JPS5848864B2 - 蓄電池の充放電状態指示装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は蓄電池の充放電時における残量を指示する蓄電
池の充放電状態指示装置に関するものである。

一般に、蓄電池は放電量が一定値以上に達すると再充電
してももとの特性にもどらず極板等を劣化して寿命を損
うことはよく知られておる。

又、充電する場合においても過充電となることは蓄電池
の寿命を上述同様に損うため、従来より蓄電池の過充放
電量を検出するための提案が種々なされているが、蓄電
池においてはその充電特性曲線と放電特性曲線とは一致
せず、従って、充電と放電とを個別に検出するものが必
要となり、装置も複雑となって大形化するため例えばハ
イブリット用の電気車等限られたスペースに装着が困難
となり、しかも検出する手間を要して装置を高価なもの
とする欠点を有している。

本発明は上述の欠点を除去し、その目的とするところは
、蓄電池の充放電時における残量を１つの装置で検出し
て指示せしめることのできるものを提供することにあり
、他の目的は簡単な構戊で小形コンパクトかつ安価に製
することができ、しかも常時接続した状態で使用できる
ものを提供することにある。

具体的には、蓄電池の充電特性曲線と放電特性曲線とを
略近似させることにより蓄電池の端子間電圧の変化を検
出して指示せしめるようにすれば蓄電池の充放電時にお
ける残量が指示できる点に着目してなされたもので以下
その実施例を図によって説明すると、１は被測定用の蓄
電池、２は上記蓄電池１の端子間に、定電圧ダイオード
３を介して接続されて、該蓄電池１の充電特性曲線と放
電特性曲線の勾配を略近似的に同一に変換して蓄電池１
の端子間電圧の変化を検出するようにした充放電特性変
換要素で、この充放電特性の勾配を略近似的に同一にす
る手段としては充電及び放電時におけるそれぞれの充放
電特性曲線を直線近似式でとらえ、この直線近似式によ
る勾配を略同一にするための、比例常数を乗じて蓄電池
１の端子間電圧の変化を導出するようになっており、こ
れを第３図によって説明すると、今例えば蓄電池１が所
定時間率で充放電したときの特性曲線であるとすると、
充電特性曲線Ａの直線近似式はＹｃ−（■１−ｖ２）Ｘ
＋■２としてあらわされ、一一１−『百一 放電特性曲線Ｂの直線近似式はＹｃｉ ＝ （ＶＨ
Ｖ＋））（＋■４と示される。

今■１−■２−Ｋ１とし、Ｖ３−Ｖ４Ｋ 一Ｋ２とすると上式はそれぞれＹｃ−Ｔ＃Ｘ＋■２，Ｋ ｙａ＝ ｒｔＴＸ＋Ｖ４となり、Ｋｉ一αＫ２，■２−
α■４の関係式が或り立つように定電圧ダイオード３の
ツエナー電圧を設定することにより比例常数αを設定し
て蓄電池１の充放電特性曲線Ａ，Ｂの勾配を略同一にす
るように設けられておる。

４は上記充放電特性変換要素２の出力端に接続された差
動増幅要素で、高入力インピーダンス演算増幅回路■Ｃ
３の非反転入力端子を充放電特性変換要素２の出力端に
接続すると共に、反転入力端子は定電圧ダイオード３の
ツエナー電圧■Ｚと、第３図に示す充電特性曲線Ａから
設定された直線近似式Ｙｃの蓄電池１の残量Ｏ％に相当
する電圧■２との差（ｖ２−ＶＺ）より設定された基準
電圧■ｓを印加するようにした基準電圧設定要素５を接
続して、上記充放電特性変換要素２の出力電圧を、基準
電圧Ｖｓと演算して増幅した出力信号を送出するように
なっている。

６は上記差動増幅要素４の出力端にされて蓄電池１の残
量を指示する表示要素で、蓄電池１の充放電状態に応じ
て送出される差動増幅要素４の出力信号により応動して
残量を目盛表示するようになっている。

