JPH04505053A - 航空機用バツテリのモニタ方法 - 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】

航空機用のバッテリ状態モニタ装置 （本発明に関するクロス・リファレンス）本発明は１９８８年１０月１４日付け で出願された出願番号第２５７゜９１３号「自動車用のバッテリ状態モニタ装置 」の部分継続出願である。 （技術分野） 本発明は航空機用のバッテリシステムを自動的にテストし、モニタし保守する方 法及びその装置、特に航空機のバッテリの状態及び低温始動限界値、保守条件及 び使用寿命をモニタ可能なシステムに関する。 （背景技術） これまでバッテリ容量、充電状態、バッテリ並びに充電システムの欠陥、保守条 件、バッテリあるいは搭載された充電器の交換必要性について適時の指示の１ま たは２つを決定するシステムとしては信頼性が高く安全で、且つ保守容易なシス テムが望まれている。これらのパラメータを非自動で決定することは費用がかさ みまた時間もかかる。マイクロプロセッサを使用することにより、バッテリ特性 、ニンジン始動条件及び作動特性が自動的に決定され好適な寿命、安全性及び信 頼性が与えられ得る。 航空機用のバッテリは始動動作、前もっての点検動作、管制塔との通信及び半ャ ノピー動作に必要な電力を与える。これらのうち始動動作は始動器が他の装置よ り多くの電力を必要とするためこのバッテリの状態の影響を大きく受け易い。 これらの機能は航空機の信頼性且つ安全動作上重要であり、バッテリの有効寿命 の終期を識知できることも有用である。 航空機用バッテリには重量を出来るだけ軽くするためニッケルカドミウム電池が 使用されている。しかしながらこのバッテリの保守には高い留意を払う必要があ る。従って昨今液密の鉛／酸バッテリが航空機用として採用されている。この場 合使用者に、保守条件、充電状態、バッテリの正常性、有用寿命の終期等を報知 する装置は極めて有用である。 一般に、これらバッテリの公称電圧は２８ボルトである。バッテリの容量は７Ａ ｂ（アンペア時）から数十アンペア時である。このバッテリはＳＬＩバッテリと 機能の点で極めて近似である。このバッテリはエンジン始動のための大きな電流 パルスを発生し、はり始動の直後、充電器によってバッテリが再充電される。航 空機の中には圧縮空気カプセルのような手段により始動されるものもある。 上述のような構成の装置に幾つかの状態が生じた場合航空機のバッテリシステム が故障する。バッテリの故障には、バッテリの低い充電状態、バッテリ容量の損 失、端子腐食、低いレベルの電解液、充電システムの故障及び始動モータの故障 等が含まれる。バッテリ状態モニタ装置はこれらの故障を自動的に識別するよう 構成される。モニタ装置は発生した問題を判断し差し迫った故障前に使用者に警 報を発生する必要がある。一方従来のバッテリ状態モニタ装置はこれらの故障を 識別出来ず、殆んどの従来のバッテリ状態モニタ装置にあってはバッテリの充電 状態のみを決定するだけであった。 従来のバッテリ状態モニタ装置は単に電流計及び／または電圧計で構成される。 このため熟練使用者のみに有効な限られた種類のデータのみが送出される。バッ テリをテストするには、バッテリが熟練者により電気システムから外され既知負 荷を介して放電される。また、負荷を介してノイツテリを放電させずに、交流信 号を用いてバッテリの状態パラメータを誘導するためモニタ装置が採用される。 このモニタ装置では、バッテリを使用者システムの電気回路から外す必要がある 。 このように手間をかけても、あたえられるデータは充電状態に関するもののみで ある。 従来バッテリの充電状態は電解液の比重を測定することにより決定されていた。 この方法はバッテリが放電されると硫酸電解液の比重が減少し、バッテリが充電 されると増加することを利用している。正常時には、ノイツテリの電解液の比重 はバッテリが満充電状態にあるとき約１．２８〜１．３０の範囲内にある。この 方法では手間がかかり、！バッテリ容量の損失を前置て予測出来ない。更に端子 腐食のような問題もこの方法では検出出来ない。 バッテリの充電状態を決定する別の方法にはノイツテリに対し充放電する電荷を 連続的にカウントする方法が包有される。 この方法においてはバッテリ内にガスを通すことにより消費される電流若しくは 電極プレートの腐食あるいは活性物質の劣化に伴うバッテリ容量の変化があると エラーとして蓄積され得る。電流／周波数を変換するコン７く一夕を用ｔλたこ の種の装置がジエ仁　エフ、シュナイダによる米国特許第４．６７８゜９９９号 に説明される。 バッテリの最大電力出力はその電圧及び内部インピーダンスにより決定される。 一般に、バッテリの内部インピーダンスはバッテリの寿命及び充電状態の減少と 共に増加する。ムラマツによる米国特許第電源４．６７８．９９８号にはこの原 理に基づく装置が開示されている。この装置では、バッテリインピーダンス、残 容量及び残寿命間の関係が異なる周波数で予め決定されメモリに記憶される。バ ッテリ状態を決定するため、コンピュータは幾つかの周波数での内部インピーダ ンスを評価し所定の値を示す記憶テーブルを点検し得バッテリの残寿命の情報を 得る。この装置は、各バッテリあるいはバッテリ群を設置前にテストし、所定値 のテーブルを°作成する必要がある。 ホーランドによる米国特許第４．６６５．３７０号にはバッテリ状態モニタ装置 が開示されており、この場合回転モータがバッテリの負荷となり、電子装置を介 してエンジンが始動される都度のバッテリ状態が自動的に測定される。