| 【発明の名称】 |
バッテリーの管理システム |
| 【発明者】 |
【氏名】小原 広道
【氏名】山本 博之
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| 【要約】 |
【課題】ニッケルカドニウムバッテリーを構成する直列に接続した複数個のバッテリーセルのうち劣化したものを簡易に検出して、交換することができるようにすることにより、バッテリーの継続使用可能な時間を延長するとともに、各バッテリーセルの寿命を延長して、保守費用の低減を図るようにしたバッテリーの管理システムを提供すること。
【解決手段】複数個のバッテリーセル２を直列に接続して構成したバッテリー１における各バッテリーセル２の充電中ｂ−ｃ及び放電中ｄ−ｅのセル電圧を測定し、充電終了１時間前ｃ’のセル電圧が予め設定した電圧値以下のバッテリーセル及び放電容量が予め設定した容量以下のバッテリーセルを不良として判定するようにする。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 複数個のバッテリーセルを直列に接続して構成したバッテリーの管理システムにおいて、各バッテリーセルの充電中及び放電中のセル電圧を測定し、充電終了１時間前のセル電圧が予め設定した電圧値以下のバッテリーセル及び放電容量が予め設定した容量以下のバッテリーセルを不良として判定するようにしたことを特徴とするバッテリーの管理システム。
【請求項２】 放電容量を、各バッテリーセルの放電中のセル電圧が予め設定した電圧値に低下するまでに要する時間によって測定することを特徴とする請求項１記載のバッテリーの管理システム。
【請求項３】 バッテリーセルのセル電圧を測定する測定器のピン状に形成した測定用端子をクリップに配設するとともに、バッテリーセルの電極に螺合するボルトの頭部の中心に前記測定器の測定用端子が嵌入する小穴を形成し、さらに、ボルトの外周部に電気的絶縁処理を施したことを特徴とする請求項１又は２記載のバッテリーの管理システム。
【請求項４】 測定器のピン状に形成した測定用端子を、クリップに出没可能に配設したことを特徴とする請求項３記載のバッテリーの管理システム。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、複数個のバッテリーセルを直列に接続して構成したバッテリーの管理システムに関し、特に、ニッケルカドニウムバッテリー（本明細書において、単に「バッテリー」という場合がある。）を構成する直列に接続した複数個のバッテリーセルのうち劣化したものを簡易に検出して、交換できるようにすることにより、バッテリーの継続使用可能な時間を延長するとともに、各バッテリーセルの寿命を延長して、保守費用の低減を図るようにしたバッテリーの管理システムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、無人搬送車等の電源として用いられるバッテリーには、所定の電圧及び容量を有するバッテリーセルを、必要とされる電圧及び容量が得られるように、通常、複数個を直列（場合によっては直列及び並列）に接続するとともに、取り扱いが容易となるように、この複数個のバッテリーセルを一体的になるように組み合わせたものが用いられている。そして、直列に接続した両端のバッテリーセルの電極に充電器のターミナルを接続して充電を行うとともに、使用時には負荷を接続して放電を行い、以下、この充電と放電とを繰り返すようにしている。
【０００３】ところで、バッテリーの寿命は、通常、十分充電したバッテリーの継続使用可能な時間が短くなって、バッテリーが度々ダウン（必要とされる電圧が得られなくなることをいう。）することを指標として判断し、このような場合には、バッテリーを構成するすべてのバッテリーセルを新しいものと交換する方法が採られていた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、バッテリーを構成する各バッテリーセルの寿命は必ずしも一様ではないため、継続使用可能な時間が短くなったバッテリーを構成するバッテリーセルをすべて新しいものと交換するようにすると、使用可能な正常なバッテリーセル（以下、「正常セル」という。）まで廃棄することになり、保守費用の増大を招くという問題があった。
【０００５】また、寿命がきたバッテリーセル（以下、「不良セル」という。）を、そのまま正常セルと組み合わせて使用すると、正常セルが不良セルに追従して急速に劣化し、正常セルの寿命が著しく短くなるという問題があった。
