JPS60625B2 - 蓄電池の性能判別方法および装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、蓄電池を完全に放電することなく、使用でき
る蓄電池の性能を短時間に判別することができる蓄電池
の性能判別方法および装置に関するものである。

一般に、蓄電池の性能は使用時間とともに逐次劣化する
が、現時点で蓄電池の性能がどの程度まで劣化し、今後
どれだけ使用できるかを短時間に的確に知る方法は禾だ
確立されていない。

即ち、従来から使用されている電池の性能を測定する方
法は、まず一定電流（例えば２畑時間率電流）で所定の
電圧まで放電し、その持続時間から性能を求めるために
、性能判定までに数時間から数十時間もかかり、またこ
のように放電した電池は、充電しなければ使用できない
という欠点があった。この欠点を解消するために、大電
流で数秒間放電し、その電圧で電池性能を判定する方法
が提案されているが、この判定の対象となる電圧が電池
性能以外の要因（例えば温度、体格、構造等）によって
異なるため、使用可能な電池を不良と判定するなどの判
定精度が悪く、その精度を良くするためには、各種の補
正を要するという欠点があつた。一方、電気自動車を対
象とした電池では、残存容量計があるが、この残存容量
計は常に電池と一体になって取扱われ、消費した電気量
を積算あるいは減算することによって初期からの電気使
用量を表示する方式をとっているため、使用経歴の不明
確な電池の性能を判定することは不可能であるという欠
点があった。

本発明は、上記従来例の欠点を解消するために、判定手
段として単に電圧を測定するだけでなく、単位時間内の
電圧降下（抵抗変化）を測定対象として採用することに
より、従来法の誤差の原因となっている温度、体格、構
造等による電圧変化を補正することなく、正確に、かつ
精度良く電池性能を判定するものである。

従って、本発明は、蓄電池を短時間に定電流放電または
定抵抗放電し、ある時間間隔をおいて２つの放電電圧を
測定し、この電圧差より蓄電池状態を判別する蓄電池の
性能判別方法を提供することを目的とするものであり、
また、被試験電池を放電させる放電部と、放電時間を制
御する制御部と、放電開始後の電圧を検出する電圧検出
部と、検出された電圧を記憶する記憶部と、放電開始後
に予め定められた時間を置いて検出された２つの電圧の
電圧差を演算する演算部と、この電圧差を基準値と比較
する比較部と、この電圧差が基準値より低いか、高いか
によって、良電池または不良電池を表示する表示部とか
らなる電池状態判別装置を提供するものである。まず、
本発明の動作原理を説明する。

第１図は特性の異なる三つの電池ａ，ｂ，ｃの放電電圧
曲線を示したもので、ａは充分容量のある電池、ｂは容
量は充分であるが、電池ａに比べて電圧が低い電池、ｃ
は容量の少ない電池を表わしている。今、仮に放電開始
後ｔ。秒の電圧でこれらの電池を評価しようとする場合
、評価規準電圧をＶｏとすると、電池ａ，ｂ，ｃのし秒
後の電圧Ｖａ，Ｖｂ，ＶＣは、それぞれ、Ｖａ＞Ｖｏ＞
Ｖｂ，Ｖｃとなり、電池ａは合格、ｂ，ｃは不合格とな
る。この不合格となった電池ｂは容量の点では電池ａと
変らないが、単に電圧が低いために不合格と判定された
ものである。即ち、一般に電池ｂのような特性を示すも
のは内部抵抗の大きい電池と考えられ、電圧がいくぶん
低い点を除けば充分使用可能である。従って、電池ｂの
ような特性を有する電池を使用不能と判定すると、これ
は精度の悪い判定結果となって現われてくる。この内部
抵抗が大きくなる原因は電池の放電状態にも関係するが
、これ以外にも電池の構造、温度等があげられ、特に温
度が低下すると、電解液の抵抗が増大するため、温度の
影響は著しいものである。即ち、鉛蓄電池の電解液（希
硫酸）の比抵抗は温度が変化すると第２図に示したよう
に変化する。以上のように、一定の電圧で電池の性能を
判定する方法は、電池の特性が電池の種類、形式、構造
、温度などによって異なるため、判定精度が悪くなると
いう欠点を有している。

