JP2007003230A - バッテリー測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 従来の容量表示装置のように推定でバッテリーの残存容量を見積もる方法によらずバッテリーの充放電の稼働実績に基づく実測データを数値情報として表示及び記憶してバッテリーの使用者及び管理者にこれらの情報を提供することにより、バッテリーの状況を定量的に把握することができる新しいバッテリー測定装置を提供する。
【解決手段】 電動車両などの装置に搭載されるバッテリーと、バッテリーに取り付けられ、バッテリーの放電方向と充電方向の双方向電流値を測定する電流測定装置と、電流測定装置により測定されたバッテリーの双方向電流値を各々所定間隔で積算する積算演算装置と、積算演算装置によりバッテリーの放電方向の電流値が積算された放電容量と、バッテリーの充電方向の電流値が積算された充電容量の数値情報を表示する数値情報表示装置と、積算演算装置により積算された前記放電容量と前記充電容量とを記憶する記憶装置とを備えるバッテリー測定装置によって、バッテリーの状況を定量的に把握することができる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、バッテリーを動力源とする装置に用いられるバッテリーに取り付けられ、電流値や電圧値、電気容量を表示、記憶するバッテリー測定装置に関する。
さらに詳しくは、電気自動車や電動フォークリフトなどの電動車両の動力源に用いられるバッテリーに取り付けられ、電流値や電圧値、放電容量、充電容量を表示、記憶するバッテリー測定装置に関する。

近年、電気自動車や電動フォークリフトなどの電動車両は、排気ガスを出さないことや化石燃料に依存しないことなどから、内燃機関を動力源とする車両に変わる環境配慮指向の車両として注目されている。

これらの電動車両には動力源として大容量の充電可能な二次電池が採用されている。鉛蓄電池（鉛バッテリー）は、この種の二次電池の代表的なもので、ＰｂＯ₂の正極活物質
、Ｐｂの負極活物質およびＨ₂ＳＯ₄の電解質から構成されている。

この鉛バッテリーは、以下の反応（１）にしたがって外部に電気エネルギーを放出（放電）し正負両極の活物質は共に硫酸鉛（ＰｂＳＯ₄）に硫酸は水に変化する。
ＰｂＯ₂＋２Ｈ₂ＳＯ₄＋Ｐｂ→２ＰｂＳＯ₄＋２Ｈ₂Ｏ … （１）
なお、放電で生成した硫酸鉛（ＰｂＳＯ₄）は、外部からの電気エネルギーの供給即ち
充電によって次の反応（２）にしたがって可逆的に元の活物質と硫酸に戻る。

２ＰｂＳＯ₄＋２Ｈ₂Ｏ→ＰｂＯ₂＋２Ｈ₂ＳＯ₄＋Ｐｂ … （２）
このような化学変化により、満充電時の電解液の比重は１．２８であるが放電が進行すると硫酸の分解減少に伴って比重は低下する。

従来より鉛バッテリーを動力源とする電動フォークリフトなどの電動車両などには、バッテリーの蓄電容量や残存容量を表すための表示装置が装備されているが、これらの表示装置の多くは残存容量や放電容量を数値表示するものではなく、満充電と、充電を必要とする放電下限状態までの間を数段階に区分し、各段階に対応させたＬＥＤなどのランプを点灯表示させるグラフィカルな方法を採用している。

また、多数のセルの組み合わせからなる電動車両の動力バッテリーは、充放電を繰り返すことで徐々に劣化するが、この劣化の過程でセル毎に特性のばらつきが発生し一部のセルの容量が極度に低下することがしばしば発生する。

図５は、このようなセル容量のばらつきが発生した場合のバッテリーの放電特性の一例を示したものである。
図５は、一定値の抵抗を介して放電した場合の電圧降下の特性を示しているが、横軸に示す時間の経過に対して、電圧の降下が急激に進行する不連続なポイント（変曲点）が認められる。これは、放電途中で一部のセルの容量が尽き、他のセルとの特性バランスが崩れることによって激しく電圧の低下が生じた結果である。

また図６は、図５と同様の条件下における正常なバッテリーの放電特性の例を示している。
この正常なバッテリーの図６の特性と、劣化したバッテリーの図５の特性を比較してみれば、図５では電圧と放電時間の関係が不規則に変動していることが明らかである。

このような劣化が生じた場合、先に説明したグラフィカルな表示装置では、図５の変曲点付近まで放電した後に、段階表示が急激に減少することになる。その結果、まだ残存容量に余裕があると判断されて荷役作業に従事している電動フォークリフトがバッテリーの容量切れによって作業途中で立ち往生することになり、この残存容量表示装置は信頼できず役に立たない存在となる。

