JP4537617B2

JP4537617B2 - 鉛蓄電池の寿命判定方法および寿命判定装置

Info

Publication number: JP4537617B2
Application number: JP2001159892A
Authority: JP
Inventors: 毅亀田; 泰輔竹内; 能弘江口
Original assignee: GS Yuasa International Ltd
Current assignee: GS Yuasa International Ltd
Priority date: 2001-05-29
Filing date: 2001-05-29
Publication date: 2010-09-01
Anticipated expiration: 2021-05-29
Also published as: JP2002352865A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、充電用電源（例えば自動車のエンジンによって駆動する発電機）により連続または断続的に充電される鉛蓄電池の寿命判定方法およびその装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
鉛蓄電池は幅広い条件や環境下で使用でき、しかも、安価で製造し易いといった利点を持つ二次電池であることから、自動車などのエンジン始動、加速および種々の電装品に対する電力供給用、あるいは通信機、電気自動車などのサイクル用、無停電電源装置（ＵＰＳ）などの停電補償のためのトリクル用電池として広く普及している。
【０００３】
ところで、鉛蓄電池は、充放電を繰り返すと性能が徐々に低下し、長期間使用されると目的とする性能が出なくなり、他の機器にトラブルを引き起こす原因となる。そのため電池の劣化を検知し、寿命判定を行うことが重要である。
【０００４】
上記の寿命判定方法は、種々提案されている。特に、電槽の内部を見ることができない鉛蓄電池の寿命を判定するには、電気的な手段を用いて劣化を検知するのが有効である。例えば、鉛蓄電池を完全に放電して容量を確認し、その容量から寿命を判定する方法は、最も精度がよくしばしば用いられる。しかし、この方法では、大型の放電試験装置を必要とすること、また、数時間の放電時間を必要とし、放電後の回復充電にも１０時間以上の長時間を必要とする。そのため、実施コストが高くなり、使用現場において実施するのが困難であった。特に、この方法は自動車用などの動力車用の電源として搭載されている鉛蓄電池に適用するのが困難であり、殆ど実用化されていない。
【０００５】
そのため現在、動力車、特に自動車や二輪車用の鉛蓄電池、あるいはUPSのような電源により連続的に充電されている鉛蓄電池を寿命判定するには、例えば、疑似負荷に試験放電を行って放電電圧および回復電圧を測定する方法が採用されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
この方法は、寿命監視用の疑似負荷を用意し、この疑似負荷を鉛蓄電池に接続すると同時に鉛蓄電池と充電用電源との接続回路、および鉛蓄電池と電装品等の負荷との接続回路を遮断し、鉛蓄電池から前記疑似負荷へ電力を供給する。そして、このときの供給電圧を寿命検出回路で測定することにより、該鉛蓄電池の寿命を判定していた。
【０００７】
この寿命判定回路による判定方法として、鉛蓄電池の劣化により一定期間での供給電圧降下直線の傾斜が大きくなることを利用したものや、前記劣化により内部インピーダンスが上昇するのを利用したもの等、いくつかの手法が考えられている。
【０００８】
しかし、この方法は、実際の負荷とは別に寿命検出用の疑似負荷を設け、その疑似負荷に電池から電力を供給しながら寿命を判定しているので、実際の負荷へ供給する電力を寿命判定用に使用してしまう。このため、寿命判定後に充電用電源から負荷への電力供給が絶たれた場合には、電池から負荷へ電力が供給できなくなるという問題があった。また、疑似負荷を設けると装置の部品点数が増えるとともに回路が複雑となり、コスト高の原因ともなっていた。
【０００９】
これに対して、疑似負荷を設けずに試験充電中の電圧のみにより寿命判定する方法が考えられる。しかしながらこの方法を自動車用電池の寿命判定に用いて寿命に到っていないと判定した場合でも、エンジン停止後の再始動時に始動不能となる問題が発生した。
【００１０】
