JP2004134409A

JP2004134409A - 蓄電池電気容量計測法及びその装置

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Inventors: Tomihiko Okayama; 岡山　富彦
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Abstract

【課題】蓄電池電解液の赤外光透過強度を計測することで、蓄電池電解液の比重又は蓄電池の電気容量を正確に知り、容易に蓄電池の充放電の状況を管理可能とする。
【解決手段】充電済み蓄電池の硫酸を含む電解液を透過した所定波長赤外光の透過強度と電解液比重を計測し（初期値）、放電しながら赤外光の透過強度と電解液比重とを計測して所定の放電停止条件になれば放電を停止し、再度、所定波長赤外光の透過強度と電解液比重を計測し、上記両者の計測値から該蓄電池電解液の赤外光透過強度と電解液比重との相関関係を予め求め、これより換算式を求めておく。被計測対象の蓄電池の電解液に赤外光を照射して電解液に吸収させ、電解液を透過した赤外光強度を計測し、これと換算式を用いた演算により電解液の比重を求め、それより蓄電池電気容量を換算し、被計測対象の蓄電池の充電後の電解液に対する赤外光透過強度が初期値と差がゼロの場合は、蓄電池の充電完了と判定する。
【選択図】図１

Description

　本発明は、蓄電池の電気容量を光学的、かつ電気的に連続して計測する方法及びその装置に関する。

　蓄電池（例えば、鉛−硫酸電池）の電気容量を知るための方法として、蓄電池の端子電圧を計測する電気的な手法や、電解液の比重を計測する手法や、光学屈折率方式などが知られている。これらのうち、電解液の比重を計測する手法では、目盛り付きフロートの入ったガラス製のスポイトに電解液を吸い上げて、フロートの位置を読み取るフロート形式が主流である。光学屈折率方式は、光ファイバやプリズムなどの光学素子の表面に蓄電池電解液が接するようにしておき、光学素子を透過する光の強度や、位置を計測する方法であり、比重が変化すると電解液の屈折率が変化し、電解液と接している光学素子を透過する光強度や、位置も、同時に変化する現象を利用したものである。

　ところが、上記の端子電圧を計測する電気的な手法では、蓄電池が老朽化していたり気温が低いときなどは、蓄電池の老朽の程度で大きく誤差が出て蓄電池の電気容量を正確に知ることは困難であった。しかも、この電気的な手法では、蓄電池が老朽化すると、その蓄電池は短時間に消耗して使用できなくなり、この時に、その蓄電池を再充電して蓄電池の全てを点検すると、端子電圧は充電完了時の電圧を示し電解液の比重は満充電時の規定値を満たすため、電気的な手法で蓄電池の老朽の度合いを判定することは容易でなく、特に、早期での寿命検知は困難である。

　また、電解液の比重を計測する方法は、蓄電池の電気容量を比較的正確に知ることができるが、蓄電池電解液の液温が室温から変化すると、正確に蓄電池の電気容量が予想できない欠点があった。また、液温を一定に保って比重を計測したとしても、比重の重い液が電池の底に沈み、比重の軽い液が電池の液面に浮き上がるため、容積の大きな蓄電池では、比重の違う液が充分に均一に混ざりあうまで待たねばならず、計測される電解液の比重と蓄電池の電気容量との関係に時間的なずれが有るため、時間的に連続して計測を行うことすなわち、連続的に蓄電池の電気容量を知ることは困難であった。また、フロート式での比重計測は、液面の振動や上下動に弱く、電気自動車に搭載した蓄電池の容量計測には不向きである。

　光学屈折率方式では、光学素子と接触している電解液の屈折率しか計測できないため、蓄電池の内部で電解液の比重に分布があったり、光学素子と電解液との接触面や液面が乱れ、若しくは汚れると、測定値と実際の値との誤差が大きくなる傾向にあった。また、接触面の精度が厳しく要求され、さらには、入射光の位置情報が必要なことから、ＣＣＤ等のセンサが必要となり、構成が複雑になる。

　これらの問題を解決するには、前述の手法によらない方法で蓄電池電解液の変化を観測することができれば、解決できると考えた。考察の結果、蓄電池電解液は、常に電極物質と接触しており、電気化学反応によって電極物質と蓄電池電解液とが反応し、電気エネルギーを放出していることから、蓄電池電解液には、幾種類かの物質がイオン化して溶けている。通常、このような溶出イオンを知るには、吸光光度分析を行なうことが多いことに着目した。

