JPH0471188B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、特に電気自動車やフオークリフト等
の電動車に用いられる蓄電池の残りの電気量を表
示する装置（以下、蓄電池残存容量計と呼ぶ）に
関するもので、開路中の蓄電池の端子電圧と放電
時の端子電圧及びその放電時間関係より、蓄電池
の残存容量を簡単に適切に表示することができる
ものである。

従来のこの種装置は、蓄電池の放電電気量で測
定する方法、放電中のある電流値での電池電圧値
を測定する方法、電解液比重値を測定する方法等
によつていた。しかし、これらの方法はいずれも
次の欠点を有していた。すなわち、放電電気量を
測定する方法では放電回路に電流検出用の分流器
を要する他、放電開始時の容量状態をいくらに設
定するかが問題となり、又、放電時間率の大小に
よつて実質残存容量が異なる問題があつた。放電
中の電池電圧値で表示する場合も、電流検出用の
分流器を要する上、設定電流値でのみ表示するた
めの測定電圧ホールド回路等、複雑な回路が必要
となつた。電解液比重値を測定する方法では、特
別な比重センサが必要なため、高価な上、その取
扱いが面倒であるという欠点を有していた。

本発明は上記の欠点を解消するもので、以下図
面により詳細に説明する。

第１図は、電動車用蓄電池の放電電圧特性で、
Ａは5HR（HR＝時間率、5HRは５時間で放電が
終る電流のこと）放電時、Ｂは3HR放電時、Ｃ
は1HR放電時の特性を示している。一般によく
知られるこの図は、放電時間と電池電圧との関係
が良く判るが、各時間率に対する残存容量の関係
は判断しにくい。そこで、第１図の横軸に残存容
量をとり、それぞれの時間率の時間を100とした
百分率で表わすと、第２図の如くなる。A′，
B′およびC′は各々第１図のＡ，ＢおよびＣから転
記したものである。直線０は、蓄電池の残存容量
に比例した開路電圧を示す。開路電圧は理論的に
電解液比重値に0.85を加算した値をとる。ここで
は残存容量100％の時は、比重1.28で、開路電圧
は2.13V（電池１セル当り）であり、残存容量０
％の時は、比重1.15で、開路電圧は2.00Vである。
これらのグラフを対比すると、A′，B′及びC′の
グラフは残存容量100〜20％の間では直線０を平
行移動させて低下した関係にあることが判る。従
つて、開路電圧の値に比例してその時の電池容量
を表示すると共に、開路電圧からの低下の大きさ
を検出することによつてその時の放電時間率を検
知し、検知した時間率に等しい時間でタイマを動
作させ、そのタイマ時間の経過に従つて表示を
100％から０％へ低下させると残存容量表示が可
能となる。尚、電気自動車やフオークリフトの放
電時間率は一定ではなく種々変化する。この様な
変化する負荷状態に対しても、その放電時間率の
検出に合わせてタイマ時間の切替えを行うことに
よつて各放電時間に対応した経過時間の積にて残
存容量を表示することが出来る。

