(57)【要約】【課題】残存容量検出のために消費される平均消費電力を、より低減する。【解決手段】残存容量検出装置１は、補助電源２００に流れる電流を検出する電流検出ユニット２０と、補助電源２００の極間電圧を検出する電圧検出ユニット３０とを備えている。残存容量検出装置１は、補助電源２００が自装置１に電気的に接続されたきに、各ユニット２０、３０の検出値から補助電源２００の内部インピーダンスＲを算出し、補助電源２００の残存容量を初期残存容量として推定する。そして、残存容量検出装置１は、補助電源２００の残存容量が、初期残存容量から、不足とされる残存容量になるまでの期間を算出し、この期間が経過するまで、残存容量の検出を禁止する。【選択図】　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電荷を蓄積する電荷蓄積器の残存容量を検出する装置において、
電荷蓄積器が当該装置に電気的に接続されても、所定期間が経過するまで、当該電荷蓄積器の残存容量検出を禁止する
ことを特徴とする残存容量検出装置。
【請求項２】
電荷を蓄積する電荷蓄積器の残存容量を検出する装置において、
電荷蓄積器が当該装置に電気的に接続されたときから第１の期間が経過した後、第２の期間が経過するまで、当該電荷蓄積器の残存容量検出を禁止する
ことを特徴とする残存容量検出装置。
【請求項３】
前記第１の期間中に、前記電荷蓄積器の残存容量を第１の残存容量として検出し、
前記第２の期間は、前記第１の残存容量から、前記電荷蓄積器の残存容量が少ないとされる第２の残存容量まで減少する期間に相当する
ことを特徴とする請求項２に記載の残存容量検出装置。
【請求項４】
前記電荷蓄積器の電圧値または電流値を検出する電気量検出手段を備え、
前記第２の期間が経過するまでは、前記電気量検出手段と前記電荷蓄積器とを電気的に切断する
ことを特徴とする請求項２に記載の残存容量検出装置。
【請求項５】
ユーザによって操作される操作子をさらに備え、
前記操作子が操作された場合に、前記電荷蓄積器の残存容量を検出する
ことを特徴とする請求項２に記載の残存容量検出装置。
【請求項６】
充電可能な二次電池に接続される抵抗を備える手段であり、当該二次電池に流れる電流を検出する電流検出手段を備え、当該電流検出手段の検出結果に基づいて当該二次電池の残存容量を検出する装置において、
前記二次電池と前記電流検出手段が備える抵抗との間に設けられるスイッチであり、前記二次電池の接続先を当該抵抗とアースとの間で選択的に切替えるスイッチを具備し、
前記二次電池が前記電流検出手段に電気的に接続されたときから第１の期間が経過した後、第２の期間が経過するまで、前記二次電池をアースに接続させる
ことを特徴とする残存容量検出装置。
【請求項７】
前記第１の期間中に、前記二次電池の残存容量を第１の残存容量として検出し、
前記第２の期間は、前記第１の残存容量から、前記二次電池の残存容量が少ないとされる第２の残存容量まで減少する期間に相当する
ことを特徴とする請求項６に記載の残存容量検出装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、一次電池および二次電池、コンデンサなどの電荷蓄積器の残存容量を検出する残存容量検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
主電源から駆動電力を得る電子機器において、主電源がオフの間、内蔵メモリのバックアップなどのために補助電源を備えるものがある。このような補助電源として、電池が用いられるのが一般的である。また、近年では、電池の電極間電圧を常時監視して、電池の残存容量（すなわち、残存電力量や電荷量など）を検出する残存容量検出装置が提案されている。このような残存容量検出装置は、電池の電圧を常時監視すべく、電池に対して常時接続（直結）されるため、電池から残存容量検出装置にも電力が供給され、電池の電力消費を促すことになる。そこで、近年では、電池と残存容量検出装置との間にスイッチを設け、このスイッチを間欠的にオン／オフさせることで、残存容量検出装置によって消費される平均消費電力を、常時接続した場合に比べて低減させる技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開平５−１３３９８５号公報（第２頁、第２図）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記構成の残存容量検出装置であっても、平均消費電力の低減効果は十分ではない。
