(57)【要約】【課題】非常用電源、無停電電源、操作用電源などに使用される蓄電池の診断を行うため。【解決手段】被診断蓄電池５の端子間に接続され、診断に必要な放電電流を制御する電流制御部４と、前記被診断蓄電池５からの放電電流を検出・測定する電流検出部１と、前記被診断蓄電池５の端子電圧を検出・測定する電圧検出部２と、前記電流検出部１及び電圧検出部２にて検出した電流値、電圧値を保存する電圧電流値記憶部３ｄを有する主制御部３とからなること。前記被診断蓄電池５から短時間、診断に必要な電流を放電させ、該放電時及び放電終了後の設定された時間、前記被診断蓄電池５の放電電流、放電時及び放電終了後の回復時のそれぞれの端子電圧を時間の経過とともに複数回測定するように前記主制御部３にて制御すること。【選択図】　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被診断蓄電池の端子間に接続され、診断に必要な放電電流を制御する電流制御部と、前記被診断蓄電池からの放電電流を検出・測定する電流検出部と、前記被診断蓄電池の端子電圧を検出・測定する電圧検出部と、前記電流検出部及び電圧検出部にて検出した電流値、電圧値を保存する電圧電流値記憶部を有する主制御部とからなり、前記被診断蓄電池から短時間、診断に必要な電流を放電させ、該放電時及び放電終了後の設定された時間、前記被診断蓄電池の放電電流、放電時及び放電終了後の回復時のそれぞれの端子電圧を時間の経過とともに複数回測定するように前記主制御部にて制御することを特徴とする蓄電池診断装置。
【請求項２】
請求項１において、前記放電終了後の回復時に測定した端子電圧の電圧値及び測定した電流値から内部抵抗を演算する機能を前記制御部に有することを特徴とする蓄電池診断装置。
【請求項３】
請求項１又は２において、前記電流制御部と直列に逆流防止ダイオードを接続したことを特徴とする蓄電池診断装置。
【請求項４】
請求項３において、前記逆流防止ダイオードとしてＭＯＳＦＥＴを使用したことを特徴とする蓄電池診断装置。
【請求項５】
請求項１，２，３又は４において、前記電流制御部を半導体と抵抗により構成することを特徴とする蓄電池診断装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、非常用電源、無停電電源、操作用電源などに使用される蓄電池の診断を行うための蓄電池診断装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、蓄電池の能力を判断するためには、実際に放電をさせる方法が最も有効とされ、実負荷、もしくはそれに該当する模擬負荷を準備して長時間の放電を行うため、結果の精度は高いが、長時間かかることがあるとか、実際の負荷運用中にはそのような試験が行えないなどの問題があった。これらを解消するため、内部抵抗を測定する方法も提案されている。さらに短時間放電時の端子電圧の変化から診断する方法も用いられている。
【０００３】
【特許文献１】
特開平１１−６４４７２号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
蓄電池の能力を簡便に調べる方法としては、内部抵抗を測定する方法、短時間の放電を行う方法が現時点では実施されているが、前者は比較的微少な電流、電圧で測定を行うため、蓄電池の運用中に測定する際、誤差が大きく出やすいなどの間題がある。後者については、上記特許文献１のバッテリー診断装置も存在する。この場合、蓄電池から短時間といえども放電させるので診断精度はある程度信頼性は高いが、まだ必ずしも満足できるものではない。特に、正負を間違える誤接続の場合に電流制御部に使用される半導体の持つダイオードを通して制御されない電流が流れることを防ぐため、機械的な接点を持つ電磁接触器（断路器）が用いられているが、装置の大型化、接点の信頼性低下、また駆動用電力をまかなうための診断装置の電源容量増大などの間題がある。さらに、精度が高く、且つ安価なバッテリー診断装置が要望されている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
そこで、発明者は上記課題を解決すべく鋭意，研究を重ねた結果、本発明を、被診断蓄電池の端子間に接続され、診断に必要な放電電流を制御する電流制御部と、前記被診断蓄電池からの放電電流を検出・測定する電流検出部と、前記被診断蓄電池の端子電圧を検出・測定する電圧検出部と、前記電流検出部及び電圧検出部にて検出した電流値、電圧値を保存する電圧電流値記憶部を有する主制御部とからなり、前記被診断蓄電池から短時間、診断に必要な電流を放電させ、該放電時及び放電終了後の設定された時間、前記被診断蓄電池の放電電流、放電時及び放電終了後の回復時のそれぞれの端子電圧を時間の経過とともに複数回測定するように前記主制御部にて制御する蓄電池診断装置としたことにより、装置の小型化が実現し、接点の信頼性が向上し、また駆動用電力をまかなうための診断装置の電源容量縮小等の利点があり、さらに、測定精度が高く、且つ安価な装置を提供でき、前記課題を解決したものである。
