JPH03199984A - 蓄電池監視装置 - Google Patents

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］ この発明は蓄電池の保有電気量を計測監視する蓄電池監
視装置に関するものである。

［従来の技術］ 一般に蓄電池は、過充電又は過放電を繰り返すと寿命が
短くなり、また、過充電は電力損失及び電解液の減少を
招き、過放電は著しい電圧降下を招く。従って、これら
を防ぐため、蓄電池は蓄電池の充電限界及び放電限界内
で使用することが要求されている。

第３図は例えば特開昭６２−１８７２６６号公報に示さ
れた従来の蓄電池監視装置４を用いた電源装置の概略回
路図である。この電源装置は蓄電池３を電力貯蔵装置と
して利用し、直流電源装置１が例えば太陽電池のような
不安定な電源である場合などにおいて、複数の負荷２の
所要電力との差を蓄電池３の充放電電力によって補い、
負荷２に安定した電力供給を行なうものである。この電
源装置において蓄電池監視装置４は蓄電池の保有電気量
を計測監視するものである。

次に、この従来の蓄電池監視装置４の機能について説明
する。蓄電池３の保有電気量はこの蓄電池監視装置４に
よって計測監視されており、例えば保有電気量の上限値
においては、蓄電池監視装置４は蓄電池３の過充電を防
止するために、直流電源装置ｌと蓄電池３との間に設け
た電源開閉器５を開成し、蓄電池３の放電電力のみを負
荷へ供給する。また、保有電気量の下限値においては蓄
電池３の過放電を防止するために、蓄電池３と並列に接
続した複数の負荷との間に設けた複数の負荷開閉器６す
べてを開成し、蓄電池３の保有電気量が規定値以上に回
復するまで充電を行なう。また、直流電源装置１として
の太陽電池が天候状態の悪化等によりその出力が低下し
、蓄電池３の保有電気量が規定値以下になったときは、
複数の負荷開閉器６のうち適宜の数の負荷開閉器６を開
成し、負荷量を減少させて電流消費を抑える。すなわち
、この従来の蓄電池監視装置４は保有電気量に応じて電
源開閉器５及び負荷開閉器６を適宜開閉し蓄電池３の充
電量及び負荷量の制御を行ない、蓄電池３の保有電気量
を常に規定範囲内に維持するように制御するものである
。

このため、蓄電池３の保有電気量を計測するために、蓄
電池３の時々刻々の充放電電流Ｉｎ（充電時はプラス、
放電時はマイナスで計測）を公知の分流器７によって計
測し、その測定値の累積演算を基に蓄電池監視装置４に
おいて蓄電池３の保有電気量の演算計測を行なっている
。この演算計測は蓄電池３の初期基準値の保有電気量か
ら順次、充放電電流１８により演算された電流時間積、
すなわち保有電気量ＡＨ（アンペアアワー〉を加減演算
することにより、現在の保有電気量ＡＩを計測するもの
である。このような演算計測において、例えば分流器７
による充放電電流Ｉｎの僅かの計測誤差でも、長期間の
間には積算されて大きなものとなる可能性がある。この
ため、定期的にこの積算された誤差を較正する必要があ
る。

この誤差を較正するために、第３図に示すように蓄電池
３の端子電圧は分圧器９ａ、　９ｂ、　９ｃにより測定
されており、この端子電圧が保有電気量ＡＨの上限値に
対応する電圧値に達した時、蓄電池３の保有電気量ＡＨ
は上限値に較正される。また、電解液の比重を出力用電
気接点をもつ比重センサエ０によって測定し、蓄電池３
の保有電気量ＡＨの下限値に対応する比重値を検出した
時、保有電気量ＡＨは下限値に較正される。すなわち、
蓄電池監視装置４において積算誤差が負となって表われ
てくる場合には、蓄電池３の実際の保有電気量ＡＨは演
算計測値よりも徐々に上限方向（充電側）に離れる。こ
のとき蓄電池３の端子電圧は保有電気量ＡＩの上限付近
（充電終期）において急峻に上昇するので、この急峻に
上昇するところの電圧を上限電圧値とし、この上限電圧
値に達した時に、蓄電池監視装置４において演算計測に
よって得られた保有電気量Ａ■をこの上限電圧値に対応
する上限の保有電気量ＡＨとして、較正を行う。逆に、
積算誤差が正となって表われている場合には、蓄電池３
の実際の保有電気量ＡＨは演算計測値よりも徐々に下限
方向（放電側）に離れる。放電時に限れば、蓄電池３の
電解液の比重は放電量にほぼ比例して低下するので、電
解液の比重値から蓄電池３の実際の保有電気量ＡＨを知
ることができる。したがって、蓄電池３の電解液の比重
が所定の下限比重値に達した時に接点が閉成する比重セ
ンサー１ｏを用いること一 により、蓄電池監視装置４をして蓄電池３が保有電気量
ＡＨの下限値であることを検知させる。このとき蓄電池
監視装置４において、演算計測による保有電気量ＡＨを
所定の下限比重値に対応した下限値の保有電気量ＡＩに
較正する。

