(57)【要約】【課題】鉛バッテリの内部構造を大幅に変更することなく、低コストで、精度が良好な鉛バッテリの電解液の液面検知装置と、この液面検知装置を備えた鉛バッテリを提供すること。【解決手段】鉛バッテリの電槽外壁表面の電解液面の下限位置近傍に相当する位置に配置する温度センサと、この温度センサによって得た温度情報を経時的に記憶する手段を有するバッテリ用液面検知装置を示す。電解液と空間の熱容量の差を利用し、温度センサによって検出したバッテリ温度の変化量や変化速度によって、液面の位置、特に、電解液面が下限位置以上にあるか、否かを、バッテリの内部構造を大幅に変更することなく、低コストで精度よく、検知できる。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両のエンジン始動用のバッテリの電槽内に有する電解液の液面を検知する装置であり、前記液面の下限位置近傍に配置する温度センサと、前記温度センサによって得た温度情報を経時的に記憶する手段を有するバッテリ用液面検知装置。
【請求項２】
前記温度情報に温度の変化速度を含む請求項１に記載のバッテリ用液面検知装置。
【請求項３】
前記バッテリ使用開始当初に得た前記温度情報を基準値として記憶し、順次計測した前記温度情報を前記基準値と比較することにより、前記液面の変化を検知する請求項１〜２に記載のバッテリ用液面検知装置。
【請求項４】
前記温度センサに加えて、前記液面の上限位置より上の部分に配置する第２の温度センサを備えた請求項１〜３に記載のバッテリ用液面検知装置。
【請求項５】
前記温度センサに加えて、バッテリ近傍の温度を計測する第３の温度センサを備えた請求項１〜４に記載のバッテリ用液面検知装置。
【請求項６】
前記温度センサ及び／もしくは前記第２の温度センサの前記電槽に接触しない側面に断熱材を配置した請求項１〜６に記載のバッテリ用液面検知装置。
【請求項７】
前記温度情報として熱時定数を用いることを特徴とする請求項１〜６に記載のバッテリ用液面検知装置。
【請求項８】
請求項１〜７のバッテリ用液面検知装置を備えたバッテリ。
【請求項９】
前記電槽の、前記温度センサ及び／もしくは前記第２の温度センサを配置する部分に、肉厚を他の部分より薄くした薄肉部を形成したことを特徴とする請求項８記載のバッテリ。
【請求項１０】
前記電槽の薄肉部は前記温度センサ及び／もしくは前記第２の温度センサの圧入により容易に破断し該温度センサとの圧接により電解液のシールが達成されている請求項８〜９に記載のバッテリ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は車両のエンジン始動用のバッテリの電解液の液面検知装置及びこの液面検知装置を備えたバッテリに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、モータリゼーションが進む中、外部からの救助を要する車両故障の原因として始動用バッテリ不具合の占める割合が増加、最も大きな要因の一つとなっている。現在、市中を走行する多くの車両、はエンジンを動力源とし、エンジン始動時にバッテリより電力の供給を受けてスターターモータを稼動する構成を採っている。こうした構成の場合、バッテリの不具合が発生するとエンジン始動不能となる。このような場合、バッテリを交換するか、他の車両のバッテリを故障車両のバッテリに接続し、応急的にエンジンを再始動することになる。
【０００３】
いずれにせよ、バッテリ不具合からの回復は、時間と費用を要するので、バッテリ不具合を未然に防止することが望ましい。バッテリ不具合の主要因の一つに電解液不足が挙げられる。鉛バッテリでは、充電時の電解液中水分の電気分解や、蒸発によって電解液量が減少し、電極群が電解液面から露出すると鉛バッテリの劣化が急速に進行する。
【０００４】
したがって、鉛バッテリの電解液面管理を行なう必要があった。なお、一般的には、鉛バッテリの電極板を集合溶接するストラップよりも若干高い位置に電解液面の下限位置を設定し、この電解液面がこの下限位置を下回らないよう、適宜、鉛バッテリ内に蒸留水を補充することが必要である。
【０００５】
電解液面の確認方法としては、鉛バッテリ本体の電槽に、電解液面の下限位置を表示しておき、電槽外部から、電解液面を透視し、この電解液面と下限位置とを比較するものが一般的である。
【０００６】
しかしながら、鉛バッテリの熱劣化対策として、多くの車両では、鉛バッテリに遮熱カバーを装着したり、再生樹脂材の再利用やバッテリデザイン上の要求から、黒色や青色等、電解液面を視認できない色調を有した電槽を使用する等により、電解液面を外部から目視確認できない状況となりつつある。
【０００７】
