JP2916101B2 - 電気化学式電池の充電状態測定装置 - Google Patents

電気化学式電池の充電状態測定装置

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JP2916101B2
JP2916101B2 JP7157797A JP15779795A JP2916101B2 JP 2916101 B2 JP2916101 B2 JP 2916101B2 JP 7157797 A JP7157797 A JP 7157797A JP 15779795 A JP15779795 A JP 15779795A JP 2916101 B2 JP2916101 B2 JP 2916101B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明の利用分野は、たとえば蓄
電池や蓄電池列で構成された電気化学式電池の充電状態
を示すことができる装置の分野である。蓄電池列とは、
直列に接続された蓄電池の複数のセルから構成される集
合体を意味する。
【0002】
【従来の技術】たとえばAhで表される放電量に応じて
変化する蓄電池の電圧は通常の範囲では、あまり大きな
変化を示さない。したがって、単純に端子部分で電圧を
測定するだけでこの蓄電池の充電状態を決定するのは不
可能である。
【0003】フランス特許出願第2,685,780号
には、特に電気化学式電池にパルスを加え、このパルス
に対する応答を観察してその充電状態を推定するという
タイプの電気化学式電池の充電状態測定法が記載されて
いる。この方法は、 − 公称電圧より低い値の電圧パルスを加えて、電気化
学式電池に、電池がその充電状態に応じた内部インピー
ダンスの一義的特性を示すような値の放電電流を流させ
る段階と、 − この放電電流を測定して、電気化学式電池の充電状
態を推定する段階とからなる。
【0004】図1は、この方法を利用した装置の実施例
を示している。
【0005】この装置は、蓄電池10の充電状態を測定
する機能を有す。制御信号Veが演算増幅器11の反転
入力に送られ、この増幅器の非反転入力は、蓄電池10
の正電極に接続されている。蓄電池32の負電極はアー
スに接続されている。演算増幅器11の出力は、一方は
保護用ダイオード12のカソードに接続されており、も
う一方は、ここではトランジスタで構成されている切換
手段13のベースに接続されている。なお、保護用ダイ
オード12のアノードはアースに接続されている。トラ
ンジスタ13のエミッタは、トランジスタ13が飽和状
態にある場合には電流Iが通る分流抵抗器14を介して
アースに接続され、そのコレクタは、演算増幅器11の
非反転入力に接続されている。エミッタはまた、蓄電池
10の充電状態インジケータ16とともに作動する抵抗
器14の端子で電圧処理装置15に接続されている。
【0006】この装置の動作について、電流I及び電圧
Veの2つの時間変化を示す図2を参照して説明する。
【0007】制御信号Veは、蓄電池10の充電状態を
推定できるいかなるパルスも発生していない場合には、
Vbと記されている蓄電池10の電圧より高い電圧Vc
を有する。したがって、演算増幅器11の出力電圧は0
あるいは負となる。トランジスタ13はブロックされ、
いかなる電流も分流抵抗器14を通らない。こうした状
態は、充電状態測定システムの休止状態に相当する。
【0008】時間t0で、信号Veは放電電圧Vdを通
る。制御信号のこうした急激な変化は、蓄電池10の充
電状態の測定を可能にするための持続時間Tの静電位パ
ルスに対応する。このとき、増幅器11の出力電圧はV
d(電圧降下を別として)、すなわち、Vbより低い電
圧になる。同時に、蓄電池10の端子における電圧はV
dに等しくなり、大きな電流が分流抵抗器14を流れ
る。Ioと記されたこの電流は、蓄電池10が有するア
ドミタンスと同じ方向に変化する。
【0009】図2の時間変化図I=f(t)は、分流抵
抗器14を流れる電流Iの推移を示している。時間t0
で、パルス放電がピークを示し、その後Ioの値で安定
する。この電流Ioは、たとえば、小容量のニッケル−
カドミウム蓄電池についておよそ15Aというように、
非常に大きくなることもある。装置15による電流Io
の測定は、蓄電池10の充電状態を決定するとともに、
インジケータ16における充電状態の表示も可能にす
る。装置15は、アドミタンスあるいは蓄電池10のイ
ンピーダンスを決定することもできる。パルスの持続時
間Δtは、パルスの開始から時間的に隔たった瞬間にI
oの測定を行うことができるように、十分長いものであ
ることが好ましい。実際に、パルスの開始時の電流Io
の変化は大きく、ポイントAにおけるIoの測定は、好
ましくは、制御信号Veが再びVcを通り、その結果充
電状態が終了する時間t0+ΔTの直前の瞬間に位置す
るポイントBで行われる測定ほど正確ではないことにな
る。測定の瞬間は、抵抗器14の端子での電圧が測定さ
れる瞬間に相当する。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】このタイプの装置は、
小型のNi−Cdタイプの電池についてはすぐれた結果
をもたらした。実際に、信号のダイナミックスは相当な
ものであり、再現性も十分であった。反対に、同じサイ
ズのNi−MHタイプの電池あるいは1.3 AhVECS
型の電池への利用には十分でないことがわかった。なぜ
なら、残留容量に応じて流れる電流特性は、図3に示さ
れているように、水平部分をもつ曲線を示すからであ
る。
【0011】図3は、容量1300mAのVECS型Ni−
Cd電池5個で構成された蓄電池列によって流れる電流
I(アンペアで表される)の残留容量Cr(mAhで表
される)に応じた特性30を示している。
【0012】公称電圧の30ないし80%の充電状態に
ついて、この特性30は、水平部分をもつ曲線を示すこ
とから、この間隔で充電状態を測ることは難しいことが
