バッテリテスタ、バッテリおよびバッテリ状態監視装置
【課題】発熱が少なく小型で高精度のバッテリテスタを提供する。
【解決手段】テスタ１は、抵抗Ｒ１とスイッチＳＷ１とを有する第１の通電回路と、抵抗Ｒ２とスイッチＳＷ２とを有する第２の通電回路と、バッテリ１０の開回路電圧、Ｒ１、Ｒ２の両端電圧を測定する電圧測定回路３と、Ｒ１、Ｒ２に流れる電流を測定する電流測定回路４１、４２と、ＳＷ１、ＳＷ２のオン、オフを制御し電圧測定回路３で測定された電圧と電流測定回路４１、４２で測定された電流からバッテリ状態を推定するプロセッサ２を備えている。ＳＷ１とＳＷ２とを、０．５ｍｓの短いパルス幅と、０．５ｓの長いパルス幅との２つのパルス幅で異なる時間にオン状態に制御し、開回路電圧と、ＳＷ１をオン状態に制御したときのＲ１の両端電圧、Ｒ１に流れる電流、ＳＷ２をオン状態に制御したときのＲ２の両端電圧、Ｒ２に流れる電流でバッテリ状態を推定する。
【解決手段】テスタ１は、抵抗Ｒ１とスイッチＳＷ１とを有する第１の通電回路と、抵抗Ｒ２とスイッチＳＷ２とを有する第２の通電回路と、バッテリ１０の開回路電圧、Ｒ１、Ｒ２の両端電圧を測定する電圧測定回路３と、Ｒ１、Ｒ２に流れる電流を測定する電流測定回路４１、４２と、ＳＷ１、ＳＷ２のオン、オフを制御し電圧測定回路３で測定された電圧と電流測定回路４１、４２で測定された電流からバッテリ状態を推定するプロセッサ２を備えている。ＳＷ１とＳＷ２とを、０．５ｍｓの短いパルス幅と、０．５ｓの長いパルス幅との２つのパルス幅で異なる時間にオン状態に制御し、開回路電圧と、ＳＷ１をオン状態に制御したときのＲ１の両端電圧、Ｒ１に流れる電流、ＳＷ２をオン状態に制御したときのＲ２の両端電圧、Ｒ２に流れる電流でバッテリ状態を推定する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はバッテリテスタ、バッテリおよびバッテリ状態監視装置に係り、特に、バッテリ放電機能を有するバッテリテスタ、該バッテリテスタを備えたバッテリおよびバッテリの状態を監視するバッテリ状態監視装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＵＰＳ、非常灯、非常放送設備、電話交換機、通信機器基地局など、非常時のバックアップを想定した機器や、自動車、電動車などでバッテリが使用されている。これらの機器はバッテリの劣化や放電などにより機能を発揮できなくなる。これを避けるため、バッテリの性能が低下しているかを確認する装置がある。このような装置として、例えば、バッテリ放電機能を持たないバッテリ監視装置やバッテリ放電機能を持つバッテリテスタが知られている。
【０００３】
バッテリテスタは、バッテリをパルス放電させ、その時の電圧、電流から求めた内部抵抗や電導度（内部抵抗の逆数）の値を表示したり、コールドクランキングアンペア（ＣＣＡ）に換算し表示したりする。また、バッテリテスタは、バッテリの充電状態（ＳＯＣ）についても検出可能であり、電流が流れていない状態かごくわすがしか電流が流れていない状態でのバッテリ電圧から推定し表示したりしている。
【０００４】
劣化バッテリでの健康度（ＳＯＨ）や容量は、複素インピーダンスの周波数分散データへのカーブフィッティングにより等価回路のパラメータを測定することから求めることができるが、印加波形が正弦波となるため、装置が高コストであり一般的ではない。
【０００５】
一般的なバッテリテスタは、定抵抗放電によるものであり（例えば、特許文献１参照）、大きく分けて、１００Ａの大電流で５秒程度バッテリを放電させるものと、１Ａ〜１００Ａで１ｍｓ〜１０ｍｓの放電させるものがある。前者はエンジン始動時の電流を模擬したものであり、エンジン始動用バッテリの試験方法としては妥当性がある。後者は、単発パルス時間幅が充分短いので、複数回放電するのが一般的であり、得られた複数のデータは平均化処理など精度向上のための処理に利用する。後者は一般に装置が小さく、近年普及してきている。定抵抗放電の場合は単発パルスの形状は矩形波であり、複数回放電する場合は、パルス間隔ｔ１は以下の式（１）で表される。
【０００６】
【数１】
【０００７】
複数回放電するタイプの既存の製品では放電パルス幅と休止時間を同一とするのが一般的であり、この場合、パルス幅ｔ２（ｓ）と周波数ｆ（Ｈｚ）は以下の式（２）で表される関係となる。
【０００８】
【数２】
【０００９】
例えば、パルス幅１０ｍｓは周波数５０Ｈｚに相当する。バッテリテスタでパルス幅ｔ２の単一直流パルス波を印加した場合と、周波数ｆの交流波を印加した場合とでは、直流と交流の違いはあるが、同一の時間スケールなので、得られる情報は基本的に同じである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特許第４４１４７５７号公報（図２）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、従来の定抵抗放電によるバッテリテスタのうち１００Ａ５秒程度でバッテリを放電させるものは、放電電流が大きく通電時間も長いため、発熱の問題を回避するため巨大なホーロー抵抗が使われ、装置が大型化することが問題であり、また、何回も連続して測定した場合にバッテリテスタの温度が非常に高くなることも誤差増大や安全性の面で問題である。一方、従来の定抵抗放電によるバッテリテスタのうち１Ａ〜１００Ａで１ｍｓ〜１０ｍｓの放電させるものは、精度に劣るという問題がある。すなわち、１ｍｓ〜１０ｍｓ（５００Ｈｚ〜５０Ｈｚ）の範囲では電気二重層の充放電が充分行われないためオーミックな抵抗成分が主となり、オーミックな抵抗は格子腐食の劣化情報を含むが、ＳＯＨや容量はこのオーミックな抵抗と対応する性質のものではないため、一般的に、不特定の劣化モードのバッテリ、または不特定の型式のバッテリのオーミックな抵抗からＳＯＨや容量を推定することはできない。
【００１２】
本発明は上記事案に鑑み、発熱が少なく小型で高精度のバッテリテスタ、該バッテリテスタを備えたバッテリおよびバッテリ状態監視装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記課題を解決するために、本発明の第１の態様は、バッテリテスタであって、第１の抵抗と第１のスイッチとを有し、バッテリに並列接続される第１の通電回路と、第２の抵抗と第２のスイッチとを有し、前記バッテリに並列接続される第２の通電回路と、前記バッテリの開回路電圧、前記第１および第２の抵抗の両端電圧を測定する電圧測定手段と、前記第１および第２の抵抗に流れる電流を測定する電流測定手段と、前記第１および第２のスイッチのオン、オフを制御し、前記電圧測定手段で測定された電圧値および前記電流測定手段で測定された電流値から前記バッテリの状態を推定する制御手段と、を備え、前記制御手段は、前記第１のスイッチと第２のスイッチとを、１．７ｍｓ〜０．１７ｍｓの範囲の短いパルス幅と、１ｓ〜０．２５ｍｓの範囲の長いパルス幅との異なる２つのパルス幅で異なる時間にオン状態に制御し、前記電圧測定手段で測定された開回路電圧値と、前記第１のスイッチをオン状態に制御したときの前記電圧測定手段で測定された前記第１の抵抗の両端電圧値および前記電流測定手段で測定された前記第１の抵抗に流れる電流値と、前記第２のスイッチをオン状態に制御したときの前記電圧測定手段で測定された前記第２の抵抗の両端電圧値および前記電流測定手段で測定された前記第２の抵抗に流れる電流値とから前記バッテリのオーミックな抵抗値および電荷移動抵抗値を算出し、前記電圧測定手段で測定された開回路電圧値と前記算出したオーミックな抵抗値および電荷移動抵抗値とから前記バッテリの状態を推定する、ことを特徴とする。
【００１４】
第１の態様では、制御手段により、第１のスイッチと第２のスイッチとが、１．７ｍｓ〜０．１７ｍｓの範囲の短いパルス幅と、１ｓ〜０．２５ｍｓの範囲の長いパルス幅との異なる２つのパルス幅で異なる時間にオン状態に制御され、電圧測定手段で測定された開回路電圧値と、第１のスイッチをオン状態に制御したときの電圧測定手段で測定された第１の抵抗の両端電圧値および電流測定手段で測定された第１の抵抗に流れる電流値と、第２のスイッチをオン状態に制御したときの電圧測定手段で測定された第２の抵抗の両端電圧値および電流測定手段で測定された第２の抵抗に流れる電流値とからバッテリのオーミックな抵抗値および電荷移動抵抗値が算出され、電圧測定手段で測定された開回路電圧値と算出したオーミックな抵抗値および電荷移動抵抗値とからバッテリの状態が推定される。本態様によれば、制御手段が、バッテリの開回路電圧値と、第１のスイッチを所定範囲の短いパルス幅でオン状態に制御した状態で測定した第１の抵抗の両端電圧値および第１の抵抗に流れる電流値とからバッテリのオーミックな抵抗成分を適正に検出でき、このオーミックな抵抗成分と、バッテリの開回路電圧値と、第２のスイッチを所定範囲の長いパルス幅でオン状態に制御した状態で測定した第２の抵抗の両端電圧値および第２の抵抗に流れる電流値とからバッテリの電荷移動抵抗成分を適正に検出できるため、この２つの抵抗値および開回路電圧値を用いてバッテリの状態を精度よく推定することができるとともに、通電パルスが長いパルス幅でも１ｓ以下であり通電電流もエンジン始動を模擬する程の大電流とする必要がないため、発熱を抑制し通電抵抗（第１、第２の抵抗）を小さくでき装置全体の小型化を図ることができる。