このような状況の中、電解液面の点検を容易にするために、従来、鉛バッテリの上面から内部に設けた浮き子の状態を確認して電解液量を点検する方法があった。また、さらにより高い利便性を得るために電解液面を電気的な検出素子を用いて検出する手法が提案されている。
【０００８】
例えば、特許文献１には、バッテリの下に感圧素子を設け、バッテリ重量減少をこの感圧素子で検出し、液面高さを検知する方法が示されている。また、特許文献２には、電解液に浮かしたフロートの位置を光学的に検出することによって、液面を検知する方法、特許文献３には、バッテリ内に液面検出用の電極を設け、電極と電解液との接触・非接触を検出して、電解液面を検知する方法が示されている。
【特許文献１】特開平８−３１５８６８号公報
【特許文献２】特開平２−２６２２８０号公報
【特許文献３】特開平６−３１８４６８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかし前記したような、従来の構成では、バッテリ内部に電極を設けたり、フロートを設けたりするなど、バッテリ構造の大幅な変更が必要であり、製品化に大きな障害となっていた。又、バッテリの重量減少を検出する感圧素子とその増幅器はバッテリの値段に匹敵するコストを有し、これも実用化を阻んでいた。フロート式の場合、フロート自体が大きなスペースを取るためバッテリのサイズが増加し、検出用光学センサのコストもバッテリコストの１０％以上を占めるなどの問題が有った。
【００１０】
電極と電解液の接触を検出する方法はコスト的には問題は少ないが、バッテリ内部に新たに電極を設け、液面検知装置までバッテリ内部からリード線を導き出す必要が有り、リード導出部のシール構造が必要となっていた。また、電解液は高い腐食性を有することから接触する電極の材料として、材料コストを含めて、なかなか好適なものが得られないという問題が有った。
【００１１】
本発明は、バッテリの内部構造を大幅に変更することなく、低コストで、精度が良好な鉛バッテリの電解液の液面検知装置と、この液面検知装置を備えた鉛バッテリを提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
前記した課題を解決するために、本発明の請求項１に係る発明は、車両のエンジン始動用のバッテリの電槽内に有する電解液の液面を検知する装置であり、前記液面の下限位置近傍に配置する温度センサと、前記温度センサによって得た温度情報を経時的に記憶する手段を有するバッテリ用液面検知装置を示すものである。
【００１３】
本発明では、電槽の液面下限近傍に温度センサを設けその温度変化速度を検出することにより電解液面を検出する。バッテリの電解液が下限を上回るレベルである時温度センサは電解液温度に近い値を計測する。電解液は硫酸水溶液であるから他の部品や空気に比べ高い比熱を有する。この為エンジン始動後の急激な周囲の温度上昇で緩やかな温度上昇を示す。
【００１４】
同様に停止後エンジンが放熱するとともに周囲温度が低下するがその時も穏やかに低下する。バッテリを使用開始した時点で温度上昇量を記憶しておき以後バッテリの温度上昇を経時的に測定し温度上昇が大きくなったことを検出して電解液減少を検出する。同様にエンジン停止の温度低下を検出しても良い。
【００１５】
本発明の請求項２に係る発明は、請求項１のバッテリ用液面検知装置において、前記温度情報として温度の変化速度を含むものである。液面位置をより高い精度で検出するために温度変化量のみでなく、温度変化速度に着目するものである。温度変化量は運転時間などエンジンの稼働時間により影響を受ける。これに対しエンジン始動後一定時間経過した時の、もしくは一定温度上昇した時のバッテリ温度の上昇速度を求めることにより、一定の条件でのバッテリ温度の変化速度の変化として把握することが可能となり、電解液の減少を高い精度で求めることができる。
【００１６】
本発明の請求項３に係る発明は、請求項１〜２に記載のバッテリ用液面検知装置において、前記バッテリ使用開始当初に得た前記温度情報を基準値として記憶し、順次計測した前記温度情報を前記基準値と比較することにより、前記液面の変化を検知するものである。
【００１７】
バッテリの使用開始当初の、電解液の液面位置が規定内の十分なレベルにある状態で、例えば、使用開始後１ヶ月間のバッテリの温度変化幅の平均値を基準値として記憶し、その後１日〜１週間程度の期間ごとに温度変化幅が、前記した基準値を超えた場合、電解液の減少として検出する。これにより車両ごとでのエンジンルームの温度上昇の差、バッテリの種類の差などによる液面検知精度への悪影響をより少なくすることができる。
【００１８】
本発明の請求項４に係る発明は、請求項１〜３に記載のバッテリ用液面検知装置において、前記温度センサに加えて、前記液面の上限位置より上の部分に配置する第２の温度センサを備えたものである。
