JPS5832751B2

JPS5832751B2 - 自動車用バツテリの診断方式

Info

Publication number: JPS5832751B2
Application number: JP52016775A
Authority: JP
Inventors: 泰裕藤田
Original assignee: Denso Ten Ltd
Current assignee: Denso Ten Ltd
Priority date: 1977-02-18
Filing date: 1977-02-18
Publication date: 1983-07-14
Also published as: JPS53103128A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は、自動車バッテリの良否および充電状態を判定
するバッテリ診断方式に関する。

バッテリ診断装置にはエンジンテスタあるいはコンピュ
ータを使用したもの等が市販されているが、診断内容は
大別すると充電量判定と良否判定の２つに分れる。

充電量判定には、バッテリにヘッドライトまたはスター
タモータ等の自動車用負荷を接続したときの端子電圧を
測定して行なう方式があり、また良否判定には比重計を
用いて各セルの比重差が０，０５以上となっているか否
か調べるもの、またエンジンテスタで使用されている方
法であるが、クランキング時の電圧、電流を測定し、電
流が規定値以内にある場合の電圧値を基準値と比較して
行なうもの、あるいは一定時間クランキング後のオフ時
の電圧を測定して行なうもの等がある。

しかしながら上記のクランキングさせて電圧を測定する
バッテリ性能診断法は、充電量の影響を受け、特に充電
不足時は電圧低下が大きくて良否判定を誤る恐れがある
。

また上記の充電量の判定でもあるいは性能判定でも電流
を流して端子電圧を測定する診断法では、当然電荷電流
の影響を強く受ける。

負荷電流は負荷の種類、温度等によって大きく変化する
が、従来の診断法ではか＼る負荷電流の変化に対する考
慮がなされていない。

また従来の診断装置では充電については充電不足か否か
、性能に関しても良いあるいは悪いと言った２値判定で
あり、どの程度良いか悪いかといった定量的な取扱いが
されていない。

本発明者はバッテリの良否判定につき種々研究したとこ
ろ、これは電解液の比重ρと内部抵抗ｒ８との関係から
良否判定が可能であることが実験で明らかとなり、ρ−
ｒｓ特性上に判定基準を複数設定することにより、バッ
テリの良さの程度を診断することが可能であることが判
った。

また電解液比重ρと起電力ＶＯとの間には良く知られた
実験式が成立しており、起電力ＶＯが得られれば比重ρ
が計算で求まり、従来方式のように比重計を使用して電
解液の比重を測定する必要がない。

しかしバッテリの端子電圧には起電力Ｖｏの他に分極電
圧ＶＰも含まれており、起電力ＶＯは端子電圧として簡
単に測定することはできない。

本発明はこの起電力を求める比較的簡単な方法を開発し
、厄介な比重計を使わずに比重ρが求められるようにし
た。

更に内部抵抗ｒ８の測定は、一般に内部抵抗は負荷を接
続して負荷電流と端子電圧降下とから計算により求めら
れるが、バッテリの場合は大電流を流すことにより分極
電圧が発生するので内部抵抗による電圧降下だけを取出
すことは困難であり、簡単には測定できない。

本発明は分極電圧を取除く方法を案出して内部抵抗ｒ８
が比較的簡単かつ正確に測定できるようにした。

次に本発明を実施例につき詳細に説明する。

自動車搭載のバッテリは周知のように反復充放電され、
その充放電の繰返しにより構成材料の消耗が起り、容量
が低下してやがて寿命が尽きる。

ところでバッテリの内部抵抗は極板、電解液、隔離板の
抵抗の和であり、極板、隔離板の消耗に従ってその値は
上昇する。

内部抵抗ｒ８を測定するには電流を流して電圧降下を見
ることが考えられるが、これには前述のように分極電圧
■２による誤差が入ってしまう。

バッテリの等価回路を第１図に示す。

図においてＶＯは起電力、■１は分極電圧。

ｒＢは内部抵抗であり、これらが直列に入った形となる
。

■は端子電圧である。分極電圧ＶＰは起電力Ｖｏに対し
て充電時は正方向つまり第１図に示すように起電力と和
動的な方向、放電時はその逆の負方向で発生し、電流を
切ってもしばらくは消えずに残る。