【０００５】
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、残存容量検出のために消費される平均消費電力を、より低減できる残存容量検出装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、電荷を蓄積する電荷蓄積器の残存容量を検出する装置において、電荷蓄積器が当該装置に電気的に接続されても、所定期間が経過するまで、当該電荷蓄積器の残存容量検出を禁止する残存容量検出装置を提供する。
【０００７】
また、請求項２に記載の発明は、電荷を蓄積する電荷蓄積器の残存容量を検出する装置において、電荷蓄積器が当該装置に電気的に接続されたときから第１の期間が経過した後、第２の期間が経過するまで、当該電荷蓄積器の残存容量検出を禁止する残存容量検出装置を提供する。
【０００８】
また、請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の発明において、前記第１の期間中に、前記電荷蓄積器の残存容量を第１の残存容量として検出し、前記第２の期間は、前記第１の残存容量から、前記電荷蓄積器の残存容量が少ないとされる第２の残存容量まで減少する期間に相当することを特徴とする。
【０００９】
また、請求項４に記載の発明は、請求項２に記載の発明において、前記電荷蓄積器の電圧値または電流値を検出する電気量検出手段を備え、前記第２の期間が経過するまでは、前記電気量検出手段と前記電荷蓄積器とを電気的に切断することを特徴とする。
【００１０】
また、請求項５に記載の発明は、請求項２に記載の発明において、ユーザによって操作される操作子をさらに備え、前記操作子が操作された場合に、前記電荷蓄積器の残存容量を検出することを特徴とする。
【００１１】
また、請求項６に記載の発明は、充電可能な二次電池に接続される抵抗を備える手段であり、当該二次電池に流れる電流を検出する電流検出手段を備え、当該電流検出手段の検出結果に基づいて当該二次電池の残存容量を検出する装置において、前記二次電池と前記電流検出手段が備える抵抗との間に設けられるスイッチであり、前記二次電池の接続先を当該抵抗とアースとの間で選択的に切替えるスイッチを具備し、前記二次電池が前記電流検出手段に電気的に接続されたときから第１の期間が経過した後、第２の期間が経過するまで、前記二次電池をアースに接続させる残存容量検出装置を提供する。
【００１２】
また、請求項７に記載の発明は、請求項６に記載の発明において、前記第１の期間中に、前記二次電池の残存容量を第１の残存容量として検出し、前記第２の期間は、前記第１の残存容量から、前記二次電池の残存容量が少ないとされる第２の残存容量まで減少する期間に相当することを特徴とする。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。本実施形態では、車載機器に内蔵された電池などの補助電源の残存容量を検出する装置について説明する。
【００１４】
図１は、本実施形態にかかる残存容量検出装置１の電気的構成を示すブロック図である。この図において、車載用メインバッテリー１００は、車載機器３００の主電源であり、この車載機器３００に供給ライン１０２ａを介して電力を供給する。また、補助電源２００は、車載用メインバッテリー１００から車載機器３００への電力供給が停止している間、この車載機器３００へ供給ライン１０２ｂを介して電力を供給する。より具体的には、補助電源２００は、例えば、エンジンスタート時のクランキングによる車載用メインバッテリー１００の電圧ドロップを補償したり、車載用メインバッテリー１００の交換時に車載機器３００の内蔵メモリを保持したりするといった用途に用いられ、この補助電池２００としては、一次または二次電池が用いられ得る。ここで、同図には、補助電源２００の内部インピーダンスＲが模式的に示されている。
