JPH0723906B2 - 蓄電池監視装置 - Google Patents

蓄電池監視装置

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JPH0723906B2
JPH0723906B2 JP61027827A JP2782786A JPH0723906B2 JP H0723906 B2 JPH0723906 B2 JP H0723906B2 JP 61027827 A JP61027827 A JP 61027827A JP 2782786 A JP2782786 A JP 2782786A JP H0723906 B2 JPH0723906 B2 JP H0723906B2
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    • G01R19/00Arrangements for measuring currents or voltages or for indicating presence or sign thereof
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Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] この発明は、蓄電池の保有電気量の演算計測における積
算誤差を、効率良く且つ蓄電池の寿命を損なうことなく
自動補正できる蓄電池監視装置に関するものである。
[従来の技術] 一般に蓄電池は、過充電又は過放電を繰り返せば寿命が
低下し、又、過充電は電力損失及び電解液の減少を招
き、過放電は著しい電圧低下を招く。従って、これを防
ぐため、蓄電池の充電限界及び放電限界を検出し、この
限界内で蓄電池を運用することが要求されている。
第3図は従来の蓄電池監視装置を一部ブロック図で示す
回路図である。図において、(1)は太陽電池などの不
安定な直流電源装置、(2)は直流電源装置(1)の電
流供給側に接続された逆流防止用のダイオード、(3)
はダイオード(2)に接続された電源開閉器である。
(4)は電源開閉器(3)と直流電源装置(1)の他端
側との間に接続された電力貯蔵装置としての蓄電池であ
り、電源開閉器(3)が閉成すると直流電源装置(1)
により充電されるようになっている。
(5)は蓄電池(4)に直列接続された分流器であり、
蓄電池(4)に流れる電流即ち充放電電流IBを検出する
ようになっている。
(6)は電源開閉器(3)にそれぞれ一端が接続された
複数の負荷開閉器、(7)は各負荷開閉器(6)の他端
に接続された複数の負荷であり、各負荷開閉器(6)が
閉成するとそれに接続された負荷(7)に蓄電池(4)
からの電力が供給されるようになっている。
(8)は蓄電池(4)及び分流器(5)からなる直列回
路の両端に接続された補助電源であり、交流電源(8a)
とサイリスタなどのスイッチング素子(8b)とを有し、
スイッチング素子(8b)の通流率を適当に制御すること
により、蓄電池(4)に適宜電流を供給して充電するよ
うになっている。
(9)は蓄電池監視装置であり、分流器(5)で検出さ
れた充放電電流IBから蓄電池(4)の保有電気量AH(ア
ンペアアワー)を演算し、その結果に基づいて、電源開
閉器(3)、負荷開閉器(6)及び補助電源(8)のス
イッチング素子(8b)を開閉制御するようなっている。
従来の蓄電池監視装置は上記のように構成され、蓄電池
(4)の保有電気量AHを連続的に演算計測することによ
り、蓄電池(4)を充電限界及び放電限界内で運用し、
直流電源装置(1)と負荷(7)の所要電力との差を蓄
電池(4)の放電電力によって補い、負荷(7)に対し
て常に安定した電力供給を行なっている。
即ち、保有電気量AHが上限値以上になれば、電源開閉器
(3)を開放して過充電を防ぎ、その後、電源開閉器
(3)のポンピングを防止するため、上限値から規定量
以上保有電気量AHが減少したときに電源開閉器(3)を
