JPS6223263B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は例えば電池を動力とする道路用車輌に
使用され、ドライバーが電池の残存充電量を正確
に監視できるようにした電池の充電状態指示装置
に関する。 これまで各種の電池充電指示計器が提案されて
きたが、いずれも正確な監視に不都合な欠点を有
しており、電流を電池からとり出したりこれに戻
したりするたびに電池電圧が変動するためそのよ
うな欠点が生じやすかつた。 本発明は、 〔１〕 監視すべき電池の対向電極に接続される
一対の端子と特定の電池電流状態に感応する手
段と、前記端子間の電圧を測定する手段と、該
測定手段により作動する指示手段と、特定の電
池電流状態に感応する前記手段により制御され
る測定手段とからなり、前記の特定の電池電流
状態が存する時のみ該測定手段が前記指示手段
を作動するようにしたものである。 〔２〕 ここで、特定の電池電流状態とは負荷、
例えば車輌牽引モータへの電流の休止であり、
該特定の電池電流状態に感応する前記手段を負
荷への電流の休止を検出するように配置する。 〔３〕 又、上記〔２〕において、特定の電池電
流状態に感応する手段は、電池からの電流の実
際の休止から設定された第２の時間だけ遅れて
設定された第１の時間の間、出力を与える測定
手段を作り出すタイマー手段からなる。 〔４〕 更に上記〔３〕において、電気モータと
このための制御回路との組合せであつて、該制
御回路はモータ電流感知手段とモータが選択的
に作動できるように作動する少なくとも１つの
リレーとを有しており、該電流感知手段は前記
リレーが作動してある閾値を超えたモータ電流
を遮断するのを防止するためのインターロツク
信号を供給し、前記タイマー手段は前記リレー
の付勢状態が変化する時に前記第１の設定時間
を開始するように接続されておりこれにより前
記連動信号の影響を受けて前記第２の設定時間
が立上がるようにした。 〔５〕 更に又、上記〔３〕において、電気モー
タとこのための制御回路との組合せであつて、
該制御回路はモータ電流が閾値を超えた時イン
ターロツク信号を供給するモータ電流感知手段
を有しており、前記タイマー手段は該モータ電
流感知手段に接続され第１のタイマー回路と第
２のタイヤー回路とを有しており、該第１のタ
イマー回路は前記電流感知手段と該第２のタイ
マー回路とを接続しており前記第２の時間の満
了後前記第１の時間の間前記第２のタイマーを
トリガするようにした。 〔６〕 上記〔１〕ないし〔５〕項のいずれかに
おいて、前記指示手段は連続したサンプリング
時点間での測定手段の出力を蓄積できる蓄積装
置を有する。 〔７〕 又、上記〔６〕において、測定手段と前
記蓄積装置間に接続され前記特定の電池電流状
態に感応する前記手段により制御されるスイツ
チ素子を有する。 〔８〕 更に、上記〔７〕において、スイツチ素
子が導通している時測定手段の出力により蓄積
装置に蓄えられた信号が通常増加しないように
スイツチ素子と直列に単方向電流装置を有す
る。

〔９〕 又、上記〔８〕の記載において、スイツ
チオン時での電池電圧を示す初期信号を前記蓄
積手段に導く手段を有する。 〔10〕 上記

〔９〕の記載において、前記単方向
電流装置に並列に接続された別のスイツチ素子
と、スイツチオンの時ある設定時間前記別のス
イツチ素子を導通するように配置した別のタイ
マー回路とを有する前記信号導入手段とした。 〔11〕 上記〔10〕の記載において、前記別のタ
イマーにより制御されスイツチオンのとき前記
設定時間の間測定回路に対し入力を効果的に減
少させる減衰回路を有する。 〔12〕 又、上記〔７〕の記載において、スイツ
チ素子と直列に接続された２つの対向する単一
方向電流路であつて異なつた抵抗器を有し、蓄
積装置の信号が増加する場合よりも減少する場
合の方が早いようにした。 〔13〕 上記〔６〕ないし〔12〕項のいずれかの
記載において、前記蓄積装置に蓄えられた信号
を連続的に指示するように前記指示手段は該蓄
積装置に接続されたメータ回路を有している。 〔14〕 又、上記〔13〕の記載において、前記メ
ータ回路は蓄積装置に接続された半導体緩衝装
置を有し電流計への電流を供給するようにし
た。 〔15〕 上記〔14〕項の記載において、前記電流
計を非直線抵抗網と直列に接続した。 〔16〕 又、上記〔１〕ないし〔15〕項のいずれ
かの記載において、前記測定手段は該端子間に
接続された入力減衰器を有する。 〔17〕 更に上記〔16〕の記載において、該減衰
器の一部の間に直列に抵抗器とコンデンサを有
し、サンプリングの直前に流れる電池電流の大
きさと時間を補償する働きをする。 又、本発明による他の実施態様は概ね、 〔18〕 監視すべき電池の対向電極に接続される
一対の端子と、該端子間に電圧に依存する出力
を与えるように接続された電圧測定回路と、蓄
積装置と、該蓄積装置と電圧測定回路とを接続
しスイツチ素子を有する手段と、制御端子と適
当な入力信号が該制御端子に付加される間前記
スイツチ素子を導通するタイヤー回路とを有す
る。 〔19〕 上記〔18〕項の記載において、前記接続
手段は単一方向電流装置を有し前記スイツチ素
子が導通の時蓄積装置に蓄えられた信号が通常
増加できないようにした。 〔20〕 上記〔19〕の記載において、スイツチオ
ン時に電池電圧を表わす信号を蓄積装置に導入
するための手段からなる。 〔21〕 上記〔20〕の記載において、前記信号導
