(57)【要約】  様々な実施形態によれば、電池の比重を決定する方法がある。様々な実施形態は、電池に増加電流ランプを供給するステップと、増加電流ランプが電池に供給されるときに電池の応答電圧を測定するステップとを含む（１１０）。電流ランプが所定の電流になると、減少電流が電池に供給され、電池の電圧応答が測定される（１２０）。電池の比重は、供給された電流ランプに対する電池の電圧応答に基づいて決定され得る（１３０、１４０、１５０）。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電池電圧を測定しガスポイントを検出しながら、電池に電流ランプを供給するステップ（１１０）と、
最大測定電池電圧を前記電池のセル数で割ることによりセル当たりの最大電圧を計算するステップ（１２０）と、
１つまたは複数のガスポイントが検出されると、前記セル当たりの最大電圧とＳＧＬｉｍとを比較することにより前記電池の比重を決定するステップ（１４０）と、を含み、
前記ＳＧＬｉｍは、低比重電池についての最大測定電池電圧を前記低比重電池のセル数で割ったものの上限であり、
前記セル当たりの最大電圧はＳＧＬｉｍ未満であることが、低比重鉛蓄電池を指示する（１５０）、
鉛蓄電池の比重を決定する方法。
【請求項２】
前記セル当たりの最大電圧が前記ＳＧＬｉｍを超えることは、高比重鉛蓄電池であることを指示する（１５５）、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
ガスポイントが検出されないとき、前記電池の計算された充電状態と充電状態閾値の値とを比較する（１３５）ことにより前記電池の比重を決定するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
電源（３６０）と、
電池に電流ランプを供給するように前記電源を制御する制御装置（３２０）と、
前記電源（３６０）に電気的に接続される制御リレー（３３０）と、
前記制御リレー（３３０）に電気的に接続され、前記電流ランプに対する電池電圧応答を検出する少なくとも１つのセンサ（３４０）と、
前記電池電圧応答の際に検出された最大電池電圧を前記電池のセル数で割ったものとＳＧＬｉｍとを比較するように構成されたプロセッサ（３１０）と、を含み、
前記ＳＧＬｉｍは、低比重電池についての最大測定電池電圧を前記低比重電池の前記セル数で割ったものの上限である、
電池の比重を決定する装置。
【請求項５】
前記プロセッサは、前記電池のガスポイント数を決定するようにさらに構成されている、請求項４に記載の装置。
【請求項６】
前記プロセッサは、前記電池の充電状態と充電状態閾値の７５％とを比較するようにさらに構成されている、請求項４に記載の装置。
【請求項７】
いくつかのセルを含む電池に電流ランプを供給する（１１０）ためのプログラムコードと、
電池電圧応答を測定しガスポイントを検出する（１１０）ためのプログラムコードと、
前記電池の充電状態、および前記電池のセル当たりの最大電圧を計算する（１２０）ためのプログラムコードと、
前記電池電圧応答の際に検出された最大電池電圧を前記電池のセル数で割ったものとＳＧＬｉｍとを比較する（１４０）ためのプログラムコードと、を含み、
前記ＳＧＬｉｍは、低比重電池の最大測定電池電圧を前記低比重電池の前記セル数で割ったものの上限である、
電池の比重を決定するためのコンピュータ可読媒体。
【請求項８】
前記電池の前記充電状態と充電状態閾値の７５％とを比較する（１３６）ためのプログラムコードをさらに含む、請求項１７に記載のコンピュータ可読媒体。
【請求項９】
前記電池の比重を示す（１５０、１５５）ためのプログラムコードをさらに含む、請求項４に記載のコンピュータ可読媒体。
【請求項１０】
電源（３６０）と、