【００１５】
次いで、残存容量検出装置１は、大別して、次の４つのユニットから構成されている。すなわち、制御ユニット１０と、電流検出ユニット２０と、電圧検出ユニット３０と、温度検出ユニット４０である。
【００１６】
制御ユニット１０は、各部の動作を制御するものであり、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ　Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　Ｕｎｉｔ）１１と、ＲＯＭ１２と、タイマ１３とを備えている。ＲＯＭ１２は、ＣＰＵ１１によって実行される制御プログラムや各種データを記憶している。タイマ１３は、発振回路などを備え、計時信号をＣＰＵ１１に出力する。なお、ＲＯＭ１２には、データの１つとして、補助電源２００の内部インピーダンスＲと残存容量との関係を示すデータが記憶されているが、これについては後述する。
【００１７】
次いで、電流検出ユニット２０は、抵抗２１と、２つのスイッチ２２、２３と、電流検出器２４と、Ａ／Ｄ変換器２５とを備えている。抵抗２１は、補助電源２００に流れる電流を検出するためのものであり、この補助電源２００の負極とアースとの間に介挿されている。電流検出器２４は、抵抗２１に流れる電流値を検出するものであり、この抵抗２１と並列接続されている。ここで、抵抗２１と電流検出器２４とからなる閉ループには、スイッチ２２が設けられており、スイッチ２２がオン（導通状態）の場合にのみ、電流検出器２４へ電流が流れ、電流検出器２４の検出結果がＡ／Ｄ変換器３３を介してＣＰＵ１１へ出力される構成となっている。また、補助電源２００と抵抗２１との接続点は、スイッチ２３を介してアースに接続されている。このスイッチ２３は、スイッチ２２と排他的にオン／オフするものである。具体的には、スイッチ２３は、電流検出が行われない間はオンとなり、補助電源２００の負極がアースに接続される。ここで、電流検出が行われない間、補助電源２００の負極をアースに接続するのは次の理由による。すなわち、補助電源２００として二次電池が用いられ、この補助電源２００を充電する場合、電流検出用の抵抗２１が接続されていると、抵抗２１の両端に若干の電位差が生じ、これにより、抵抗２１がない場合に比べて充電効率が低下してしまう。そこで、本実施形態では、電流検出が行われない間は、スイッチ２３を介して補助電源２００の負極をアースに接続する構成とし、充電効率の低下を防止しているのである。
【００１８】
次に、電圧検出ユニット３０は、補助電源２００の両極間電圧を検出するものであり、スイッチ３１と、２つの抵抗３２ａ、３２ｂと、Ａ／Ｄコンバータ３３とを備えている。抵抗３２ａ、３２ｂは、互いに直列接続され、スイッチ３１を介して供給ライン１０２ｂに接続されると共に、抵抗３２ａと抵抗３２ｂとの接続点からは、Ａ／Ｄ変換器３３へラインが引きだれており、また、Ａ／Ｄ変換器３３の出力がＣＰＵ１１へ入力される構成となっている。すなわち、スイッチ３１がオン（導通状態）の場合、補助電源２００の両極間電圧が抵抗３２ａ、３２ｂにより分圧され、その分圧値がＡ／Ｄコンバータ３３を介してＣＰＵ１１に出力される構成である。
【００１９】
次いで、温度検出ユニット４０は、補助電源２００の周囲の温度を測定するものであり、スイッチ４１と、温度センサ４２と、Ａ／Ｄ変換器４３とを備えている。温度センサ４２は、補助電源２００の周囲温度を測定するものであり、補助電源２００の近接して配置されている。この温度センサ４２は、スイッチ４１を介して供給ライン１０２ａに接続されており、スイッチ４１がオンの間、車載用メインバッテリー１００から電力が供給される構成となっている。また、温度センサ４２の出力は、Ａ／Ｄ変換器４３を介してＣＰＵ１１へ出力される。
