JPH0473112B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 発明の分野 本発明は、電池の残存容量を知る方法及びその
ための装置類に関するものである。尚、本明細書
に於いては、「残存容量」とは、電池に残されて
いる放電容量のみならず、充電直後又は充電中の
電池に充電させた放電しうる容量をも意味するも
のとする。

従来技術とその問題点 電池の残存容量を知る従来の方法としては、電
池の端子電圧、インピーダンス等を測定すること
が行なわれている。それらの値は、通常の使用範
囲での電池の残存容量の変化に対して極めて僅か
しか変化せず（例えば、マンガン乾電池では1.6
〜0.9V、１〜2Ω（31.2Hzのとき、Ever Ready
SP11））、加えて測定誤差等のため正確に残存容
量を知ることは困難である。しかもインピーダン
スの容量依存性は極小値を有するなど直線的でな
い場合が多い。また、最も広く用いられる二次電
池である鉛蓄電池では、電解液としての希硫酸の
比重を測定することによつて残存容量を求めてい
る。これらの方法では、電池より所定量の希硫酸
を取出さねばならず、測定は極めて不便である。
また、フロート或いは屈折率測定セルを電池内に
組込んだものが考察されてはいるが、前者の欠点
は、振動に弱い、フロートのひつかかり、気泡の
付着等により誤差が大きい等であり、後者の欠点
としては、セルのよごれ、光源の強度の不安定さ
等による精度の低下が挙げられる。電池内に第２
ミニセルを設け、この第２ミニセルにより希硫酸
濃度を測定する方法も行なわれているが、この方
法では、電池の構造が複雑になること、及びこの
第２ミニセル自身の劣化等の欠点がある。

発明の目的 本発明は電池の残存容量を、正確に、容易に、
且つ電池それ自身に特別な装置を施すことなく知
る方法及びそのための装置類を提供することを目
的とする。本発明の対象である電池は、マンガン
乾電池、水銀電池、アルカリ・マンガン乾電池、
酸化銀電池、塩化銀電池、空気電池、リチウム電
池等の一次電池、及び鉛蓄電池、アルカリ蓄電
池、ニツケル−カドミウム電池等の二次電池のい
ずれをも包含するものである。

発明の構成 上記目的を達成するための、本発明方法及び装
置類は、電池の予め判つている各残存容量状態に
おいて、電池に電池による直流電圧に重畳して交
流電圧を印加して流れる電流の第ｎ次高調波電流
（ｎは２以上の整数を示し、ｎ＝１の場合は基本
波電流を示すものとする。）に対応する値を測定
して、電池の残存容量と第ｎ次高調波電流に対応
する値との関係を予め求めておき、前記電池と同
種の電池に該電池による直流電圧に重畳して前記
交流電圧と同種の交流電圧を印加して流れる電流
の第ｎ次高調波電流に対応する値を測定し、測定
された第ｎ次高調波電流対応値と前記関係とを比
較することによつて電池の残存容量を知る方法、
電池の予め判つている各残存容量状態において、
電池に電池による直流電圧に重畳して交流電圧を
印加して流れる電流の第ｎ次高調波電流に対応す
る値を測定することによつて得られる該第ｎ次高
調波電流対応値を、電池の残存容量又は電池の残
存容量に相当する量に関して表わした電池の残存
容量を知るためのグラフ、及び電池の両端子に接
続される回路、交流電圧を発生する手段、電池に
よる直流電圧に重畳して該交流電圧を該回路に印
加する手段、及び該回路を流れる電流の第ｎ次高
調波電流に対応する値を測定する手段を備えたこ
とを特徴とする電池の残存容量を知るための装置
である。

本発明は、電池の端子に電池による直流電圧に
重畳して交流電圧を印加した場合、電池の残存容
量の減少に従つて回路の電流中の高調波成分、及
び基本波成分と高調波成分との比が大きく変化す
るという全く新しい知見に基づいて成された新規
な電池の残存容量を知る方法及びそのための装置
類を提供するものである。

前記各第ｎ次高調波電流対応値は、前記各電流
の第ｎ次高調波電流の値でも、或いは前記各電流
の基本波電流の値と第ｎ次高調波電流の値との比
でもよい。

また前記第ｎ次高調波電流は前記各電流の高調
波スペクトルにおいて最も大きなスペクトル成分
を有する次数のものが有利である。

前記第ｎ次高調波電流対応値測定手段は、電流
の第ｎ次高調波電流の値を測定するものでも、あ
るいは、電流の基本波電流の値と第ｎ次高調波電
流の値との比を測定するものでもよい。

本発明で用いられる交流電圧の周波数及び振幅
は、電池の種類、容量によつて異なるが、周波数
は0.01Hz〜20kHzが、振幅は５ｍVpp〜12Vppが
適当である。

