JP3109071B2 - 蓄電池残存容量計測装置 - Google Patents

蓄電池残存容量計測装置

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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、蓄電池の残存容量を計測する装置に係り、
特に電動車輌等において蓄電池を2個以上直列に接続し
て使用する場合に、個々の蓄電池の残存容量を計測する
ための蓄電池残存容量計測装置に関するものである。
〔従来の技術〕
従来、蓄電池の残存容量を計測するためには、その端
子電圧や電解液の比重の測定を行って残存容量を推定し
たり、または一定電圧に低下するまで定電流放電を行っ
てその際の放電量から換算して求めたりする方法が行わ
れている。更に、簡易的には、一時的に大電流で放電さ
せてそのときの電圧降下量を測定し、これによって蓄電
池の内部インピーダンスを求めて残存容量を推定する方
法もある。
このような従来の蓄電池の残存容量計測方法は、理想
的な状態すなわち新品であって、不良箇所がなく正常な
蓄電池であれば、計測の確度もある程度高くなるが、劣
化が始まった蓄電池の場合や製造時の品質のバラツキが
ある場合にはその確度は低くなり、蓄電池の残存容量を
正しく知ることは困難である。
そこで、充電された蓄電池を定電流で所定の終止電圧
に達するまで放電させ、その際の放電時間を計測するこ
とによって、蓄電池の残存容量を正確に計測する方法が
考えられる。
第6図は、このような従来の蓄電池残存容量計測装置
の構成を示したものであって、図示のように非試験蓄電
池1に対し、スタートスイッチ2,定電流負荷部3,安定化
電源部4,放電量選択部5,警報部6,リレードライバ7及び
時間計測部8を備えて構成されている。
ここで定電流負荷部3は、第6図に示すように負荷抵
抗31,直列制御部32及びシャント抵抗33を直列に接続し
てなる放電路を備え、シャント抵抗33の電圧降下と基準
電圧部35の基準電圧VS1とを比較器34によって比較して
直列制御部32用の制御信号を出力することによって、被
試験蓄電池1を電源として定電流放電を行う定電圧を発
生し各部に供給する。
放電量選択部5は、複数の基準電圧すなわち一方の基
準電圧部51の発生する基準電圧VS2,他方の基準電圧部52
の発生する基準電圧VS3から、切替スイッチ54を経て選
択された基準電圧と蓄電池電圧とを比較器53によって比
較して所定放電量に対する蓄電池の放電未了を判定する
出力を発生する。
リレードライバ7は、放電量選択部5の出力に応じて
リレーを動作させて、その接点ry1の閉成によって蓄電
池1を放電路に接続する。
警報部6は、放電量選択部5の出力停止によって警報
器62から警報を発生し、放電量選択部5の出力を遅延回
路61を経て遅延した出力の停止によって警報を停止する
とともに、リレードライバ7の動作を停止する。
時間計測部8は、蓄電池1の放電開始によってリセッ
ト回路82によってカウンタ部81をリセットされ、蓄電池
1の放電電圧を与えられて放電時間を計測する。
第6図の装置は、接点ry1に並列に接続されたスター
トスイッチ2を押下したときに生じる、リレードライバ
7の自己保持動作によって、蓄電池1を定電流放電状態
とする。以後、蓄電池1の電圧低下によってリレードラ
イバ7の動作が停止し接点ry1が開放されるまで放電が
継続して行われ、カウンタ部81によってこの間の放電時
間が計測されるようになっている。
このように、第6図の装置によれば、被試験蓄電池1
の残存容量を正確に計測することができる。
一方、電動車輌等においては容量や発生電圧の関係か
ら、複数個の蓄電池を直列に接続して使用する方法が一
般に用いられている。
このように直列に接続した状態で充放電を繰り返して
使用される蓄電池では、使用中に劣化を生じることによ
って、個々の蓄電池の容量や特性にアンバランスを生じ
ることが多い。
このような状態で使用を継続すると、容量や特性が変
化した蓄電池は、さらに急速に劣化するだけでなく、直
列に接続されている他の良好な蓄電池も充電不足や過放