而して、上記充放電特性変換要素２は、定電圧ダイオー
ド３のアノード側に分圧抵抗Ｒ１，Ｒ２を直列に挿入し
て蓄電池１の端子間に接続し、分圧点ａには演算増幅器
■Ｃ１の非反転入力端子を接続し、その反転入力端子と
出力端子間には帰還抵抗Ｒ３とコンデンサＣ，を並列に
接続すると共に、反転入力端子を抵抗Ｒ４を介して蓄電
池１の負側端子に接続してなる放電用の時限演算増幅回
路７を接続し、分圧点ｂには演算増幅器■Ｃ２、帰還抵
抗Ｒ５、コンデンサＣ２及び抵抗Ｒ６とを上記時限演算
増幅回路７と同様に接続してなる充電用の時限演算増幅
回路８を接続し、この時限演算増幅回路８の出力端にア
ノード側を接続したダイオードＤ２と、上記時限演算増
幅回路７の出力端にカソード側を接続したダイオードＤ
１とを介して上記時限演算増幅回路７及び８を図示しな
い定電圧電源要素に接続されて電源電圧Ｖｃｃをうける
記憶用のコンデンサＣ３に接続すると共に、この接続点
Ｃを出力端として上記差動増幅要素４に出力電圧を送出
するように設けられており、上記時限演算増幅回路７及
び８の増幅度は抵抗Ｒ３， Ｒ４及びＲ５， Ｒ６によ
って第３図に示すように、蓄電池１の充放電特性曲線の
直線近似式Ｙｄ，Ｙｃがα・Ｙｄ牛Ｙｃとなるように設
定して充放電によって変化する蓄電池１の端子間電圧を
検出するようになっている。

次に、その動作について説明すると、無負荷時にあって
は、蓄電池１の端子間に本案装置を接続することにより
定電圧ダイオード３のツエナー電圧Ｖｚだけ降下した蓄
電池１の端子間電圧が分圧点ａを介して時限演算増幅回
路７に印加されると共に、分圧抵抗Ｒｌ ｔ Ｒ２によ
り所定比に分圧された電圧が分圧点ｂを介して時限演算
増幅回路８に印加され、これをうけた時限演算増幅回路
７及び８は抵抗Ｒ４とコンデンサＣ，及び抵抗Ｒ６とコ
ンデンサＣ２のＣＲ時定数によって定まる時限で所定の
増幅度で増幅した出力電圧■７及びｖ８をダイオードＤ
１，Ｄ２にそれぞれ印加することになるが、この時のＣ
点の電圧（Ｖｃ）は電源電圧Ｖｃｃと同電位にあって上
記出力電圧■７及び■８よりも高い電圧（■７〈■ｃ，
ｖ８〈■ｃ）にあるため、ダイオードＤ１のみが導通し
てＣ点の電圧（Ｖｃ ）は、電源電圧Ｖｃｃから降下し
て出力電圧■７と同電位となり、このＣ点の電圧（＝ｖ
７）が差動増幅要素４の高入力インピーダンス演算増幅
器■Ｃ３の非反転入力端子に印加することになるので基
準電圧■ｓと演算してその演算値を増幅した出力信号を
表示要素６に送出して該表示要素６を応動せしめて指針
により無負荷時における蓄電池１の残量を目盛表示する
。

この状態で蓄電池１が図示しない負荷に接続されて放電
が開始されたときは、放電によって降下する蓄電池１の
端子間電圧により時限演算増幅回路８の出力電圧■８は
Ｃ点の電圧より常に低い関係（ Ｖｓ ＜ Ｖ ｃ ）
を保持することになるので、ダイオードＤ２は不導通状
態を維持し、他方時限演算増幅回路Ｔの出力電圧ｖ７は
放電の進行によって降下し、それに伴なってＣ点の電圧
Ｖｃも出力電圧ｖ７に追従して降下しｖ７＝■ｃの関係
を維持すると共に、コンデンサＣ３は放電の進行によっ
て増加する電位差により充電されてこれを保持（記憶）
し、上記Ｃ点の電圧Ｖｃをうけた差動増幅要素４は上述
同様、基準電圧Ｖｓと演算して出力信号を表示要素６に
送出し、この出力信号により表示要素６は放電によって
低下する蓄電池１の残量を指示する。

なおこの指示状態は、例えば放電が停止しても、コンデ
ンサＣ３に充電された電荷によりＣ点の電圧は保持され
るので安定した指示を維持する。

而して、この状態で、図示しない充電器により蓄電池１
を充電した場合は、上昇する蓄電池１の端子間電圧によ
り時限演算増幅回路７及び８の出力電圧■７及び■８も
上昇して、上記時限演算増幅回路Ｔの出力電圧Ｖ７はＣ
点の電圧Ｖｃよりも高＜（Ｖ７＞Ｖｃ）なるため、ダイ
オードＤ，が不導通になると共に時限演算増幅回路８の
出力電圧ｖ８がＣ点の電圧Ｖｃよりも高くなって（■８
〉■ｃ）ダイオードＤ２は導通し、この導通によりＣ点
の電圧Ｖｃは、時限演算増幅回路８の出力電圧■８と同
電位（ Ｖ ｃ ＝ Ｖｓ ）となって、充電の進行に
より該Ｃ点の電圧Ｖｃを上昇せしめ、この上昇するＣ点
の電圧Ｖｃにより差動増幅要素４を介して上述同様、表
示要素６を応動せしめて充電により増加した蓄電池１の
残量を指示する。