バッテリ 状態モニタ装置は負荷を受けないときのバッテリ電圧が負荷を受けたときの電圧 と比較され、この電圧差が所定の限界値を越えるとバッテリが不良であることを 示す。この装置の欠点は、バッテリの低い充電状態、低い容量で満充電されるバ ッテリ、及び端子腐食あるいは低いレベルの電解液等バッテリの故障状態間を識 別出来ない点にある。 （発明の開示） 本発明によれば、航空機用の（始動）バッテリをモニタしバッテリの欠陥、特性 等を含む所定の状態を決定する方法及び装置が提供される。一般に、このモニタ 装置に対してはマイクロプロセッサ装置が航空機上に配設され、装置の動作を制 御する。ソフトウェア装置はマイクロプロセッサ装置を指示し、バッテリ状態モ ニタ装置の一連の動作を制御する。メモリ装置はマイクロプロセッサ装置と接続 されソフトウェアの指示及びバッテリの内部抵抗と内部抵抗の許容限界値とバッ テリの外気温度との所定の関係を記憶する。 Ｄ／Ａコンバータはマイクロプロセッサ装置と接続されマイクロプロセッサ装置 からのディジタル信号をアナログ信号に変換する。直流発電装置はＤ／Ａコンバ ータと接続されマイクロプロセッサ装置により要求される電圧及び電流での電力 を発生する。電流検出装置はバッテリの端子と接続されバッテリに対し出入する 電流を測定する。温度検出装置はバッテリ近傍に配設されバッテリの外気温度を 測定する。電圧計装置はバッテリ、電流検出装置、温度検出装置及び直流発電装 置の各電圧を測定する。Ａ／Ｄコンバータは電圧計装置と接続され電圧測定部か らのアナログ信号をディジタル信号に変換しマイクロプロセッサ装置へ移送する 。第２のソフトウェア装置は電流、電圧及び温度を分析しバッテリの内部抵抗、 分極、欠陥及び高信頼の低温始動限界値を決定しバッテリの保守及び交換条件を 得る。作動器装置は検出装置、直流発電装置及びバッテリと接続される電気回路 を制御する。表示装置はマイクロプロセッサ装置により制御されバッテリ状態あ るいは報知の表示を行う。 更に本発明によれば、 （ａ）外気温度、バッテリ電圧、充電器出力電圧、及びバッテリに対し出入する 電流を連続的に測定する工程と、（ｂ）電流／電圧（１／Ｖ）データを分析しバ ッテリの内部抵抗及び分極を決定する工程と、 （ｃ）充電状態、腐食した端子、低電解液レベルにより生じる欠陥状態を含む欠 陥充電状態を決定する工程と、（ｄ）バッテリの電力出力容量と始動システムを 含む航空機システムの電力条件とを比較することにより低温限界値を決定する工 程と、 （ｅ）比較により得られるデータを示す工程とを包有してなる航空機用のバッテ リをモニタする方法が提供される。 更に本発明の別の方法によれば、 （ａ）バッテリに対し所定の形状の電流、若しくは電圧を充電システムを介しバ ッテリに加えバッテリの応答電圧若しくは電流を測定する特殊なテストサイクル を与える工程と、（ｂ）Ｉニ対するｄＶ／ＤＩ若しく　ｉｔ　Ｖ　ｌ；：対する ｄｌ／ｄＶでデータを評価する工程と、 （ｃ）容量あるいは電圧を含むバッテリの特性を決定する工程と、 （ｄ）不適合のセル、ソフト短絡セル容量の損失ヲ含ムノイツテリ欠陥を決定す る工程と、 （ｅ）データ及び報知を示す工程とを包有してなる航空機用のバッテリ状態を監 視し忠告する方法が提供される。 本発明によるバッテリ状態モニタ装置はそのときの、＜ツテリ容量、充電状態及 び故障状態を決定する。バッテリの満充電状態に近い充電状態の所定の範囲内に あるとき、モニタ装置はクラッチを介し充電器を遮断し電荷を除去出来る。充電 状態が所定の限界値以下であるか、アクセサリ装置の電流ドレインが所定の限界 値以下であるかあるいは外気温度が所定の限界値以下であるとき、電源は動作状 態を維持する。 本発明の重要な特徴は、航空機の低温始動限界値及びバッテリのその時点での状 態を示すことが出来ることにある。モニタ装置はエンジンの始動モータ条件とそ のバッテリ適合性を考慮して低温限界値を決定する。 本発明の重要な利点は、モニタ装置はバッテリを保守するか交換するかの決定に 関し使用者に偏見のない報知動作を行うことが出来ることにある。このモニタ装 置は内部抵抗や分極の値を評価することにより端子の清掃を行う必要があるか否 か、あるいはバッテリへの注液が必要か否かを示すことが出来る。（１）１以上 の不良セル（低容量不適合セルあるいはソフト短絡セル）あるいは（２）外部に 欠陥のない場合の高内部抵抗等の状態を検出したとき、モニタ装置はバッテリの 交換の必要を使用者に報知する。 （図面の簡単な説明） 第１図は始動システムの他の装置に接続され得る、本発明によるバッテリ状態モ ニタ装置のブロック図、第２図は本発明の好適な実施例のフローチャート、第３ 図はバッテリ状態モニタ装置のテストに用いる簡略回路図、第４図は航空機の始 動と同様の突発的な放電あるいは再急速充電中の自動車用バッテリの電流／電圧 特性を示すグラフ、第５図は５２５ＣＣＡバツテリの温度関数としてバッテリの 内部抵抗と内部抵抗の許容最大限界値の関係を示すグラフ、第６図は室温（２６ ，６℃）での温度に依存するバッテリ条件及びバッテリ性能の関係を示すグラフ 、第７図は電流傾斜法によるガスの検出法を示すグラフ、第８図はバッテリがガ スを発生するときのバッテリ容量と電流との関係を示すグラフである。 （発明を実施するための最良の形態） 航空機の始動状態は自動車の始動状態及びバッテリ状態に近似であるから、総て のテストを自動車の状態及び目動車用のバッテリの状態で行った。航空機の状態 と自動車の状態との差違はバッテリの電圧だけである。 