わかる。理想的な特性は直線31で示されており、充電
状態の理想的な測定は、テストされる蓄電池の特性I=
f(Cr)がこの直線31にできるだけ近いことを前提
としている。特性30の推移は、テストされる蓄電池の
なかにあるノイズ抵抗に起因しており、この寄生抵抗は
図4に示されている。
【0013】図4は、電気化学式電池10の等価回路を
示す。この等価回路は、電圧源Uと電気化学式電池の充
電状態に応じた内部抵抗Riと寄生抵抗Rpを直列に含
んでいる。寄生抵抗Rpは図3の水平部分の原因であ
り、電池の構成やその電気化学対の性質や電池間連結
(直列に接続された蓄電池列の場合)などのパラメータ
を備えている。
【0014】本発明の目的は特に、電気化学式電池の充
電状態測定装置を提案することにより、こうした欠点を
解消することにある。この装置は、テストされる電池の
寄生抵抗を補償する上記の方法を実施するものである。
【0015】
【課題を解決するための手段】この目的及び後述する他
の目的は、寄生抵抗を持つ電気化学式電池の充電状態測
定装置によって達成される。この装置は、 − 電気化学式電池から放電電流が流れるように公称電
圧より低い基準電圧を電気化学式電池に加える手段と、 − 電気化学式電池の充電状態の表示を行う放電電流測
定手段とを備えている。
【0016】この装置はまた放電電流に応じた基準電圧
の補償手段も備えており、これらの補償手段は、寄生抵
抗を補償するように補償の基準電圧を与える。
【0017】好ましい実施例においては、補償手段は、 Vs=Vd+Rp.Io に等しい補償基準電圧をもたらす演算増幅器を備えてい
る。この式において、Vdは電気化学式電池の公称電圧
より低い電圧、Rpは寄生抵抗、Ioは放電電流を示し
ている。
【0018】
【実施例】本発明のその他の特徴は、添付の図面を参照
しながら、以下の好ましい実施例に関する説明を読めば
明らかになろう。
【0019】図1から4までについては、従来技術に関
してすでに説明した。図5は、本発明による装置の好ま
しい実施例を示す図である。この装置は、制御信号Ve
が正のパルスであり、反転段50が演算増幅器11の前
に置かれているという違いを別にすれば、先の例と同じ
ように動作する。
【0020】この装置は、電気化学式電池10に基準電
圧を加えるための手段が、電池10が有する寄生抵抗の
補償手段を備えているという点で、図1の装置と異な
る。これらの補償手段には総括的に50という参照番号
がつけられているが、ここでは演算増幅器51の周囲に
設置された総計及び反転器という形をとっている。抵抗
Rgは増幅器51のゲインを定める。基準電圧Veは入
力抵抗Reの先端に加えられ、Rs.Ioに等しい補償
電圧は補償抵抗Rcの先端に加えられる。電流Ioは電
池10の放電電流である。抵抗Rcは、処理装置15に
よって電流Ioの測定が妨害されないように大きな値を
有している。補償手段50の出力電圧はVs=−Rg.
(Ve/Re+Rs.Io/Rc)に等しい。この電圧
は、演算増幅器11の反転入力に加えられ、補償の基準
電圧を構成する。
【0021】(Rg.Rs)/Rcの値は、補償したい
と考えている寄生抵抗Rpの補償に対応する。このよう
に、Rcの値は(Rg.Rs)/Rpに等しくなる。す
なわち寄生抵抗Rpに反比例しなければならない。標準
化することによって、振幅の静電位パルスVs=Vd+
Rp.Ioが得られる。
【0022】ここで行われる補償は正のフィードバック
からなるので、寄生抵抗が補償され過ぎないように注意
しなければならない。さもなければ充電状態の測定装置
は不安定になる。さらに、この正のフィードバックによ
って、装置は、入力パルスが消滅するまで電位を少しづ
つ増やそうとする傾向をもつであろう。実際には、この
場合パルスの持続時間ΔTは短いので問題にはならな
い。
【0023】測定装置の温度の補償も行うと有利であ
る。こうした温度補償は、CTPタイプの抵抗を補償用
抵抗Rcと直列に、場合によってはこの抵抗CTPの特
性の調整用抵抗と平行に置くことからなる。
【0024】基準電圧を加えたときに得られる電流のピ
ークを排除するため、積分器を形成するように抵抗Rg
と平行にコンデンサCを置くと有利である。
【0025】トランジスタ13は、他の何らかの切換手
段、たとえばMOSFETパワートランジスタで置き換
えることができる。
【0026】図6は、VECSタイプの5個の蓄電池列
の特性I=f(Cr)を示している。この特性は本発明
の補償装置を使って、続いて補償装置なしに測定され
た。電池は直列に接続され、SAFTマークのもので、
公称容量は1.3 Ahである。補償抵抗Rsはここでは1
0kΩの値をもっている。
【0027】目盛りは図3と同じであり、特性60は図
3の特性30に対応する。ここではいかなる補償も行わ
れない。また本発明の装置を使用して、特性61を得る
ことができる。この特性は水平部分をもつ曲線ではな
く、直線に近くなる。その結果、充電状態の測定が大幅
に容易になる。
【図面の簡単な説明】
【図1】フランス特許出願第2,685,780号に記
載されているような電気化学式電池の充電状態の測定装
置の実施例を示す図である。
【図2】図1の装置で測定される信号の時間変化図であ
る。
【図3】電気化学式電池から流れる電流の残留容量に応
じた特性を示す図である。
【図4】寄生抵抗を表す電気化学式電池の等価回路であ
る。
【図5】本発明による装置の好ましい実施例を示す図で
ある。
【図6】VECSタイプの5個の蓄電池列の特性I=f
(Cr)を示す図である。
【符号の説明】
10 蓄電池 11 演算増幅器 12 保護ダイオード 13 切換トランジスタ 14 分流抵抗器 15 電圧処理装置 16 インジケータ 50 反転段
フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) H01M 10/42 - 10/48 G01R 31/36 H02J 7/00 - 7/12