このため、単純にバッテリ端子電圧Ｖを測定しても起電
力Ｖｏと分極電圧■１を分離することは不可能である。

このような分極電圧ＶＰの発生しているバッテリの内部
抵抗ｒ８を測定する方法を次に説明する。

第２図はバッテリ負荷時の等価回路を示し、ＳＷはスイ
ッチ、ＲＬは負荷抵抗である。

スイッチＳＷを投入すると負荷電流■が流れ、次式が成
立する。

なお分極電圧ｖＰの極性は正または負であり、それは履
歴により定まる。

負荷には自動車ヘッドライトなどを使用し、これをオン
オフしたときの電圧■の変化を第３図に示す。

この図でｖｌは負荷投入前のバッテリ端子電圧、Ｖ２は
負荷投入直後のバッテリ端子電圧であり、これらには次
式が成立する。

こＳでｖＰ（ｔｌ）は負荷投入直前の、またＶＰ（ｔ
２）は負荷投入直後の分極電圧である。

分極電圧の変化は、化学的変化に起因するのでそれ程遠
くは行なわれない。

そこで電圧Ｖ１．■２の測定時点ｔ１．ｔ２を充分接近
（例えば数ｍｓ内）させテｔ１票ｔ２とすれば、ｖＰ
’（ｔｌ）”：ＶＰ（ｔ２）と見做すことができ
、上記（２）、（３式から下式が得られる。

この（４）式から内部抵抗ｒ８を測定することができる
が、このｒ８の測定は上記のように負荷投入時の他に負
荷遮断時にも測定可能である。

即ち、負荷投入時は、ｖＯ＋ｖＰ（ｔｌ）の電圧ｖ１
であったバッテリ電圧がはＳＩｒＳだけ急激に低
下し、その後分極電圧ｖＰの負方向増大によりじりじり
低下するので、この分極電圧による低下が始まる前に測
定してしまえば分極電圧による影響を除いて内部抵抗ｒ
Ｂを測定することができるが、負荷遮断時にも図示の如
くまずまず■・ｒ８なる電圧降下がなくなり、その後分
極電圧による電圧低下が徐々になくなってバッテリ電圧
が回復してくるが、この負荷遮断直前、直後の電圧を求
めれば分極電圧の影響を除いて内部抵抗ｒ８を正確に測
定することが可能である。

第４図は第３図の拡大図で、ａｔ＝ｔ、 −ｔ２を充分
小にすれば分極電圧ｖＰによる誤差電圧ＪＶをＡＶ
、’＝０とすることができることを示す。

Ｖ３．Ｖ４は負荷遮断直前、直後のバッテリ端子電圧を
示し、やはりその時間差Ｊｔを充分小にすれば誤差電圧
ＪＶ、を充分小にすることができる。

次に比重計を使用せずに無負荷電圧によって比重ρを求
める方法を説明する。

前述のようにバッテリの無負荷電圧Ｖはｖ＝ｖＯ＋ｖＰ
であり、走行中の自動車ではバッテリは常に充電状態に
あって分極電圧ＶＰは正方向に発生している。

負荷をかげて放電させると分極電圧ＶＰは反転して負方
向となり、負荷を切って放置すれば負極性の電圧ｖＰは
徐々に減少してやがて零になる。

第５図は、充電されていたバッテリにヘッドライトを接
続して１２アンペアで１分間放電させたときの端子電圧
の変化を示す。

負荷投入前の電圧はｖｏ＋ｖ。であり、充電中である
から電圧ｖＰは相当に太きい。

負荷を投入すると負極性の分極電圧ＶＩＰが発達し、負
荷を遮断すれば電圧ＶＩＰが徐々に減少し、数分例えば
ｔ、＝４分後には分極電圧は零になった。

そこでこの適当時間ｔ５後に端子電圧を測定すれば分極
電圧の影響を除いて起電力ＶＯを正確に求めることがで
きる。

なおバッテリの充電を止めて放置して置いても分極電圧
ＶＰは徐々に減少するが、零になる迄には相当な長時間
例えば８時間和度を要する。

この点、負荷を接続して積極的に放電させると上述のよ
うに比較的速やかに分極電圧を零にすることができる。

一般に正極性の分極電圧より負極性の分極電圧の方が消
滅が速い。

起電力Ｖｏがわかると、起電力と比重との間には既知の
下式が威力するので、この式から比重ρを求めることが
できる。

この（５）式の係数６はバッテリのセル数を示し、本例
ではこれが６であることを示す。

通常、起電力ＶＯはＰｂＯ２の基準電極および検出電極
をバッテリ電解液中に浸漬して得られる電圧であるが、
本発明ではそのようにせず、代りに分極電圧が消滅した
時点のバッテリ端子電圧をもって該起電力と見なす。