第１図には自動車始動システムの他の装置に接続されるような本発明のバッテリ 状態モニタ装置のブロック図が示される。マイクロプロセッサ１００は自動車の 動作を制御するため自動車に搭載され、その内部には一連の動作をマイクロプロ セッサに命令するソフトウェアを記憶するＲＯＭメモリ若しくはＲＡＭメモリが 内蔵される。このメモリにはバッテリまたは自動車スタータシステムに関連する 所定の関係あるいはデータをも記憶される。マイクロプロセッサ１００はまたＤ ／Ａコンバータ１０２にも接続されており、Ｄ／Ａコンバータ１０２はディジタ ル信号１０４をアナログ信号に変換しアナログ信号を搭載された充電システム１ ０６へ伝達する。充電システム１０６は実質的には自動車に用いるアオルタネー タ／レギュレータであり、電流検出分路装置１１０を介しバッテリ１０ｇ及び電 圧計！１２と接続されている。充電システム１０６はまたリード線１１４を介し 他の部品と接続され得る。制御された電圧１１６は充電システム１０６に対し与 えられる。バッテリの応答電流あるいは電圧［８１１圧計により測定され、電圧 計自体もリード線１２０を介し温度センサ等の自動車の他の部品に接続される。 電圧計に付設されたＡ／Ｄコンバータ１２２は測定したアナログ信号をディジタ ル信号１２４に変換しディジタル信号１２４をマイクロプロセッサ１００に送る 。マイクロプロセッサ１００自体もリード線１２６を介し自動車の他の部品に接 続される。バッテリまたは充電器に並列に接続されるアクセサリ装置あるいはス タータモータが第３図に示されている。 第２図にはバッテリ状態モニタ装置のシーケンシャル動作を説明するフローチャ ートが示される。図示のように、フローチャートは第３図の装置及びテスト回路 に適用されマルチユーザのマイクロプロセッサによって制御される。航空機に設 置する市販装置が使用される場合、ステップ２．２１．２２はバッテリ状態モニ タ装置の動作に影響を与える事なく割愛され、マイクロプロセッサはステップ２ １に代えてステップ３を行い一連の動作を実行する。 ステップ１では、総ての変数が初期設定される。このステップは本装置が航空機 に設定される場合、１度だけ実行される。次に、モニタ装置はステップ２で航空 機のバッテリ状態モニタ装置及びバッテリの所定の動作特性を通常示す総ての変 数の値を読む。このステップはステップ２１と等価である。 モニタ装置は一連の動作専用のマイクロプロセッサを有しているのでステップ２ は必ずしも必要ではないことが当業者には理解きれよう。ステップ３においてモ ニタ装置は外気温度（Ｔ）、バッテリ電圧（Ｖ）、電源電圧（Ｖｓ）、電流検出 用分路または他の装置の使用する電流（１）及び実時間（１）を測定する。第３ 図のテスト装置の電源は自動車のアルタネータ／レギュレータの出力電圧若しく は電流に等しい定格電圧若しくは電流を有する。以後アルタネータ、整流器、電 圧／電流制御器を一括して電源と言う。 ステップ４では、バッテリの充電状態が既知の充電積分技術及びオープン回路電 圧（ＯＣＶ）構成の組み合わせ構成を用いて更新される。ＯＣｖに基づき充電状 態（ＳＯＣ）を決定する最初の方法では、満充電された鉛酸セルのオープン回路 電圧が完全に放電したセルのＯＣＶより０．２Ｖだけ高いことを利用している。 セル電圧はこれらの最大値間を線形的に変化する。バッテリに電流が流れていな い時のバッテリの電圧は通常オープン回路電圧と呼ばれる。充電状態は満充電さ れた状態でのオープン回路電圧（ＯＣＶＦＣ）、バッテリのセル数（Ｎ　ＯＣ” ）及びそのときのオープン回路電圧（ＯＣＶ）から以下の式により算出される。 ５ＯＣ＝ｌＯＯ−（（ＯＣＶｙＣ−ＯＣＶ）１０．２　Ｎ０Ｃ）　１０Ｇ）％　 （１）この計算に用いるオープン回路電圧は分極の影響のないように設定される 。分極は通常電解液濃度に比べ電極あるいはその近傍での電極液濃度の不均等に より生じる。充電あるいは放電後数分まで測定された電圧には、バッテリに対し 実質的に電流が流れてなくとも相当の分極電圧成分が含まれる。 第２の方法ではバッテリに対し常に入出力する電流が用いられる。モニタ装置は バッテリの所定の充電状態からの充電をカウントする。電源からバッテリ内への 全充電はバッテリの貯蔵充電量に加えられる。同様に、スタート中あるいはアク セサリ装置によるバッテリからの充電は貯蔵光１４ｊｌから減算される。バッテ リ容量で除算されたこの正味の充ｉｔはバッテリの充電状態を示すことになる。 モニタ装置がバッテリの完全充電状態を検出すると、モニタ装置は常に充電状態 を１００％にリセットする。バッテリの完全充電状態はバッテリのオープン回路 電圧が所定の値より高い時に認識される。バッテリの完全充電状態もバッテリの テストサイクルを経て認識される。充電積分法のみにより決定される充電状態は バッテリ内のガス抜き及び活性材料の抜けあるいは電極板の腐食から生じるバッ テリ容量の変化に伴ったエラーを含む。従ってモニタ装置は自動車始動から所定 の時間、好ましくは２時間この充電積分法を使用し、この所定の時間が経過した 後エンジンスイッチをオフにする。上述の２つの方法を組み合わせることにより 自動車のバッテリ状態を正確に測定出来ることは当業者には理解されよう。 ステップ５では、始動システムまたは他のユーザシステムの状態が決定される。 システムが始動状態にあると、モニタ装置はステップ６から開始する分岐路Ａを 選択する。また搭載された充電器が作動しているときはステップ１３から開始す る分岐路Ｂを選択し、システムがオフのときにはステップ１９から開始する分岐 路Ｃを選択する。 