【００１５】
第１の態様において、コールドクランキングアンペア、開回路電圧およびバッテリの状態の関係を定めた第１の関係マップを予め記憶した記憶手段をさらに備え、制御手段は、電圧測定手段で測定された開回路電圧値と、算出したオーミックな抵抗値および電荷移動抵抗値とからコールドクランキングアンペア値を算出し、該算出したコールドクランキングアンペア値と電圧測定手段で測定された開回路電圧値とを記憶手段に記憶された第１の関係マップに当てはめてバッテリの状態を推定するようにしてもよい。また、制御手段は、第２のスイッチをオフ状態とし第１のスイッチを短いパルス幅でオン状態に制御した後直ちに、第１のスイッチをオフ状態とし第２のスイッチを長いパルス幅でオン状態に制御するようにしてもよい。
【００１６】
また、記憶手段は予めバッテリの電荷移動抵抗と健康度との関係を定めた第２の関係マップをさらに記憶しており、制御手段は、算出した電荷移動抵抗値を第２の関係マップに当てはめてバッテリの健康度を推定するようにしてもよい。さらに、記憶手段は予めバッテリの開回路電圧と充電状態との関係を定めた第３の関係マップをさらに記憶しており、制御手段は、開回路電圧値を第３の関係マップに当てはめてバッテリの充電状態を推定するようにしてもよい。また、バッテリの外部端子に接続するためのクリップを備え、クリップは温度センサを有しており、制御手段は、温度センサで測定された温度値によりコールドクランキングアンペア値を予め定められた温度のコールドクランキングアンペア値に温度補正するようにしてもよい。
【００１７】
さらに、バッテリの異常状態を報知するための異常状態報知手段を備え、制御手段は、第１の関係マップに当てはめて推定したバッテリの状態が異常か否かをさらに判断し、該判断が肯定のときに異常状態報知手段がバッテリの異常状態を報知するように、異常状態報知手段に予め定められた信号を出力するようにしてもよい。このとき、異常状態報知手段は、ブザー、または、電波若しくは光を媒体とする無線信号発信機であってもよい。
【００１８】
このようなバッテリテスタは、バッテリの蓋に固定されていることが好ましい。
【００１９】
また、上記課題を解決するために、本発明の第２の態様は、第１の態様のバッテリテスタを備えたバッテリである。本態様でも上述した第１の態様と同様の作用効果を奏する。
【００２０】
さらに、上記課題を解決するために、本発明の第３の態様は、バッテリ状態監視装置であって、第１の抵抗と第１のスイッチとを有し、前記バッテリに並列接続される第１の通電回路と、第２の抵抗と第２のスイッチとを有し、前記バッテリに並列接続される第２の通電回路と、前記バッテリの開回路電圧、前記第１および第２の抵抗の両端電圧を測定する電圧測定手段と、前記第１および第２の抵抗に流れる電流を測定する電流測定手段と、前記第１および第２のスイッチのオン、オフを制御する制御手段と、前記電圧測定手段で測定された開回路電圧値と、前記制御手段により前記第１のスイッチがオン状態に制御されたときの前記電圧測定手段で測定された第１の抵抗の両端電圧値および前記電流測定手段で測定された第１の抵抗に流れる電流値と、前記制御手段により前記第２のスイッチがオン状態に制御されたときの前記電圧測定手段で測定された第２の抵抗の両端電圧値および前記電流測定手段で測定された第２の抵抗に流れる電流値とを出力する出力手段と、を備え、前記制御手段は、前記第１のスイッチと第２のスイッチとを、１．７ｍｓ〜０．１７ｍｓの範囲の短いパルス幅と、１ｓ〜０．２５ｍｓの範囲の長いパルス幅との異なる２つのパルス幅で異なる時間にオン状態に制御することを特徴とする。
【００２１】
第１の態様のバッテリテスタがバッテリの状態を推定するのに対し、本態様のバッテリ状態監視装置は必ずしもバッテリの状態を推定する必要はなく、そのような推定は、例えば、バッテリ状態監視装置外の外部装置で行われる。このため、外部装置がバッテリの状態を推定できるように、バッテリのオーミックな抵抗成分およびバッテリの電荷移動抵抗成分を検出するためのパラメータ（バッテリの開回路電圧値、第１の抵抗の両端電圧値、第１の抵抗に流れる電流値、第２の抵抗の両端電圧値、第２の抵抗に流れる電流値）を外部装置に対して伝達するための出力手段を備えている。本態様のバッテリ状態監視装置によれば、出力手段がバッテリのオーミックな抵抗成分およびバッテリの電荷移動抵抗成分を検出するためのパラメータを出力するので、外部装置はこのパラメータによりバッテリの状態を精度よく推定できるとともに、通電パルスが長いパルス幅でも１ｓ以下であり通電電流もエンジン始動を模擬する程の大電流とする必要がないため、発熱を抑制し通電抵抗を小さくでき装置全体の小型化を図ることができる。
【００２２】
第３の態様において、出力手段による出力が、ディスプレイ若しくはプリンタによりなさるか、または、電波若しくは光を媒体とする無線信号発信機による送信によりなされるようにしてもよい。
【発明の効果】
【００２３】
本発明の第１および第２の態様によれば、制御手段が、バッテリの開回路電圧値と、第１のスイッチを所定範囲の短いパルス幅でオン状態に制御した状態で測定した第１の抵抗の両端電圧値および第１の抵抗に流れる電流値とからバッテリのオーミックな抵抗成分を適正に検出でき、このオーミックな抵抗成分と、バッテリの開回路電圧値と、第２のスイッチを所定範囲の長いパルス幅でオン状態に制御した状態で測定した第２の抵抗の両端電圧値および第２の抵抗に流れる電流値とからバッテリの電荷移動抵抗成分を適正に検出できるため、この２つの抵抗値および開回路電圧値を用いてバッテリの状態を精度よく推定することができるとともに、通電パルスが長いパルス幅でも１ｓ以下であり通電電流もエンジン始動を模擬する程の大電流とする必要がないため、発熱を抑制し通電抵抗を小さくでき装置全体の小型化を図ることができる、という効果を得ることができる。
【００２４】
また、本発明の第３の態様によれば、出力手段がバッテリのオーミックな抵抗成分およびバッテリの電荷移動抵抗成分を検出するためのパラメータを出力するので、外部装置によりバッテリの状態を精度よく推定できるとともに、通電パルスが長いパルス幅でも１ｓ以下であり通電電流もエンジン始動を模擬する程の大電流とする必要がないため、発熱を抑制し通電抵抗を小さくでき装置全体の小型化を図ることができる、という効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明が適用可能な第１実施形態のバッテリテスタのブロック回路図である。
【図２】第１実施形態のバッテリテスタのマイクロプロセッサのＣＰＵが実行するバッテリ状態推定ルーチンのフローチャートである。
【図３】バッテリに通電する電流の印加波形を示す説明図である。
【図４】スイッチをオン状態に制御する周波数のナイキストプロットである。
【図５】周波数の誤差に起因する内部抵抗の誤差を示す説明図である。
【図６】第１実施形態のバッテリテスタのマイクロプロセッサのＲＯＭに格納されたコールドクランキングアンペア、開回路電圧およびバッテリ状態の関係を表す第１の関係マップの説明図である。
【図７】第１実施形態のバッテリテスタのマイクロプロセッサのＲＯＭに格納されたバッテリの内部抵抗と健康度との関係を表す第２の関係マップの説明図である。
【図８】第１実施形態のバッテリテスタのマイクロプロセッサのＲＯＭに格納されたバッテリの開回路電圧と充電状態との関係を表す第３の関係マップの説明図である。
【図９】本発明が適用可能な第２実施形態のバッテリ状態監視装置のブロック回路図である。
【図１０】第２実施形態のバッテリ状態監視装置のマイクロプロセッサのＣＰＵが実行するバッテリ状態監視ルーチンのフローチャートである。
【図１１】バッテリ診断システムの説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
（第１実施形態）
以下、図面を参照して、本発明を、自動車用バッテリの状態を推定するバッテリテスタに適用した実施の形態について説明する。
【００２７】
＜構成＞
図１に示すように、バッテリテスタ１は、自動車用バッテリ（例えば、ＪＩＳ−Ｄ５３０１記載の８０Ｄ２６形電池、以下、単にバッテリという。）１０の正極外部端子および負極外部端子にそれぞれ正負極クリップを介して接続される。図１では、ユーザにより正負極クリップを介してバッテリテスタ１がバッテリ１０の正負極外部端子にそれぞれ接続された状態を示している。
【００２８】
バッテリテスタ１の本体はバッテリ１０の上蓋に固定されており、その固定方法としては、例えば、上蓋の表面に両面テープで固定したり、上蓋の表面の凹凸にバッテリテスタ１を嵌合させたり、上蓋の窪みにバッテリテスタ１を入れて接着剤や熱溶着（ホットメルト）などで固定することができる。上蓋の表面からバッテリテスタ１の本体が飛び出ていると、バッテリ１０の収納部内の他の部品と干渉するおそれがあるため、上蓋の窪みにバッテリテスタ１を収容し、上蓋の表面のツラから飛び出さないようにバッテリテスタ１を固定することが望ましい。
【００２９】
正負極クリップは、正極外部端子と負極外部端子とに接続される際の誤接続を防ぐために、クリップを覆うカバーの色が異なっている。また、本例では、正極外部端子に接続される正極クリップには、サーミスタＴＨ等の温度センサが固着している。
【００３０】