【０００６】ところで、このような問題点に対処するために、鉛蓄電池の場合には、鉛蓄電池を構成する直列に接続した複数個のバッテリーセルのうち劣化したものを簡易に検出し、交換することができるようにしたバッテリーの管理システムが提案されている（例えば、特開平１０−２５３７２５号公報参照）。
【０００７】しかしながら、このバッテリーの管理システムは、鉛蓄電池を対象とするもので、バッテリーの放電により残存容量が一定値を過ぎると急激に低下して使用不能となる特性を有し、電圧の低下傾向からバッテリーの残存容量を予測することが困難なニッケルカドニウムバッテリーには、適用できないものである。
【０００８】本発明は、上記の複数個のバッテリーセルを直列に接続して構成したニッケルカドニウムバッテリーの有する問題点に鑑み、ニッケルカドニウムバッテリーを構成する直列に接続した複数個のバッテリーセルのうち劣化したものを簡易に検出して、交換することができるようにすることにより、バッテリーの継続使用可能な時間を延長するとともに、各バッテリーセルの寿命を延長して、保守費用の低減を図るようにしたバッテリーの管理システムを提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため、本発明のバッテリーの管理システムは、複数個のバッテリーセルを直列に接続して構成したバッテリーの管理システムにおいて、各バッテリーセルの充電中及び放電中のセル電圧を測定し、充電終了１時間前のセル電圧が予め設定した電圧値以下のバッテリーセル及び放電容量が予め設定した容量以下のバッテリーセルを不良として判定するようにしたことを特徴とする。
【００１０】このバッテリーの管理システムは、複数個のバッテリーセルを直列に接続して構成したバッテリーの各バッテリーセルの充電中及び放電中のセル電圧を測定し、充電終了１時間前のセル電圧が予め設定した電圧値以下のセル及び放電容量が予め設定した容量以下のセルを不良として判定することにより、バッテリーセルのうち劣化したものを簡易に検出して、交換することができる。
【００１１】この場合において、放電容量を、各バッテリーセルの放電中のセル電圧が予め設定した電圧値に低下するまでに要する時間によって測定することができる。
【００１２】これにより、各バッテリーセルの放電容量を簡易に測定することができる。
【００１３】また、バッテリーセルのセル電圧を測定する測定器のピン状に形成した測定用端子をクリップに配設するとともに、バッテリーセルの電極に螺合するボルトの頭部の中心に前記測定器の測定用端子が嵌入する小穴を形成し、さらに、ボルトの外周部に電気的絶縁処理を施すようにすることができる。
【００１４】これにより、複数のバッテリーセルを直列に配列して組み合わせて一体としたバッテリーの各バッテリーセルの電極と測定器の測定用端子を、バッテリーセルの電極に螺合したボルトにクリップを取り付けるだけで、ボルトを介して、ショート等の事故を起こすことなく、簡易に、短時間で接続することができ、作業時間を短縮することができる。
【００１５】また、測定器のピン状に形成した測定用端子を、クリップに出没可能に配設することができる。
【００１６】これにより、複数のバッテリーセルを直列に配列して組み合わせて一体としたバッテリーの各バッテリーセルの電極と測定器の測定用端子を、バッテリーセルの電極に螺合するボルトを介して、より確実に接続することができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】以下、本発明のバッテリーの管理システムの実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００１８】図１〜図５に、本発明のバッテリーの管理システムの一実施例を示す。このバッテリーの管理システムは、無人搬送車等の電源として用いられるニッケルカドニウムバッテリー１を構成する直列に接続した複数個のバッテリーセル２のうち劣化したものを簡易に検出して、交換することができるようにするためのもので、バッテリーセルのセル電圧を測定する測定器３、充電器５、充電ボックス６等で構成されている。
