JP2651214B2 - バッテリーの充電状態検出器 - Google Patents

バッテリーの充電状態検出器

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JP2651214B2
JP2651214B2 JP63261146A JP26114688A JP2651214B2 JP 2651214 B2 JP2651214 B2 JP 2651214B2 JP 63261146 A JP63261146 A JP 63261146A JP 26114688 A JP26114688 A JP 26114688A JP 2651214 B2 JP2651214 B2 JP 2651214B2
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  • Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
  • Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)
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Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、車載されたバッテリーの実働状態において
バッテリーの充電状態を直接測定するための充電状態検
出器に関する。
[従来の技術] バッテリーは、充電された状態では電解液の比重が大
きく、放電が進む程小さくなっていく。ここで、比重と
屈折率とは比例しているので電解液の屈折率を測定すれ
ばバッテリーの充電状態が検出できる。
従来この屈折率を測定する検出器としてつぎに挙げる
ものがある。
(ア)第6図に示す如く、光源100と、感光素子110と、
前記光源100から感光素子110に至る入射光120、反射光1
30の形成する光軸の界面への入射角度を、透明合成樹脂
140とガラス150とからなる光透過性物質160より流体へ
の臨界角以下の一定角度に設定するとともに、光路を反
対方向でほぼ平行にする光反射鏡170を備える検出器
(特公昭56−37498号) (イ)第7図に示す如く、被測定液200中に配された三
角プリズム210(ガラス)および台形プリズム220(ポリ
スチレン)と、第1光源230、第2光源240および第1光
電変換器250、第2光電変換器260と、各々を接続する光
導体と、第1、第2光電変換器250、260に接続される減
算器270と、表示手段280とを備える検出器(特願昭57−
84337号)。
[発明が解決しようとする課題] しかるに、従来の検出器では、つぎのような欠点があ
る。
上記(ア)では、光透過性物質(固体)の屈折率の温
度係数が−1×10-6/℃に対し、被測定液の屈折率の温
度係数が−2×10-4/℃〜−6×10-4/℃であるので、温
度が変化すると界面での臨界角が変わり、測定誤差が生
じる。
上記(イ)では、温度による誤差は補正できるが、プ
リズムを2個使うので検出器の大型化を招き、かつ、温
度補正をするための複雑な計算を行う必要が有り、製造
するための手間やコストがかかる。
本発明の目的は、低価格で小型、かつ、温度変化に対
し誤差が少なく、製造が容易で、バッテリーの実働状態
での常時監視が可能な充電状態検出器の提供にある。
[課題を解決するための手段] 上記目的の達成のため本発明は、バッテリーの電解液
中に晒され、該電解液より屈折率の高い透光体容器と、
該容器内に封入され、前記電解液より屈折率の高い封入
液体と、該封入液体中に配された発光素子および少なく
とも一つの受光素子と、前記容器内に配された遮光体と
を備え、前記発光素子、受光素子、遮光体の取り付け位
