(57)【要約】【課題】バッテリーの蓄電程度を精度良く検出でき、充電時の過充電の防止が簡単な構成で行えるバッテリーチェッカーを提供する。【解決手段】計測対象のバッテリー２に正弦波交流の電圧を印加する電圧印加手段３と、前記バッテリー２の端子電圧に含まれるリップル電圧を計測するリップル電圧計測手段４とを設ける。その計測されたリップル電圧を設定基準Ｒと比較してバッテリー２の蓄電程度を検出する蓄電程度検出手段５を設ける。電圧印加手段３は、商用交流電源等の交流電源７の交流を変圧するトランス８と、この変圧された交流をバッテリー２に印加する出力回路９とで構成される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
計測対象のバッテリーに交流電圧を印加する電圧印加手段と、前記バッテリーの端子電圧に含まれるリップル電圧を計測するリップル電圧計測手段と、このリップル電圧計測手段で計測されたリップル電圧を設定基準と比較して前記バッテリーの蓄電程度を検出する蓄電程度検出手段とを備え、
前記交流電圧が、正弦波であるバッテリーチェッカー。
【請求項２】
請求項１に記載のバッテリーチェッカーにおいて、前記リップル電圧計測手段は、増幅器と、コンデンサと、電圧計とを備え、前記増幅器は、２つの差動入力の端子間の電圧を増幅し、前記バッテリーの正側の出力端子が前記コンデンサを介して前記増幅器の正側の入力端子に接続され、前記バッテリーの負側の出力端子は直接に前記増幅器の負側の入力端子に接続され、前記設定基準は、蓄電程度を判定するために作成されている基準であるバッテリーチェッカー。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載のバッテリーチェッカーにおいて、前記蓄電程度検出手段は、前記設定基準として計測対象のバッテリーの種類に応じた複数のバッテリー種類別基準と、この複数のバッテリー種類別基準を切り換える基準切換手段とを有するバッテリーチェッカー。
【請求項４】
請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載のバッテリーチェッカーにおいて、前記電圧印加手段は、交流電源の電圧を前記バッテリーの電圧に適する電圧に変換するトランスと、このトランスで電圧変換された交流を前記バッテリーに印加する出力回路とで構成されるバッテリーチェッカー。
【請求項５】
請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載のバッテリーチェッカーにおいて、
前記リップル電圧計測手段は、前記バッテリーの端子電圧に含まれる、直流成分に重畳されて周期的に変動するリップル電圧を計測するリップル電圧計測手段とされ、前記バッテリーの内部抵抗を計測することで蓄電程度を検出するバッテリーチェッカー。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、電気自動車や、スマートフォン、充電式乾電池、ＤＩＹ電動工具等の充電式バッテリーを備える種々の機器における前記バッテリーの充電時の満充電や、バッテリー残量等の蓄電程度を検出するバッテリーチェッカーに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、バッテリーの充電には、整流されかつ平滑化された直流電源を使用し、バッテリーの端子電圧を確認することでバッテリーの満充電等の蓄電状態を確認している。なお、研究・実験用途に設計されて、バッテリーの内部抵抗などの非常に小さい抵抗値を計測する機器としては、交流４端子法を用いたバッテリテスタ・内部抵抗計測器が市販されている（非特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−３８０２９号公報
【特許文献２】特開平１０−１７０６１５号公報
