(57)【要約】【課題】  従来の定期点検は、稼働中である鉛蓄電池の性能確認および性能測定を、定期的に鉛蓄電池の稼働を停止して単体状態にした後に専用の測定器を用いて性能の管理をおこなっていた。そのために定期点検まで鉛蓄電池の劣化の発見が遅れてしまい、実使用時に鉛蓄電池の性能どおりの機能を果たせない問題があった。本発明は定期点検までの鉛蓄電池の状態簡易監視することを課題とする。【解決の手段】  本発明は、鉛蓄電池に各センサーを取り付けて制御ユニット内で測定された値と管理用値とを比較し結果を出力することで鉛蓄電池を遠隔においても定期点検までの簡易監視をおこなえることで課題を解決する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
鉛蓄電池の充電時や放電時において鉛蓄電池の性能の劣化を測定しあらかじめ設定した規定値と比較することにより鉛蓄電池の性能劣化状態を知らせる装置。
【請求項２】
測定した値を外部に出力し、測定した値を記憶する機能を有し、記憶された測定値をあらかじめ設定した設定値と比較しながら鉛蓄電池の性能の劣化状態を判定し外部に劣化状態を知らせる装置。
【請求項３】
鉛蓄電池のケース温度を測定し、鉛蓄電池の動作温度範囲を越えた場合や周辺温度と鉛蓄電池のケース温度を比較して鉛蓄電池の温度負荷を比較して温度異常を出力する装置。
【請求項４】
鉛蓄電池の内部インピーダンスの測定は高周波に低周波で振幅変調を行い、鉛蓄電池に直列に挿入された分圧用抵抗に分圧された低周波電圧を整流して整流された電圧から鉛蓄電池の内部インピーダンス測定を行う。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、鉛蓄電池の充電時や放電時において鉛蓄電池の特性を測定し性能の監視を行う。また、測定されたデーターを記憶し外部に配信を行うことや内部記憶された管理用データーと比較を行い、鉛蓄電池の性能の劣化状態を判定し外部に劣化状態の配信を行うことが出来る装置。【０００２】  特性の劣化は、長時間かけて劣化して性能と短時間でさがる特性がある、長時間の性能は測定を行う間隔を長くし短時間で劣化する性能には測定間隔を可変させて行う。
【背景技術】
【０００３】  従来は鉛蓄電池を定期的に管理者が専用の測定器を用い鉛蓄電池の測定をおこなっていた、そのため鉛蓄電池の劣化が定期測定まで明確に出来ない。
【参考文献】
【０００４】鉛蓄電池の劣化判定方法  特開平９−３３６２０号公報
鉛蓄電池の劣化診断方法  特開２００７−２４８１９３号公報
蓄電池内部抵抗測定回路  特開２００３−１２１５１２号公報
鉛蓄電池の寿命判定装置  特開平１１−７９８５号公報
密閉形鉛蓄電池の寿命判定方法  特開２０００−３５３５４９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】    従来は鉛蓄電池を定期的に管理者が専用の測定器を用い鉛蓄電池の性能確認をおこなっていた、そのため鉛蓄電池の性能劣化が定期測定日まで明確に出来ない。
【課題を解決するための手段】
【０００６】    上記課題を解決するために、請求項１記載の手段は、鉛蓄電池の充電状態や放電状態において、鉛蓄電池に取り付けたセンサーを用いて鉛蓄電池の性能を測定し、装置内に記憶させておいた性能値と比較を行い、測定値が比較値を越えた場合に鉛蓄電池の性能が劣化したと判定しその結果を出力する。【０００７】    上記課題を解決するために、請求項２記載の手段は、鉛蓄電池に取り付けたセンサーから測定された値を、装置内で数値に変換し装置内の記憶回路に蓄積する。記憶された数値を予め定められた通信方式に合わせて装置外部に出力を行う。代表的な通信方式はＲＳ−２３２ＣやＵＳＢやＴＣＰ／ＩＰなどＩＥＥＥ１３９４などを含む。【０００８】    上記課題を解決するために、請求項３記載の手段は、鉛蓄電池に取り付けた温度センサーの他に、鉛蓄電池の周辺温度を測定する温度センサーを鉛蓄電池の周辺に設置しその温度センサーから測定される測定値と鉛蓄電池に取り付けたセンサーからの測定値を比較し、鉛蓄電池本体の温度上昇値を測定する。