正負極クリップには、第１のスイッチＳＷ１と第１の抵抗Ｒ１とが直列に接続された第１の通電回路と、第２のスイッチＳＷ２と第２の抵抗Ｒ２とが直列に接続された第２の通電回路とがそれぞれ並列に接続されている。第１のスイッチＳＷ１、第２のスイッチＳＷ２は、例えば、ＦＥＴ等のスイッチング素子で構成することができる。
【００３１】
正負極クリップには、バッテリ１０の開回路電圧値（ＯＣＶ）を測定する電圧測定回路３が接続されている。電圧測定回路３は、さらに、第１のスイッチＳＷ１を閉じたとき（オン状態としたとき）の第１の抵抗Ｒ１の両端電圧値（Ｖ１）、および、第２のスイッチＳＷ２を閉じたときの第２の抵抗Ｒ２の両端電圧値（Ｖ２）を測定するために、第１の抵抗Ｒ１の両端および第２の抵抗Ｒ２の両端にも接続されている。電圧測定回路３は、インピーダンス等による影響を低減させる差動増幅回路およびデジタル電圧値を出力するためのＡ／Ｄコンバータを含んで構成されている。電圧測定回路３の出力側はマイクロプロセッサ２に接続されている。
【００３２】
本例では、電圧測定回路３を構成するＡ／Ｄコンバータに、自動車用１２Ｖモノブロック電池のＪＩＳ規格電池で一番大きな２４５Ｈ５２形電池（公称容量：１７６Ａｈ）でも、２Ａで１０ＬＳＢ以上の値として分極が測定できる２０Ｖフルスケール１６ビットＡ／Ｄコンバータを使用した。１０ＬＳＢ以上を基準とした理由は、通常Ａ／Ｄコンバータは３ＬＳＢ程度の誤差を含むため、有意な電圧測定値であるためには、測定値が３ＬＳＢより充分大きな値である必要があるからである。なお、本例ではＡ／Ｄコンバータは１０μｓのサンプリング速度で作動する。
【００３３】
また、バッテリテスタ１は、ホール素子ＨＳ等の電流センサを介して第１の抵抗Ｒ１に流れる電流値（Ｉ１）および第２の抵抗Ｒ２に流れる電流値（Ｉ２）を測定する第１電流測定回路４１および第２電流測定回路４２を有しており、これらの電流測定回路の出力側はそれぞれマイクロプロセッサ２に接続されている。また、上述した温度センサＴＨは温度測定回路５に接続されており、温度測定回路５の出力側はマイクロプロセッサ２に接続されている。第１電流測定回路４１、第２電流測定回路４２および温度測定回路５はそれぞれＡ／Ｄコンバータを含んで構成されている。なお、本例では、第１電流測定回路４１および第２電流測定回路４２のＡ／Ｄコンバータは、電圧測定回路３のＡ／Ｄコンバータと同じく１０μｓのサンプリング速度で作動する。
【００３４】
このように第１の抵抗Ｒ１、第２の抵抗Ｒ２の両端電圧を測定するのは、ＦＥＴ等で構成される第１のスイッチＳＷ１、第２のスイッチＳＷ２のオン状態での抵抗の影響による誤差を低減させるためであり、また、これらの抵抗に流れる電流を別々の電流測定回路で測定するのは、後述するように２つの抵抗に流れる電流値が１桁異なるため測定電流値に即した電流測定回路で測定することで誤差を低減させるためであり、ひいては、後述するバッテリ１０のオーミックな抵抗成分および電荷移動抵抗成分を精度よく測定するためである。
【００３５】
また、第１のスイッチＳＷ１、第２のスイッチＳＷ２はマイクロプロセッサ２に接続されており、マイクロプロセッサ２から出力される信号に従ってオン、オフが制御される。
【００３６】
さらに、マイクロプロセッサ２には、マイクロプロセッサ２による測定、演算結果を液晶表示するとともに、入力装置としても機能するミニタッチパネル７、マイクロプロセッサ２による測定、演算結果を所定用紙に印刷するためのミニプリンタ８およびバッテリ１０の異常状態を報知するための異常報知回路６が接続されている。異常報知回路６は、例えば、ブザーおよびブザー作動回路を含んで構成することができ、または、電波や光を媒体とする無線信号発信回路（発信機）であってもよい。光を媒体とする場合には、例えば、複数個のＬＥＤによる点滅で測定、演算結果等のデータを外部装置にシリアル送信するようにしてもよい。
【００３７】
マイクロプロセッサ２は、中央演算処理装置として機能するＣＰＵ、ＣＰＵのワークエリアとして働くＲＡＭ、ＣＰＵのプログラムや後述する関係マップ、式、第１の抵抗Ｒ１および第２の抵抗Ｒ２の抵抗値等が格納されたＲＯＭを含んで構成されている。
【００３８】
＜第１、第２通電回路＞
ここで、第１、第２通電回路を構成する第１のスイッチＳＷ１、第２のスイッチＳＷ２のマイクロプロセッサ２によるオン制御時間および第１、第２の通電回路の抵抗の抵抗値について本発明に至った経緯も含めて説明する。
【００３９】
１．スイッチのオン制御時間
図３に示すように、０．５ｍｓ３０Ａと０．５ｓ２Ａのパルスを組み合わせた波形を、ＪＩＳ−Ｄ５３０１の自動車用鉛蓄電池８０Ｄ２６に印加した。３０Ａ、２Ａとした理由については後述する（「２．第１、第２の通電回路の抵抗の抵抗値」参照）。電気化学セルの抵抗は一般に時間依存性があり、複素インピーダンスの周波数分散解析がバッテリの特性評価に用いられる。図４に示すように、８０Ｄ２６の虚数部−実数部インピーダンス応答は、円弧とその右側に伸びる直線からなっており、１Ｈｚで虚数部が極小値をとり、１ｋＨｚで虚数部がゼロとなる。これは、一般に知られるランドレス（Randles）等価回路と呼ばれる、電気化学システム等価回路モデルに対応するものであり、高周波側の虚数部がゼロのときの実数部の抵抗がオーミックな抵抗Ｒｏｈｍで、より低周波数側での虚数部が極小値をとっている周波数での実数部の値が、オーミックな抵抗Ｒｏｈｍと電荷移動抵抗Ｒｅｔの和である。
【００４０】
オーミックな抵抗Ｒｏｈｍ、電荷移動抵抗Ｒｅｔは、Ｒｏｈｍ＝１ｋＨｚ抵抗、Ｒｅｔ＝１Ｈｚ抵抗−１ｋＨｚ抵抗と表すことができる。上述した式（２）を用いて直流パルスの場合に換算すると、Ｒｏｈｍ＝パルス幅０．５ｍｓ抵抗＝（パルス前電圧−０．５ｍｓ電圧）／０．５ｍｓ電流と表すことができる。０．５ｍｓ電流はバッテリテスタ１の内部を流れる電流として扱う。これは、負荷放電中や充電用電源で充電中に試験しないことを想定しているためである。負荷放電中や充電用電源で充電中に試験する場合はクランプメータなど、それらの充放電電流も測定し０．５ｍｓ電流に加える必要があり、コストの制約がなければそのようにしてもよい。ただし、負荷放電中や充電用電源で充電中に試験しないよう手順を明記すれば済むことなので、クランプメータを省いてコストを下げるほうが望ましい。また、Ｒｅｔ＝パルス幅０．５ｓ抵抗−パルス幅０．５ｍｓ抵抗と表すことができる。なお、本実施形態における具体的なオーミックな抵抗Ｒｏｈｍ、電荷移動抵抗Ｒｅｔの算出式については後述する。
【００４１】
図４を参照すると、極小値近辺は曲線の傾きが大きいので、周波数がずれて測定点が多少ずれても測定されるインピーダンスの実数成分はあまり変わらないように思われる。本発明の特徴の１つは、バッテリでのオーミックな抵抗Ｒｏｈｍと電荷移動抵抗Ｒｅｔを測定するのに適した周波数を見い出し、それらの周波数で測定した電圧値および電流値を用いてバッテリの劣化を推定することを明らかにしたところにある。測定する周波数がばらついたり、バッテリのばらつきのために周波数とインピーダンスとの対応がずれたりした場合の誤差が小さくなる周波数を選ぶことを考えた。
【００４２】
周波数に起因するＲ実数成分測定誤差の指標を−ｄＲ実数成分／ｄｌｎ（周波数ｆ）と表し、各周波数でこの値を図４の実験データを元に計算したところ、図５が得られた。例えば、図４を測定した周波数が３５個の場合、ｆ（１），ｆ（２），・・・，ｆ（３５）で表すと、ｆ（１）＝０．０１、ｆ（２）＝ｆ（１）×１．４６７８、ｆ（３）＝ｆ（２）×１．４６７８、ｆ（３５）＝ｆ（３４）×１．４６７８で計算し周波数を決め、周波数ｆ（ｎ）で実測されたＲ実数成分をＲ（ｎ）と表すと、−ｄＲ実数成分／ｄｌｎ（周波数ｆ）≒−（Ｒ（ｎ）−Ｒ（ｎ−１））／（ｌｎ（ｆ（ｎ））−ｌｎ（ｆ（ｎ−１）））として図５を計算できる。図５を参照すると、０．５〜２Ｈｚ（パルス幅換算１ｓ〜０．２５ｍｓ）の低周波と３００Ｈｚ〜３ｋＨｚ（パルス幅換算１．７ｍｓ〜０．１７ｍｓ）の高周波領域で誤差が小さくなっていることが分かった。
【００４３】
バッテリテスタとして利用する場合は、これらの２つの領域の周波数に相当する短いパルス幅１．７ｍｓ〜０．１７ｍｓと、長いパルス幅１ｓ〜０．２５ｍｓとで通電し、その際の電圧値、電流値からバッテリのオーミックな抵抗Ｒｏｈｍおよび電荷移動抵抗Ｒｅｔを算出すればよい。
【００４４】
このため、本実施形態では、マイクロプロセッサ２のＣＰＵによる第１のスイッチＳＷ１のオン時間を短いパルス幅内の０．５ｍｓ、第２のスイッチＳＷ２のオン時間を長いパルス幅内の０．５ｓに設定し、異なる時間にこれら２つのスイッチをオン状態に制御、より具体的には、第２のスイッチＳＷ２をオフ状態とし第１のスイッチＳＷ１を短いパルス幅（０．５ｍｓ）でオン状態に制御した後直ちに、第１のスイッチＳＷ１をオフ状態とし第２のスイッチＳＷ２を長いパルス幅（０．５ｓ）でオン状態に制御する構成とした。なお、バッテリ１０のオーミックな抵抗Ｒｏｈｍおよび電荷移動抵抗Ｒｅｔを算出するには、バッテリ１０の開回路電圧も測定する必要があり、その測定タイミングはバッテリテスタ１による通電の前後いずれかに限られるが、第１、第２の通電回路の通電による分極の影響を避けるため、第１、第２の通電回路の通電前が好ましい。また、第１のスイッチＳＷ１をオン状態に制御した直後に、第２のスイッチＳＷ２をオン状態に制御するのは、逆の場合やその間にインターバルを設ける場合と比べバッテリの残存容量の変化による影響が小さいと考えたからであるが、本発明はこれに制限されるものではない。