入手段は前記スイツチ素子と直列な別のスイツ
チ素子とスイツチオンの時所定時間該別のスイ
ツチ素子を導通にするため配置された別のタイ
マー回路とからなる。 〔22〕 上記〔21〕の記載において、前記電圧測
定回路の入力に対する減衰器と、スイツチオン
の時前記所定時間該減衰器を作動するための前
記別のタイマー回路により制御されるスイツチ
手段とを有する。 更に又、本発明による他の実施態様は概ね、 〔23〕 電池と、少なくとも１つのモータと該電
池から該モータを通つて流れる電流を制御する
少なくとも１つのチヨツパ回路を有する電池動
力モータ装置において、該チヨツパ回路が作動
しなくなつた後所定の時間作動するように接続
されたタイマー回路と、前記電池に接続された
電圧測定回路と、該測定回路により制御される
ように接続した指示装置とからなり、該タイマ
ー回路が作動している時以外に該電圧測定手段
と指示装置とが作動するのを該タイマー回路に
より禁止するようにした。 〔24〕 上記〔23〕の記載において、前記チヨツ
パ回路が作動している時放電状態を維持するよ
うにダイオード手段により該チヨツパ回路に接
続されたコンデンサと、該コンデンサのための
充電通路と、コンデンサ電圧が所定のレベルを
超える時出力を発生するために該コンデンサに
接続された電圧比較器からなる。 〔25〕 又、上記〔24〕の記載において、前記比
較器により制御され非導通の時前記測定回路用
の電源回路を遮断するように接続されたスイツ
チ手段と指示手段とからなり、該スイツチ手段
は電圧比較器が出力を発生する時に導通となる
ようにした。 〔26〕 更に、上記〔25〕の記載において、前記
コンデンサに接続され、コンデンサ電圧がより
高い所定のレベル以上に上昇する時該スイツチ
手段が導通するようにまたがるように配置した
別の電圧比較器を有する。 〔27〕 更に上記〔25〕又は〔26〕項の記載にお
いて、前記測定手段は電池間に該スイツチ手段
と直列な一連の抵抗器と、該スイツチ手段と電
源端子とを直列にしてなる複数の電圧比較器と
を有し、該比較器を該一連の抵抗器の各点での
電圧と基準電圧とを比較するように配置した。 〔28〕 上記〔27〕項の記載において、前記指示
手段は電池間に該スイツチ手段とも互いに直列
に接続された複数のランプを有しており、前記
比較器の出力端子をいかなる時にもただ一つの
ランプのみが点灯するように該ランプと相互接
続するように接続した。 電池充電状態指示装置が電池車輌のモータコン
トロールシステムの一部を形成する場合には、既
存の各種のコントロールシステム用部品を特定の
電池状態に感応する手段として使用できる。例え
ばこれまで電池とモータの接続方式を制御するた
めの各種のリレーや接触器回路の利用が提案され
ている。これは設定レベルに下がるまでモータ電
流を搬送する接触器が開くのを防ぐために電流運
動装置を用いるもので、ある特定の接触器がある
時間閉じられ後に開く場合、この開放により開放
時にある特定の電池電流状態が存在していること
を示すものである。よつて接触器巻線間の駆動電
圧の消失によりこの消失時点でそのような状態が
存在していることを示す。 接触器作動回路によらずに電池電流の休止を独
立に検出することができる。この場合電流の休止
を検出してから一定時間遅延させた後出力を発生
する遅延回路を備えるものである。 好ましくは指示手段は連続したサンプリング時
点間で測定手段の出力を蓄積する蓄積装置を有し
ている。この指示手段は該蓄積装置に蓄えられた
信号の大きさを連続的に指示するメータを有して
いる。 前記蓄積装置に蓄えられた信号が連続的なサン
プリング動作により増加しないように、前記測定
手段と蓄積手段との接続には単方向電流装置を含
んでいる。これによりサンプリングがきわめて低
い電流消費の期間後引続いて生ずる時指示が不当
に高くならないようにしている。 この単方向電流装置を用いると、スイツチオン
での電池電圧を示す初期信号を蓄積装置に導入す
ることができる。 さらに本発明は、監視すべき電池の対向電極に
接続される一対の端子と、該端子間の電圧に依存
した出力を与える電圧測定回路と、蓄積装置と、
該蓄積装置と電圧測定回路とを接続するものでス
イツチ素子を有する手段と、制御端子と、適当な
入力信号が該制御端子に加わると前記スイツチ素
子を導通にする働きをするタイマー回路とを有す
る手段からなる電池充電状態指示装置に関する。 好ましくは前記接続手段は単方向電流装置を有
しており、前記スイツチ素子が導通の時前記蓄積
装置に蓄えられた信号が通常増加しないようにし
ている。 以下図面に添つて本発明を詳細に説明する。 図１の電気車輌システムにおいて、216V牽引
用電池１０は主接点１６を介して正の供給レール
１２とアース供給レール１４に接続されている。
供給レール１２，１４は前進後進ブレーキ用選択
接点１８とサイリスタチヨツパー回路２０を介し
て電気牽引モータ１７に接続されている。接点１
８は前進及び後進に対し電池１０とモータ１７と
を選択的に接続するもので、この間電力は電池１
０からモータ１７へ供給されるが、ブレーキに対
しては回収できる、すなわち電力はモータ１７か
ら電池１０へ供給される。サイリスタチヨツパ２
０はモータ１７の電機子を通る電流が望ましい平
均値をもつように調整する。接点１８とチヨツパ
２０は後述する電気的制御回路２２により制御さ
れる。 レール１２，１４はDC―DCコンバータ２４に
も接続されており、12Vの正の供給レール２６と
アースレール２８に電力を供給する。12V電池３