したがって、作業者はバッテリーの固有の容量状況を前日までの作業実績に基づく勘を頼りに「表示装置の表示がどの段階になったら間もなく動かなくなるはずなので、その前に作業を止めて充電しなければならない」という判断をしなければならず、極めて不便な運用を強いられている。

電動フォークリフトは工場、倉庫等の敷地内あるいは建屋内など限られた空間内で荷役作業に従事し作業終了後の時間帯（主に夜間）に作業で放出した分の電気エネルギーを充電して翌日の作業に備えるという運用がなされる。したがって、一日の作業でどれだけの電気エネルギーを使い（放電）それに対してどれだけの補給即ち充電を行ったかを数値データとして毎日的確に把握することは荷役作業の効率的な運用を行う上で極めて有用でありバッテリーの劣化の程度を知る上でも重要な判断材料となる。

しかし実際には、フォークリフトに通常装備されている表示装置は、数値で容量を表す方式が執られておらず、運転者や管理者に重要な情報を与えていない。
従来から考案、実施されている残存容量を表示する方法は種々存在し簡便な方法では、バッテリーの端子電圧の高低から残量の多寡を推定するものや電流および電圧から内部抵抗を算出し電極表面の硫酸鉛の生成量に伴って増加する内部抵抗値の特性から放電の程度を把握して残量を推定するものなどがある。

これらはいずれもバッテリーの一部の特性から残存容量を推定しているにすぎず特許文献１（特開平３−１７９６６号公報）、特許文献２（特開平６−５４４０２号公報）、特許文献３（特開平８−２０１４８８号公報）等にも指摘されている様に、バッテリーの経時的な劣化や電流の大小によって生じる誤差あるいはバッテリー容量の温度依存性による誤差等の不確定要素が排除できない。

電解液比重を直接計る方法も提起されているが、多数のセルからなる動力バッテリーに比重検知器を多数組込むための改造が膨大であるばかりでなく、バッテリーの使用に伴って徐々に分解減少する水を補充する適正液量の維持が必須である。

さらに、温度依存の補正なしには正確な比重が得られないため、電解液の液温を測定する温度センサーの設置および温度補正のためのデータ処理装置も必要となることを考慮すると実用的な方法ではない。

特許文献４（特開平６−３４７２７号公報）には、残存容量の精度を上げるための対策として、高負荷状態のバッテリーのＶ−Ｉ特性と残存容量の良好な相関に着目し、予めこの相関の記憶データと実高負荷状態の特性を比較して残存容量を算出する方法が提起されている。

また、特許文献２（特開平６−５４４０２号公報）には、電力量計の測定値をバッテリーの固有情報及び履歴情報の記録データで補正し残存容量を表示する方法、さらに特許文献３（特開平８−２０１４８８号公報）には、特定の負荷放電条件における所用電力を放電する時の電圧と積算電力量に応じた電力量の補正値を予めメモリに記憶しておき、特定条件における放電時の電圧を検出して前記メモリから補正データを得て積算電力量を補正
し残存容量を算出する方法などが提起されている。
特開平３−１７９６６号公報 特開平６−５４４０２号公報 特開平８−２０１４８８号公報 特開平６−３４７２７号公報

しかしこれらの方法はバッテリーの特性情報をバッテリーの種類ごとに予め準備しなければならず、種々のバッテリーに対応する汎用性に難がある。
特に図５に示す劣化が発生した場合、この劣化の程度即ち図５の変曲点の発生時間および急激に降下する電圧の程度は個々のバッテリーで多種多様に発生し得るものであり、この様な現象の如何なる場合にも対応できる補正データを事前に準備することは極めて困難であり実質的に不可能である。

以上で概観した通りさまざまな方法でバッテリーの残存容量を推定し、又事前に準備された一定の方法で誤差を補正する手段が提起されている。補正の精度を上げれば推定値の信頼度は高まるが、そのためには種々のバッテリーに対してあらゆる劣化要因を想定した膨大な補正データを組込まなければならず現実的でない。

また残存容量計の多くは先に述べた通り、残存容量や放電容量を数値表示せず満充電と放電下限（充電必要）までの間を数段階に区分したグラフィカルな表示の方法を採用しており、バッテリーの使用者や管理者にとって重要な情報である充放電の容量を定量的に把握できないという問題点もある。

本発明は、このような現状に鑑み、従来の容量表示装置のように推定でバッテリーの残存容量を見積もる方法によらずバッテリーの充放電の稼働実績に基づく実測データを数値情報として表示及び記憶してバッテリーの使用者及び管理者にこれらの情報を提供することにより、バッテリーの状況を定量的に把握することができる新しいバッテリー測定装置を提供することを目的とする。