【００４５】
２．第１、第２の通電回路の抵抗の抵抗値
バッテリ１０に通電する電流は複数回連続でも単発でも構わないが、時間を短くするという意図と、バッテリテスタ１の温度が上昇することによる制御・測定系への悪影響を除くため、温度上昇が５Ｋ以下になるよう波形連続印加回数を設定することが望ましい。また、短時間でユーザが多数のバッテリを連続テストする可能性もあるので、その場合でも温度が異常に高くならないように余裕をもった設計とする必要がある。温度上昇を抑制するため、バッテリテスタ１の内部は熱伝導率および熱容量が比較的大きな材料で充填されていることが望ましい。このような材料には、例えば、シリコン粒子をフィラーに使ったエポキシ樹脂が挙げられる。以下の式（３）によって、１回のテストでの波形連続印加回数ｎの上限が概算できる。
【００４６】
【数３】
【００４７】
例えば、波形が１００Ｈｚ０Ａ〜１Ａ矩形波（０Ａ５ｍｓ＋１Ａ５ｍｓ）の場合、単発波形電気量＝５ｍＣとなる。短時間ユーザ連続テスト回数を５０回とし、テスタ内部は酸化ケイ素などセラミックのフィラーを使った樹脂が充填され、バッテリテスタ熱容量を８０Ｊ／Ｋとすると、ｎ＝１３３回となる。これを時間に直すと、１３３回／１００Ｈｚ＝１．３秒となる。これは１回のテストの時間として十分短い時間である。このため、例えば、１３３回波形を印加して平均化処理を行うことで推定精度を上げるようにしてもよい。
【００４８】
発熱が大きいと抵抗の抵抗値が変動して電流測定精度が悪くなったり、ひどい場合には部品が壊れたり、テスタ表面まで熱くなり手で持てなくなる可能性がある。このため、発熱の問題を避ける点も考慮し、上述したように、長いパルス幅のパルスでは電流を小さくし２Ａとした。
【００４９】
一方、１．７ｍｓ〜０．１７ｍｓの短いパルス幅の電流は、ＪＩＳ−Ｄ５３０１に規定された各種電池型式のバッテリにおいて劣化バッテリの検出に適した電流を調べたところ３０Ａとなったので、３０Ａとした。劣化バッテリの検出に適しているかどうかは、同一規格の新品バッテリと劣化バッテリで各種電流で放電して内部抵抗を測定し、新品バッテリと劣化バッテリで内部抵抗の違いが大きい電流を劣化バッテリの検出に適していると判断した。１．７ｍｓ〜０．１７ｍｓ３０Ａでは発熱の問題は起き難いので、短いパルスでは発熱を理由に電流を制限する必要なかった。
【００５０】
以上を前提に、本実施形態では、第１の抵抗Ｒ１に巻き線型の０．４Ω（誤差精度５％）の定抵抗、第２の抵抗Ｒ２に巻き線型の６Ω（誤差精度５％）の定抵抗を用いた。なお、これらの抵抗値では、図３に示すＶ１が約３００ｍＶ、Ｖ２が約１００ｍＶとなる。
【００５１】
＜動作＞
次に、マイクロプロセッサ２のＣＰＵ（以下、単にＣＰＵという。）が実行するバッテリ状態推定ルーチンについて説明する。なお、ユーザは正負極クリップをそれぞれ正負極端子に接続し、タッチパネル７の所定箇所にタッチすることでバッテリ状態推定ルーチンが開始される。
【００５２】
図２に示すように、ステップ１０４において、ＣＰＵは電圧測定回路３から出力されたバッテリ１０の開回路電圧値（ＯＣＶ）を取り込む。なお、第１のスイッチＳＷ１、第２のスイッチＳＷ２はオフ状態のままである。また、ステップ１０４では、温度測定回路５から出力された温度値を取り込む。
【００５３】
次にステップ１０６では、第１のスイッチＳＷ１を０．５ｍｓの間オン状態に制御し、次のステップ１０８において、第１のスイッチＳＷ１がオン状態に制御されている間に、電圧測定回路３から出力された第１の抵抗Ｒ１の両端電圧値（Ｖ１）および第１電流測定回路４１から出力された第１の抵抗Ｒ１に流れる電流値（Ｉ１）を取り込む。なお、この状態で、第２のスイッチＳＷ２はオフ状態のままである。
【００５４】
次いでステップ１１０では、第１のスイッチＳＷ１をオフ状態、第２のスイッチＳＷ２を０．５ｓの間オン状態に制御し、次のステップ１１２において、第２のスイッチＳＷ２がオン状態に制御されている間に、電圧測定回路３から出力された第２の抵抗Ｒ２の両端電圧値（Ｖ２）および第２電流測定回路４２から出力された第２の抵抗に流れる電流値（Ｉ２）を取り込む。この取り込みが終了すると、第２のスイッチＳＷ２をオフ状態に制御する。
【００５５】
次に、ステップ１１４において、測定した開回路電圧値（ＯＣＶ）、第１の抵抗Ｒ１の両端電圧値（Ｖ１）、第１の抵抗Ｒ１に流れる電流値（Ｉ１）、第２の抵抗Ｒ２の両端電圧値（Ｖ２）、第２の抵抗Ｒ２に流れる電流値（Ｉ２）から、下式（４）により、コールドクランキングアンペア（ＣＣＡ）値を演算する。上述したように、ＯＣＶ、Ｖ１、Ｉ１、Ｖ２、Ｉ２は、１０μｓ毎に測定されるので、測定したそれぞれの平均値をＯＣＶ、Ｖ１、Ｉ１、Ｖ２、Ｉ２としてもよい。なお、ＣＰＵは、ＣＣＡを演算する際に、ＲＯＭに格納されＲＡＭに展開されたＲｏｈｍからＲｏｈｍ＊への変換マップおよびＲｅｔからＲｅｔ＊への変換マップを参照する。
【００５６】
【数４】
【００５７】
次に、ステップ１１６において、測定したＯＣＶと演算したＣＣＡとを、図６に示すように、ＣＣＡ、ＯＣＶおよびバッテリの状態の関係を定めた第１の関係マップに当てはめてバッテリ１０の状態を推定する。なお、第１の関係マップは、予めＲＯＭに格納されＲＡＭに展開されている。
【００５８】
この第１の関係マップでは、新品バッテリでは理想的には図６の縦軸１００％の位置（符号ａ参照）になるはずであるが、劣化するに従い下がり７５％の位置（符号ｂ参照）を良好／要交換判定のしきい値に設定したが、これに限るものではない。また、第１の関係マップには、バッテリの状態として、「劣化セル交換」、「良好要充電」、「良好」、「充電後再テスト」および「劣化交換」の５つに分類されているが、より多くまたは少なく分類するようにしてもよい。本例では、バッテリの状態推定結果として、タッチパネル７に５つに分類のうちのいずれかを表示する。
【００５９】
また、ステップ１１６では、第１の関係マップにおいて、「劣化セル交換」または「劣化交換」の位置に該当する場合（バッテリが異常の場合）には、異常報知回路６に所定の信号（例えば、２値のハイレベル信号）を送出し、ブザー作動回路を作動させブザーによる警告音を発生させたり、異常報知回路６が無線信号発信回路で構成される場合には、外部装置による警告が可能なように、無線信号発信回路が外部装置に無線信号を発信させたりするようにしてもよい。
【００６０】
次のステップ１１８では、バッテリ１０の健康度（ＳＯＨ）や充電状態（ＳＯＣ）を推定し、タッチパネルに表示する。すなわち、図７に示すように、ＲＯＭには電荷移動抵抗Ｒｅｔと健康度（ＳＯＨ）との関係を定めた第２の関係マップに実測したＲｅｔを当てはめてバッテリ１０の健康度（ＳＯＨ）を推定する。オーミックな抵抗とＳＯＨは一般に対応する性質のものではないが、一方、電荷移動抵抗は電極の有効表面積や電解液中の電極反応種（硫酸）濃度に依存するので、鉛電池のような充電状態（ＳＯＣ）によって有効表面積や電極反応種（硫酸）濃度が変わる電池系において電荷移動抵抗はＳＯＨと対応する。残容量はＳＯＨと１対１に対応する量なので、残容量を推定することもできる。また、図８に示すように、開回路電圧（ＯＣＶ）と充電状態（ＳＯＣ）との関係を定めた第３の関係マップにステップ１０４で測定した開回路電圧値（ＯＣＶ）を当てはめてバッテリ１０の充電状態（ＳＯＣ）を推定する。なお、これらＳＯＨ、ＳＯＣを推定するにあたり、所定の温度でのＳＯＨ、ＳＯＣに温度補正することが好ましい。また、タッチパネル７を介して、測定結果や推定結果についてプリンタ８への出力指示がある場合には、指示に従い出力（印刷）する。ステップ１１８での処理が終了すると、バッテリ状態推定ルーチンは終了する。
【００６１】
（作用効果等）
次に、本実施形態のバッテリテスタ１の作用効果等について説明する。
【００６２】
本実施形態のバッテリテスタ１によれば、マイクロプロセッサ２は、バッテリ１０のオーミックな抵抗Ｒｏｈｍと電荷移動抵抗Ｒｅｔとを算出する際の、周波数誤差がほぼ最小となるパルス幅内で第１のスイッチＳＷ１、第２のスイッチＳＷ２をオン状態に制御する。このため、マイクロプロセッサ２は、バッテリ１０の開回路電圧値（ＯＣＶ）と、第１のスイッチＳＷ１を短いパルス幅（０．５ｍｓ）でオン状態に制御した状態で測定した第１の抵抗Ｒ１の両端電圧値（Ｖ１）および第１の抵抗Ｒ１に流れる電流値（Ｉ１）とからバッテリ１０のオーミックな抵抗成分Ｒｏｈｍを適正に検出でき（式（４）参照）、このオーミックな抵抗成分Ｒｏｈｍと、バッテリ１０の開回路電圧値（ＯＣＶ）と、第２のスイッチＳＷ２を長いパルス幅（０．５ｓ）でオン状態に制御した状態で測定した第２の抵抗Ｒ２の両端電圧値（Ｖ２）および第２の抵抗に流れる電流値（Ｉ２）とからバッテリ１０の電荷移動抵抗Ｒｅｔを適正に検出できるため（式（４）参照）、バッテリ１０の状態を精度よく推定することができる。
【００６３】
また、本実施形態のバッテリテスタ１によれば、第１および第２の通電回路に流れる通電パルスが長いパルス幅（０．５ｓ）でも１ｓ以下であり、通電電流（３０Ａ）もエンジン始動を模擬する程の大電流とする必要がないため、発熱を抑制し、第１の抵抗Ｒ１、第２の抵抗Ｒ２を小さくでき装置全体の小型化を図ることができる。
【００６４】