分岐路においてモニタ装置は航空機のエンジンが始動するかユーザが始動動作を 停止するまでステップ７．８でパラメータ■、Ｉ、ｔを反復して測定する。モニ タ装置は電流Ｉの符号及び値から始動動作の状態を認識可能である。始動動作は 他の方法、例えばスタートスイッチから識別出来ることは当業者には理解されよ う。エンジンが始動されるとモニタ装置はステップ９の動作を行う。ニンジンが 始動されない場合制御はステップ３に再び戻される。ステップ９ではモニタ装置 再放電電流、バッテリ電圧及び所定の時間、好ましくは５〜１０分間、電源電圧 を測定する。システムのスイッチがその間にオフにされると、モニタ装置はステ ップ３に戻る。ステップｌＯでは、始動動作中の測定値を用いてモニタ装置によ り内部抵抗（ＩＲ）及び分極（Ｐ、）が決定される。 本発明によれば、航空機のバッテリの内部抵抗はバッテリに対する入出力電流の 開始及び終了での瞬間電圧の変化から用いる方法によって達成出来ることは当業 者には理解されよう。 本発明の好ましい実施例によれば、航空機バッテリの内部抵抗がオープン回路電 圧（ＯＣＶ）、最初に測定した電圧（ＶＳ）及び第４図に示すような始動動作中 バッテリからスタータ負荷へ流れる最初の電流（Ｉｓ）を用い、式（２）から決 定される。 ＩＲ＝　（ＯＣＶ−Ｖｓ）　／　Ｉｓ　（２）航空機のバッテリの瞬間最大出力 電力は内部抵抗と反比例する。従って本発明によれば、バッテリの電力出力容量 が内部抵抗により決定される。 バッテリの分極抵抗（Ｐ、）はプレート間の電解液の濃度に対する電極での電解 液濃度の不均等から生じる。分極抵抗はパラメータＶＳ、１ｓ及び所定時間経過 後のバッテリ電圧あるいは始動動作中の最終の電圧測定値（Ｖ　、）を用い、次 の式（３）から決定される。 Ｐ＊＝　（Ｖｓ　−Ｖ、）　／　Ｉｓ　（３）内部抵抗及び分極抵抗は自動車の 始動またはスイッチオフあるいは航空機のアクセサリ装置のスイッチオンオフを 利用して必要に応じ決定可能であることは理解されよう。 本発明の好ましい実施例の重要な実施態様の１は自動車を始動可能な低温限度を 予測出来る構成をとることにある。航空機の始動システムと極めて近似の自動車 の始動電力条件の温度依存性及び推奨サイズのバッテリの電力出力容量の温度依 存性がバッテリの内部抵抗（ＩＲ）により表される。内部抵抗（Ｉ　Ｒ）はバッ テリの最大出力電力に反比例する。バッテリはＪＩＡｆの使用温度範囲の高温領 域での所定始動電力と容易に適合出来ることは第５図から明らかであろう。例え ば冬季の場合のように外気温度が低下するに応じ、バッテリの出力電力は減少し 、航空機のスタータの所定始動電力が増加する。 本発明によれば航空機はこれらの２曲線が交差する温度以下では始動出来ない。 本発明によれば航空機の各種の始動システムの、対応する推奨バッテリ電力出力 に対する電力条件の依存性を一般化出来ることが判明した。例えば、自動車の一 般化されたデータが第６図に示す曲線のように示され得る。−３０度近傍の温度 では、バッテリの電力出力容量は℃での電力出力容量の半分に過ぎず、一方この 低温でのシステム始動に必要な電力は２７℃で必要な電力の２倍である。 次にステップ１０でモニタ装置はそのステップｌＯで決定されるＩＲを用いて外 部の温度でのバッテリの内部抵抗及び第６図の曲線Ｂの関係を計算する。同様に 、ＩＲの各温度での許容限度はある温度での許容ＩＲ限度が既知であるとき、第 ６図の曲線Ａのデータを用いて計算される。この許容ＩＲ限度は始動モータ負荷 の電力条件から計算され、始動モータ負荷自体はエンジンのサイズおよびモデル に応じて定められる。 これらの電力データは１以上の温度に関しメーカから与えられる。またモニタ装 置は動作の最初の期間で受けるステップ１１におけるデータを決定出来る。例え ばモニタ装置は最初の所定の数回の始動での動作中外気温度（ステップ３）及び ！バッテリから供給される電流を測定し、所定の温度、例えば２７℃での第６図 の曲線Ａを用いてそれぞれの場合の許容ＩＲ限界値を決定可能である。モニタ装 置は次にこの所定温度でのエンジン始動条件としてこれらの値の平均値をめる。 第６図の曲線Ａ、Ｂの２組のデータを相対関係で、例えばパーセンテージで表し たデータを用いる場合、モニタ装置は第５図のような絶対データを計算する。次 にモニタ装置は第５図の２つの曲線が交差する個所の温度を決定する。この温度 はノイツテリの電力出力容量が始動モータの電力条件と適合する時の温度を表し ている。 総てのバッテリは業界ではいわゆるコールドクランキングアンペア（Ｃｏｌｄ　 Ｃｒａｎｋｉｎｇ　Ａｍｐｅｒｅｓ）（ＯＣＡ　）で定格が表される。バッテリ の室温、例えば２７℃での許容内部抵抗限界値（ミリオーム単位）と定格値（Ｏ ＣＡ）（アンペア単位）との積はほぼ一定で約３７．８００であると考えられる 。これは６個のセルからなる１２ボルトの鉛／酸バッテリシステムを用いる総て の車に当て嵌まる。同様に航空機に使用する場合、別の関係が決定される。従っ て限界値ＴＲは次の式４から得られる。 限界値ＩＲ＝　（３７，８００／ＣＣＡ）　（４）この一定数は温度により異な り特定温度が採用されることは当業者には理解されよう。 次のステップ１２では、エンジンの始動の直後のバッテリの始動及び再充電中に 集められたデータを用いて各種の診断が行われる。この診断には、例えば端子の 清掃あるいは注水のような保守条件をも包有される。好ましい実施例としてのモ ニタ装置はドライバに報知する必要のある保守条件が認識される。