鉛蓄電池が置かれる動作周囲温度の測定も同時に行い、鉛蓄電池が性能を確保する為に必要な動作保証周囲温度の確認を行う。【０００９】    上記課題を解決するために、請求項４記載の手段は、鉛蓄電池は性能の劣化に伴い内部抵抗値が増加して行く傾向がある。内部抵抗値は鉛蓄電池を等価的に表した場合に電荷を蓄え放出する電源部に直列に存在する抵抗部である。この抵抗値が大きくなるに従い流れる電流に対して電圧降下を発生する。放電される電流が大きいほど電圧降下は大きくなり、充電時には加えられる電力損失をもたらす傾向にある。内部抵抗値は極めて小さく一般的に内部抵抗の測定は瞬間的に大きな電流を放電させて、鉛蓄電池の両端子電圧と放電用抵抗値から測定される。実用上では鉛蓄電池は定量的な充電を行いながら放電をおこなっているために、無充電や無放電状態での内部抵抗の測定とはことなっていた。本手段は鉛蓄電池に高周波交流信号を鉛蓄電池に加えることで充放電時の直流動作の影響を極力少なくし、高周波交流信号による鉛蓄電池の静電容量の影響を少なくするために、高周波交流信号に低周波交流信号で振幅変調をかけた測定用信号を用いて鉛蓄電池に加えることで高周波による静電容量の影響を少なくする。測定用抵抗の両端に全波整流をもうけて低周波信号成分を検出し、検出された電圧から鉛蓄電の内部抵抗値との相関を計ることで内部抵抗値の代替え値として測定を行う。
【発明の効果】
【００１０】    本発明は次のような効果を奏でる。
請求項１および請求項２および請求項３および請求項４に記載されている発明は、従来は一定期間を空けた定期的にしか行えなかった鉛蓄電池の性能測定を、短期的な性能測定が行えるため鉛蓄電池の性能管理が可能になる。
【手段の簡単な説明】
【００１１】  鉛蓄電池の性能管理の第一要素である鉛蓄電池の両端子電圧を、高抵抗をもちいて両端に発生する電圧を測定する。測定された電圧はＡ／Ｄ変換により行いアナログ値をデジタル値に変換する。変換された測定値を内部記憶された規定値と比較し、規定値より低い場合には性能劣化を示す出力を行う。また規定値より高い場合には性能劣化が無い旨を示す出力を行う。また変換された測定値を外部に出力を行う。また鉛蓄電池の両端電圧の最大値および最小値の測定値をＡ／Ｄ変換により行いアナログ値をデジタル値に変換し記憶をおこない、最大値と最小値の差が内部記憶された規定値と比較し、規定値より高い場合には性能劣化を示す出力を行う。また規定値より低い場合には性能劣化が無い旨を示す出力を行う。また変換された最大値および最小値の測定値を予め定められた通信方式に合わせて装置外部に出力を行う。代表的な通信方式はＲＳ−２３２ＣおよびＵＳＢおよびＴＣＰ／ＩＰおよびＩＥＥＥ１３９４など。
【００１２】  鉛蓄電池の管理上必要な要素である鉛蓄電池ケース温度を、温度センサーをもちいて測定を行う。測定された電圧はＡ／Ｄ変換により行いアナログ値をデジタル値に変換する。変換された測定値を内部記憶された規定値と比較し、規定値より高い場合には性能劣化を示す出力を行う。また規定値より低い場合には性能劣化が無い旨を示す出力を行う。また変換された測定値を外部に出力を行う。また鉛蓄電池の周辺温度を、温度センサーをもちいて測定を行う。測定された測定値はＡ／Ｄ変換により行いアナログ値をデジタル値に変換する。変換された測定値を内部記憶された規定値と比較し、規定値より低い場合には性能劣化を示す出力を行う。また規定値より高い場合には性能劣化が無い旨を示す出力を行う。また変換された測定値を予め定められた通信方式に合わせて装置外部に出力を行う。代表的な通信方式はＲＳ−２３２ＣおよびＵＳＢおよびＴＣＰ／ＩＰおよびＩＥＥＥ１３９４など。
【００１３】  鉛蓄電池の性能管理の第一要素である鉛蓄電池の内部抵抗を、高周波搬送波と低周波変調振幅変調をもちいて交流信号の測定用抵抗の、両端に発生する整流電圧を測定する。測定された電圧はＡ／Ｄ変換により行いアナログ値をデジタル値に変換する。変換された測定値を内部記憶された規定値と比較し、規定値より低い場合には性能劣化を示す出力を行う。また規定値より高い場合には性能劣化が無い旨を示す出力を行う。また変換された測定値を外部に出力を行う。また変換された測定値を予め定められた通信方式に合わせて装置外部に出力を行う。代表的な通信方式はＲＳ−２３２ＣおよびＵＳＢおよびＴＣＰ／ＩＰおよびＩＥＥＥ１３９４など。