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 寄生抵抗(Rp)を備えた電気化学式電
    池(10)の充電状態の測定装置であって、 − 前記電気化学式電池(10)から放電電流(Io)
    が流れるように、公称電圧(Vb)より低い基準電圧
    (Vd)を前記電気化学式電池に加えるための手段(1
    1、13)と − 前記電気化学式電池(10)の充電状態を表示する
    前記放電電流(Io)の測定手段(15)とを備えてお
    り、 さらに、前記放電電流(Io)に応じた前記基準電圧
    (Vd)の補償手段(50)を備えており、前記補償手
    段(50)が前記寄生抵抗(Rp)を補償する補償基準
    電圧(Vs)を与えることを特徴とする装置。
  2. 【請求項2】 前記補償手段が、Vs=Vd+Rp.I
    oに等しい補償基準電圧(Vs)を出力する演算増幅器
    (51)を備えており、前記式において、Vdは前記電
    気化学式電池(10)の前記公称電圧(Vb)より低い
    電圧を表し、Rpは前記寄生抵抗を表し、Ioは前記放
    電電流を表すことを特徴とする請求項1に記載の装置。
JP7157797A 1994-06-24 1995-06-23 電気化学式電池の充電状態測定装置 Expired - Lifetime JP2916101B2 (ja)

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FR9407806A FR2721715B1 (fr) 1994-06-24 1994-06-24 Dispositif de mesure de l'état de charge d'un générateur électrochimique.
FR9407806 1994-06-24

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPH0850931A JPH0850931A (ja) 1996-02-20
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FI953088A (fi) 1995-12-25
FR2721715B1 (fr) 1996-08-23
CA2152531A1 (fr) 1995-12-25
FI953088A0 (fi) 1995-06-21
EP0689061A1 (fr) 1995-12-27
US5519304A (en) 1996-05-21
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