又、蓄電池１に始動時等の突入電流で瞬時的に過犬な放
電々流が流れたときは、その端子間電圧も急激に降下す
ることになるが、これをうける充放電特性変換要素２の
時限演算増幅要素７及び８に設けたＣＲ時定数によって
定まる時限だけ遅延して出力電圧■７及び■８を供給す
ることになるので、上記遅延時限中に瞬時的に過大な放
電々流が蓄電池１に流れてその端子間電圧が急激に降下
してもすぐ定常状態に回復するので差動増幅要素４を介
して表示要素６には指示されない。

第２図は他の実施例を示したもので、同一要素は同じ符
号を付して説明すると、蓄電池１の端子間に、定電圧ダ
イオード３を介して充放電特性変換要素２１を接続し、
この充放電特性変換要素２１の出力端には上述同様、差
動増幅要素４を介して表示要素６が接続されておる。

而して、充放電特性変換要素２１は、蓄電池１の端子間
に定電圧ダイオード３を介して抵抗Ｒｌｌを直列に接続
し、上記定電圧ダイオード３のアノード側に演算増幅器
ＩＣ，，帰還抵抗Ｒ３１、コンデンサ１１，抵抗Ｒ４
１から上述同様に形戊された時限演算増幅回路７１を接
続し、その出力端に、直列に接続した分圧抵抗Ｒ５１
ｔ Ｒ６１を介して蓄電池１の負側端子を接続すると共
に、該出力端にカソード側を接続したダイオードＤｌｌ
と、このダイオードＩ）ｔｉのカソード側に抵抗５１を
介してアノード側を接続したダイオードＤ２１とを、図
示しない定電圧電源装置に接続されて電源電圧Ｖｃｃを
うける記憶コンデンサＣ３１に接続されており、上記分
圧抵抗Ｒ，１，Ｒ６１は、蓄電池１の第３図によって示
す充放電特性曲線Ａ，Ｂから定まる直線近似式Ｙｃ ，
Ｙｄを略近似的に同一に変換するα・Ｙ ｄ 牛Ｙ ｃ
関係が或立つように、ｆ点の電圧Ｖｆとｄ点の電圧Ｖｄ
とをＶｆ−＝α・Ｖｄとなるように設定されておる。

次にその動作について説明すると、蓄電池１に本案装置
を接続すると、無負荷時にあっては蓄電池１の端子間電
圧を定電圧ダイオード３のツエナ電圧Ｖｚ分だけ降下し
た電圧としてうけた充放電特性変換要素２１の時限演算
増幅回路７１はコンデンサＣ１１と抵抗Ｒ４１との時定
数によって定まる時限だけ遅れて出力電圧（＝Ｖｆ）を
送出すると共に、この電圧（一Ｖｆ）を所定比で分圧し
た分圧点ｄを介して出力電圧Ｖｄを送出することになる
がｅ点の電圧Ｖｅは電源電圧Ｖｃｃと同電位（Ｖｅ＝Ｖ
ｃｃ）の関係にあるので上記出力電圧（一Ｖｆ）はｅ点
の電圧Ｖｅより低いため（Ｖｆ＜Ｖｅ）ダイオードＩ）
ｔｔか導通してｅ点の電圧Ｖｅはｆ点の電圧Ｖｆと同電
位となり、この同電位となったｅ点の電圧Ｖｅが差動増
幅要素４に印加され基準電圧■ｓと演算して上述同様、
差動増幅要素４の出力信号により表示要素６を応動せし
めて始動前の蓄電池１の残量を指示する。

この状？で図示しない負荷が接続されて蓄電池１が放電
を開始するとｆ点の電圧Ｖｆは更に降下しそれに追従し
てｅ点の電圧Ｖｅも降下し、この降下した電圧Ｖｅに応
じて上述同様、差動増幅要素４を介して表示要素６によ
り残量を指示する。

この際、コンデンサＣ３１はその端子間の電位差の変化
分に相当する電荷が蓄積されて記憶されておる。

又、ダイオードＤ２はｄ点の電圧Ｖｄがｅ点の電圧Ｖｅ
よりも常に低い（ Ｖｄ＜Ｖｅ ）関係にあるので不導
通状態を維持しておる。

次に蓄電池１が図示しない充電器により充電されたとき
は、蓄電池１の端子間電圧は充電により上昇し、この上
昇した端子間電圧により時限演算増幅回路７１を介して
ｆ点及びｄ点の電圧Ｖｆ及Ｖｄも上昇するのでｆ点の電
圧Ｖｆがｅ点の電圧Ｖｅよりも高く（ Ｖｆ＞ｖｅ ）
なってダイオードＩ）ｔｔは不導通となり、ｄ点の電圧
Ｖｄがｅ点の電圧Ｖｅよりも高＜（Ｖｄ＞Ｖｅ）なるの
でダイオードＤ２１は導通し、この導通によりｅ点の電
圧Ｖｅもｄ点の電圧Ｖｄと同電位となり、この同電位と
なったｅ点の電圧Ｖｅ（＝Ｖｄ）が差動増幅要素４に印
加され、上述同様、差動増幅要素４の出力信号により充
電によって増加した蓄電池１の残量を表示要素６によっ
て指示する。

