JP2006019098A

JP2006019098A - 蓄電池装置

Info

Publication number: JP2006019098A
Application number: JP2004194532A
Authority: JP
Inventors: Motoyuki Suzuki; 鈴木　　基行
Original assignee: Japan Storage Battery Co Ltd
Current assignee: Japan Storage Battery Co Ltd
Priority date: 2004-06-30
Filing date: 2004-06-30
Publication date: 2006-01-19

Abstract

【課題】近年、蓄電池の用途が多様化し、蓄電池の放電電流や放電パターンあるいは充電電流や充電パターンが広範囲に渡るようになってきており、従来の蓄電池の使用期間や自動車の走行距離から蓄電池の交換時期を判断するのは困難になってきている。したがって、本願発明の目的は、蓄電池の使用履歴が把握でき、使用条件が変わっても適切な蓄電池の寿命判定が可能で、しかもそのシステムのためのスペースをほとんど必要としない蓄電池装置を提供する。
【解決手段】蓄電池装置において、蓄電池の放電量および／または充電量を積算可能な電気量計６が蓄電池１と一体化されていることを特徴とする発明である。
【選択図】図１

Description

蓄電池の寿命判定を行う蓄電池装置に関する。

蓄電池は、充・放電を繰り返し使用できるのが特徴であることは周知であるが、前記充・放電を繰り返すにしたがって性能が劣化していくので、蓄電池が要求される負荷に対して電力を供給できなくなった時点、すなわち寿命になった時点で蓄電池を取り替える必要がある。

前記蓄電池の寿命を判定する方法には、蓄電池の内部インピーダンス（内部抵抗）を測定する方法とか、充・放電電気量を積算する方法とかが挙げられる。これらの方法は、測定装置が高価であったり、あらかじめ蓄電池に関して得たデータと実測値とを比較するといった煩雑な作業が必要であったりして、一般ユーザが簡単に寿命判定するのが困難であった。

したがって、ユーザが簡単に蓄電池の寿命を判定できる方法としては、保障期間を表示し、使用期間がその時期に到達した時点で蓄電池を交換する方法や、自動車用鉛蓄電池でよく行われている方法として、自動車の走行距離が、あらかじめ決められた蓄電池を交換すべき走行距離に達した時点で交換するといったことが一般的に行われている。

特許文献１では、鉛蓄電池の内部抵抗を測定して寿命判定を行う提案がなされている。また、特許文献２では、充電電流を検出し、検出した充電電流から充電電気量を積算し鉛蓄電池の寿命判定を行う提案がなされている。

特開平１１−００７９８５号公報特公平０６−９３３６８号公報

近年、蓄電池の用途が多様化し、それに伴い、蓄電池の放電電流あるいは放電パターンが広範囲に渡るようになった。また、同じ用途の蓄電池でも放電電流あるいは放電パターンが大きく異なるようになってきた。

ここでの放電パターンとは、放電が連続で行われたり、間欠放電がされたり、充・放電が交互に行われるといった種々の異なる放電条件をいう。

例えば、自動車用鉛蓄電池についていえば、従来のようにエンジン始動用だけでなく、自動車停止時にはエンジンを停止させ、蓄電池から自動車の補機類に電力を供給するアイドリングストップ方式や自動車の駆動力の一部として電気モーターを搭載し、蓄電池からの電力により電気モーターを駆動させるハイブリッド機能を持たせたハイブリッド方式が採用されるようになってきた。この場合、従来のエンジン始動用に比べて放電電流あるいは放電パターンが大きく変わり、自動車用鉛蓄電池といえども上述したような自動車の使用期間あるいは走行距離で蓄電池の交換時期を判断するのが困難になってきた。

また、アイドリングストップ方式に使用されている鉛蓄電池でも、渋滞している街中を主に走行する自動車に用いられる蓄電池と、高速道路を主に走行する自動車に用いられる蓄電池とでは、充・放電パターンが大きく異なり、これらの蓄電池においても、従来の、使用期間あるいは走行距離で蓄電池の取替え時期を決めるのは適切ではない。

このように、同じ走行期間、走行距離の蓄電池でも、使われ方によって蓄電池の劣化度合いが著しく異なるため、従来の様に使用期間と走行距離で蓄電池の交換時期を判断すると、交換時期に達していないにもかかわらず、性能が劣化している場合や、その逆の、使用期間と走行距離からでは交換時期に達しているのに、まだ十分な性能を有しているといったことが発生する。

