JPH02111232A

JPH02111232A - バッテリーの充電状態検出器

Info

Publication number: JPH02111232A
Application number: JP63261146A
Authority: JP
Inventors: Shigeru Miyata; 繁宮田; Yoshitaka Yamada; 山田　吉孝
Original assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Current assignee: Niterra Co Ltd
Priority date: 1988-10-17
Filing date: 1988-10-17
Publication date: 1990-04-24
Anticipated expiration: 2012-09-10
Also published as: JP2651214B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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゛〔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、怒光累子１１
０と、前記光源１００から感光素子１１０に至る入射光
１２０、反射光１３０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下行にする光
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２
６０と、各々を接続リーる光導体と、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（特開昭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−Ｉ　Ｘ　１０−６／’Ｃに対し、被測定液の屈
折率の温度係数が一２Ｘ１０’／’Ｃ〜−６Ｘ　１０−
’／’Ｃ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１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１
ぶ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］」二記目的の達成のなめ本発明は、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、首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
とも一つの受光譚１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
（１７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−Ｅ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■１
で反射し、再ひ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ｉηは、首記
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。

冒ヤ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。

０発光素子からの放射光は、封入）＾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息子の光とされ、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ている。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、受光素子に入射ぜず、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息子、となるので受光素子
に入射するようになる。よって、電ｊ１′４液量および
その比重（電気けち含む）のバッテリーの大助状態での
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−［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ＩＷ液の温度変化に従い
、はぼ同温度となる。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、容器壁が薄い場合はとんど無視できる。よって、
温度が変化しても臨界角がほぼ一定のなめ、高精度に充
電状態か検出できる。

■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とを備えてなる。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かがどこでも同
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のスライド講８１中（第５Ｉ７１参照）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、１盲記収１寸基板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′＆（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、ｎｐｎ２ｉ
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がやや放電ぎみどなると赤外光５
１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」、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
決まる臨界角息子の光を通す窓８２および反射光を収り
入れる窓８３があけられ°Ｃ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１・の光
に制限するのみならず、ホＩ〜１〜ランジスタロおよび
７が臨界角を検出する際、検出したい電気量のときの電
解液と封入液体とて決まる臨界角以下の光であっても検
出に必要ない方向Ｉ＼の光の拡散を防くように最低限の
面積とされている。また、ホトｌ・ランジスタロと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である。

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を収り囲むように遮光パイプが９２が
配設され°Ｃ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４十、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。

（力）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＋＋（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−［
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。

（り）樹脂管２内のシリコンオイル３は、希硫酸１１の
温度か変（ヒすると、はぼ同温度に変（ヒする。

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。

（ゲ）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ＺＳ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ヂ、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息子の光
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、必要とする長平方向への
開口部位が異なるので穿設位置がずらしである。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」がる。

（す）ホトトランジスタ６、７を使用し゛〔いるので、
忌度が高く、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、」−記実施例以外に次の実施態様を含む。

ａ２透光体容器は、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
Ｖ回路は一例であり、メータ７１を振らぜる電圧は放電
か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図へ・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収り付けたバッテリーの
充゛、Ｆ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図はその検出器か配汲さ
れているバッテリーの放゛１１％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（透光体容器）　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

Claims

【特許請求の範囲】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。