次に一実施例により更に詳しく説明する。第３
図は、本発明の残存容量計の主要回路図である。

第３図において、１は被測定蓄電池で、充電器
（図示はしていない）であらかじめ充電されてい
るものとする。２は蓄電池１の負荷で運転したり
休止したりする電動機などである。３〜20はIC
又はICで構成した回路部を表わし、そのうち３
〜10は演算増幅器（以下OPアンプと呼ぶ）で、
１１はアツプ／ダウンカウンター、１２，１３は
第１、第２のタイマ、１４は切換部、１５，１６
はNOTゲート、１７〜２０はアナログスイツチ
ICである。２１，２２はトランジスタ、２３，
２４，７５はツエナーダイオード、２５は発光ダ
イオード、２６〜３１，７６はシリコンダイオー
ド、３２〜３７はコンデンサ、３８〜６４，７４
は抵抗器、６５〜６８は可変抵抗器、６９は残存
容量を表示する電圧計である。７３は負荷スイツ
チ、７１−１と７１−２は被測定蓄電池１を接続
するコネクタである。尚、Ａは入力部、Ｂは蓄電
池放電時間率検出部である。今、被測定蓄電池１
に図の様な構成の電気回路を接続すると、ツエナ
ーダイオード２３によつて規定された電圧がＶ＋
に発生する。この電圧は、全てのICの駆動電源
として供給される他、過放電警告用の発光ダイオ
ード２５の電源の供給及びＶ＋発生時のステツプ
信号をコンデンサ３４、抵抗器４７で微分し、そ
の出力をアツプ／ダウンカウンター１１のリセツ
ト端子（RS）に加えることにより、アツプ／ダ
ウンカウンター１１をリセツトし、４つの出Ａ，
Ｂ，Ｃ，Ｄを０とするのに利用される。Ｖ＋は
又、抵抗器３９ツエナーダイオード２４に加えら
れ、更にツエナーダイオード２４で規定された電
圧は、可変抵抗器６５で蓄電池の残存容量０％に
対応する開路電圧2.00V（電池１セル当り）に比
例した電圧に調整される。ここでは説明が便利な
様に2.00Vに調整するものとすれば、OPアンプ
３はボルテージフオロワであるから、その出力は
2.00Vとなり、OPアンプ４の出力は、アツプ／
ダウンカウンター部１１の出力が０であるから、
やはり2.00Vとなる。一方、被測定蓄電池１の端
子電圧は、直接可変抵抗器６７にて分圧し、電池
１セル当りの電圧に調整する。例えば、蓄電池１
が６セルからなり、その端子電圧が12.0Vの時に
2.00Vとなるように調整する。この様に調整した
時、蓄電池１の端子電圧が１セル当り2.00V以上
あるならば、OPアンプ５の＋入力が−入力より
高くなるため、その出力はＨレベル（Ｈレベル＝
電圧が電源電圧Ｖ＋付近にまで上つた状態で、以
後この様に呼ぶ）となり、アツプ／ダウンカウン
ター１１のアツプ／ダウン入力（Ｕ／Ｄ）がＨレ
ベルとなつてカウントアツプの準備ができる。同
時に、抵抗５８とコンデンサ３７の積分回路で一
定時間遅延されて切替部１４の入ＡがＨレベルと
なる。この切替部１４は、一方の入ＡがＨレベル
の時、一方の出力１をＨレベルとし、他方の出力
２をＬレベル（Ｌレベル＝電圧が0V付近に下つ
た状態で、以後この様に呼ぶ）とし、一方の入Ａ
がＬレベルの時はそれぞれ逆の状態（出力１をＬ
レベル、出力２をＨレベル）とする。又、他方の
入力ＢがＨレベルの時は上記の動作を行うが、Ｌ
レベルになると両方の出力１，２をＬレベルとす
る働きがある。尚、アツプ／ダウンカウンター１
１のキヤリー出力（CO）は、カウントアツプの
場合、４つの出Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄが全てＨレベルに
なるとＬレベルとなり、カウントダウンの場合
は、４つの出力が全てＬレベルになるとＬレベル
となり、その他の場合は常にＨレベルである。従
つて切替部１４の入力ＢはＨレベルにあり、一方
の出力１がＨレベルとなり、第１のタイマ１２の
制御端子ＡはＨレベルとなる。この制御端子Ａが
Ｈレベルの時、該第１のタイマ１２はパルスを出
力するので、アツプ／ダウンカウンター１１のク
ロツク入力（CL）がこれを受け、その出Ａ，Ｂ，
Ｃ，Ｄは２進カウントにてカウントアツプされ
る。この時最低位桁の出Ａの抵抗４３から最上桁
の出力Ｄの抵抗４６は電流が２倍毎増加する様に
重みづけがされているので、カウントアツプに比
例して、抵抗４２の電流が増加する。それに従つ
て、OPアンプ４の出力電圧は増加するが、15段
上昇すると、その出Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄは全てＨレベ
ルとなり、キヤリー出力（CO）がＬレベルとな
るので、切替部１４の入力ＢはＬレベルとなり、
その出力は全てＬレベルとなつて第１のタイマ１
２からのパルスの出力は停止し、アツプ／ダウン
カウター１１はカウント動作を停止する。この時
OPアンプ４の出力は2.13Vを得るように可変抵
抗器６８を調整すれば、蓄電池１の１セル当りの
端子電圧、すなわちOPアンプ５の＋入力電圧が
2.13V以上の場合は、常にこの状態にセツトされ
る。そして、蓄電池の端子電圧が１セル当り
2.13V以上であれば、前述のように残存容量は
100％を意味するので、残存容量表示用の電圧計
６９は、この時100％を指示する様に目盛つてお
く。当然ながら、開路電圧が2.10Vならば約70％
を2.06Vならば約50％を指示するところでOPア
ンプ５の−入力電圧が＋入力電圧を越えると同時
にその出力がＬレベルとなり、アツプ／ダウンカ
ウンター１１のアツプ／ダウン入力（Ｕ／Ｄ）が
Ｌレベルとなり、切替部の入力ＡもＬレベルとな
り、第１のタイマ１２は出力を停止し、その出
Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄは、その時々の出力状態で停止す
る。ところで、第１のタイマ１２から出力するパ
ルスの周期は抵抗５９、コンデンサ３５の時定数
で定まり、その大きさは非常に小さく選んである
ため、上述のカウント動作は速く、残存容量表示
用の電圧計６９の指示はほぼ１秒以内に行われ
る。