電等によって同時に劣化させることになる。
これに対しては、直列に接続されている個々の蓄電池
をそれぞれ単独に別の蓄電池1個用の充電器で補充電し
てやればよい。しかしながら、これにはそのための専用
の充電器を必要とし、費用がかかる。
別の方法としては、専用充電器で全体を一括して自動
的に充電終了させたものを、再度過充電ぎみに充電を行
って充電不足の蓄電池を補充電する方法もある。
この場合は、直列に接続されている他の蓄電池は著し
く過充電となって、新たな劣化の原因を作り出すことに
なる。
そこで、直列接続されている複数個の蓄電池を充電す
るための専用充電器を使用して、1個だけの蓄電池に対
する充電を行い得るようにすることが必要になる。
第7図は、このような従来の充電制御装置の構成を示
したものであって、図示のように被充電蓄電池13に対し
て、蓄電池電圧検出部14,比較部15,電子負荷部16を備え
て構成されている。
ここで、電子負荷部16は、固定値の抵抗を有する固定
負荷部18と、内部抵抗値が可変の直列制御部17とを直列
に接続することによって構成される。
蓄電池電圧検出部14は、被充電蓄電池13の正極の電圧
と負極の電圧との差を求めることによって、被充電蓄電
池13の端子電圧VB′を検出する。
比較部15は、検出された端子電圧VB′と電子負荷部16
の電圧降下VEとの誤差電圧を検出する。
そして、(n+1)個(n=1,2,3,…)の蓄電池を直
列に充電する充電器12に対して、被充電蓄電池13と電子
負荷部16とを直列に接続し、比較部15の検出信号によっ
て直列制御部17の内部抵抗値を制御し、これによって、
電子負荷部16の電圧降下が被充電蓄電池13の端子電圧の
n倍になるようにする。
第7図の装置では、被充電蓄電池13と電子負荷部16の
両者の負担する電圧が所定の比率になるように自動的に
制御が行われているので、複数個の蓄電池を直列にして
充電する専用充電器を使用して、1個の蓄電池に対する
充電を行うことができる。
ところで、電動車輌等の電源である直列接続された蓄
電池における個々の蓄電池の残存容量の計測を行う場合
には、個々の蓄電池を完全充電したのちに放電試験を行
って残存容量の計測を行うことが必要であり、そのため
第6図の装置と第7図の装置とを結合した蓄電池残存容
量計測装置が必要になる。
第8図は従来の充電制御装置を有する蓄電池残存容量
計測装置の構成をブロック図によって示したものであっ
て、第6図および第7図におけると同じ部分を同じ番号
で示している。
第8図において、放電量計測部Aは第6図に示された
蓄電池残存容量計測装置に対応して、補充電部Bは第7
図に示された充電制御装置に対応している。共通部Cに
は、蓄電池1の放電と蓄電池13の充電とを同時に行う場
合の各部(特に定電流負荷部3,電子負荷部16)の発熱量
の増大に対応して、装置の小型化のため強制冷却を行う
ファン10が設けられている。ファン10はダイオードD1を
経て被試験蓄電池1側に、ダイオードD2および抵抗R0
経て充電器12側に接続されることによって、充放電時兼
用に使用されるようになっている。
〔発明が解決しようとする課題〕
第8図に示された従来の装置においては、ファン10は
補充電部Bの側へ常時接続されている。そのため、被充
電蓄電池13の充電が終了し充電器12が停止しても、ファ
ン10は動作し続ける。また、ファン10は、定電流負荷部
3と独立に動作し、その消費電流は被試験蓄電池1に対
して有効な負荷とならない。
〔発明の目的〕
本発明の目的は、かかる従来例の有する不都合を改善
し、被充電蓄電池の充電終了後は充電器側からのファン
への電源供給を停止せしめ、また、ファンの消費電流が
被試験蓄電池の有効な負荷となるような蓄電池残存容量
計測装置を提供することを、その目的とする。
〔課題を解決するための手段〕
このような従来技術の課題を解決するため、本発明で
は、蓄電池の放電電流を計測し基準値との比較結果によ
って定電流で放電させる定電流負荷部を有し,この定電
流負荷部を介して被試験蓄電池を所定電圧まで放電した
ときの時間を計測して残存容量を計測する放電量計測部
Aを備えている。また、直列に接続されたn個(n=1,
