JPH0850931A - 電気化学式電池の充電状態測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 寄生抵抗を含む電気化学式電池（１０）の充
電状態の測定装置を提供する。 【構成】 公称電圧（Ｖｂ）より低い基準電圧（Ｖｄ）
を加えて、電気化学式電池（１０）に放電電流を流させ
る手段（１１、１３）と、電気化学式電池（１０）の充
電状態の表示を行う放電電流測定手段（１５）と、放電
電流に応じた基準電圧の補償手段（５０）とを備える。
この補償手段（５０）は、寄生抵抗を補償する補償基準
電圧（Ｖｓ）を与える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明の利用分野は、たとえば蓄
電池や蓄電池列で構成された電気化学式電池の充電状態
を示すことができる装置の分野である。蓄電池列とは、
直列に接続された蓄電池の複数のセルから構成される集
合体を意味する。

【０００２】

【従来の技術】たとえばＡｈで表される放電量に応じて
変化する蓄電池の電圧は通常の範囲では、あまり大きな
変化を示さない。したがって、単純に端子部分で電圧を
測定するだけでこの蓄電池の充電状態を決定するのは不
可能である。

【０００３】フランス特許出願第２，６８５，７８０号
には、特に電気化学式電池にパルスを加え、このパルス
に対する応答を観察してその充電状態を推定するという
タイプの電気化学式電池の充電状態測定法が記載されて
いる。この方法は、 − 公称電圧より低い値の電圧パルスを加えて、電気化
学式電池に、電池がその充電状態に応じた内部インピー
ダンスの一義的特性を示すような値の放電電流を流させ
る段階と、 − この放電電流を測定して、電気化学式電池の充電状
態を推定する段階とからなる。

【０００４】図１は、この方法を利用した装置の実施例
を示している。

【０００５】この装置は、蓄電池１０の充電状態を測定
する機能を有す。制御信号Ｖｅが演算増幅器１１の反転
入力に送られ、この増幅器の非反転入力は、蓄電池１０
の正電極に接続されている。蓄電池３２の負電極はアー
スに接続されている。演算増幅器１１の出力は、一方は
保護用ダイオード１２のカソードに接続されており、も
う一方は、ここではトランジスタで構成されている切換
手段１３のベースに接続されている。なお、保護用ダイ
オード１２のアノードはアースに接続されている。トラ
ンジスタ１３のエミッタは、トランジスタ１３が飽和状
態にある場合には電流Ｉが通る分流抵抗器１４を介して
アースに接続され、そのコレクタは、演算増幅器１１の
非反転入力に接続されている。エミッタはまた、蓄電池
１０の充電状態インジケータ１６とともに作動する抵抗
器１４の端子で電圧処理装置１５に接続されている。

【０００６】この装置の動作について、電流Ｉ及び電圧
Ｖｅの２つの時間変化を示す図２を参照して説明する。

【０００７】制御信号Ｖｅは、蓄電池１０の充電状態を
推定できるいかなるパルスも発生していない場合には、
Ｖｂと記されている蓄電池１０の電圧より高い電圧Ｖｃ
を有する。したがって、演算増幅器１１の出力電圧は０
あるいは負となる。トランジスタ１３はブロックされ、
いかなる電流も分流抵抗器１４を通らない。こうした状
態は、充電状態測定システムの休止状態に相当する。

【０００８】時間ｔ０で、信号Ｖｅは放電電圧Ｖｄを通
る。制御信号のこうした急激な変化は、蓄電池１０の充
電状態の測定を可能にするための持続時間Ｔの静電位パ
ルスに対応する。このとき、増幅器１１の出力電圧はＶ
ｄ（電圧降下を別として）、すなわち、Ｖｂより低い電
圧になる。同時に、蓄電池１０の端子における電圧はＶ
ｄに等しくなり、大きな電流が分流抵抗器１４を流れ
る。Ｉｏと記されたこの電流は、蓄電池１０が有するア
ドミタンスと同じ方向に変化する。

