JP2008258089A - Liquid level detection device for battery, and battery provided with the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は車両のエンジン始動用のバッテリの電解液の液面検知装置及びこの液面検知装置を備えたバッテリに関するものである。 The present invention relates to an electrolyte liquid level detection device for a battery for starting an engine of a vehicle, and a battery equipped with the liquid level detection device.
近年、モータリゼーションが進む中、外部からの救助を要する車両故障の原因として始動用バッテリ不具合の占める割合が増加、最も大きな要因の一つとなっている。現在、市中を走行する多くの車両、はエンジンを動力源とし、エンジン始動時にバッテリより電力の供給を受けてスターターモータを稼動する構成を採っている。こうした構成の場合、バッテリの不具合が発生するとエンジン始動不能となる。このような場合、バッテリを交換するか、他の車両のバッテリを故障車両のバッテリに接続し、応急的にエンジンを再始動することになる。 In recent years, with the progress of motorization, the proportion of starter battery failures has increased as a cause of vehicle failure that requires rescue from the outside, and has become one of the biggest factors. Currently, many vehicles traveling in the city have a configuration in which an engine is used as a power source and a starter motor is operated by receiving electric power from a battery when the engine is started. In such a configuration, the engine cannot be started if a battery malfunction occurs. In such a case, the battery is replaced or the battery of another vehicle is connected to the battery of the failed vehicle, and the engine is restarted urgently.
いずれにせよ、バッテリ不具合からの回復は、時間と費用を要するので、バッテリ不具合を未然に防止することが望ましい。バッテリ不具合の主要因の一つに電解液不足が挙げられる。鉛バッテリでは、充電時の電解液中水分の電気分解や、蒸発によって電解液量が減少し、電極群が電解液面から露出すると鉛バッテリの劣化が急速に進行する。 In any case, recovery from battery failure takes time and money, so it is desirable to prevent battery failure in advance. One of the main causes of battery failure is lack of electrolyte. In a lead battery, the amount of the electrolyte decreases due to electrolysis or evaporation of moisture in the electrolyte during charging, and when the electrode group is exposed from the electrolyte surface, the deterioration of the lead battery proceeds rapidly.
したがって、鉛バッテリの電解液面管理を行なう必要があった。なお、一般的には、鉛バッテリの電極板を集合溶接するストラップよりも若干高い位置に電解液面の下限位置を設定し、この電解液面がこの下限位置を下回らないよう、適宜、鉛バッテリ内に蒸留水を補充することが必要である。 Therefore, it is necessary to manage the electrolyte level of the lead battery. In general, the lower limit position of the electrolyte surface is set at a position slightly higher than the strap for performing collective welding of the electrode plates of the lead battery, and the lead battery is appropriately adjusted so that the electrolyte surface does not fall below the lower limit position. It is necessary to replenish with distilled water.
電解液面の確認方法としては、鉛バッテリ本体の電槽に、電解液面の下限位置を表示しておき、電槽外部から、電解液面を透視し、この電解液面と下限位置とを比較するものが一般的である。 As a method for checking the electrolyte level, display the lower limit position of the electrolyte level on the battery case of the lead battery body, see through the electrolyte level from the outside of the battery case, and set the electrolyte level and lower limit position. What is compared is common.
しかしながら、鉛バッテリの熱劣化対策として、多くの車両では、鉛バッテリに遮熱カバーを装着したり、再生樹脂材の再利用やバッテリデザイン上の要求から、黒色や青色等、電解液面を視認できない色調を有した電槽を使用する等により、電解液面を外部から目視確認できない状況となりつつある。 However, as a countermeasure against thermal deterioration of lead batteries, in many vehicles, the surface of the electrolyte such as black or blue is visually recognized due to the requirement for thermal insulation covers on lead batteries, reuse of recycled resin materials, or battery design. Due to the use of a battery case having a color tone that cannot be used, the electrolyte surface cannot be visually confirmed from the outside.
このような状況の中、電解液面の点検を容易にするために、従来、鉛バッテリの上面から内部に設けた浮き子の状態を確認して電解液量を点検する方法があった。また、さらにより高い利便性を得るために電解液面を電気的な検出素子を用いて検出する手法が提案されている。 Under such circumstances, in order to facilitate the inspection of the electrolyte surface, there has conventionally been a method of checking the amount of the electrolyte by confirming the state of the float provided inside from the upper surface of the lead battery. Further, in order to obtain even higher convenience, a method for detecting the electrolytic solution level using an electrical detection element has been proposed.
例えば、特許文献1には、バッテリの下に感圧素子を設け、バッテリ重量減少をこの感圧素子で検出し、液面高さを検知する方法が示されている。また、特許文献2には、電解液に浮かしたフロートの位置を光学的に検出することによって、液面を検知する方法、特許文献3には、バッテリ内に液面検出用の電極を設け、電極と電解液との接触・非接触を検出して、電解液面を検知する方法が示されている。
しかし前記したような、従来の構成では、バッテリ内部に電極を設けたり、フロートを設けたりするなど、バッテリ構造の大幅な変更が必要であり、製品化に大きな障害となっていた。又、バッテリの重量減少を検出する感圧素子とその増幅器はバッテリの値段に匹敵するコストを有し、これも実用化を阻んでいた。フロート式の場合、フロート自体が大きなスペースを取るためバッテリのサイズが増加し、検出用光学センサのコストもバッテリコストの10%以上を占めるなどの問題が有った。 However, in the conventional configuration as described above, a significant change in the battery structure is required, such as providing an electrode inside the battery or providing a float, which has been a major obstacle to commercialization. In addition, the pressure-sensitive element for detecting a decrease in the weight of the battery and the amplifier thereof have a cost comparable to the price of the battery, which also hinders practical use. In the case of the float type, there is a problem that the size of the battery increases because the float itself takes a large space, and the cost of the optical sensor for detection accounts for 10% or more of the battery cost.