鉛／酸バッテ リのような既知のバッテリが放電あるいは充電した後、直ちにバッテリ端子間の 測定された電圧が、電極の孔内の電解液あるいは容積の濃度が不均一のため（通 常濃度分極）、バッテリが開回路状態にあるにもかかわらず変化する。本発明に よれば、電解液レベルが減少するに応じ式３で定義した分極が増加する。一方分 極は、電解液レベルが十分である反面充電状態が低い場合のみ大きい。モニタ装 置はステップ４で決定した充電状態からこれら２状態を識別する。 航空機に保守が不要の密封バッテリを広範に使用する場合、腐食した端子を清掃 することがそのバッテリにおいて最大の保守課題である。バッテリの端子は時間 経過と共に腐食するため、端子表面に生じた鉛化合物（酸化物及び硫化物）によ り接続線を接続する端子での抵抗が大幅に増加する。このように抵抗が大になる と、電圧降下が大きくなり、始動モータに得られる電力が減少する。この結果ニ ンジンの始動が出来な（なることが多い。本発明による実施例においてはこれを 検出し使用者に前辺て警報可能に構成される。正及び負のバッテリ電圧検出線は 夫々バッテリの端子に接続される接続線の端部近傍においてバッテリの正及び負 のリード線と接着される。従ってモニタ装置により決定される内部抵抗には正の リード線から負のリード線への抵抗成分及び接続線およびバッテリ端子間の接触 抵抗成分が含まれている。バッテリの内部抵抗は充電状態が７０％以上でありバ ッテリの容量が大幅に失われないとき、狭い範囲内に設定され得る。好ましい実 施例のモニタ装置によれば、決定された内部抵抗が所定値より大きい場合、例え ば所定温度でのバッテリの最初の内部抵抗の２倍より大きく、分極が正常状態よ り小さい場合、端子を清掃するようドライバに報知する。本発明の主たる目的は 所定の電力を供給できなるまで低下する前にバッテリを交換する必要があること をドライバに報知可能なモニタ装置を提供することにある。既知の総てのバッテ リ、例えば航空機用の鉛／酸バッテリは、エージングのため活性材料の活性機能 が低下し活性材料の一部が迎賓化出来ず再充電不可能となり所定の充電容量が維 持されない。これはエージングにより内部抵抗が増加することによる。本発明の 好ましい実施例では、バッテリの所定範囲の内部抵抗がより大になったり、最初 の容量の所定パーセンテージより低下したり、充電状態が８０％より低くなると 、バッテリの交換の必要を使用者に報知する。 モニタ装置はまた短絡したセルまたは容量が不適合のセルを検出すると、バッテ リを交換すべく使用者に報知する。この検出工程は以下のステップで行われ得る 。 ステップ１２の後、制御はステップ２１へと移り、ここで総てのパラメータ及び 変数値がステップ２２．１．２．３においてメモリに記憶される。市販の装置に おける制御は連続動作が行われステップＩ２からステップ３へ移行する。充電シ ステムがオンであり駆動しているとき、ステップ４．５を通過した後ルー）Ｂに 沿って動作する。 次にステップ１４においてはモニタ装置が航空機の他のシステムから独立した安 全基準に従って充電器をオンする必要があるか否かがチェックされる。充電器を オンする必要がある場合、ステップ１５から始まる分岐路Ｂ−１あるいはステッ プ１８０から始まる分岐路Ｂ−２が選択される。ステップ１５では充電器がオン にされるかあるいは既にオン状態にあればオン状態が保たれる。ステップエ６で はモニタ装置は使用者がテストサイクルの必要を示したか否かを決定する。次の ステップ１７では使用者が望むときは、特別なバッテリテストサイクルが実行さ れる。オン状態の充電器は連続的にオン状態に維持され、少なくとも数分間電源 から所定の最小の電力出力が与えられ、テストサイクルが実行可能にされる。テ ストサイクルが実行可能にされないときは、テストサイクルは自動的に破棄され る。本発明の好ましい実施例によれば、使用者がこのテストを希望するときはボ タン等の装置を押す。マイクロプロセッサに対しプログラムを組んでこのテスト を所定の一定間隔で実行可能にし得る。次にモニタ装置により、バッテリが１０ ０％のＳＯＣまで充電され、バッテリが所定の期間遮断されテストが実行される 。本発明の好ましい実施例によればテストサイクルには、線形的に増加する傾斜 電流あるいは電圧をバッテリの端子に与え、第７図に示すようにバッテリの対応 する電圧あるいは電流の応答を測定することが含まれる。通常電流信号は０（Ａ ）から所定の期間における所定の限度まで増加し、この値を所定の期間維持して 、この値から０（Ａ）まで同一の所定の期間で減少する。例えば電流は６０秒間 でＯから２ＯＡまで増加し、５秒間！ＯＡが維持され、６０秒間で２ＯＡからＯ Ａへと減少する。電源の電流出力はバッテリテストに必要な電流をテスト中直ち に与えるモニタ装置により連続的に調整される得ることは当業者には明らかであ ろう。 傾斜電圧を利用する場合、この電圧信号は所定の期間において開放回路電圧（Ｏ ＣＶ）から所定の限界値だけ、例えば３ｖだけＯＣＶより高い電圧まで増加され 、同一の所定の期間でこの電圧からＯＣｖまで減少せしめられる。傾斜電圧また は電流のいずれの方法によっても、増加する信号は所定の電圧限界値（例えばセ ル当たり２．６Ｖ）に達すると所定限界時間を越す前に、保持状態に戻される。 Ｉ　ｒａ■ｐに対するｄ　Ｖ／ｄＩの最大値あるいはＶｒａ■ｐに対するｄｌ／ ｄＶの最小値の存在はガス点を示している。ガス点での電圧から、セル数（ＮＯ Ｃ）が次の式５を用いて計算される。 Ｎ０Ｃ＝　Ｖｇａｓ／　２．５　（５）航空機用のバッテリの場合これは通常バ ッテリの実際のセル数に等しい。これ以外の数値は欠陥バッテリとなることを表 している。