本発明は、前述したような従来技術における課題および目的を達成するために発明されたものであって、本発明のバッテリー測定装置は、
電動車両などの装置に搭載されるバッテリーと、
前記バッテリーに取り付けられ、前記バッテリーの放電方向と充電方向の双方向電流値を測定する電流測定装置と、
前記電流測定装置により測定された前記バッテリーの双方向電流値を各々所定間隔で積算する積算演算装置と、
前記積算演算装置により前記バッテリーの放電方向の電流値が積算された放電容量と、前記バッテリーの充電方向の電流値が積算された充電容量の数値情報を表示する数値情報表示装置と、
前記積算演算装置により積算された前記放電容量と前記充電容量とを記憶する記憶装置と、
を備えることを特徴とする。

このように、稼働実績より測定した充電容量と放電容量の各々の実測データを数値情報として数値情報表示装置にて表示することにより、バッテリーの充放電の実績を定量的に把握することができる。

また、本発明のバッテリー測定装置は、
前記数値情報表示装置が、
前記電流測定装置により測定された前記バッテリーの電流値を表示することを特徴とする。

このように、稼働実績より測定した充電容量と放電容量の実測データの数値情報以外に、バッテリーの電流値を数値情報表示装置にて表示することにより、稼働実績より測定した充電容量と放電容量の実測データの数値情報のみの場合よりも、さらにバッテリーの状態を的確に把握することができる。

また、本発明のバッテリー測定装置は、
前記バッテリー測定装置が、
前記バッテリーの電圧値を測定する電圧測定装置を備えるとともに、
前記数値情報表示装置が、
前記電圧測定装置により測定された前記バッテリーの電圧値を表示することを特徴とする。

このように、稼働実績より測定した充電容量と放電容量と電流値の実測データの数値情報以外に、バッテリーの電圧値を測定し、数値情報表示装置にて表示することにより、稼働実績より測定した充電容量と放電容量の実測データの数値情報のみの場合よりも、さらにバッテリーの状態を詳細に把握することができる。

また、本発明のバッテリー測定装置は、
日付及び時刻データを生成する時計装置を備えるとともに、この日付及び時刻データを前記数値情報表示装置に表示及び前記記憶装置に記憶することを特徴とする。

このように構成することによって、以前に測定した充電容量や放電容量などの測定結果が何時のデータで有るかを確実に把握することができ、バッテリーの過去の容量に関する履歴を的確に把握することができる。

また、本発明のバッテリー測定装置は、
前記数値情報表示装置が、
前記記憶装置に記憶された各種の値を切り替える表示画面切り替え機能を備えることを特徴とする。

このように構成することによって、使用者の必要とする情報を簡潔で分かり易く表示しバッテリーの状態を的確に把握することができる。
また、本発明のバッテリー測定装置は、
前記記憶装置が、
前記電流測定装置により測定された前記バッテリーの双方向電流値と、前記積算演算装置により積算された前記放電容量と前記充電容量とを、
所定間隔ごとに記憶することを特徴とする。

このように構成することによって、所定の間隔（時間）ごとに測定したバッテリーの双方向電流値と放電容量と充電容量を記憶することができる。
このため、以前に測定された双方向電流値、放電容量、充電容量を知ることができ、バッテリーの充放電の稼働実績を定量的にしかも確実に把握することができる。

また、本発明のバッテリー測定装置は、
前記記憶装置が、
前記電圧測定装置により測定された前記バッテリーの電圧値を、
所定間隔ごとに記憶することを特徴とする。

このように構成することによって、所定の間隔（時間）ごとに測定したバッテリーの電圧値を記憶することができる。
このため、以前に測定された双方向の電流値、放電容量、充電容量および電圧値を知ることができ、バッテリーの充放電の稼働実績を定量的にしかも確実に把握することができる。

また、本発明のバッテリー測定装置は、
前記バッテリー測定装置が、
前記電流測定装置により測定された前記バッテリーの双方向電流値から前記積算演算装置により積算された前記放電容量と前記充電容量とを、ゼロ値にリセットする機能を備えるとともに、リセットする毎に前記記憶装置がその直前の前記放電容量と前記充電容量の値をリセットした日付時刻とともに記憶することを特徴とする。

このように構成することによって、電流測定装置により測定されたバッテリーの双方向電流値から積算演算装置により積算された放電容量と充電容量とを、日付時刻の履歴情報とともに確実にデータとして記憶することができる。

このため、リセットする毎に前記記憶装置に記憶されたバッテリーの過去の容量に関する履歴を的確にしかも確実に把握することができる。
また、本発明のバッテリー測定装置は、
前記バッテリー測定装置が、
手動操作によりリセットされるよう構成されていることを特徴とする。

このように構成することによって、例えば電動車両の使用者または管理者は作業上必要な任意のタイミングで適宜バッテリー測定装置をリセットすることができる。
また、本発明のバッテリー測定装置は、
前記バッテリー測定装置が、
予め前記時計装置により設定された時刻に自動的にリセットされるよう構成されていることを特徴とする。