次に、蓄電池１が負荷２の動作により放電状態
になると、OPアンプ５の＋入力は−入力より低
くなり、その出力はＬレベルとなつてアツプ／ダ
ウンカウンター１１はカウントダウンの状態で停
止している。一方、OPアンプ６〜10の＋入力に
は、前記OPアンプ４の出力を抵抗５２，５３，
５４，５５，５６，５７で分圧した分圧値が入力
されているので、放電電流が小さい時には、OP
アンプ６の−入力だけが＋入力より低い状態であ
り、OPアンプ６の出力だけがＨレベルとなり、
他のOPアンプ７，８，９，１０の出力はＬレベ
ルである。この時、切替器１４の入力ＡはＬレベ
ルであるから、その一方の出力１がＬレベルとな
り、他方の出力２がＨレベルとなる。従つて、第
２のタイマ１３の制御端子ＡはＨレベルになる
が、この第２のタイマ１３はもう一方の制御端子
Ｂが同時にＨレベルの時のみパルスを出力するの
で、OPアンプ６の出力がＨレベルになつた時か
らパルスを出力することになる。今、放電電流が
小さくOPアンプ７〜１０の出力は全てＬレベル
とすると、スイツチIC１７〜２０の入力（IN）
は全てＬレベルのためスイツチIC１７〜２０は
OFF状態となり、抵抗６１〜６４は開放となり、
第２のタイマ１３から出力されるパルスの周期は
コンデンサ３６、抵抗６０の時定数だけで定まる
ため、かなり大きな値となる。実際、タイマIC
は内部に多段のフリツプフロツプ回路を有するた
め、前記パルスの周期は長時間に伸張されて第２
のタイマ１３の出力となる。例えば、5HR放電
電流を検知した時に、OPアンプ６の出力がＨレ
ベルになるように抵抗５２〜５７を選んでいるな
らば、OPアンプ６の出力がＨレベルになると同
時に5HR放電時の放電時間、すなわちて５時間
にて全残存容量100％を０％指示にカウントダウ
ンできる周期で第２のタイマ１３がパルスを出力
すれば良いことになる。ここでは、アツプ／ダウ
ンカウンター１１のクロツク入力（CL）が15回
のパルスを受け、15の状態で全容量を表示させて
いるので、５時間を15で割つた20分で１回のパル
スを出力することになる。放電電流が増加し、電
池電圧の低下が大きくなり、OPアンプ７の出力
がＨレベルになると、スイツチIC１７がONとな
り、抵抗６０と抵抗６１が並列に接続されること
になる。従つて、時定数はそれに応じて小さくな
り、第２のタイマ１３のパルスの周期が小さくな
る。例えば、3HR放電電流を検知した時に、OP
アンプ７の出力がＨレベルになるように設定して
いるとすれば、第２のタイマ１３の出力は12分で
１回のパルスを出力するように抵抗６０と抵抗６
１との並列抵抗値が決められている。この様に放
電電流の変化に伴つて、その放電時間率を検知
し、その放電時間率に対応する周期のパルスを出
力させ、それに対応した放電時間を指示するよう
にしているため、放電時間率が変化しても正確に
残存容量を指示することが可能である。尚、電動
機を停止した時の電源回路インダクタンスや回生
制御方式による入力電圧のはね上りがあつた場合
には、OPアンプ５の＋入力が高くなりその出力
がＨレベルとなるため、アツプ／ダウンカウンタ
ー１１のアツプ／ダウン入力（Ｕ／Ｄ）がＨレベ
ルとなり、一時アツプカウント状態になるが、切
替部１４の一方の入力Ａには抵抗５８とコンデン
サ３７による遅延回路が設けてあるので、この遅
延時間だけは第１のタイマ１２からはパルスが出
力されないため、アツプ／ダウンカウンター１１
がカウントアツプして、残存容量表示用の電圧計
６９の表示を100％にしてしまうことはない。但
し、放電を休止し、分極による電圧低下が回復し
て長い時間で端子電圧が上昇した場合には、蓄電
池１の開路電圧の上昇として検知され、適当な値
に再セツトされる。