置、および容器の形状は、前記発光素子からの放射光
は、前記封入液体中を進行し、前記遮光体により、検出
したい電気量のときの電解液と封入液体とで決まる臨界
角以下の光とされ、容器壁と電解液との境界面で反射
し、再び封入液体中を進行して受光素子に入射するよう
設定され、前記受光素子の取付け位置は、前記境界面と
受光素子との反射角が、検出したい電気量のときの、封
入液体と電解液とにより決まる臨界角にほぼ等しくなる
ように設定されたことを技術的手段とする。
[作用および発明の効果] 本発明は、つぎの作用および効果を有する。
発光素子からの放射光は、封入液体中を進行し、遮光
体により、検出したい電気量のときの電解液と封入液体
とで決まる臨界角以下の光とされ、透光体容器壁と電解
液との境界面で反射し、再び封入液体中を進行して受光
素子に入射するよう設定される。また、受光素子の取付
け位置は、境界面と受光素子との反射角が、検出したい
電気量のときの封入液体と電解液とにより決まる臨界角
にほぼ等しくなるように設定されいる。このため、バッ
テリーが十分充電されている時は、電解液の比重が重く
(電解液の屈折率が高くなる)、全反射を起こす臨界角
が大きくなり、発光素子からの放射光は電解液中に出て
しまい、受光素子に入射せず、バッテリーが過放電とな
り電解液の比重が低下(電解液の屈折率が低くなる)し
たり、電解液が蒸発により減少して空気に置き換わった
りすると入射角が臨界角以上となるので受光素子に入射
するようになる。よって、電解液量およびその比重(電
気量を含む)のバッテリーの実働状態での常時監視が可
能である。
透光体容器の側面を境界面として使っている。また、
遮光体を前記容器内に配し、該遮光体により検出したい
電気量のときの電解液と封入液体とで決まる臨界角以下
の光とされている。このため、検出したい電気量のとき
の境界面の臨界角の調整は遮光板と、発光素子および受
光素子との位置関係を変えることにより行える。よっ
て、透光体容器の精密な加工を必要としないので、製造
が容易で、かつ、製造コストが低減できる。
透光体容器の封入液体は、電解液の温度変化に従い、
ほぼ同温度となる。そのため、封入液体と電解液の各屈
折率はほぼ同様に変化する(臨界角はほぼ一定)。ここ
で、封入液体と電解液との温度変化による臨界角の変化
は、容器壁が薄い場合ほとんど無視できる。よって、温
度が変化しても臨界角がほぼ一定のため、高精度に充電
状態が検出できる。
臨界角を検出する透光体容器は一つで、封入液体、発
光素子、受光素子、遮光体は容器内に入れられている。
このため、検出器は小型に製造できる。
遮光体を容器内に配し、該遮光体により検出したい電
気量のときの電解液と封入液体とで決まる臨界角以下の
光を、容器壁と電解液との境界面の臨界角の変化の検出
に使用している。このため、余分な光が受光素子に入射
しないので分解能が良い。
[実施例] つぎに本発明を第1図ないし第5図に示す一実施例に
基づき説明する。
本発明のバッテリーの充電状態検出器Aは、第1図に
示す如く、バッテリー1の希硫酸11中に晒され、該希硫
酸11より屈折率の高いエポキシ樹脂管2と、該エポキシ
樹脂管2内に封入され前記希硫酸11より屈折率の高いシ
リコンオイル3と、前記エポキシ樹脂管2内に差込まれ
た取付基板4に配設された発光ダイオード5およびホト
トランジスタ6、7と、前記エポキシ樹脂管2内に配さ
れた遮光体8とを備えている。また、バッテリー1の電
槽12の上面に形成された注入穴13に螺合された絶縁筒ハ
ウジング9は、前記エポキシ樹脂管2を内嵌している。
バッテリー1は、車載されている起電力12Vの鉛電池
で、電解液として希硫酸11(放電状態時、屈折率は1.34
程度)が入れられている。
有底エポキシ樹脂管2は、透光性を有し、屈折率が1.