電極と電解液の接触を検出する方法はコスト的には問題は少ないが、バッテリ内部に新たに電極を設け、液面検知装置までバッテリ内部からリード線を導き出す必要が有り、リード導出部のシール構造が必要となっていた。また、電解液は高い腐食性を有することから接触する電極の材料として、材料コストを含めて、なかなか好適なものが得られないという問題が有った。 The method of detecting the contact between the electrode and the electrolyte has few problems in terms of cost, but it is necessary to provide a new electrode inside the battery and lead the lead wire from the inside of the battery to the liquid level detection device. A structure was needed. In addition, since the electrolytic solution has high corrosiveness, there is a problem that it is difficult to obtain a suitable electrode material including the material cost.
本発明は、バッテリの内部構造を大幅に変更することなく、低コストで、精度が良好な鉛バッテリの電解液の液面検知装置と、この液面検知装置を備えた鉛バッテリを提供するものである。 The present invention provides a low-cost and accurate liquid level detection device for an electrolyte solution of a lead battery and a lead battery including the liquid level detection device without significantly changing the internal structure of the battery. It is.
前記した課題を解決するために、本発明の請求項1に係る発明は、車両のエンジン始動用のバッテリの電槽内に有する電解液の液面を検知する装置であり、前記液面の下限位置近傍に配置する温度センサと、前記温度センサによって得た温度情報を経時的に記憶する手段を有するバッテリ用液面検知装置を示すものである。 In order to solve the above-described problem, the invention according to claim 1 of the present invention is an apparatus for detecting the liquid level of an electrolytic solution in a battery case for starting an engine of a vehicle, and the lower limit of the liquid level. 1 shows a liquid level detection device for a battery having a temperature sensor arranged in the vicinity of a position and means for storing temperature information obtained by the temperature sensor over time.
本発明では、電槽の液面下限近傍に温度センサを設けその温度変化速度を検出することにより電解液面を検出する。バッテリの電解液が下限を上回るレベルである時温度センサは電解液温度に近い値を計測する。電解液は硫酸水溶液であるから他の部品や空気に比べ高い比熱を有する。この為エンジン始動後の急激な周囲の温度上昇で緩やかな温度上昇を示す。 In the present invention, a temperature sensor is provided in the vicinity of the lower limit of the liquid level of the battery case, and the electrolytic solution level is detected by detecting the temperature change rate. When the battery electrolyte is at a level above the lower limit, the temperature sensor measures a value close to the electrolyte temperature. Since the electrolytic solution is a sulfuric acid aqueous solution, it has a higher specific heat than other components and air. For this reason, a gradual rise in temperature is shown due to a sudden rise in ambient temperature after engine startup.
同様に停止後エンジンが放熱するとともに周囲温度が低下するがその時も穏やかに低下する。バッテリを使用開始した時点で温度上昇量を記憶しておき以後バッテリの温度上昇を経時的に測定し温度上昇が大きくなったことを検出して電解液減少を検出する。同様にエンジン停止の温度低下を検出しても良い。 Similarly, the engine dissipates heat after stopping and the ambient temperature decreases, but at that time, it gradually decreases. When the battery starts to be used, the amount of temperature rise is stored. Thereafter, the temperature rise of the battery is measured over time, and the increase in temperature is detected to detect a decrease in electrolyte. Similarly, a decrease in engine stop temperature may be detected.
本発明の請求項2に係る発明は、請求項1のバッテリ用液面検知装置において、前記温度情報として温度の変化速度を含むものである。液面位置をより高い精度で検出するために温度変化量のみでなく、温度変化速度に着目するものである。温度変化量は運転時間などエンジンの稼働時間により影響を受ける。これに対しエンジン始動後一定時間経過した時の、もしくは一定温度上昇した時のバッテリ温度の上昇速度を求めることにより、一定の条件でのバッテリ温度の変化速度の変化として把握することが可能となり、電解液の減少を高い精度で求めることができる。 According to a second aspect of the present invention, in the battery liquid level detection device of the first aspect, a temperature change rate is included as the temperature information. In order to detect the liquid level position with higher accuracy, attention is paid not only to the temperature change amount but also to the temperature change speed. The amount of temperature change is affected by the operating time of the engine such as the operating time. On the other hand, it is possible to grasp the change rate of the battery temperature under a certain condition by obtaining the rate of increase of the battery temperature when a certain time has elapsed after starting the engine or when the temperature rises. The decrease in the electrolyte can be obtained with high accuracy.
本発明の請求項3に係る発明は、請求項1〜2に記載のバッテリ用液面検知装置において、前記バッテリ使用開始当初に得た前記温度情報を基準値として記憶し、順次計測した前記温度情報を前記基準値と比較することにより、前記液面の変化を検知するものである。 According to a third aspect of the present invention, in the battery liquid level detection device according to the first or second aspect, the temperature information obtained at the beginning of the battery use is stored as a reference value, and the temperature measured sequentially The change of the liquid level is detected by comparing the information with the reference value.
バッテリの使用開始当初の、電解液の液面位置が規定内の十分なレベルにある状態で、例えば、使用開始後1ヶ月間のバッテリの温度変化幅の平均値を基準値として記憶し、その後1日〜1週間程度の期間ごとに温度変化幅が、前記した基準値を超えた場合、電解液の減少として検出する。これにより車両ごとでのエンジンルームの温度上昇の差、バッテリの種類の差などによる液面検知精度への悪影響をより少なくすることができる。 In the state where the electrolyte surface level is at a sufficient level within the regulation at the beginning of use of the battery, for example, the average value of the temperature change width of the battery for one month after the start of use is stored as a reference value. When the temperature change width exceeds the above-described reference value every period of about 1 day to 1 week, it is detected as a decrease in the electrolyte. As a result, it is possible to further reduce the adverse effect on the liquid level detection accuracy due to the difference in temperature rise in the engine room and the difference in the type of battery for each vehicle.
本発明の請求項4に係る発明は、請求項1〜3に記載のバッテリ用液面検知装置において、前記温度センサに加えて、前記液面の上限位置より上の部分に配置する第2の温度センサを備えたものである。 According to a fourth aspect of the present invention, in the battery liquid level detection device according to any one of the first to third aspects, in addition to the temperature sensor, a second liquid level detection device disposed at a portion above the upper limit position of the liquid level. A temperature sensor is provided.