０と、３２で示される電灯やワイパーや他の電気
部品と、制御回路２２はレール２６，２８間に並
列に接続されている。制御回路２２はアクセル３
４、ブレーキペダル３６及び前後進レバー３８か
ら入力信号を受け、この入力信号に応じて電線４
１を介してサイリスタチヨツパ２０に電機子電流
命令信号を送ると共に、ブレーキ、後進、前進用
リレーコイル４２，４４，４６を付勢して点線４
８，５０，５２を介しブレーキ、後進、前進用接
点を作動するに適当な信号を供給する。 電流変換器５１がモータに接続され、電流に相
当した出力を発生する。この出力はチヨツパ２０
にフイールドバツクされており周知の閉ループ電
流制御を形成している。電流変換器５１の出力は
モータ電流検出回路５３にも加えられ、電流が閾
値を超えるとインタロツク信号を発生し、この信
号を制御回路２２に加えて限界値を超えた電流が
接点を流れてもコイル４２，４４，４６の付勢状
態が変わらないようにしている。 システムはさらに充電器５４を有しており、端
子５６，５８により230VAC主電源に接続して電
源６０，６２を介して電池１０を充電することが
できる。充電器５４は電線２６，２８から６４，
６６を介して12V直流電源が供給されており、後
述する目的のために充電時にはOV、他の時には
12Vの値をもつ信号を端子６８に発生する。 システムはさらに２つの端子７０，７２を有し
ており、後述する目的のためにリレーコイル４６
の各端に接続されている。 動作において、アクセルペダル３４を踏込みレ
バー３８を前進位置にすると、制御回路２２がリ
レーコイル４６を付勢するので、前進用接点は閉
じられ、モータ１７への供給電流を調整するため
にチヨツパ２０に信号が送られてある平均値を得
るが、この平均値はアクセルペダル３４を踏込む
度合に依存する。もし引続きペダル３４を開放し
ブレーキペダル３６を踏込むと、チヨツパ２０は
電線１４を通る電流をブロツクするので、リレー
コイル４６への付勢は解除され、ブレーキ接点が
閉じるようにブレーキコイル４２が付勢される。
するとチヨツパ２０は電線１４を通して電流が流
れるようにするが、この電流の平均値はブレーキ
ペダル３６の踏込みの度合に依存するもので、モ
ータ１７から電池１０への電力となり回収ブレー
キをもたらす。システムが前進駆動状態から回収
ブレーキに変化する場合、電池１０とモータ１７
間で電流の流れない時間は約500msの短時間であ
る。 図２は電池の電圧を充電状態指示用に利用した
充電状態指示装置を示すもので、電池１０の充電
状態を指示するための図１のシステムに接続され
るものである。 この充電状態装置はレール１２，１４間に直列
に接続された抵抗器７４とツエナーダイオード７
６を有しており、抵抗器７４とダイオード７６と
の接続点は27V供給レール７８に接続され、ダイ
オード７６に並列にコンデンサ８０が接続されて
いる。抵抗器８２とツエナーダイオード８４はレ
ール７８，１４間で直列に接続され、抵抗器８２
とダイオード８４との接続点は6.2V基準レール
８６に接続されている。レール８６は可変抵抗器
９０と抵抗器９２を介して作動増幅器８８の逆入
力端子に接続されている。抵抗器９４、抵抗器９
６及び可変抵抗器９８はレール１２，１４間に直
列に接続され、抵抗器９４と９６の接続点は増幅
器８８の非逆入力端子に接続されており、減衰さ
れた電池電圧をこの入力端子に加えている。抵抗
器１００、可変抵抗器１０２及びリレーコイル１
０６により作動される接点１０４は後述する目的
のために抵抗器９６，９８間に直列に接続されて
いる。増幅器８８の出力はフイードバツク抵抗器
１０８を介してその逆入力端に接続されている。
増幅器８８の電源端子は電線１１０，１１２を介
してレール７８，１４に接続されている。 増幅器８８は減衰された電池電圧と基準レール
８６の電圧とを比較して、両者の差を増幅する。
増幅器８８の出力電圧は増幅された電圧と基準レ
ール８６の電圧との和に等しい。 増幅器８８の出力は抵抗器１１４を介してスイ
ツチング素子としてのFFT１１６に接続されて
いる。FET１１６のドレインは3.3uFのコンデン
サ１１８の一端に接続され、このコンデンサの他
端はレール８６に接続されている。こうして
FET１１６が導通すると、コンデンサ１１８は
前述した増幅された電圧に等しい電位となるまで
充電される。 FET１１６とコンデンサ１１８の接続点はソ
ースフオロアとしての他のFET１２０のゲート
に接続され、FET１２０のドレインはレール７
８に、ソースは電気メータ１２２を介してレール
８６に接続されている。メータ１２２は負荷をか
けることなくコンデンサ１１８間の電位を検出す
る。 コンデンサ１１８からの電荷の漏洩を防止する
ために周知の方法でガードリング１２３を設けて
いる。 電気メータ１２２は直列に接続された抵抗器１
２４と電流計１２６と、抵抗器１２４間で直列に
接続されたツエナーダイオード１２８と抵抗器１
３０とからなる。後述するように、電流計１２６
のふれが電池１０の充電状態を示す。ダイオード
１２８と抵抗器１３０は低い充電状態のとき起る
進行性放電を伴なう電池電圧の比較的急な低下を
補償するために設けられており、ダイオード１２
８はこのような状態のとき導通しないように配置
されている。 レール７８は抵抗器１３２を介してnpnトラン
ジスタ１３４のベースに接続されており、このト
ランジスタのコレクタはFET１１６のゲート
に、エミツタはレール１４にそれぞれ接続されて