【００２０】
ここで、上述したＡ／Ｄ変換器２５、３３、４３は、いずれも、スイッチ５０を介して供給ライン１０２ａと接続されており、スイッチ５０がオンの間、車載用メインバッテリー１００から電力が供給されるようになっている。また、上述した各スイッチ２２、２３、３１、４０および５０のオン／オフは、いずれもＣＰＵ１１によって制御されている。さらに詳述すると、ＣＰＵ１１は、補助電源２００の残存容量を検出しない間は、図１に示すように、スイッチ２２、３１、４０および５０をオフにすると共に、スイッチ２３をオンにする。これにより、補充電源２００は、電流検出ユニット２０および電圧検出ユニット３０と電気的に切り離されるため、検出が行われないときに、これら各ユニット２０、３０によって電力が消費されるのが防止される。さらに、スイッチ４０および５０もオフとなるため、温度センサ４２および各Ａ／Ｄ変換器２５、３３、４３によって、車載用メインバッテリー１００の電力が消費されるのが防止される。
【００２１】
一方、ＣＰＵ１１は、補助電源２００の残存容量を検出する場合には、図２に示すように、スイッチ２２、３１、４０および５０をオンにすると共に、スイッチ２３をオフにする。これにより、電流検出ユニット２０、電圧検出ユニット３０および温度検出ユニット４０の各々から検出値がＣＰＵ１１に出力される。ＣＰＵ１１は、電圧検出ユニット３０からの電圧値と、電流検出ユニット２０からの電流値とから、（補助電源２００の電圧値／補助電源２００を流れる電流値）を演算して補助電源２００の内部インピーダンスＲを求める。そして、ＣＰＵ１１は、この内部インピーダンスＲに基づいて次のようにして残存容量を推定する。
【００２２】
図３は、補助電源２００の残存容量Ｓと内部インピーダンスＲとの関係を示す図である。この図に示すように、内部インピーダンスＲは、残存容量Ｓが少なくなるに従って大となる傾向があり、内部インピーダンスＲによって残存容量Ｓが一意に定まる。そこで、ＲＯＭ１２に、この関係をデータとして記憶させておき、ＣＰＵ１１は、ＲＯＭ１２を参照して、内部インピーダンスＲの算出値Ｒａから残存容量Ｓを推定する。ここで、同図に示すように、内部インピーダンスＲの変化量は、補助電源２００の周囲温度によって異なり、周囲温度が高くなるほど内部インピーダンスＲの変化量が小となる傾向がある。そこで、本実施形態では、残存容量Ｓと内部インピーダンスＲとの関係を示すデータを複数の温度ごとに実験的に予め求めておき、これらの各データをＲＯＭ１２に記憶させている。
【００２３】
なお、内部インピーダンスＲなどの数値は、補助電源２００の種類によって異なるものであり、ＲＯＭ１２には、使用される補助電源２００の種類に対応したデータが記憶されている。また、図３に示すように、内部インピーダンスＲが同一値であれば、その内部インピーダンスＲが測定されたときの補助電源２００の周囲温度が大であるほど、残存容量Ｓは少となる。そこで、高温のデータ（図３中、７０℃）だけをＲＯＭ１２に記憶させておけば、ＣＰＵ１１が残存容量Ｓを実際の値より多めに推定するのを防止しつつ、残存容量Ｓの概略値を知ることができる。
【００２４】
さて、本実施形態において、補助電源２００の残存容量検出が行われるのは、補助電源２００が残存容量検出装置１に電気的に接続されたときと、このときの検出結果から算出された期間が経過した後である。以下、この検出動作について詳述する。
【００２５】
図４は、ＣＰＵ１１の処理手順を示すフローチャートである。この図に示すように、ＣＰＵ１１は、先ず、補助電源２００が電気的に接続されたか否かを判別する（ステップＸ１）。ここで、ＣＰＵ１１は、次のようにして補助電源２００の接続を判別する。すなわち、補助電源２００が電流検出ユニット２０に電気的に接続されていない場合には、電流検出ユニット２０によって検出される電流値は「０」であり、内部インピーダンスＲは、「∞」となる。一方、補充電源２００が電流検出ユニット２０に電気的に接続された場合には、内部インピーダンスＲは、有限値Ｒａとなる。そこで、ＣＰＵ１１は、スイッチ２２、３１をオンにしておき、内部インピーダンスＲが「∞」から有限値Ｒａに遷移したか否かを検出することにより、補助電源２００が電気的に接続されたかを検出する。