【００１９】このバッテリー１は、所定の電圧及び容量を有するバッテリーセル２を、必要とされる電圧及び容量が得られるように、複数個（本実施例においては、２０個）を直列に接続するとともに、取り扱いが容易となるように、この複数個のバッテリーセル２を一体的になるように組み合わせて構成し、その外周面に充電及び放電を行うためのバッテリー１の電極１１を形成するようにしている。この場合、バッテリーセル２は、バッテリーセル２のうち劣化したもののみを交換できるように単独で着脱可能とし、バッテリーセル２，２の電極間に導電性を有する金属板２２を架け渡し、電極に螺合したボルト２１により固定するようにしている。
【００２０】また、各バッテリーセル２のセル電圧を測定する測定器３は、ケーブルＫを介してピン状に形成した測定用端子４１に接続されている。そして、この測定用端子４１をバッテリーセル２の電極に螺合したボルト２１を挟持する挟持片４２を有するクリップ４に配設するとともに、バッテリーセル２の電極に螺合するボルト２１の頭部の中心に測定用端子４１が嵌入する小穴２１ａを形成し、さらに、小穴２１ａを除いてボルト２１の外周部を合成樹脂で以てコーティング等することにより電気的絶縁層２１ｂを形成するようにしている。この場合、測定器３のピン状に形成した測定用端子４１を、ばね４１ａにより突出方向に抜け止め状態にして付勢することにより、クリップ４に出没可能に配設するようにしている。
【００２１】これにより、複数のバッテリーセル２を直列に配列して組み合わせて一体としたバッテリー１の各バッテリーセル２の電極と測定器３の測定用端子４１を、バッテリーセル２の電極に螺合したボルト２１にクリップ４を取り付けるだけで、ボルト２１を介して、ショート等の事故を起こすことなく、簡易に、短時間で確実に接続することができ、作業時間を短縮することができる。
【００２２】充電器５は、特に限定されるものではないが、充電する際、各バッテリーセル２を完全放電させた後充電する放電機能を備えたものを用いることが望ましい。
【００２３】次に、バッテリーの管理システムによるバッテリーセル２の良否の判定方法を、図４に示すセル電圧の変化を示すグラフに基づいて説明する。
【００２４】まず、バッテリー１を構成する各バッテリーセル２の電極と測定器３の測定用端子４１を、バッテリーセル２の電極に螺合したボルト２１にクリップ４を取り付けることにより、ボルト２１を介して、接続した後、バッテリー１を充電ボックス６に収納し、バッテリー１の電極１１に、充電器５を接続するようにする（図４（ａ））。
【００２５】この状態から、放電機能を備えた充電器５によりバッテリー１を完全放電して、バッテリー１の残容量を空にする（図４（ｂ））。
【００２６】そして、充電器５によりバッテリー１の均等充電を行う。このとき、各バッテリーセル２毎の充電電圧を測定し、経時的な充電電圧の変化を記録する。この場合、バッテリー１の均等充電は、例えば、定電流Ｉ0（具体的には、バッテリー１の容量の１／５の電流値）で、バッテリー１の容量の１．４〜２．０倍の容量の充電量（ＡＨ）の充電を行い、その後、予め設定された時間（例えば、４時間）のインターバルを継続したとき自動的に充電を終了するようにする（図４（ｄ））。
【００２７】次に、充電器５により均等充電が完了したバッテリー１の放電を行う。このとき、各バッテリーセル２毎の放電電圧を測定し、経時的な放電電圧の変化を記録する。そして、バッテリー１を完全放電して、バッテリー１の残容量が空になると放電を終了する（図４（ｅ）、（ｆ））。この場合、バッテリー１を構成する各バッテリーセル２が新しい状態のときに測定した放電電圧を初期設定電圧として保存するようにする。
【００２８】そして、後述の方法により、バッテリーセル２のうち劣化した不良セルを検出して、新しいものと交換した後、充電器５によりバッテリー１の保守充電（実使用のための充電）を行い（図４（ｇ）、（ｈ））、バッテリー１を無人搬送車等に搭載する。
【００２９】このようにして、バッテリーセルのうち劣化した不良セルを検出して、交換することから、バッテリー１の継続使用可能な時間を延長するとともに、各バッテリーセル２の寿命を延長して、保守費用の低減を図ることができるものとなる。
【００３０】次に、このようにして測定した各バッテリーセル２の充電中及び放電中のセル電圧を用いて行うバッテリーセル２の良否の判定方法について説明する。バッテリーセル２の良否の判定は、充電終了１時間前のセル電圧（図４（ｃ’）のセル電圧）及びバッテリーセル２の放電容量により行うようにする。より具体的には、充電終了１時間前のセル電圧が予め設定した電圧値以下（例えば、初期設定電圧２．０Ｖのものであれば、１．７５Ｖ以下）のバッテリーセル２及び放電容量が予め設定した容量以下（例えば、バッテリーセル２が新しい状態のときの初期設定容量の７０％以下）のバッテリーセルを不良として判定するようにする。なお、このとき、併せて、内部で短絡を起こしているバッテリーセル２を検出し、不良として判定するようにする。