【０００６】
また、前述の構成において、前記放電終了後の回復時に測定した端子電圧の電圧値及び測定した電流値から内部抵抗を演算する機能を前記制御部に有する蓄電池診断装置としたことにより、端子電圧測定と同時に内部抵抗測定ができる利点もある。さらに、前述の構成において、前記電流制御部と直列に逆流防止ダイオードを接続した蓄電池診断装置としたり、或いは前記逆流防止ダイオードとしてＭＯＳＦＥＴを使用した蓄電池診断装置としたことにより、駆動電力の削減、装置の小型化ができ、信頼度が向上した。また、前述の構成において、前記電流制御部を半導体と抵抗により構成する蓄電池診断装置としたことにより、半導体の責務を下げることができる。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について図面に基づいて説明する。図１は本発明の第１の実施形態の構成を示すブロック図である。同図において、１は閉回路ａに直列に設けられた放電電流を検出・測定する電流検出部、２は前記閉回路ａに並列に設けられた端子電圧を検出・測定する電圧検出部である。３は主制御部であって、オン・オフ制御部３ａと、電流設定部３ｂと、電流演算制御部３ｃと、電圧電流値記憶部３ｄとで構成され、中央処理装置（ＣＰＵ）にて制御されるように構成されている。４は前記閉回路ａに直列に設けられた電流制御部、５は被診断蓄電池であって、前記閉回路ａの端部に設けた電流検出端子６，６及び電圧検出端子７，７にて診断される。
【０００８】
前記主制御部３には、前記電流検出部１にて計測された電流に関する信号と、前記電圧検出部２にて測定された電圧に関する信号とが入力されるように構成されている。前記オン・オフ制御部３ａにて放電時間対してのオン・オフの制御時間が制御され、且つ放電終了後から回復するまでの所望時間が制御されるように構成されている。前記電流設定部３ｂにより放電電流値の設定を行うように入力可能に構成されている。さらに、電流演算制御部３ｃにて電流検出部１からのフィードバック値と演算して所定電流値となるように制御され、該制御された信号にて電流制御部４を駆動させて放電電流を閉回路ａに出力するものである。その放電開始後の電圧、放電停止後の所定期間の電圧は電圧検出部２で測定され、その値は電圧電流値記憶都３ｄに記憶されるように構成されている。
【０００９】
以上のように、主制御部３は内部のオン・オフ制御部３ａから放電時間及びび放電終了後の所定時間が設定され、電流設定部３ｂにより放電電流の設定を行い、電流演算制御部３ｃで電流検出部１からのフィードバック値と演算しながら電流制御部４に指令を与えることで、被診断蓄電池５は定められた時間、放電をするとともに放電開始後の電圧および放電停止後の所定期間の電圧は電圧検出部２で測定され、その値は電圧電流値記憶都３ｄに記憶されるものである。電流値の設定は前記主制御部３に接続された入力手段３ｅとしての、例えば、テンキーパッドにて行う。
【００１０】
第６図は本発明の蓄電池診断装置で測定された被診断蓄電池５の端子電圧の時間的推移をグラフにしたものである。ｔ１　からｔ２　の時間は被診断蓄電池５が放電している期間で、ｔ２　からｔ３　は放電を終了した後の期間である。放電終了直前の電圧をＶａ、直後の電圧をＶｂで表している。
【００１１】
被診断蓄電池５の放電能力低下としては起電力そのものが低下することと内部抵抗の増大がある。両方とも放電時に端子電圧の低下をもたらすので、蓄電池からの短時間の放電でこれらを確認できる。しかし、本発明ではさらに放電終了後の電圧の測定をも行うものである。特に、第５図に示したグラフは、被診断蓄電池５から放電および放電終了後の端子電圧の推移を示す。ｔ１　は放電開始の時刻、ｔ２　は放電終了の時刻を示す。放電を終了させると端子電圧は急激にある値まで上昇し、その後なだらかな曲線で端子電圧が変化する。急激な電圧上昇分をそれまで放電させていた電流値で除すれば近似的に内部抵抗の値が得られる。
Ｒｉ＝（Ｖｂ−Ｖａ）／Ｉ
ここでＲｉ：内部抵抗、Ｉ：放電電流、Ｖａ：放電終了直前に測定した蓄電池端子電圧Ｖｂ：放電終了直後に測定した蓄電池端子電圧である。
【００１２】
また、瞬時に復帰したある値がその時点での被診断蓄電池５の起電力にほぼ等しい。従来の短時間放電による蓄電池診断装置は放電時の端子電圧を測定しているが、放電を停止したあとも引き続き端子電圧を測定することで、起電力の状況と内部抵抗による影響を分離して把握することが可能になり、従来行われている短時間放電による端子電圧測定と内部抵抗測定を同時に行うことができる。さらに放電終了後の電圧の上昇の状況が確認でき、これが被診断蓄電池５の診断に役立つ。これらにより蓄電池の劣化診断の精度を従来の方法より格段に高めることが可能である。なお、第８図に示すグラフは、従来のもので放電電流のみの時間ｔ１　からｔ２　までの測定であり、回復電圧の測定は存在しない。