前記電源が試験電池に対して電流ランプを供給するようにさせ、前記試験電池の充電を制御するための制御装置（３２０）と、
試験電池電圧を検出し、前記電流ランプに応答したガスポイントを検出するためのセンサ（３４０）と、
セル当たりの最大測定電圧とＳＧＬｉｍとの比較に基づいて前記試験電池の比重を決定するためのコンピュータ（３１０）と、を含み、
前記ＳＧＬｉｍは、高比重電池と低比重電池の間の決定閾値を表し、
前記試験電池の充電は、前記試験電池の前記比重の前記コンピュータによる決定に基づいている、
自動充電器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電池分析や充電のために電池パラメータを決定する方法および装置に関し、より詳細には、電池の電解質の比重を決定する方法および装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
診断機能のため、また満足のいく充電法の開発のためには、多くの場合、電池の充電状態（ＳＯＣ）を決定することが望ましい。鉛蓄電池などの電池のＳＯＣを決定する１つの方法は、電池の電解質の比重の測定値を使用する。この方法は、電池の電解質に接触する必要があるため、密閉電池に使用されるときに問題が生じる。
【０００３】
鉛蓄電池などの電池のＳＯＣを決定する別の方法は、充電状態の指標として開回路電圧（ＯＣＶ）の測定値を使用する。この方法は、電池の電解質に接触する必要がない。一般に、ＯＣＶは、電池に負荷がかけられていない電池端子間の電位差を表す。電池が放電すると、端子間の電位差は小さくなる。
【０００４】
従来の鉛蓄電池分析器は、完全充電のＯＣＶからのＯＣＶの減少を測定して電池のＳＯＣを決定する。電池のＯＣＶは、電池の電解質の比重（ＳＧ）にも関連する。電池の比重（ｓｐｅｃｉｆｉｃ  ｇｒａｖｉｔｙ  ｏｆ  ｔｈｅ  ｂａｔｔｅｒｙ）とは、水の密度に対する電池の電解質の密度の比を示す。例えば、６つのセルを有し、完全充電の比重が１．２８のフラッド形セル鉛蓄電池は、典型的に、完全充電のＯＣＶ１２．７ボルト（Ｖ）を有する。
【０００５】
しかし、従来の方法および装置は、完全充電の比重が１．３０の硫酸電解質を有する近年導入された鉛蓄電池に対応していないため、問題が生じる。これらの高比重鉛蓄電池は、一般に、完全充電のＯＣＶ１３Ｖを有する。ＳＯＣを測定する従来の方法および装置は、低比重電池（１．２８のＳＧ）と高比重電池（１．３０のＳＧ）とを区別できないため、高比重電池を従来の方法および装置を用いて使用すると、電池についての分析や充電が不適切になるという結果を生じる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
したがって、従来技術のこれらおよび他の問題を解決し、高比重電池と低比重電池とを区別するためのより良い方法および装置を提供する必要がある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
様々な実施形態によれば、鉛蓄電池の比重を決定する方法がある。方法は、電池電圧を測定し続いてガスポイントを検出しながら、電池に電流ランプを供給するステップを含む。次に、最大測定電池電圧を電池のセル数で割ることによりセル当たりの最大測定電圧が計算される。電池の比重は、１つまたは複数のガスポイントが検出されると、セル当たりの最大電圧とＳＧＬｉｍとを比較することによって決定される。ＳＧＬｉｍは、低比重電池についてのセル当たりの最大測定電池電圧の上限である。セル当たりの最大電圧がＳＧＬｉｍ未満であることは、低比重鉛蓄電池であることの指示となる。
【０００８】