55である。また、下端は閉じられ、上端は開口されてい
る。この上端の外周は、前記ハウジング9の内周に接着
剤21で固着されている。
シリコンオイル3は、屈折率が1.55であり、前記有底
エポキシ樹脂管2内に隙間なく封入されている。またそ
のシリコンオイル3側から見た全反射を起こす入射角の
最小値である臨界角は約60゜である。
取付基板4は、平板状の樹脂で形成され、前記エポキ
シ樹脂管2の管壁面から基板表面までの距離がどこでも
同じになるように配置されている。また、この基板4
は、前記希硫酸11が設定の屈折率になったときに前記ホ
トトランジスタ6または7に入射するように調整可能と
なっている。この調整は、前記遮光体8のスライド溝81
中(第5図参照)を長手方向に移動させて行う。
発光ダイオード5は、GaAsタイプで赤外光51を放射
し、前記取付基板4の下方に配されている。また、第2
図に示す如く、抵抗52を介し電源(図示せず)に接続さ
れている。
ホトトランジスタ6は、第2図に示す如く、npn2極シ
リコンタイプで、取付基板4の中央位置に配され、この
位置はバッテリー1がやや放電ぎみとなると赤外光51が
入射する部位である。ここでメータ71への出力は、前記
電源と接続されている直列の抵抗61、62、63のうち、抵
抗62の電位を入力している。赤外光51がホトトランジス
タ6のみに入射する場合には第3図に示す如く、抵抗62
の電位は低減されて出力64となる。
ホトトランジスタ7は、6と同様のタイプで、6より
やや下方の取付基板4上に配され、バッテリー1が過放
電の場合や希硫酸11が減少した場合に、赤外光51が入射
する部位に配されている。ここで、赤外光51がホトトラ
ンジスタ7に入射する(ホトトランジスタ6にも入射し
ている)と、さらに低減された出力65となる。また、メ
ータ71の表示板には緑72、黄73、赤74の各ゾーンが表示
されている。
遮光体8は、第4図に示す如く、光を遮光し、吸収す
る黒色樹脂で形成され、断面略長方形の有底の筒状を呈
している。この遮光体8の先端部は小径で後端部は大径
となっている。先端部は前記樹脂管2の内底と当接し、
後端部は樹脂管2の開口に嵌められている。この遮光体
8は、検出したい電気量のときの電解液と封入液体とで
決まる臨界角以下の光を通す窓82および反射光を取り入
れる窓83があけられている。また、窓82は、発光ダイオ
ード5からの赤外光51を、検出したい電気量のときの電
解液と封入液体とで決まる臨界角以下の光に制限するの
みならず、ホトトランジスタ6および7が臨界角を検出
する際、検出したい電気量のときの電解液と封入液体と
で決まる臨界角以下の光であっても検出に必要ない方向
への光の拡散を防ぐように最低限の面積とされている。
また、ホトトランジスタ6と7が、各々光路に対して、
必要とする長手方向への開口部位が異なるので穿設位置
がずらしてある。
絶縁筒ハウジング9は、略円筒状を呈し、プラスチッ
クで形成され、上方は径大となり段部91が形成され、下
方には樹脂管2を取り囲むように遮光パイプが92が配設
されている。この段部91には、前記遮光体8を固着した
封止用樹脂93が液密的に係着され、この樹脂93には前記
取付基板4が、位置調整終了後液密的に固着される。ま
た、ハウジング9の上方開口には、前記基板4上の発光
ダイオード5、ホトトランジスタ6、7からの電極(図
示せず)を取り出すコネクタ94が嵌められている。
本実施例のバッテリーの充電状態検出器Aは、つぎの
作用および効果を有する。
(カ)バッテリーの充電状態検出器Aは、希硫酸11の量
および比重(電気量も含む)を光の臨界角を使って検出
している。このためこれらを、バッテリー1の実働状態
で常時監視が可能である。
(キ)エポキシ樹脂管2の側面で、希硫酸11とシリコン
オイル3との臨界角を検出している。また、遮光体8を
樹脂管2内に配し、窓82、83以外の部位により遮光して
いる。このため、検出したい電気量のときの境界面の臨
界角の調整は遮光体8を溝81中を上下に移動することに
より行える。よって、樹脂管2は精密な加工が必要でな
く、製造が容易であるので、検出器の製造コストは安価
となる。
(ク)樹脂管2内のシリコンオイル3は、希硫酸11の温
度が変化すると、ほぼ同温度に変化する。このため、温
度が変化しても、臨界角はほとんど変化しなく、樹脂管
2の管壁は薄いので、検出器Aは高精度に充電状態が検
出できる。
(ケ)臨界角を検出する樹脂管2は一つで良く、シリコ