2,3,……)の蓄電池の充電電圧を負担するとともに1個
の被充電蓄電池に直列に接続される電子負荷部を有し
「n+1」個の蓄電池を直列に充電する外部の充電器と
電子負荷部とによって被充電蓄電池を充電することによ
り被試験蓄電池を得る補充電部Bと、装置内部の冷却用
ファン及び該ファンに放電量計測部Aと補充電部Bの双
方から給電するための結合回路とを有する共通部Cとを
備えている。
更に、充電器の充電中を検出する充電検出部と、被試
験蓄電池の放電中を検出する放電検出部と、該充電中が
検出されたとき動作し、該放電中が検出されたとき非動
作となるリレーRY2を有し,その動作時該リレーの接点r
y2によって補充電部Bを共通部Cに接続するファン制御
部とを備えている。そして、このファンの電流値を定電
流負荷部における放電電流の計測値に加算する手段を設
ける、という構成を採っている。これによって前述した
目的を達成しようとするものである。
〔発明の実施例〕
以下、本発明の一実施例を第1図ないし第5図に基づ
いて説明する。ここで、前述した従来例と同一構成部材
については同一の符号を用いることとする。
第1図に示す実施例は、蓄電池の放電電流を計測し基
準値との比較結果によって負荷を制御し定電流で放電さ
せる定電流負荷部3を有するとともに,被試験蓄電池1
を所定電圧まで放電したときの時間を計測して残存容量
を計測する放電量計測部Aと、直列に接続されたn個
(n=1,2,……)の蓄電池の充電電圧を負担する電子負
荷部16を有し、「n+1」個の蓄電池を直列に充電する
充電器12によって被充電蓄電池13を充電する補充電部B
とを備えている。さらに、装置内部の冷却用ファン10
と、このファン10に放電量計測部A及び補充電部Bの双
方から給電するための結合回路10Cは、ダイオードD1,D2
及び抵抗R0が第1図に示すように組み込まれた構成とな
っている。また、充電器12の充電中を検出する充電検出
部21と、被試験蓄電池1の放電中を検出する放電検出部
23と、該充電中が検出されたとき動作し該放電中が検出
されたとき非動作となるリレーRY2を有し,その動作時
に該リレーの接点ry2によって補充電部3を共通部Cに
接続するファン制御部22とを備えている。そして、この
ファン10の電流値を定電流負荷部3における放電電流の
計測値に加算するように構成されている。
すなわち、この第1図においては、充電検出部21,フ
ァン制御部22,放電検出部23を設けるとともに、ファン
制御部22のリレー接点ry2を補充電部Bと共通部Cの間
に設け、さらにファン10の帰路を定電流負荷部3のシャ
ント抵抗33の入力側へ接続している。
第2図は、充電検出部21,ファン制御部22およびリレ
ー接点ry2の接続構成例を示す部分図である。
充電器12の出力端子電圧は、ツェナダイオードDz1
抵抗R11で分割され、トランジスタTR11は分割された電
圧によって制御される。従って、充電器停止時にはトラ
ンジスタTR11がオフになってリレーRY2が不動作とな
り、接点ry2が開いてファン10は補充電部Bから切り離
されるので動作しない。
第3図は、充電器出力電圧と被充電蓄電池電圧との関
係を示したものであって、蓄電池2個直列充電用充電器
の場合を示し、蓄電池電圧VB′は充電中は充電器端子電
圧Vの1/2となるが、充電器停止時は蓄電池電圧が充電
器出力端子に印加されて、V≒VB′となることが示され
ている。なお、この第3図中、記号Iは充電電流を示
す。
1個の蓄電池の充電終了時の開放電圧は14〔V〕程度
であり、また上例の場合の充電器の充電最低電圧を26
〔V〕とすると、第2図の回路の入力電圧が14〜26
〔V〕のときトランジスタTR11がオフするようにツェナ
ダイオードDzを選定すればよい。一般的には、20〔V〕
程度とすることが望ましい。
また、第1図において、ファン10の帰路は定電流負荷
部3における電流計測用シャント抵抗33の入力側へ接続
されている。従ってファン10は定電流負荷部3における
負荷の一部とみなすことができるようになり、被試験蓄
電池1に対する有効な負荷となる。
第4図は放電検出部23の構成例を示す部分図である。
被試験蓄電池1の放電時の電圧はツェナダイオードD