様々な実施形態によれば、電池の比重を決定する装置もある。装置は、電源と、電池に電流ランプを供給するように電源を制御する制御装置とを含む。装置は、電源に電気的に接続される制御リレーと、制御リレーに電気的に接続される、電流ランプに対する電池電圧応答を検出する少なくとも１つのセンサとをさらに含む。装置は、電池電圧応答の際に検出された最大電池電圧を電池のセル数で割ったものとＳＧＬｉｍとを比較するように構成されたプロセッサも含む。ＳＧＬｉｍは、低比重電池についての最大測定電池電圧を低比重電池のセル数で割ったものの上限である。
【０００９】
別の実施形態では、電池の比重を決定するコンピュータ可読媒体がある。このコンピュータ可読媒体は、いくつかのセルを含む電池に電流ランプを供給するためのプログラムコードと、電池電圧応答を測定しガスポイントを検出するためのプログラムコードとを含む。コンピュータ可読媒体は、電池の充電状態および電池のセル当たりの最大電圧を計算するためのプログラムコードと、供給された電流ランプに対する電池電圧応答の際に検出された最大電池電圧を電池のセル数で割ったものとＳＧＬｉｍとを比較するためのプログラムコードとをさらに含む。ＳＧＬｉｍは、低比重電池の最大測定電池電圧を低比重電池のセル数で割ったものの上限である。
【００１０】
別の実施形態では、電源と、電源が試験電池に対して電流ランプを供給するようにさせ、試験電池の充電を制御するための制御器とを含む自動充電器がある。この自動充電器は、試験電池電圧を検出し電流ランプに応答したガスポイントを検出するためのセンサと、セル当たりの最大測定電圧とＳＧＬｉｍとの比較に基づいて試験電池の比重を決定するためのコンピュータとをさらに含む。ＳＧＬｉｍは、高比重電池と低比重電池の間の決定閾値を表す。試験電池の充電は、試験電池の比重のコンピュータの決定に基づく。
【００１１】
本発明のさらなる目的および利点は、以下の説明において述べられることがあり、説明から明らかとなることがあり、あるいは本発明の実施によって理解されることもある。本発明の利点は、添付の特許請求の範囲において特に示される要素によって理解され、組合せによって実現されよう。
【００１２】
前述の全体的な説明、および以下の詳細な説明は共に、単に例示的かつ説明的であり、特許請求された本発明の限定ではないことを理解されたい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本明細書に組み込まれ、本明細書の一部を構成する添付図面は、いくつかの実施形態を例示しており、本明細書と共に本発明の原理を説明する働きをする。
【００１４】
ここでは、例示的な実施形態を詳細に参照することになるが、実施形態の例は添付図面に示されている。同じ参照番号は、可能な限り図面全体を通して同じまたは類似の部分を表すために使用されることになる。
【００１５】
図１〜３は、全体的に、電池の電解質の比重を決定する装置および方法を開示する。
【００１６】
図１は、電池の比重を決定するための方法１００の例示的な流れ図を示す。本明細書において使用されるように、用語「比重」および「電池の比重」は、電池の電解質の比重を示す。１１０では、電池端子で電池電圧を測定しながら、電池、例えば、複数のセルを有する鉛蓄電池に電流ランプが供給される。様々な実施形態では、電流ランプは、所定の限度まで直線的に増加され、次いで電流がゼロになるまで同じ傾きで直線的に減少される。電流ランプの供給中に、ガスポイント数も測定される。供給電流によってセル内の電解質中の水から水素ガスおよび酸素ガスが発生すると、１つのガスポイントが生じる。これらのガスは、当業者に知られている方法を使用して検出され得る。
【００１７】
１２０では、セル当たりの最大電圧（ＶＰＣ）を計算するために、いくつかの電池パラメータが決定され得る。電池のセル数は、当業者に知られている様々な方法によって決定され得る。例えば、電池のセル数は、一般に、電池の仕様によって与えられる。１１０の電流ランプに応答する電池の最大測定電圧も決定され得る。ＶＰＣは、最大測定電池電圧を電池のセル数で割ることによって計算され得る。