尚、実施例にあって、充放電特性変換要素は、蓄電池の
端子間に定電圧ダイオードを介して接続するように説明
したが、蓄電池の充放電特性曲線の直線近似式Ｙｃ，Ｙ
ｄがα・Ｙｄ−＝Ｙｃとなるように設定できれば定電圧
ダイオードは設けなくてもよい。

又、実施例にあっては、表示要素は目盛表示するように
、説明したがアナログーディジタル変換要素を介してデ
ジタル表示するように構成したものであってもよい。

本発明は上述したように、蓄電池の端子間に、該蓄電池
の充放電特性を直線近似に変換すると共に、この直線の
勾配を略同一にするように変換せしめるようにした充放
電特性変換要素を接続し、この充放電特性変換要素の出
力端に接続された差動増幅要素を介して表示要素を上記
充放電特性変換要素の出力により応動せしめて充放電状
態における蓄電池の残量を指示するようにしたもので、
蓄電池の充放電特性を略同一の直線勾配に変換して端子
間電圧の変化を検出するようにしてあるので、充電と放
電とに区分することなくその残量を指示せしめることが
でき、しかも充電と放電とに区分する必要もないので構
戊も簡略化されて小形コンパクトに製することができ、
電気車等の制約されるスペースにも容易に装備すること
ができ、しかも蓄電池に常時接続しておくことにより、
常に蓄電池の残量を監視することができるので、蓄電池
の保守管理が容易となり、蓄電池の寿命を一段と向上せ
しめることができ、走行中の駆動不良等の事故も未然に
防止することができ、消費電力も極めて少ないので、そ
れによって蓄電池を劣化せしめることもなく携帯用にも
適用でき、安価に゛製することができる等実用上著しい
効果を有するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例を示すブロック図、第２図は本
発明の他の実施例を示すブロック図、第３図は蓄電池の
充放電特性図である。 １：蓄電池、２，２１：充放電特性変換要素、４：差動
増幅要素、６：表示要素。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 蓄電池の端子間に、該蓄電池の端子電圧の充電時と
   放電時の特性を略近似に変換してその変化を検出するよ
   うにした充放電特性変換要素を接続し、この充放電特性
   変換要素の出力端に、該充放電特性変換要素の出力電圧
   を基準電圧と演算してその演算値を出力信号として送出
   するようにした差動増幅要素を介して表示要素を接続し
   て、上記差動増幅要素の出力信号により蓄電池の充放電
   に応じた残量を指示するようにしたことを特徴とする蓄
   電池の充放電状態指示装置。 ２ 上記充放電特性変換要素を、蓄電池の端子間に定電
   圧ダイオードを介して接続された分圧抵抗と、この分圧
   抵抗の分圧点と上記定電圧ダイオードのアノ一ド側とに
   それぞれ接続された第２及び第１の時限演算増幅回路と
   、この第２及び第１の時限演算増幅回路の出力端にそれ
   ぞれ順方向及び逆方向に挿入したダイオードを介して定
   電圧電源に接続されたコンデンサとで形或し、上記第２
   の時限増幅回路の増幅度を第１の時限演算増幅回路の増
   幅度の所定倍数に設定するようにしたことを特徴とする
   特許請求の範囲第１項記載の蓄電池の充放電状態指示装
   置。 ３ 上記充放電特性変換要素を、蓄電池の正側端子に接
   続された定電圧ダイオードのアノード側と蓄電池の負側
   端子との間に時限演算増幅回路を接続し、この時限演算
   増幅回路の出力端に、該時限演算増幅回路と並列に分圧
   抵抗を接続すると共に、この分圧抵抗の分圧点に順方向
   に接続されたダイオードと上記出力端に逆方向に接続さ
   れたダイオードとを介して定電圧電源に接続されたコン
   デンサを接続して形或し、上記分圧抵抗により時限演算
   増幅回路の出力電圧を、分圧抵抗の分圧点の電圧の所定
   倍数の電圧となるように設定したことを特徴とする特許
   請求の範囲第１項記載の蓄電池の充放電状態指示装置。