再投入する。
又、太陽電池などの直流電源装置(1)が天候状態など
で能力不足となり、保有電気量AHが規定値以下になった
ときは、負荷開閉器(6)を適宜開放し、負荷量を減少
させて電流消費を抑える。このとき、電源遮断ができな
い負荷(7)に対しては、図示しないバックアップ電源
により給電を行う。負荷量を減少させても更に保有電気
量AHが減少して下限値に達したときは、補助電源(8)
内のスイッチング素子(8b)をオンさせて、蓄電池
(4)の保有電気量AHが規定値以上に回復するまで充電
する。
このような制御を行うためには、蓄電池(4)の保有電
気量AHを連続的に演算して計測することが必要である
が、その演算方法は以下の式の通りである。
AH=AH0+[(IBi1+IBi2+…+IBij)η −(IBm1+IBm2+…+IBmn]t/3600(j+n)……
但し、AH0:初期保有電気量 IBi1〜IBij:充電電流(A) η:充電効率 IBm1〜IBmn:放電電流(A) t:演算周期(秒) j+n:t秒間のサンプリング数 即ち、充放電を繰り返している蓄電池(4)の充放電電
流IBを常時検出し、一定周期t秒毎に平均値を求め、そ
のときの保有電気量AHを積算演算している。
しかし、実際には、僅かの演算誤差でも長期間のうちに
積算誤差として大きくなること、又、充電効率ηの値が
充放電電流値及び保有電気量によって変化し、特に充電
終期では充電効率が極端に低下すること等から、長期間
のうちに実際の蓄電池(4)の保有電気量AHと演算結果
との間に大きな誤差が発生することになる。これを防ぐ
ため、従来と蓄電池監視装置(9)は、例えば1週間に
1回程度の割合で定期的に補助電源(8)のスイッチン
グ素子(8b)をオンさせて、保有電気量AHが120%程度
になるまで蓄電池(4)を過充電し、その後、保有電気
量AHを100%にリセットして、積算誤差を補正してい
た。
[発明が解決しようとする問題点] 従来の蓄電池監視装置は以上のように、積算誤差をリセ
ットするために定期的に蓄電池(4)を過充電していた
ので、保有電気量AHが100%以上の電気量が全て電力損
失となるうえ、蓄電池(4)の寿命低下が起こり、又、
過充電に伴うガス発生によって電解液の減少が著しくな
り補水周期が短くなるという問題点があった。
この発明は上記のような問題点を解決するためになされ
たもので、定期的な過充電を行うことなく、電流値が変
化する不規則充放電においても、蓄電池の保有電気量AH
の演算計測の積算誤差を自動補正できる蓄電池監視装置
を得ることを目的とする。
[問題点を解決するための手段] この発明に係る蓄電池監視装置は、蓄電池の実際の保有
電気量の上限値に対応する端子電圧の上限電圧値を検出
する上限検出手段と、蓄電池の実際の保有電気量の下限
値に対応する電解液の比重値を検出する下限検出手段と
を備え、上限検出手段は蓄電池の両端に接続された分圧
器であり、下限検出手段は蓄電池に設けられた比重セン
サであり、各検出手段が上限値又は下限値を検出したと
き、演算計測により求められた保有電気量を上限値又は
下限値に対応した値に補正するようにしたものである。
[作用] この発明においては、各検出手段が上限電圧値又は下限
比重値を検出したとき、演算計測により求められた保有
電気量を上限値又は下限値に対応した値に自動的に補正
し、蓄電池を常に上限値と下限値との間で運用する。
[実施例] 以下、この発明の一実施例を図について説明する。第1
図はこの発明の実施例を一部ブロック図で示す回路図で
ある。図において、(1)〜(8)は前述の従来装置と
同様のものであり、(9A)は蓄電池監視装置(9)に対
応している。
(10)は蓄電池(4)の端子電圧VBを検出する上限検出
手段としての分圧器であり、蓄電池(4)及び分流器
(5)からなる直列回路の両端に接続されており、直列
接続された3つの抵抗器(10a)〜(10c)からなってい
る。そして、中央の抵抗器(10b)の両端の電圧が蓄電
池監視装置(9A)に入力されている。