【００１９】
このような第２の温度センサを用いることにより、さらに高い精度で電解液の減少を検出することが可能となる。液面下限付近に設けた温度センサは電解液面が高い時、温度変化が緩慢になる。そのレベルをより明確に判定するために電槽の電解液上限より上の電解液の存在しない部分の温度を、第２の温度センサにより測定し、両者を比較する。より具体的には両者の温度の差があるしきい値を超えた時点で、液面が下限以下にあることを検出可能となる。
【００２０】
さらには、温度センサと第２の温度センサで得られたそれぞれの温度の変化速度、熱時定数を同時に算出して、両者を比較することによってもそれぞれの温度センサを配置した位置での液面の有無を検知できる。また、電解液の無い部分と比較することにより運転時間や周囲温度の変化などの影響を補正でき判定の精度を向上できる。
【００２１】
本発明の請求項５に係る発明は、請求項１〜４記載のバッテリ用液面検知装置において、バッテリ近傍の温度を計測する第３の温度センサを備えたものである。第３の温度センサによって得たバッテリ周囲温度の変化の影響を補正するものであり、例えば、１分間隔で計測した温度変化量が所定範囲内であるときのみに、液面検知を行なう。バッテリ周囲温度変化が急激な場合、液面検知精度が低下するため、このような状況下では液面検知を行なわないため、誤判定を防止することができる。
【００２２】
本発明の請求項６に係る発明は、請求項１〜６に記載のバッテリ用液面検知装置において、前記温度センサ及び／もしくは前記第２の温度センサの前記電槽に接触しない側面に断熱材を配置したものである。これにより、外気による影響を低減し電解液が十分存在する場合はより電解液に近い温度が、電解液が不足する場合は電槽中の空気の温度により近い温度が測定でき、液面低下による温度上昇の差が、より大きな値として検出できるため、より安定して精度の高い液面検知が可能となる。
【００２３】
本発明の請求項７に係る発明は、請求項１〜６に記載のバッテリ用液面検知装置において、前記温度情報として熱時定数を用いることを特徴とする。時間的に変化する温度センサ及び／もしくは第２の温度センサからの温度情報をその絶対温度と温度変化速度から周囲温度を予測し、熱時定数を算出する。この数値が減少することにより電解液の減少を検出する。なお請求項５に示したように外気温を第３の温度センサで測定すれば検出精度はさらに向上する。
【００２４】
本発明の請求項８に係る発明は、請求項１〜７に記載のバッテリ用液面検知装置を備えたバッテリを示すものである。
【００２５】
本発明の請求項９に係る発明は、請求項８に記載のバッテリにおいて、前記電槽の、前記温度センサ及び／もしくは前記第２の温度センサを配置する部分に、肉厚を他の部分より薄くした薄肉部を形成したことを特徴とする。このような構成により、電解液が十分存在する場合はより電解液に近い温度が、電解液が不足する場合は電槽中の空気の温度により近い温度が測定できるため、液面低下による温度上昇の度合いが大きくなるため、より電解液面の低下を精度よく検出できる。
【００２６】
本発明の請求項１０に係る発明は、請求項８〜９記載のバッテリにおいて、記電槽の薄肉部は前記温度センサ及び／もしくは前記第２の温度センサの圧入により容易に破断し該温度センサとの圧接により電解液のシールが達成されているものである。
【００２７】
例えば、温度センサ及び／もしくは第２の温度センサを耐酸性の保護スリーブに挿入し、そのスリーブを電槽の薄肉部分を破断するように圧入する。取り付け部分の外側を断熱材で覆うことにより外気による影響を低減し電解液が十分存在する場合はより電解液に近い温度が、電解液が不足する場合は電槽中の空気の温度により近い温度が測定できる。その結果、液面低下による温度挙動変化をより精度よく検知できる。
【発明の効果】
【００２８】
本発明によれば、バッテリ構造に殆ど変化を加えることなく、また、高価な感圧センサや光学検知式のフロートや、耐食性液面検知用電極などを用いることなく、汎用で安価な温度センサを電槽外壁表面に配置することにより、鉛バッテリの液面低下を精度よく判定できるという、顕著な効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
（本発明の実施形態１）
図１は、本発明の実施形態１におけるバッテリ用液面検知装置４を示す図である。バッテリ用液面検知装置４はバッテリ正極と接続するための正極接続端子１と、バッテリ負極と接続するための負極接続端子２を有する。これらの端子によって、バッテリ用液面検知装置４の動作用電源がバッテリから供給される。
【００３０】