しかしながら「本発明は、これら種々の要因により特性
が異なっている各種電池の性能を何の補正を行なうこと
もなく、短時間に、しかも精度良く評価、判別できるよ
うにしたものである。即ち、本発明の特徴は、一定電流
で電池を短時間放電し、放電開始後ｔ，秒目とｔ２秒目
の電圧を測定し、その二つの電圧値の差で評価するもの
である。

これを第３図により説明する。第３図は、蓄電池を一定
電流で放電した時の放電電圧（端子電圧）曲線であり、
この図のち秒目とｔ２秒目における蓄電池の端子電圧Ｖ
，，Ｖ２はそれぞれ次式で表わされる。Ｖ，＝Ｅ，一１
（ｙ。

十ｙ，） 【１｝Ｖ２＝Ｅ２−１（ｙ。十ｙ２）
■ここで、Ｅ，，Ｅ２は蓄電池の起電力（Ｖ）（
比重、温度により変化するがここではＥ，＝Ｅ２として
取扱っても差支えない。

）、１は放電電流凶、ｙｏは放電前の電池の内部抵抗で
あり、通常温度や電池構造、体格等によって異なる。ｙ
，，ｙ２は放電後ｔ，秒目とｔ２秒目までに増加した抵
抗（内部抵抗の変化分）であり、一般に鉛蓄電池の場合
は、放電の進行とともにこの内部抵抗が増加する額向が
ある。次に、し秒目とｔ２秒目の電圧ｙ，，Ｖ２の差を
取ると、△Ｖ＝Ｖ，一Ｖ２＝１（ｙ２一ｙ，）‘３｝と
なり、△Ｖの値には内部抵抗の変化分ｙ２とｙ，の差、
即ち放電開始後ｔ，秒目からｔ２秒目に増加した抵抗分
だけが関与することになり、放電前の内部抵抗の大小は
全く無関係となる。

しかし、この△Ｖの値で電池の性能を評価、判別するた
めには、△Ｖの値と電池容量との間に相関関係が成立す
る必要がある。本発明者等は、この関係を見出すために
、新旧数多くの電池の温度や充電状態を変えて容量測定
実験を行なった。

その結果、△Ｖと電池容量の関係は、電池の種類、形式
、温度等の変化には殆んど関係がなく、第４図のような
曲線で表わし得ることが分った。即ち、第４図は、多数
の新旧自動車用小型鈴蓄電池（ＮＳ４０、ＮＳ４０２、
Ｎ５０、Ｎ５庇）を−５００〜十４５００の温度の下で
放電（１５０Ａ定電流）し、その時の放電容量を機軸に
、放電開始後１０秒目（ｔ，秒）と２現沙目（ら秒）の
電圧の差（Ｖ，一Ｖ２）を縦軸にとったものである。こ
のように、電圧差（△Ｖ＝Ｖ，一Ｖ２）と放電容量との
間に双曲線に似た関係が存在する。この関係は電圧を計
測する時間が異なっても、例えば５秒目と１町砂目、１
硯砂目と３栃砂目のように異なっても同様に得られる。
このことからｔ，秒とｔ２秒のインターバルは１秒以内
の短時間でも、または１分以上の長時間でも差しつかえ
ないが、余り短かし、と電圧差が少なく判定精度が悪く
なり、良くなると、放電する電気量が多くなるといった
問題が生ずる。従って、１秒〜６明度程度が最も実用的
である。またＶ，を測定する時間ｔ，についても放電開
始直後から任意に決めることができるが、電池の性格上
、放電開始後数秒間は過度現象による電圧の変動が避け
られないので、実際には初めの５〜６秒を除くのが望ま
しい。また、第４図において、放電電流を１５０Ａとし
たが、これを５０Ａまたは３００Ａにしても同様の関係
が得られる。この電流値は自動車用小型鉛蓄電池（公称
容量３０〜６０Ａｈ／２０ＨＲ）を対象としているが、
これ以外の電池（例えば自動二輪車用、電気自動車用、
或いは鉛電池外の電池など）では電流を変えることが望
ましい。その場合、電流値の目安はＩＣ〜１にアンペア
（Ｃは電池容量の数字部と同じ値）程度が適当である。
第４図において、容量が松ｈ以下の電池は△Ｖ値が急激
に大きくなるため、この範囲内で△Ｖ値に適当な基準値
を設ければ、この基準値に当る容量を境にそれより大な
るものと、小なるものとを容易に選別可能である。