　そこで、蓄電池の放電前と放電後の電解液に光を照射して吸収させ、その透過光の分光スペクトルを測定したところ、図３に示すような特性が得られた。すなわち、図３において、実線は蓄電池放電前の電解液の吸収スペクトルであり、点線は蓄電池放電後の吸収スペクトルである。実線と点線とを比較すると、赤外領域の波長である約１４００ｎｍ〜約１９００ｎｍの間の吸収スペクトルが変化していることが判る。そして、図３は電解液の透過率を示しているので、蓄電池を放電すれば、約１５００ｎｍ〜約１９００ｎｍまでの透過率は増加し、逆に、約１４００ｎｍ〜約１５００ｎｍの赤外線の透過率は減少するようになることが判る。また、放電した蓄電池を充電すると、図３の点線部分の吸収スペクトルは、実線部分の吸収スペクトルまで復帰する。すなわち、前述した波長での赤外領域の透過光強度の変化は可逆な現象である。従って、この現象を利用すれば、比較的容易に蓄電池の電気容量を正確に知ることができると考えられた。

　この発明に係わる蓄電池の電気容量計測法及びその装置は、蓄電池電解液（蓄電池電解質も含む）に、赤外領域成分（波長６９０ｎｍ〜２０００ｎｍ）を含んだ光を照射し、蓄電池電解液を構成している物質に光を吸収させ、蓄電池電解液を透過した後の光を受光計測し、その光強度を電気信号強度に変換し、蓄電池容量に換算するものである。

　そして、このような計測値から蓄電池容量へ換算する手法としては、電解液の比重が電気容量と比較的正確な対応関係にあり（蓄電池が老朽化していない限り）、蓄電池電解液の赤外線透過光強度と同電解液の比重との間に相関関係があることから、予め蓄電池電解液の赤外光透過強度と比重又は電気容量との相関関係を求めておき、この関係を用いて換算する方法が挙げられる。蓄電池電解液を透過した赤外光透過強度と比重又は電気容量との関係は、例えば、図４又は図５に示すようなものとなる。このような相関関係を用いて、上記の計測で求めた光強度を、蓄電池電解液の比重又は電気容量に換算することで、蓄電池の電気容量が判明する。

　この方法及び装置においては、蓄電池の個々の特性を予め実験的に測定して、図４や図５に示したような相関関係を一度求めておけば、以降は、その相関関係情報を用いて蓄電池の電気容量を計測可能である。また、赤外光透過強度と比重又は電気容量との関係は、必ずしも図４や図５のように直線になるとは限られない。さらに、上記とは別に、赤外光透過強度の計測値から蓄電池容量へ換算する手法として、計測される蓄電池電解液の赤外光透過強度と、同蓄電池電解液の初期値に相当する光学特性を持った標準サンプルを透過した光強度又はそれに相当する電気信号値若しくはその情報とを比較する方法が挙げられる。

　さらに、また、後に示す各実施例は、本発明における蓄電池の電気容量計測法及び装置の望ましい例であるが、蓄電池電解液や計測器の光学部品に蛍光物質を含ませて、前記波長領域の赤外光を波長変換して計測することや、充電状態や放電状態の管理に電気的な数値を併用することや、一部の手法の自動化による手順の省略といったような、計測法に部分的な改略や変更を加えて実施することが可能である。また、蓄電池電解液などの電池を構成する電解質の種類は、赤外線領域の光を透過する物質であれば、液体、固体、気体などいずれの状態の物質でもよく、電解質をゲル状や固体状にした電池の電気容量を計測することも可能である。なお、赤外線領域の光には近赤外線や遠赤外線をも含み、図３には、波長の小さい赤外領域で放電前と放電後とで吸収スペクトルが変化する状況が示されていないが、その詳細は後述する。

　図６に蓄電池内部における充放電反応の状況を示す。この反応は、鉛−硫酸電池の反応の最も代表的なものである。図６より、放電の際には反応経路ａの反応が起き、蓄電池電解液の硫酸を消費して、＋極１の酸化鉛は硫酸鉛になり、−極２の鉛も硫酸鉛となる。これに伴って蓄電池電解液中の硫酸濃度が下がり、液の比重は、水の比重に近づく。硫酸は、赤外領域の約１４００ｎｍ〜約１９００ｎｍに吸収ピークを持ち、水の吸収率と比較すると、硫酸の吸収率のほうが水の吸収率よりも大きいため、約１５００ｎｍ〜約１９００ｎｍでの赤外線領域における光の透過光強度は、蓄電池の放電すなわち蓄電池電解液の比重の減少とともに増加する。この関係を図４に示す。