いる。抵抗器１３２とトランジスタ１３４の接続
点はコンデンサ１３６と抵抗器１３８を介してレ
ール１４に接続され、レール７８はリレーコイル
１４２により作動する接点１４０と抵抗器１４４
を介してコンデンサ１３６と抵抗器１３８との接
続点に接続されている。テストの目的で接点１４
０を短絡するのに一対の端子１４６が設けられて
いる。FET１１６のゲートは抵抗器１４８を介
して増幅器８８の出力と接続され、ダイオード１
５０が抵抗器１１４とFET１１６間の接続点と
レール８６との間に接続されている。 リレーコイル１４２が付勢されて接点１４０が
閉じると、コンデンサ１３６は充電するがトラン
ジスタ１３４は導通のままであり、したがつて
FET１１６は非導通のままである。続いてリレ
ーコイル１４２への付勢が解除されると、接点１
４０が開き、トランジスタ１３４のベースは約
150〜200msの間コンデンサ１３６により逆バイ
アスされる。これによりFET１１６は導通さ
れ、コンデンサ１１８は増幅器８８の出力によつ
て充電又は放電される。 このように抵抗器１３２、トランジスタ１３
４、コンデンサ１３６、抵抗器１３８及び１４４
によりタイミング手段を構成し、接点１４０が開
かれてから所定の時間FET１１６を導通にする
ものである。 増幅器８８の出力端での電圧が低いときFET
１１６が導通しないようにダイオード１５０を設
けている。 トランジスタ１３４のベースは接点１５２を介
してレール１４に接続されている。接点１５２は
リレーコイル１０６により作動され、コイル１０
６が付勢されると接点１０４及び１５２が閉じら
れる。 リレーコイル１０６と抵抗器１５４は２つの端
子１５６と１５８間に並列に接続されており、端
子１５６は図１の端子７０に、端子１５８は端子
６８にそれぞれ接続される。リレーコイル１４２
と抵抗器１６０は端子１５６と図１の端子７２に
接続される端子１６２との間に並列に接続されて
いる。 次に充電状態指示装置の動作について図１のシ
ステムにもとづいて説明する。 もし制御回路２２が前進駆動状態にあると、リ
レーコイル４６が付勢されて前進駆動接点１８が
閉じられ、電池１０とモータ１７とを接続する。
またリレーコイル１４２が付勢され、接点１４０
が閉じられる。よつてトランジスタ１３４がオン
となり、FET１１６は非導通となる。もし制御
回路２２がブレーキ状態に変化すると、リレーコ
イル４２が先ず付勢され、リレーコイル１４２へ
の付勢は解かれて接点１４０が開く。するとトラ
ンジスタ１３４は150〜200msの間逆バイアスさ
れるので、FET１１６は導通となり、コンデン
サ１１８は増幅器８８の出力電位まで充電され
る。続いてFET１１６が再び非導通になると、
増幅器８８の出力電圧はコンデンサ１１８に蓄積
されるので、電流計１２６の読みはこの電位によ
り決定される。 上記したとおり、ブレーキ接点は前進駆動接点
が開かれてから約500msくらい閉じられるので、
電池１０とモータ１７との間に電流が流れていな
い時、電流計１２６の読みは電池１０の電位によ
り決定される。従つて、読みは電池１０の内部抵
抗に影響されない。 電池の内部抵抗は充電状態、引かれる電流、 温度及び電池の年令とともに変化するので、本
発明の装置は、バツテリーから電流が流れている
ときに充電状態を測定する他の充電装置にくらべ
て優れた利点を有している。 事実、電池１０は通常わずかな電流（例えば
1A）を始終DC―DCコンバータ２４に供給して
いるが、この電流はモータ電流（例えば100〜
400A）に比べてわずかであり、電流計１２６の
読みにおいて目につくほどの影響とはならない。 又、電池が放電している時の特別の荷電状態に
おいては、電池の電位は電池内に生ずる分極や化
学変化のために時間とともに低いレベルに落ちて
しまう。同様に、充電している時は、分極により
電位は時間とともに高いレベルに上昇する。電池
が分極から回復するまで、放電後は電位は時間と
ともに高レベルに上昇し、充電後は低レベルに降
下する。この回復作用は１時間をこえて続く。よ
つて零電流でのある与えられた充電状態につい
て、充電後と放電後の電池の電圧間に差を生じ、
又、電圧は充電後もしくは放電後時間とともに変
化する。本発明の装置においては、車が前進駆動
された後だけトランジスタ１１６を導通し、かつ
例えば150〜200msの所定時間のみトランジスタ
１１６を導通することにより、電流計１２６の読
みは上記した電圧差や変化に無関係となる。 このように電流計１２６は電池１０の充電状態
をきわめて良く指示するものであり、その読みは
制御回路が前進駆動状態から回収ブレーキ状態に
変化する毎に最新のものとなる。 電流計１２６は電池１０の充電状態を連続変化
的に指示するもので、コンデンサ１１８を設けた
ことによりFET１１６が非導通となつても電流
計が充電状態を指示するのを確実にしている。こ
のように本発明の装置は従来の内燃機関の燃料ゲ
ージと類似のやり方で充電状態を指示するもので
ある。 零充電に相当する電流計１２６の零読みは可変
抵抗器９８によりセツトでき、完全充電に相当す
る電流計１２６の全振れ読みは可変抵抗器９０に
よりセツトできる。 この充電状態指示装置は充電器５４によつて電
池１０の充電中でも電池の充電状態を指示でき
る。電池１０が充電されると、リレーコイル１０
６が付勢されて接点１０４と１５２が閉じる。接
点１５２がトランジスタ１３４のベースとレール
１４を持続することにより、トランジスタ１３４
はオフとなりFET１１６を導通にするので、電