ンオイル3、発光ダイオード5、ホトトランジスタ6、
7、抵抗52、61、62、63の配設された取付基板4、遮光
体8を樹脂管2内に収めている。このため、検出器Aは
小型となり、既存のバッテリー1を改造することなく、
液栓を外し注入穴13に螺着するだけで装着できる。
(コ)窓82は、発光ダイオード5からの赤外光51を、検
出したい電気量のときの電解液と封入液体とで決まる臨
界角以下の光に制限するのみならず、ホトトランジスタ
6および7が臨界角を検出する際、検出したい電気量の
ときの電解液と封入液体とで決まる臨界角以下の功であ
っても検出に必要ない方向への光の拡散を防ぐように最
低限の面積とされている。また、ホトトランジスタ6と
7が、各々光路に対して、必要とする長手方向への開口
部位が異なるので穿設位置がずらしてある。このため、
シリコンオイル3、樹脂管2、希硫酸11および遮光パイ
プ92からの光の散乱が起き難く、検出器の分解能が上が
る。
(サ)ホトトランジスタ6、7を使用しているので、感
度が高く、光が入射すればコレクターエミッタ間は略導
通状態となり、第3図に示す如く、階段状の出力が得ら
れ、さらに、この出力を色分けした表示板をもったメー
タ71に繋いでいる。このため、メータ71によりバッテリ
ー1の充電状態が一目で分かる。
本発明は、上記実施例以外に次の実施態様を含む。
a.遮光体容器は、有底エポキシ樹脂管2以外に希硫酸11
より屈折率が高く、希硫酸11に冒されないものであれば
良く、例えば有底ガラス管、有底アクリル樹脂管でも良
い。
b.ホトトランジスタ6、7に接続される、第2図に示す
回路が一例であり、メータ71を振らせる電圧は放電が進
むに従い高くなる回路であっても良い。また、メータ71
の代わりに制御装置を繋いでも良い。
【図面の簡単な説明】
第1図〜第5図は本発明の一実施例を示す。 第1図はバッテリーの注入穴に取り付けたバッテリーの
充電状態検出器の断面図、第2図はその検出器の取付基
板部分の電気配線図、第3図はその検出器が配設されて
いるバッテリーの放電度合とメータ電圧とのグラフ、第
4図はその検出器の遮光体部分の要部を示す平面図、第
5図はその上面図である。 第6図および第7図は従来の検出器を示す原理図であ
る。 図中 1……バッテリー、2……有底エポキシ樹脂管
(遮光体容器)、3……シリコンオイル(封入液体)、
5……発光ダイオード(発光素子)、6、7……ホトト
ランジスタ(受光素子)、8……遮光体、51……赤外光
(放射光)、A……バッテリーの充電状態検出器
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭49−44241(JP,A) 特開 昭63−301470(JP,A) 特開 昭57−210577(JP,A) 特開 昭53−139560(JP,A) 特開 昭60−37679(JP,A) 実開 昭63−35952(JP,U) 実開 昭57−41440(JP,U) 実開 昭53−159527(JP,U) 実開 昭57−84337(JP,U) 特公 昭56−37498(JP,B1)

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】バッテリーの電解液中に晒され、該電解液
    より屈折率の高い透光体容器と、 該容器内に封入され、前記電解液より屈折率の高い封入
    液体と、 該封入液体中に配された発光素子および少なくとも一つ
    の受光素子と、 前記容器内に配された遮光体とを備え、 前記発光素子、受光素子、遮光体の取り付け位置、およ
    び容器の形状は、 前記発光素子からの放射光は、前記封入液体中を進行
    し、前記遮光体により、検出したい電気量のときの電解
    液と封入液体とで決まる臨界角以下の光とされ、容器壁
    と電解液との境界面で反射し、再び封入液体中を進行し
    て受光素子に入射するよう設定され、 前記受光素子の取付け位置は、前記境界面と受光素子と
    の反射角が、検出したい電気量のときの、封入液体と電
    解液とにより決まる臨界角にほぼ等しくなるように設定
    されたバッテリーの充電状態検出器。
JP63261146A 1988-10-17 1988-10-17 バッテリーの充電状態検出器 Expired - Lifetime JP2651214B2 (ja)

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