手順Ｓ−７で、制御部１０はＶＢＡＴ（電池電圧）の値が図５に示す第１電池部３１の電池特性から規定されているＶＭＩＮ（電池電圧下限値）の値より小さいかを判断する。また、制御部１０はＶＢＡＴ（電池電圧）の値がＶＭＩＮ（電池電圧下限値）の値より小さいと判断したときはＹＥＳの制御を行い、小さいと判断しないときはＮＯの制御を行う。
【００４９】
手順Ｓ−８で、制御部１０は電池駆動の無線通信機器１００とセンター無線通信機器６００との間で一定時間間隔にて送受信を行う。また、制御部１０は送受信のＮＸ（送受信回数）に１を加算してＮＸ（送受信回数）の値を更新する制御を行う。また、制御部１０は更新されたＮＸ（送受信回数）の値を記憶部４０に記憶する制御を行う。
【００５０】
手順Ｓ−９で、制御部１０は第１電池部３１のＴＬＩＦＥ（電池寿命）を数式４に示す処理にて更新する制御を行う。数式４は、手順Ｓ−８にて更新されたＮＸ（送受信回数）の値に、制御部１０があらかじめ記憶部４０に記憶している電池駆動の無線通信機器１００のＴ１（１回分の送受信時間）を取り出した値を乗算してＴＬＩＦＥ（電池寿命）の値を更新することを示している。また、制御部１０は数式４で更新されたＴＬＩＦＥ（電池寿命）の値を記憶部４０に記憶する制御を行う。
（数式４）
ＴＬＩＦＥ（電池寿命）＝ＮＸ（送受信回数）×Ｔ１（１回分の送受信時間）
【００５１】
手順Ｓ−１０で、制御部１０は第１電池部３１のＴＬＩＦＥ（電池寿命）を数式５に示す処理にて更新する制御を行う。数式５は、手順Ｓ−８にて更新されたＮＸ（送受信回数）の値に、記憶部４０にあらかじめ記憶している電池駆動の無線通信機器１００のＴ１（１回分の送受信時間）の値を乗算した値になることを示している。また、制御部１０は数式５で更新されたＴＬＩＦＥ（電池寿命）の値を第１電池部３１の電池寿命として記憶部４０に記憶する制御を行う。また、制御部１０は第１電池部３１が電池寿命に至ったことを判断する。
（数式５）
ＴＬＩＦＥ（電池寿命）＝ＮＸ（送受信回数）×Ｔ１（１回分の送受信時間）
【００５２】
手順Ｓ−１１で、制御部１０は電池切り換え部３０を制御して、第１電池部３１から第２電池部３２へ切り換える。また、制御部１０は第２電池部３２の電池寿命を手順Ｓ−１０にて記憶部４０に記憶された第１電池部３１の電池寿命データと同じ値に推定する制御を行う。従って、制御部１０は第２電池部３２の電池寿命を電池駆動の無線通信機器１００の電池寿命推定とする。また、制御部１０は電池駆動の無線通信機器１００の電池寿命推定データを記憶部４０に記憶する制御を行う。
【００５３】
手順Ｓ−１２で、制御部１０は送受信部２０を制御して、手順Ｓ−１１において処理された電池駆動の無線通信機器１００の電池寿命推定データをアンテナ２５を介して、センター無線通信機器６００へ送信する。次に、センター無線通信機器６００にて電池寿命推定データを受信して、センター装置６１０へ送る。センター装置６１０は、電池寿命推定データより電池駆動の無線通信機器１００の電池交換時期が判明するので、計画的に電池交換作業を行うことができるので信頼性の良い電池駆動の無線通信機器１００を提供することができる。
【００５４】
以上説明したように、第１実施形態に係る電池駆動の無線通信機器１００は、制御手段が、第１電池部３１が電池寿命に至るまでの累計送受信時間を累計動作時間として第２電池部３２の電池寿命推定とする制御を行う。よって、第１電池部３１および第２電池部３２は、同じリチウムイオン１次電池で、同一製造会社の同じ電池特性の電池であり、且つ、同じ環境条件（負荷特性および温度特性）で動作するため、第１電池部３１および第２電池部３２の電池寿命は良く一致することになる。従って、電池寿命を精度良く推定することができる信頼性が良い電池駆動の無線通信機器１００を提供することができる。なお、受信動作に比べて送信動作の電力が大きい。そのため、上記の第１実施形態において累計送受信時間でなく、例えば送信に係る累計送信時間を累計動作時間としても良い。
【００５５】
以上のように、本発明の第１実施形態に係る電池駆動の無線通信機器１００を具体的に説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、要旨を逸脱しない範囲で種々変更して実施することが可能である。例えば次のように変形して実施することができ、これらの実施形態も本発明の技術的範囲に属する。
【００５６】
＜変形例１＞
本発明の第１実施形態において、電池駆動の無線通信機器１００に搭載される電池は２個として説明したが、複数個搭載されても良い。また、無線通信を使用しない電池駆動装置においては、累計送受信時間の替わりに、その電池駆動装置における主要な電力消費動作に係る累計時間を累計動作時間としても良い。
【００５７】
＜変形例２＞
本発明の第１実施形態において、センサーネットワーク無線通信システム３００のセンサーは、ガスメーター２００として説明したが、電力メーターあるいは放射線計測メーター等でも良い。
【００５８】
＜変形例３＞
本発明の第１実施形態において、累計動作実績として累計送受信時間を用いたが累計送受信回数を用いても良い。
【符号の説明】
【００５９】
１０    制御部
２０    送受信部
２５    アンテナ
３０    電池切り換え部
３１    第１電池部
３２    第２電池部
４０    記憶部
１００  電池駆動の無線通信機器
２００  ガスメーター
３００  センサーネットワーク無線通信システム
６００  センター無線通信機器
６１０  センター装置
９００  回線端末装置
【図１】
2015133863.tif 000003
【図２】
2015133863.tif 000004
【図３】
2015133863.tif 000005
【図４】
2015133863.tif 000006
【図５】
2015133863.tif 000007
【図６】
2015133863.tif 000008