(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
蓄電池が無負荷状態とされている際に、一つ又は複数のバッテリセルを分路させる手段を用いて、各セルのインピーダンスと充電状態を測定し、蓄電池を健全な状態に保持する方法において、
蓄電池が無負荷状態であるときに、バッテリセルの一つ又はそれ以上を、電流発生器（６．８）を介して、或いは、スイッチと抵抗器（７）を介して分路させ、残りのバッテリセルを分路させずに置き、
分路期間中、分路されていないバッテリセルの個々のセル電圧を継続的に読取ることで、そのセルの電圧変化を測定し、
その電圧変化に基づいて、分路されていないバッテリセルの一つ又はそれ以上が、均等電圧を取得するように制御する
ことを特徴とする前記した蓄電池を健全な状態に保持する方法。
【請求項２】
２つ又はそれ以上の電流発生器か、少なくとも２つのスイッチ及び抵抗器を、蓄電池の両極と、バッテリセル同士の接続点との間に介在させ、電流発生器又はスイッチによって蓄電池の個々のセルを択一的に分路可能にしたことを特徴する請求項１記載の方法。
【請求項３】
充電電圧が低いと検出されたセルが、完全に充電されるまで、或いは継続的な充電が必要である旨の警告が与えられるまで、充電電圧状態の測定期間、及び相互の充電電圧の均等化を図る期間の切り換えサイクルを繰り返すことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
技術分野
本発明は、蓄電池を健全な状態に制御する方法に関するもので、インピーダンスおよび／または蓄電池のセルの充電電圧状態を測定するのに使用される。
発明の背景
蓄電池は、ブレークダウンが起こった場合に、重要なシステムにおいてエネルギーの供給を確保するために用いられる。こうしたシステムとしては、例えば、交通関係の安全設備、病院や照明のバックアップシステムにおける緊急設備などが挙げられ、エネルギー発生や配電の安全設備、コンピュータ、電気通信に使用される設備に用いられる。
蓄電池の状態は、定期的な整備で確保されている。年に２回〜４回実行される通常の整備方法では、充電器側を遮断した状態におけるセルの電圧と比重とを測定ずる。負荷試験は、１〜３年に１回行われる。また、蓄電池の接続および内部の腐食が、通常、インピーダンスおよびコンダクタンスの計測によって測定される。弁調整式鉛蓄電池（Valve Regulated Lead Acid Batteries）を使用する場合は、セル電圧の不均一性という困難が伴う。さらなる困難としては、電圧の上昇を引起すセルの乾燥という問題があり、これは、電圧の低下を引起す硫酸化を行うことで中和される。従って、電圧の測定は必ずしも蓄電池が健全な状態であるかを語るものではない。インピーダンスおよびコンダクタンスを測定することが、通常の整備方法として使用されているが、これらの測定と蓄電池の状態とを対比しても１００パーセントとは言えない。加えて、同じ列（same series）のセルにさえ生じる大きな誤差と強い温度係数とが判読を困難なものとしている。
弁調整式鉛蓄電池においては、ガス電圧と温度との不調和（negative coefficient）によって引起される熱暴走とも呼ばれるものが、特に補償温度が欠如した、古くて安価な充電器を使用している場合に大きな問題となる。
定期的に行われる負荷試験によって、蓄電池が健全な状態かどうかを確認する。インピーダンスの上昇を比較することで、テストの間隔が延びる場合がある。
通常の４線式システム（電流用と電圧用にワイヤを区別）を用いてインピーダンスとコンダクタンスを測定する場合、カバーを外すことが必要になる。電流プローブと電圧プローブの両方を同時にうまく接続させることは、困難を伴う。プローブが酸化鉛表面に突き刺さらない場合は、酸化鉛表面（oxygated lead surface）は、不正確な測定の要因となり得る。
米国特許第５、２１４、３８５は蓄電池の状態を調べる方法を提案していて、蓄電池の充電状態が別個の電源を用いて測定される。この場合、測定は蓄電池の全電圧および負荷電圧に影響する。この調査方法では、インピーダンスは測定されない。一方、以下の説明から明らかなように、本発明で使用される方法は別個の電源を必要とせず、それにより、測定が蓄電池の全電圧にも、負荷電圧にも影響することはない。さらに、本発明の方法によれば、充電電圧のみの測定も、インピーダンスと併せての測定が可能となる。