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】交流４端子法バッテリテスタ・内部抵抗計測器（東京デバイセズＩＷ７８０７）、東京デバイセズ、http://tokyodevices.jp/categories/battery-testers （２０１４年６月１３日検索）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来のバッテリーの端子電圧により蓄電状態を確認する方法では正確な蓄電状態を把握することが困難であり、そのため、特に急速充電時に過充電を起こし、バッテリーの寿命を短くするという課題がある。
そこで、本発明者は、バッテリーの内部抵抗と充電程度とが比例する関係に着眼し、内部抵抗を検出して充電程度を検出することを考えた。バッテリーの内部抵抗は、内部抵抗計測器を用いれば、精度良く検出することができる。
しかし、従来の内部抵抗計測器は研究・実験用途向けの機器であって、高価であり、一般用途に用いることが困難であるうえ、端子の当て方による抵抗値の変動等で計測値が変動し、一般の者が正確に計測することが難しい。
【０００６】
この発明は、上記課題を解消するものであり、バッテリーの蓄電程度を精度良く検出でき、充電時の過充電の防止が簡単な構成で行えるバッテリーチェッカーを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明のバッテリーチェッカーは、計測対象のバッテリーに交流電圧を印加する電圧印加手段と、前記バッテリーの端子電圧に含まれるリップル電圧を計測するリップル電圧計測手段と、このリップル電圧計測手段で計測されたリップル電圧を設定基準と比較して前記バッテリーの蓄電程度を検出する蓄電程度検出手段とを備える。前記交流電圧は、正弦波である。前記リップル電圧計測手段は、前記電圧印加手段の前記バッテリーと接続する出力端子間に接続されたものであっても良い。
【０００８】
この構成のバッテリーチェッカーは、バッテリーの内部抵抗と充電状態とが比例する関係に着眼し、内部抵抗を計測することで蓄電程度を検出するものであり、内部抵抗を正確かつ簡易に計測できるように、計測のための電圧を交流の状態で印加するようにした。交流を印加すると、バッテリーの端子電圧にリップル電圧が生じる。このリップル電圧の変動幅、つまり振幅は、バッテリーの内部抵抗に比例する。また、バッテリーの内部抵抗は充電が進むに従って小さくなる。そのため、前記リップル電圧計測手段によりバッテリーの端子電圧の変動幅を計測し、検出されたリップル電圧を前記蓄電程度検出手段により設定基準と比較することで、バッテリーの蓄電の程度を正確に検出することができる。
前記設定基準は、例えば、リップル電圧と内部抵抗との関係により分かる蓄電程度を判定するために適宜作成される基準であるが、特に内部抵抗を抵抗値として示すことなく、リップル電圧と蓄電程度との関係を直接に示す基準で良い。また、前記設定基準は、リップル電圧と蓄電程度との関係を曲線で示したものであっても、単に満充電などの所定の蓄電状態をリップル電圧の一定の閾値で示す値であっても良い。
このようにバッテリーの蓄電の程度を正確に検出することができるため、充電時における満充電を精度良く検出し、急速充電等における過充電を回避し、バッテリーの寿命低下を防止することができる。また、交流を印加する電圧印加手段と、上記構成のリップル電圧計測手段および蓄電程度検出手段を設けただけの簡単な構成で上記の正確な蓄電程度の検出が行える。
【０００９】
この発明のバッテリーチェッカーにおいて、前記電圧印加手段は、交流電源の電圧を前記バッテリーの電圧に適する電圧に変換するトランスと、このトランスで電圧変換された交流を前記バッテリーに印加する出力回路とで構成しても良い。
この構成の場合、前記交流電源として一般家庭用等の交流１００Ｖの商用電源等を利用することで、前記電圧印加手段が、トランスとその変圧された交流を単に出力する回路だけの簡単な構成で済む。
【００１０】
この発明のバッテリーチェッカーにおいて、前記蓄電程度検出手段は、前記設定基準として検出対象のバッテリーの種類に応じた複数のバッテリー種類別基準と、この複数のバッテリー種類別基準を切り換える基準切換手段とを有する構成としても良い。
