JPS6017744Y2 - 蓄電池の劣化判別装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案はフォークリフト、電気車輌等の駆動源として使
用される蓄電池の劣化を判別する装置に関するものであ
る。

一般に、蓄電池の劣化判別は模擬負荷に定電流放電して
一定値に達したときの容量と公称容量とを比較するいわ
ゆる容量試験によって劣化を判別していた。

しかし、この方法では蓄電池がフォークリフト、電気車
輌等に塔載されている場合、試験の都度取外さなければ
ならず多くの手間を要し、かつ定電流放電を行なうため
の模擬負荷が必要となって装置が大形化し高価なものと
し、しかも測定のための放電後は回復充電に長時間を要
し。

その期間中は使用できないという欠点を有している。

本考案は上述の欠点を除去し、その目的とするところは
蓄電池を取外すことなく簡単に劣化を判別することので
きるものを提供することにある。

本考案は蓄電池の放電量に見合った充電を行なっても端
子電圧がが充電末期の電圧（例えば鉛蓄電池にあっては
１．４〜１．５Ｖ／セル）に達しない場合、自己放電が
大きくなったとして「劣化している」と判別するように
したものである。

以下、本考案の実施例を図によって説明する。

１は蓄電池、２は図示しない電源により蓄電池１を充電
する充電器で、充電用スイッチ３と充電回路しゃ新月リ
レーＸの常閉接点Ｘ、を直列に挿入して蓄電池１に接続
されておる。

４は蓄電池１に始動用スイッチ５を介して接続されたフ
ォークリフトや電気車輌等を駆動せしめる負荷である。

６は蓄電池１に接続した直列抵抗で、該直列抵抗を介し
て蓄電池１が充放電するようになっている。

７は上記直列抵抗６の両端に接続されて蓄電池１の充放
電によって直列抵抗６に流れる電流の方向に対応した出
力電流を送出するようにした切換回路である。

これは両電源によって動作する演算増幅器Ａ１の非反転
入力端子を直列抵抗６の一方端に抵抗Ｒ□を介して接続
すると共に、抵抗Ｒ２を接地間に挿入し、直列抵抗６の
他方端には演算増幅器Ａ１の反転入力端子を抵抗Ｒ３を
介して接続し、この演算増幅器Ａ１の出力端子には上記
反転入力端子との間に低損Ｂ、を挿入すると共に、抵抗
Ｒ５をアノードに接続したダイオードＤ□のカソードと
抵抗九をカソードに接続したダイオードＤ２のアノード
とを接続し、上記抵抗Ｒ５と鳥を接続してこの接続点か
ら出力するようになっている。

そして、この切換回路７は抵抗Ｒ１・Ｒ２・Ｒ３・Ｒ２
をＲ１−Ｒ３・Ｒ２−Ｒ２に設定して増幅度Ｒ４／Ｒ３
（＝Ｒ２／Ｒ□）により差動増幅し直列抵抗６に流れる
電流の方向に対応してダイオードＤ１あるいはＤ２を切
換導通せしめて出力電流を送出するようになっている。

又、この切換回路７の抵抗Ｒ５・Ｒ６は出力電流の制限
用でその且ハ。

／Ｒ５は蓄電池１の充電効率（例えば蓄電池１が鉛蓄電
池であれば充電効率は通常１．２遍度）から設定されて
おる。

８は蓄電池１の放電量に対応した電流時間積で電量を記
憶し、この記憶した電量だけでなくなると（即ち放電量
だけ充電されると）出力信号を送出する可逆性を有した
マイクロクーロメータである。

これは第３図に示すように、カソード電極Ｋ（例えば電
極）を形成する円筒状のケース８１内にカソード電極材
より責のアノード電極Ａ（例えば全極）を形威する中心
電極棒８．を封入して構成され、カソード電極Ｋからア
ノード電極Ａに向って電流を流すとファラデーの法則に
より電解液８゜中のプラス銀イオンが中心電極棒８．蓄
積され（Ａｇ＋ＡＩ＋ｅ）、このとき抵抗値は低抵抗（
数Ω程度）を示し、電流を反対に流すと中心電極棒８．
上に蓄積した銀イオンがカソード電極Ｋに向って移動し
くＡｇ” ＋ ｅ ４Ａ、）このときの抵抗値は低抵抗
を示し、中心電極棒８．上に蓄積した銀イオンが全部な
くなったとき抵抗値は高抵抗（数ＭΩ程度）を示して第
４図に示すように、アノード電極Ａとカソード電極に間
の端子電圧は上昇して飽和し、マイクロクーロメータ８
は“Ｌ゛から“Ｈ゛レベル反転した出力信号を送出する
ようになっている。