セルが充電される場合、電気エネルギーが化学反応に使用され、硫酸鉛は酸化鉛および鉛となる。セルが完全に充電されると、エネルギーは水を分解するのに使用される。電極付近に生成するガスは、セル電圧を上昇させる代わりに、無負荷電流を低下させる。蓄電池の全電圧が一つのレベルに調整され（据置鉛蓄電池では通常、セル当たり２．２３ボルト）、最悪のセルでさえ、完全に充電された状態となる。実際に、これはセルの寿命を短くする継続的な過充電を意味する。
発明の開示
そこで、本発明の目的の１つは、蓄電池が健全な状態であるかを追求するのに使用できる方法、特に、インピーダンスの測定および／またはセルの充電状態の測定に基づく内部腐食の測定に使用できる方法を提供することにある。
この目的は、以下に詳述する方法によって達成される。本発明のもう１つの目的は、通常使用される充電電圧より幾分低い電圧を用いてバッテリセルの充電状態を維持できる方法を提供することにある。これは、セルの過充電を防止し、セルの寿命を延ばすことになる。この目的も、以下に詳述される方法によって達成される。
本発明をブロック図で示した添付の図面に言及しながら、以下に、本発明の実施例を説明する。
実施例
無負荷充電において、セル１２〜２０を含む蓄電池が充電器１に接続される。セル１２〜１５は電流発生器６により、セル１６〜２０は電流発生器８により、それぞれ分路させることができる。無負荷充電において、いくつかのセルを分路させた場合、それらのセル電圧は低下し、一方、その他のセル電圧は上昇する。蓄電池の全電圧は変化しない。分路切替をオンにすることから生じるセル電圧の変化を測定することにより、セルのインピーダンスが明らかになる。多くの分路期間（numerous shuntperiods）中に、サンプリングを行って電圧変化を追跡すれば、セルの電圧および充電状態が明らかになる。
保護抵抗器５と９は、最大充電時の短絡に耐えるよう計算されている。電流の分路抵抗器７は、電流発生器の精度を低下させる恐れを気にしなければ、必ずしも必要ではない。電流発生器６、８を用いる代わりに、リレー式制御スイッチを使用することも可能である。バッテリは２個以上の分路ブロックにも分割されよう。一方、本発明は、単一の分路ブロック態様として使用できる。
本発明の基本原理は、単一または複数のセルを、電流発生器６、８によって分路し、セル電圧の変化で充電状態を読み取ろうというものである。各分路期間中、多数のサンプリングが行われる。分路期間中のサンプリング頻度は、例えば３Ｈｚである。
本発明に基づく方法では、現場操作或いは遠隔制御によってインピーダンスを測定し、単一のセルあるいはセルブロック全体の充電電圧状態を解明することが可能である。固定された電流発生器６、８は、均等な電圧を付与するのに用いることができる。プロセッサ１０は信号処理を実行し、測定によって充電電圧状態を解明し、電流発生器をオンに切替えるか、あるいは充電されないセルを分路するよう切替える。この手法では、蓄電池が正しい充電電圧状態に保たれる。継続的な充電が必要と検知された場合は、プロセッサがアラーム出力を介して警告を発する。充電電圧の低いセルを検出した場合は、電流発生器６，８の何れかを一定時間（例えば１０分間）オン状態にしておくことが可能で、繰返して充電電圧状態を測定し、セルが完全に充電されるまで、そのサイクルを繰り返すことができる。この手法においては、継続的な過充電を防止することができる。
読取り信号は、マルチプレクサ／ＡＤ変換器１１を介してプロセッサ１０に送られる。本発明の方法は、モデム３を介して遠隔監視装置に接続可能である。あるいは、モデムコネクタを介して、情報がデータ収集装置へダウンロードされる。ここでは、充電電圧に付随する測定結果や情報が保存される。ネットワークがブレークダウンした場合は、時間、持続時間および（電圧、電流、温度などの）測定値が自動的に蓄えられる。
電流発生器６、８と、マルチプレクサ／ＡＤ変換器１１と、プロセッサ１０とがデータ収集装置内に配線される。この結果、無負荷電流と、セル電圧と、インピーダンスと、充電電圧状態とがデータ収集装置に集められる。もっとも単純な態様では、別個の電流発生器が一対とプローブを備えたデータ収集装置が使用されよう。
全てのセルが電流発生器６、８によって完全に充電された状態に保たれるので、充電器１の電圧は低いレベルに調整されよう。過充電による熱暴走が起きないので、弁調整式鉛蓄電池に古い充電器を使用することも可能である。
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