JPH0132468B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

最近、電動フオークリフトや電気自動車の走行
音が小さいことや無公害であるということで、注
目を浴び、需要が伸びている。 このような車輌の動力源としては、主に鉛蓄電
池が使用されており、走行途中において電池の正
確な放電状態を知ることは、あと、どれだけ電池
を使用することができるかにつながり、非常に大
切なことである。 古くから、蓄電池の放電状態を知るための放電
計として種々のもが考案されており、その中に放
電した電気量を積算する電流積算型のもの、放電
電圧特性を利用した電圧計型のもの、電解液比重
を利用した比重計型のものがあるが、どれも一長
一短があつて実用的に問題があつた。 本考案は電流積算型の放電計をより正確に表示
するように改良し、欠点を補なつたものである。
電流積算型の放電計の原理は図―１に示すように
放電電気量を求めるものである。すなわち蓄電池
１から放電される電流を分流器２で検出し、差動
増巾器３で適当な電圧まで増巾する。差動増巾器
３で増巾された放電電流値に比例した電圧は、Ｖ
―Ｆ変換器４に入力されて入力電圧と比例した周
波数のパルス列に変換される。 Ｖ―Ｆ変換器４で発生したパルス列は、分周回
路５で分周された後カウンタ６に入力されパルス
数が積算される。 カウンタ６で積算されたパルスの数は放電電気
量の値と比例した値であるのでパルスの数が1Ah
につき１コとか10コになるようにＶ―Ｆ変換器４
と分周回路５で調整されている。 以上のようにして放電電気量が求められるわけ
であるが周知のとおり、蓄電池から取り出し得る
全放電量は、放電電流の大きさ、電解液温度、電
池寿命の条件によつて大きく変化するので、正確
に放電電気量を求めても、上記の３条件を考慮し
ないなら蓄電池の正確な放電状態を知ることはで
きない。 従つて、従来の放電計は、車輌の運転者は走行
状態（放電電流の大きさ）、電解液温度、電池寿
命等の条件を経験的に考慮し、放電計の指示を参
考にして、その時の蓄電池の放電状態を判断して
いるのが実情であつた。 このため、放電計を使いこなせるまでにかなり
の経験を必要とした。 本考案は、放電電流の大きさ、電解液温度、電
池寿命等によつて全放電量が変化しても、放電計
の指示を蓄電池の電圧降下により補正し、蓄電池
の放電状態を直読できるようにしたものである。
放電計の指示を補正するパラメータとして蓄電池
の電圧降下を利用する理由は、放電電流の大き
さ、電解液温度、電池寿命の各条件と全放電量と
の間の関係と、上記の各条件と蓄電池電圧降下と
の間の関係に次のような関係が存在するからであ
る。

【表】 すなわち鉛蓄電池の一般的な特性として蓄電池
電圧降下が大きい場合には全放電量が少なく、蓄
電池電圧降下が少ない場合には全放電量が多いと
いう関係が存在する。 蓄電池の電圧降下が起る原因は、蓄電池に内部
抵抗があり、そこへ放電電流が流れて、IRドロ
ツプを生じるためである。 蓄電池の内部抵抗は一定ではなく、電解液温度
が低くなる程電池寿命が古くなる程、又放電状態
が深くなる程、内部抵抗は大きくなる特性があ
る。 蓄電池の電圧降下をＶ、放電電流を、内部抵
抗をＲとすると、Ｖ、Ｉ、Ｒの間の関係は Ｖ＝IR＋ａ……(1) （∴ａ：定数） (1)式となるので、 蓄電池電圧降下が、放電電流と内部抵抗によつ
て一義的に決まることがわかる。 蓄電池電圧降下と全放電量との間の関係は、各
種の実験を行なつたところ、放電電流の大小や、
電解温度の高低や、電池寿命の新、旧、といつた
条件による蓄電池電圧降下の割合と全放電量の割
合とがほぼ反比例の関係にあり、(2)式のように表
わせることがわかつた。 Ｗ＝∫^T ₀Ｉ（ｔ）×｛V₀−Ｖ（ｔ）｝dt≒一定……(2
) ∵ Ｗ：測定値 ∴ Ｉ（ｔ）：放電電流 ｔ：時間 Ｔ：全放電時間 V₀：基準電圧 Ｖ（ｔ）：放電電圧 (2)式の意味は満充電状態から全放電状態の間の
放電電流を積分するときに、その時の電圧降下を
掛け合し積分するとほぼ一定の値を示すというこ
とである。 (2)式を別の見方をすると、Ｉ（ｔ）×｛V₀−Ｖ
（ｔ）｝は内部抵抗で消費される電力であるので(2)
式のＷは内部抵抗で消費される電力量であるとい
える。 従つて、Ｗがほぼ一定であるということは、電
池内部で内部抵抗によつて消費される電力量が放
電条件によらずほぼ一定であるということであ
る。 しかしながら、現在のところ、上記のような説
は証明されていないので、実際の放電結果をもと
にして検討を行なつてみた。図―２は0.2C定電流
放電特性を示す。 (2)式のＷを求めるには放電時の平均電圧がわか
ればよいことが図―２よりわかる。 すなわち、0.2Cと定電流放電では(2)式は次のよ
うに書き表わされる。（Ｃは５時間率定格容量） Ｗ＝0.2C×∫^T ₀｛V₀−Ｖ（ｔ）｝dt ……(2)′ （∵Ｔ＝５）∫^T ₀｛V₀−Ｖ（ｔ）｝dtは図―２の基準
電圧V₀と放電電圧Ｖ（ｔ）とで囲まれた縦線部の
面積であるから、Ｗは放電電流、0.2Cと縦線部の
面積との積である。縦線部の面積Ｓは Ｓ＝V₀T−∫^T ₀Ｖ（ｔ） dt……(3)であり又、
放電電圧の平均値をV_Mとすると V_M＝１／Ｔ∫^T ₀Ｖ（ｔ） dt ……(4) となるから、(3)、(4)式を用いて(2)式を書き直すと Ｗ＝0.2C×（V₀−V_M）Ｔ ……(2)″となる。 これは定電流放電の場合において、平均電圧
V_MがわかればＷを求められることを示している。 図―３に放電電流と容量の関係を示し、 図―４に電解液温度と容量の関係を示し、 図―５に放電電流0.25C(A)、放電深さ60％にお
ける電池寿命と放電電圧特性の関係を示す。 各種の実験を行なつた結果より放電電流を
0.2C、1C、2Cと変えた場合の平均電圧と電解液
温度を０℃、25℃、40℃と変えた場合の平均電圧
と、電池寿命を初期、50〓目、250〓目、550〓目
と変えた場合の平均電圧を表―１に示す。