Z2と抵抗R12で分割され、トランジスタTR11のベースa
を接地してTR11をオフにする。
従って、被試験蓄電池1の放電中はリレー接点ry2が
開いてファン10は補充電部Bから切り離されるので、補
充電部Bからの電流が定電流負荷部3において混入し
て、放電量計測部Aにおいて計測誤差を生じることが防
止される。
第5図は、本発明の蓄電池残存量計測装置の具体的回
路構成例を示したものであって、第1図における各部に
対応する部分をそれぞれ破線で囲んで同じ番号を付して
示し、また主要部品の名称を符号を対応して図中に示し
ている。
なお、第5図において保護回路部24は、故障等によっ
て被充電蓄電池13の電圧が以上に上昇したとき比較器IC
11でこれを検出し、トランジスタTR13,増幅器IC12を介
して電子負荷部16において直列制御部17を形成するトラ
ンジスタTR7をオフにして、被充電蓄電池13の過充電等
を防止するために設けられている。
〔発明の効果〕
異常説明したように本発明によれば、充電終了後は被
充電蓄電池からファンへの給電が有効に防止することが
でき、これによって充電終了を知ることができ、ファン
を被試験蓄電池の放電負荷の一部とすることができ、こ
れによって被試験蓄電池に印加される負荷容量を正確に
把握することができるという従来にない優れた蓄電池残
存容量計測装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例の構成を示すブロック図、第
2図は充電検出部とファン制御部の接続を示す回路図、
第3図は充電器出力電圧と被充電電池電圧との関係を示
す線図、第4図は放電検出部の構成例を示す回路図、第
5図は本発明の具体例を示す回路図、第6図は従来の蓄
電池残存容量計測装置の構成を示す図、第7図ないし第
8図は各々従来例を示すブロック図である。 1……被試験蓄電池、2……スタートスイッチ、3……
定電流負荷部、4……安定化電源部、5……充電量選択
部、6……警報部、7……リレードライバ、8……時間
計測部、10……ファン、12……充電器、13……被充電蓄
電池、14……蓄電池電圧検出部、15……比較部、16……
電子負荷部、21……充電検出部、22……ファン制御部、
23……放電検出部、24……保護回路部。
フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01R 31/36 H02J 7/00 H01M 10/42 - 10/48

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】被試験蓄電池の放電電流を計測し基準値と
    の比較結果によって負荷を制御し定電流で放電させる定
    電流負荷部を有するとともに,この定電流負荷部を介し
    て前記被試験蓄電池を所定電圧まで放電したときの時間
    を計測して残存容量を計測する放電量計測部と、 直列に接続されたn個(n=1,2,……)の蓄電池の充電
    電圧を負担するとともに1個の被充電蓄電池に直列に接
    続される電子負荷部を有し,「n+1」個の蓄電池を直
    列に充電する外部の充電器と前記電子負荷部とによって
    前記被充電蓄電池を充電することにより前記被試験蓄電
    池を得る補充電部と、 装置内部の冷却用ファンと、このファンに前記放電量計
    測部及び補充電部の双方から給電するための給電部とを
    有する共通部とからなる蓄電池残存容量計測装置におい
    て、 前記充電器の充電中を検出する充電検出部と、前記被試
    験蓄電池の放電中を検出する放電検出部と、該充電中が
    検出されたとき動作し該放電中が検出されたとき非動作
    となるリレーを有しその動作時に該リレーの接点によっ
    て前記補充電部を前記共通部に接続するファン制御部と
    を備え、 このファンの電流値を前記定電流負荷部における放電電
    流の計測値に加算するように構成したことを特徴とする
    蓄電池残存容量計測装置。
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