したがって、簡単な方法で使用経過に伴う性能劣化を把握し、それによって寿命判定ができる方法の開発が望まれている。

そのひとつの方法として、放電量および／または充電量の積算値から寿命を判定する方法がある。

周知のように、蓄電池は充・放電を繰り返すことによって性能が劣化する。したがって、あらかじめ蓄電池で充・放電を繰り返し、容量をチェックし、性能が劣化した時点での総放電量および／または総充電量を求め、これと実使用において電気量計により得た放電量の積算値および／または充電量の積算値と比較すれば、放電電流や放電パターンが異なっても、適切な蓄電池の取替え時期を判断することができる。

また、充電は効率が１００％でないので、充電量は放電量の百数％から百数十％充電されるのが普通であるが、それより充電量が多すぎると過充電となり、蓄電池の劣化の要因になることが知られている。したがって、あらかじめ過充電量を変えて寿命試験を行い、過充電量と寿命との関係を求め、本願発明の電気量計により放電量の積算値と充電量の積算値とを別個に求め、その差の過充電量と前記試験で求めた過充電量とを比較することにより寿命判定を行うことも可能である。

「背景技術」の項で示した特許文献２では、充電時において、蓄電池の電圧が一定値に達した時点からの充電電気量、すなわち過充電量を積算し蓄電池の寿命判定を行う方式が提案されている。

しかしながら、これらの方式では、電気量を積算するための電気量計を蓄電池以外に設置する必要がある。近年の自動車においては、電装システムの多様化に伴い補機類が増加し、エンジンコンパートメント内は従来に比べて配線及び配管も複雑になり、ほとんど空間がなくなっている。そのため、あらたに電気量計を追加するスペースはなく、鉛蓄電池の寿命の判定を電気量計で行う方式の実用化が困難である問題を抱えている。

したがって、本願発明の目的とするところは、蓄電池の寿命判定を放電量および／または充電量の積算値で判定する方式において、前記積算値を求める電気量計のためのスペースをほとんど必要とせず、また、蓄電池の使用履歴が確実に把握でき、使用時の放電電流や放電パターンあるいは充電電流や充電パターンが異なっても適切な蓄電池の交換時期を知ることが可能な蓄電池装置を提供することにある。

本願発明の課題を解決するための手段として、請求項１による発明は、蓄電池装置において、蓄電池の放電量および／または充電量を積算可能な電気量計が蓄電池と一体化されていることを特徴とするものである。

以上、説明したように、蓄電池装置において、蓄電池の放電量および／または充電量を積算可能な電気量計が蓄電池と一体化された方式を採用することにより、従来では蓄電池と電気量計とを組み合せて設置する場合に、電気量計のためのスペースが必要であったのに対して、蓄電池用のスペースさえ確保できれば、設置が可能である。また、電気量計が蓄電池と一体化されているのでその蓄電池の使用履歴が確実に把握でき、蓄電池の用途が変わり放電電流や放電パターンあるいは充電電流や充電パターンが変わっても、放電量の積算値および／または充電量の積算値により寿命判定を行うので、従来のような使用期間あるいは走行距離から寿命判定する方法に比べて、適切な蓄電池の交換時期が知ることができる。また、保証期間をこの方式に基づいて設定すれば、従来より合理的な保証制度（蓄電池交換の判断材料）を提供でき、その工業的効果が極めて大である。

本願発明を実施するための最良の形態は、蓄電池装置において、蓄電池の放電量および／または充電量を積算可能な電気量計が蓄電池と一体化された構造にすることである。

上記のように電気量計が蓄電池と一体化された構造にすることより、蓄電池を設置する場合も電気量計のためのスペースが不要で、上述したように、自動車のエンジンコンパートメント内では余分な空間がなく、電気量計が設置不可能な場合であっても、本願発明では従来の鉛蓄電池と変わらない方法でエンジンコンパートメント内に設置することができる。また、電気量計を蓄電池とを一体化することにより、従来では困難であった蓄電池の使用履歴の把握が容易となり、使用条件、例えば放電電流や放電パターンあるいは充電電流や充電パターンが変わっても適切な蓄電池の取替え時期を容易に知ることができる。