このようにすることの不都合は、比重ρの測定上軽微で
ある。

第１０図はこれを実験的に示すもので、横軸は分極電圧
が消滅した時点のバッテリ端子電圧を起電力Ｖｏとして
上式（５）から算出した計算比重、そして縦軸は他の方
法により実測した比重である。

尚、（５）式は２５°Ｃを基準としたものであるから、
温度が極端に異なる場合には補正を要する。

一般に２０°Ｃの比重をρ２ｏとすれば温度ｔの比重ρ
ｔとの間にはなる関係がある。

第１図は良、不良各種のバッテリに付き比重ρと内部抵
抗ｒ８とを実測した結果を示す。

曲線Ｃ１は不良バッテリ、曲線Ｃ２は中古バッテリ、曲
線Ｃ３は良品バッテリの各ｒＢ−ρ特性である。

この実験結果から次のことがわかった。

即ち（１）内部抵抗は比重が下ると上昇する傾向を持つ
、（２）内部抵抗はバッテリの容量で異なり、大容量の
バッテリはど低抵抗である、（３）バッテリの良否によ
りｒｓ−ρ特性は可成りはっきりと区別される、（４）
不良バッテリは満充電時の比重が低減している、即ちい
くら充電しても比重がある値で一定になり正常バッテリ
はど上昇しない。

ｒ８−ρ特性に第１図のような関係があるので、か＼る
特性曲線を各種のバッテリに対して予め実測しておき、
そして点線曲線Ｓ１．Ｓ２で示す如き判定基準を設けて
おき、ｒＳ、ρの実測値が判定基準Ｓ、より上の領域工
にあれば不良バッテリ（要取り替え）、判定基準Ｓ１
と８２の間の領域■にあれば中古バッテリ（要注意）、
判定基準Ｓ２より下の領域■にあれば良品バッテリと
判定することが可能である。

判定は第６図に示すように比重を各レベルρ１〜ρ２
、ρ２〜ρ３、ρ３〜ρ４に分け、各レベルに対して
判定式を変化させていってもよい。

この場合実測データ従って判定基準Ｓ１．Ｓ２・・・・
・・が横軸に対して傾斜している部分では誤差がでる恐
れがあるが、比重の各レベルを細分しておけばこの誤差
は許容できる程度に小になる。

また判定を自動的に行なうには、判定基準式をコンピュ
ータのメモリに記憶させておき、実測した比重に対応す
る判定式を引き出してきて実測内部抵抗がどの領域に属
するかで良否判定を行なえばよい。

温度による判定基準の補正は温度計で自動的に行なう。

また被診断バッテリの容量については、診断の初めに手
動でその容量値をセットし、それにより判定値を適当に
補正する。

その他、バッテリの種類等の補正も必要に応じて行なう
。

第８図は本発明に係る診断装置の実施例を示す。

この図で１は被診断バッテリ、２は負荷３０投入、遮断
用リレー、４はクリップでバッテリ電圧Ｖを取出すのに
用いる。

５は電流センサであり、負荷回路の導線１１に流れる
電流工を検出する。

６゜７は波形処理回路で電圧Ｖ、電流■の波形処理を行
なう。

鎖線枠８はマイクロコンピユータラ示シ、９はそのマル
チプレクサ、１０はアナログデジタル変換器、１１は演
算制御回路、１２はメモリ、１３はタイマである。

１４はリレー２のトライバ１５は表示器である。

動作を説明すると、コンピュータ内蔵のプログラムによ
りタイマ１３がセットされ、ドライバ１４を介して直流
リレー２を付勢し、その接点２ａを例えば前述のように
１公租度閉じることにより測定が行なわれる。

この負荷オンオフは表示に従って手動で行なってもよい
。

バッテリ１の端子等を挾むクリップ４によりバッテリ電
圧Ｖが検出され、これは導線１２、波形処理回路６、マ
ルチプレクサ９、変換器１０、演算制御回路１１、メモ
リ１２の経路で一定時間毎にサンプルされ、電流センサ
５の出力が入るまで該電圧はメモリ１２に常に読込まれ
かつ消去され、この読込み消去を繰り返されている。