【００１３】（この箇所は、正確な作用を記載する必要があります）
次に、本発明の診断開始からデータ登録までの操作手順について、図２に示すフローチャートに基づいて説明する。図において細枠は操作者が行うもので、太枠は診断装置が自動的に行う動作である。診断装置の電源が投入され、被診断蓄電池５の端子部５ａ，５ｂに電流測定端子６，６及び電圧測定端子７，７を接続し、端子間の極性および電圧範囲を自動的に確認する。そして、被診断蓄電池５の診断に必要な一定電流に制御しつつ，短時間の放電停止を行いその電圧と電流とから，または回路抵抗値が一定となるように電流制御しつつ，短時間の放電停止を電流制御部にて行う。その電圧と電流とから，被診断蓄電池の状況診断を行うものである。
【００１４】
次に、本発明の診断開始からデータ登録までの操作手順について、図２に示すフローチャートに基づいて説明する。図において細枠は操作者が行うもので、太枠は診断装置が自動的に行う動作である。診断装置の電源を投入する（Ｓ１参照）。蓄電池から放電させる電流値をテンキーパッドなどから入力、設定する（Ｓ２参照）。そして電流測定端子６，６及び電圧測定端子７，７を被診断蓄電池５ａに接続し（Ｓ３参照）、準備完了確認用押ボタンを押す（Ｓ４参照）。電流測定端子６，６及び電圧測定端子７，７が正常に接続されていることを確認する（Ｓ５参照）。正常でない場合（ＮＯ）には、アラームが鳴り（Ｓ６参照）、測定を阻止して（Ｓ７参照）、Ｓ３の手前に戻る。また、Ｓ４において、正常の場合（ＹＥＳ）には、準備完了を表示し（Ｓ８参照）、診断の測定を開始する（Ｓ９参照）。
【００１５】
すると、電流制御部４の半導体導通が開始し、被診断蓄電池５から設定された電流を放電させる（Ｓ１０参照）。前記被診断蓄電池５からの放電電流及び電圧は測定され、診断装置のメモリに記憶される（Ｓ１１参照）。電流制御部４の導通が終了し、被診断蓄電池５の放電は終了する（Ｓ１２参照）が、電圧の測定は継続し、データはメモリに記憶される（Ｓ１３参照）。一定時間後、測定は終了し（Ｓ１４参照）、放電時・放電終了後の電圧・電流測定データから内部抵抗を演算し、メモリに記憶する（Ｓ１５参照）。このとき、測定された電圧、電流及び演算された内部抵抗の値をパネルに表示する（Ｓ１６参照）。確認して（Ｓ１７参照）、次の蓄電池の測定への移行を指示することで測定が完了する（Ｓ１８参照）。
【００１６】
本発明の第２の実施形態としては、構造的には第１の実施形態と同様であるが、従来往々にして測定時に誤って逆接統することにより異常な電流が流れることがあったが、これを防止した構成であり、第３図に示すように逆流防止ダイオード８を回路に直列に接続したものである。特に、従来の短時間放電を利用した診断装置の特許文献１では、測定する際の逆接続により制御されない電流が流れることを防止するため、回路中に接点を有する電磁接触器（断路器等）等を使用していたが、本発明では逆流防止ダイオードを用いることで駆動電力の削減、装置の小型化が実現し、信頼度が向上した。
【００１７】
図４に示したものは、第２の実施形態（図３参照）の変更例であって、逆流防止ダイオード８としてＭＯＳＦＥＴを使用したものであり、他の構成は第２実施形態と同一であり、説明を省略する。ＭＯＳＦＥＴはゲートに信号を入れた状態でソースからドレインに電流を流すとＭＯＳＦＥＴでの電圧降下が一般のダイオードより低くなる特性があり、これを本装置の逆流防止ダイオード８として使用することで、本装置内での電圧降下を減少させることが可能になる。
【００１８】
第３の実施形態としては、図５に示すように、電流制御部４を半導体素子４ａのみではなく、抵抗４ｂを直列に接続することで半導体素子４ａの責務を下げるためのものである。特に被診断蓄電池５の電圧が高い場合、例えば、６Ｖ、１２Ｖなどではきわめて有効な手段である。
【００１９】
第１実施形態乃至第３実施形態において、本発明の装置に記憶されたデータはデータ伝送回路を通してＰＣ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ　Ｃｏｍｐｕｔｅｒ）、メモリーカードなどに取り込むことができる。さらにＰＤＡ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ　Ｄｉｇｉｔａｌ　Ａｓｓｉｓｔａｎｔ）　に取り込むことも可能である。さらに、データ伝送の方式としてＲＳ２３２Ｃ、赤外線によるものを使用することで容易に確実にデータの取り込みが可能となる。さらに、本発明の装置において、浮動充電電圧を測定・記録する機能を有するように構成することもある。