バッテリ用液面検知装置４は、サーミスタ、熱電対等の温度センサ６を備え、温度センサ６とは接続リード線３を介して接続される。バッテリ用液面検知装置４は、ＬＥＤ表示部５を有し、ＬＥＤ表示部５によって、電解液面の状態をユーザに告知する。なお、この告知手段として、ＬＥＤでなくともよく、ＬＣＤパネル等の、他の表示デバイスや、電子音声、電子ブザー等の音声・音響デバイスを用いてもよい。
【００３１】
バッテリ用液面検知装置４には、マイコン（図示せず）、メモリ記憶装置（図示せず）、Ａ／Ｄコンバータ（図示せず）が内蔵されている。
【００３２】
図６に、バッテリ用液面検知装置４をバッテリ１０に接続した状態を示す。バッテリ用液面検知装置４は、バッテリ１０に両面テープ等で固定することができる。本発明では、温度センサ６の感温部分は、バッテリ１０の電槽１０ａの外壁において、電解液面の下限位置１０ｂ近傍に固定される。この温度センサ６の固定は、粘着テープ等を用いて行なうことができる。なお、図６では、バッテリ１０として、液式の始動用鉛バッテリを用いた例を示している。
【００３３】
図９に、本発明のバッテリ用液面検知装置４を装着したバッテリ１０を、一般的な普通乗用車に搭載してエンジンを始動させ、エンジンを２０分間連続運転したときの、バッテリ１０の電圧Ｖ、温度センサ６による電槽１０ａの外壁の電解液面の下限位置１０ｂ近傍で計測したバッテリ温度Ｔ１の時間変化を示す。
【００３４】
なお、バッテリ１０内には、電解液面が、下限位置１０ｂよりも２５ｍｍに位置する上限位置１０ｃに電解液面を有した状態と、下限位置１０ｂの５ｍｍ下方としたときの状態の２つの状態で、バッテリ温度Ｔ１を計測した。
【００３５】
エンジン始動とともに、バッテリ電圧Ｖは瞬間的に低下するものの、エンジン始動と同時に、充電が開始されるため、バッテリ電圧Ｖは上昇する。その後に現れるバッテリ電圧Ｖが低下した箇所は、エンジン停止した状態に対応する。
【００３６】
バッテリ温度Ｔ１は、エンジンからの発熱によって、エンジン始動と伴に上昇する。液面位置の差によって、バッテリ温度Ｔ１の挙動に差が生じている。電解液面が下限位置１０ｂにあるときのバッテリ温度Ｔ１の温度の時間変化量は、電解液面が下限位置１０ｂを超えた上限位置１０ｃとした場合のバッテリ温度Ｔ１の温度時間変化量よりも極めて大きい。本発明では、このような液面差による温度挙動を検出することにより、電解液面が下限位置１０ｂを下回るか否かを正確に検知することができる。
【００３７】
図１２は、電解液面の下限位置１０ｂ近傍に配置した温度センサ６によるバッテリ温度Ｔ１計測を、バッテリ１０を図６に示した状態で、一般的な普通乗用車に搭載して車両走行試験を２年間実施した結果を示す図である。
【００３８】
図１２のグラフの縦軸は、温度センサ６によって計測した液面の下限位置１０ｂ近傍のバッテリ温度Ｔ１の１０分単位の温度変化（△Ｔ１）を、横軸は、車両走行試験日数を示す。温度センサ６によってバッテリ温度Ｔ１を１分に１回測定し、１０分毎に、最大値と最小値の差を温度変化（△Ｔ１）を求め、結果をメモリ記憶装置（図示せず）に記録する。同時に、バッテリ液面の点検を行ない、温度変化（△Ｔ１）の挙動と、電解液面との関係を把握した。
【００３９】
その結果、試験開始後５１５日目以降の、電解液面が下限位置１０ｂを下回った時点で、急激に温度変化（△Ｔ１）量が増大することがわかる。本発明は、この現象を利用して液面を検知するものであり、例えば、図１２に示した例において、例えば、温度変化（△Ｔ１）による液面判定基準を１０℃とすることにより、温度変化（△Ｔ１）が１０℃以上の場合は、液面が下限位置１０ｂを下回ったと判定し、ＬＥＤ表示部５等の表示手段を用いてその旨を表示すればよい。
【００４０】
電解液が十分に電解液の下限位置１０ｂより上に有る場合は下限位置１０ｂ近傍に設けた温度センサ６によるバッテリ温度Ｔ１は電解液温度の影響を受け温度変化が緩慢になる。電解液面が下限位置１０ｂ以下になると電槽内の空気温度の影響を受け、温度変化は激しくなる。
【００４１】
本例では１０分間の温度変化（△Ｔ１）で判定を行う例を示したが、他の時間間隔を採用してもよい。なおエンジンが停止中で、バッテリ温度Ｔ１が変化しないため、電解液面位置に関係なく、温度変化（△Ｔ１）は小さな値を取り、電解液面位置が下限位置１０ｂ以上にあると誤判定する恐れがある。従って電解液面の低下を検出した後は、この検出履歴を記憶し表示し続ける必要が有る。なお、バッテリ１０内に蒸留水を補給し、液面が下限位置１０ｂ以上の位置とした場合に、表示のリセットが必要となるが、このリセット操作は、液面を点検した後に人為的に行うか、もしくは１日から２日後に再び電解液面の低下が判定されなければ、電解液面低下の表示をリセットすればよい。
【００４２】
（本発明の実施形態２）
本発明の実施形態２は、前記した実施形態１において、温度センサ６で計測した温度のデータ処理手法を変更したものである。その他は、前述の実施形態１と変わるところはない。