(11)は蓄電池(4)の電槽(4a)内に取り付けられ、
蓄電池(4)の電解液の比重を検出する下限検出手段と
しての例えばフロート式の比重センサであり、電解液の
比重が規定値以下になると閉成(メイク)する接点(11
a)を有している。そして、接点(11a)による検出信号
が蓄電池監視装置(9A)に入力されている。
次に、第1図に示したこの発明の実施例の動作について
説明する。蓄電池監視装置(9A)は蓄電池(4)の充放
電電流IBを用いて、前述と同様に式の演算により蓄電
池(4)の保有電気量AHを計測し、その結果に基づいて
各開閉器(3)、(6)及びスイッチング素子(8b)を
制御している。
ここで、前述の理由により蓄電池監視装置(9A)におけ
る演算計測値に積算誤差を生じた場合について述べる。
まず、積算誤差が負のときは、蓄電池(4)の実際の保
有電気量AHは、式による演算計測値よりも徐々に上限
方向(充電)に向かう。しかし、蓄電池(4)の端子電
圧VBは、第2図に示したように、保有電気量AHの上限付
近(充電終期)において急峻に上昇する傾向がある。従
って、蓄電池監視装置(9A)は、端子電圧VBを常時検出
し、規定の上限電圧値VBMに達したときに、演算計測に
よる保有電気量AHを、端子電圧の上限電圧値VBMに対応
した保有電気量の上限値AHMに補正することができる。
尚、充電特性は充電電流値IB及び環境温度によって変化
するので、充電電流値IB及び環境温度によって上限電圧
値VBMを可変にすれば、更に精度の高い補正を行うこと
ができる。このとき、3つの抵抗器(10a)〜(10c)の
うちの中央の抵抗器(10b)の両端電圧に基づいて上限
電圧値VBMを検出しているので、検出電圧値の設定及び
可変処理が容易となる。
次に、積算誤差が正のときは、蓄電池(4)の実際の保
有電気量AHは演算計測値よりも徐々に下限方向(放電)
に向かう。しかし、放電時に限れば、蓄電池(4)の電
槽(4a)内の電解液の比重は放電量にほぼ比例して低下
するので、電解液の比重値から蓄電池(4)の実際の保
有電気量AHを知ることができる。又、比重センサ(11)
は、蓄電池(4)の電解液の比重が規定の下限比重値に
達したときに接点(11a)が閉成するように設定されて
いる。従って、比重センサ(11)からの接点(11a)閉
成信号により、蓄電池監視装置(9A)は、電解液の下限
比重値に対応した保有電気量AHの下限値に補正すること
ができる。
尚、電解液の比重値は、電解液温度即ち環境温度によっ
て多少変化するが、フロート式の比重センサ(11)の場
合、熱膨張の適当な材質をフロート材として選択すれ
ば、環境温度の変化による接点(11a)の動作点の変動
を補償できる。即ち、比重センサ(11)として、環境温
度の変化による比重の検出値の変化を補償するような熱
膨張を有するフロート材を含むものを用いれば、温度変
化を相殺するように検出値に反映させることができ、比
重的再現性の良い比重センサ(11)を実現することがで
きる。特に、不規則な充放電が行われる蓄電池(4)の
監視装置に対し、上限付近の端子電圧VBの急変現象を用
いて分圧器(10)により上限値AHMを検出すると共に、
蓄電池(4)の電解液比重に対応した下限値を比重セン
サ(11)を用いて検出することにより、検出誤差が制御
されて、信頼性を顕著に向上させることができる。
こうして、演算計測結果に積算誤差が生じても、蓄電池
(4)の保有電気量AHを、規定の上限値と下限値との間
に管理することができる。
温度補償機能を具備可能な比重センサのフロート材とし
ては、耐酸・耐酸化性のプラスチック、例えばポリエチ
レン樹脂が用いられ、その線膨張係数は、4×10-5/℃
〜20×10-5/℃である。
一方、比重計測対象となる電解液比重の温度係数は、−
7×10-4/℃程度なので、フロート材の体積換算の熱膨
張係数を、7×10-4/℃に一致させればよいことにな
る。
従って、フロート材の線膨張係数を、 (1+7×10-41/3−1(≒23×10-5) 程度に設定すれば、温度変化を補償することができる。