このマイクロクーロメータ８としてはＥ−セル（ブレシ
イ社の商品名）と呼ばれているものを使用してもよい。

そして、上記マイクロクーロメータ８は、そのアノード
電極Ａを切換回路７の出力端に接続しカソード電極には
接地されておる。

９は上記マイクロクーロメータ８の“Ｈ゛レベル出力信
号によって充電完了を表示すると共に、上記マイクロク
ーロメータ８の出力信号と蓄電池１に充電器２と並列に
接続されて充電末期の電圧を検出する電圧検出回路１０
の出力信号とにより蓄電池１の劣化を判別する判別回路
である。

これは蓄電池１に接続された定電圧電源回路１１の定電
圧電源■。

Ｃと接地間にリセット用スイッチＳ１とリレーＸのコイ
ルと第１の発光ダイオードＬＥＤ１と第１のトランジス
タＱ□のコレクタ・エミッタ間とを直列に挿入し、上記
トランジスタＱ１のベースにはマイクロクーロメータ８
のアノード電極Ａが抵抗Ｒ７を介して接続され、トラン
ジスタＱ１のコレクタ・エミッタ間にリレーＸの常開接
点Ｘ＆を接続して自己保持回路を形威し、上記トランジ
スタＱ□のコレクタと電圧検出回路１０の出力端Ｃとを
入力端に接続した第１のナンド回路ＮＡ□の出力端には
、定電圧電源Ｖｃｃと接地間に低損Ｂ９と第２の発光ダ
イオードＬＥＤ２と第２のトランジスタＱ２のコレクタ
・エミッタ間を直列に挿入した上記トランジスタＱ２の
ベースを抵抗Ｒ８を介して接続して、マイクロクーロメ
ータ８の“４Ｈ？？レベル出力信号によって導通するト
ランジスタＱ１によりリレーＸのコイルを励磁して発光
ダイオードＬＥＤ□を点灯せしめ上記トランジスタＱ１
のコレクタから゛Ｌ９９レベルの出力信号をうけたナン
ド回路ＮＡ、が電圧検出回路１０から“Ｌ”レベルの出
力信号をうけたときトランジスタＱ２を導通せしめて発
光ダイオードＬＥＤ２を点灯させ、発光ダイオードＬＥ
Ｄ１． ＬＥＤ２の点灯により蓄電池１が「劣化してい
ない」と判別するようになっている。

而して、上記電圧検出回路１０は第２図に示すように、
蓄電池１に接続れて入力端子ａ、 ｂ間に抵１ｘｏと可
変抵抗ＶＲ□を直列に挿入し、上記可変抵抗ＶＲ１の摺
動子を第２のナンド回路ＮＡ２の入力端の一方ｄに抵抗
Ｒ１１を介して接続し、ナンド回路ＮＡ２の入力端の他
方は定電圧電源ＶｃＣに接続し上記ナンド回路ＮＡ２の
出力端には順方向に挿入したダイオードＤ３と抵抗Ｒ１
２の並列回路を介して定電圧電源■。

Ｃに接続されたコンデンサＣ□とナンド回路ＮＡ、の入
力端とを接続し、ナンド回路ＮＡＧの出力端は、一方は
インバータＧ□を介して出力端Ｃに接続すると共に、上
記ナンド回路ＮＡ２の入力端ｄに抵拮Ｒヨを介して接続
して帰環せしめ、他方は抵ｕ１４を介して第３のトラン
ジスタＱ３のベースに接続し、このトランジスタＱ３の
コレクタ・エミッタ間は定電圧電源Ｖ。

０と接地間に抵抗Ｒ１５と第３の発光ダイオードＬＥＤ
３と直列に挿入して形成されておる。

そして上記ナンド回路ＮＡ２はスレッシホールド電圧を
例えば定電圧電源Ｖｃｃの１７２に設定し、蓄電池１の
充電末期の電圧に対応せしめて入力端ｄにおける入力電
圧がスレッシホールド電圧（］／２Ｖ、ｃ）に達したと
き（即ち蓄電池１の端子電圧が充電末期の電圧になった
とき）“Ｈ゛から゛Ｌ°゛ＬＳＩレベル信号を送出する
ようになっており、このナンド回路ＮＡ２“Ｌ”レベル
の出力信号によってナンド回路ＮＡ３の出力信号は“Ｌ
ｔｔから゛Ｈ゛レベルとなってトランジスタらを導通し
発光ダイオードＬＥＤ３を点灯すると共にインバータＧ
□を介して出力端Ｃから“ＬＳＩレベルの出力信号を判
別回路９のナンド回路ＮＡ１に送出するようになってい
る。