このような第2の温度センサを用いることにより、さらに高い精度で電解液の減少を検出することが可能となる。液面下限付近に設けた温度センサは電解液面が高い時、温度変化が緩慢になる。そのレベルをより明確に判定するために電槽の電解液上限より上の電解液の存在しない部分の温度を、第2の温度センサにより測定し、両者を比較する。より具体的には両者の温度の差があるしきい値を超えた時点で、液面が下限以下にあることを検出可能となる。 By using such a second temperature sensor, it is possible to detect a decrease in the electrolyte with higher accuracy. The temperature sensor provided near the lower limit of the liquid level becomes slow when the electrolyte level is high. In order to determine the level more clearly, the temperature of the portion where the electrolyte solution does not exist above the upper limit of the electrolyte solution of the battery case is measured by the second temperature sensor, and both are compared. More specifically, when the temperature difference between the two exceeds a certain threshold, it can be detected that the liquid level is below the lower limit.
さらには、温度センサと第2の温度センサで得られたそれぞれの温度の変化速度、熱時定数を同時に算出して、両者を比較することによってもそれぞれの温度センサを配置した位置での液面の有無を検知できる。また、電解液の無い部分と比較することにより運転時間や周囲温度の変化などの影響を補正でき判定の精度を向上できる。 Furthermore, the liquid level at the position where each temperature sensor is arranged can be obtained by simultaneously calculating the temperature change rate and the thermal time constant obtained by the temperature sensor and the second temperature sensor and comparing them. The presence or absence of can be detected. Further, by comparing with a portion without the electrolyte solution, it is possible to correct influences such as changes in operating time and ambient temperature, and to improve the accuracy of determination.
本発明の請求項5に係る発明は、請求項1〜4記載のバッテリ用液面検知装置において、バッテリ近傍の温度を計測する第3の温度センサを備えたものである。第3の温度センサによって得たバッテリ周囲温度の変化の影響を補正するものであり、例えば、1分間隔で計測した温度変化量が所定範囲内であるときのみに、液面検知を行なう。バッテリ周囲温度変化が急激な場合、液面検知精度が低下するため、このような状況下では液面検知を行なわないため、誤判定を防止することができる。 According to a fifth aspect of the present invention, in the battery level detection device according to the first to fourth aspects, a third temperature sensor for measuring the temperature in the vicinity of the battery is provided. This corrects the influence of the change in battery ambient temperature obtained by the third temperature sensor. For example, the liquid level is detected only when the amount of temperature change measured at one minute intervals is within a predetermined range. When the battery ambient temperature change is abrupt, the liquid level detection accuracy is lowered. Therefore, the liquid level is not detected under such a situation, so that erroneous determination can be prevented.
本発明の請求項6に係る発明は、請求項1〜6に記載のバッテリ用液面検知装置において、前記温度センサ及び/もしくは前記第2の温度センサの前記電槽に接触しない側面に断熱材を配置したものである。これにより、外気による影響を低減し電解液が十分存在する場合はより電解液に近い温度が、電解液が不足する場合は電槽中の空気の温度により近い温度が測定でき、液面低下による温度上昇の差が、より大きな値として検出できるため、より安定して精度の高い液面検知が可能となる。
The invention according to
本発明の請求項7に係る発明は、請求項1〜6に記載のバッテリ用液面検知装置において、前記温度情報として熱時定数を用いることを特徴とする。時間的に変化する温度センサ及び/もしくは第2の温度センサからの温度情報をその絶対温度と温度変化速度から周囲温度を予測し、熱時定数を算出する。この数値が減少することにより電解液の減少を検出する。なお請求項5に示したように外気温を第3の温度センサで測定すれば検出精度はさらに向上する。
The invention according to
本発明の請求項8に係る発明は、請求項1〜7に記載のバッテリ用液面検知装置を備えたバッテリを示すものである。 The invention which concerns on Claim 8 of this invention shows the battery provided with the liquid level detection apparatus for batteries of Claims 1-7.
本発明の請求項9に係る発明は、請求項8に記載のバッテリにおいて、前記電槽の、前記温度センサ及び/もしくは前記第2の温度センサを配置する部分に、肉厚を他の部分より薄くした薄肉部を形成したことを特徴とする。このような構成により、電解液が十分存在する場合はより電解液に近い温度が、電解液が不足する場合は電槽中の空気の温度により近い温度が測定できるため、液面低下による温度上昇の度合いが大きくなるため、より電解液面の低下を精度よく検出できる。 According to a ninth aspect of the present invention, in the battery according to the eighth aspect, the thickness of the battery case is greater than that of the other portion in the portion where the temperature sensor and / or the second temperature sensor is disposed. A thinned thin part is formed. With such a configuration, the temperature close to the electrolyte can be measured when the electrolyte is sufficient, and the temperature close to the temperature of the air in the battery case can be measured when the electrolyte is insufficient. Therefore, the decrease in the electrolyte level can be detected with higher accuracy.
本発明の請求項10に係る発明は、請求項8〜9記載のバッテリにおいて、記電槽の薄肉部は前記温度センサ及び/もしくは前記第2の温度センサの圧入により容易に破断し該温度センサとの圧接により電解液のシールが達成されているものである。 According to a tenth aspect of the present invention, in the battery according to the eighth to ninth aspects, the thin wall portion of the battery case is easily broken by the press-fitting of the temperature sensor and / or the second temperature sensor. The sealing of the electrolytic solution is achieved by the pressure contact.