［発明が解決しようとする課題］ 以上のように、従来の蓄電池監視装置における積算誤差
の較正方法では、たとえ積算誤差がある程度大きくなっ
ても、蓄電池の保有電気量ＡＨの上限値又は下限値に到
達するまで較正が行なわれないため、常に蓄電池の正確
な保有電気量ＡＩを把握して適切に負荷量を制御するこ
とが困難であった。

また、保有電気量ＡＩが上限値、又は下限値に達し積算
誤差が較正される時には、保有電気量ＡＩ（の演算計測
値と実際の値との間に大きな誤差が生じ、較正量は大き
なものとなっていた。従って、演算計測値の保有電気量
に応じて負荷量を制御している蓄電池監視装置において
は、較正を行うとき、制御状態が急変し負荷に対する装
置としての信頼性及び運用上問題があった。

　６一 この発明は上記のような問題を解消するためになされた
もので、蓄電池の保有電気量の演算計測による誤差を常
に少ないものとし、正確な保有電気量ＡＨを基に適切に
負荷量を制御できる蓄電池監視装置を得ることを目的と
する。

［課題を解決するための手段］ この発明に係る蓄電池監視装置は、蓄電池の電解液の均
一な状態時の比重を規定時間毎に測定する比重測定手段
と、前記比重測定手段の規定時間毎の測定事前に前記電
解液を均一な状態にする電解液撹拌手段と、前記蓄電池
の充放電電流を検出する充放電検出手段と、前記充放電
検出手段からの刻々情報により前記蓄電池の保有電気量
現在値を演算計測し、規定時間毎の前記比重測定手段か
らの情報によって前記保有電気量現在値を較正処理する
蓄電池監視手段とを具備するものである。

［作用］ この発明における蓄電池監視装置は、蓄電池のの初期基
準値の保有電気量に対し充放電電流による保有電気量を
加減演算することによりこの蓄電池の現在の積算による
保有電気量を演算計測するとともに、定期的に電解液が
均一の状態となった後の比重値を測定し、その比重値か
ら実際の保有電気量を演算して、前記充放電電流に基づ
く積算による保有電気量を定期的に較正する。

［実施例］ 以下、この発明の蓄電池監視装置の一実施例を図を参照
して説明する。第１図はこの発明の一実施例による蓄電
池監視装置４を用いた電源装置を一部ブロック図で示す
概略回路図である。図において、この電源装置の直流電
源装置１には、例えば太陽電池等の直流電源供給装置が
用いられている。この直流電源装置ｌの出力端の一端に
は、逆流防止用のダイオード８を介して電源開閉器５が
接続されている。そして、この電源開閉器５は電力貯蔵
装置としての蓄電池３の一端に接続されており、蓄電池
３の他端は前記直流電源装置ｌの出力端の他端に接続さ
れている。このため、電源開閉器５を閉成することによ
り蓄電池３が充電される回路となっている。また、この
回路には蓄電器３の充放電電流１８を検出する分流器７
が接続されている。そして、蓄電器３の分流器７を介し
た両端電圧はそれぞれが並列に設けられた複数の負荷２
．２に供給されている。これら複数の負荷２．２には負
荷開閉器６．６がそれぞれ設けられており、各負荷開閉
器６．６を閉成することにより、それに接続された各負
荷２．２には蓄電池３からの電力が供給される。