【００２０】
【実施例】
そこで、実施例として、被診断蓄電池５を直列に５４個接続した場合の測定結果であって、前記主制御部３からの出力によって、ＰＣ等の表示部に表示される一例として、図７および図８に示すようなグラフがある。この場合、図７では、浮動電圧Ｖｆ、放電終了直前の電圧Ｖａ、放電終了直後の電圧Ｖｂである。また、図８では前記ＶｂとＶａの差を放電電流Ｉで除することにより得られる内部抵抗である。図７から全体の内の３８、５１番目の被診断蓄電池５の放電終了直前の電圧Ｖａが他のものより低いことがわかる。同じ電流を同じ時間放電させた際、容量が低下している被診断蓄電池５はその端子電圧がより低い値を示す。したがってこの２個の被診断蓄電池５は容量低下を来していることが理解できる。また、これらの２個の被診断蓄電池５のみ交換すれば、他の被診断蓄電池５は使用に耐えうることができ、設備費等の大幅な節約が可能である。
【００２１】
図７では３８、５１番目の被診断蓄電池５の放電終了直前の電圧Ｖａが低く、容量が低下していることが理解できる。しかし、図８からは５１番目のみ内部抵抗が増加していることがわかる。図７から３８番目の被診断蓄電池５の放電終了直後の電圧Ｖｂが他のものより低いことから起電力が低下していることが理解できる。つまり、放電終了直後の電圧Ｖｂを測定することによって、３８番目の被診断蓄電池５は起電力低下によって劣化して容量低下していることが判るし、５１番目の被診断蓄電池５は内部抵抗増加によって容量低下していることが判る。このように、放電終了直前の電圧が低下することで判明する容量低下の原因を、内部抵抗の増加、起電力の低下に分離して理解することできる。
【００２２】
【発明の効果】
請求項１の発明においては、断路器等を構成要素としないために、装置の小型化、接点の信頼性向上、また駆動用電力をまかなうための診断装置の電源容量縮小等の利点がある。特に、本発明では、該放電時及び放電終了後の設定された時間、前記被診断蓄電池の放電電流、放電時及び放電終了後の回復時のそれぞれの端子電圧を時間の経過とともに複数回測定するように前記主制御部にて制御する蓄電池診断装置としたことにより、被診断蓄電池５の容量低下の原因につき、内部抵抗の増加、起電力の低下に分離して理解することができ、被診断蓄電池５の診断に大きく役立つものにできる。
【００２３】
また、請求項２の発明では、端子電圧測定と同時に内部抵抗測定ができるし、請求項３及び４の発明では、駆動電力の削減、装置の小型化が実現し、信頼度が向上した。さらに、請求項５の発明では、電流制御部４の半導体素子４ａの責務を下げることができる利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態のブロック図
【図２】本発明の第１の実施形態のフローチャート
【図３】本発明の第２の実施形態のブロック図
【図４】図３の逆流防止ダイオード箇所の構成図
【図５】本発明の第３の実施形態の要部構成図
【図６】本発明による放電時及び放電終了後の回復時の端子電圧の測定グラフ
【図７】本発明の実施例による放電時及び放電終了後の回復時の端子電圧の測定データ
【図８】本発明の実施例による被診断蓄電池の内部抵抗の測定データ
【図９】従来装置による放電時のみの端子電圧の測定グラフ
【符号の説明】
１…電流検出部
２…電圧検出部
３…主制御部
３ｄ…電圧電流値記憶部
４…電流制御部
５…被診断蓄電池
８…逆流防止ダイオード
【図１】
2004144621.tif 000003
【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】
2004144621.tif 000009
【図８】
2004144621.tif 000010
【図９】
2004144621.tif 000011
【手続補正書】
【提出日】平成15年10月22日(2003.10.22)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１３】
次に、本発明の診断開始からデータ登録までの操作手順について、図２に示すフローチャートに基づいて説明する。図において細枠は操作者が行うもので、太枠は診断装置が自動的に行う動作である。診断装置の電源が投入され、被診断蓄電池５の端子部５ａ，５ｂに電流測定端子６，６及び電圧測定端子７，７を接続し、端子間の極性および電圧範囲を自動的に確認する。そして、被診断蓄電池５の診断に必要な一定電流に制御しつつ，短時間の放電停止を行いその電圧と電流とから，または回路抵抗値が一定となるように電流制御しつつ，短時間の放電停止を電流制御部にて行う。その電圧と電流とから，被診断蓄電池の状況診断を行うものである。