さらに、本実施形態のバッテリテスタ１によれば、マイクロプロセッサ２は、第２のスイッチＳＷ２をオフ状態とし第１のスイッチＳＷ１を短いパルス幅（０．５ｍｓ）でオン状態に制御した後直ちに、第１のスイッチＳＷ１をオフ状態とし第２のスイッチＳＷ２を長いパルス幅（０．５ｓ）でオン状態に制御するため、バッテリ１０の残存容量の変化による影響を低減でき、バッテリ１０の状態を精度よく推定することができる。
【００６５】
また、本実施形態のバッテリテスタ１によれば、マイクロプロセッサ２は、開回路電圧値（ＯＣＶ）、第１の抵抗Ｒ１の両端電圧値（Ｖ１）および第１の抵抗Ｒ１に流れる電流値（Ｉ１）と、第２の抵抗Ｒ２の両端電圧値（Ｖ２）および第２の抵抗Ｒ２に流れる電流値（Ｉ２）とからバッテリ１０の電荷移動抵抗値Ｒｅｔを算出し、算出した電荷移動抵抗値Ｒｅｔを、ＲＯＭに予め格納されたバッテリ１０の電荷移動抵抗値Ｒｅｔと健康度との関係を定めた第２の関係マップに当てはめてバッテリ１０の健康度（ＳＯＨ）を推定するとともに、開回路電圧値（ＯＣＶ）を、開回路電圧と充電状態との関係を定めた第３の関係マップに当てはめてバッテリ１０の充電状態（ＳＯＣ）を推定するので、バッテリ１０の状態を詳しく検出することができる。
【００６６】
さらに、本実施形態のバッテリテスタ１によれば、温度センサを有する温度測定回路５で測定された温度値により、算出したオーミックな抵抗Ｒｏｈｍおよび電荷移動抵抗Ｒｅｔを−１８℃での値に温度補正するので、コールドクランキングアンペア値を精度よく算出することができ、その結果、バッテリ１０の状態を適正に推定することができる。
【００６７】
なお、本実施形態では、コストの点を考慮し、電圧測定回路３を単一のものとしたが、本発明はこれに限らず、バッテリ１０の開回路電圧を測定する開回路電圧測定部、第１の抵抗Ｒ１の両端電圧を測定する第１電圧測定部および第２の抵抗Ｒ２の両端電圧を測定する第２電圧測定部の３つの電圧測定部で構成するようにしてもよい。
【００６８】
また、本実施形態では、電流測定精度を高めるために、第１の抵抗Ｒ１に流れる電流を測定する第１電流測定回路４１と、第２の抵抗Ｒ２に流れる電流を測定する第２電流測定回路４２との２つの電流測定回路を例示したが、例えば、正極クリップと第２のスイッチＳＷ２との間に電流センサを設け、第１のスイッチＳＷ１および第２のスイッチＳＷ２を閉じたときのバッテリ１０に流れる電流を１つの電流測定回路で測定するようにしてもよい。この場合には、第１のスイッチＳＷ１、第２のスイッチＳＷ２のオン状態時の抵抗を考慮して第１の抵抗Ｒ１や第２の抵抗Ｒ２に流れる電流値を算出するようにすればよい。
【００６９】
さらに、本実施形態では、バッテリ１０の温度を測定するために、正極クリップに温度センサを固着しバッテリ１０の正極外部端子の温度をバッテリ１０の温度として測定した例を示したが、温度センサをバッテリ１０に固定することでバッテリ１０の温度を測定するようにしてもよい。
【００７０】
（第２実施形態）
次に、本発明を、自動車用バッテリの状態を監視するバッテリ状態監視装置に適用した第２の実施の形態について説明する。第２実施形態は、第１実施形態のバッテリテスタ１がバッテリの状態を推定するのに対し、そのような推定はバッテリ状態監視装置外の外部装置で行われ、バッテリ状態監視装置はそのためのパラメータ（ＯＣＶ、Ｖ１、Ｉ１、Ｖ２、Ｉ２）を測定するものである。なお、本実施形態において、第１実施形態と同一の部材およびルーチンには同一の符号を付してその説明を省略し、以下、異なる箇所のみ説明する。
【００７１】
図９に示すように、第２実施形態のバッテリ状態監視装置２０は、第１実施形態のバッテリテスタ１とほぼ同様の構成を有している。図１と比較して異なっている点は、図１のタッチパネル７に対し液晶表示装置（ＬＣＤ）１１と操作スイッチ１２とを有する点、図１の異常報知回路６に代えて無線信号発信回路１３を有する点である。無線信号送信回路１３は、外部装置がバッテリ１０の状態を推定できるように、バッテリ１０のオーミックな抵抗Ｒｏｈｍおよびバッテリの電荷移動抵抗Ｒｅｔを算出するためのパラメータ（ＯＣＶ、Ｖ１、Ｉ１、Ｖ２、Ｉ２）を外部装置に対して送信する。無線信号送信回路１３による信号送信は、電波若しくは光を媒体とするものを用いることができる。光を媒体とする場合には、例えば、複数個のＬＥＤによる点滅でデータを外部装置にシリアル送信するようにしてもよい。
【００７２】
バッテリ状態監視装置２０のマイクロプロセッサ２のＣＰＵは、図１０に示すバッテリ状態監視ルーチンを実行する。図２に示したバッテリ状態推定ルーチンとの相違点は、ステップ１２０〜ステップ１２４である。
【００７３】
すなわち、ステップ１２０において、パラメータ、すなわち、測定したバッテリ１０の開回路電圧値（ＯＣＶ）、第１の抵抗Ｒ１の両端電圧値（Ｖ１）、第１の抵抗Ｒ１に流れる電流値（Ｉ１）、第２の抵抗Ｒ２の両端電圧値（Ｖ２）および第２の抵抗Ｒ２に流れる電流値（Ｉ２）を液晶表示装置１１に表示し、次のステップ１２２において、操作スイッチ１２からプリンタ８への出力または無線信号送信回路１３によるパラメータ送信の指示の入力がなされるまで待機し、指示の入力がなされると、ステップ１２４において、プリンタ８への出力または無線信号送信回路１３によるパラメータ送信を行って、バッテリ状態監視ルーチンを終了する。
【００７４】
図１１は、バッテリ診断システムの説明図である。このようなバッテリ診断システムには、バッテリ状態監視装置２０の使用者または使用する組織が必要であり、図１１では協力会社と表されている。協力会社としては、バッテリチェックやバッテリ販売を事業とする会社が想定される。バッテリ状態監視装置２０を使用する組織が自らバッテリ状態監視装置２０を管理する場合は、その組織も図１１の協力会社として位置づけられる。本例では、協力会社はバッテリメーカである新神戸電機（株）の１００％子会社のバッテリ販売会社である日立バッテリー販売サービス（株）である。
【００７５】
協力会社は、バッテリ状態監視装置２０でバッテリ１０の状態を監視し、無線信号発信回路１３を介して無線で協力会社内ＰＣ６０に上述したパラメータ（ＯＣＶ、Ｖ１、Ｉ１、Ｖ２、Ｉ２）のデータを送信する。ＰＣ６０が図１に示すステップ１１４〜ステップ１１８のバッテリ状態推定ルーチンを実行するように構成されていれば、協力会社はその場でバッテリ１０の状態をユーザに知らせることができる。一方、そのような機能を有していなくても、ＰＣ６０からインターネットを介して情報サービス事業者のデータベースサーバ７３にバッテリ１０の測定結果、すなわち、上述したパラメータが記憶される。このため、バッテリ状態監視装置２０による監視は定期的でも不定期的でも構わない。
【００７６】
情報サービス事業者は、バッテリメーカやバッテリ販売会社、バックアップ用バッテリを有するビルの管理会社などバッテリのメンテナンスに関わりのある会社であり、バッテリの管理に関する情報サービスを１事業として行っていることを想定している。本例では、情報サービス事業者はバッテリメーカである新神戸電機（株）である。インターネットで通信する際はＳＳＬなどによる暗号化が望ましい。ＰＣ６０とバッテリ状態監視装置２０との間の通信は配線の簡略化やシステム開発の簡単さなどの理由により無線ＬＡＮが望ましいが、無線ＬＡＮ以外の無線や、有線であっても構わない。なお、無線は無線ＬＡＮに使われる小電力データ通信システムか、リモコンなどで使われる特定省電力無線を使うと無線免許が不要なため、簡単にシステムを組むことができる。
【００７７】
バッテリ状態監視装置２０とインターネットの接続には既存のインターネットに接続可能なＰＣを利用する方が接続費用の追加発生金額が少なくて済むので望ましいが、必ずしもＰＣを介する必要は無く、ＰＣを介さずに携帯電話回線でインターネットに接続してもよい。このような場合に、ユーザが参照可能なようにプリンタ８からの出力が有効である。バッテリ１０を管理するユーザはバッテリ状態監視装置２０の検知結果を、バッテリ状態監視装置２０を操作することで情報提供してもらうことも可能であり、情報サービス事業者からバッテリの履歴情報詳細を情報提供してもらうこともできる。例えば、バッテリ１０の内部抵抗が急に大きくなり始めたなどの異常を検知すると、ユーザに情報サービス事業者が電話やＥメールなどで情報提供する。情報サービス業者からの情報提供のため、電話、郵送、Ｅメール、ホームページ登録フォームによるユーザ登録などにより情報提供先を登録可能となっている。
【実施例】
【００７８】
（実施例１）
第１実施形態に従って実施例１のバッテリテスタを作製した。
【００７９】
（比較例１）
低電流の段続放電で内部抵抗を評価し、抵抗とＣＣＡの換算表を参照してＣＣＡを推定し表示するバッテリテスタがある。例えば、５ｍｓ１Ａ放電５ｍｓ休止を繰り返す１００Ｈｚ断続放電を約４秒間行うが、周波数が不適切なので、ばらつきが大きい。インピーダンスの周波数依存性は電池設計と関わってくるので、特定のメーカの電池で誤判定が出るなどの問題が出やすい。また、通電時間が長いので、電流が小さくても発熱が無視できない程度に大きく、連続して使っているとバッテリテスタが熱くなり、誤差が大きくなる、発火事故の原因となる等の可能性がある。
【００８０】
（比較例２）