例えば、温度センサ及び/もしくは第2の温度センサを耐酸性の保護スリーブに挿入し、そのスリーブを電槽の薄肉部分を破断するように圧入する。取り付け部分の外側を断熱材で覆うことにより外気による影響を低減し電解液が十分存在する場合はより電解液に近い温度が、電解液が不足する場合は電槽中の空気の温度により近い温度が測定できる。その結果、液面低下による温度挙動変化をより精度よく検知できる。 For example, a temperature sensor and / or a second temperature sensor is inserted into an acid-resistant protective sleeve, and the sleeve is press-fitted so as to break a thin portion of the battery case. By covering the outside of the mounting part with a heat insulating material, the effect of outside air is reduced. When there is sufficient electrolyte, the temperature is closer to the electrolyte, and when the electrolyte is insufficient, the temperature is closer to the temperature of the air in the battery case. Can be measured. As a result, the temperature behavior change due to the liquid level drop can be detected with higher accuracy.
本発明によれば、バッテリ構造に殆ど変化を加えることなく、また、高価な感圧センサや光学検知式のフロートや、耐食性液面検知用電極などを用いることなく、汎用で安価な温度センサを電槽外壁表面に配置することにより、鉛バッテリの液面低下を精度よく判定できるという、顕著な効果を奏する。 According to the present invention, a general-purpose and inexpensive temperature sensor can be obtained without substantially changing the battery structure, without using an expensive pressure-sensitive sensor, optical detection type float, corrosion-resistant liquid level detection electrode, or the like. By arranging it on the outer wall surface of the battery case, there is a remarkable effect that the liquid level drop of the lead battery can be accurately determined.
(本発明の実施形態1)
図1は、本発明の実施形態1におけるバッテリ用液面検知装置4を示す図である。バッテリ用液面検知装置4はバッテリ正極と接続するための正極接続端子1と、バッテリ負極と接続するための負極接続端子2を有する。これらの端子によって、バッテリ用液面検知装置4の動作用電源がバッテリから供給される。
(Embodiment 1 of the present invention)
FIG. 1 is a diagram showing a battery liquid
バッテリ用液面検知装置4は、サーミスタ、熱電対等の温度センサ6を備え、温度センサ6とは接続リード線3を介して接続される。バッテリ用液面検知装置4は、LED表示部5を有し、LED表示部5によって、電解液面の状態をユーザに告知する。なお、この告知手段として、LEDでなくともよく、LCDパネル等の、他の表示デバイスや、電子音声、電子ブザー等の音声・音響デバイスを用いてもよい。
The battery liquid
バッテリ用液面検知装置4には、マイコン(図示せず)、メモリ記憶装置(図示せず)、A/Dコンバータ(図示せず)が内蔵されている。
The battery liquid
図6に、バッテリ用液面検知装置4をバッテリ10に接続した状態を示す。バッテリ用液面検知装置4は、バッテリ10に両面テープ等で固定することができる。本発明では、温度センサ6の感温部分は、バッテリ10の電槽10aの外壁において、電解液面の下限位置10b近傍に固定される。この温度センサ6の固定は、粘着テープ等を用いて行なうことができる。なお、図6では、バッテリ10として、液式の始動用鉛バッテリを用いた例を示している。
FIG. 6 shows a state in which the battery liquid
図9に、本発明のバッテリ用液面検知装置4を装着したバッテリ10を、一般的な普通乗用車に搭載してエンジンを始動させ、エンジンを20分間連続運転したときの、バッテリ10の電圧V、温度センサ6による電槽10aの外壁の電解液面の下限位置10b近傍で計測したバッテリ温度T1の時間変化を示す。
FIG. 9 shows the voltage V of the
なお、バッテリ10内には、電解液面が、下限位置10bよりも25mmに位置する上限位置10cに電解液面を有した状態と、下限位置10bの5mm下方としたときの状態の2つの状態で、バッテリ温度T1を計測した。
The
エンジン始動とともに、バッテリ電圧Vは瞬間的に低下するものの、エンジン始動と同時に、充電が開始されるため、バッテリ電圧Vは上昇する。その後に現れるバッテリ電圧Vが低下した箇所は、エンジン停止した状態に対応する。 Although the battery voltage V decreases instantaneously as the engine starts, the battery voltage V increases because charging is started simultaneously with the engine start. The portion where the battery voltage V appearing thereafter decreases corresponds to a state where the engine is stopped.
バッテリ温度T1は、エンジンからの発熱によって、エンジン始動と伴に上昇する。液面位置の差によって、バッテリ温度T1の挙動に差が生じている。電解液面が下限位置10bにあるときのバッテリ温度T1の温度の時間変化量は、電解液面が下限位置10bを超えた上限位置10cとした場合のバッテリ温度T1の温度時間変化量よりも極めて大きい。本発明では、このような液面差による温度挙動を検出することにより、電解液面が下限位置10bを下回るか否かを正確に検知することができる。
The battery temperature T1 rises as the engine starts due to heat generated from the engine. A difference in the behavior of the battery temperature T1 is caused by the difference in the liquid level position. The time change amount of the battery temperature T1 when the electrolytic solution level is at the
図12は、電解液面の下限位置10b近傍に配置した温度センサ6によるバッテリ温度T1計測を、バッテリ10を図6に示した状態で、一般的な普通乗用車に搭載して車両走行試験を2年間実施した結果を示す図である。
FIG. 12 shows a
図12のグラフの縦軸は、温度センサ6によって計測した液面の下限位置10b近傍のバッテリ温度T1の10分単位の温度変化(△T1)を、横軸は、車両走行試験日数を示す。温度センサ6によってバッテリ温度T1を1分に1回測定し、10分毎に、最大値と最小値の差を温度変化(△T1)を求め、結果をメモリ記憶装置(図示せず)に記録する。同時に、バッテリ液面の点検を行ない、温度変化(△T1)の挙動と、電解液面との関係を把握した。