このように構成することによって、バッテリー測定装置をヒューマンエラーによってリセットし忘れることなく、確実にリセットすることができる。
電動車両の中でも電動フォークリフトは、一般的に工場、倉庫等の敷地内あるいは建屋内などの限られた空間で荷役作業に従事し、作業終了後の時間帯（主に夜間）に作業で放出した電気エネルギーを充電によって蓄え直し翌日の作業に備えるという運用がなされる。

したがって、例えば作業開始直前の時間帯にリセット時刻を設定しておけば、手動によるリセット操作を必要とせず毎日の放電容量、充電容量が確実に記憶される。
また、本発明のバッテリー測定装置は、
前記バッテリー測定装置が、
前記記憶装置に記憶された各種の値は通信機能によってデータ端末機器（ＤＴＥ機器）に送出できることを特徴とする。

このように、記憶装置にて記憶された測定データを外部の機器で受け取りこれを解析することによって、個々のバッテリーの特性や充放電の状況を詳細に調査することができるとともに、例えばこれらのデータを視覚的に分かり易くグラフ化したり、履歴情報やこれ
に基づいて必要な統計処理を行った値を比較一覧するために表にしたりすることができる。

また、本発明のバッテリー測定装置は、
前記バッテリー測定装置が、
前記バッテリーに対して脱着自在に構成されているとともに、
前記バッテリーの動力配線を挟んで電流の測定を行うためのクランプ機構を備えることを特徴とする。

このように構成することによって、例えばバッテリーを動力源とする如何なる電動フォークリフトであっても、本発明のバッテリー測定装置を脱着自在に取り付けることができる。

また、バッテリーの動力配線をクランプ機構で挟むだけでバッテリーの測定ができるため、複雑な取付け作業等の作業がいらず誰でも簡単に使用することができる。
また、本発明のバッテリー測定装置は、
前記バッテリー測定装置が、
電圧入力端子と電流入力端子とを備え、
前記電圧入力端子と前記バッテリーの陽陰両極端子間と、
前記電流入力端子と前記バッテリーのメイン動力回路に挿入設置したシャント抵抗の両端子間とを各々結線することにより電流の測定を行うとともに、
前記バッテリーを動力源とする装置の一部に固定設置されてなることを特徴とする。

このように構成することによって、例えばバッテリーを動力源とする電動フォークリフトに本発明のバッテリー測定装置を予め組み込むことや追加設置することができ、確実にバッテリーの稼動実績容量を数値にて知ることができる。

また、本発明のバッテリー測定装置は、
前記バッテリーが、
電動フォークリフトの動力源として用いられることを特徴とする。

このようにバッテリーを動力源とする電動フォークリフトに本発明のバッテリー測定装置を用いれば、毎日の作業でどれだけの電気量を消費しまたどれだけの電気量を充電したかを表示および記憶される数値から定量的に把握でき、また長期間蓄積されるこれらのデータ推移からバッテリーの劣化の傾向を把握することができる。

更に本発明のバッテリー測定装置は、バッテリーの稼働中でも放電および充電の電気容量の変化を時々刻々と数値表示するので、昨日、一昨日など過去の稼働実績が測定データとして蓄えられていればこの放電容量を表示させて確認し現在の放電容量と対比させることで、実働に基づく確実な残容量を把握することができ、作業中のバッテリー容量切れによる立ち往生といった不測の事態を事前に防止することができる。

本発明によれば、従来の容量表示装置のように推定でバッテリーの残存容量を見積もる方法によらずバッテリーの充放電の稼働実績に基づく実測データを数値情報として表示及び記憶してバッテリーの使用者及び管理者にこれらの情報を提供することにより、バッテリーの状況を定量的に把握することができる新しいバッテリー測定装置を提供することができる。

また、本発明によれば、長期間蓄積されたデータの推移履歴から、バッテリーの劣化の
傾向を把握することのできるバッテリー測定装置を提供することができる。
さらに、本発明によれば、作業中であっても使用した電気量即ち放電容量の変化が時々刻々と数値表示されるので、昨日、一昨日等過去の放電実績値などと対比することによって、実働に基づく確実な残容量を把握することができ、作業中のバッテリー容量切れによる立ち往生といった不測の事態を事前に防止することのできるバッテリー測定装置を提供することができる。

また本発明によれば、小型軽量にまとめられており、フォークリフト等の電動車両に予め組み込むこと、又後から追加設置することのできるバッテリー測定装置を提供することができる。

さらに、本発明によれば、追加設置の場合に漏洩磁束密度から電流を測定する方法を採用することにより、大電流が流れる動力主回路に手を加えることなく簡単に設置することのできるバッテリー測定装置を提供することができる。