又、上記定電圧電源回路１１は蓄電池１の端子間に接続
されたインバータにより定電圧電源ＶＣＣ９０９ＶＥＲ
を動作用電源として各回路に供給するようになっている
。

次に、その動作について説明する。

マイクロクーロメータ８はあらかじめ中心電極棒８ｂ上
に蓄積した銀イオンを全部なくした状態で使用する。

従ってマイクロクーロメータ８は高抵抗を示しアノード
電極Ａから“°Ｈ゛°レベルの出力信号が判別回路９の
トランジスタＱ１のベースに送出されており、リセット
用スイッチＳ□が投入されておればトランジスタＱ□は
導通しリレーＸのコイルを励磁して充電回路に挿入した
常閉接点Ｘｂを開路すると共に、常開接点Ｘ８を閉路し
て自己保持して発光ダイオードＬＥＤ□を点灯せしめ、
トランジスタＱ１のコレクタから“°Ｌ゛レベルの出力
信号がナンド回路ＮＡ１の一方に送出され、他方の入力
には蓄電池１の端子電圧が充電末期の電圧に達しておれ
ば電圧検出回路１０から゛Ｌ９？ＬＳＩレベル信号をう
けているので、ナンド回路ＮＡ、の出力信号は°“Ｈｔ
ｔレベルにありトランジスタＱ２が導通して発光ダイオ
ードＬＥＤ２が点灯する。

この状態で充電用スイッチ３とリセット用スイッチＳ１
とを開路する。

これによりリレーＸのコイルが無励磁となって常開接点
Ｘい常閉接点Ｘ、がそれぞれ開閉路し、発光ダイオード
ＬＥＤ１は消灯する。

このときナンド回路ＮＡ１の出力はトランジスタＱ１の
コレクタからの出力信号が“Ｌｔｔから“°Ｈ゛ルベル
に反転するので、“°Ｌ゛レベルに反転してトランジス
タＱ２を不導通となし発光ダイオードＬＥＤ２も消灯す
る。

次に負ｍ時について説明する。

リセット用スイッチＳ１を投入して始動用スイッチ５を
投入すると、蓄電池１は負荷４へ放電を開始する。

この放電により直列抵抗６には矢印Ｆ２方向に電流が流
れるので、これをうけた切換回路７の演算増幅器Ａ１は
直列抵抗６に流れる電流を電圧として入力しこれを差動
増幅して出力する。

このとき、演算増幅器Ａ１の出力は負電位となるのでダ
イオードＤ１が導通しくダイオードＤ２は不導通）でマ
イクロクーロメータ８にはカソード電極Ｋからアノード
電極Ａに向って電流が流れ電解液８゜中のプラス銀イオ
ンが中心電極棒８．上に放電量（放電電流と放電時間の
積）に対応した電流時間積により蓄積される。

このときマイクロクーロメータ８は低抵抗を示しておる
ため出力信号は゛Ｌ″レベルにある。

他方、電圧検出回路１０は上記蓄電池１の放電によって
端子電圧は降下するのでナンド回路ＮＡ２のスレッシホ
ールド電圧に達してナンド回路ＮＡ２の出力信号は“１
，１？から“’Ｈ”レベルに反転しダイオードＤ３を導
通してナンド回路ＮＡ３の出力信号は“Ｈ”から゛Ｌ９
ルベルに瞬時反転する。

これによりインバータＧ１を介して出力端Ｃから“Ｈｔ
ｔレベルの出力信号を判別回路９のナンド回路ＮＡ１に
送出すると共に、トランジスタＱ３の不導通により発光
ダイオードＬＥＤ、を消灯する。

そして、負荷４の駆動を停止すると（即ち始動スイッチ
５を開路し、素電池１の放電を停止すると）、マイクロ
クーロメータ８の中心電極棒８．上には蓄電池１の放電
開始から中止までの放電量に対応した電流時間積で銀イ
オンが蓄積され、電量として記憶されることになる。