又、電動車が停止し運転車が負荷スイツチ１を
開いた時、本残存容量計も動作を停止するが、ア
ツプ／ダウンカウンター１１の電源だけは負荷ス
イツチ１より被測定蓄電池１に近く、且つコネク
タ７１−１までの点からバイパス電源回路として
のツエナーダイオード７５で規定された電圧値と
して抵抗７４を介して直結しているので、負荷２
すなわち電動車等の運転により減じられてきたア
ツプ／ダウンカウンター１１のカウント数は表示
を停止中も記憶保持することができる。

しかも、コンデンサ３４と抵抗４７とで構成さ
れ、アツプ／ダウンカウンター１１のリセツト入
力（RS）に接続された微分回路も同時に保持さ
れるため、前記の様に放電を休止し、被測定蓄電
池１が分極によつて電圧低下が回復しない間に、
再び電動車を運転するため負荷スイツチ７３を投
入しても、アツプ／ダウンカウンター１１のカウ
ント数はリセツトされないので、即座に前回停止
時の値を指示するので、継続して使用することが
できる。また、被測定蓄電池１が交換される場合
は、コネクター７１−１及び７１−２が一端取り
はずされるため、バイパス電源回路も含めて全て
の電源がなくなるが、再び新しい蓄電池がコネク
タ７１−１と７１−２とで接続された時、アツ
プ／ダウンカウンター１１はリセツトされ、負荷
スイツチ７３を投入した時に新しい被測定蓄電池
１の電圧に従つて電圧計６９が残存容量を表示す
る。なお、バイパス電源回路を設けても、ダイオ
ード７６で他回路への供給は阻止され、またアツ
プ／ダウンカウンター１１に流れる電流はたかだ
か１ｍＡ程度であるため、被測定蓄電池１の放電
にはほとんど関係なく、半永久的にアツプ／ダウ
ンカウンター１１のカウント数を保持することが
できる。