　図４は、前記赤外領域の波長（1600nm）における蓄電池電解液を透過した光強度と蓄電池電解液の比重との関係を示している。すなわち、蓄電池電解液の比重が下がると透過光強度が増加すること（反比例関係）を示している。蓄電池電解液の比重を蓄電池の電気容
量と考えれば、透過光強度と電気容量の間には図５のような関係が成立する。すなわち、透過光強度は、放電により蓄電池電解液の比重が下がり、蓄電池の電気量が減少すると、増加する。充電の際には、外部から入力された電気エネルギーにより図６の反応経路ｂの反応が起きる。すなわち、＋極１の硫酸鉛は、酸化鉛になり、−極２の硫酸鉛は、鉛になる。その結果、電極物質と化合していた硫酸は、蓄電池電解液に硫酸イオンとして溶出し、ほぼ同時に硫酸となる。その結果、蓄電池電解液の硫酸の濃度は増加し、逆に、溶媒である水（溶媒）の濃度が減少するため、赤外領域の光の透過光強度は減少し、充電完了時には放電前の透過光強度に復帰する。すなわち、透過光強度は水に対して比例関係となり、硫酸に対して反比例関係になる。

　ただし、上記現象も蓄電池の使用頻度や老朽化の度合いによっては、放電前の透過光強度に復帰しない場合もある。この場合は、蓄電池の老朽化が進み寿命がきている場合か、補水が必要な場合かのどちらかであり、赤外線の透過光強度でそのいずれであるかを判定することができる。多くの場合、充電後の蓄電池電解液の赤外光透過強度が初期値よりも大きい場合は、蓄電池自身の老朽化が進んでいる状態であり、逆に赤外光透過強度が、初期値より小さい場合は、補水が必要である場合が多い。従来の手法では、蓄電池の寿命や補水のタイミングを知ろうとしても、蓄電池が老朽化してきた時点では、電解液の比重が顕著に変化しないため困難であったが、本発明による計測法では的確に蓄電池の状態の変化を読み取ることができるため、容易に蓄電池の交換時期や補水の必要性などを判定することができる。

　また、蓄電池の電気量と蓄電池電解液の比重との関係を蓄電池の端子電圧で捉えることは、それが微少な変化である場合、困難であるが、本発明における計測法では、放電中に連続的に蓄電池電解液の硫酸濃度の微少な変化を知ることができるため、端子電圧や放電電流が大きく変化する前に、充電の時期を早期に知ることができる。そして、蓄電池電解液の温度による補正の必要も無いため、外部環境に左右されずに蓄電池の電気容量を有効に観測することができる。

　この発明に関わる蓄電池電気容量計測法及び装置によれば、蓄電池電解液が有している充放電による赤外線の吸収スペクトルの変動を利用しているので、従来の屈折率や、フロートを利用した光学測定法などとは異なり、外部環境の変化、例えば電解液面の乱れ等に影響されることなく、また、複雑な構成を要することなく、蓄電池電解液の赤外光透過強度を計測することで、蓄電池電解液の比重又は蓄電池の電気容量を正確かつ連続的に知ることができ、容易に蓄電池の充放電の状況を管理可能となる。

　また、従来の蓄電池端子電圧を計測する方法などでは困難であった、蓄電池の寿命判定や補水の必要性などを蓄電池の電気特性が大きく変化する前に早期かつ確実に検知することができる。さらには、赤外光の波長の長い領域（１４５０ｎｍより長い波長）を選択すれば、蓄電池電解液での吸収率が大きいことから、光路長が短くても十分に測定が可能となり、測定器（センサ）の小型化が図れる。また、赤外光の波長を電解液の透過率の大きい領域（１４５０ｎｍより短い波長）すなわち吸収率の小さい領域（例えば１１７０ｎｍ前後）に選択すれば、赤外光を長い光路長で透過させることができるため、従来技術で不可能とされていた電解槽の深い蓄電池での電解液比重の正確な測定が可能になる。