これは、電池のセル間接続体などの導電経路が、腐食などの進行によりその断面積が減少し、電流を流すのに充分な導電経路がなくなり、通電不可能となる、いわゆる突然死が起こるためである。そして、車両走行中はレギュレータ部から常に電池に一定電圧が加えられるため、前記電池の突然死は充電中には検知することができず、再始動時に放電不能となって初めて確認される。このため、前記従来の方法では電池の突然死による寿命判定が困難であった。
【００１１】
本発明は、上記従来の技術における問題点に鑑みてなされたものであって、寿命判定用の疑似負荷を必要とすることなしに簡単な方法でかつ安価な装置を設けるだけで、精度良く寿命判定することができる鉛蓄電池の寿命判定方法および寿命判定装置を提供することを目的とするものである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明の鉛蓄電池の寿命判定方法は、鉛蓄電池の充電中に休止期間を設け、該休止期間中に前記鉛蓄電池の開路電圧を検出し、該開路電圧が予め設定した値未満である場合に寿命と判定することおよび前記予め設定した値は、この値未満に前記開路電圧がなったときに鉛蓄電池が寿命になったと判定するのに適切な値であることを特徴とするものである。
【００１３】
例えば、自動車等に搭載された発電機から充電される鉛蓄電池の寿命判定方法であって、前記鉛蓄電池が前記発電機によって充電される際に、充電途中に休止期間を設け、該休止期間中に前記鉛蓄電池の開路電圧を検出し、該開路電圧が予め設定された値未満である場合に寿命と判定することを特徴とする。
【００１４】
また、本発明の装置は、鉛蓄電池の寿命判定装置であって、前記鉛蓄電池へ充電する充電制御手段と、該充電制御手段によって設定された充電休止中に電池開路電圧を検出する電池電圧検出手段と、該電池電圧検出手段からの電池電圧が予め設定した値未満である場合に寿命と判定する寿命判定手段とを備えたことおよび前記予め設定した値は、この値未満に前記電池電圧検出手段からの電池電圧がなったときに鉛蓄電池が寿命になったと判定するのに適切な値であることを特徴とする。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について説明する。
【００１６】
図１は本発明の寿命判定方法およびその装置を説明するための概略図、図２は、間欠充電中における経過時間と、電池の充電電圧および休止中の開路電圧との関係を示す図である。
【００１７】
図１において、１は鉛蓄電池、２はレギュレータ、３は発電機、４は寿命判定機、５は電圧検出器、６は記憶回路、７はＩＣ、8は充電制御回路であり、記憶回路６、ＩＣ７は寿命判定機４に内蔵されている。また、９は表示機であって、運転席の表示パネルに装備され、ここに電池の故障が表示される。そして、図には示されていないが温度センサーが電池に装着され、温度信号を判定機４に送信する接続コードが備えられている。なお、ここでは自動車用鉛電池の突然死をドライバーに知らせる寿命判定装置を例に示すが、本発明の装置は、自動車用鉛蓄電池の寿命判定だけでなく、例えばＵＰＳ用の電池のように充電用電源によって連続または断続的に充電される鉛蓄電池の寿命判定装置であってもよい。また、単独で電池の寿命判定装置として用いることも可能であるし、残存容量検知装置やその他の劣化状態や寿命を判定する装置と組み合わせて用いることも出来る。
本発明の方法においてもこれは同様である。
【００１８】
寿命判定機４の内部には、記憶回路６およびＩＣ７が備えられており、記憶回路６には車体に搭載されている電池に設定された開路電圧を比較するための寿命判定基準電圧Ａが記憶されている。このＡの値としては、最も精度良く寿命判定が行えるように、予め実験により求められた値が設定されている。なお、一般的には、電池形式や公称容量により、各基準電圧は異なるものとする。ここで、基準電圧は、電池毎に設定された電池形式との比較において何Vかを表わす数値であって、例えば、０V、１２Vといった数値が用いられる。数値が０Vということは、車両走行中、発電機３から供給される電力が充電反応に寄与せずに単に端子間に電圧が負荷されていたことを表わしており、導電経路の破断による導通不良の検証を行うことができる。
【００１９】
上記ＩＣ７は、上記各基準電圧Ａと測定された電池電圧とを比較する機能が備えられ、さらに上記記憶回路６に記憶された寿命基準電圧に従って、充電制御回路の充電継続または停止と表示機の電池故障の表示とを制御する機能が備えられている。
【００２０】
以下、本発明の寿命判定方法について説明する。まず、車両走行中に自動車のエンジンによって駆動される発電機３の出力を、レギュレータ２によりその出力電圧を制御して電池１に定電圧充電（通常充電）する。このとき、充電制御回路８により間欠的に発電機３と前記電池１を遮断し、定電圧充電と充電停止を間欠して繰り返す間欠充電をおこなう。充電の停止は短時間行われ、遮断された電気を無駄にしないようにされる。ここで、間欠充電中の充電停止時間は、導通不良時は電池１の電圧降下が速やかに起こるので、１秒程度に設定すれば十分である。