発明の実施例 本発明の実施例を添附図面を用いて説明する。

第１図は、本発明を実施するための装置の１例
の概略ブロツク回路図である。

周波数可変、振幅可変であることが好ましい発
振器２の出力交流電圧は、ポテンシヨスタツト３
を介して被測定電池１の両端子に接続された回路
７を通して電池による直流電圧に重畳して印加さ
れる。高調波フイルタ４及び交流電圧計５より成
る回路が抵抗６の両端に接続されており、回路７
を流れる電流の高調波成分は、フイルタ４を介し
て電圧として出力され、電圧計５により測定され
る。フイルタ４は所望の任意の次数の高調波成分
を出力できるものであることが好ましい。被測定
電池又はそれと同種の電池の第ｎ次高調波電流対
応値対電池の残存容量の特性曲線を予め求めてお
けば、測定された高調波電流対応値より被測定電
池の残存容量を知ることができる。

次に、被測定電池として、鉛蓄電池を用いた場
合を以下に詳細に説明する。

第１図の如くに、発振器２、ポテンシヨスタツ
ト３、高調波フイルタ４、電圧計５及び10ｍΩの
抵抗６を接続した。被測定電池として、公称電圧
6Vの市販のペースト式鉛蓄電池（6N12A−2C）
を用いた。この電池を、適宜の抵抗負荷回路に接
続し、直流（2.4A）で一定時間（15〜30分）放
電させて５分間放置した。その後、該電池と測定
回路を第１図の如くに接続し、発振器２より、電
池の両端子において振幅70ｍVrms、周波数１Hz
の正弦波摂動電圧を公知のポテンシヨスタツト３
を介して回路７に印加し、１分後に回路の電流の
第２次高調波成分の値を測定した。この放電、印
加、測定の行程を、電池が完全放電状態になるま
で繰返した。環境温度：25℃。

測定した第２次高調波電流の値(A)の、放電した
容量（Ah）、残存容量（Ah）及び残存容量率
（％）に対するグラフを第２図に示す。ここで、
残存容量率とは次式で表わされるものとする。

残存容量率 ＝最大放電可能容量−放電した容量／最大放電可能
容量×100 （％） 第２図に示す残存容量対応値に対する第２次高
調波電流の曲線は、残存容量の減少に対して大き
く変化しており、このようなグラフを予め求めて
おけば、同種の電池に対して第２次高調波電流の
値を測定することによつて残存容量を容易に、正
確に且つ電池に特別な装置を組込むことなく測定
し得ることが判る。

尚、高調波フイルタ４を、回路の電流の基本波
成分をも出力可能なものとし、第ｎ次高調波電流
の値とともに基本波電流の値をも測定するように
してもよい。この場合の、上記と同様にして測定
して得られた基本波電流の値と第２次高調波電流
の値との比（百分率）の第２図と同様の図を第３
図に示す。

第３図に示す残存容量対応値に対する基本波電
流の値と第ｎ次高調波電流対応値の値との比の曲
線も、残存容量の減少に対して大きく変化してお
り、このようなグラフを予め求めておけば、同種
の電池に対して基本波電流の値及び第２次高調波
電流の値を測定することによつて残存容量を容易
に、正確に且つ電池それ自身に特別な装置を組込
むことなく測定し得ることが判る。

上述の実施例では、判定に用いる高調波電流と
して第２次高調波電流を用いたが、測定する高調
波電流成分は第２次高調波電流に限定されるもの
ではなく、被測定電池の種類、印加する交流電圧
の振幅、周波数によつては、より高い次数の高調
波電流を測定してもよい。第４図は、上記実施例
で用いた鉛蓄電池に同じ条件で交流電圧を印加し
た場合の電流の高調波スペクトルを示すものであ
り、横軸は高調波電流の次数(n)、縦軸は第ｎ次高
調波電流の振幅（Arms）である。第５図は、同
じ蓄電池を用い、交流電圧の周波数を1kHzとし
た場合の、第４図と同様の高調波スペクトルであ
る。第４図と第５図を比較すれば、周波数を1k
Hzとした場合には、第３次あるいは第４次高調波
成分を測定した方が有利であることが判る。

尚、第１図に例示されているような本発明方法
を実施するための装置は、公知のマイクロエレク
トロニクス技術により容易に小形化し得るので、
例えば自動車の計器盤にあるいは電池を電源とす
る小型の測定機器等に容易に組み込むことができ
る。第２図または第３図の如き特性曲線を不揮発
性メモリに記憶させておき、マイクロプロセツサ
により該メモリの内容と測定装置の出力とを比較
して、残存容量を自動的に表示させるようにある
いは充電装置を制御するようにすることもでき
る。