流計１２６が増幅器８８の出力を連続的に監視す
る。接点１０４は抵抗器１００と１０２を介して
抵抗器９４と９６の接続点をレール１４に接線す
るので、これにより増幅器８８の非逆入力端に現
われる電池電圧の減衰率（alternating factor）
を変えて、充電中のある特定の充電状態で存在す
る高い電位を補償する。この補償の範囲は可変抵
抗器１０２により調整できる。充電器５４により
供給される電流は小さく、この値は抵抗器１０２
をセツトしたり電流計１２６の度目盛りをする時
に考慮される。 図２ａの変更例では、抵抗器ＲとコンデンサＣ
を抵抗器９４の間に直列に接続している。これら
の素子はサンプリングする直前に電池から流出す
る電流の大きさと時間を補償している。 図３は図２と同様の回路を示しており、同一部
品には同一参照数字を付しているが、電気車輌シ
ステムが短時間にブレーキングから前進駆動に変
わりブレーキングに戻る時に生ずる過度に高くな
る読みを補償するために、図２の回路に修正を施
したものである。このようなことが起こると、シ
ステムが前進駆動からブレーキングに変る時前の
ブレーキングにより引き起こされた充電のためあ
る特定の充電状態に対し電池電圧が高くなるの
で、図２の回路では電流計１２６の読みが高くな
ることになる。図３では、図２の抵抗器１１４の
代わりに増幅器８８の出力端とFET１１６のソ
ース間に82kΩの抵抗器１６４とダイオード１６
６を直列に接続し、22kΩの抵抗器１６８とダイ
オード１７０を直列に接続して、ダイオード１６
６のカソードとダイオード１７０のアノードを
FET１１６のソースに接続している。この回路
では、電池１０が車の動力として使われている時
は、電池１０は放電するのでリレーコイル４６へ
の付勢がなくなる毎に3.3uFのコンデンサ１１８
はFET１１６、ダイオード１７０及び抵抗器１
１８を介しわずかに放電する。しかし、上記した
ように制御回路がブレーキングから前進駆動に変
りブレーキングに戻る場合、コンデンサ１１８を
充電するためにはダイオード１６６の順方向電圧
降下及び比較的高抵抗の抵抗器１６４に打勝つ必
要があるので、回収充電による電池電圧の増加の
効果は減少する。 図示していないが本発明の他の実施例では、前
の回収ブレーキング間に充電により生じた高電圧
を補償するに十分の時間、例えば10秒間の所定時
間だけシステムが前進駆動の状態にあれば、
FET１１６を導通にするだけで過度に高い読み
を防止できる。 もし電流計１２６を電池１０から隔絶したい場
合は、オプトアイソレータ対、作動増幅器及びラ
ブの抵抗器からなるオプトアイソレータを用いれ
ばよい。 図４には充電状態指示装置を有する病人用車い
すの電気システムの回路図が示されている。24V
の電池１８０は主スイツチ１８２を介して正の供
給線１８４に接続され、負の供給線１８６に接続
されている。車いすの左車輪を駆動するモータ１
８８とサイリスタチヨツパ回路１９０は供給線１
８６，１８４間に直列に接続され、右車輪駆動用
モータ１９２とサイリスタチヨツパ回路１９４が
同様に直列に接続されている。 100kΩの抵抗器１９６と47uFのコンデンサ１
９８からなるタイミング手段が供給線１８４，１
８６間に直列に接続されている。抵抗器１９６と
コンデンサ１９８の共通点は100kΩの抵抗器２
０２を介して接続点２００に、差動増幅器２０４
の逆入力端に、差動増幅器２０５の非逆入力端に
それぞれ接続されている。接続点２００はダイオ
ード２０６を介してモータ１８８とチヨツパ１９
０の共通点に、ダイオード２０８を介してモータ
１９２とチヨツパ１９４の共通点にそれぞれ接続
されている。8kΩ，6kΩ，10kΩの抵抗器２１
０，２１２，２１４は供給線１８４，１８６間に
直列に接続されており、抵抗器２１０と２１２の
共通点は増幅器２０４の非逆入力端に接続して約
16Vの入力をセツトし、抵抗器２１２と２１４の
共通点は増幅器２０５の逆入力端に接続して約
10Vの入力をセツトする。 増幅器２０４の出力端はダイオード２１６、抵
抗器２１８と２２０を介して供給線１８６に接続
され、ダイオード２１６と抵抗器２１８の共通点
は抵抗器２２２を介し増幅器２０５の出力端に接
続されている。抵抗器２１８と２２０の共通点は
npnトランジスタ２２４のベースに接続され、そ
のエミツタは線１８６に、コレクタは線２２６に
接続されている。 抵抗器２２８と6.2Vツエナーダイオード２３
０は線１８４，２２６間に直列に接続され、これ
らの共通点は作動増幅器２３２と２３４の非逆入
力端にそれぞれ接続されている。抵抗器２３６，
２３８，２４０と可変抵抗器２４２は線１８４と
２２６間に直列に接続され、抵抗器２３６と２３
８の共通点は増幅器２３２の逆入力端に、抵抗器
２３８と２４０の共通点は増幅器２３４の逆入力
端にそれぞれ接続されている。 緑色、琥珀色、赤色のランプ２４４，２４６，
２４８が線１８４と２２６間に直列に接続されて
おり、ランプ２４４と２４６の共通点は抵抗器２
５０を介して増幅器２３４の出力端に、ランプ２
４６と２４８の共通点は抵抗器２５２を介して増
幅器２３２の出力端にそれぞれ接続されている。 増幅器２０４と２０５は線１８４，１８６から
電力を供給され、増幅器２３２と２３４は図示し
ていない線を介して、線１８４，２２６から電力
を供給される。 増幅器２０４，２０５，２３２，２３４は、非
逆入力端での電圧が逆入力端での電圧よりも大き
いときはその出力が24Vとなるように、又、逆入
力端の電圧が非逆入力端の電圧よりも大きいとき