以下、本発明の実施の形態（実施例）を図面に基づいてより詳細に説明する。
図１は、本発明のバッテリー測定装置を示した概略図である。
図１に示したようにバッテリー測定装置１０は、測定対象となるバッテリー１２に電流測定装置１４が接続されている。

この電流測定装置１４は、バッテリー１２の充電方向と放電方向を識別して各々の電流値を測定することができるものである。
電流値の検出には、ホール素子を用いた漏洩磁束密度を検知し電流を求める方法、又は動力主回路にシャント抵抗を設置しこの抵抗両端の電圧を検知しオームの法則から電流を求める方法のいずれの方法を用いても良い。

漏洩磁束密度を検知する方法では、バッテリー１２の出力活線にクランプ状の検出ヘッドを挟むことによって容易に電流の測定が可能となる。
さらに、バッテリー１２には、電圧測定装置２２が接続されている。この電圧測定装置２２は、バッテリー１２の電圧値を測定することができるものである。

バッテリー１２に接続され電流測定装置１４から得た電流データは、積算演算装置１６に送られる。
積算演算装置１６は、充電および放電双方向の電流値を各々時計装置２４から得る所定の時間間隔で積算し、充電容量と放電容量を算出する。

なお、積算動作中の充電容量および放電容量は、リセット機能２８によりゼロクリヤーできるように構成されている。
さらに、本発明のバッテリー測定装置１０に付与されている時計装置２４の出力によって、双方向電流値の積算時間間隔および後述する一定時間間隔でのデータ記憶を制御する。

このように、本発明によるバッテリー測定装置１０は、計測した電圧、電流、リセット動作後から積算される充電容量および放電容量、並びに日付時刻を数値情報表示装置２０上に数値で表示するとともに、予め設定される一定の時間間隔毎にこれらのデータを記憶装置１８に記憶保持する機能を備える。

なお、記憶装置１８にて記憶された各種のデータは、測定中又は測定終了後に外部のデータ端末機器（ＤＴＥ機器）２６と接続することにより、外部機器に取り出すことができ
る。

取り出したデータは、パーソナルコンピュータなどのデータ加工機能を用いれば、新たな演算を定義したり各種の数値よりグラフ、表などを作成することもでき、バッテリー１２の実稼働の状況を運転者だけでなく広く共有し検討することができる。

さらにバッテリー測定装置１０は、積層電池電源を内蔵しこれを電源として稼働するよう構成されるとよいが、他の方法として、被測定バッテリー１２から外部直流電源入力端子を通して電力を給電することで内蔵電池による稼働可能時間の制限を受けることなく極めて長期間にわたって安定した測定を行うことができるよう構成しても良いし、これらを併用しても良い。

以上、本発明のバッテリー測定装置１０によれば、従来の容量表示装置のように推定でバッテリーの残存容量を見積もる方法によらずバッテリーの充放電の稼働実績に基づく実測データを数値情報として表示及び記憶することにより、バッテリーの状況を定量的に把握することができる。

また、本発明のバッテリー測定装置１０は、稼働中の電動車両のいかなるバッテリーにも容易に設置することができ、これによってバッテリーの稼働実績に基づく充放電容量を簡単に数値で把握できるためバッテリーの運用管理に極めて有用である。

本発明の第１の実施例は、
漏洩磁束密度から直流電流を測定するためにバッテリーの動力配線を挟むクランプ機構および電流測定機能、
双方向の積算電流量演算機能、
直流電圧入力端子、
直流電圧測定機能、
時計機能、
双方向電流量値と時刻と電圧値又は双方向電流量値と時刻と電流値のいずれかを同時表示する液晶表示部、
双方向電流量値、電流値、電圧値を時刻と共に３０秒間隔で記憶する記憶部、
記憶したデータを外部デジタル機器に送出する通信機能と通信端子、
計測演算用電源電池および外部直流電源入力端子、
からなる。

また、測定および記憶の開始又は終了の指示、記憶データの通信端子へ送出および消去の指示、積算電流量値のリセット指示、日付時刻の調整設定指示、電圧値又は電流値のいずれかを表示する切り替えの指示を行う操作部を備えている。

バッテリー測定装置１０は長辺２００ｍｍ短辺８０ｍｍ厚さ３５ｍｍ程度の小型の筐体にまとめられており、移動走行する電動車両のバッテリー１２に容易に設置できる。
バッテリー１２の出力活線にクランプ部（図示せず）を挟むことで電流の測定、バッテリー１２の陽極（＋極）および陰極（−極）と電圧入力端子（図示せず）に結線することで電圧を測定することができる。

バッテリー測定装置１０は、内蔵している積層電池電源で稼働するが被測定バッテリー１２から外部直流電源入力端子を通して給電することで内蔵電池稼働可能時間の制限を受けることなく極めて長期間にわたって安定した測定を行うことができる。