（実施例１）
　図１は実施例１による計測法の処理手順を示すフローチャートである。まず、充電済み被計測蓄電池に使用されている蓄電池電解液の赤外線透過光強度を計測するとともに、蓄電池電解液の比重を調べ、これらを初期値とする（Ｓ１）。次に、被計測蓄電池の放電を１０時間率以上の時間率で計算される電流値で行なう。この放電電流値は、蓄電池の使用と性能に支障がない限り自由に定めてもよいが、通常は１０時間程度の時間率で計算される電流値で放電させることが望ましい。放電中は、連続的に蓄電池電解液の比重と赤外線透過光強度を計測し（Ｓ２）、図４、図５に相当する関係を求める。光強度の計測には半導体や光電子増倍管などの光電変換素子を用いればよい。放電停止条件になれば、放電を止める（Ｓ３）。この放電停止条件は、蓄電池電解液の比重が初期値より１０％程度低下した値にしておく。この値は望ましい値であり、あくまでも目安であって、これ以外の値であってもよい。通常、蓄電池電解液の比重は、１．２８前後であるので、放電停止条件の比重は、１．１５前後である。放電停止後、再び、蓄電池電解液の比重と赤外線透過光強度を計測する（Ｓ４）。

　上記両者の計測値から図４、図５に相当する関係を求め、被計測蓄電池の蓄電池電解液の比重と赤外線透過光強度との関係を換算式化する（Ｓ５）。こうして最初の計測により換算式を一旦求めた後は、被計測蓄電池を交換し又は充電して（Ｓ６）から行う２回目以降の計測では、赤外線透過光強度を計測するのみで、蓄電池電解液の比重を換算式を用いて計算によって求めることができ、通常使用としての放電及び充電を行うことができる（Ｓ７〜Ｓ１４）。蓄電池電解液の比重が蓄電池の電気容量であることを考慮すると、電気容量の消費率の換算も容易にできる。また、充電の際には、前述した換算式によって計算される蓄電池電解液の比重又は電気容量が初期値になるまで回復すれば、それをもって充電完了条件とする。

　また、蓄電池の形式や蓄電池そのものが変更された場合は、上記換算式は変更されることが望ましいが、蓄電池の変更がない限り有効であり、また、少々の誤差を含んでもよいならば、換算式を変更せずに用いてもよい。さらには、上記の処理は通常、計測メータで行うが、そのメータにコンピュータや電子回路的な手段を付加して計測を自動化しておけば、換算式の変更は容易に対応することが可能であり、極めて容易に蓄電池の充放電の状況を管理することができる。図１における通常使用とは、毎日行なわれる計測作業の一環として本実施例を適用できることを示している。また、蓄電池を交換した場合、それらの性能にバラツキがあっても、計測メータ側で初期オフセット調整を行うことにより、そのバラツキは補正できる。

（実施例２）
　図２は実施例２による計測法の処理手順を示すフローチャートである。この実施例では、まず、蓄電池電解液の初期値に相当する光学特性をもった標準サンプルを標準値として定めておき、その標準サンプルと被計測蓄電池を準備し（Ｓ２１）、これら両者の赤外線透過光強度を比較計算することで、被計測蓄電池の電気容量の消費の度合いや、蓄電池電解液の比重が計算によって換算できるので、通常使用としての充放電を行うことができる（Ｓ２２〜Ｓ２９）。初期値に相当する標準サンプルは、蓄電池電解液である必要はなく、他の材質の物でもよい。また、電子回路的に設定された電気信号値やコンピュータ等に記憶させた情報なども使用できる。また、標準サンプルの特性が既知のものであるならば、多少の値のずれは、計算によって補正することができるため、例えば、蓄電池電解液の赤外光透過強度に温度特性が見られる場合、標準サンプルの光学特性に蓄電池電解液の温度特性と相似の関係を有する標準サンプルを採用すればよく、この場合、標準サンプルに多少の値のオフセットがあったとしても、計算によってオフセットを補正することができる。また、蓄電池の形式や蓄電池そのものの変更があった場合、標準サンプルを変更することで対応できる。