即ち、線膨張係数が電解液比重の温度係数(−7×10-4
/℃)に相当する同等のオーダ(23×10-5/℃程度)のフ
ロート材を使用すれば、電解液比重の温度変化による誤
差は相殺されることが分かる。
以上と同等の作用を奏する比重センサは、フロート式に
限らず、種々の形式が適用可能なことは言うまでもな
い。
[発明の効果] 以上のようにこの発明によれば、蓄電池の実際の保有電
気量の上限値に対応する端子電圧の上限電圧値を検出す
る上限検出手段と、蓄電池の実際の保有電気量の下限値
に対応する電解液の比重値を検出する下限検出手段とを
備え、上段検出手段は蓄電池の両端に接続された分圧器
であり、下段検出手段は蓄電池に設けられた比重センサ
であり、各検出手段が上限値又は下限値を検出したと
き、演算計測により求められた保有電気量を上限値又は
下限値に対応した値に自動的且つ高信頼性に補正するよ
うにしたので、電流値が変化する不規則充放電において
も、蓄電池電気量の計測誤差を自動補正でき、定期的な
過充電を行うことなく蓄電池を常に上限値と下限値との
間で運用でき、蓄電池の電力損失及び寿命低下を抑え、
且つ電解液の減少を防ぐことが可能な蓄電池監視装置が
得られる効果がある。
【図面の簡単な説明】
第1図はこの発明の一実施例を一部ブロック図で示す回
路図、第2図は蓄電池の保有電気量と端子電圧との関係
を示す特性図、第3図は従来の蓄電池監視装置を一部ブ
ロック図で示す回路図である。 (1)……直流電源装置、(4)……蓄電池 (4a)……電槽、(5)……分流器 (9A)……蓄電池監視装置、(10)……分圧器 (10a)〜(10c)……抵抗器、(11)……比重センサ (11a)……接点、IB……充放電電流 VB……端子電圧、VBM……上限電圧値 AH……保有電気量、AHM……上限値 尚、図中、同一符号は同一又は相当部分を示す。

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】蓄電池の充放電電流を検出して前記蓄電池
    の保有電気量を演算計測する蓄電池監視装置において、 前記蓄電池の実際の保有電気量の上限値に対応する端子
    電圧の上限電圧値を検出する上限検出手段と、 前記蓄電池の実際の保有電気量の下限値に対応する電解
    液の比重値を検出する下限検出手段とを備え、 前記上限検出手段は、前記蓄電池の両端に接続された分
    圧器であり、 前記下限検出手段は、前記蓄電池に設けられた比重セン
    サであり、 前記各検出手段が上限値又は下限値を検出したとき、前
    記演算計測により求められた保有電気量を前記上限値又
    は下限値に対応した値に補正することを特徴とする蓄電
    池監視装置。
  2. 【請求項2】分圧器は、直列接続された3つの抵抗器か
    らなり、前記抵抗器のうち中央の1つの両端から電圧値
    を取り出すことを特徴とする特許請求の範囲第1項記載
    の蓄電池監視装置。
  3. 【請求項3】上限電圧値は、充放電電流値及び環境温度
    によって可変であることを特徴とする特許請求の範囲第
    1項又は第2項記載の蓄電池監視装置。
  4. 【請求項4】比重センサは、蓄電池の電槽内に取り付け
    られたフロート式の比重センサであることを特徴とする
    特許請求の範囲第1項記載の蓄電池監視装置。
  5. 【請求項5】比重センサは、環境温度の変化による検出
    値の変化を補償するような熱膨張を有するフロート材を
    含むことを特徴とする特許請求の範囲第1項又は第4項
    記載の蓄電池監視装置。
  6. 【請求項6】比重センサは、電解液の比重が下限値以下
    になると閉成する接点を有することを特徴とする特許請
    求の範囲第1項又は第4項又は第5項記載の蓄電池監視
    装置。
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