十分に充電されたバッテリの場合ガス点の生じる増加傾斜部の電流１ 　ｇａｓ−ｕｐは第８図に示すようにバッテリの容量に比例する。バッテリが完 全に充電されたとき、ガス点の生じる減少傾斜部の電流１　ｇａｓ−ｄｏｗｎは 最低値、通常約０．８Ａとなる。従って、充電状態はＩ　ｇａｓ−ｄｏｗｎのパ ラメータから決定可能に構成される。 セルが不適合であるバッテリでは、増加及び減少傾斜部で２つ以上のガス点が生 じる。ソフト短絡（５ｏｆｔ−ｓｈｏｒｔｅｄ）　したセルの場合は、傾斜部の 極めて初期の段階でｄＶ／ｄｌが屈曲（ｉｎｆｌｅｃｔ）する。硫酸で処理した セルを用いると、増加傾斜部に屈曲部が生じるが、減少傾斜部には屈曲部を生じ ない。従って、バッテリ状態モニタ装置は熟練者でも見逃し易いバッテリの欠陥 を検出可能である。 差し迫って生じ勝ちなバッテリ故障が早期に検出され得る。 有効寿命の終期に近ずいたセル、特にバッテリの両端部に位置するセルはその容 量が他のセルに比べ異なる割合で減少し始める。この結果テストサイクル中増加 する傾斜部及び減少する傾斜部の双方でｄＶ／ｄｌに複数の屈曲部が存在し、複 数のガス点が生じ、不適合のセルの存在が報知される。容量が所定値以上、異な る不適合のセルあるいは容量が所定の限界値より低い最弱のセルをモニタ装置に よって検出したり、バッテリにソフト短絡が存在することを検出すると、モニタ 装置は使用者に対しバッテリの交換の必要があることを警報する。 分岐路Ｂ　−２のステップ１８においては、モニタ装置は電源をオフあるいは既 にオフしていればそのオフ状態を維持する。 分岐路Ｂ−２のステップ】８後あるいは分岐路Ｂ−１のステップ後における、制 御は、分岐路Ａのステップ１２後にステップ３へ移行する場合と同様に、ステッ プ３へ移る。モニタ装置がステップ５においてシステムを使用者がオフしたこと を検出すると、分岐路Ｃを選択する。この分岐路のステップ２０においてバッテ リからの放電電流がチェックされる。ノ〈ツテリの出力電流が所定の限界値より 大きい場合、例えばアクセサリ装置がオンであるとき、モニタ装置は使用者に対 し過度の漏れ電流があることを警報する。バッテリのドレイン電流が所定の限界 値以上でありアクセサリ装置がすべてオフの場合、モニタ装置はバッテリに関連 する電気回路に短絡があることを警報する。システムがオフでありアクセサリ装 置に過度にドレイン電流が流れていない場合、モニタ装置はバッテリの開放回路 電圧が所定の限界値より低いことを検出したとき、バッテリのセルの１つにソフ ト短絡が存在することを表すことになる。次にモニタ装置はバッテリを直ちに交 換するよう報知する。 第３図には本発明の方法を実施する装置の基本的なブロック図が示される。航空 機の実際の電気回路は第８図に示す回路より複雑であり、外部に作動器または分 路も含まれているが、航空機の回路はこの基本形に換算され得ることが当業者に は理解されよう。バッテリ１、電流検出分路６、マイクロプロセッサにより制御 される始動スイッチ８及び抵抗として示される始動モータ負荷２により始動回路 が構成される。抵抗として示されているアクセサリ装置の負荷３は航空機の照明 灯、キャノピ−動作のための装置を示す。このアクセサリ装置の負荷３はマイク ロプロセッサにより制御されるスイッチ１０及び電流検出分路７と直列に接続さ れており、スイッチ９を介しバッテリ、あるいは電源４即ちマイクロプロセッサ により制御される別のスイッチ１１を介し充電器によって付勢される。電源の出 力電圧及びバッテリの充電状態により、ある時間の問いずれで付勢されるかが決 定される。ダイオード５は電源がオフにされたときバッテリから電源へ放電され ることを防止する。バッテリがテストサイクルを受けるときには、バッテリはテ スト前に数分間始動スイッチ８及びスイッチ９を用いて他の電気回路から遮断さ れる。電源はこの期間にアクセサリ装置の総ての電力を供給する。テスト中スイ ッチ９．１０、】１は閉じた状態に維持される。更にパラメータを測定するため の部品、例えば電源４とスイッチ１１との間、あるいは始動モータ負荷２と始動 スイッチ８との間に別の分路を付加出来ることは理解されよう。同様に別のスイ ッチあるいはアクセサリ装置も付設出来る。 航空機始動用バッテリまたは自動車始動用、＜ツテリは構造または動作特性が極 めて近似であるので、以下の実験例における総てのテストは自動車用バッテリを 用いて自動車に課される条件下で行った。各実験例では負荷が異なるためセルの 数または容量が異なることになる。 害皇漕ユ 自動車用バッテリの内部抵抗及び分極の決定二６５０ＣＣＡ（アンペア単位）の 自動車用ノイツテリをテニー（Ｔｅｎｎｙ）環境チャンバ内に置き、このツイツ チ１月こ対し推奨される自動車の始動モータ負荷に等しい銅線負荷を介し２５℃ で大きなパルス電流放電を与えた。／＜ツテリ状態モニタ装置１１２５℃でのバ ッテリの内部抵抗（Ｉ　Ｒ）及び分極をそれぞれ７．４および１．６ミリオーム と決定した。同様に０℃で実験を行ったところＩＲが９ミリオームであった。 火！烹ユ 限界値ＩＨの決定： モニタ装置は式４を用い実験例１で用いたと同一のノイツテリの内部抵抗（限界 値ＩＲ）の許容上限値を２５℃で５８ミ！Ｊオームであると決定した。