即ち、第４図の場合を例において、その判別基準の△Ｖ
値を２００肌Ｖとすると、１５０Ａの放電容量で２．松
ｈ付近を境し、に分離選別される。以上の電池の特性を
利用した本発明の一実施例の電池の性能判別装置を第５
図により説明する。

第５図において、１は被試験電池、２は定電流回路また
は定抵抗、３はスイッチ、４は電圧検出部、５は時間制
御部、６は電圧記憶部、７は演算部、８は比較部、９は
表示部である。次に、本実施例の動作を説明する。まず
、時間制御部５からの信号あるいは手動によりスイッチ
３を閉じると、被試験電池１は定電流回路または定抵抗
２を介して放電される。この時、電圧検出部４は被試験
電池１の電圧を検出しているが、時間制御部５の信号に
より、放電開始後上，秒目と上２秒目（例えば１鼠砂目
と２の趣目）の電圧Ｖ，，Ｖ２を記憶部６に記憶する。
演算部７は、この記憶された電圧Ｖ，，Ｖ２からその電
圧差△Ｖ＝Ｖ，一Ｖ２を算出し、この値は比較部８で基
準値（例えば２００机Ｖ）と比較され、その値が基準値
以下のものは良電池、以上のものは不良電池と判断され
、表示部９のランプやメーク表示などで表示される。ま
た、以上の方法で良電池と判断された電池においても、
何らかの原因により初期電圧Ｖ，が極めて低いにもかか
わらず電圧差△Ｖ値が小さいような場合（例えば１２Ｖ
（６セル）電池で１セルだけが全く働かないような場合
）のために、初期電圧Ｖ，の最低電圧（例えば８．０Ｖ
）を決め、初期電圧Ｖ，がこの値以下のものは不良電池
として表示し、その値以上の電池についてのみ上記の電
圧差による方法で電池を判別することができる。この初
期電圧Ｖ，が低いかどうかを判断する場合にも、比較部
８において最低電圧（例えば８．０Ｖ）を設定し、この
電圧と初期電圧Ｖ，を比較させればよい。更に、初期電
圧Ｖ，が最低電圧以上の電池であっても、定電流回路ま
たは定抵抗２を介して放電させた時に電圧降下が著しく
、ら秒以前に容量が尽きる電池に対しても、初期電圧Ｖ
，の場合と同様に、比較部８において最低電圧を定めて
おき、ｔ２秒目に到るまでの電圧を比較部８でこの最低
電圧と比較することにより、ｔ２秒以前に最低電圧を切
るものを不良電池と表示し、それ以上のものについては
上記電圧差△Ｖによる判別法で判別すればよい。

また、充分性能を保障し得る電池は初期電圧Ｖ，のみで
判別する従来法を使用し、不明確なものについてのみ前
記電圧差による判別法を使用すればよい。以上説明した
方法を取り入れて、能率良く電池を判別するには次の順
序により行なえばよい。

まず、比較部８において、第１基準値（初期電圧Ｖ，の
判定基準）、第２基準値（時間ｔ２秒に達するまでの最
低電圧）、第３基準値（ｔ，秒目とｔ２秒目の電圧差△
Ｖの判定基準）を設定し、まず放電開始後ｔ，秒後の電
圧Ｖ，が第１基準値（例えば９．５Ｖ）以上であれば、
表示部９で良電池（合格）を表示すると同時に時間制御
部５からスイッチ３へ信号を送り、放電を終了する。ま
た、初期電圧が第１基準値以下の電圧を示すものは引き
続いてｔ２秒目まで放電し、ｔ２秒に達する以前に第２
基準値以下になる電池は不良電池（不合格〉として表示
部９で表示する。なお、ち秒以前でも第２基準値以下の
ものは不良電池として表示する。ｔ２秒目の電圧Ｖ２が
第２基準値以上の電圧を示すものについては、演算部８
で電圧Ｖ，，Ｖ２の電圧差△Ｖを求め、この電圧が第３
基準値以下のものは良電池（合格）とし、第３基準値以
上のものは不良電池として判別し、表示部９で表示する
。同時に時間制御部５からの信号によりスイッチ９が開
かれ、放電を終了する。以上説明したように、本実施例
の方法を用いれば極めて短時間に信頼性のある判別が可
能になる。