高調波電流とあるいは基本波電流及び高調波電
流と残存容量との関係は、電池の種類、容量等に
よつて異なるので、前記メモリを取替可能とし、
電池交換の際に、新しく用いる電池に適合した内
容を記憶したメモリと交換することによつて、電
池を交換しても測定装置全体を取替えることなく
既存の測定装置によつて残存容量を知ることがで
きる。この場合、メモリには印加すべき交流電圧
の振幅値、周波数、測定すべき高調波の次数等を
も記憶させておき、この記憶内容に従つて発振器
等を制御して、電池の種類、容量等に応じた測定
をするのが有利である。

電池内の化学反応は、周囲の温度及び使用充放
電回数によつて異なるので、前以つて何種類かの
環境温度及び使用回数による特性を求めてメモリ
に記憶させておき、マイクロプロセツサにより測
定の温度補償及び回数補償を行なうようにするの
が適当である。

発明の効果 斯くして、本発明によれば、電池の残存容量を
正確に、且つ電池それ自身に特別な装置を施すこ
となく知ることのできる方法及びそのための装置
類が提供される。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を実施するための装置の１例の
概略ブロツク図、第２図は第２次高調波電流と残
存容量との関係を示すグラフ、第３図は第２次高
調波電流対基本波電流の比と残存容量との関係を
示すグラフ、第４図は１Hzの交流電圧を印加した
場合の高調波電流スペクトル、第５図は1kHzの
交流電圧を印加した場合の高調波電流スペクトル
を示す。 １……被測定電池、２……発振器、３……ポテ
ンシヨスタツト、４……高周波フイルタ、５……
電圧計、７……回路。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 電池の予め判つている各残存容量状態におい
   て、電池に電池による直流電圧に重畳して交流電
   圧を印加して流れる電流の第ｎ次高調波電流（ｎ
   は２以上の整数）に対応する値を測定して、電池
   の残存容量と第ｎ次高調波電流に対応する値との
   関係を予め求めておき、前記電池と同種の電池に
   該電池による直流電圧に重畳して前記交流電圧と
   同種の交流電圧を印加して流れる電流の第ｎ次高
   調波電流に対応する値を測定し、測定された第ｎ
   次高調波電流対応値と前記関係とを比較すること
   によつて電池の残存容量を知る方法。 ２ 前記各第ｎ次高調波電流対応値が、前記各電
   流の第ｎ次高調波電流の値である特許請求の範囲
   第１項に記載の方法。 ３ 前記各第ｎ次高調波電流対応値が、前記各電
   流の基本波電流の値と第ｎ次高調波電流の値との
   比である特許請求の範囲第１項に記載の方法。 ４ 前記各第ｎ次高調波電流が、前記各電流の高
   調波スペクトルにおいて最も大きなスペクトル成
   分を有するものである特許請求の範囲第１項から
   第３項のいずれかに記載の方法。 ５ 電池の予め判つている各残存容量状態におい
   て、電池に電池による直流電圧に重畳して交流電
   圧を印加して流れる電流の第ｎ次高調波電流（ｎ
   は２以上の整数）に対応する値を測定することに
   よつて得られる第ｎ次高調波電流対応値を、電池
   の残存容量又は電池の残存容量に相当する量に関
   して表わした電池の残存容量を知るためのグラ
   フ。 ６ 前記第ｎ次高調波電流対応値が、前記電流の
   第ｎ次高調波電流の値である特許請求の範囲第５
   項に記載のグラフ。 ７ 前記第ｎ次高調波電流対応値が、前記電流の
   基本波電流の値と第ｎ次高調波電流の値との比で
   ある特許請求の範囲第５項に記載のグラフ。 ８ 前記第ｎ次高調波電流が、前記電流の高調波
   スペクトルにおいて最も大きなスペクトル成分を
   有するものである特許請求の範囲第５項から第７
   項のいずれかに記載のグラフ。 ９ 電池の両端子に接続される回路、交流電圧を
   発生する手段、電池による直流電圧に重畳して該
   交流電圧を該回路に印加する手段、及び該回路を
   流れる電流の第ｎ次高調波電流（ｎは２以上の整
   数）に対応する値を測定する手段を備えたことを
   特徴とする電池の残存容量を知るための装置。 １０ 前記第ｎ次高調波電流対応値測定手段が、
   前記電流の第ｎ次高調波電流の値を測定するもの
   である特許請求の範囲第９項に記載の装置。 １１ 前記第ｎ次高調波電流対応値測定手段が、
   前記電流の基本波電流の値と第ｎ次高調波電流の
   値とを測定するものである特許請求の範囲第９項
   に記載の装置。