スタートボタンを押すと計測、表示およびデータ記憶を開始しストップボタンで測定を終了し双方向電流量値はゼロリセットする。
リセット後も記憶データは保持されており通信端子とパーソナルコンピュータなどのデータ端末機器（ＤＴＥ機器）２６と接続しＰＣアウトボタンを押すと記憶保持データが送出される。

クリアボタンを押すと記憶データを消去することができる。
このバッテリー測定装置１０を定格容量２８０Ａｈである電動フォークリフトの動力用鉛バッテリーに設置して得たデータの二つの例を図２および図３に示す。

図２のバッテリー１２は劣化が進んでおり、図３は新品に近い良好な性能のバッテリー１２であり、いずれも１日分の稼働データを取り出しグラフに表したものである。
図２の最終的な放電容量（グラフではマイナス側にプロットされている）即ちこの日の作業で使用した電気量は２０５Ａｈを示し充電容量は２５０Ａｈ程度を示しているが容量不足で何度も作業途中に追加充電を行っているため、充電容量の曲線の形状は充電した回数分だけの階段状を呈して増加している。

このバッテリー１２の追加充電なしに取り出せる電気量即ち実容量は、この図２の放電容量および電圧の曲線から最大でも１００Ａｈ（定格容量比では３５．７％）程度と推定できる。

これに対し図３の良好なバッテリーでは、放電容量が２４５Ａｈ程であり充電は作業途中の追加充電を行うことなく作業終了後の夜間充電のみで２８５Ａｈが給電されていることがわかる。

したがって、このバッテリーは確実に２４５Ａｈ（定格容量比では８７．５％）以上の能力を有していることになる。
以上、二つの設置測定例を示したが稼働中の電動車両のいかなるバッテリー１２にも本実施例のバッテリー測定装置１０を容易に設置することができ、これによってバッテリー１２の稼働実績に基づく充放電容量を簡単に数値で把握できるためバッテリー１２の運用管理に極めて有用である。

本発明の第２の実施例は、
バッテリーのメイン動力回路に挿入するシャント抵抗両端の電位差から同回路に流れる電流を計測する方式の電流測定機能、
この計測された電流値から双方向の積算電流量を演算する機能、
直流電圧測定機能、
時計機能、
積算電流量値を手動または予め設定した時刻に自動でゼロリセットする機能、
リセットが行われたときにその直前までに積算されていた双方向電流量値をリセット発生日時と共に過去に計測取得したデータの履歴として記憶保持する機能、
記憶保持した双方向電流量値とリセット発生日時（履歴データ）を通信端子を介してデータ端末機器（ＤＴＥ機器）に送出する通信機能、
双方向電流量、電流、電圧、時刻および履歴データをスイッチ操作によって選択表示する表示部、
表示部に表示されるデータ項目に連動して何の項目が表示されているかを示す表示項目ガイドランプ、
計測開始、リセット、表示部の表示項目切り替えを行うスイッチ類、
を図４に示すパネルを備えた筐体に組み込んだ。この筐体は外形寸法が長辺１８０ｍｍ
×短辺１２０ｍｍ×厚さ６５ｍｍである。

この装置はフォークリフト等の電動車輌の運転席前面付近に固定して、本装置の電圧入力端子とバッテリー１２の陽陰両極端子間、および本装置の電流入力端子とバッテリー１２のメイン動力回路に挿入設置したシャント抵抗の両端子間とを各々結線することで容易に設置できる。

本装置はパネル上の「開始／リセット」ボタン３２を押すと電源が投入される。パネル中央部にあるトグルスイッチ３６を「現在値表示」側にして「開始／リセット」ボタン３２を３秒以上押し続けると双方向積算電流量値をゼロ値にリセットし直ちに計測を開始する。

リセット時に過去に積算された電流量値があればこの値をリセット発生日時のデータとともに履歴データとして蓄積記憶する。
リセットおよび計測開始直後の本装置の表示部３０にはゼロ値から積算される放電容量が表示されるが、「表示切替」ボタン３４を押す毎に現在計測および積算中の充電容量、電圧、電流、現在時刻、日付の項目を順次切り替えて表示部３０に表示する。

どの現在値項目を表示中でも「表示切替」ボタン３４を１秒以上押し続けると、順次表示を跳び越えて現在値の初期表示項目である放電容量の表示に戻る。
電動フォークリフトの一般的な運用方法では、毎朝作業を開始する直前にリセットすることで一日単位の双方向積算電流量即ち放電容量と充電容量の実績値（およびリセット日時）が本装置に履歴データとして蓄積されることになる。なお、履歴データの最大蓄積数は５００件である。

一日の作業量が少なくより長期間の電気量集計が適当な場合は、二日毎あるいは一週間毎など任意の周期でリセットすればよい。
バッテリー１２の特性を的確に把握するためには充電終了後の作業開始直前にリセットすることが好ましい。