次に、本発明の具体例を説明する。

上記方法に基ずく電池性能判別装置の具体的回路例は種
々考えられるが、一つの例として電圧信号をアナログ処
理する具体的回路を第６図により説明する。第６図にお
いては第５図と同一符号のものは同一のものを示してお
り、各部の回路は一般的なものを取り上げてある。放電
部１０の被試験電池１と定電流回路２の間に接続されて
いるスイッチ３は、時間制御部５のコイルに信号電流が
流れることによって動作する。被試験電流１は電圧検出
部４の分圧抵抗１１，１２に接続され、この分圧抵抗１
１，１２の接続点の電位はスイッチ１３、抵抗１４を介
して増幅器１５の一方の端子に入力され、この増幅器１
５の池端子は接地される。この増幅器１５の出力は記憶
部６の緩衝用増幅器１８，１９にスイッチ１６，１７を
介して入力され、その各出力は抵抗２０，２１を介して
記憶用コンデンサ２２，２３に入力される。このコンデ
ンサ２２，２３に並列接続された抵抗２４，２５および
スイッチ２６，２７はコンデンサ２２，２３の記憶電圧
を放電するものである。コンデンサ２２，２３の電圧は
増幅器２８，２９、演算部７の抵抗３０，３１をそれぞ
れ介して演算増幅器３２，３３の一方の端子に入力され
、他方の端子はアースされる。演算増幅器３２，３３の
一方の端子と出力端子の間に抵抗３４，３５が接続され
、演算増幅器３２の出力端子は抵抗３６を介して演算増
幅器３３の一方の端子に後続され、演算増幅器３３の出
力端子は比較部８の抵抗３７を介して表勤増幅器３８の
一方の端子に入力される。この差敷増幅器３８の他方の
端子は抵抗３９を介して基準電圧４０が接続され、また
その出力端子は表示部９のコイル４１を介してアースさ
れる。このコイル４１に電流が流れることによって動作
するスイッチ４２と、このスイッチ４２の切換えによっ
て接続するランプ４３，４４が設けられ、またこのスイ
ッチ４２はスイッチ４５を介して時間制御部５に設けら
れた電源４６に接続される。また電源４６にはメインス
イッチ４７を介してコイル４８、スイッチ４９が接続さ
れ、またスイッチ４９にタイマ５０が接続され、またこ
のタイマ５川こコイル５１，５２，５３が接続される。
次に、この実施例の動作を説明するが、電圧測定する時
間をち＝１０秒目、ｔ２＝２晩砂目とし、電圧差△Ｖを
判定するための第３基準電圧を２００肌Ｖとして説明す
る。