【００１４】  内部抵抗の測定をおこなう場合に、他の測定および鉛蓄電池に加わる要素を軽減するために内部抵抗測定時に測定中を示す制御用の出力を行う。本制御出力を使用して他の測定および鉛蓄電池に加わる外的動作を一時停止させる。
【本発明の使用例を説明】
【００１５】  本発明は図１に記載を例に説明を行う。動作状態を示す電源ランプ１およびインピーダンスランプ２および電圧ランプ３および温度ランプ４は制御ユニット５に接続されている。制御ユニット５を操作するためにリセットスイッチ６およびテストスイッチ７を制御ユニット５に接続されている。制御ユニット５からの出力を行うために出力８およびオプション出力９が制御ユニット５に接続されている。変動する供給電源を平滑化するために電源部１０が制御ユニット５に接続されている。鉛蓄電池の性能を測定するために内部抵抗インターフェース１１および電圧インターフェース１２および温度インターフェース１３が制御ユニット５に接続されている。鉛蓄電池の温度を測定するために温度センサー１４を鉛蓄電池１からｎ個１５のなかで充放電装置１６の陰極側の鉛蓄電池に接続されている。また電圧および内部抵抗を測定する鉛蓄電池も充放電装置１６の陰極側の鉛蓄電池に接続されている。
【００１６】  充放電装置１６の陰極側の鉛蓄電池を選択することは、蓄電池の性能劣化は陰極側が比較的に早く発生するため陰極側の性能を測定することは鉛蓄電池の劣化を知ることに効果的である。
【００１７】  電圧測定は、鉛蓄電池１からｎ個１５の充放電装置１６の陰極側の鉛蓄電池の陽極と陰極の両端子電極の電圧を測定する。両端子電極に高抵抗および高精度の抵抗を接続して、両端子間に発生する電圧を電圧インターフェース１２に入力し電圧インターフェース１２ではアナログ値からデジタル値へＡ／Ｄ変換を行う。変換されたデジタル値を制御ユニット５に入力され、制御ユニット５の内部に記憶および設定されている値と比較する。設定される数値を、例を用いて説明をおこなう。通常鉛蓄電池は両端子が無負荷状態では約１３Ｖの電圧を発生している。鉛蓄電池の使用においては充電をおこないながら放電をおこなう方式が多い、その場合には鉛蓄電池の両端子には約１４Ｖが印可されている。通常の状態を１２Ｖから１４Ｖとし測定された値と比較し、その範囲内にある場合は正常状態と判定をおこなう。正常な状態示す電圧ランプ３を点灯させる。比較される値が１１Ｖを切った場合は、鉛蓄電池が放電状態に入ったものと判断して、放電状態であることを出力８から状態を通知する信号を出力する。また同時に電圧ランプ３の発光色を変えて点灯または点滅させる。測定された電圧の値は出力８を通してデジタル値として出力されることで、外部から測定値を知ることも可能になる。比較する値を増やすことで性能劣化の状態を二重に検出できるようになり、本発明の例では測定値が１０Ｖを切った場合は、性能劣化の悪化を通知することが可能になる。出力は先に記載した通り出力８からおこなう。
【００１８】  鉛蓄電池の電圧降下の発生は予想ができないため、電圧測定のサンプリングの周期は細かいサイクルが必要となる。本発明は測定電圧値が正常時には約１分間隔でサンプリングをおこない、比較値を切って性能劣化が比較判定された場合には約３０秒間隔でサンプリングをおこなう。サンプリングの周期を測定値によりサンプリング周期を切り替える機能を有する。
【００１９】  温度測定は、鉛蓄電池１からｎ個１５の充放電装置１６の陰極側に相当する鉛蓄電池に温度センサー１４を取り付けて鉛蓄電池ｎ個１５のケース温度を測定する。温度センサー１４はサーミスタなどの熱を感知して温度を測定する一般的な素子である。鉛蓄電池の温度を測定するには鉛蓄電池内の電解液を測定することがベストであるが、鉛蓄電池内の電解液は希硫酸であるためバッテリー液を直接測定することは危険であり、最近ではメンテナンスフリーの密閉型の鉛蓄電池も多く、安全性を考慮して鉛蓄電池のケース温度を測定しています。測定した温度を温度インターフェース１３に入力し温度インターフェース１３ではアナログ値からデジタル値へＡ／Ｄ変換を行う。