には、出力が0Vとなるように配置されている。 次にこの回路の動作について説明する。 チヨツパ１９０と１９４のいずれか一方が動作
しオンになつていると、コンデンサ１９８は抵抗
器２０２とダイオード２０６もしくは２０８を通
つて流れる電流により放電を維持する。よつて増
幅器２０４の出力は24Vとなり増幅器２０５の出
力は0Vとなるので、トランジスタ２２４は非導
通となりランプ２４４，２４６，２４８のどれも
点灯しない。 チヨツパの双方が動作しなくなると、コンデン
サ１９８は抵抗器１９６を介して充電する。約３
秒後コンデンサ１９８の電位は10Vに達し、増幅
器２０５の出力は24Vまで上昇しトランジスタ２
２４を導通にする。このとき増幅器２３２と２３
４はツエナーダイオード２３０間の電圧降下と電
池電圧とを比較する。電池電圧が高い場合には、
増幅器２３２と２３４の出力電圧は共に0Vとな
り、緑色ランプ２４４が点灯して充電が高レベ
ル、例えば50％以上、であることを指示する。電
池電圧が中間の値のときは、増幅器２３２と２３
４の出力電圧はそれぞれ0Vと24Vになり、琥珀色
ランプ２４６が点灯して充電が中間レベル、例え
ば25〜50％であることを示す。電池電圧が低い場
合には、増幅器２３２と２３４の出力電圧は共に
24Vとなり、赤色ランプ２４８が点灯して充電が
低レベル、例えば25％以下、であることを示す。 さらに３秒たつと、コンデンサ１９８の電位は
16Vに達し、増幅器２０４の出力は0Vになり、ト
ランジスタ２２４が非導通となつて点灯していた
ランプが消える。 このように、トランジスタ２２４はモータ１８
８と１９２のどちらも駆動されていない時のみ導
通となるので、増幅器２３２と２３４による比較
は電池１８０の内部抵抗に無関係となり、又、こ
の比較はチヨツパが動作しなくなつてからきわめ
て短時間の後に所定時間行なわれるので、比較は
放電後に生ずる電池電圧の上昇に無関係となる。 さらに、例えば車いすの運転者の無判断により
生ずるチヨツパ１９０と１９４の動作における一
時的な障害のある間に比較が行なわれないよう
に、３秒間遅らせることにより防止している。 図５において、差動増幅器３０１の非逆入力端
は抵抗器３０２を介して監視すべき電池３０３の
正の端子に接続されている。増幅器３０１の非逆
入力端はさらに直列に接続された抵抗器３０４と
可変抵抗器３０５を介してツエナーダイオード３
０６のカソードに接続され、ダイオード３０６の
アノードは電池３０３の負の端子に接続されてい
る。コンデンサ３０７は増幅器３０１の非逆入力
端とダイオード３０６間に接続され、コンデンサ
３０８がダイオード３０６に並列に接続されてい
る。増幅器３０１への電力は抵抗器３１１とヒユ
ーズ３９０を介して電池３０３の正の端子に接続
されたレール３１０から供給される。レール３１
０は並列に接続されたコンデンサ３１２，３１３
とツエナーダイオード３１４を介して電池の負の
端子に接続されている。実際には増幅器３０１は
単一の集積回路パツケージに含まれる一対の増幅
器の一方であり、図中、他方の作動増幅器３１５
の供給端はヒユーズ３９１を介して電池の負の端
子に接続されている。 増幅器３０１の逆入力端は抵抗器３１６により
ツエナーダイオード３１８のカソードに接続さ
れ、そのアノードはダイオード３０６のカソード
に接続されたレール３２０に接続されている。コ
ンデンサ３１９はダイオード３１８間に接続さ
れ、ダイオード３１８のカソードは抵抗器３１７
を介してレール３１０に接続されている。 増幅器３０１の出力端は抵抗器３２２により
FET３２３のソースに接続され、ダイオード３
２４のカソードは前記ソースに、そのアノードは
レール３２０に接続されている。FET３２３の
ソースとゲート間には抵抗器３２５が接続され、
FET３２３のドレインはダイオード３２６のカ
ソードに接続されている。ダイオード３２６のア
ノードはコンデンサ３２７によりダイオード３１
８のカソードに接続されている。コンデンサ３２
７はFET３２３が導通状態の時電池電圧に相当
する信号を蓄える働きをする信号蓄積装置を構成
する。ダイオード３２６により、FET３２３が
導通になる毎にコンデンサ３２７に蓄えられた信
号を減少するのを確実にしている。 ダイオード３２６のアノードはFET３２８の
ゲートに接続され、そのドレインはレール３１０
に、ソースは並列の抵抗器３２９とコンデンサ３
３０によりレール３２０に接続されている。
FET３２８のドレインと増幅器３０１の逆入力
端には抵抗器３３２が接続され周知のフイードバ
ツクを形成している。メータ装置３３３の一端は
抵抗器３３４によりFET３２８のソースに接続
され、他端は直列の抵抗器３３５と可変抵抗器３
３６を介してダイオード３１８のカソードに接続
されている。抵抗器３３５と３３６の接続点はコ
ンデンサ３３８によりレール３２０に接続されて
いる。ダイオード３３７のカソードはFET３２
８のソースに、アノードはダイオード３１８のカ
ソードに接続されている。メータ３３３はコンデ
ンサ３２７に蓄えられた電圧信号をしばらくの間
指示するが、FET３２８はソースフオロアとし
ての働きをしてコンデンサ３２７がきわめて遅い
速度で放電するようにしている。 FET３２３の導通はモータ電流の休止後正確
に定められた短時間のみ導通状態となるように制
御される。この目的のために、モータ制御回路の
一部であつてモータ電流が所定の閾値以上か以下
であるかに対応した信号を発生する回路３４０よ