【００１８】
１２０においては、当業者に知られているアルゴリズムを使用してＳＯＣも決定され得る。例えば、単一セルの鉛蓄電池は、そのＳＯＣが０％から１００％に増加すると、約２．０から約２．２Ｖに変化するＯＣＶを有する。ＳＯＣは、次式によって決定され得る。
【００１９】
ＳＯＣ＝（ＯＣＶｍ−ＯＣＶｍｉｎ）×１００／（ＯＣＶｍａｘ−ＯＣＶｍｉｎ）、式中ＯＣＶｍは、測定ＯＣＶであり、ＯＣＶｍｉｎは、０％のＳＯＣでのＯＣＶであり、ＯＣＶｍａｘは、１００％のＳＯＣでのＯＣＶである。
【００２０】
電池のＳＧは、この点では未知であるため、高いＳＧを有する電池または低いＳＧを有する電池をいずれも使用する初期設定のアルゴリズムが使用され得る。具体的なアルゴリズムは、使用者によって試験される典型的な電池のタイプを反映することができる。例えば、６つのセルを有する低いＳＧ（１．２８）のフラッド形セル鉛蓄電池は、ＯＣＶｍｉｎ約１１．５ＶおよびＯＣＶｍａｘ約１２．７Ｖを有する。
【００２１】
１３０では、１１０において決定されたガスポイント数が分析方法に影響を及ぼす。ガスポイント数が０を超える場合は、セル当たりの最大電圧（ＶＰＣ）は、ＳＧＬｉｍと比較され得る。高ＳＧ電池と低ＳＧ電池とを区別するとき、ＳＧＬｉｍは決定閾値を表す。例えば、ＳＧ１．２８を有する電池とＳＧ１．３０を有する電池とを区別するとき、ＳＧＬｉｍは約２．５３Ｖである。ＶＰＣ≦ＳＧＬｉｍの場合、電池は、１５０に示されるように低ＳＧ電池（１．２８）であると決定される。ＶＰＣ＞ＳＧＬｉｍの場合、電池は、１５５に示されるように高ＳＧ電池（１．３０）であると決定される。
【００２２】
１３０では、ガスポイント数が０を超えない場合は、１２０において決定されたＳＯＣは、１３５に示されるようにＳＯＣ閾値の値と比較され得る。ＳＯＣ閾値は、ガスポイントが検出可能でなかった場合の最大充電状態を表す。例えば、定格容量２５〜１００アンペア時間（Ａｈ）を有する電池を試験するとき、ＳＯＣ閾値の値は、ＳＯＣの７５％に等しくすることができる。１２０において決定されたＳＯＣがＳＯＣ閾値の７５％を超える場合は、電池は、１５５において高い値のＳＧの電池（１．３０）であると決定される。
【００２３】
１２０において決定されたＳＯＣがＳＯＣ閾値の７５％未満である場合、電池のＳＧは、すぐには決定され得ない。したがって、電池は、１４５に示されるように、ＳＯＣを増加させるために所定の時間充電される。所定の時間は、当業者によって決定され得る。充電後、方法は１１０から繰り返される。
【００２４】
図２は、供給電流ランプに対する、低比重鉛蓄電池２２０の電圧応答および高比重鉛蓄電池２１０の電圧応答を示す。両方の電池は、試験前には等価な状態および条件にあり、同じ電流ランプ試験を受けさせた。供給電流は、初めは０Ａであり、試験電池電圧が１５Ｖになるまで一定の傾きで直線的に増加された。この点で、供給電流は、再び０Ａになるまで、等しいが逆の傾きで直線的に減少された。電流ランプに応答して、低比重電池は電圧最大値２２５が約１５．１Ｖとなり、一方、高比重電池は電圧最大値２１５が約１５．６Ｖとなった。図２に示されるように、高比重電池の測定電圧は、低比重電池の測定電圧よりも高い最大値になった。
【００２５】
上記の値を使用して、例えば、ランプ試験中の最大測定電圧であるポイント２２５とポイント２１５とを区別する最適閾値をまず決定し、この値をセル数で割ることによって、ＳＧＬｉｍは計算され得る。図２に示される低ＳＧ電池と高ＳＧ電池とを区別する実施形態では、ＳＧＬｉｍは約２．５３Ｖである。様々な実施形態では、ＳＧＬｉｍの値は、データのより良い幅を得るために、よりたくさんの組の同様な試験結果から決定され得る。
【００２６】