鉛バッテリー、マンガン電池、リチウムイオン電池等のバッテリーの種類により、またはバッテリー内のセルの積層個数による電圧の違い等により、リップル電圧と内部抵抗との関係が異なる。そのため、複数のバッテリー種類別基準を設け、前記基準切換手段を設けることで、各種のバッテリーに適用できる。なお、前記基準切換手段は、使用毎に切り換えるようにしても良く、また一度切り換えた後に一つのバッテリー種類別基準を固定として用い、所定のバッテリー専用のバッテリーチェッカーとして使用しても良い。
この発明のバッテリーチェッカーにおいて、前記リップル電圧計測手段は、増幅器と、コンデンサと、電圧計とを備え、前記増幅器は、２つの差動入力の端子間の電圧を増幅し、前記バッテリーの正側の出力端子が前記コンデンサを介して前記増幅器の正側の入力端子に接続され、前記バッテリーの負側の出力端子は直接に前記増幅器の負側の入力端子に接続されてもよい。
【発明の効果】
【００１１】
この発明のバッテリーチェッカーは、計測対象のバッテリーに交流の電圧を印加する電圧印加手段と、前記バッテリーの端子電圧に含まれるリップル電圧を計測するリップル電圧計測手段と、このリップル電圧計測手段で計測されたリップル電圧を設定基準と比較して前記バッテリーの蓄電程度を検出する蓄電程度検出手段とを備え、前記交流電圧は、正弦波であるため、バッテリーの蓄電程度を精度良く検出でき、充電時の過充電の防止が簡単な構成で行える。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】この発明の一実施形態に係るバッテリーチェッカーの回路構成を電気回路およびブロックで示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
この発明の一実施形態を図面と共に説明する。このバッテリーチェッカー１は、計測対
象のバッテリー２に交流の電圧を印加する電圧印加手段３と、前記バッテリー２の端子電圧に含まれるリップル電圧を計測するリップル電圧計測手段４と、このリップル電圧計測手段４で計測されたリップル電圧を設定基準Ｒと比較して前記バッテリー２の蓄電程度を検出する蓄電程度検出手段５とを備える。この他に、蓄電程度検出手段５で検出された蓄電程度を知らせる蓄電程度報知手段６を備える。バッテリー２は、バッテリー装備機器１５に設置されているが、単独の状態であっても良い。バッテリー装備機器１５は、例えば、充電可能なバッテリー２を備える機器であれば何でも良く、例えば、電気自動車、スマートフォン、パソコン、ＤＩＹ電動工具、充電式乾電池の充電用ソケット等である。
【００１４】
電圧印加手段３は、交流電源７の電圧を前記バッテリー２の電圧チェックに適する電圧に変換するトランス８と、このトランス８で電圧変換された交流を前記バッテリーに印加する出力回路９とで構成される。前記バッテリー２の電圧チェックに適する電圧は、バッテリー２の容量によっても異なるが、例えばバッテリー２の満充電時の電圧に対して、
数Ｖ（２〜３V ）以上高い程度の電圧である。交流電源７は、例えば１００Ｖまたは２００Ｖの単相の交流商用電源であり、トランス８の上流側に、前記交流電源７の配線におけるコンセント（図示せず）に差し込むプラグ等の入力端子１０が設けられている。
【００１５】
出力回路９は、前記トランス８で変圧された交流を前記バッテリー２またはバッテリー装備機器１５に印加する出力端子１１に出力する構成であれば良いが、図示の例では出力端子１１，１１とトランス８の２次コイルとの間に電流制限用の抵抗１２、およびバッテリー２の直流電圧を通さないためのコンデンサ１６を設けている。電流制限用の抵抗１２は、バッテリー２に応じてリップルの電流値を定めるために、抵抗値が異なるものに入れ替え可能としてある。
【００１６】
リップル電圧計測手段４は、オペアンプなどからなる増幅器１７と、コンデンサ１３と、電圧計４a とで構成される。増幅器１７は、２つの差動入力の端子間の電圧を増幅する増幅器であり、バッテリー２の正側の出力端子１１が前記コンデンサ１３を介して増幅器１７の正側の入力端子に接続され、バッテリー２の負側の出力端子１１は直接に増幅器１７の負側の入力端子に接続される。前記コンデンサ１３が介在することで、増幅器１７にバッテリー２の直流電圧が印加されず、増幅器１７にはバッテリー２のリップル電圧のみが印加される。その増幅されたリップル電圧が電圧計４a で計測される。