放電量および／または充電量を積算可能な電気量計は、図３に示すように、放電（充電）電流検出部１０、放電（充電）電流積算部１１および放電（充電）電流の積算値表示部１２から構成されている。

また、図４に示すように、放電（充電）電流積算部１１で得られた積算値に基づいて寿命を判定する寿命判定部１３およびそれを表示する寿命表示部１４で構成することもできる。

図３において、電流検出部１０としては、電流センサーの機能を備えたホール素子あるいはシャントが挙げられる。放電（充電）電流積算部１１は通常、マイクロコンピュータが用いられる。次の放電（充電）電流積算値表示部１２には液晶画面が用いられる。

また、図４の場合には、寿命判定部１３には、放電（充電）電流積算部１１と同じくマイクロコンピュータが用いられ、寿命表示部１４には発光ダイオード（通常、ＬＥＤと称される。以降、ＬＥＤと記載）が用いられる。

本願発明を実施例により詳細に説明する。
（実施例１）
図１は本願発明に基づく実施例１の蓄電池装置が設置されたアイドリングストップ方式に使用される公称電圧３６Ｖ、定格容量２０Ａｈ（Ｃ_５）の自動車用鉛蓄電池を示す要部斜視図で、図において、１は自動車用鉛蓄電池本体、２は鉛蓄電池の電槽、３はその蓋、４１は正極端子、４２は負極端子、５は液口栓の上面が蓋３の上面とほぼ同一面にあるトップフラット液口栓、６は蓄電池と一体化された電気量計、７は前記電気量計６に設置された液晶画面、８は電気量計６に設置されたスイッチをそれぞれ示す。

図１に示すように、電気量計６が蓋３の上面にコンパクトに一体化されているので、エンジンコンパートメント内に余分な空間がなくても従来の蓄電池と同様に設置可能であると共に、蓄電池の使用来歴を確実に把握することができる。

電気量計６は、図３に示した方式が適用されており、自動車用鉛蓄電池１のセル間接続部と接続された電流センサーの機能を有するホール素子（図１では図示せず）、前記ホール素子から得られた情報を処理して放電量および／または充電量を積算するマイクロコンピュータ（図１では図示せず）、前記積算値を表示する液晶画面７および前記液晶画面７を作動させるスイッチ８から構成されている。

このような構成であるので、ユーザは、随時スイッチ８をオンすることにより液晶画面７に表示された数値から放電量の積算値を知ることができる。電気量計６の近くあるいはその上面に蓄電池の交換が必要な放電量を記載したラベル等を貼っておけば、それと前記液晶画面に表示された値との比較によりユーザは、容易に寿命を判定することができる。

スイッチ８が設けられているのは、スイッチ８をオンしたときのみ液晶画面７が表示されるシステムで、このことにより、蓄電池と一体化された電気量計を作動させる電力を蓄電池に依存する方式での電力の消費を最小限にすることができるからである。

また、例えば、自動車用鉛蓄電池のように放置されている間も自動車に設置されている時計に微小の電流を供給している場合、そのような電流までもホール素子が検出すれば、電気量計が絶えず作動し蓄電池の電力を消費し、保存性能が損なわれると共に、このような蓄電池の寿命に直接影響のない微小電流が放電量の積算値に加算されると、寿命判定における放電量の積算値に誤差が生じるので、ホール素子の電流検出感度を一定の電流以上に設定するのが好ましい。

ここでの定格容量とは、規定条件下で放電したときに蓄電池から取り出せる、製造業者が定めた電気量をいい、通常Ａｈで示される。また、定格容量は通常、Ｃで表示され、Ｃ_Ｎで表記された場合のＮは時間率を表し、その時間率での定格容量を意味する。すなわち、上記のようにＣ_５と記載された場合には、５時間率で２０Ａｈの容量であることを意味する。
（実施例２）
図２は本願発明に基づく実施例２を示す要部斜視図で、鉛蓄電池は、実施例１と同じ、アイドリングストップ方式に使用される公称電圧３６Ｖ、定格容量２０Ａｈ（Ｃ_５）の自動車用鉛蓄電池が用いられている。図において、９１は第１のＬＥＤ、９２は第２のＬＥＤ、９３は第３のＬＥＤをそれぞれ示す。他の構成部材は図１と同じ番号を付記する。