１００Ａ５秒など、大電流を数秒の比較的長い時間流して、その時の電圧から電池の劣化状態の良否を判定する方法がある。拡散抵抗が影響する時間スケールなので、比較的精度がよいが、発熱が大きいため、温度上昇を抑えるため熱容量の大きい巨大な抵抗を使用し装置が大きくなる、連続して試験ができないなどの問題がある。
【００８１】
以上を纏めると、下表１のようになり、実施例１のバッテリテスタが優れていることが分かる。
【００８２】
【表１】
【産業上の利用可能性】
【００８３】
本発明は発熱が少なく小型で高精度のバッテリテスタ、該バッテリテスタを備えたバッテリおよびバッテリ状態監視装置を提供するものであるため、バッテリテスタ、バッテリおよびバッテリ状態監視装置の製造、販売に寄与するので、産業上の利用可能性を有する。
【符号の説明】
【００８４】
１ バッテリテスタ
２ マイクロプロセッサ（制御手段、記憶手段）
３ 電圧測定回路（電圧測定手段の一部）
６ 異常報知回路（異常状態報知手段）
８ プリンタ（出力手段の一部）
１０ バッテリ
１１ 液晶表示装置（出力手段の一部、ディスプレイ）
１３ 無線信号発信回路（無線信号発信機、出力手段の一部）
２０ バッテリ状態監視装置
４１ 第１電流測定回路（電流測定手段の一部）
４２ 第２電流測定回路（電流測定手段の一部）
Ｒ１ 第１の抵抗
Ｒ２ 第２の抵抗
ＳＷ１ 第１のスイッチ
ＳＷ２ 第２のスイッチ
【技術分野】
【０００１】
本発明はバッテリテスタ、バッテリおよびバッテリ状態監視装置に係り、特に、バッテリ放電機能を有するバッテリテスタ、該バッテリテスタを備えたバッテリおよびバッテリの状態を監視するバッテリ状態監視装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＵＰＳ、非常灯、非常放送設備、電話交換機、通信機器基地局など、非常時のバックアップを想定した機器や、自動車、電動車などでバッテリが使用されている。これらの機器はバッテリの劣化や放電などにより機能を発揮できなくなる。これを避けるため、バッテリの性能が低下しているかを確認する装置がある。このような装置として、例えば、バッテリ放電機能を持たないバッテリ監視装置やバッテリ放電機能を持つバッテリテスタが知られている。
【０００３】
バッテリテスタは、バッテリをパルス放電させ、その時の電圧、電流から求めた内部抵抗や電導度（内部抵抗の逆数）の値を表示したり、コールドクランキングアンペア（ＣＣＡ）に換算し表示したりする。また、バッテリテスタは、バッテリの充電状態（ＳＯＣ）についても検出可能であり、電流が流れていない状態かごくわすがしか電流が流れていない状態でのバッテリ電圧から推定し表示したりしている。
【０００４】
劣化バッテリでの健康度（ＳＯＨ）や容量は、複素インピーダンスの周波数分散データへのカーブフィッティングにより等価回路のパラメータを測定することから求めることができるが、印加波形が正弦波となるため、装置が高コストであり一般的ではない。
【０００５】
一般的なバッテリテスタは、定抵抗放電によるものであり（例えば、特許文献１参照）、大きく分けて、１００Ａの大電流で５秒程度バッテリを放電させるものと、１Ａ〜１００Ａで１ｍｓ〜１０ｍｓの放電させるものがある。前者はエンジン始動時の電流を模擬したものであり、エンジン始動用バッテリの試験方法としては妥当性がある。後者は、単発パルス時間幅が充分短いので、複数回放電するのが一般的であり、得られた複数のデータは平均化処理など精度向上のための処理に利用する。後者は一般に装置が小さく、近年普及してきている。定抵抗放電の場合は単発パルスの形状は矩形波であり、複数回放電する場合は、パルス間隔ｔ１は以下の式（１）で表される。
【０００６】
【数１】
【０００７】
複数回放電するタイプの既存の製品では放電パルス幅と休止時間を同一とするのが一般的であり、この場合、パルス幅ｔ２（ｓ）と周波数ｆ（Ｈｚ）は以下の式（２）で表される関係となる。
【０００８】
【数２】
【０００９】
例えば、パルス幅１０ｍｓは周波数５０Ｈｚに相当する。バッテリテスタでパルス幅ｔ２の単一直流パルス波を印加した場合と、周波数ｆの交流波を印加した場合とでは、直流と交流の違いはあるが、同一の時間スケールなので、得られる情報は基本的に同じである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特許第４４１４７５７号公報（図２）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、従来の定抵抗放電によるバッテリテスタのうち１００Ａ５秒程度でバッテリを放電させるものは、放電電流が大きく通電時間も長いため、発熱の問題を回避するため巨大なホーロー抵抗が使われ、装置が大型化することが問題であり、また、何回も連続して測定した場合にバッテリテスタの温度が非常に高くなることも誤差増大や安全性の面で問題である。一方、従来の定抵抗放電によるバッテリテスタのうち１Ａ〜１００Ａで１ｍｓ〜１０ｍｓの放電させるものは、精度に劣るという問題がある。すなわち、１ｍｓ〜１０ｍｓ（５００Ｈｚ〜５０Ｈｚ）の範囲では電気二重層の充放電が充分行われないためオーミックな抵抗成分が主となり、オーミックな抵抗は格子腐食の劣化情報を含むが、ＳＯＨや容量はこのオーミックな抵抗と対応する性質のものではないため、一般的に、不特定の劣化モードのバッテリ、または不特定の型式のバッテリのオーミックな抵抗からＳＯＨや容量を推定することはできない。
【００１２】
本発明は上記事案に鑑み、発熱が少なく小型で高精度のバッテリテスタ、該バッテリテスタを備えたバッテリおよびバッテリ状態監視装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記課題を解決するために、本発明の第１の態様は、バッテリテスタであって、第１の抵抗と第１のスイッチとを有し、バッテリに並列接続される第１の通電回路と、第２の抵抗と第２のスイッチとを有し、前記バッテリに並列接続される第２の通電回路と、前記バッテリの開回路電圧、前記第１および第２の抵抗の両端電圧を測定する電圧測定手段と、前記第１および第２の抵抗に流れる電流を測定する電流測定手段と、前記第１および第２のスイッチのオン、オフを制御し、前記電圧測定手段で測定された電圧値および前記電流測定手段で測定された電流値から前記バッテリの状態を推定する制御手段と、を備え、前記制御手段は、前記第１のスイッチと第２のスイッチとを、１．７ｍｓ〜０．１７ｍｓの範囲の短いパルス幅と、１ｓ〜０．２５ｍｓの範囲の長いパルス幅との異なる２つのパルス幅で異なる時間にオン状態に制御し、前記電圧測定手段で測定された開回路電圧値と、前記第１のスイッチをオン状態に制御したときの前記電圧測定手段で測定された前記第１の抵抗の両端電圧値および前記電流測定手段で測定された前記第１の抵抗に流れる電流値と、前記第２のスイッチをオン状態に制御したときの前記電圧測定手段で測定された前記第２の抵抗の両端電圧値および前記電流測定手段で測定された前記第２の抵抗に流れる電流値とから前記バッテリのオーミックな抵抗値および電荷移動抵抗値を算出し、前記電圧測定手段で測定された開回路電圧値と前記算出したオーミックな抵抗値および電荷移動抵抗値とから前記バッテリの状態を推定する、ことを特徴とする。
【００１４】
第１の態様では、制御手段により、第１のスイッチと第２のスイッチとが、１．７ｍｓ〜０．１７ｍｓの範囲の短いパルス幅と、１ｓ〜０．２５ｍｓの範囲の長いパルス幅との異なる２つのパルス幅で異なる時間にオン状態に制御され、電圧測定手段で測定された開回路電圧値と、第１のスイッチをオン状態に制御したときの電圧測定手段で測定された第１の抵抗の両端電圧値および電流測定手段で測定された第１の抵抗に流れる電流値と、第２のスイッチをオン状態に制御したときの電圧測定手段で測定された第２の抵抗の両端電圧値および電流測定手段で測定された第２の抵抗に流れる電流値とからバッテリのオーミックな抵抗値および電荷移動抵抗値が算出され、電圧測定手段で測定された開回路電圧値と算出したオーミックな抵抗値および電荷移動抵抗値とからバッテリの状態が推定される。本態様によれば、制御手段が、バッテリの開回路電圧値と、第１のスイッチを所定範囲の短いパルス幅でオン状態に制御した状態で測定した第１の抵抗の両端電圧値および第１の抵抗に流れる電流値とからバッテリのオーミックな抵抗成分を適正に検出でき、このオーミックな抵抗成分と、バッテリの開回路電圧値と、第２のスイッチを所定範囲の長いパルス幅でオン状態に制御した状態で測定した第２の抵抗の両端電圧値および第２の抵抗に流れる電流値とからバッテリの電荷移動抵抗成分を適正に検出できるため、この２つの抵抗値および開回路電圧値を用いてバッテリの状態を精度よく推定することができるとともに、通電パルスが長いパルス幅でも１ｓ以下であり通電電流もエンジン始動を模擬する程の大電流とする必要がないため、発熱を抑制し通電抵抗（第１、第２の抵抗）を小さくでき装置全体の小型化を図ることができる。
【００１５】
第１の態様において、コールドクランキングアンペア、開回路電圧およびバッテリの状態の関係を定めた第１の関係マップを予め記憶した記憶手段をさらに備え、制御手段は、電圧測定手段で測定された開回路電圧値と、算出したオーミックな抵抗値および電荷移動抵抗値とからコールドクランキングアンペア値を算出し、該算出したコールドクランキングアンペア値と電圧測定手段で測定された開回路電圧値とを記憶手段に記憶された第１の関係マップに当てはめてバッテリの状態を推定するようにしてもよい。また、制御手段は、第２のスイッチをオフ状態とし第１のスイッチを短いパルス幅でオン状態に制御した後直ちに、第１のスイッチをオフ状態とし第２のスイッチを長いパルス幅でオン状態に制御するようにしてもよい。