変換されたデジタル値を制御ユニット５に入力され、制御ユニット５の内部に記憶および設定されている値と比較する。設定される数値を、例を用いて説明をおこなう。通常鉛蓄電池の充電状態において鉛蓄電池の充電完了前になるとバッテリー液の温度が上昇する傾向にある、鉛蓄電池の蓄えられる電荷の最大容量に近くになっても強制的に電荷を充電されると、蓄えきれない電荷は熱に変わってしまうためである。また鉛蓄電池の劣化が始まると鉛蓄電池に蓄えられる電荷の最大容量は小さくなり、定常的に充電を繰り返すことにより鉛蓄電池の発熱が発生する。本発明は、鉛蓄電池の動作状安全性の点からケース温度の上限を４５℃と設定しケース温度と測定された値と比較し、４５℃を越えない範囲内にある場合は正常状態と判定をおこなう。正常な状態示す温度ランプ４を点灯させる。比較される温度が４５℃を越えた場合は、鉛蓄電池が動作温度に適していないものと判断して、不適切であることを出力８から状態を通知する信号を出力する。また同時に電圧ランプ４の発光色を変えて点灯または点滅させる。測定された温度の値は出力８を通してデジタル値として出力されることで、外部から測定値を知ることも可能になる。比較する値を増やすことで性能劣化の状態を二重に検出できるようになり、本発明の例では測定値が５０℃を越えた場合は、性能劣化の悪化を通知することが可能になる。出力は先に記載した通り出力８からおこなう。
【００２０】  鉛蓄電池の温度変化は気候にて大きく変化するため予想ができない、温度測定のサンプリングの周期は１日の変化を考慮したサイクルが必要となる。本発明は測定温度が正常時には約３０分間隔でサンプリングをおこない、比較値を越えて性能劣化が比較判定された場合には約１５分間隔でサンプリングをおこなう。サンプリングの周期を測定値によりサンプリング周期を切り替える機能を有する。
【００２１】  内部抵抗測定は、鉛蓄電池１からｎ個１５の充放電装置１６の陰極側の鉛蓄電池の陽極と陰極の両端子電極の内部抵抗を測定する。両端子電極に内部抵抗インターフェース１１を接続して、両端子間の内部抵抗を測定し内部抵抗インターフェース１１ではアナログ値からデジタル値へＡ／Ｄ変換を行う。変換されたデジタル値を制御ユニット５に入力され、制御ユニット５の内部に記憶および設定されている値と比較する。設定された数値を越えていない場合には、正常な状態示す温度ランプ２を点灯させる。比較される温度が設定値を越えた場合は、鉛蓄電池の内部抵抗が増大して適していないものと判断して、不適切であることを出力８から状態を通知する信号を出力する。また同時に電圧ランプ２の発光色を変えて点灯または点滅させる。測定された温度の値は出力８を通してデジタル値として出力されることで、外部から測定値を知ることも可能になる。
【００２２】内部抵抗の測定に関して例を用いて説明をおこなう。図２に記載の内部抵抗測定用回路して、全波整流回路１７と振幅変調器１８とキャリア発生器１９と低周波発生器２０からなる。また鉛蓄電池の内部は電気的にみると、おおよそ鉛蓄電池の電源２２に直列に内部抵抗２３が接続されている。電源２２および内部抵抗２３に並列に内部容量２４が接続されている。電源２２は理想的な電源を表しており、内部抵抗２３は実用的な電源内部の抵抗を表している。電池の特徴として陽極、陰極の電極板が存在しているため電極板による内部容量２４が存在する。
【００２３】鉛蓄電池の内部抵抗は鉛蓄電池の電極構造により抵抗値は多少違いがある。本発明の例として、内部抵抗２３の値を通常時１ｍオームとします。全波整流回路１７は低周波用整流を使用し低周波成分を直流電圧に整流する。全波整流回路１７には低周波成分を直流化するために平滑回路を持っており安定した直流電圧を出力する。内部抵抗インターフェース１１ではアナログ値からデジタル値へＡ／Ｄ変換を行う。変換されたデジタル値を制御ユニット５に入力され、制御ユニット５の内部に記憶および設定されている値と比較する。内部抵抗２３を測定するために、キャリア発生器１９で約１０ＭＨｚの高周波を発生し、低周波発生器２０では変調用信号の１００Ｈｚを発生する。キャリア発生器１９と低周波発生器２０を振幅変調器１８において振幅変調をおこなう整流効率を高くするために変調度は極力深くし９０％以上が望ましい。