このように構成された電源装置に、蓄電池３の保有電気
量ＡＩ（アンペアアワー）を監視・制御する蓄電池監視
装置４が設けられている。この蓄電池監視装置４では前
記分流器７で検出された充放電電流ＩＢから、蓄電池３
の保有電気量ＡＩを演算し、その結果に基づいて、電源
開閉器３及び負荷開閉器６の開閉制御を行うものである
。

この蓄電池監視装置４には、蓄電池３の電槽内に取付け
られ、蓄電池３の電解液の比重を定期的に検出する比重
測定手段、例えば光学式の比重測定器１１が設けられて
いる。この光学式の比重測定器１１は発光・受光素子を
使用して、電解液中に光９− を透過させ、電解液の比重差に対応する屈折率差を検出
して電解液の比重値ρ■を測定するものである。この時
、温度素子によって電解液温度Ｔも同時に測定し、下記
の（２）式により標準温度Ｔｓに換算又は較正した比重
値ρＳに対応した電気信号を出力するものである。この
電気信号は、蓄電池監視装置４の内部の演算計測手段に
おいて、比重値に対応する保有電気量ＡＩ（ρ）に演算
される。蓄電池３の電槽内のどの部分の電解液において
も比重値ρ■が均一で、充分に拡散されている前提では
、蓄電池３の電解液の比重値ρ■は放電した量にほぼ比
例して低下し、前述の比重演算による保有電気量ＡＨ（
ρ）は下記の（１）式にて計算できる。

ＡＨ（ρ）＝ＡＨｏ−ｋＸ（ρ５−ｏ−ρＳ）・・・・
・・・・・・・・（１）ρｓｏ：満充電時における標準
温度に換算した電解液比重値（所定値） ρＳ：標準温度に換算した電解液比重値（測定値） ｋ　　：定数 ＡＨｏ　：蓄電池の保有電気量の初期基準容量１０ ｐｓ　＝　　ρｒｌＫｘ（Ｔ−Ｔｓ）、、、、、、、、
、、、、、、、、、（２）ρ■：測定特定時解液温度Ｔ
（’Ｃ）におけるる比重値 ρＳ　：標準温度Ｔｓ（’Ｃ）に換算した比重値Ｋ　　
：定数 蓄電池３の電解液は充電又は放電によって、極板の周辺
から比重値が上昇又は低下するが、電槽内においては電
解液が拡散され難いため、特に電槽の上下間では比重差
が発生しやすい。充電時は特に上下間の比重差が顕著で
あり、充電終期のガス発生によって撹拌されるまで電解
液の比重は均一とならない。そして、蓄電池単セル容量
が大きいほど、また充放電電流値■８が大きいほど上下
比重差が大きくなり易い。したがって、比重値によって
蓄電池の保有電気量ＡＨ（ρ）を計測する場合には、例
えばエアーリフトポンプを使用した電解液撹拌器１２に
よって電解液を強制撹拌し、電槽内において電解液が充
分に均一となった後にその比重値を比重測定器１１によ
り測定する。

第２図はこの発明の一実施例を示す蓄電池監視装置ｌに
おける蓄電池３の保有電気量ＡＩを演算するフローチャ
ートである。蓄電池監視装置４において、蓄電池３の充
放電電流！Ｂは、分流器７によって分流した電流に基づ
いて第２図の演算フローチャートのステップ２０２にお
いて演算計測される。

この演算周期を秒間隔（例えば１秒）で計測（充電時は
プラス、放電時はマイナスで計測）された蓄電池３の充
放電電流１Ｂに基づいて、演算周期を秒間の保有電気量
△Ａｌｌは下記の（３）式にて演算される（ステップ２
０３）。

△ＡＨ＝　ＩｅＸ　ｔ／　３６００．、、、、、、、、
、、、、、、、、、、、、、　（３）次に、ステップ２
０４においてこの充放電電流ＩＢが充電電流か放電電流
か識別される。放電時の場合は下記（４）式にて演算さ
れる（ステップ２０５ｂ）。