図３は、電池の比重を決定することができるシステム３００の例示的な構成を示す。様々な実施形態では、例示的なシステム３００は、制御コンピュータ３１０、計測制御モジュール３２０、制御リレー３３０、電流センサ３４０、および電源３６０など様々なモジュールを含む。個別のモジュールとして示されているが、システムは、例えばＨｏｎｅｙｗｅｌｌ  ＴｒｕＣｈａｒｇｅ（商標）分析器／充電器など単一ユニットで実現され得る。図３には、鉛蓄電池などの電池３５０も示されている。様々な実施形態では、システム３００は、電池３５０の決定比重を示すための表示装置も含むことができる。
【００２７】
様々な実施形態では、制御コンピュータ３１０は、１組の比重測定アルゴリズムを含むことができる。制御コンピュータ３１０は、例示的なシステムの他のモジュールを制御するために使用され得る任意のソフトウェアドライバも含むことができる。
【００２８】
制御コンピュータ３１０は、計測制御モジュール３２０に接続される。制御コンピュータ３１０は、例えば、データ取得モジュールが中に組み込まれたパーソナルコンピュータなどの任意のコンピュータとすることができる。様々な実施形態では、計測制御モジュール３２０は、アナログデジタル変換器（ＡＤＣ）と、デジタルアナログ変換器（ＤＡＣ）と、信号調節器と、システム調整器とを含むことができる。計測制御モジュール３２０は、例えば、ナショナルインスツルメンツの信号調節システムを含むことができる。ＡＤＣおよびＤＡＣ処理の情報は、計測制御モジュール３２０に入力し、システム３００中の他のモジュールを操作するためにシステム調整器と調和する。例えば、ＡＤＣ、ＤＡＣ、およびシステム調整器は、リレー３３０、電流センサ３４０、および／または電源３６０を制御することができる。様々な実施形態では、電源３６０は、プログラム可能とすることができる。電源３６０は、例えば、ヒューレット・パッカードのモデル６０３２Ａ電源とすることができる。電源３６０は、計測制御モジュール３２０と連動して、所定の傾きの増加または減少電流ランプなどの電流ランプを電池３５０に供給することができる。様々な実施形態では、電源３６０および／または計測制御モジュール３２０は、電流ランプの傾きを制御するコンピュータソフトウェアを含むことができる。
【００２９】
様々な実施形態では、制御リレー３３０は、比重が測定される電池３５０を電源３６０に接続するために使用される。例えば、計測制御モジュール３２０は、ライン３１７の上に接点閉制御信号を供給することにより制御リレー３３０を制御して、電池３５０を回路の内外に切り替えることができる。リレー３１５が開いていると、電池３５０は回路から除外されており、電流は供給されない。リレー３１５が閉じられると、電池３５０は回路中にあり、電流が供給され得る。電流シャントなど電流センサ３４０は、電池３５０と直列に配置され得る。例示的な電流センサ３４０は、例えば、５０アンペア／５０ミリボルトのシャントから構成される電流計を含むことができ、ＡＤＣのチャネルに接続され得る。ホール効果装置など、電流を測定するために他の適切な技術も使用され得る。いずれもアナログ量である電圧や電流など、測定パラメータは、計測制御モジュール３２０中のＡＤＣによってデジタル形式に変換され得る。これらのパラメータのデジタルデータは、制御コンピュータ３１０に供給され得る。電流センサ３４０は、電池３５０に出入りする電流量を測定するために使用され得る。
【００３０】
図３を参照すると、様々な実施形態は、電池を充電する自動システムをさらに含むことができる。自動システム３００は、電源３６０と、制御装置３２０とを含むことができる。制御装置３２０は、電源３６０が電池３５０に対して電流ランプ試験を適用するようにさせることができる。制御装置３２０は、電池の比重およびＳＯＣが決定された後、電池３５０の充電をさらに制御することができる。システム３００は、電流ランプ試験中に電池電圧を検出しガスポイントを検出するためのセンサ３４０をさらに含むことができる。センサ３４０は、コンピュータ３１０に送られる前にアナログからデジタルに変換されるデータを制御装置３６０に送ることができる。