【００４３】
実施形態１において、液面位置の判定のパラメータとして電解液面の下限位置１０ｂに配置した温度センサ６によって計測したバッテリ１０の温度Ｔ１の所定時間内の温度変化（△Ｔ１）を採用したが、実施形態２では、液面の下限位置１０ｂに配置した温度センサ６によって計測したバッテリ１０の温度Ｔ１の変化速度（△Ｔ１／△ｈ，ｈは時間）をマイコン（図示せず）によって算出する。
【００４４】
この温度Ｔ１の変化速度（△Ｔ１／△ｈ）を、実施形態１と同様、バッテリ１０の車両走行試験中に計測した結果を図１３に示す。縦軸軸は１分間のバッテリ温度Ｔ１の変化速度（△Ｔ１／△ｈ、℃／分）を示す。横軸は車両走行試験日数を示す。図１３に示したように、電解液面が下限位置１０ｂを下回ると、バッテリ温度Ｔ１の変化速度（△Ｔ１／△ｈ）の絶対値が急激に増大することがわかる。この現象を利用し、判定基準を例えば０．１℃／分と設定しておき、この判定基準を超えるバッテリ温度Ｔ１の変化速度（△Ｔ１／△ｈ）が検出されたときは、ＬＥＤ表示部５を用いて、電解液面が下限位置１０ｂを下回った旨の表示を行なえばよい。
【００４５】
なお、バッテリ温度Ｔ１の変化速度（△Ｔ１／△ｈ）は、車両のエンジン停止中は、電解液の量によらず判定基準値未満、例えば、０．１℃／分未満の値となる。従って電解液面の低下を検出した後は、この検出履歴を記憶し表示し続ける必要が有る。なお、バッテリ１０内に蒸留水を補給し、液面が下限位置１０ｂ以上の位置とした場合に、表示のリセットが必要となるが、このリセット操作は、液面を点検した後に人為的に行うか、もしくは１日から２日後に再び電解液面の低下が判定されなければ、電解液面低下の表示をリセットすればよい。
【００４６】
（実施の形態３）
図２は、本発明の実施形態３におけるバッテリ用液面検知装置４′を示す図である。バッテリ用液面検知装置４′はバッテリ正極と接続するための正極接続端子１と、バッテリ負極と接続するための負極接続端子２を有する。これらの端子によって、バッテリ用液面検知装置４′の動作用電源がバッテリから供給される。
【００４７】
バッテリ用液面検知装置４′は、温度センサとしての温度センサ６を備え、温度センサ６とは接続リード線３を介して接続される。バッテリ用液面検知装置４′は、ＬＥＤ表示部５を有し、ＬＥＤ表示部５によって、電解液面の状態をユーザに告知する。なお、この告知手段として、ＬＥＤでなくともよく、ＬＣＤパネル等の他の表示デバイスや、電子音声、電子ブザー等の音声・音響デバイスを用いてもよい。
【００４８】
バッテリ用液面検知装置４′には、マイコン（図示せず）、メモリ記憶装置（図示せず）、Ａ／Ｄコンバータ（図示せず）が内蔵されている。
【００４９】
実施形態３において、バッテリ用液面検知装置４′は、第２の温度センサとしての第２の温度センサ６′を備える。図７に示したように、温度センサ６は、実施形態１、２と同様、電解液面の下限位置１０ｂ近傍の電槽１０ａの外壁表面に配置し、第２の温度センサ６′は、電解液の上限位置１０ｃより上部の電槽１０ａの外壁表面に固定する。
【００５０】
図７に本発明の実施形態３における液面検知装置４′をバッテリ１０に装着した状態形態を示す。バッテリ用液面検知装置４′はバッテリ１０に両面テープ等で固定することができる。温度センサ６及び第２の温度センサ６′は、粘着テープ等を用いて電槽１０ａ表面に固定できる。
【００５１】
バッテリ用液面検知装置４′を装着したバッテリ１０を、一般的な普通乗用車に搭載してエンジンを始動させたときのバッテリ電圧Ｖ、液面の下限位置１０ｂに取り付けた温度センサ６で計測したバッテリ温度Ｔ１及び液面の上限位置１０ｃより上部に取り付けた第２の温度センサ６′で計測したバッテリ温度Ｔ２の時間変化を図１０に示す。なお、バッテリ温度Ｔ１、Ｔ２は、バッテリ１０内に、電解液面が、下限位置１０ｂよりも２５ｍｍに位置する上限位置１０ｃに電解液面を有した状態と、下限位置１０ｂより５ｍｍ下方としたときの状態の２つの状態で計測した。
【００５２】
図１０に示した結果から、第２の温度センサ６′によるバッテリ温度Ｔ２の挙動は、電解液面の位置によって影響を殆ど受けずほぼ一定である。一方、温度センサ６によるバッテリＴ１の挙動は、電解液面の位置によって大きく変化し、電解液面が下限位置１０ｂ未満の場合で計測したバッテリ温度Ｔ１の温度変化が、電解液面が上限位置１０ｃの場合で計測したバッテリ温度Ｔ１の温度変化に比較して顕著に大きくなる。従って温度センサ６と第２の温度センサ６′によるバッテリ温度差（Ｔ２−Ｔ１）を監視し、この温度差（Ｔ２−Ｔ１）が０に近づくことによって、電解液面の低下を検出することができる。
【００５３】