【００２１】
そしてエンジンを始動して走行中に、電池１が充電状態におかれると、電圧検出器５で間欠充電中の充電停止時の電池開路電圧が測定される。
【００２２】
充電停止時の開路電圧が分かると、予め記憶回路６により記憶された寿命判定基準電圧Ａ0と前記開路電圧とがＩＣ７において比較される。尚、寿命判定基準電圧Ａ0は、電池１の種類毎に個別に設定され、電池温度により補正される。そして寿命判定機４で寿命検知および寿命判定が開始され、以下のような判定が行なわれる。
【００２３】
すなわち、基準電圧Ａ0より小の場合：電池１が寿命になったと判定する。また、基準電圧Ａ0より大の場合：電池１が寿命になっていないと判定する。
【００２４】
そして、寿命と判定された時には、充電制御回路から電池１への充電を停止し、寿命結果を表示機９に表示する。寿命に到っていないと判定された時には、次の充電状態に移行し、さらに次の充電停止時に寿命判定を行う。
【００２５】
例えば、寿命に到っていない電池１が走行中突然寿命を迎えても、間欠充電の間隔を短くすることにより即座に寿命判定が行える。
【００２６】
本例の判定方法における大きな特徴は、車両走行中の間欠充電中における充電停止期間時の開路電圧により寿命判定が行われることにあり、これにより寿命に到っていないと判定されれば、エンジン停止後の再始動時に電池が放電不能になるというようなことがなくなる。また、寿命判定に電力を消費しないので、電装品等への電力供給がほぼ確実に保証される。
【００２７】
【実施例】
上記説明したのと同じ構造を有する寿命判定装置を用いて、公称電圧１２Ｖで公称容量が５０Ａｈである鉛蓄電池を製作し、その寿命判定を行った。ここで、試験条件は、雰囲気温度２５℃で１３．６５Vの定電圧充電を５秒、次に休止を１秒入れるパターンを間欠的に繰り返す充電を実施した。また、判定を行った電池は単セル（２Vセル）電池を６個直列に接続した組電池とし、充電中に電池を切り離す（接続を遮断する）ことで、導電経路の破断を再現した。
【００２８】
図２に、間欠充電中の経過時間と電池の充電電圧および休止中の開路電圧の推移を示し、電池の導電経路破断の際に、電池の開路電圧で寿命を検出する方法を示す。
【００２９】
図２の結果から、間欠充電中に電池の導電経路が破断（図中矢印）した場合、その前後の休止中の開路電圧に明らかな違いが生じていることがわかる。すなわち、矢印の前の開回路電圧をＡで示し、矢印の後の開回路電圧をＢで示すと、電圧Ｂが電圧Ａに比べ極端に低下していることが分かる。このように、間欠時間を短くすれば、電池が寿命に到ると直ぐに、本例では５秒以内に検出でき、判定速度が優れる。従って、主電池が寿命に到る前に該電池を取り替える等の処理を施すことができ、トラブルを未然に防げる。
【００３０】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明によれば、鉛蓄電池の寿命判定を精度良くかつ速く行うことができ、突然負荷への電力供給が絶たれたり、不足するという不具合を防止できる。また、本発明の装置によれば、簡単な装置にでき、鉛蓄電池の正確な寿命判定が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の方法と装置を説明するための図である。
【図２】間欠充電中の電池が寿命に到った場合の、その前後における電池の充電電圧と充電休止中の開路電圧を示す図である。
【符号の説明】
１電池
３発電機
４寿命判定機
５電圧検出器
８充電制御回路

Claims

鉛蓄電池の充電中に休止期間を設け、該休止期間中に前記鉛蓄電池の開路電圧を検出し、該開路電圧が予め設定した値未満である場合に寿命と判定することおよび前記予め設定した値は、この値未満に前記開路電圧がなったときに鉛蓄電池が寿命になったと判定するのに適切な値であることを特徴とする鉛蓄電池の寿命判定方法。
鉛蓄電池へ充電する充電制御手段と、該充電制御手段によって設定された充電休止中に電池開路電圧を検出する電池電圧検出手段と、該電池電圧検出手段からの電池電圧が予め設定した値未満である場合に寿命と判定する寿命判定手段とを備えたことおよび前記予め設定した値は、この値未満に前記電池電圧検出手段からの電池電圧がなったときに鉛蓄電池が寿命になったと判定するのに適切な値であることを特徴とする鉛蓄電池の寿命判定装置。
鉛蓄電池が車両に備えられたエンジンを始動するためのものであることを特徴とする請求項２記載の鉛蓄電池の寿命判定装置。