The vertical axis of the graph of FIG. 12 indicates the temperature change (ΔT1) in units of 10 minutes of the battery temperature T1 in the vicinity of the
その結果、試験開始後515日目以降の、電解液面が下限位置10bを下回った時点で、急激に温度変化(△T1)量が増大することがわかる。本発明は、この現象を利用して液面を検知するものであり、例えば、図12に示した例において、例えば、温度変化(△T1)による液面判定基準を10℃とすることにより、温度変化(△T1)が10℃以上の場合は、液面が下限位置10bを下回ったと判定し、LED表示部5等の表示手段を用いてその旨を表示すればよい。
As a result, it can be seen that the temperature change (ΔT1) amount suddenly increases when the electrolyte solution level falls below the
電解液が十分に電解液の下限位置10bより上に有る場合は下限位置10b近傍に設けた温度センサ6によるバッテリ温度T1は電解液温度の影響を受け温度変化が緩慢になる。電解液面が下限位置10b以下になると電槽内の空気温度の影響を受け、温度変化は激しくなる。
When the electrolyte is sufficiently above the
本例では10分間の温度変化(△T1)で判定を行う例を示したが、他の時間間隔を採用してもよい。なおエンジンが停止中で、バッテリ温度T1が変化しないため、電解液面位置に関係なく、温度変化(△T1)は小さな値を取り、電解液面位置が下限位置10b以上にあると誤判定する恐れがある。従って電解液面の低下を検出した後は、この検出履歴を記憶し表示し続ける必要が有る。なお、バッテリ10内に蒸留水を補給し、液面が下限位置10b以上の位置とした場合に、表示のリセットが必要となるが、このリセット操作は、液面を点検した後に人為的に行うか、もしくは1日から2日後に再び電解液面の低下が判定されなければ、電解液面低下の表示をリセットすればよい。
In this example, the example is shown in which the determination is performed based on the temperature change (ΔT1) for 10 minutes, but other time intervals may be adopted. Note that since the engine is stopped and the battery temperature T1 does not change, the temperature change (ΔT1) takes a small value regardless of the electrolyte surface position, and it is erroneously determined that the electrolyte surface position is above the
(本発明の実施形態2)
本発明の実施形態2は、前記した実施形態1において、温度センサ6で計測した温度のデータ処理手法を変更したものである。その他は、前述の実施形態1と変わるところはない。
(
The second embodiment of the present invention is obtained by changing the data processing method of the temperature measured by the
実施形態1において、液面位置の判定のパラメータとして電解液面の下限位置10bに配置した温度センサ6によって計測したバッテリ10の温度T1の所定時間内の温度変化(△T1)を採用したが、実施形態2では、液面の下限位置10bに配置した温度センサ6によって計測したバッテリ10の温度T1の変化速度(△T1/△h,hは時間)をマイコン(図示せず)によって算出する。
In the first embodiment, the temperature change (ΔT1) within a predetermined time of the temperature T1 of the
この温度T1の変化速度(△T1/△h)を、実施形態1と同様、バッテリ10の車両走行試験中に計測した結果を図13に示す。縦軸軸は1分間のバッテリ温度T1の変化速度(△T1/△h、℃/分)を示す。横軸は車両走行試験日数を示す。図13に示したように、電解液面が下限位置10bを下回ると、バッテリ温度T1の変化速度(△T1/△h)の絶対値が急激に増大することがわかる。この現象を利用し、判定基準を例えば0.1℃/分と設定しておき、この判定基準を超えるバッテリ温度T1の変化速度(△T1/△h)が検出されたときは、LED表示部5を用いて、電解液面が下限位置10bを下回った旨の表示を行なえばよい。
FIG. 13 shows the result of measuring the change rate (ΔT1 / Δh) of the temperature T1 during the vehicle running test of the
なお、バッテリ温度T1の変化速度(△T1/△h)は、車両のエンジン停止中は、電解液の量によらず判定基準値未満、例えば、0.1℃/分未満の値となる。従って電解液面の低下を検出した後は、この検出履歴を記憶し表示し続ける必要が有る。なお、バッテリ10内に蒸留水を補給し、液面が下限位置10b以上の位置とした場合に、表示のリセットが必要となるが、このリセット操作は、液面を点検した後に人為的に行うか、もしくは1日から2日後に再び電解液面の低下が判定されなければ、電解液面低下の表示をリセットすればよい。
Note that the change rate (ΔT1 / Δh) of the battery temperature T1 is a value less than the determination reference value, for example, less than 0.1 ° C./min, regardless of the amount of the electrolyte while the vehicle engine is stopped. Therefore, after detecting the decrease in the electrolyte level, it is necessary to store and display this detection history. In addition, when distilled water is replenished in the
(実施の形態3)
図2は、本発明の実施形態3におけるバッテリ用液面検知装置4′を示す図である。バッテリ用液面検知装置4′はバッテリ正極と接続するための正極接続端子1と、バッテリ負極と接続するための負極接続端子2を有する。これらの端子によって、バッテリ用液面検知装置4′の動作用電源がバッテリから供給される。
(Embodiment 3)
FIG. 2 is a diagram showing a battery liquid
バッテリ用液面検知装置4′は、温度センサとしての温度センサ6を備え、温度センサ6とは接続リード線3を介して接続される。バッテリ用液面検知装置4′は、LED表示部5を有し、LED表示部5によって、電解液面の状態をユーザに告知する。なお、この告知手段として、LEDでなくともよく、LCDパネル等の他の表示デバイスや、電子音声、電子ブザー等の音声・音響デバイスを用いてもよい。
The battery liquid
バッテリ用液面検知装置4′には、マイコン(図示せず)、メモリ記憶装置(図示せず)、A/Dコンバータ(図示せず)が内蔵されている。 The battery liquid level detection device 4 'incorporates a microcomputer (not shown), a memory storage device (not shown), and an A / D converter (not shown).