【００１６】
また、記憶手段は予めバッテリの電荷移動抵抗と健康度との関係を定めた第２の関係マップをさらに記憶しており、制御手段は、算出した電荷移動抵抗値を第２の関係マップに当てはめてバッテリの健康度を推定するようにしてもよい。さらに、記憶手段は予めバッテリの開回路電圧と充電状態との関係を定めた第３の関係マップをさらに記憶しており、制御手段は、開回路電圧値を第３の関係マップに当てはめてバッテリの充電状態を推定するようにしてもよい。また、バッテリの外部端子に接続するためのクリップを備え、クリップは温度センサを有しており、制御手段は、温度センサで測定された温度値によりコールドクランキングアンペア値を予め定められた温度のコールドクランキングアンペア値に温度補正するようにしてもよい。
【００１７】
さらに、バッテリの異常状態を報知するための異常状態報知手段を備え、制御手段は、第１の関係マップに当てはめて推定したバッテリの状態が異常か否かをさらに判断し、該判断が肯定のときに異常状態報知手段がバッテリの異常状態を報知するように、異常状態報知手段に予め定められた信号を出力するようにしてもよい。このとき、異常状態報知手段は、ブザー、または、電波若しくは光を媒体とする無線信号発信機であってもよい。
【００１８】
このようなバッテリテスタは、バッテリの蓋に固定されていることが好ましい。
【００１９】
また、上記課題を解決するために、本発明の第２の態様は、第１の態様のバッテリテスタを備えたバッテリである。本態様でも上述した第１の態様と同様の作用効果を奏する。
【００２０】
さらに、上記課題を解決するために、本発明の第３の態様は、バッテリ状態監視装置であって、第１の抵抗と第１のスイッチとを有し、前記バッテリに並列接続される第１の通電回路と、第２の抵抗と第２のスイッチとを有し、前記バッテリに並列接続される第２の通電回路と、前記バッテリの開回路電圧、前記第１および第２の抵抗の両端電圧を測定する電圧測定手段と、前記第１および第２の抵抗に流れる電流を測定する電流測定手段と、前記第１および第２のスイッチのオン、オフを制御する制御手段と、前記電圧測定手段で測定された開回路電圧値と、前記制御手段により前記第１のスイッチがオン状態に制御されたときの前記電圧測定手段で測定された第１の抵抗の両端電圧値および前記電流測定手段で測定された第１の抵抗に流れる電流値と、前記制御手段により前記第２のスイッチがオン状態に制御されたときの前記電圧測定手段で測定された第２の抵抗の両端電圧値および前記電流測定手段で測定された第２の抵抗に流れる電流値とを出力する出力手段と、を備え、前記制御手段は、前記第１のスイッチと第２のスイッチとを、１．７ｍｓ〜０．１７ｍｓの範囲の短いパルス幅と、１ｓ〜０．２５ｍｓの範囲の長いパルス幅との異なる２つのパルス幅で異なる時間にオン状態に制御することを特徴とする。
【００２１】
第１の態様のバッテリテスタがバッテリの状態を推定するのに対し、本態様のバッテリ状態監視装置は必ずしもバッテリの状態を推定する必要はなく、そのような推定は、例えば、バッテリ状態監視装置外の外部装置で行われる。このため、外部装置がバッテリの状態を推定できるように、バッテリのオーミックな抵抗成分およびバッテリの電荷移動抵抗成分を検出するためのパラメータ（バッテリの開回路電圧値、第１の抵抗の両端電圧値、第１の抵抗に流れる電流値、第２の抵抗の両端電圧値、第２の抵抗に流れる電流値）を外部装置に対して伝達するための出力手段を備えている。本態様のバッテリ状態監視装置によれば、出力手段がバッテリのオーミックな抵抗成分およびバッテリの電荷移動抵抗成分を検出するためのパラメータを出力するので、外部装置はこのパラメータによりバッテリの状態を精度よく推定できるとともに、通電パルスが長いパルス幅でも１ｓ以下であり通電電流もエンジン始動を模擬する程の大電流とする必要がないため、発熱を抑制し通電抵抗を小さくでき装置全体の小型化を図ることができる。
【００２２】
第３の態様において、出力手段による出力が、ディスプレイ若しくはプリンタによりなさるか、または、電波若しくは光を媒体とする無線信号発信機による送信によりなされるようにしてもよい。
【発明の効果】
【００２３】
本発明の第１および第２の態様によれば、制御手段が、バッテリの開回路電圧値と、第１のスイッチを所定範囲の短いパルス幅でオン状態に制御した状態で測定した第１の抵抗の両端電圧値および第１の抵抗に流れる電流値とからバッテリのオーミックな抵抗成分を適正に検出でき、このオーミックな抵抗成分と、バッテリの開回路電圧値と、第２のスイッチを所定範囲の長いパルス幅でオン状態に制御した状態で測定した第２の抵抗の両端電圧値および第２の抵抗に流れる電流値とからバッテリの電荷移動抵抗成分を適正に検出できるため、この２つの抵抗値および開回路電圧値を用いてバッテリの状態を精度よく推定することができるとともに、通電パルスが長いパルス幅でも１ｓ以下であり通電電流もエンジン始動を模擬する程の大電流とする必要がないため、発熱を抑制し通電抵抗を小さくでき装置全体の小型化を図ることができる、という効果を得ることができる。
【００２４】
また、本発明の第３の態様によれば、出力手段がバッテリのオーミックな抵抗成分およびバッテリの電荷移動抵抗成分を検出するためのパラメータを出力するので、外部装置によりバッテリの状態を精度よく推定できるとともに、通電パルスが長いパルス幅でも１ｓ以下であり通電電流もエンジン始動を模擬する程の大電流とする必要がないため、発熱を抑制し通電抵抗を小さくでき装置全体の小型化を図ることができる、という効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明が適用可能な第１実施形態のバッテリテスタのブロック回路図である。
【図２】第１実施形態のバッテリテスタのマイクロプロセッサのＣＰＵが実行するバッテリ状態推定ルーチンのフローチャートである。
【図３】バッテリに通電する電流の印加波形を示す説明図である。
【図４】スイッチをオン状態に制御する周波数のナイキストプロットである。
【図５】周波数の誤差に起因する内部抵抗の誤差を示す説明図である。
【図６】第１実施形態のバッテリテスタのマイクロプロセッサのＲＯＭに格納されたコールドクランキングアンペア、開回路電圧およびバッテリ状態の関係を表す第１の関係マップの説明図である。
【図７】第１実施形態のバッテリテスタのマイクロプロセッサのＲＯＭに格納されたバッテリの内部抵抗と健康度との関係を表す第２の関係マップの説明図である。
【図８】第１実施形態のバッテリテスタのマイクロプロセッサのＲＯＭに格納されたバッテリの開回路電圧と充電状態との関係を表す第３の関係マップの説明図である。
【図９】本発明が適用可能な第２実施形態のバッテリ状態監視装置のブロック回路図である。
【図１０】第２実施形態のバッテリ状態監視装置のマイクロプロセッサのＣＰＵが実行するバッテリ状態監視ルーチンのフローチャートである。
【図１１】バッテリ診断システムの説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
（第１実施形態）
以下、図面を参照して、本発明を、自動車用バッテリの状態を推定するバッテリテスタに適用した実施の形態について説明する。
【００２７】
＜構成＞
図１に示すように、バッテリテスタ１は、自動車用バッテリ（例えば、ＪＩＳ−Ｄ５３０１記載の８０Ｄ２６形電池、以下、単にバッテリという。）１０の正極外部端子および負極外部端子にそれぞれ正負極クリップを介して接続される。図１では、ユーザにより正負極クリップを介してバッテリテスタ１がバッテリ１０の正負極外部端子にそれぞれ接続された状態を示している。
【００２８】
バッテリテスタ１の本体はバッテリ１０の上蓋に固定されており、その固定方法としては、例えば、上蓋の表面に両面テープで固定したり、上蓋の表面の凹凸にバッテリテスタ１を嵌合させたり、上蓋の窪みにバッテリテスタ１を入れて接着剤や熱溶着（ホットメルト）などで固定することができる。上蓋の表面からバッテリテスタ１の本体が飛び出ていると、バッテリ１０の収納部内の他の部品と干渉するおそれがあるため、上蓋の窪みにバッテリテスタ１を収容し、上蓋の表面のツラから飛び出さないようにバッテリテスタ１を固定することが望ましい。
【００２９】
正負極クリップは、正極外部端子と負極外部端子とに接続される際の誤接続を防ぐために、クリップを覆うカバーの色が異なっている。また、本例では、正極外部端子に接続される正極クリップには、サーミスタＴＨ等の温度センサが固着している。
【００３０】
正負極クリップには、第１のスイッチＳＷ１と第１の抵抗Ｒ１とが直列に接続された第１の通電回路と、第２のスイッチＳＷ２と第２の抵抗Ｒ２とが直列に接続された第２の通電回路とがそれぞれ並列に接続されている。第１のスイッチＳＷ１、第２のスイッチＳＷ２は、例えば、ＦＥＴ等のスイッチング素子で構成することができる。
【００３１】