り出力を取り出している。この回路は主としてモ
ータ制御回路中に用いられモータ動作状態を決定
する各種の接触器が安全に開くことができるよう
にしている。回路３４０に面してオプトアイソレ
ータ３４１が用いられ、主電池３０３から隔絶し
た別の電源により駆動している。アイソレータ３
４１の発光ダイオード３４１ａのアノードは該別
電源の＋15V供給レールに接続され、カソードは
抵抗器３４２とnpnトランジスタ３４３のコレク
タ、エミツタを介して電源のアース端子に接続さ
れている。インターフエイス回路は２つの入力端
子３４４と３４５を有している。端子３４４は抵
抗器３４６を介してダイオード３４１ａのカソー
ドに接続されており、モータ電流が閾値レベル以
上になつて検出回路３４０の出力が低くなる（発
光ダイオードの電流を弱める）際に用いられる。
他の端子３４５は抵抗器３４７によりトランジス
タ３４３のベースに接続され、さらにこのトラン
ジスタのベースとエミツタ間には抵抗器３４８が
接続されているが、端子３４５はモータ電流が閾
値レベル以下になつて検出回路３４０の出力が低
くなる際に用いられる。いずれの場合にも、モー
タ電流が限界レベル以上になると発光ダイオード
３４１ａは導通し、連係するフオトトランジスタ
３４１ｂは導通する。 フオトトランジスタ３４１ｂのベースは抵抗器
３５０を介してそのエミツタに接続され、さらに
直列の抵抗器３５１，３５２を介して電池３０３
の負の端子に接続されたレール３５３に接続され
ている。フオトトランジスタ３４１ｂのコレクタ
はレール３１０に接続されている。npnトランジ
スタ３５４のエミツタはレール３５３に、ベース
は抵抗器３５１と３５２の接続点に、コレクタは
直列の抵抗器３５５と３５６を介してレール３１
０にそれぞれ接続されている。抵抗器３５６間に
はコンデンサ３５７が接続されている。抵抗器３
５５と３５６の接続点は抵抗器３５８を介して増
幅器３１５の非逆入力端に接続されている。レー
ル３１０，３５３間に直列接続された抵抗器３５
９と３６０の接続点は逆入力端に接続されてい
る。増幅器３１５の出力端と非逆入力端間には抵
抗器３６１が接続され、増幅器３１５はシユミツ
トトリガー回路として働く。 増幅器３１５の出力端はコンデンサ３６２によ
りダイオード３６３のカソードに接続され、この
ダイオードのアノードはレール３５３に接続され
ている。ダイオード３６３に並列に抵抗器３６４
が接続されている。ダイオード３６３のカソード
はアノードがFET３２３のゲートに接続された
ダイオード３６６のカソードに抵抗器３６５を介
して接続されている。ダイオードのカソードとレ
ール３５３間にはコンデンサ３６７が接続されて
いる。 図６にもとづいて、FET３２３の導通を制御
する回路の動作について説明する。モータ電流が
閾値レベルを超えている間、トランジスタ３５４
は導通になり、点Ａ（図５）の電圧を低く保つ。
モータ電流が休止するとトランジスタ３５４はオ
フになるが、Ａ点での電圧が上昇して増幅器３１
５をトリガーするに十分の高さになるまで約
180msの時間を要するようにコンデンサ３５７は
Ａ点での電圧が比較的ゆつくり上昇するようにし
ている。増幅器３１５がトリガーされるとその出
力は高くなる（点Ｂ）。するとコンデンサ３６２
は約0.8〜1msの間正方向パルスを通しFET３２
３を導通する（点Ｃ）。サンプリングがあまりに
も早く開始すると読みが過度に低くなつてしまう
ことを考慮して、前記180msの遅れをもたせて電
池電圧が十分に回復してから充電状態を示すこと
ができるようにしている。 FET３２３が導通するとダイオード３２６が
コンデンサ３２７の電圧の上昇を防ぐので、回路
を設けてこの回路がスイツチオンする毎に初期充
電をコンデンサ３２７に導入できるようにしてい
る。この目的で、さらにFET３７０を設け、そ
のソースはダイオード３２６のカソードに、ドレ
インはダイオード３２６のアノードに接続してい
る。FET３７０のゲートはダイオード３７１の
アノードに接続され、このダイオードのカソード
は抵抗器３７２によりレール３５３に接続されて
いる。pnpトランジスタ３７３のエミツタはレー
ル３１０に、コレクタはダイオード３７１のカソ
ードに接続している。トランジスタ３７３のベー
スは抵抗器３７４によりレール３１０に、また抵
抗器３７５によりダイオード３７６のカソードに
接続されており、このダイオードのアノードはレ
ール３５３に接続している。ダイオード３７６間
にはコンデンサ３７７が接続されている。さらに
ダイオード３７１のカソードにダイオード３７８
のアノードを、ダイオード３６６のカソードにダ
イオード３７８のカソードを接続して、コンデン
サ３６２を通るパルスによりFET３７０がオン
にならないようにしている。 スイツチオン時の電流は抵抗器３７４と３７５
を通りコンデンサ３７７を充電する。この充電の
間に、トランジスタ３７３がオンとなり、抵抗器
３７２を介してまたダイオード３７８と直列の抵
抗器３６５，３６４を介して電流が流れる。こう
してトランジスタ３７３がオンになつているかぎ
り（この時間は約200ms）FET３２３と３７０
は共に導通する。これによりコンデンサ３２７は
電池電圧を示す電圧となるまで充電できる。尚、
コンデンサ３２７の両端電圧を第６図のＤの波形
図にて示す。 電池電圧は電池の充電状態を示すのに導かれる
放電電流の後でサンプルされるので、上記したコ
ンデンサ３２７に導かれる初期電圧は、電池の拡
張された不使用期間の後でスイツチオンになると