実施例２では電気量計６は図４の方式が適用されており、実施例１と同じく放電電流検出部にはホール素子（図２では図示せず）が用いられ、放電量の積算部１１および寿命判定部１３にはマイクロコンピュータ（図２では図示せず）が用いられ、寿命表示部には液晶画面に代わって、３個のＬＥＤ９１、９２および９３が用いられている。

実施例２では、マイクロコンピュータの判断機能により、初期には鉛蓄電池に設置された３個のＬＥＤ９１、９２、９３全てが点灯し、使用経過に伴い、一定の放電量の積算値、例えば、蓄電池を交換すべき放電量の５０％に達した時点で、第１のＬＥＤ９１が消灯し、それが７５％になった時点で第２のＬＥＤ９２が消灯し、蓄電池の交換が必要な放電量なった時点で第３のＬＥＤ９３が消灯するようにして、ユーザに蓄電池の交換時期を報せる方式である。この方式であれば、ユーザが積算値を見て、提示されてある寿命を示す放電量と比較するといった作業が不要で、感覚的に蓄電池の交換時期を知ることができるメリットを有している。

この場合も、電力の消費を極力押さえるために、ユーザがスイッチをオンしたときのみＬＥＤ回路が接続され点灯するシステムになっている。したがって、ユーザがスイッチをオンして、いずれのＬＥＤも点灯しなければ蓄電池を交換しなければならないこと報せる方式である。

実施例２では、一定の放電量になった時点でＬＥＤが消灯する方式が採用されているが、一定の放電量になった時点でＬＥＤが逐次点灯し、寿命になった時点で、３個のＬＥＤが全て点灯する方法も可能である。

実施例１および実施例２で説明したように、放電量の積算値で蓄電池の交換時期を判定する方式は、蓄電池の劣化を基準としているので、使用条件や放電電流あるいは放電パターンが変わっても適切な寿命判定が可能で、保証期間をこの方式に基づいて設定すれば、従来よりも合理的な保証制度（蓄電池交換の判断材料）を提供できる。

実施例１および２では、放電量を電気量計で積算した場合について説明したが、使用条件によっては、過充電が寿命の主原因になることも往々にしてあり、充電量の積算値により寿命判定を行うこともできる。

特に、過充電量が性能劣化の主要因である場合には、ホール素子により充電電流および放電電流の両方を検出し、マイクロコンピュータにより放電量および充電量を別個に積算し、充電量の積算値と放電量の積算値との差である過充電量をマイクロコンピュータに計算させ、その値が、あらかじめ求めた過充電量の基準値を超えておれば蓄電池が寿命に達していると判定することもできる。

また、実施例１および２では、アイドリングストップ方式に使用された鉛蓄電池について説明したが、これに限定されるものでなく、従来のエンジン始動用、自動車の駆動力の一部として電気モーターを搭載し、蓄電池からの電力により電気モーターを駆動させるハイブリッド機能を持たせたハイブリッド方式、あるいは蓄電池で駆動される電気自動車にも本願発明の方式を適用することもできる。

特に、電気自動車用蓄電池のように多数個が直列に接続されて使用される場合には、本願発明のように電気量計が蓄電池と一体化されている方式では、個々の蓄電池の状態を知ることができる、優れた点をも有している。

さらに、実施例１および２では、鉛蓄電池について説明したが、上述したように蓄電池は充・放電を繰り返すことにより性能が低下する特性を有しているので、電気量計を蓄電池と一体化し、放電量および／または充電量の積算値から寿命判定を行う本願発明の方式は鉛蓄電池のみに限定されるものではない。

本願発明の基づく実施例１の自動車用鉛蓄電池を示す要部斜視図。本願発明の基づく実施例２の自動車用鉛蓄電池を示す要部斜視図。本願発明の基づく実施例１の電気量計の構成を示すブロック図。本願発明の基づく実施例２の電気量計の構成を示すブロック図。

符号の説明

１自動車用鉛蓄電池本体
２電槽
３蓋
４１正極端子
４２負極端子
５トップフラット液口栓
６電気量計
７液晶画面
８スイッチ
９１第１のＬＥＤ
９２第２のＬＥＤ
９３第３のＬＥＤ
１０放電（充電）電流検出部
１１放電（充電）電流積算部
１２放電（充電）量の積算値表示部
１３寿命判定部
１４寿命表示部

Claims

蓄電池の放電量および／または充電量を積算可能な電気量計が蓄電池と一体化されていることを特徴とする蓄電池装置。