蓄積された履歴データはパネル中央部のトグルスイッチ３６を「履歴値表示」側に倒し履歴表示モードにすることで表示される。履歴データの初期表示項目は放電容量であるが「表示切替」ボタン３４を押す毎に充電容量、リセット日時、放電容量と順次項目を切り替えて表示する。どの履歴項目を表示中でも「表示切替」ボタン３４を１秒以上押し続けると順次表示を跳び越えて履歴値の初期表示項目である放電容量の表示に戻る。

履歴表示モードでは「履歴選択」ボタン３８を押す毎に蓄積されている履歴データを新しいものから古いものへ、即ち過去に遡って最大５００件まで順次切り替え表示する。また「履歴選択」ボタン３８を１秒以上押し続けると履歴データの何件目からでも最新の履歴値の表示に戻る。

蓄積されている最大５００件の履歴データの全てについて「表示切替」ボタン３４による表示項目の切り替えが可能である。
したがって、履歴表示モードで過去の必要なデータ（例えば過去一週間の最大放電容量など）を探して表示部３０に表示させた後にトグルスイッチ３６を「現在値表示」側に戻すと現在計測積算中の放電容量、充電容量、電圧、電流などの現在値の項目表示に戻るので、この様な操作によって履歴データ即ち過去の放電容量と現在進行中の本日の放電容量をワンタッチで比較して放電実績に基づく残容量を簡単に見積もることができる。

なお表示する値が多岐にわたるため、パネル上に設置されているガイドランプ４０の該
当するものが表示部３０のデータ表示の切り替えに連動して点灯し何の項目が表示されているかを識別できるようになっている。

本装置を定格容量が４００Ａｈである電動フォークリフトの鉛バッテリーに設置して得た計測例を表１に示す。

表１には本装置で得た一週間分の履歴データ（リセット日時、放電容量、充電容量）に
加えて二次加工値である放電率および充電率も併せて示してある。
履歴データは、本装置の通信機能によって取得する方法、または履歴表示モードで表示される数値を読み取る方法で取得する。履歴データが多数の場合は、前者が少数のデータを特別な装置を用いることなく手軽に得るには後者の方法が好適である。

放電率および充電率は、次の様に定義している。
放電率＝放電容量÷定格容量(４００Ａｈ)×１００
充電率＝充電容量÷放電容量×１００
即ち放電率は、定格容量（新品時の性能基準値）に対して実際に放電した電気量を百分率で表したものであり、新品時に放電下限付近（充電しなければ継続使用ができない状態）までフルに稼働させた場合にはほぼ１００％を示すが、劣化が進行すると徐々に数値が低下するのでバッテリーの劣化の指標として捉えることができる。

また充電率は、放電した容量に対してどれだけの電気量を充電したかを示す数値であり、充電時にエネルギーロスが発生することから１２０％程度が適正値とされる。したがって充電率が１２０％より大幅に少ない場合は充電不足となり、このような運用を続けるとバッテリーの性能を十分に発揮できないばかりでなく劣化を促進することになる。

一方この数値が大幅に大きい場合は過充電となり、充電に伴うバッテリーへの電気化学的な負荷が大きくなるため過度の発熱と電解液不足を引き起こす要因となり、やはり劣化を促進することになる。

表１で得られた例では日毎に作業量が異なるが、このバッテリーは作業後の夜間充電のみで運用されており、記録された最大放電容量は３５３Ａｈであり定格比が８８．４％となることから初期（新品）時の約９割の性能を維持していることが分かった。

また充電率は１１５％から１１９％で推移しており最適充電率１２０％に極めて近い値で充電の過不足もなく良好な運用がなされていることを示している。
このバッテリー１２の半年後、一年後などに本装置によって継続的に同様のデータを収集し実放電容量の最大値を比較すれば長期間にわたる劣化の進行の程度と状態を把握することができる。

表１の例によらず、より劣化の進行したバッテリーにおいても夜間充電後に本装置をリセットしバッテリーの能力が尽きるまで追加充電をすることなく放電を続ければ、表示されている放電容量が時々刻々と積算されるのでそのときの放電可能な実容量をリアルタイムで把握することができる。

この様に、本発明によればバッテリーの稼働実績に基づく充放電容量を容易に数値で把握できるためバッテリーの運用管理に極めて有用である。

図１は、本発明のバッテリー測定装置を示した概略図である。 図２は、劣化したバッテリーに本発明のバッテリー測定装置を搭載して得た実稼働データの例であり電圧、電流、放電容量および充電容量の時間推移を表したグラフである。 図３は、良好バッテリーに本発明のバッテリー測定装置を搭載して得た実稼働データの例であり電圧、電流、放電容量および充電容量の時間推移を表したグラフである。 図４は、本発明のバッテリー測定装置の数値情報表示装置を示した概略図である。 図５は、バッテリーの不良放電特性（放電時間（分）に対する電圧（Ｖ）の変化状況）を示した図である。 図６は、バッテリーの正常放電特性（放電時間（分）に対する電圧（Ｖ）の変化状況）を示した図である。