【０００９】図２の時間変化図Ｉ＝ｆ（ｔ）は、分流抵
抗器１４を流れる電流Ｉの推移を示している。時間ｔ０
で、パルス放電がピークを示し、その後Ｉｏの値で安定
する。この電流Ｉｏは、たとえば、小容量のニッケル−
カドミウム蓄電池についておよそ１５Ａというように、
非常に大きくなることもある。装置１５による電流Ｉｏ
の測定は、蓄電池１０の充電状態を決定するとともに、
インジケータ１６における充電状態の表示も可能にす
る。装置１５は、アドミタンスあるいは蓄電池１０のイ
ンピーダンスを決定することもできる。パルスの持続時
間Δｔは、パルスの開始から時間的に隔たった瞬間にＩ
ｏの測定を行うことができるように、十分長いものであ
ることが好ましい。実際に、パルスの開始時の電流Ｉｏ
の変化は大きく、ポイントＡにおけるＩｏの測定は、好
ましくは、制御信号Ｖｅが再びＶｃを通り、その結果充
電状態が終了する時間ｔ０＋ΔＴの直前の瞬間に位置す
るポイントＢで行われる測定ほど正確ではないことにな
る。測定の瞬間は、抵抗器１４の端子での電圧が測定さ
れる瞬間に相当する。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】このタイプの装置は、
小型のＮｉ−Ｃｄタイプの電池についてはすぐれた結果
をもたらした。実際に、信号のダイナミックスは相当な
ものであり、再現性も十分であった。反対に、同じサイ
ズのＮｉ−ＭＨタイプの電池あるいは1.3 ＡｈＶＥＣＳ
型の電池への利用には十分でないことがわかった。なぜ
なら、残留容量に応じて流れる電流特性は、図３に示さ
れているように、水平部分をもつ曲線を示すからであ
る。

【００１１】図３は、容量1300ｍＡのＶＥＣＳ型Ｎｉ−
Ｃｄ電池５個で構成された蓄電池列によって流れる電流
Ｉ（アンペアで表される）の残留容量Ｃｒ（ｍＡｈで表
される）に応じた特性３０を示している。

【００１２】公称電圧の３０ないし８０％の充電状態に
ついて、この特性３０は、水平部分をもつ曲線を示すこ
とから、この間隔で充電状態を測ることは難しいことが
わかる。理想的な特性は直線３１で示されており、充電
状態の理想的な測定は、テストされる蓄電池の特性Ｉ＝
ｆ（Ｃｒ）がこの直線３１にできるだけ近いことを前提
としている。特性３０の推移は、テストされる蓄電池の
なかにあるノイズ抵抗に起因しており、この寄生抵抗は
図４に示されている。

【００１３】図４は、電気化学式電池１０の等価回路を
示す。この等価回路は、電圧源Ｕと電気化学式電池の充
電状態に応じた内部抵抗Ｒｉと寄生抵抗Ｒｐを直列に含
んでいる。寄生抵抗Ｒｐは図３の水平部分の原因であ
り、電池の構成やその電気化学対の性質や電池間連結
（直列に接続された蓄電池列の場合）などのパラメータ
を備えている。

【００１４】本発明の目的は特に、電気化学式電池の充
電状態測定装置を提案することにより、こうした欠点を
解消することにある。この装置は、テストされる電池の
寄生抵抗を補償する上記の方法を実施するものである。

【００１５】

【課題を解決するための手段】この目的及び後述する他
の目的は、寄生抵抗を持つ電気化学式電池の充電状態測
定装置によって達成される。この装置は、 − 電気化学式電池から放電電流が流れるように公称電
圧より低い基準電圧を電気化学式電池に加える手段と、 − 電気化学式電池の充電状態の表示を行う放電電流測
定手段とを備えている。

【００１６】この装置はまた放電電流に応じた基準電圧
の補償手段も備えており、これらの補償手段は、寄生抵
抗を補償するように補償の基準電圧を与える。

【００１７】好ましい実施例においては、補償手段は、 Ｖｓ＝Ｖｄ＋Ｒｐ．Ｉｏ に等しい補償基準電圧をもたらす演算増幅器を備えてい
る。この式において、Ｖｄは電気化学式電池の公称電圧
より低い電圧、Ｒｐは寄生抵抗、Ｉｏは放電電流を示し
ている。

【００１８】

【実施例】本発明のその他の特徴は、添付の図面を参照
しながら、以下の好ましい実施例に関する説明を読めば
明らかになろう。

【００１９】図１から４までについては、従来技術に関
してすでに説明した。図５は、本発明による装置の好ま
しい実施例を示す図である。この装置は、制御信号Ｖｅ
が正のパルスであり、反転段５０が演算増幅器１１の前
に置かれているという違いを別にすれば、先の例と同じ
ように動作する。

【００２０】この装置は、電気化学式電池１０に基準電
圧を加えるための手段が、電池１０が有する寄生抵抗の
補償手段を備えているという点で、図１の装置と異な
る。これらの補償手段には総括的に５０という参照番号
がつけられているが、ここでは演算増幅器５１の周囲に
設置された総計及び反転器という形をとっている。抵抗
Ｒｇは増幅器５１のゲインを定める。基準電圧Ｖｅは入
力抵抗Ｒｅの先端に加えられ、Ｒｓ．Ｉｏに等しい補償
電圧は補償抵抗Ｒｃの先端に加えられる。電流Ｉｏは電
池１０の放電電流である。抵抗Ｒｃは、処理装置１５に
よって電流Ｉｏの測定が妨害されないように大きな値を
有している。補償手段５０の出力電圧はＶｓ＝−Ｒｇ．
（Ｖｅ／Ｒｅ＋Ｒｓ．Ｉｏ／Ｒｃ）に等しい。この電圧
は、演算増幅器１１の反転入力に加えられ、補償の基準
電圧を構成する。