　こうして、被計測蓄電池の透過光強度計測値と標準サンプルの値との比較だけで、極めて簡便に蓄電池の電気容量や蓄電池電解液の比重を計算によって換算することができる。図２における通常使用とは、毎日行なわれる計測作業の一環として本実施例を適用できることを示す。また、図２における放電停止条件は、標準サンプルと蓄電池電解液の赤外光透過強度の差が１０％前後変化した時点で放電を停止すればよいが、この数値はあくまでも目安であって、別にこれ以外の値であってもよい。充電完了条件は、標準サンプルと蓄電池電解液の赤外光透過強度の差が０になった時点とすればよい。前述した実施例１と同様、上記一連の手順をコンピュータや電子回路的な手段を使用して自動化しておけば、極めて容易に蓄電池の充放電の状況を管理することができる。

　前述した図３では、電解液への吸収率の少ない１３００ｎｍ前後より短い赤外波長域での放電前後の吸収スペクトルの変動を示していなかったが、図７には１１００ｎｍ〜１３００ｎｍの赤外波長域での様子と水の吸収スペクトルを付加して示している。短い波長域の赤外光を使用すれば、吸収率が小さいので、より長い光路長での計測が可能となる。なお、図３、図７の測定では光路長は１ｍｍとしたが、光路長３００ｍｍ程度まで測定可能となるが、光源の光出力特性が良質であれば、さらにそれ以上の長さの光路長で測定が可能となる。また、図８は、図７と対になる図で、赤外光の各種波長（1450,1600,1650ｎｍ）での放電時間経過に伴う電解液比重と透過率の変化の測定データ（光路長１ｍｍ）である。これらの図から分かるように、波長１５００〜１９００ｎｍでの透過率は放電とともに増加し（比例関係）、波長１３００〜１５００ｎｍでの透過率は放電とともに減少している（反比例関係）。また、変化量は少ないが、波長１０００〜１３００ｎｍでも放電とともに透過率が減少している（図７）。

　図９は、さらに短い赤外波長域まで含んだ、光路長が１０ｍｍの場合の放電前後の吸収スペクトルの変動を示す測定データである。図１０は、図９と対になる図で、赤外光の各種波長（980,1170,1200 ｎｍ）での放電時間経過に伴う電解液比重と透過率の変化の測定データである。

　次に、上述の実施例１，２（図１，２）の測定法が適用される装置構成例を説明する。図１１は実施例１の場合を示し、サンプル１０は被測定蓄電池の電解液であり、光源１１（ＬＥＤ、半導体レーザダイオードやファイバーレーザなどのコヒーレント光源、ハロゲンランプとフィルタ等）から発光される赤外光をサンプル１０に照射し、その透過光を受光素子（光電変換素子）１２により受光し、出射光計測器１３にて光強度を計測する。光源１１から発光される赤外光の一部はハーフミラー１４にて分岐されパワーモニタ用受光素子１５により受光され、入射光計測器１６にて計測される。出射光と入射光の計測値の比から演算によりサンプル１０の透過率が算出できる。図１２は図１１の構成を簡素化した例で、光源１１と受光素子１２とから構成され、手順１でサンプル１０を光路中に入れ、手順２でサンプル１０を光路中から取り除く。これら各手順での光強度測定値の比より透過率が算出できる。図１３は実施例１での換算式を算出するための構成例を示し、蓄電池１７の電解液１８をポンプ１９によりサンプル１０として取り出し、また、電解液の比重を比重計２０により計測する。光強度計測及び比重計測は、蓄電池充電済みの状態から放電しながら連続的に行う。一度、換算式が算出されると、その後は、蓄電池の仕様に変更がない限り、比重計測は必要でない。

　図１４は実施例２の場合を示し、光源１１からの光を切り換えミラー２１により標準サンプル２２と被測定サンプル１０とに切り換えて光透過させて計測する。図１５は図１４の構成を簡素化した例で、手順１でサンプル１０を光路中に入れ、手順２で標準サンプル２２に取替える。両測定値の差から初期値とのずれが求まる。

　次に、本実施例による計測器の構成を示す。図１６は計測器３０の外観を示し、計測器３０にはコード３１を介して電解液中に挿入されるセンサ３２が取り付けられる。図１７、図１８は各々センサ３２の詳細構成を示す。センサ３２は、前述した図１１と同等の構成を有し、ケース３３内部に、光源１１、受光素子１２、ハーフミラー１４、モニタ受光素子１５、導光素子３４（光ファイバー）若しくは光路用のプリズム３６が配され、ケース３３に対向して設けた光学窓３５の間のケース３３外に電解液が充満され、この電解液を透過した光を計測するようになっている。図１９は蓄電池１７の電解液１８中にセンサ３２を臨ませて計測を行う状態を示す。