実施形態3において、バッテリ用液面検知装置4′は、第2の温度センサとしての第2の温度センサ6′を備える。図7に示したように、温度センサ6は、実施形態1、2と同様、電解液面の下限位置10b近傍の電槽10aの外壁表面に配置し、第2の温度センサ6′は、電解液の上限位置10cより上部の電槽10aの外壁表面に固定する。
In the third embodiment, the battery liquid
図7に本発明の実施形態3における液面検知装置4′をバッテリ10に装着した状態形態を示す。バッテリ用液面検知装置4′はバッテリ10に両面テープ等で固定することができる。温度センサ6及び第2の温度センサ6′は、粘着テープ等を用いて電槽10a表面に固定できる。
FIG. 7 shows a state in which the liquid
バッテリ用液面検知装置4′を装着したバッテリ10を、一般的な普通乗用車に搭載してエンジンを始動させたときのバッテリ電圧V、液面の下限位置10bに取り付けた温度センサ6で計測したバッテリ温度T1及び液面の上限位置10cより上部に取り付けた第2の温度センサ6′で計測したバッテリ温度T2の時間変化を図10に示す。なお、バッテリ温度T1、T2は、バッテリ10内に、電解液面が、下限位置10bよりも25mmに位置する上限位置10cに電解液面を有した状態と、下限位置10bより5mm下方としたときの状態の2つの状態で計測した。
The
図10に示した結果から、第2の温度センサ6′によるバッテリ温度T2の挙動は、電解液面の位置によって影響を殆ど受けずほぼ一定である。一方、温度センサ6によるバッテリT1の挙動は、電解液面の位置によって大きく変化し、電解液面が下限位置10b未満の場合で計測したバッテリ温度T1の温度変化が、電解液面が上限位置10cの場合で計測したバッテリ温度T1の温度変化に比較して顕著に大きくなる。従って温度センサ6と第2の温度センサ6′によるバッテリ温度差(T2−T1)を監視し、この温度差(T2−T1)が0に近づくことによって、電解液面の低下を検出することができる。
From the results shown in FIG. 10, the behavior of the battery temperature T2 by the
本発明のバッテリ用液面検知装置4′を搭載したバッテリ10を、一般的な普通乗用車に搭載して走行試験を2年間実施した。その結果を図14に示す。温度測定は1分に1度の頻度で行い、温度センサ6と第2の温度センサ6′によって得られた2種のバッテリ温度の温度差(T2−T1)を求める。図14における縦軸は、温度差(T2−T1)(℃)、横軸は、車両走行試験日数である。なお、同時に、液面位置の確認を行なったところ、試験開始後515日以降は、電解液面が下限位置10bよりも下回っていた。
The
図14より、電解液面が下限位置10bを下回った時点より、温度差(T2−T1)が急激に低下していることがわかる。本実施形態では、この値の急激な低下を検知し、電解液面が下限位置10bを下回ったことを検知すればよい。
From FIG. 14, it can be seen that the temperature difference (T2-T1) is drastically reduced from the time when the electrolytic solution level falls below the
なお、実際には、温度差(T2−T1)の判定基準値を定めておき、この基準値よりも下回った時点で、LED表示部5等の告知手段により、電解液面が下限位置10bを下回った旨をユーザに告知すればよい。
Actually, a determination reference value for the temperature difference (T2-T1) is set, and when the temperature difference falls below the reference value, the electrolyte level is set to the
なお、温度差(T2−T1)の値は、エンジン停止中にも小さくなるため、電解液面が下限位置以上の正常位置にあると誤判定する場合がある。したがって、一端、電解液面が下限位置10bを下回ったことを検知した時点で、この検出履歴を記憶し表示し続ける必要が有る。なお、バッテリ10内に蒸留水を補給し、液面が下限位置10b以上の位置とした場合に、表示のリセットが必要となるが、このリセット操作は、液面を点検した後に人為的に行うか、もしくは1日から2日後に再び電解液面の低下が判定されなければ、電解液面低下の表示をリセットすればよい。もしくは、温度センサ6と第2の温度センサ6′による2つの温度T1、T2の時間変化速度が大きいエンジン始動中に限り、電解液面位置の判定を行なってもよい。
In addition, since the value of the temperature difference (T2-T1) becomes small even when the engine is stopped, it may be erroneously determined that the electrolyte surface is in a normal position that is equal to or higher than the lower limit position. Therefore, it is necessary to continue to store and display this detection history when it is detected that the electrolytic solution surface has fallen below the
(実施の形態4)
図3は、本発明の実施形態4におけるバッテリ用液面検知装置4″を示す図である。バッテリ用液面検知装置4″はバッテリ正極と接続するための正極接続端子1と、バッテリ負極と接続するための負極接続端子2を有する。これらの端子によって、バッテリ用液面検知装置4″の動作用電源がバッテリから供給される。
(Embodiment 4)
FIG. 3 is a diagram illustrating a battery liquid
バッテリ用液面検知装置4″は、温度センサとしての温度センサ6を備え、温度センサ6とは接続リード線3を介して接続される。バッテリ用液面検知装置4″は、LED表示部5を有し、LED表示部5によって、電解液面の状態をユーザに告知する。なお、この告知手段として、LEDでなくともよく、LCDパネル等の表示デバイスや、電子音声等の音声・音響デバイスを用いてもよい。
The battery liquid
バッテリ用液面検知装置4″には、マイコン(図示せず)、メモリ記憶装置(図示せず)、A/Dコンバータ(図示せず)が内蔵されている。
The battery liquid
実施形態4において、バッテリ用液面検知装置4″は、第3の温度センサとしての第3の温度センサ6″を有している。図8に示したように、温度センサ6は、実施形態1と同様、電解液面の下限位置10b近傍の電槽10a表面に配置し、第3の温度センサ6″は、バッテリ10の周囲に配置されることによって、バッテリ10の周囲温度Taと、バッテリ温度T1を計測する。
In the fourth embodiment, the battery liquid
図11に、本発明の実施の形態4のバッテリ用液面検知装置4″を装着したバッテリ10を、一般的な普通乗用車に搭載してエンジンを始動させたときのバッテリ電圧Vと、温度センサ6によって検出されたバッテリ10の液面の下限位置10bにおけるバッテリ温度T1と、第3の温度センサ6″によって得たバッテリ10の周囲温度Taの時間変化を示す。なお、周囲温度Taとバッテリ温度T1の計測は、バッテリ10内の電解液面が、下限位置10bよりも25mmに位置する上限位置10cに電解液面を有した状態と、下限位置10bよりも5mm下方としたときの状態の2つの状態で行なった。
FIG. 11 shows a battery voltage V and a temperature sensor when the
図11から明らかなように、電解液面位置に関係なく、周囲温度Taの時間変化に殆ど差は現れない。一方、電解液面が下限位置10bよりも低い位置で計測したバッテリ温度T1の変化は、電解液面が上限位置10cにある状態で計測したバッテリ温度T1の変化よりも大きい。本発明では、バッテリ温度T1と周囲温度Taとの温度差(Ta−T1)の、電解液面位置による変動を検知して、バッテリ10の液面位置を検知することができる。
As is clear from FIG. 11, there is almost no difference in the temporal change of the ambient temperature Ta regardless of the position of the electrolyte surface. On the other hand, the change in the battery temperature T1 measured at a position where the electrolyte level is lower than the
また、本実施形態では、以下の手法により、バッテリ10の電解液面位置の検出を行なうことができる。本実施形態では、バッテリ温度T1とバッテリ10の周囲温度Taを用いることによって、周囲温度Taの変化にも精度よく液面位置を検出できる。
In the present embodiment, the position of the electrolyte surface of the