【００２６】
ステップＸ１の判別結果がＮＯであれば、補助電源２００の接続を監視すべく、ＣＰＵ１１は、処理手順をステップＸ１に戻す。一方、この判別結果がＹＥＳであれば、ＣＰＵ１１は、接続当初の補助電源２００の残存容量を求めるべく、内部インピーダンスＲを算出し（ステップＸ２）、この算出値Ｒａがしきい値Ｒｔｈよりも小であるかを判別する（ステップＸ３）。このしきい値Ｒｔｈは、残存容量Ｓが少ないとされる内部インピーダンスＲであり、例えば残存容量Ｓが２０％程度であることを示す値である。従って、ステップＸ３の判別結果がＹＥＳであれば、補助電源２００の残存容量Ｓは十分であることを示し（図３参照）、内部インピーダンスＲがしきい値Ｒｔｈとなるまでは、残存容量検出が不要となる。そこで、ＣＰＵ１１は、内部インピーダンスＲが、しきい値Ｒｔｈとなるであろう期間Ｗをする（ステップＸ４）。より具体的には、図３に示すように、残存容量Ｓが１００％から０％になるまでの経過時間が予め実験的にデータとして求められており、このデータがＲＯＭ１２に記憶されている。ＣＰＵ１１は、このデータを参照して、内部インピーダンスＲが、ステップＸ２にて算出した算出値Ｒａから、しきい値Ｒｔｈになるまでの期間Ｗを算出する。次いで、ＣＰＵ１１は、タイマ１３からの計時信号に基づいて期間Ｗが経過したかを判別する（ステップＸ５）。すなわち、ＣＰＵ１１は、期間Ｗが経過するまでステップＸ５を間欠的に繰り返し（ステップＸ５：ＮＯ）、期間Ｗが経過していれば（ステップＸ５：ＹＥＳ）、補助電源２００の残量容量Ｓが少なくなっていると推定されるため、ＣＰＵ１１は、残量容量検出を実行する（ステップＸ６）。
【００２７】
一方、ステップＸ３の判別結果がＮＯである場合には、接続された補助電源２００の残量容量Ｓは、既に少なくっていることを示すため、ＣＰＵ１１は、処理手順をステップＸ６に進め、引き続き残量容量検出を実行する。なお、ＣＰＵ１１は、これ以降、残存容量検出により補助電源２００の残存容量を監視することとなるが、この残存容量検出は、間欠的に行われる。
【００２８】
このように、本実施形態によれば、補助電源２００が電気的に接続されたときから、接続当初の残存容量検出が行われた後は、この補助電源２００の残量容量が消費により十分に小さくなったと推定される期間が経過するまで、残量容量の検出が禁止されるため、残存容量検出による補助電源２００の電力消費を抑えることができる。
【００２９】
さらに、残存容量検出が禁止されている間は、電流検出ユニット２０および電圧検出ユニット３０が補助電源２００から電気的に切り離されるため、補助電源２００の消費電力を、より低減することができる。
【００３０】
ところで、上述のように、本実施形態では、補助電源２００が接続されてから、期間Ｗが経過するまで残存容量の検出は禁止される。しかしながら、ユーザにとっては、期間Ｗが経過する前であっても、残存容量がどの程度あるのかを知りたい場合がある。そこで、本実施形態の残存容量検出装置１は、図１および図２に示すように、ＣＰＵ１１に指示信号を入力するためのスイッチ６０が設けられている。具体的には、このスイッチ６０のオン／オフは、図示しない操作子と連動しており、ユーザによる操作によってスイッチ６０がオンになった場合には、ＣＰＵ１１に対して、残存容量検出を実行する旨の指示信号が入力されるようになっている。このような構成により、ユーザは、残存容量検出装置１に対して補助電源２００の残存容量をいつでも検出させることができる。
【００３１】
＜変形例＞
上述した実施形態は、あくまでも本発明の一態様を示すものであり、本発明の範囲内で任意に変形可能である。そこで、以下に変形例について例示する。
【００３２】