今、時間制御部５のメインスイッチ４７をオンにすると
、コイル４８が励磁され、電圧検出部４のスイッチ１３
はオンになり、記憶部６のスイッチ２６，２７はオフに
なって待機状態となる。続いて時間制御部５のスイッチ
４９をオンにすると、タイマ５０が動作し「同時にコイ
ル５１，５２に電流が流れるので、記憶部６のスイッチ
１６，１７および放電部１０のスイッチ３をオンにする
。このスイッチ３がオンになると、被試験電池１は定電
流回路２を介して所定の電流で放電する。それと同時に
、電圧検出部４の分圧抵抗１１，１２で分圧された被試
験電池１の電圧が増幅器１５で増幅され、記憶部６へ送
られる。この記憶部６では送られてきた電圧信号に比例
する電気量をコンデンサ２２，２３に貯える。ここで、
時間制御部５のタイマ５０が動作し、コィル５１の電流
を切ると、記憶部６のスイッチ１６がオフになり、コン
デンサ２２は１の砂目の電圧Ｖ，に比例した電気量を貯
えた状態で保持される。同様に、２の砂目には時間制御
部５のタイマ５０が動作してコイル５２に流れる電流を
遮断するので、記憶部６のスイッチ１７がオフになり、
コンデンサ２３は２０秒目の電圧に比例した電気量が貯
えられ、保持される。また同時に、放電部１０のスイッ
チ３もオフとなり、放電が終了する。記憶部６のコンデ
ンサ２２に記憶された高圧は高入力抵抗増幅器２８を通
って演算部７の演算増幅器３２に入力されて符号が反転
され、演算増幅器３３で記憶部６のコンデンサ２３に記
憶された電圧と加算（減算）される。演算増幅器３３の
出力として出てくる電圧差△Ｖ（Ｖ，一Ｖ２）は比較部
８の菱勤増幅器３８に入力され、基準電圧４０と比較さ
れる。この時、演算部３３の出力が基準電圧４０を上ま
わると、即ち電圧差が第３基準電圧（２００のＶ）以上
の不良電池の場合は、差動増幅器３８より出力が出され
、表示部９のコイル４１を励磁し、スイッチ４２がラン
プ４４側に接続される。その後に時間制御部５のタイマ
５０が動作し、コイル５３が励磁されると、スイッチ４
５がオンとなり、ランプ４４が点灯して不良電池である
ことを表示する。なお、演算部７の演算増幅器３３の出
力が比較部８の基準電圧４０より低くなれば、差動増幅
器３８は出力が零になり、表示部９のコイル４１は励磁
されず、従ってスイッチ４２は切換えられないので、ラ
ンプ４３に接続されたままであり、その時は時間制御部
５のタイマ５０が動作してコイル５３を励磁し、表示部
９のスイッチ４５がオンになると、ランプ４３が点灯し
、良電池であることを表示する以上説明したように、本
発明によれば、簡単な構成で、簡単に電池の性能を判別
できるので、本発明は非常に有用性のある電池判別方法
および装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、特性の異なる三つの電池ａ，ｂ，ｃの放電電
圧曲線を示した図であり、第２図は、希硫酸の温度対比
抵抗の変化を示した図であり、第３図は、蓄電池の放電
電圧曲線を示した図であり、第４図は、蓄電池の放電容
量と電圧差との関係を示した図であり、第５図は、本発
明の一実施例のブロック図であり、第６図は、本発明の
実施例の具体的回路図である。 １・・・・・・被試験電池、２・…・・定電流回路また
は定抵抗、３・・・・・・スイッチ、４・・・・・・電
圧検出部「 ５・・。 …時間制御部、６・・・・・・電圧記憶部、７・…・・
演算部、８・・・・・・比較部、９・・・・・・表示部
。第１図第２図 第３図 第４図 第５図 第６図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 被試験蓄電池を短時間に定電流放電または定抵抗放
   電し、この放電途中においてある時間間隔を置いて２つ
   の放電電圧を測定し、これらの２つの放電電圧の差を、
   予め設定した判定基準電圧差、即ち蓄電池の短時間放電
   中の２つの時点の放電電圧の差と電池劣化の程度との関
   係から予め設定した前記判定基準電圧差、と比較し、そ
   の放電電圧の差が前記判定基準電圧差より低いか、高い
   かによって、蓄電池性能を判別することを特徴とする蓄
   電池性能判別方法。 ２ 被試験蓄電池を放電させる放電部と、 放電時間を
   制御する制御部と、 放電開始後の電圧を検出する電圧検出部と、 検出さ
   れた電圧を記憶する記憶部と、 放電開始後に予め定め
   られた時間を置いて検出された２つの放電電圧の差を演
   算する演算部と、 この放電電圧の差を、予め設定され
   た電池劣化の判定基準電圧差、即ち蓄電池の放電途中の
   ２つの時点の放電電圧の差と電池劣化の程度との関係か
   ら予め設定された前記判定基準電圧差、と比較する比較
   部と、 前記放電電圧の差が判定基準電圧差より低いか
   、高いかによって、良電池または不良電池を表示する表
   示部とからなることを特徴とする蓄電池性能判別装置。