電池の充電状態を表わさなくなる。これは放電中
及び放電のすぐ後では電池に分極による電位が存
在して端子電圧を実際に減少させるが、約１分程
度でそれは崩壊してしまうからである。このよう
にコンデンサ３２７の初期充電の後のメータの読
みはスイツチオン時での電池の充電状態を正確に
指示するには高くなり過ぎてしまう。 この不正確を是正するために、増幅器３０１の
非逆入力端とnpnトランジスタ３８１のコレクタ
との間に抵抗器３８０が接続されている。トラン
ジスタ３８１のエミツタはレール３２０に、ベー
スは抵抗器３８２を介して同レールに接続されて
いる。トランジスタ３８１のベースはさらに抵抗
器３８３によりダイオード３８４のカソードに接
続され、このダイオードのアノードはトランジス
タ３７３のコレクタに接続されている。 トランジスタ３７３がオンになるといつでもト
ランジスタはオンとなり（すなわちスイツチオン
後の最初の200msの間）、抵抗器３８０が直列の
抵抗器３０４と可変抵抗器３０５に並列関係とな
るので、この期間増幅器３０１への入力を減衰さ
せる。 モータ電流による電池の放電後でも回収ブレー
キ作用による充電のときでも、モータ電流が
180ms以上にわたつて閾値レベル以下になるとい
つでもサンプリングが起るという点は注目すべき
である。しかしながら、回収ブレーキの間は電池
電圧が上昇するのでダイオード３２６はコンデン
サ３２７へ増加した電圧信号が通るのをブロツク
する。従つて上記した回路は回収ブレーキング装
置のあるもしくはそれのないモータ制御に等価的
に応用できる。 FET３２８のゲートを介するコンデンサから
の漏れ電流は少なくとも部分的にFET３２３，
３７０とダイオード３２６を通る漏れ電流によつ
て補償されるものと考えられる。１時間以上の蓄
積時間を達成できる。 コンデンサ３６７は点Ｃ（図５）付近のノイズ
を遮断し、抵抗器３３４と３３５に接続されたコ
ンデンサ３３０と３３８はFET３２８のソース
ゲート結合をコンデンサ３２７の放電を引き起す
おそれのある負方向のノイズスパイクから保護す
る。 ダイオード３０６はレール３２０に十分の電圧
を与え、FET３２３と３７０が完全にオフする
ため（オン状態が要求される時を除いて）に十分
であらゆる回路状態に有効な負のバイアスとなる
のを確実にしている。 可変抵抗器３０５と３３６は適当な電池電圧に
対してメータ上に零及びフルスケールの読みを与
えるように回路をセツトするのに使われる。 モータ制御回路のモータ電流検出器３４０を用
いる代りに、他の制御信号、例えば（もし回収ブ
レーキが用いられていなければ）車輌のアクセル
ペダルのスイツチからの信号などを用いることも
できる。 上記の例では、電池電圧のサンプリングはモー
タ電流がある閾値以下になる時に開始されること
に注意を要する。モータを制御するチヨツパがス
イツチオフになると、再循環電流がモータや再循
環用ダイオードを通りしばらく流れても電池電流
はすぐに休止する。モータ電流が閾値（例えば
30A）以下になるとサンプリングが起り、180ms
の間閾値以下の値を維持する。電池から電流が流
れない実際の時間は再循環電流の崩壊時間により
この180msを超える。

【図面の簡単な説明】

第１図は電気車輌システムのブロツク図、第２
図は第１図に示されたシステムの電池充電状態を
指示する本発明による電池充電状態指示装置の回
路図、第２ａ図は第２図の変更例、第３図は第２
図の回路の他の変更例、第４図は電池動力の病人
用車いすの電気システムの回路図であり、電池の
充電状態を指示する充電状態装置を有する。第５
図は本発明の他の例を示す第２図と同様の回路
図、第６図は第５図の各点における波形を示すグ
ラフである。 １７…モータ、１８…前進・後進・ブレーキ選
択接点、２０…サイリスタチヨツパ、２２…電気
的制御回路、５４…充電器、１８８，１９２…駆
動モータ、１９０，１９４…サイリスタチヨツパ
回路、３０１，３１５…差動増幅器、３２３，３
２８，３７０…電界効果トランジスタ、３４１…
オプトアイソレータ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 充電用バツテリーと、 車両の少なくとも一つの車輪を駆動する電気牽
   引モーターと、 運転者の操作指令に従つて該充電用バツテリー
   から該電気牽引モーターへの電力供給の切換制御
   を行うモーター電流制御手段と、 該充電用バツテリーから該電気牽引モーターへ
   の電流の流れが停止したことを検出する検出手段
   と、 該充電用バツテリーの出力電圧をサンプリング
   するサンプリング手段と、 該検出手段により上記電流の停止が検出された
   時点より所定時間経過後の予め設定された期間内
   に該サンプリング手段によるサンプリング動作を
   行わせるタイマー手段と、 該サンプリング手段により保持された上記充電
   用バツテリーの出力電圧値を表示する表示手段と
   を具備したことを特徴とする電池充電状態指示装
   置。 ２ 前記サンプリング手段は、保持した上記充電
   用バツテリーの出力電圧値を判別するバツテリー
   電圧判別手段を有し、 該バツテリー電圧判別手段の出力に接続されて
   おり、前記タイマー手段により予め設定された前
   記期間内またそれ以後の所定時点で該バツテリー
   電圧判別手段の出力を前記表示手段へ供給する切
   換手段を備えたことを特徴とする特許請求の範囲
   第１項記載の電池充電状態指示装置。