【００３１】ここで、充電終了１時間前（図４（ｃ’））のセル電圧とは、より具体的には、ｎ番目（図１及び図２（Ｃ）の丸付き数字）の電圧Ｅnと、ｎ＋１番目の電圧Ｅn+1との差が予め設定された電圧以上（例えば、Ｅn−Ｅn+1≧０．１２５Ｖ）となる点（図４（ｃ））から１時間前のセル電圧を意味する。
【００３２】また、放電容量は、各バッテリーセル２が放電することによってセル電圧が予め設定した電圧値（例えば、１．０Ｖ）に低下するまでに要する時間によって測定し、その時間が、例えば、３．５時間以下の場合、バッテリーセルを不良として判定するようにする。
【００３３】そして、測定器３にパソコン（図示省略）を接続しておくことにより、各バッテリーセル２の充電中及び放電中のセル電圧等のデータ、これに基づくバッテリーセル２の良否の判定及び判定結果を、記録したり、表示することができる。
【００３４】このようにして、バッテリー１を構成する各バッテリーセル２の良否の判定を簡易に行うことができるが、その具体的な実施要用の一例を、図５にフローチャートとして示す。
【００３５】
【発明の効果】本発明のバッテリーセルの管理システムによれば、複数個のバッテリーセルを直列に接続して構成したニッケルカドニウムバッテリーの各バッテリーセルの充電中及び放電中のセル電圧を測定し、充電終了１時間前のセル電圧が予め設定した電圧値以下のバッテリーセル及び放電容量が予め設定した容量以下のバッテリーセルを不良として判定することにより、バッテリーセルのうち劣化したものを簡易に検出して、交換することができ、これにより、バッテリーの継続使用可能な時間を延長するとともに、各バッテリーセルの寿命を延長して、保守費用の低減を図ることができる。
【００３６】この場合、放電容量を、各バッテリーセルの放電中のセル電圧が予め設定した電圧値に低下するまでに要する時間によって測定することができ、これにより、各バッテリーセルの放電容量を簡易に測定することができる。
【００３７】また、バッテリーセルのセル電圧を測定する測定器の測定用端子をピン状に形成するとともに、バッテリーセルの電極に螺合するボルトの頭部の中心に前記測定器の測定用端子が嵌入する小穴を形成し、さらに、ボルトの外周部に電気的絶縁処理を施すようにすることにより、複数のバッテリーセルを直列に配列して組み合わせて一体としたバッテリーの各バッテリーセルの電極と測定器の測定用端子を、バッテリーセルの電極に螺合したボルトにクリップを取り付けるだけで、ボルトを介して、ショート等の事故を起こすことなく、簡易に、短時間で接続することができ、作業時間を短縮することができる。
【００３８】この場合、測定器のピン状に形成した測定用端子を、クリップに出没可能に配設することができ、これにより、複数のバッテリーセルを直列に配列して組み合わせて一体としたバッテリーの各バッテリーセルの電極と測定器の測定用端子を、バッテリーセルの電極に螺合するボルトを介して、より確実に接続することができる。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００００５０４９
【氏名又は名称】シャープ株式会社
【識別番号】０００２３３２０６
【氏名又は名称】日立機電工業株式会社
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| 【出願日】 |
平成１２年１月１７日（２０００．１．１７） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１００１０２２１１
【弁理士】
【氏名又は名称】森 治 （外１名）
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| 【公開番号】 |
特開２００１−１９４４３４（Ｐ２００１−１９４４３４Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１３年７月１９日（２００１．７．１９） |
| 【出願番号】 |
特願２０００−７８５９（Ｐ２０００−７８５９） |
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