本発明のバッテリ用液面検知装置４′を搭載したバッテリ１０を、一般的な普通乗用車に搭載して走行試験を２年間実施した。その結果を図１４に示す。温度測定は１分に１度の頻度で行い、温度センサ６と第２の温度センサ６′によって得られた２種のバッテリ温度の温度差（Ｔ２−Ｔ１）を求める。図１４における縦軸は、温度差（Ｔ２−Ｔ１）（℃）、横軸は、車両走行試験日数である。なお、同時に、液面位置の確認を行なったところ、試験開始後５１５日以降は、電解液面が下限位置１０ｂよりも下回っていた。
【００５４】
図１４より、電解液面が下限位置１０ｂを下回った時点より、温度差（Ｔ２−Ｔ１）が急激に低下していることがわかる。本実施形態では、この値の急激な低下を検知し、電解液面が下限位置１０ｂを下回ったことを検知すればよい。
【００５５】
なお、実際には、温度差（Ｔ２−Ｔ１）の判定基準値を定めておき、この基準値よりも下回った時点で、ＬＥＤ表示部５等の告知手段により、電解液面が下限位置１０ｂを下回った旨をユーザに告知すればよい。
【００５６】
なお、温度差（Ｔ２−Ｔ１）の値は、エンジン停止中にも小さくなるため、電解液面が下限位置以上の正常位置にあると誤判定する場合がある。したがって、一端、電解液面が下限位置１０ｂを下回ったことを検知した時点で、この検出履歴を記憶し表示し続ける必要が有る。なお、バッテリ１０内に蒸留水を補給し、液面が下限位置１０ｂ以上の位置とした場合に、表示のリセットが必要となるが、このリセット操作は、液面を点検した後に人為的に行うか、もしくは１日から２日後に再び電解液面の低下が判定されなければ、電解液面低下の表示をリセットすればよい。もしくは、温度センサ６と第２の温度センサ６′による２つの温度Ｔ１、Ｔ２の時間変化速度が大きいエンジン始動中に限り、電解液面位置の判定を行なってもよい。
【００５７】
（実施の形態４）
図３は、本発明の実施形態４におけるバッテリ用液面検知装置４″を示す図である。バッテリ用液面検知装置４″はバッテリ正極と接続するための正極接続端子１と、バッテリ負極と接続するための負極接続端子２を有する。これらの端子によって、バッテリ用液面検知装置４″の動作用電源がバッテリから供給される。
【００５８】
バッテリ用液面検知装置４″は、温度センサとしての温度センサ６を備え、温度センサ６とは接続リード線３を介して接続される。バッテリ用液面検知装置４″は、ＬＥＤ表示部５を有し、ＬＥＤ表示部５によって、電解液面の状態をユーザに告知する。なお、この告知手段として、ＬＥＤでなくともよく、ＬＣＤパネル等の表示デバイスや、電子音声等の音声・音響デバイスを用いてもよい。
【００５９】
バッテリ用液面検知装置４″には、マイコン（図示せず）、メモリ記憶装置（図示せず）、Ａ／Ｄコンバータ（図示せず）が内蔵されている。
【００６０】
実施形態４において、バッテリ用液面検知装置４″は、第３の温度センサとしての第３の温度センサ６″を有している。図８に示したように、温度センサ６は、実施形態１と同様、電解液面の下限位置１０ｂ近傍の電槽１０ａ表面に配置し、第３の温度センサ６″は、バッテリ１０の周囲に配置されることによって、バッテリ１０の周囲温度Ｔａと、バッテリ温度Ｔ１を計測する。
【００６１】
図１１に、本発明の実施の形態４のバッテリ用液面検知装置４″を装着したバッテリ１０を、一般的な普通乗用車に搭載してエンジンを始動させたときのバッテリ電圧Ｖと、温度センサ６によって検出されたバッテリ１０の液面の下限位置１０ｂにおけるバッテリ温度Ｔ１と、第３の温度センサ６″によって得たバッテリ１０の周囲温度Ｔａの時間変化を示す。なお、周囲温度Ｔａとバッテリ温度Ｔ１の計測は、バッテリ１０内の電解液面が、下限位置１０ｂよりも２５ｍｍに位置する上限位置１０ｃに電解液面を有した状態と、下限位置１０ｂよりも５ｍｍ下方としたときの状態の２つの状態で行なった。
【００６２】
図１１から明らかなように、電解液面位置に関係なく、周囲温度Ｔａの時間変化に殆ど差は現れない。一方、電解液面が下限位置１０ｂよりも低い位置で計測したバッテリ温度Ｔ１の変化は、電解液面が上限位置１０ｃにある状態で計測したバッテリ温度Ｔ１の変化よりも大きい。本発明では、バッテリ温度Ｔ１と周囲温度Ｔａとの温度差（Ｔａ−Ｔ１）の、電解液面位置による変動を検知して、バッテリ１０の液面位置を検知することができる。
【００６３】
また、本実施形態では、以下の手法により、バッテリ１０の電解液面位置の検出を行なうことができる。本実施形態では、バッテリ温度Ｔ１とバッテリ１０の周囲温度Ｔａを用いることによって、周囲温度Ｔａの変化にも精度よく液面位置を検出できる。
【００６４】
本実施形態の例として、周囲温度Ｔａを所定時間間隔で計測し、Ｔａ値に所定値以上の温度上昇、例えば、０．５℃／分以上の温度上昇が現れたら、エンジン始動が行なわれたと判定する。その後、周囲温度Ｔａと電解液面の下限位置１０ｂでのバッテリ温度Ｔ１の温度の差（Ｔａ−Ｔ１）が所定温度差、例えば１０℃差に到達する間の、バッテリ温度Ｔ１の温度上昇を算出する。