【００２１】（Ｒｇ．Ｒｓ）／Ｒｃの値は、補償したい
と考えている寄生抵抗Ｒｐの補償に対応する。このよう
に、Ｒｃの値は（Ｒｇ．Ｒｓ）／Ｒｐに等しくなる。す
なわち寄生抵抗Ｒｐに反比例しなければならない。標準
化することによって、振幅の静電位パルスＶｓ＝Ｖｄ＋
Ｒｐ．Ｉｏが得られる。

【００２２】ここで行われる補償は正のフィードバック
からなるので、寄生抵抗が補償され過ぎないように注意
しなければならない。さもなければ充電状態の測定装置
は不安定になる。さらに、この正のフィードバックによ
って、装置は、入力パルスが消滅するまで電位を少しづ
つ増やそうとする傾向をもつであろう。実際には、この
場合パルスの持続時間ΔＴは短いので問題にはならな
い。

【００２３】測定装置の温度の補償も行うと有利であ
る。こうした温度補償は、ＣＴＰタイプの抵抗を補償用
抵抗Ｒｃと直列に、場合によってはこの抵抗ＣＴＰの特
性の調整用抵抗と平行に置くことからなる。

【００２４】基準電圧を加えたときに得られる電流のピ
ークを排除するため、積分器を形成するように抵抗Ｒｇ
と平行にコンデンサＣを置くと有利である。

【００２５】トランジスタ１３は、他の何らかの切換手
段、たとえばＭＯＳＦＥＴパワートランジスタで置き換
えることができる。

【００２６】図６は、ＶＥＣＳタイプの５個の蓄電池列
の特性Ｉ＝ｆ（Ｃｒ）を示している。この特性は本発明
の補償装置を使って、続いて補償装置なしに測定され
た。電池は直列に接続され、ＳＡＦＴマークのもので、
公称容量は1.3 Ａｈである。補償抵抗Ｒｓはここでは１
０ｋΩの値をもっている。

【００２７】目盛りは図３と同じであり、特性６０は図
３の特性３０に対応する。ここではいかなる補償も行わ
れない。また本発明の装置を使用して、特性６１を得る
ことができる。この特性は水平部分をもつ曲線ではな
く、直線に近くなる。その結果、充電状態の測定が大幅
に容易になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】フランス特許出願第２，６８５，７８０号に記
載されているような電気化学式電池の充電状態の測定装
置の実施例を示す図である。

【図２】図１の装置で測定される信号の時間変化図であ
る。

【図３】電気化学式電池から流れる電流の残留容量に応
じた特性を示す図である。

【図４】寄生抵抗を表す電気化学式電池の等価回路であ
る。

【図５】本発明による装置の好ましい実施例を示す図で
ある。

【図６】ＶＥＣＳタイプの５個の蓄電池列の特性Ｉ＝ｆ
（Ｃｒ）を示す図である。

【符号の説明】

１０ 蓄電池 １１ 演算増幅器 １２ 保護ダイオード １３ 切換トランジスタ １４ 分流抵抗器 １５ 電圧処理装置 １６ インジケータ ５０ 反転段

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 フイリツプ・ポワグナン フランス国、91120・パレソー、リユ・シ ヤルル・ペギー、36

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 寄生抵抗（Ｒｐ）を備えた電気化学式電
   池（１０）の充電状態の測定装置であって、 − 前記電気化学式電池（１０）から放電電流（Ｉｏ）
   が流れるように、公称電圧（Ｖｂ）より低い基準電圧
   （Ｖｄ）を前記電気化学式電池に加えるための手段（１
   １、１３）と − 前記電気化学式電池（１０）の充電状態を表示する
   前記放電電流（Ｉｏ）の測定手段（１５）とを備えてお
   り、 さらに、前記放電電流（Ｉｏ）に応じた前記基準電圧
   （Ｖｄ）の補償手段（５０）を備えており、前記補償手
   段（５０）が前記寄生抵抗（Ｒｐ）を補償する補償基準
   電圧（Ｖｓ）を与えることを特徴とする装置。
2. 【請求項２】 前記補償手段が、Ｖｓ＝Ｖｄ＋Ｒｐ．Ｉ
   ｏに等しい補償基準電圧（Ｖｓ）を出力する演算増幅器
   （５１）を備えており、前記式において、Ｖｄは前記電
   気化学式電池（１０）の前記公称電圧（Ｖｂ）より低い
   電圧を表し、Ｒｐは前記寄生抵抗を表し、Ｉｏは前記放
   電電流を表すことを特徴とする請求項１に記載の装置。