　図２０乃至図２３は蓄電池１７のケース３７自体に透過光計測のための光学窓３８を設け、かつ、その周辺に計測用の光源１１や受光素子１２を配置した構成例を示す。図２０は蓄電池電解液に対し横方向に光透過させ、図２１は電解液に対して深さ方向に光透過させてそれぞれ計測し、図２２は蓄電池の一側面に光源１１と受光素子１２とを配し、電解液での散乱光又は反射光を計測する。図２３はプリズム又は反射鏡３９を用いて電解液の深さ方向（水平方向でも可）に透過光を往復させるようにした例である。

　次に、上述した実施例１，２の具体的回路構成例を説明する。図２４は実施例１の場合の回路であり、光源（ＬＥＤ）１１からの赤外光はビームスプリッタを経てサンプル１０（セル）を透過し、受光素子（ＰＤ）１２にて受光され、その受光信号はプリアンプを経て除算回路４１に与えられる。また、パワーモニタのため一部の光はモニタ用受光素子（モニタＰＤ）１５にて受光され、モニタアンプを経て除算回路４１に与えられる。除算回路４１の出力Ｖｏ（＝−Ｖｘ・Ｖｙ／Ｖｚ）は電圧計Ｖにあたえられる。この電圧計Ｖには、上述したフローチャート手順により予め求めた換算式に応じた目盛り（図４、図５に相当）を表示しておくことにより、電圧計の指針を読むことで、蓄電池の充電完了や電気容量が判る。蓄電池の変更に対しては、電圧計の変更や零点調整、アンプ増幅度の調整などで対応できる。

　図２５は実施例２の具体的回路構成例であり、この回路では、サンプル１０と標準サンプル２２よる各透過光の受光信号電圧Ｖ１，Ｖ２が減算回路４２に与えられ、この減算回路４２の出力Ｖｏ（＝Ｖ２−Ｖ１）が電圧計Ｖに与えられる。電圧Ｖ１は蓄電池の電気容量に相当し、また、充電時に出力電圧Ｖｏが零になれば充電完了である。図２６は、上記回路において標準サンプルを電気信号に置き換えて計測する場合の回路構成例であり、この回路では、最初にサンプル１０に標準値となる電解液（使用前の蓄電池電解液でもよい）を入れ、Ｖ２値つまりアンプ（ＡＭＰ２）の増幅度を調整して出力電圧Ｖｏを零にする。次に、サンプル１０から標準となる電解液を排出し、サンプル１０に被計測蓄電池の電解液を入れて、計測を開始する。なお、図２６では標準サンプルを電気信号に置き換えるために受光素子やアンプを用いて電圧Ｖ２を得ているが、これに代えて所定の直流電圧源を用いることもできる。

　図２７（ａ）（ｂ）は図２４の回路をディジタル化した場合の構成例であり、図２８（ａ）（ｂ）は図２５の回路をディジタル化した場合の構成例であり、各々（ａ）はアナログ−ディジタル（Ａ／Ｄ）変換の場合、（ｂ）は電圧−周波数（Ｖ／ｆ）変換の場合を示す。図２９（ａ）（ｂ）は実施例１の具体回路においてロックインアンプを使用した場合のアナログ及びディジタルの構成例である。アナログの場合、ロックインアンプはアクティブフィルタとアンプの機能を有し、この出力が演算回路（加減算又は乗除算）４３に与えられている。

　なお、本発明は、上記実施例の構成に限られるものではなく種々の変形が可能であり、例えば、上記においてパワーモニタ用の構成を備えることで測定精度の向上が図れるが、それ程、厳密な精度が要求されない場合は、その構成は省略し得る。また、電気自動車に搭載される蓄電池の計測器として使用される場合は、それらのメーカ側で予め蓄電池の比重又は電気容量と光透過率の相関関係（換算式相当）を求め、それに基づいたバッテリメータを作成しておくことで、通常使用において透過光計測のみで残存容量や充電必要時期、充電時の充電完了を知ることができる。