【００６５】
本実施形態の他の例として、周囲温度Ｔａを所定時間間隔で計測し、Ｔａ値に所定値以上の温度上昇、例えば、０．５℃／分以上の温度上昇が現れたら、エンジン始動が行なわれたと判定する。エンジン始動と判定した後、周囲温度Ｔａと、バッテリ温度Ｔ１の温度差（Ｔａ−Ｔ１）が所定温度差、例えば、１０℃差に到達した時点から所定時間、例えば１分間のバッテリ温度Ｔ１の変化速度（温度Ｔ１／分）より、数１に定義される熱時定数を求め、この熱時定数より、電解液面位置を検出することができる。
【００６６】
【数１】
2008258089.tif 000003
【００６７】
本発明の実施形態４によるバッテリ用液面検知装置４″を搭載したバッテリ１０を、一般的な普通乗用車に搭載して車両走行試験を２年間実施した。その間前記したバッテリ温度Ｔ１の温度上昇と、熱時定数を求めた。なお、いずれも同一の車両走行試験において求めた値であり、試験開始５１５日で、電解液面が下限位置１０ｂまで低下した。これらの結果を図１５及び図１６に示す。
【００６８】
図１５は、縦軸を温度上昇量（℃）、横軸を車両走行日数としたものである。図１６は、縦軸は熱時定数（分）、横軸を車両走行日数としたものである。電解液面が下限位置から低下することにより、温度上昇量は急激に増加し、熱時定数は急激に低下するため、それぞれの判定基準値を予め設定しておき、この判定基準値との比較によって、電解液面位置検知を行なうことができる。なお、本実施形態においても、エンジン停止中は、電解液面の誤判定が生じるため、エンジン動作中でのみ電解液面判定を行ない、エンジン停止中は、その判定結果を履歴として保持することは言うまでもない。
【００６９】
なお、温度上昇量による検知と、熱時定数による検知をそれぞれ単独で行なってもよく、併用してもよい。
【００７０】
実施形態４では、周囲温度Ｔａを加味するため、外気温度の季節変動によって周囲温度Ｔａが変化した場合でも電解液面位置の精度が低下しないため、好ましい。
【００７１】
上記の各実施形態において、温度センサ６、第２の温度センサ６′及び第３の温度センサ６″は、温度検知素子であればよいので、温度センサ以外の、熱電対等の温度検知素子を用いてもよい。
【００７２】
また、温度センサ６は電槽１０ａの外壁表面の電解液の下限位置１０ｂ近傍に配置するが、下限位置１０ｂから上限位置１０ｃの間に温度センサ６を追加的に配置してもよい。このような、場合、電解液面が上限位置１０ｃと下限位置１０ｂの間のどの位置にあるのかを検知でき、好ましい。
【００７３】
さらに、始動用鉛蓄電池では、複数セルが一体となったモノブロックタイプのものが用いられており、セル毎に液面管理の必要があるため、上記した各実施形態における温度センサ６、第２の温度センサ６′をセル毎に設けることにより、セル間の電解液ばらつきも検出でき、より好ましい。
【００７４】
また、上記した各実施形態において、図４に示すように、温度センサ６及び／もしくは第２の温度センサ６′を電槽１０ａ面に接して配置するに際し、温度センサ６及び／もしくは第２の温度センサ６′の電槽１０ａに接触しない側面に断熱材７を配置する。
【００７５】
断熱材７により、バッテリ温度Ｔ１及び／もしくはバッテリ温度Ｔ２を、バッテリ１０の周囲温度Ｔａの影響を受けることなく、計測可能となるため、液面の検知精度をより高めることができる。また、断熱材７の電槽１０ａへの対向面に粘着剤を配置することにより、断熱材７を、温度センサ６及び／もしくは第２の温度センサ６′のバッテリへの固定用部材として兼用することができ、好都合である。
【００７６】
さらに、上記の各実施形態において、電槽１０ａの、温度センサ６及び／もしくは第２の温度センサ６′を部分に、電槽１０ａの肉厚を他の部分より薄くした薄肉部１０ｄを形成することができる。薄肉部１０ｄに温度センサ６及び／もしくは第２の温度センサ６′を配置することにより、電解液もしくはバッテリ内部の空間部の温度をより周囲温度Ｔａの影響を受けにくい条件で測定できるため、好ましい。上記した本発明の各実施形態では、電解液の有無による熱容量差に基いてその位置での電解液の有無を検出するため、なるべく電解液に近接した位置で温度測定を行なうことが、液面位置を正確に検知するためにより好ましい。
【００７７】
さらに、上記の実施形態において、電槽１０ａに温度センサ６及び／もしくは第２の温度センサ６′がスリーブ８を介して圧入された構造とする。
【００７８】
この構造は、図５に示したように、温度センサ６及び／もしくは第２の温度センサ６′をスリーブ８に挿入した後、スリーブ８と温度センサ６及び／もしくは第２の温度センサ６′との間の空間に樹脂９を充填し、封止する。