符号の説明

１０ バッテリー測定装置
１２ バッテリー
１４ 電流測定装置
１６ 積算演算装置
１８ 記憶装置
２０ 数値情報表示装置
２２ 電圧測定装置
２４ 時計装置
２６ データ端末機器（ＤＴＥ機器）
２８ リセット機能
３０ 表示部
３２ 開始／リセットボタン
３４ 表示切替ボタン
３６ トグルスイッチ
３８ 履歴選択ボタン
４０ ガイドランプ

Claims (14)

1. 電動車両などの装置に搭載されるバッテリーと、
   前記バッテリーに取り付けられ、前記バッテリーの放電方向と充電方向の双方向電流値を測定する電流測定装置と、
   前記電流測定装置により測定された前記バッテリーの双方向電流値を各々所定間隔で積算する積算演算装置と、
   前記積算演算装置により前記バッテリーの放電方向の電流値が積算された放電容量と、前記バッテリーの充電方向の電流値が積算された充電容量の数値情報を表示する数値情報表示装置と、
   前記積算演算装置により積算された前記放電容量と前記充電容量とを記憶する記憶装置と、
   を備えることを特徴とするバッテリー測定装置。
2. 前記数値情報表示装置が、
   前記電流測定装置により測定された前記バッテリーの電流値を表示することを特徴とする請求項１に記載のバッテリー測定装置。
3. 前記バッテリー測定装置が、
   前記バッテリーの電圧値を測定する電圧測定装置を備えるとともに、
   前記数値情報表示装置が、
   前記電圧測定装置により測定された前記バッテリーの電圧値を表示することを特徴とする請求項１または２に記載のバッテリー測定装置。
4. 前記バッテリー測定装置が、
   日付及び時刻データを生成する時計装置を備えるとともに、この日付及び時刻データを前記数値情報表示装置に表示及び前記記憶装置に記憶することを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のバッテリー測定装置。
5. 前記数値情報表示装置が、
   前記記憶装置に記憶された各種の値を切り替える表示画面切り替え機能を備えることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載のバッテリー測定装置。
6. 前記記憶装置が、
   前記電流測定装置により測定された前記バッテリーの双方向電流値と、前記積算演算装置により積算された前記放電容量と前記充電容量とを、
   所定間隔ごとに記憶することを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載のバッテリー測定装置。
7. 前記記憶装置が、
   前記電圧測定装置により測定された前記バッテリーの電圧値を、
   所定間隔ごとに記憶することを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載のバッテリー測定装置。
8. 前記バッテリー測定装置が、
   前記電流測定装置により測定された前記バッテリーの双方向電流値から前記積算演算装置により積算された前記放電容量と前記充電容量とを、ゼロ値にリセットする機能を備えるとともに、リセットする毎に前記記憶装置がその直前の前記放電容量と前記充電容量の値をリセットした日付時刻とともに記憶することを特徴とする請求項１から７のいずれかに記載のバッテリー測定装置。
9. 前記バッテリー測定装置が、
   手動操作によりリセットされるよう構成されていることを特徴とする請求項８に記載のバッテリー測定装置。
10. 前記バッテリー測定装置が、
    予め前記時計装置により設定された時刻に自動的にリセットされるよう構成されていることを特徴とする請求項８に記載のバッテリー測定装置。
11. 前記バッテリー測定装置が、
    前記記憶装置に記憶された各種の値は通信機能によってデータ端末機器（ＤＴＥ機器）に送出できることを特徴とする請求項１から１０のいずれかに記載のバッテリー測定装置。
12. 前記バッテリー測定装置が、
    前記バッテリーに対して脱着自在に構成されているとともに、
    前記バッテリーの動力配線を挟んで電流の測定を行うためのクランプ機構を備えることを特徴とする請求項１から１１のいずれかに記載のバッテリー測定装置。
13. 前記バッテリー測定装置が、
    電圧入力端子と電流入力端子とを備え、
    前記電圧入力端子と前記バッテリーの陽陰両極端子間と、
    前記電流入力端子と前記バッテリーのメイン動力回路に挿入設置したシャント抵抗の両端子間とを各々結線することにより電流の測定を行うとともに、
    前記バッテリーを動力源とする装置の一部に固定設置されてなることを特徴とする請求項１から１１のいずれかに記載のバッテリー測定装置。
14. 前記バッテリーが、
    電動フォークリフトの動力源として用いられることを特徴とする請求項１から１３のいずれかに記載のバッテリー測定装置。
    
    

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