尚、過放電警告用発光ダイオード２５は、アツ
プ／ダウンカウンター１１の２つの出力Ｃ，Ｄが
そろつてＬレベルになつた時に、そこに接続され
たNOTゲート１５，１６が共にＨレベルとなり、
トランジスタ２２のベースしきい値電圧を越える
様に構成しているため、残存容量が20％以下に低
下した時に点灯する。更に残存容量が低下し、ア
ツプ／ダウンカウンター１１の出力が全てＬレベ
ルになると、前述の通り、そのキヤリー出力
（CO）がＬレベルになるため、切替器１４の入力
ＢがＬレベルとなり、その出力１，２は両方とも
Ｌレベルとなるため、各タイマ１２，１３共に出
力パルスが出なくなり、それ以上カウントが進む
ことなく、残存容量表示電圧計６９は０％を指示
したところで停止する。

以上述べた如く本発明の残存容量計では、開路
電圧にて比重値に比例した残存容量を表示すると
共に、放電中の開路電圧との差電圧によつて放電
時間率を検知し、その放電時間でタイマからパル
スを出力し、アツプ／ダウンカウンターをダウン
カウントするので、電池放電回路に分流器を必要
としないし、放電中に残存容量の指示がふらつく
こともないので、簡易で安定な残存容量計を得る
ことができる。それに、使用を中断しても再投入
時の残存容量の指示が正確であり、蓄電池を交換
した場合には自動的に全てがリセツトできる。こ
こでは、5HRから1HR放電について説明したが、
OPアンプ６〜１０の検出点と第２のタイマの時
定数を変更することで、設定時間率の変更も自由
に選べるし、更に放電電流の変化量や精度の要求
によつて放電時間率の検出点を増減することも可
能である。この様に、本発明の装置によれば安価
で取扱いが容易でしかも安定な指示の蓄電池残存
容量計を得ることができ、その工業的価値は大で
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図は蓄電池の放電時間特性、第２図はその
残存容量特性、第３図は本発明の残存容量計の一
実施例を示す回路図である。 １……被測定蓄電池、２……負荷、３，４，
５，６，７，８，９，１０……演算増幅器、１１
……アツプ／ダウンカウンター、１２……第１の
タイマ、１３……第２のタイマ、Ａ……入力部、
Ｂ……蓄電池放電時間率検出部。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 被測定蓄電池が接続され、前記蓄電池の放電
   時にその端子電圧が出力される入力部と、 前記蓄電池の残存容量に対応する電圧が出力さ
   れる差動増幅器と、 前記入力部から得られる端子電圧レベルと前記
   差動増幅器から得られる残存容量に対応する電圧
   とによつてアツプカウントまたはダウンカウント
   するように制御されるアツプ／ダウンカウンター
   と、 該レベルと該電圧とによつて動作が切り替えら
   れる第１のタイマおよび第２のタイマと、 該レベルと該電圧とによつて前記蓄電池の放電
   時間率を検出する蓄電池放電時間率検出部とを有
   し、 前記差動増幅器は、残存容量０％に対応する開
   路電圧に対して前記アツプ／ダウンカウンターか
   らのカウント出力を差動増幅して前記蓄電池の残
   存容量に対応する電圧を得るように構成し、 前記蓄電池放電時間率検出部は、前記第２のタ
   イマから送出されるパルスの周期を蓄電池の放電
   時間率に対応させて変化させるように構成し、 前記アツプ／ダウンカウンターは、前記残存容
   量に対応する電圧が前記端子電圧レベルに一致す
   るまで、第１のタイマから送出される一定周期の
   パルスをアツプカウントして放電開始時の残存容
   量に対応する電圧を出力させるとともに、前記残
   存容量に対応する電圧が前記端子電圧レベルに達
   してからは、第２のタイマから送出される放電時
   間率に対応する周期のパルスをダウンカウントし
   て前記残存容量に対応する電圧を前記端子電圧レ
   ベルに追従させるように構成し、 かつ該アツプ／ダウンカウンターの駆動電源を
   バイパス電源回路を介して被測定蓄電池に接続し
   たことを特徴とする蓄電池残存容量計。