リレー２が接点２ａを閉じて負荷３が投入されると、こ
のとき流れる電流工が電流センサ５により検知され、７
−９−１０−１１−１２の経路でメモリ１２に書込まれ
る。

このようにして得られた負荷投入前後の電圧ｖ１゜Ｖ２
、電流■と、メモリに予め記憶させておいた前記（４）
式から内部抵抗ｒＢが演算制御回路１１により算出され
、再びメモリ１２に書込まれる。

一方、前記４分程度の時間後に図示しないタイマが作動
して電圧■を続取り、メモリ１２に記憶させておいた前
記（５）式から演算制御回路１１は比重ρを算出する。

メモリ１２にはまた前述のバッテリ良否判定基準式を記
憶させておくので、該比重ρと該基準式とから基準内部
抵抗Ｒｓを計算し、回路１１はこの基準内部抵抗Ｒｓと
前記の実測内部抵抗ｒ８とを比較してその大小からバッ
テリの良否を診断する。

この結果は、外部の読出しスイッチ（図示しない）の操
作で表示器１５に、不良、注意などと表示させる。

バッテリの充電量は比重ρから求まるので、その関係式
をメモリ１２に記憶させておけば、バッテリ充電状態を
表示させることもできる。

第９図は負荷３としてヘッドライト３ａ、３ｂを用いた
例を示す。

２５はそのヘッドライトスイッチで、バッテリの正端子
へヘッドライト３ａｓ３ｂを接続する。

１６はタイミング回路、１７はマルチプレクサ、アナロ
グデジタル変換器、およびインターフェースなどの諸量
路、１８はマイクロコンピュータである。

１９は表示器１５とコンピュータ１８とのインターフェ
ース、２０は電圧変換安定化回路、２１はアースをとる
ためのクリップでバッテリの負端子へ接続される。

２２は電流検出用のクリップ、２３は測定用のヘッドラ
イト電源開閉用リレー、２４はその制御用手動スイッチ
である。

本例では変流器などの電流センサ５は使用せず、安価な
分流器５ａを用いている。

測定の要領は第８図と同様である。

本発明では寿命予測も可能であり、これは例えば各種の
バッテリの寿命を予めメモリに記憶させておき、そして
前述のようにしてバッテリ良否が判定できたらその状態
から使用済み期間をやはり予めメモリに記憶させておい
たテークから求め、上記の寿命から差し引けば可使用残
存期間を知ることができる。

バッテリの内部抵抗は、既知のように老朽化あるいは重
負荷使用により上昇してゆく。

そこで内部抵抗を測定すれば良否判定あるいは寿命判定
もできるはずである。

しかし内部抵抗には電解液の抵抗も含まれているため、
充電量により電解液の抵抗が変り、従って内部抵抗も充
電状態により変化し、単に内部抵抗からバッテリ良否を
判定しようとすると大きな誤差を招く。

この点本発明では比重と内部抵抗の両者を用い、比重に
よって判定値即ち基準内部抵抗値を変化させるので極め
て正確なバッテリ診断が可能になる。

また本発明では電圧電流の測定だけで内部抵抗および比
重を測定するので、測定が簡単、迅速であり、自動診断
が容易である利点を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図はバッテリの等価回路図、第２図はバッテリへの
負荷投入時の回路図、第３図〜第５図は負荷開閉時のバ
ッテリ電圧の変化を示すグラフ、第６図および第７図は
内部抵抗と比重との関係を示す特性図、第８図および第
９図は本発明に係る診断装置の構成を示すブロック図、
第１０図は実測比重と計算比重の関係を示す特性図であ
る。図面で１はバッテリ、４は電圧検出用クリップ、５は電
流センサ、８はコンピュータである。

Claims

【特許請求の範囲】

１良、中古、不良各種状態のバッテリの電解液比重と
内部抵抗との関係を予め求めて記憶しておき、そして被
診断バッテリの内部抵抗の値を、該バッテリに負荷を接
続する直前、直後のバッテリ電圧、またはバッテリに接
続された負荷を遮断する直前、直後のバッテリ電圧と負
荷接続時に流れる電流とを測定し、これらの測定値から
所定の計算式により算出して実測し、また電解液比重の
値を、該バッテリに一定時間負荷を接続し、負荷遮断後
、分極電圧がは＼消滅した時点でバッテリ端子電圧を測
定し、該測定値から所定の計算式により算出して実測し
、これらの実測値と前記電解液比重と内部抵抗との関係
とを比較することによりバッテリ良否判定を行なうこと
を特徴とする自動車バッテリの診断方式。