こ駆動停止中に充電用スイッチ３を投入すると、充電器
２により蓄電池１は充電される。

このとき、直列抵抗６には矢印Ｆ１方向に電流が流れる
ので、この電流を電圧としてうけた切換回路７の演算増
幅器Ａ□はその出力が正電位となるのでダイオードＤ２
が導通しくダイオードＤ１は不導通）、充電効率と対応
した抵抗Ｍｅ／Ｒ５でマイクロクーロメータ８にはアノ
ード電極Ａからカソード電極Ｋに向って電流が流れる。

これによりマイクロクーロメータ８の中心電極棒８．上
に蓄電池１の放電時に蓄積した銀イオンがカソード電極
Ｋに向って移動して減少し、中心電極棒８．上の銀イオ
ンがなくなったとき、高抵抗となって“°Ｈ゛レベル出
力信号を判別回路９のトランジスタＱ１のベースに送出
する。

これによってトランジスタＱ１は導通しリレーＸのコイ
ルが励磁されその常閉接点Ｘ、が開路して充電回路を開
路すると共に、常閉接点Ｘ、が閉路してトランジスタＱ
１のコレクタ・エミッタ間を側路してリレーＸの自己保
持回路を形威し発光ダイオードＬＥＤ１が点灯して充電
完了を表示すると共に、ナンド回路ＮＡ１にトランジス
タＱ□のコレクタ電圧（“Ｌ９９レベルの信号）を送出
する。

他方、電圧検出回路１０は充電によって蓄電池１の端子
電圧が上昇するので入力端ａ、ｂに印加される電圧も上
昇しこれを分圧した電圧Ｖａｂは順次上昇することにな
るが、ナンド回路ＮＡ２の入力端ｄの入力電圧■６は、
抵抗Ｒ１３によりヒステリシスがかかるのでナンド回路
ＮＡ３の出力電圧を■８とすれは゛ Ｖｃｉ＝Ｒ１□１’Ｈ，（ｖａｂ Ｖｅ）で上昇し、こ
のナンド回路ＮＡ２の入力端ｄの入力電圧■６がスレッ
シホールド電圧（例えば１／２Ｖ。

Ｃ）に達したときナンド回路ＮＡ２の出力信号は“Ｈｔ
？から°“Ｌｔｔレベルに反転する。

これによりダイオードＤ３は不導通となりコンデンサＣ
□は抵抗Ｒ１□を通って放電してナンド回路ＮＡ、の入
力端が“Ｌ”レベルになったときナンド回路ＮＡ３の出
力信号が“Ｌｔｔから“Ｈ゛レベル反転し、インバータ
Ｇ０により反転して出力端Ｃから“Ｌｔｔレベル出力信
号を電圧検出回路１０の出力として判別回路９のナンド
回路ＮＡ１に送出すると共に、抵抗Ｒ□、を介してトラ
ンジスタＱ３を導通せしめて発光ダイオードＬＥＤ３を
点灯せしめる。

そして、上記判別回路９のナンド回路ＮＡ１は電圧検出
回路１０とトランジスタＱ１のコレクタとからそれぞれ
“Ｌｔｔレベルの出力信号をうけるので ４４Ｈ９９レ
ベルの出力信号を抵抗Ｒ８を介してトランジスタＱ２に
送出して、これを導通させ発光ダイオードＬＥＤ２を点
灯せしめる。

判別回路９の発光ダイオードＬＥＤ１． ＬＥＤ２が点
灯した条件で蓄電池１は「劣化していない」と判別する
。

これはマイクロクーロメータ８により放電量だけ充電し
たとき蓄電池１の端子電圧が充電末期の電圧に達したた
めでありこのことは蓄電池１の自己放電が少ないことを
意味し劣化していないとみなすことができるからである
。

尚、上述の動作において、蓄電池１の端子電圧が充電回
路がリレーＸの励磁によって開路されたとき、充電末期
の電圧に達しない場合は電圧検出回路１０のナンド回路
ＮＡ２の入力電圧ｖｄがスレッシホールド電圧に達しな
いため、ナンド回路ＮＡ２の出力信号４４ Ｈ９９レベ
ルのま）保持され、ナンド回路ＮＡ、の出力信号は“Ｌ
ｔｔレベルにあり発光ダイオードＬＥＤ３は点灯せず、
電圧検出回路１０の出力信号は゛Ｈｔｔレベルのま）で
あるので判別回路９の発光ダイオードＬＥＤ２は点灯し
ない。