（１）上述した実施形態において、残存容量検出装置１は、補助電源２００の残存容量を検出する構成について例示したが、これに限らず、車載用メインバッテリー１００の残存容量を検出しても良い。また、補助電源２００として電池を例示したが、これに限らず例えばコンデンサなどでも良く、要するに、電荷が蓄えられるものであれば良い。
【００３３】
（２）上述した実施形態において、ＣＰＵ１１は、補助電源２００の残量容量が消費により十分に小さくなったと推定される期間Ｗが経過した後に残量容量Ｓの検出を行った（図４参照）。そこで、この検出結果において、内部インピーダンスＲの算出値Ｒａが、上述したしきい値Ｒｔｈをこえていれば、ユーザに対して警告音発生などの報知を行う構成としても良い。このような構成により、ユーザに対して補助電源２００の交換を促したりでき、また、ユーザは、補助電源２００の交換時期の目安を知ることができる。さらにまた、補助電源２００の残存容量が不足する前に、ユーザは、補助電源２００を交換することができるため、クランキング時に車載用メインバッテリー１００の電圧ドロップが補償されなかったり、また、車載用メインバッテリー１００の交換時に、車載機器３００に内蔵されたメモリ上のデータが消失するといったことが防止される。
【００３４】
（３）上述した実施形態において、ＣＰＵ１１は、補助電源２００の残存容量が小さくなる期間Ｗを算出する場合について例示したが、これに限らない。すなわち、補助電源２００の残存容量の初期値を検出せずとも、一定期間の間、十分大きな値が維持されると予め推定される場合には、期間Ｗを算出する代わりに、この一定期間を期間Ｗとして用いる構成でも良い。この構成の場合、残存容量の検出が行われるのは、補助電源２００が残存容量検出装置１に接続されたときから、上述の一定期間が経過した後である。この構成によれば、補助電源２００の接続時における残存容量検出が不要となるため、消費電力をより低減することができる。
【００３５】
（４）上述した実施形態において、補助電源２００の内部インピーダンスＲを算出することにより、残存容量Ｓを推定する場合について例示した。しかしながら、これに限らず、例えば、補助電源２００の極間電圧のみを検出する構成とし、検出電圧値が所定値以下になったときや、検出電圧値の時間微分カーブにより残存容量を推定する構成としても良い。また、内部インピーダンスＲの時間微分値により残存容量を推定する構成としても良いことは勿論である。
【００３６】
（５）上述した実施形態において、車載機器３００に電力を供給する補助電源２００について例示したが、電力の供給先は、車載機器３００に限らず、任意の電子機器で良いことは勿論である。
【００３７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、残存容量検出のために消費される平均消費電力を、より低減できる残存容量検出装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態にかかる残存容量検出装置の電気的構成を示す図である。
【図２】同残存容量検出装置の電気的構成を示す図である。
【図３】同補助電源の内部インピーダンスと残存容量の関係を示す図である。
【図４】同ＣＰＵの処理手順を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１　残存容量検出装置
１０　制御ユニット
１１　ＣＰＵ
１２　ＲＯＭ
１３　タイマ
２０　電流検出ユニット
３０　電圧検出ユニット
４０　温度検出ユニット
２２、２３、３１、４０、５０、６０　スイッチ
２５、３３、４３　Ａ／Ｄ変換器
１００　車載用メインバッテリー
２００　補助電源
【図１】
2004117180.tif 000003
【図２】
2004117180.tif 000004
【図３】
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【図４】
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