ＡＨｎ＝　ＡＨｎ−ｘ−△ＡＴ（、、、、、、、、、、
、、、、、、、、、、、、、（４）充電時の場合は下記
（５）式にて演算される（ステップ２０５ａ）。

ＡＨｎ”ＡＨｏ−１＋η×△ＡＨ，、、、、、、、、、
、、、、、、、、、（５）ＡＨｎ：ｎ回目の演算による
保有電気量ＡＨｎ−１：　（ｎ−１）回目の演算による
保有電気量η　　：充電効率 しかし、以上のステップまでの積算による保有電気量Ａ
Ｈｎの演算計測では、長時間経過すると保有電気量ＡＨ
ｎには計測誤差が含まれてくる。また、蓄電池３の充電
効率ηは保有電気量ＡＩ、充電電流値、蓄電池３の温度
等の蓄電池３における諸条件によって複雑に変化するた
めに充電効率ηを一定の値に設定することは困難である
。したがって、この計測誤差が問題となるほど増大しな
い予め定められた時間毎（例えば１〜２日毎に１回程度
）に保有電気量ＡＨの較正を行う。すなわちこの時間間
隔毎に前述の電解液撹拌器１２を規定の短時間ｔ１（撹
拌によって電槽内の電解液が充分均一となる時間であり
、通常２０〜３０分間）運転する（ステップ２０７）。

そして、電解液の上下が均一になった後に屈折率利用の
比重測定器１１によって電解液比重値ρＳを計測する（
ステップ２０８）。この電解液比重値ρＳに比例した電
気信号は蓄電池監視装置４に読み込まれ、前記（１）式
にて保有電気量ＡＨ（ρ）が演算される（ステップ２０
９）。そして、前述の３ 充放電電流１Ｂに基づく加減演算による保有電気量ＡＨ
ｏを、この電解液比重値ρＳによる保有電気量Ａ１１（
ρ）に較正する（ステップ２１０）。この較正後は次の
運転周期まで電解液撹拌器１２は停止される（ステップ
２１１）。なお、電解液攪拌器１２が停止されている期
間も分流器７による充放電電流ＩＢの計測はｔ秒間隔で
順次行われており、積算による保有電気量ＡＨは演算計
測されている。

なお、上記実施例では定期的な比重測定前に電解液撹拌
器１２を運転するものとしたが、放電時は充電時に比し
て電解液が拡散し易いため、放電電流があまり大きくな
い（０，ＩＣ以下、Ｃ：１０時間率放電）放電時に限れ
ば、−殻内な測定位置の電解液比重値ρＳは放電量にほ
ぼ比例して低下することが経験的に知られている。この
ような場合には電解液撹拌器１２を省略しても正確な保
有電気量に較正可能となる。直流電源装置ｌとして例え
ば太陽電池を使用している場合などは、日没後に蓄電池
３が充電されることはなく、放電のみ（夜間に負荷２へ
の電力供給を停止する場合には放電も実１４− 質的に零となる。）である。したがって、翌朝のこの太
陽電池による充電が開始される直前に電解液比重値ρＳ
を測定すれば、この時の電解液比重値ρＳは一日のうち
で最も電槽内において均一状態であるため、適正な較正
が可能となる。このような場合は電解液撹拌器１２を省
略しても、前記実施例と同様の作用が得られる。

［発明の効果］ 以上のように、この発明によれば均一な状態の電解液の
比重値を定期的に測定し、この比重値から演算された保
有電気量に基づいて充放電電流から演算計測された保有
電気量を較正するようにしたので、充放電電流の長時間
の積算の演算において発生する積算誤差を、定期的に較
正することができ、常に正確な保有電気量に基づいた蓄
電池の入出力制限が可能となり、正確な保有電気量に基
づいて適切に負荷量を制御できる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例による蓄電池監視装置４を
含む概略回路図、第２図は第１図の蓄電池監視装置４の
演算フローチャート、第３図は従来の蓄電池監視装置４
を含む概略回路図である。 図において、１は直流電源装置、２は負荷、３は蓄電池
、４は蓄電池監視装置、７は分流器、１１は比重測定器
、１２は電解液撹拌器である。 なお各図中同一符号は同一、又は相当部分を示す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）蓄電池の電解液の均一な状態時の比重を規定時間
   毎に測定する比重測定手段、 前記比重測定手段の規定時間毎の測定時前に前記電解液
   を均一な状態にする電解液撹拌手段、前記蓄電池の充放
   電電流を検出する充放電検出手段、 前記充放電検出手段からの刻々情報により前記蓄電池の
   保有電気量現在値を演算計測し、規定時間毎の前記比重
   測定手段からの情報によって前記保有電気量現在値を較
   正処理する蓄電池監視手段、を具備することを特徴とす
   る蓄電池監視装置。