【表】 放電時間Ｔは図―３，４，５、より求めて表―
２に示す。

【表】 表―３には、表―１のV_Mと表―２のＴを使い、
V₀＝12.6VとしてＷの値を計算した結果を示す。

【表】 Ｗ＝Ｉ×（V₀−V_M）Ｔ V₀＝12.6Vとして計算する。 表―３によると、放電電流0.2C、電解液温度25
℃、電池寿命、550〓のものを除けば、Ｗの値は
±５％の誤差の範囲に入つており、ほぼ一定の値
を示すことがわかる。 表―３では、V₀の値に12.6Vを使用したが、V₀
の値としては蓄電池のオープン電圧（無負荷電
圧）付近の値で、Ｗの値が最も安定するような値
を選べば良い。 上記の説明では定電流放電の結果を用いて行な
つたが、電気自動車等の実際の負荷では休止期間
があつたり、放電電流が刻々と変化したりする。
しかし、このような負荷の変化に対しても電圧降
下の値はそのときの内部抵抗の値と放電電流の大
きさとによつて一義的に決まるものであり、本考
案を達成するための回路の一例をブロツク図、図
―６を用いて説明する。 電流検出手段としては分流器８で被測定電池９
の放電電流を検出する。被測定電池９には、本装
置が必要とする正負の安定化電源を作成する電源
回路１０と、電圧検出手段としての放電電圧を測
定するための電圧測定回路１２が接続されてい
る。 演算積分手段では引き算回路１４で、基準電圧
発生回路１３のオープン電圧に相当する基準電圧
出力と、電圧測定回路１２の出力との差をとり、
電圧降下に比例した値を掛け算回路１５へ出力す
る。 差動増巾回路１１で、分流器８の微小電圧出力
を差動増巾し、掛け算回路１５へ出力する。 掛け算回路１５で、放電電流と電圧降下とを掛
け合せたものに比例した電圧を次段のＶ―Ｆ変換
回路１６に出力する。Ｖ―Ｆ変換回路１６で、入
力電圧の大きさに比例した周波数のパルス列を発
生させるものであるから、パルス数を数え積算す
るとＶ―Ｆ変換回路１６の入力電圧を積算したこ
とになる。 Ｖ―Ｆ変換回路１６のパルス列は分周回路１７
で適当に分周された後、カウンタ回路１８で数え
られる。以上が演算積分手段である。表示部とし
てはカウンタ回路１８に電磁カウンタを用い、Ｗ
の値をわかりやすい値（例えば100等）にすれば、
そのまま放電計として使用することもできる。 しかし、この場合、カウンタの表示した値とそ
の時の放電深さとは一致しないのが普通であるか
ら表示方法としては不充分であるともいえる。 表示をわかりやすくするため、カウンタ回路１
８の出力をＤ―Ａ変換回路１９でデジタル量をア
ナログ量に変換し、変換されたアナログ量を不等
分目盛のアナログメータの表示部２０で表示す
る。 以上の回路構成により放電電流の大きさ、電解
液温度、電池寿命等の放電条件が変化しても放電
途中の蓄電池の放電状態を放電計の指示により直
読して知ることができる。 図―６の回路例では、表示部２０にアナログメ
ータを用いたが、カウンタ回路１８の出力により
制御できる切換スイツチを用い、放電深さに対応
した表示灯を順次点灯しても放電状態を示すこと
ができる。 以上のように、Ｖ―Ｆ変換回路１６の出力は色
色と表示部と組み合せて表示することができる。

【図面の簡単な説明】

図―１は従来の電流積算型放電計の原理図、図
―２は0.2C定電流放電特性。図―３は放電電流と
容量の関係、図―４は電解液温度と容量の関係、
図―５は電池寿命と放電電圧特性の関係、図―６
は本考案蓄電池放電計の一実施例を示すブロツク
図である。 １……蓄電池、２……分流器、３……差動増巾
器、４……Ｖ―Ｆ変換回路、５……分周回路、６
……カウンタ、７……正負安定化電源回路、８…
…分流器、９……被測定電池、１０……電源回
路、１１……差動増巾回路、１２……電圧測定回
路、１３……基準電圧発生回路、１４……引き算
回路、１５……掛け算回路、１６……Ｖ―Ｆ変換
回路、１７……分周回路、１８……カウンタ回
路、１９……Ｄ―Ａ変換回路、２０……表示部。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 蓄電池からの放電電流を計測する手段と、該
   蓄電池の端子電圧を計測する手段と、該蓄電池の
   オープン電圧に相当する電圧値から該端子電圧を
   差し引いた値と該放電電流値とを掛け合わせた値
   を時間で積分する演算積分手段と、該積分値より
   該蓄電池の放電状態を示す表示部とからなる蓄電
   池放電計。