【艷男１ 低温限界値の決定： モニタ装置は実験例１で用い、２５℃の低温での、＜ツナ１ノの限界値ＩＲと実 際の内部抵抗との外挿をめ自動車の始動可能な低温限界値を−３８，７℃である と決定した。このノイツテリに対し温度Ｏ℃で同様なテストを行ったところ、高 信頼の湯度限界値が一３８℃であることが判明した。これは外気温度が何度であ るかに拘わらず、低温限界値を正確に決定出来ることを表している。 宋３Ｎｊ 異なるサイズのバッテリのテスト： 実験例バッテリ１、スタータモータ負荷２．３の場合と同様に、定格６５０．６ ３０．５２５．４７５．４００及び３４０ＣＣＡの各バッテリに対しテストを行 い下の表１に示すような高信頼の低温度限界値及び内部抵抗が得られた。 表１　自動車用バッテリテスト ＣＣＡ　外気温　限界値（ＩＲ）測定値（ＩＲ）　高信頼温度限界値（Ａ）　（ ”Ｃ）　（■Ω）　（■Ω）（℃）６５０　２５　５８　７．４　−３８．７０ 　９、　Ｏ−３８，３ ６３０２５６０Ｌｌ　〜３７．３ ０　１０．０　＝３５．９ ５２５　２５　７２　１１．４　−３２．５０　１３．７　−：（２，７ ４７５２５８０８，６−４２，６ ０１０，１−４２，６ ４００２５９５１０，７−４１，３ ０１２，７〜４１．４ ３４０　２５　１１１　１３．１　−４４．３充電状態の決定： 実験例１でのバッテリの充電状態（ＳＯＣ）をモニタ装置により既知の異なるレ ベルのＳＯＣに基づき決定した。バッテリは所定の電流で既知の期間放電した。 バッテリに対し入出力する正味の電荷を測定し所定のバッテリ容量からそれぞれ 加算あるいは減算した。この値からバッテリのＳＯＣを計算しモニタ装置により 決定した値と比較した。 自動車用バッテリを殆ど完全に放電させ再充電することなく１日間放置した。モ ニタ装置はバッテリの極めて低い充電状態を検出し十分に充電する必要のあるこ とを示していた。 またバッテリが硫化されていることも表示した。 別の一部放電されたバッテリ（ＳＯＣ４０％）に対するテストにおいては、高信 頼の低温限界値は３５℃より高いことを示した。このテスト中バッテリに対する 外気温度は２０℃であり、これは自動車が充電することなく始動出来ないことを 意味する。明らかに、バッテリの電力出力は２０℃で負荷により要求される電力 より低かった。 実験例６ バッテリ容量の評価： 実験例１でのバッテリの容量はモニタ装置によりテストサイクルを行って決定し た。モニタ装置により決定したバッテリの容量をバッテリメーカのデータと比較 した。モニタ装置は、十分に充電され、高い内部抵抗（２５℃での最初の内部抵 抗の２倍）でバッテリに問題を生じない高信頼の温度限界値で、最初の容量の半 分以下になったとき、バッテリの交換を使用者に報知した。 １鼠■１ 不適合セルの存在のテスト： 既に不適合セルを持つ古いバッテリをバッテリ状態モニタ装置と接続しテストサ イクルを行った。モニタ装置は不適合セルの存在を検出しバッテリ交換を報知す るメツセージを表ガス節約の特徴テスト： 実験例１の自動車用バッテリをモニタ装置と接続し、電気回路の始動スイッチを オフにした。モニタ装置は始動時のバッテリ特性を決定し、バッテリを１００％ ＳＯＣまで再充電した。モニタ装置はバッテリが満充電に達した後電源をオフに した。バッテリにより自動車に必要な総ての電力を与えられた。バッテリのＳＯ Ｃが８０％に落ちたとき、電源を再度オンにした。従ってモニタ装置は電源をオ ン・オフすることによりバッテリのＳｏＣを８０と１００％の間に制御した。 実−愚遣 低レベル電解液： 電解液レベルが“満”マークにあり満充電された自動車用バッテリの特性をモニ タ装置によりテストした。電解液レベルが電極プレートの頂部と合致するまで電 解液の一部をバッテリから抽出した。バッテリをモニタ装置により再びテストし た。このテストは電解液レベルを電極プレートの高さの３７４、バッテリ１／２ ．１／４にして行った。これらのテストで決定された内部抵抗、分極及び高信頼 の低温限界値を表２に表した。 表２　異なる電解液レベル出のバッテリ特性電解液レベル　内部抵抗　分極（式 ２）　高信頼温度満　９．０５＋０　１．３０ｍＧ　−３２，４℃プレート頂部 　９．４２　１．３１　−３３．０プレート３／４　９１１０　２．１３　−３ １．８プレート１／２　１２．９１　２Ｊ８　−２４プレート１／４　２４．１ ７　Ｌ９４　−５．９プレートの頂部より低い電解液レベルでは、内部抵抗、分 極およ高信頼の温度限界値が高くなった。従ってモニタ装置が良好な充電状態及 び容量に対しこれらのパラメータの大きな値を検出すると、モニタ装置は注液す るよう報知する。 実験例ＪＡ 端子の腐食： 十分に充電された自動車バッテリの正の端子に希釈硫酸内で薄い硫酸鉛の層をブ ラシにより覆設し乾燥した。これをモニタ装置と接続し且つ第３図のような回路 と接続した。正常な端子状態並びに腐食した端子状態の下で内部抵抗、分極及び 高信頼の低温限界値をテストし、その結果を表３に示した。 表３　腐食−喝”Ｆ％＊ｔ６＠軌車、へヱｊユΔ黄糞端子状態　内部抵抗　分極 （式３）　高信頼温度限界値正常　８．１１ｏｓｒΩ　１．３８＊Ω　−３５゜ ３℃腐食　１６．４６　０．４８　−１８．９モニタ装置が大きな内部抵抗を検 出すると、分極かさ程太きくなく容量及び充電状態が正常レベルでも、端子の清 掃を報知した。 Ｋ艷五月 各温度での８３０ＣＣＡＳＬ１バツテリのテスト：オールドスモービル−フイレ ンザ（Ｏ］ｄｓ＊ｏｂｉｌｅ　Ｆｉｒｅｎｚａ　）２リツトルエンジン自動車に 対し推奨されるサイズの６３０ＣＣＡのＳＬＩバッテリをバッテリ状態モニタ装 置に接続し、テニー（Ｔｅｎｎｅｙ）環境チャンバ内で各種の温度テストを行っ た。 自動車の始動電力条件に相当する許容ＩＲ限界値をモニタ装置により計算した。 モニタ装置によりテストした高信頼の低温限界値を表４に示しである。 限界値ＪＲテスト温度　予想温度 ６０會Ω　２５℃　−３６，９℃ −１３−１７，］ −２５ｉｌ、６ −２５　−１５．