JPS60166875A - 電池の残存容量を知る方法及びそのための装置類 - Google Patents

電池の残存容量を知る方法及びそのための装置類

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JPS60166875A
JPS60166875A JP59023896A JP2389684A JPS60166875A JP S60166875 A JPS60166875 A JP S60166875A JP 59023896 A JP59023896 A JP 59023896A JP 2389684 A JP2389684 A JP 2389684A JP S60166875 A JPS60166875 A JP S60166875A
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Susumu Okazaki
進 岡崎
Shunichi Higuchi
俊一 樋口
Osamu Nakamura
治 中村
Yoshio Takahashi
高橋 祥夫
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  • Tests Of Electric Status Of Batteries (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 1艶皮皇I 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れた放電しつる
容量をも意味するものとする。
来 術とその 照点 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(31,2
Hzのとき、Ever Ready 5P11)) 、
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
用いられている二次電池である鉛蓄電池では、電解液と
しての希@酸の比重を測定することによって残存容量を
めている。これらの方法では、電池より所要轡の希tU
a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
のが考案されてはいるが、前者の欠点は、振動に弱い、
フロートのひっかかり、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。
1更皇亘濃 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、ニッケルー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。
丸豆史I月 上記目的を達成するための、本発明方法及び装置類は、
電池の予め判っ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0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0次高調波電流
に対応する値との関係を予めめておき、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n7!fc
高調波電流に対応する値を測定し、測定された第0次高
調波電流対応値と前記関係とを比較することによって電
池の残存容量を知る方法、電池の予め判っている各残存
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aW14波電
流に対応する値を測定することによって得られる該第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、r!1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0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っ
て回路の電流中の高調波成分、及び基本波成分と高n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2次高調波電流対応植は、前記各電流の第0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0次高調波電流の値との比でもよい。
また前記第0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0次
高調波電流の埴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0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、容量によって異なるが、周波数は0.01Hz
 〜20 kHzが、振幅は5 +nvpp〜12VI
)+1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
ロック回路図である。
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、ポテンショスタット(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
波フィルタ(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n波成分は、フィルタ(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。
フィルタ(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めておけば、測定されたifs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?!i池として、鉛蓄電池を用いた場合を
以下に詳狽に説明する。
第1図の如くに、発振器(2)、ポテンショスタット(
3)、61波フイルタ(4)、電圧計(5)及びl0n
o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−20
)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
おイエ振幅70a+Vrms、周波数IHzの正弦波摂
動電圧を公知のポテンショスタット(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jJi!温度
:25℃。
測定した第2次高調波電流の値(A)の、放電した容1
7k (All ) 、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。
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って残存
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、高調波フィルタ(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0次高調波電流の値ととも
に基本波m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0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って残存
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^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、周波数によっては、
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0次高調
波電流の振幅(Atvs)である。第5図は、同じ蓄電
池を用い、交流電圧の周波数を1 kHz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1 kHzとした場合には
、第3次あるいは第4次高調波底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
るだめの装置は、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
セッ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、容量等によって異なるの
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
ることによって、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っ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、この記憶内容に従っ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
よって異なるので、前以って何種類かの環境温度及び使
用回数による特性をめてメモリに記憶させておき、マイ
クロプロセッサにより測定の温度?ri償及び回数補償
を行なうようにするのが適当である。
11匹車重 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
ック図、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IH2
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1 kHz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)・・・ポテンショスタット (4)・・・高調波フィルタ (5)・・・電圧計 (1)・・・回 路 (以 上) 第1図 第2図 ? 石 放電LT=冬量(Ah) 残磨引(Ah) 100 80 60 40 20 0 ハ゛/i″+宕11%) 第3図 放電り厄昏f(Ah) 残酵t (Ah) グ〜゛I′+宕量希(Ah) 第4図 高排嘱電λeyK数(n) 第5図 晶言凪俄壺波69笈斂(n)

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 ■ 電池の予め判っている各残存容量状態においいて、
    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1(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0次高調
    波電流に対応する値との関係を予めめておきミ前記電池
    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
    lII1gi波電流に対応する値を測定し、測定された
    第0次高調波電流対応値と前記関係とを比較することに
    よって電池の残存容量を知る方法。 ■ 前記各第0次高調波電流対応値が、前記各電流の第
    n次高i波電流の値である特許請求の範l1II第1項
    に記載の方法。 ■ 前記各第0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0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。 ■ 前記各第n次高調波i!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。 ■ 電池の予め判っている各残存容量
    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0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って得
    られる該第0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。 ■ 前記第n次all波電流対応値が、前記電流の第0
    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。 ■ 前記第0次高調波電流対応値が、前記電流の基本波
    電流の値と第0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。 ■ 前記第0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。 ■ 電池の両端子に接続される回路、交流電圧を発生ず
    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0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。 [相] 前記第n次高調波電流対応値測定手段が、前記
    電流の第0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。 ■ 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0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。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9128166B2 (en) 2011-01-13 2015-09-08 Yokogawa Electric Corporation Secondary battery tester, secondary battery testing method, and manufacturing method of secondary battery

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9128166B2 (en) 2011-01-13 2015-09-08 Yokogawa Electric Corporation Secondary battery tester, secondary battery testing method, and manufacturing method of secondary battery

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