このときはマイクロクーロメータ８により放電量だけ充
電しても蓄電池１の端子電圧は充電末期の電圧に達しな
い即ち自己放電が太き（なっていることを意味し蓄電池
１は「劣化している」と判別する。

上記判別動作において、例えば判別回路が長期に亘って
不使用状態にありこのため自己放電が小さくても不使用
期間中に自己放電量が積算されて増大している場合、上
述のように負荷４に放電した電量だけ充電しても判別回
路９の発光ダイオードＬＥＤ２が点灯しないことがある
。

このような場合には、蓄電池１を再度充電してから上述
の判別を行なえばよい。

この蓄電池１の再充電は判別回路９のリセット用スイッ
チＳ□を一旦開路し、切換回路７の入力端を図示しない
手段によって開路して充電器２により蓄電池１を充電し
、この充電によって電圧検出回路１０の発光ダイオード
ＬＥＤ３が点灯した時点で充電スイッチ３を開路し、上
記切換回路７を直列抵抗６の両端に接続して上述の判別
動作を行なえばよい。

本考案は上述したように、充放電回路を有した蓄電池に
直列抵抗を接続し、この直列抵抗の両端に充放電によっ
て出力電流の方向を切換える切換回路を介してマイクロ
クーロメータを接続し、このマイクロクーロメータの出
力信号によって点滅する表示手段と、この表示手段の出
力と蓄電池の充電末期の電圧を検出する電圧検出回路の
出力のナンド条件で点滅する表示手段とを備えた判別回
路を設けて蓄電池の自己放電の大小から劣化を判別する
ようにしたもので、放電量だけ充電したとき、蓄電池の
端子電圧が充電末期の電圧になっているかどうかにより
蓄電池の劣化を判別するようにしであるから従来の容量
試験によって劣化を判別するものに比して短時間で手間
を要することなく判別することができ、しかも判別は計
測することなく点滅表示によって判別されるから簡単に
良否の判別を行なうことができる。

又、実働負荷によって判別するようにしであるから模擬
負荷等試験設備も不要となり、しかも殆んど静止形で構
威し得るので小形軽量を図ることができ、フォークリフ
ト、電気車輌等の狭隘な場所に容易に装備せしめること
ができ、監視もしやすくなって蓄電池の保守管理の合理
化を図ることができる等実用上着しい効果を有するもの
である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の実施例を示すブロック図、第２図は第
１図の電圧検出回路のブロック図、第３図は第１図のマ
イクロクーロメータの原理的構成図、第４図は第３図の
特性図である。 １：蓄電池、２：充電器、４：負荷、６：直列抵抗、７
：切換回路、８：マイクロクーロメータ、９：判別回路
、１０：電圧検出回路。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 充電器と負荷が並列に接続されて充放電回路を有した蓄
   電池の上記充放電回路に、直列抵抗を挿入し、この直列
   抵抗の両端に、演算増幅器の出力端子に一対のダイオー
   ドを逆並列に接続した上記蓄電池の充放電により出力電
   流の方向を切換えて送出するようにした切換回路の上記
   演算増幅器の入力端をそれぞれ接続し、この切換回路の
   出力端に、筒状のカソード電極内にアノード電極を挿入
   し電解液を封入したカソード電極接地のマイクロクーロ
   メータの上記アノード電極を接続し、このマイクロクー
   ロメータのアノード電極には、定電圧電源と接地間に、
   充電回路しゃ断用リレーと第１の発光ダイオード及び第
   １のトランジスタのコレクタ・エミッタ間を直列に接続
   した回路と、第２の発光ダイオードと第２のトランジス
   タのコレクタ・エミッタ間を直列に接続した回路とを挿
   入し、第２のトランジスタのベースに第１のナンド回路
   の出力端を接続し、このナンド回路の入力端の一方を上
   記第１のトランジスタのコレクタに接続して第１・第２
   の発光ダイオードを点滅表示せしめるようにした判別回
   路の上記第１のトランジスタのベースを接続し、この判
   別回路の第１のナンド回路の入力端の他方に、蓄電池に
   接続されて、該蓄電池の端子電圧が充電末期の電圧に達
   したとき、ＯＬ［Ｓ］レベルの出力信号を送出するよう
   にした電圧検出回路の出力端を接続し、上記充電回路し
   ゃ断用リレーの常閉接点を蓄電池の充電回路に挿入して
   、上記蓄電池が放電量だけ充電されたときの端子電圧か
   ら蓄電池の劣化を判別するようにしたことを特徴とする
   蓄電池の劣化判別装置。