３ これらの値はバッテリ温度に関係無く一定である。モニタ装置によるテストのた め、自動車の電力条件を正常値の２倍にして別の組のテストを実行した（これは 表４の許容ＩＲ限界値に反映される、即ち初期の値の半分）。予期したように、 総ての外気温度で高信頼の低温限界値は高く一定値となった。 衷１乳■ 各種の温度での５２５ＣＣＡバッテリテスト：カットラス・シェラ（Ｃｕｔｌａ ｓｓ　Ｃ１ｅｒａ）　２．８リツトルエンジン自動車に対し推奨される５２５Ｃ ＣＡバツテリについて同様のテストを行い、この結果を表５に示した。 限界ＩＲ値　テスト温度　予想温度 ７２■Ω　２５℃　−３２，５℃ ３６　２５　−１３．８ −１３　−１４．５ モニタ装置は上述したバッテリ特性をテストし好適に動作した。この結果は実験 例】１の結果と同様であった。 ７、゛ツナリ）窄ＬＩＶ） を宅　蚊Ｊ乞 宅九ｔＡ） 湿度（・Ｃ） ／ト’１ｆＴｈ　：　ｘｂ、ｂ’０２°、）　ｐ：　／ｐ；　ｔ／、＞Ｗｆ　剖 １’Ｌｌ　二２１１）、６　’Ｃ−２’ｎ　Ｒ：／Ｒ５（％）時間（＋タリ ＦＩＧ、７ａ 鍔間Ｃネジ９ ＦＩＧ、　７ｃ 補正書の写しく翻訳文）提出書 （特許法第１８４条の８） 平成３年８月１６日。

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. （１）（ａ）航空機に搭載されモニタ装置の動作を制御するマイクロプロセツサ 装置と、 （ｂ）マイクロプロセツサ装置を指示しモニタ装置の一連の動作を制御するソフ トウエア装置と、（ｃ）マイクロプロセツサ装置と接続され、ソフトウエア指示 及びバツテリの内部抵抗と、内部抵抗の許容限界値とバツテリの外気温度との所 定の関係を記憶するメモリ装置と、（ｄ）マイクロプロセツサ装置と接続されマ イクロプロセツサ装置からのディジタル信号をアナログ信号に変換するＤ／Ａコ ンバータと、 （ｅ）Ｄ／Ａコンバータと接続されマイクロプロセツサ装置により要求される電 圧及び電流での電力を発生する直流発電装置と、 （ｆ）バツテリの端子と接続されバツテリに対し出入する電流を測定する電流検 出装置と、 （ｇ）バツテリの近傍に配置されバツテリの外気温度を測定する温度検出装置と 、 （ｈ）バツテリ、電流検出装置、温度検出装置及び直流発電装置の各電圧を測定 する電圧計装置と、（ｉ）電圧計装置と接続され電圧測定部からのアナログ信号 をディジタル信号に変換しマイクロプロセツサ装置へ移送するＡ／Ｄコンバータ と、 （ｊ）電流、電圧及び温度を分析しバツテリの内部抵抗、分極、欠陥及び高信頼 の低温始動限界値を決定しバツテリの保守及び交換条件を得る第２のソフトウエ ア装置と、（ｋ）検出装置、直流発電装置及びバツテリと接続される電気回路を 制御する作動器装置と、 （１）マイクロプロセツサ装置により制御されバツテリ状態並びに報知を表示す る表示装置 とを備える航空機用のバツテリに関する状態及び報知を与えるバツテリ状態モニ タ装置。
2. （２）バツテリは再充電可能なバツテリであり、船／酸バツテリが使用され、直 流発電装置が搭載され、地上に設置可能な充電器装置でなる特許請求の範囲第１ 項記載のバツテリ状態モニタ装置。
3. （３）（ａ）外気温度、バツテリ電圧、充電器出力電圧、及びバツテリに対し出 入する電流を連続的に測定する工程と、（ｂ）電流／電圧（１／Ｖ）データを分 析しバツテリの内部抵抗及び分極を決定する工程と、 （ｃ）充電状態、腐食した端子、低電解液レベルにより生じる欠陥状態を含む欠 陥充電状態を決定する工程と、（ｄ）バツテリの電力出力容量と始動システムを 含む航空機システムの電力条件とを比較することにより低温限界値を決定する工 程と、 （ｅ）比較により得られるデータを示す工程とを包有してなる航空機用のバツテ リをモニタする方法。
4. （４）更に （ａ）バツテリの電力出力容量と各種の温度とを関連付ける所定の数学的関数、 グラフデータを用いてある温度での航空機部材が実際に使用される電力を外挿処 理することにより各種の温度でのエンジン始動電力条件を含む航空機部材電力条 件を決定する工程 とを包有してなる特許請求の範囲第３項記載の方法。
5. （５）エンジン電力条件を含む航空機部材電力条件がその部材メーカにより提供 されるバツテリの所定の定格から決定されてなる特許請求の範囲第４項記載の方 法。
6. （６）バツテリの分極が始動状態中バツテリから出される電流でエンジン始動状 態での所定時間後バツテリ電圧値とバツテリの第１の電圧値との差を割ることに より決定されてなる特許請求の範囲第４項記載の方法。
7. （７）更に （ａ）バツテリに対し所定の形状の電流、電圧を充電システムを介しバツテリに 加えバツテリの応答電圧、電流を測定する特殊なテストサイクルを与える工程と 、（ｂ）Ｉに対するｄＶ／ＤＩ、Ｖに対するｄＩ／ｄＶでデータを評価する工程 と、 （ｃ）容量、電圧を含むバツテリの特性を決定する工程と、（ｄ）不適合のセル 、ソフト短絡セル容量の損失を含むバツテリ欠陥を決定する工程と、 （ｅ）データ及び報知を示す工程 とを包有してなる特許請求の範囲第４項記載の方法。
8. （８）バツテリの有効寿命の秋期を不適合ヤル、ソフト短絡セルの存在により示 してなる特許請求の範囲第７項記載の方法。
9. （９）充電状態を減少する傾斜方向でのガス発生が停止される際の電流から決定 してなる特許請求の範囲第７項記載の方法。
10. （１０）バツテリの容量を増加する傾斜方向でのバツテリ内でのガス発生が開始 される際の電流から決定してなる特許請求の範囲第７項記載の方法。