本実施形態の例として、周囲温度Taを所定時間間隔で計測し、Ta値に所定値以上の温度上昇、例えば、0.5℃/分以上の温度上昇が現れたら、エンジン始動が行なわれたと判定する。その後、周囲温度Taと電解液面の下限位置10bでのバッテリ温度T1の温度の差(Ta−T1)が所定温度差、例えば10℃差に到達する間の、バッテリ温度T1の温度上昇を算出する。
As an example of this embodiment, the ambient temperature Ta is measured at predetermined time intervals, and when a temperature increase of a predetermined value or more, for example, a temperature increase of 0.5 ° C./min or more appears in the Ta value, the engine is started. judge. Thereafter, the temperature rise of the battery temperature T1 is calculated while the difference (Ta−T1) between the ambient temperature Ta and the battery temperature T1 at the
本実施形態の他の例として、周囲温度Taを所定時間間隔で計測し、Ta値に所定値以上の温度上昇、例えば、0.5℃/分以上の温度上昇が現れたら、エンジン始動が行なわれたと判定する。エンジン始動と判定した後、周囲温度Taと、バッテリ温度T1の温度差(Ta−T1)が所定温度差、例えば、10℃差に到達した時点から所定時間、例えば1分間のバッテリ温度T1の変化速度(温度T1/分)より、数1に定義される熱時定数を求め、この熱時定数より、電解液面位置を検出することができる。 As another example of the present embodiment, the ambient temperature Ta is measured at predetermined time intervals, and the engine is started when a temperature increase of a predetermined value or more, for example, a temperature increase of 0.5 ° C./min or more appears in the Ta value. It is determined that After it is determined that the engine is started, the change in the battery temperature T1 for a predetermined time, for example, 1 minute from the time when the temperature difference (Ta-T1) between the ambient temperature Ta and the battery temperature T1 reaches a predetermined temperature difference, for example, 10 ° C difference. From the speed (temperature T1 / min), the thermal time constant defined in Equation 1 is obtained, and the electrolyte surface position can be detected from this thermal time constant.
本発明の実施形態4によるバッテリ用液面検知装置4″を搭載したバッテリ10を、一般的な普通乗用車に搭載して車両走行試験を2年間実施した。その間前記したバッテリ温度T1の温度上昇と、熱時定数を求めた。なお、いずれも同一の車両走行試験において求めた値であり、試験開始515日で、電解液面が下限位置10bまで低下した。これらの結果を図15及び図16に示す。
The
図15は、縦軸を温度上昇量(℃)、横軸を車両走行日数としたものである。図16は、縦軸は熱時定数(分)、横軸を車両走行日数としたものである。電解液面が下限位置から低下することにより、温度上昇量は急激に増加し、熱時定数は急激に低下するため、それぞれの判定基準値を予め設定しておき、この判定基準値との比較によって、電解液面位置検知を行なうことができる。なお、本実施形態においても、エンジン停止中は、電解液面の誤判定が生じるため、エンジン動作中でのみ電解液面判定を行ない、エンジン停止中は、その判定結果を履歴として保持することは言うまでもない。 In FIG. 15, the vertical axis represents the temperature rise (° C.), and the horizontal axis represents the number of days traveled by the vehicle. In FIG. 16, the vertical axis represents the thermal time constant (minutes) and the horizontal axis represents the number of days traveled by the vehicle. As the electrolyte level decreases from the lower limit position, the temperature rise increases rapidly, and the thermal time constant decreases rapidly, so each criterion value is set in advance and compared with this criterion value. Thus, the electrolyte surface position can be detected. Even in the present embodiment, since the electrolyte level is erroneously determined while the engine is stopped, the electrolyte level is determined only during engine operation, and the determination result is retained as a history while the engine is stopped. Needless to say.
なお、温度上昇量による検知と、熱時定数による検知をそれぞれ単独で行なってもよく、併用してもよい。 Note that the detection based on the temperature rise amount and the detection based on the thermal time constant may be performed independently or in combination.
実施形態4では、周囲温度Taを加味するため、外気温度の季節変動によって周囲温度Taが変化した場合でも電解液面位置の精度が低下しないため、好ましい。 In the fourth embodiment, since the ambient temperature Ta is taken into account, the accuracy of the electrolyte surface position is not lowered even when the ambient temperature Ta changes due to seasonal variations in the outside air temperature, which is preferable.
上記の各実施形態において、温度センサ6、第2の温度センサ6′及び第3の温度センサ6″は、温度検知素子であればよいので、温度センサ以外の、熱電対等の温度検知素子を用いてもよい。
In each of the above embodiments, the
また、温度センサ6は電槽10aの外壁表面の電解液の下限位置10b近傍に配置するが、下限位置10bから上限位置10cの間に温度センサ6を追加的に配置してもよい。このような、場合、電解液面が上限位置10cと下限位置10bの間のどの位置にあるのかを検知でき、好ましい。
Moreover, although the
さらに、始動用鉛蓄電池では、複数セルが一体となったモノブロックタイプのものが用いられており、セル毎に液面管理の必要があるため、上記した各実施形態における温度センサ6、第2の温度センサ6′をセル毎に設けることにより、セル間の電解液ばらつきも検出でき、より好ましい。 Furthermore, in the lead storage battery for starting, a monoblock type battery in which a plurality of cells are integrated is used, and liquid level management is required for each cell. By providing the temperature sensor 6 'for each cell, it is possible to detect variations in electrolyte between cells, which is more preferable.