【００３１】
コンピュータ３１０は、セル当たりの最大測定電圧（ＶＰＣ）とＳＧＬｉｍとを比較する。例えば、高ＳＧ鉛蓄電池と低ＳＧ鉛蓄電池とを区別するときは、ＳＧＬｉｍは約２．５３Ｖである。ＶＰＣ≦ＳＧＬｉｍの場合は、電池は低ＳＧ電池（１．２８）であると決定される。ＶＰＣ＞ＳＧＬｉｍの場合は、電池は高ＳＧ電池（１．３０）であると決定される。いったん電池３５０の比重が決定されると、電池３５０の充電は、電池の比重に基づいて実現され得る。
【００３２】
様々な実施形態は、コンピュータ可読媒体を含む。例えば、実施形態は、電池に供給される電流量を制御することができる電源制御プログラムを含むことができる。電源制御プログラムは、制御コンピュータ３１０、計測制御モジュール３２０、および電源３６０の少なくとも１つに格納され得る。電源制御プログラムは、増加および／または減少電流ランプを電池３５０に供給するよう電源３６０に命令を出すサブルーチンを含むことができる。
【００３３】
様々な実施形態は、電池３５０に電流ランプが供給されるときに電池３５０の電圧応答を測定するための電流センサ３４０を制御することができる電流センサ・プログラムコードを含むことができる。電流センサ制御プログラムは、制御コンピュータ３１０、計測制御モジュール３２０、および電流センサ３４０の少なくとも１つに格納され得る。電池３５０に増加電流ランプを供給するよう電源制御プログラムが電源３６０に命令を出すと、電流センサ制御プログラムは、電池３５０の応答電圧を測定するよう電流センサ３４０に命令を出すことができる。電池３５０に減少電流ランプを供給するよう電源制御プログラムが電源３６０に命令を出すと、電流センサ制御プログラムは、電池３５０の応答電圧を測定するよう電流センサ３４０にさらに命令を出すことができる。
【００３４】
様々な実施形態は、電池３５０の比重を決定することができるプロセッサ制御プログラムを含む。プロセッサ制御プログラムは、制御コンピュータ３１０、および計測制御モジュール３２０の少なくとも１つに格納され得る。プロセッサ制御プログラムは、計測制御３２０、電源３６０、および電流センサ３４０から情報を受け取ることができる。受け取られた情報は、処理され、例えば図２などの作製されたグラフと比較され、あるいは、電池３５０中の電解質の比重を決定するために数学的アルゴリズムに使用され得る。様々な実施形態は、電池３５０の比重を示すプロセッサ制御プログラムをさらに含むことができる。
【００３５】
本発明の他の実施形態は、本明細書の考慮から、また本明細書に開示された本発明の実施から当業者には明らかとなろう。本明細書および例は、単に例示的なものと解釈されることが意図されており、本発明の真の範囲および趣旨は、特許請求の範囲によって示されている。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】例示的な一実施形態による電池の電解質の比重を決定することが可能な方法の流れ図である。
【図２】例示的な一実施形態によるランプ試験に応答した高ＳＧ電池と低ＳＧ電池の電圧応答を示すグラフである。
【図３】例示的な一実施形態による電池の電解質の比重を決定することが可能なシステムのブロック図である。
【図１】
2008502109.tif 000003
【図２】
2008502109.tif 000004
【図３】
2008502109.tif 000005
【国際調査報告】
2008502109.tif 000006
2008502109.tif 000007
2008502109.tif 000008