【００７９】
スリーブ８を電槽１０ａの所定の位置に圧入する。このような構造によれば、温度センサ６及び／もしくは第２の温度センサ６′をバッテリ１０内で固定できるため、バッテリ内部の電解液や、空間部の温度をより周囲温度の影響を受けにくい条件で測定することができ、液面の検知精度を高める目的において好ましい。
【００８０】
前記した各実施形態において、電解液が十分にある状態と下限位置１０ｂ以下の状態の比較で説明したが、各実施形態における判定基準値は、バッテリの形状や車両への搭載され方で変化する。したがって、バッテリ１０の使用開始当初（使用開始から１〜２ヶ月程度）で、各判定パラメータ（温度変化（△Ｔ１）、変化速度（△１Ｔ／△ｈ）、温度差（△Ｔ２−Ｔ１）、バッテリ温度Ｔ１の温度上昇、熱時定数）の初期値を求めこれに一定の係数を乗じて判定基準値を算出することができる。
【００８１】
なお、バッテリ液面検知装置４，４′，４″をバッテリ１０に装着した例を示したが、互いに離間した位置に設置することも、勿論可能である。
【００８２】
なお、温度センサ６を電槽１０ａの外壁表面における電解液面の下限位置近傍としたが、電解液面が下限位置以上にある状態と、下限位置未満にある状態の、バッテリ熱容量の差によって生じる温度挙動差を検出できる範囲内の近傍に設定する。実際には、下限位置１０ｂ近傍の様々な位置に温度センサ６を配置し、実際の温度計測を行うことによって、温度センサ６と下限位置１０ｂ間の距離別に各判定パラメータの判定基準値を実験によって決定付け、温度センサ６の位置を、電解液面位置の低下を十分な検出精度で得られる範囲内の下限位置１０ｂ近傍に設定すればよい。
【００８３】
なお、温度センサ６及び第２の温度センサ６′を電槽１０ａの外壁に設けた例を示したが、例えば、図１７に示したように、電槽１０ａを覆う蓋１０ｅより、中空の筒部１０ｆを垂下させて設け、この筒部１０ｆを電解液面の下限位置１０ｂ近傍に位置させた上で、筒部１０ｆ内に温度センサ６を配置してもよい。
【００８４】
また、第２の温度センサ６′についても同様に、蓋１０ｅより、中空の第２の筒部１０ｆ′を垂下させて設け、この第２の筒部１０ｆ′内に第２の温度センサ６′を配置してもよい。
【００８５】
以上、本発明によれば、本発明は、鉛バッテリの内部構造を大幅に変更することなく、低コストで、精度が良好な鉛バッテリの電解液の液面検知装置と、この液面検知装置を備えた鉛バッテリを提供することができるという、顕著な効果を奏する。
【産業上の利用可能性】
【００８６】
本発明は、始動用鉛蓄電池をはじめとする、各種の鉛バッテリの液面検知に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００８７】
【図１】本発明のバッテリ用液面検知装置を示す図
【図２】本発明の他のバッテリの液面検知装置を示す図
【図３】本発明の他のバッテリの液面検知装置を示す図
【図４】電槽と温度センサの配置状態を示す図
【図５】電槽と温度センサの他の配置状態を示す図
【図６】本発明のバッテリ用液面検知装置をバッテリに装着した状態を示す図
【図７】本発明の他のバッテリ用液面検知装置をバッテリに装着した状態を示す図
【図８】本発明の他のバッテリ用液面検知装置をバッテリに装着した状態を示す図
【図９】エンジン始動時のバッテリ温度の経時変化の一例を示す図
【図１０】エンジン始動時のバッテリ温度の経時変化の他の一例を示す図
【図１１】エンジン始動時のバッテリ温度の経時変化の他の一例を示す図
【図１２】車両走行試験におけるバッテリ温度変化を示す図
【図１３】車両走行試験におけるバッテリ温度変化速度を示す図
【図１４】車両走行試験におけるバッテリ温度の測定部位による差を示す図
【図１５】車両走行試験におけるバッテリの温度上昇パラメータの変化を示す図
【図１６】車両走行試験における熱時定数の変化を示す図
【図１７】温度センサ及び第２の温度センサを蓋に配置した状態を示す図
【符号の説明】
【００８８】
１      正極接続端子
２      負極接続端子
３      接続リード線
４，４′，４″  バッテリ用液面検知装置
５      ＬＥＤ表示部
６      温度センサ
６′    第２の温度センサ
６″    第３の温度センサ
７      断熱材
８      スリーブ
９      樹脂
１０    バッテリ
１０ａ  電槽
１０ｂ  下限位置
１０ｃ  上限位置
１０ｄ  薄肉部
１０ｅ  蓋
１０ｆ  筒部
１０ｆ′第２の筒部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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