また、上記した各実施形態において、図4に示すように、温度センサ6及び/もしくは第2の温度センサ6′を電槽10a面に接して配置するに際し、温度センサ6及び/もしくは第2の温度センサ6′の電槽10aに接触しない側面に断熱材7を配置する。
Further, in each of the above-described embodiments, as shown in FIG. 4, when the
断熱材7により、バッテリ温度T1及び/もしくはバッテリ温度T2を、バッテリ10の周囲温度Taの影響を受けることなく、計測可能となるため、液面の検知精度をより高めることができる。また、断熱材7の電槽10aへの対向面に粘着剤を配置することにより、断熱材7を、温度センサ6及び/もしくは第2の温度センサ6′のバッテリへの固定用部材として兼用することができ、好都合である。
Since the
さらに、上記の各実施形態において、電槽10aの、温度センサ6及び/もしくは第2の温度センサ6′を部分に、電槽10aの肉厚を他の部分より薄くした薄肉部10dを形成することができる。薄肉部10dに温度センサ6及び/もしくは第2の温度センサ6′を配置することにより、電解液もしくはバッテリ内部の空間部の温度をより周囲温度Taの影響を受けにくい条件で測定できるため、好ましい。上記した本発明の各実施形態では、電解液の有無による熱容量差に基いてその位置での電解液の有無を検出するため、なるべく電解液に近接した位置で温度測定を行なうことが、液面位置を正確に検知するためにより好ましい。
Further, in each of the above-described embodiments, the thin portion 10d in which the wall thickness of the
さらに、上記の実施形態において、電槽10aに温度センサ6及び/もしくは第2の温度センサ6′がスリーブ8を介して圧入された構造とする。
Furthermore, in the above embodiment, the
この構造は、図5に示したように、温度センサ6及び/もしくは第2の温度センサ6′をスリーブ8に挿入した後、スリーブ8と温度センサ6及び/もしくは第2の温度センサ6′との間の空間に樹脂9を充填し、封止する。
As shown in FIG. 5, after the
スリーブ8を電槽10aの所定の位置に圧入する。このような構造によれば、温度センサ6及び/もしくは第2の温度センサ6′をバッテリ10内で固定できるため、バッテリ内部の電解液や、空間部の温度をより周囲温度の影響を受けにくい条件で測定することができ、液面の検知精度を高める目的において好ましい。
The sleeve 8 is press-fitted into a predetermined position of the
前記した各実施形態において、電解液が十分にある状態と下限位置10b以下の状態の比較で説明したが、各実施形態における判定基準値は、バッテリの形状や車両への搭載され方で変化する。したがって、バッテリ10の使用開始当初(使用開始から1〜2ヶ月程度)で、各判定パラメータ(温度変化(△T1)、変化速度(△1T/△h)、温度差(△T2−T1)、バッテリ温度T1の温度上昇、熱時定数)の初期値を求めこれに一定の係数を乗じて判定基準値を算出することができる。
In each of the above-described embodiments, the description has been made by comparing the state where the electrolyte is sufficiently present and the state below the
なお、バッテリ液面検知装置4,4′,4″をバッテリ10に装着した例を示したが、互いに離間した位置に設置することも、勿論可能である。
In addition, although the example which mounted | wore the
なお、温度センサ6を電槽10aの外壁表面における電解液面の下限位置近傍としたが、電解液面が下限位置以上にある状態と、下限位置未満にある状態の、バッテリ熱容量の差によって生じる温度挙動差を検出できる範囲内の近傍に設定する。実際には、下限位置10b近傍の様々な位置に温度センサ6を配置し、実際の温度計測を行うことによって、温度センサ6と下限位置10b間の距離別に各判定パラメータの判定基準値を実験によって決定付け、温度センサ6の位置を、電解液面位置の低下を十分な検出精度で得られる範囲内の下限位置10b近傍に設定すればよい。
Although the
なお、温度センサ6及び第2の温度センサ6′を電槽10aの外壁に設けた例を示したが、例えば、図17に示したように、電槽10aを覆う蓋10eより、中空の筒部10fを垂下させて設け、この筒部10fを電解液面の下限位置10b近傍に位置させた上で、筒部10f内に温度センサ6を配置してもよい。
In addition, although the example which provided the
また、第2の温度センサ6′についても同様に、蓋10eより、中空の第2の筒部10f′を垂下させて設け、この第2の筒部10f′内に第2の温度センサ6′を配置してもよい。
Similarly, for the second temperature sensor 6 ', a hollow second
以上、本発明によれば、本発明は、鉛バッテリの内部構造を大幅に変更することなく、低コストで、精度が良好な鉛バッテリの電解液の液面検知装置と、この液面検知装置を備えた鉛バッテリを提供することができるという、顕著な効果を奏する。 As described above, according to the present invention, the present invention provides a low-cost and accurate liquid level detection device for an electrolyte solution of a lead battery, without significantly changing the internal structure of the lead battery, and the liquid level detection device. It is possible to provide a lead battery provided with a remarkable effect.
本発明は、始動用鉛蓄電池をはじめとする、各種の鉛バッテリの液面検知に適用することができる。 The present invention can be applied to the liquid level detection of various lead batteries including a lead storage battery for starting.
1 正極接続端子
2 負極接続端子
3 接続リード線
4,4′,4″ バッテリ用液面検知装置
5 LED表示部
6 温度センサ
6′ 第2の温度センサ
6″ 第3の温度センサ
7 断熱材
8 スリーブ
9 樹脂
10 バッテリ
10a 電槽
10b 下限位置
10c 上限位置
10d 薄肉部
10e 蓋
10f 筒部
10f′第2の筒部
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- 2007-04-09 JP JP2007101517A patent/JP2008258089A/en active Pending
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