バッテリー２の出力端子１１，１１間の電圧は、その間に接続された他の電圧計１８で計測される。
【００１７】
蓄電程度検出手段５は、前記設定基準Ｒとして計測対象となるバッテリー２の各種類に応じた複数のバッテリー種類別基準Ｒａと、この複数のバッテリー種類別基準Ｒａを切り換える基準切換手段１４とを有する。蓄電程度検出手段５は、前記設定基準Ｒを記憶した記憶素子を含む電子回路やマイクロコンピュータ等からなる。前記基準切換手段１４は、例えば、作業者が操作する操作子と、その操作に応じてバッテリー種類別基準Ｒａを切り換える回路またはプログラム等（いずれも図示せず）とからなる。
【００１８】
前記設定基準Ｒは、リップル電圧と内部抵抗との関係により分かる蓄電程度を示すために適宜作成される基準であるが、特に内部抵抗を抵抗値として示すことなく、リップル電圧と蓄電程度との関係を直接に示す基準でも良い。また、前記設定基準Ｒは、リップル電圧と蓄電程度との関係を曲線で示したものであっても、単に満充電をリップル電圧の一定の閾値で示す値であっても良い。
【００１９】
前記設定基準Ｒにおける複数のバッテリー種類別基準Ｒａは、例えば、鉛バッテリー、マンガン電池、リチウムイオン電池等のバッテリーの種類や、バッテリー２内のセルの積層個数による電圧の違い、またはその両方に応じて設定されている。なお、前記基準切換
手段１４は、使用毎に切り換えるようにしても良く、また一度切り換えた後に一つのバッテリー種類別基準を固定として用い、所定のバッテリー専用のバッテリーチェッカーとして使用しても良い。
【００２０】
蓄電程度報知手段６は、蓄電程度検出手段５で検出された蓄電の程度を示す情報を人または機器に伝える手段であり、蓄電の程度を棒グラフ等の画像で示す液晶画面の画像表示装置、または蓄電の程度によって点灯個数や点灯，点滅等を切り換える一つまたは複数のランプ等からなる。蓄電程度報知手段６は、蓄電程度が満充電の場合に充電装置（図示せず）による充電を停止させる機能を備えていても良い。
【００２１】
この構成のバッテリーチェッカー１によると、交流をバッテリー２に印加するため、バッテリー２の端子電圧にリップル電圧が生じる。すなわち、図１の交流ａをバッテリー２に印加すると、同図に波形を示すリップル電圧ｂが生じる。前記印加する交流ａは正弦波である。このリップル電圧の変動幅、つまり振幅は、バッテリー２の内部抵抗ｒに比例する。また、バッテリー２の内部抵抗Ｒは充電が進むに従って小さくなる。そのため、充電が進むに従って、リップル電圧ｂは符号「ｂ′」で示す波形を示すように小さくなる。
そのため、前記リップル電圧計測手段４によりバッテリー２の端子電圧の変動幅を計測し、検出されたリップル電圧を前記蓄電程度検出手段５により設定基準と比較することで、バッテリー２の蓄電の程度を正確に検出することができる。
【００２２】
このようにバッテリー２の蓄電の程度を正確に検出することができるため、充電時における満充電を精度良く検出し、急速充電等における過充電を回避し、バッテリー２の寿命低下を防止することができる。また、交流を印加する電圧印加手段３と、上記構成のリップル電圧計測手段４および蓄電程度検出手段５を設けただけの簡単な構成で上記の正確な蓄電程度の検出が行える。
【００２３】
前記電圧印加手段３は、この例では交流電源７の電圧を変圧するトランス８と、このトランス８により変圧した電圧を前記バッテリー２に印加する出力回路９とで構成されるため、前記交流電源７として一般家庭用等の交流１００Ｖの商用電源等を利用することができる。そのため、電圧印加手段３が簡単な構成で済む。
【００２４】
前記蓄電程度検出手段５は、検出対象のバッテリー２の種類に応じた複数のバッテリー種類別基準Ｒａと、その基準切換手段１４とを有するため、各種のバッテリー２に適用できる。
【符号の説明】
【００２５】
１…バッテリーチェッカー
２…バッテリー
３…電圧印加手段
４…リップル電圧計測手段
４a …電圧計
５…蓄電程度検出手段
６…蓄電程度報知手段
７…交流電源
８…トランス
９…出力回路
１５…バッテリー装備機器
Ｒ…設定基準
Ｒａ…バッテリー種類別基準
【図１】
2019124697.tif 000003