本発明の実施例１による計測法の処理手順を示すフローチャートである。本発明の実施例２による計測法の処理手順を示すフローチャートである。蓄電池電解液の放電前と放電後における赤外光透過率の波長特性図である。蓄電池電解液の赤外光透過強度（波長：１６５０ｎｍ）と比重との相関関係図である。蓄電池電解液の赤外光透過強度（波長：１６５０ｎｍ）と電気容量との相関関係図である。蓄電池の充放電における反応を示す図である。赤外光透過率の波長特性図である。放電時間に対する透過率の変化測定図である。赤外光透過率の波長特性図である。放電時間に対する透過率の変化測定図である。実施例１の測定法が適用される装置の構成例を示す図である。図１１の変形例を示す図である。実施例１の測定法が適用される装置の構成例を示す図である。実施例２の測定法が適用される装置の構成例を示す図である。図１４の変形例を示す図である。本発明の一実施例による計測器の外観図である。同計測器のセンサ部分の構成を示す断面図である。センサ部分の変形構成を示す断面図である。蓄電池にセンサを配置した構成例を示す断面図である。蓄電池にセンサを配置した構成例を示す断面図である。蓄電池にセンサを配置した構成例を示す断面図である。蓄電池にセンサを配置した構成例を示す断面図である。蓄電池にセンサを配置した構成例を示す断面図である。実施例１の測定法が適用される回路構成例を示す図である。実施例２の測定法が適用される回路構成例を示す図である。図２５の変形例を示す図である。図２４の回路をディジタル化した場合のブロック構成図である。図２５の回路をディジタル化した場合のブロック構成図である。実施例１が適用される回路の他の例を示すブロック構成図である。

符号の説明

　１０　サンプル
　１１　光源
　１２　受光素子
　１７　蓄電池
　１８　電解液
　２２　標準サンプル
　４１　除算回路
　４２　減算回路

Claims

　充電済み蓄電池の硫酸を含む電解液を透過した所定波長赤外光の透過強度と電解液比重を計測し（初期値）、放電しながら所定波長赤外光の透過強度と電解液比重とを計測して所定の放電停止条件になれば放電を停止すると共に、再度、所定波長赤外光の透過強度と電解液比重を計測し、上記両者の計測値から該蓄電池電解液の赤外光透過強度と電解液比重との相関関係を予め求め、この相関関係から換算式を求めておき、
　前記蓄電池と同等の仕様を有する被計測対象の蓄電池の電解液に所定波長赤外光を照射して、該電解液に吸収させ、該電解液を透過した赤外光強度を計測し、この計測値と前記換算式を用いた演算により蓄電池電解液の比重を求め、蓄電池電解液の比重が蓄電池容量に相当することに基づき蓄電池電気容量を換算し、
　前記被計測対象の蓄電池の充電後の蓄電池電解液に対する赤外光透過強度が前記初期値と差がゼロの場合は、蓄電池の充電完了と判定することを特徴とする蓄電池電気容量計測法。
　硫酸を含む電解液を有する被計測対象の蓄電池と、光学特性が既知であって、前記蓄電池の充電済み状態での電解液を透過した所定波長赤外光の透過強度（初期値）と同等の光学特性を有する標準サンプルとを準備し、
　前記被計測対象の蓄電池と標準サンプルとに所定波長赤外光を照射して、これらに吸収させ、これらを透過した赤外光強度を計測し、
　両計測値を比較し、その差が所定値未満であれば、通常使用（放電）可能と判定し、差が所定値以上で放電停止条件になれば放電を停止し、
　前記被計測対象の蓄電池の充電後の蓄電池電解液に対する赤外光透過強度が前記初期値と差がゼロの場合は、蓄電池の充電完了と判定することを特徴とする蓄電池電気容量計測法。
　硫酸を含む被計測対象の蓄電池電解液に所定波長の赤外光を照射する光照射手段と、
　上記蓄電池電解液を透過した赤外光を受光する受光手段と、
　上記受光手段により受光された赤外光透過強度に対応して変換された電気信号を基に、予め求めておいた、前記被計測対象の蓄電池と同等の仕様を有する蓄電池に対する赤外光透過強度と電解質比重との相関関係、又は前記被計測対象の蓄電池と同等の光学特性を有する標準サンプルについての前記相関関係と同等の情報を用いて演算処理を行い、蓄電池電解液の比重が蓄電池容量に相当することに基づき蓄電池電気容量に換算される信号を出力する信号処理手段とを備え、
　前記被計測対象の蓄電池の充電後の赤外光透過強度が予め分かっている所定の初期値と差がゼロの場合は、蓄電池の充電完了と判定することを特徴とする蓄電池電気容量計測装置。