負荷抵抗２１は内部抵抗との分圧になる抵抗であるため測定精度上げるため高精度な抵抗を使用し金属被膜を使用する。負荷抵抗２１の抵抗値は１０ｍオームを使用する。先に記載した内部抵抗２３が１ｍオームとした場合に負荷抵抗２１は１０倍となる。負荷抵抗２１を大きくすると測定用の振幅変調波信号をロスしてしまうため内部抵抗２３の１０倍程度が望ましい。鉛蓄電池の内部抵抗２３は直流電流を流して測定するが、本発明は交流信号を鉛蓄電池に流しして内部抵抗２３を測定する。振幅変調器１８から振幅変調がされた交流信号が負荷抵抗２１と内部抵抗２３に流れる。負荷抵抗２１と内部抵抗２３の間に交流信号が分圧される。その時の分圧比は負荷抵抗２１と内部抵抗２３の間に発生する電圧の抵抗比によって分圧される。鉛蓄電池の内部抵抗２３が正常時は１ｍオーム、負荷抵抗２１は１０ｍオームであることから負荷抵抗２１に発生する電圧は負荷抵抗２１と内部抵抗２３の間に発生する電圧の１０／１１になる。鉛蓄電池の劣化がおきると内部抵抗は増加する傾向にあるため、１ｍオームが１０倍の１０ｍオームに増加した場合に、負荷抵抗２１に発生する電圧は負荷抵抗２１と内部抵抗２３の間に発生する電圧の１／２になる。負荷抵抗２１に発生する電圧は全波整流回路１７により直流電圧化され全波整流回路１７内の平滑回路により安定した電圧として測定ができる。先に記載されたように内部抵抗インターフェース１１ではアナログ値からデジタル値へＡ／Ｄ変換を行う。変換されたデジタル値を制御ユニット５に入力され、制御ユニット５の内部に記憶および設定されている値と比較する。
【００２４】  内部抵抗２３は鉛蓄電池２５の種類により異なるため、制御ユニット５の内部に記憶する比較用の値は種類に応じた複数を記憶させている。また内部抵抗は鉛蓄電池２５の温度により変化する傾向にあるため、制御ユニット５の内部に温度係数を記憶し温度インターフェース１２の測定値を参考に温度係数の補正をおこなう。また温度係数も鉛蓄電池２５の種類により異なるため、制御ユニット５の内部に記憶する温度係数の値は種類に応じた複数を記憶させている。
【００２５】  鉛蓄電池２５の内部抵抗２３はゆっくりと変化する傾向にある。変化を考慮した内部抵抗測定のサンプリングの周期は１日１回程度でよい。
【００２６】  内部抵抗測定において高周波交流信号を使用するため、図１に記載されている充放電装置１６およびその他の付属機器に対する影響が発生する可能性や負荷抵抗２１に発生する影響が懸念される場合には図１のオプション出力９をから内部抵抗測定をおこなうサンプリング期間にオプション出力９をオンオフすることで周辺機器に関する制御信号として使用する。
【００２７】  図１のリセットスイッチ６は、本装置のリセットをおこない装置の初期化し再スタートをおこなう。テストスイッチ７は本装置を始動した場合に測定動作を確認するために、測定項目の測定結果を出力８に出力させる。出力８は例としてＲＳ２３２Ｃ規格に準拠しアスキー出力をおこなう。電源回路１０は最小９Ｖ入力し制御ユニット５や内部抵抗測定回路などに必要な電源電圧を供給する。回路的には８Ｖおよび５Ｖおよび３．３Ｖを使用。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】図１は本発明の装置を表す。
【図２】図２は高周波による内部抵抗測定回路を表す。
【符号の説明】
【００２９】  １  電源ランプ
２  インピーダンスランプ
３  電圧ランプ
４  温度ランプ
５  制御ユニット
６  リセットスイッチ
７  テストスイッチ
８  出力
９  オプション出力
１０  電源部
１１  内部抵抗インターフェース
１２  電圧インターフェース
１３  温度インターフェース
１４  温度センサー
１５  鉛蓄電池１からｎ個
１６  充放電装置
１７  全波整流回路
１８  振幅変調器
１９  キャリア発生器
２０  低周波発生器
２１  負荷抵抗
２２  電源
２３  内部抵抗
２４  内部容量
２５  鉛蓄電池
【図１】
2011238573.tif 000003
【図２】
2011238573.tif 000004