正負極クリップには、バッテリ１０の開回路電圧値（ＯＣＶ）を測定する電圧測定回路３が接続されている。電圧測定回路３は、さらに、第１のスイッチＳＷ１を閉じたとき（オン状態としたとき）の第１の抵抗Ｒ１の両端電圧値（Ｖ１）、および、第２のスイッチＳＷ２を閉じたときの第２の抵抗Ｒ２の両端電圧値（Ｖ２）を測定するために、第１の抵抗Ｒ１の両端および第２の抵抗Ｒ２の両端にも接続されている。電圧測定回路３は、インピーダンス等による影響を低減させる差動増幅回路およびデジタル電圧値を出力するためのＡ／Ｄコンバータを含んで構成されている。電圧測定回路３の出力側はマイクロプロセッサ２に接続されている。
【００３２】
本例では、電圧測定回路３を構成するＡ／Ｄコンバータに、自動車用１２Ｖモノブロック電池のＪＩＳ規格電池で一番大きな２４５Ｈ５２形電池（公称容量：１７６Ａｈ）でも、２Ａで１０ＬＳＢ以上の値として分極が測定できる２０Ｖフルスケール１６ビットＡ／Ｄコンバータを使用した。１０ＬＳＢ以上を基準とした理由は、通常Ａ／Ｄコンバータは３ＬＳＢ程度の誤差を含むため、有意な電圧測定値であるためには、測定値が３ＬＳＢより充分大きな値である必要があるからである。なお、本例ではＡ／Ｄコンバータは１０μｓのサンプリング速度で作動する。
【００３３】
また、バッテリテスタ１は、ホール素子ＨＳ等の電流センサを介して第１の抵抗Ｒ１に流れる電流値（Ｉ１）および第２の抵抗Ｒ２に流れる電流値（Ｉ２）を測定する第１電流測定回路４１および第２電流測定回路４２を有しており、これらの電流測定回路の出力側はそれぞれマイクロプロセッサ２に接続されている。また、上述した温度センサＴＨは温度測定回路５に接続されており、温度測定回路５の出力側はマイクロプロセッサ２に接続されている。第１電流測定回路４１、第２電流測定回路４２および温度測定回路５はそれぞれＡ／Ｄコンバータを含んで構成されている。なお、本例では、第１電流測定回路４１および第２電流測定回路４２のＡ／Ｄコンバータは、電圧測定回路３のＡ／Ｄコンバータと同じく１０μｓのサンプリング速度で作動する。
【００３４】
このように第１の抵抗Ｒ１、第２の抵抗Ｒ２の両端電圧を測定するのは、ＦＥＴ等で構成される第１のスイッチＳＷ１、第２のスイッチＳＷ２のオン状態での抵抗の影響による誤差を低減させるためであり、また、これらの抵抗に流れる電流を別々の電流測定回路で測定するのは、後述するように２つの抵抗に流れる電流値が１桁異なるため測定電流値に即した電流測定回路で測定することで誤差を低減させるためであり、ひいては、後述するバッテリ１０のオーミックな抵抗成分および電荷移動抵抗成分を精度よく測定するためである。
【００３５】
また、第１のスイッチＳＷ１、第２のスイッチＳＷ２はマイクロプロセッサ２に接続されており、マイクロプロセッサ２から出力される信号に従ってオン、オフが制御される。
【００３６】
さらに、マイクロプロセッサ２には、マイクロプロセッサ２による測定、演算結果を液晶表示するとともに、入力装置としても機能するミニタッチパネル７、マイクロプロセッサ２による測定、演算結果を所定用紙に印刷するためのミニプリンタ８およびバッテリ１０の異常状態を報知するための異常報知回路６が接続されている。異常報知回路６は、例えば、ブザーおよびブザー作動回路を含んで構成することができ、または、電波や光を媒体とする無線信号発信回路（発信機）であってもよい。光を媒体とする場合には、例えば、複数個のＬＥＤによる点滅で測定、演算結果等のデータを外部装置にシリアル送信するようにしてもよい。
【００３７】
マイクロプロセッサ２は、中央演算処理装置として機能するＣＰＵ、ＣＰＵのワークエリアとして働くＲＡＭ、ＣＰＵのプログラムや後述する関係マップ、式、第１の抵抗Ｒ１および第２の抵抗Ｒ２の抵抗値等が格納されたＲＯＭを含んで構成されている。
【００３８】
＜第１、第２通電回路＞
ここで、第１、第２通電回路を構成する第１のスイッチＳＷ１、第２のスイッチＳＷ２のマイクロプロセッサ２によるオン制御時間および第１、第２の通電回路の抵抗の抵抗値について本発明に至った経緯も含めて説明する。
【００３９】
１．スイッチのオン制御時間
図３に示すように、０．５ｍｓ３０Ａと０．５ｓ２Ａのパルスを組み合わせた波形を、ＪＩＳ−Ｄ５３０１の自動車用鉛蓄電池８０Ｄ２６に印加した。３０Ａ、２Ａとした理由については後述する（「２．第１、第２の通電回路の抵抗の抵抗値」参照）。電気化学セルの抵抗は一般に時間依存性があり、複素インピーダンスの周波数分散解析がバッテリの特性評価に用いられる。図４に示すように、８０Ｄ２６の虚数部−実数部インピーダンス応答は、円弧とその右側に伸びる直線からなっており、１Ｈｚで虚数部が極小値をとり、１ｋＨｚで虚数部がゼロとなる。これは、一般に知られるランドレス（Randles）等価回路と呼ばれる、電気化学システム等価回路モデルに対応するものであり、高周波側の虚数部がゼロのときの実数部の抵抗がオーミックな抵抗Ｒｏｈｍで、より低周波数側での虚数部が極小値をとっている周波数での実数部の値が、オーミックな抵抗Ｒｏｈｍと電荷移動抵抗Ｒｅｔの和である。
【００４０】
オーミックな抵抗Ｒｏｈｍ、電荷移動抵抗Ｒｅｔは、Ｒｏｈｍ＝１ｋＨｚ抵抗、Ｒｅｔ＝１Ｈｚ抵抗−１ｋＨｚ抵抗と表すことができる。上述した式（２）を用いて直流パルスの場合に換算すると、Ｒｏｈｍ＝パルス幅０．５ｍｓ抵抗＝（パルス前電圧−０．５ｍｓ電圧）／０．５ｍｓ電流と表すことができる。０．５ｍｓ電流はバッテリテスタ１の内部を流れる電流として扱う。これは、負荷放電中や充電用電源で充電中に試験しないことを想定しているためである。負荷放電中や充電用電源で充電中に試験する場合はクランプメータなど、それらの充放電電流も測定し０．５ｍｓ電流に加える必要があり、コストの制約がなければそのようにしてもよい。ただし、負荷放電中や充電用電源で充電中に試験しないよう手順を明記すれば済むことなので、クランプメータを省いてコストを下げるほうが望ましい。また、Ｒｅｔ＝パルス幅０．５ｓ抵抗−パルス幅０．５ｍｓ抵抗と表すことができる。なお、本実施形態における具体的なオーミックな抵抗Ｒｏｈｍ、電荷移動抵抗Ｒｅｔの算出式については後述する。
【００４１】
図４を参照すると、極小値近辺は曲線の傾きが大きいので、周波数がずれて測定点が多少ずれても測定されるインピーダンスの実数成分はあまり変わらないように思われる。本発明の特徴の１つは、バッテリでのオーミックな抵抗Ｒｏｈｍと電荷移動抵抗Ｒｅｔを測定するのに適した周波数を見い出し、それらの周波数で測定した電圧値および電流値を用いてバッテリの劣化を推定することを明らかにしたところにある。測定する周波数がばらついたり、バッテリのばらつきのために周波数とインピーダンスとの対応がずれたりした場合の誤差が小さくなる周波数を選ぶことを考えた。
【００４２】
周波数に起因するＲ実数成分測定誤差の指標を−ｄＲ実数成分／ｄｌｎ（周波数ｆ）と表し、各周波数でこの値を図４の実験データを元に計算したところ、図５が得られた。例えば、図４を測定した周波数が３５個の場合、ｆ（１），ｆ（２），・・・，ｆ（３５）で表すと、ｆ（１）＝０．０１、ｆ（２）＝ｆ（１）×１．４６７８、ｆ（３）＝ｆ（２）×１．４６７８、ｆ（３５）＝ｆ（３４）×１．４６７８で計算し周波数を決め、周波数ｆ（ｎ）で実測されたＲ実数成分をＲ（ｎ）と表すと、−ｄＲ実数成分／ｄｌｎ（周波数ｆ）≒−（Ｒ（ｎ）−Ｒ（ｎ−１））／（ｌｎ（ｆ（ｎ））−ｌｎ（ｆ（ｎ−１）））として図５を計算できる。図５を参照すると、０．５〜２Ｈｚ（パルス幅換算１ｓ〜０．２５ｍｓ）の低周波と３００Ｈｚ〜３ｋＨｚ（パルス幅換算１．７ｍｓ〜０．１７ｍｓ）の高周波領域で誤差が小さくなっていることが分かった。
【００４３】
バッテリテスタとして利用する場合は、これらの２つの領域の周波数に相当する短いパルス幅１．７ｍｓ〜０．１７ｍｓと、長いパルス幅１ｓ〜０．２５ｍｓとで通電し、その際の電圧値、電流値からバッテリのオーミックな抵抗Ｒｏｈｍおよび電荷移動抵抗Ｒｅｔを算出すればよい。
【００４４】
このため、本実施形態では、マイクロプロセッサ２のＣＰＵによる第１のスイッチＳＷ１のオン時間を短いパルス幅内の０．５ｍｓ、第２のスイッチＳＷ２のオン時間を長いパルス幅内の０．５ｓに設定し、異なる時間にこれら２つのスイッチをオン状態に制御、より具体的には、第２のスイッチＳＷ２をオフ状態とし第１のスイッチＳＷ１を短いパルス幅（０．５ｍｓ）でオン状態に制御した後直ちに、第１のスイッチＳＷ１をオフ状態とし第２のスイッチＳＷ２を長いパルス幅（０．５ｓ）でオン状態に制御する構成とした。なお、バッテリ１０のオーミックな抵抗Ｒｏｈｍおよび電荷移動抵抗Ｒｅｔを算出するには、バッテリ１０の開回路電圧も測定する必要があり、その測定タイミングはバッテリテスタ１による通電の前後いずれかに限られるが、第１、第２の通電回路の通電による分極の影響を避けるため、第１、第２の通電回路の通電前が好ましい。また、第１のスイッチＳＷ１をオン状態に制御した直後に、第２のスイッチＳＷ２をオン状態に制御するのは、逆の場合やその間にインターバルを設ける場合と比べバッテリの残存容量の変化による影響が小さいと考えたからであるが、本発明はこれに制限されるものではない。
【００４５】
２．第１、第２の通電回路の抵抗の抵抗値
バッテリ１０に通電する電流は複数回連続でも単発でも構わないが、時間を短くするという意図と、バッテリテスタ１の温度が上昇することによる制御・測定系への悪影響を除くため、温度上昇が５Ｋ以下になるよう波形連続印加回数を設定することが望ましい。また、短時間でユーザが多数のバッテリを連続テストする可能性もあるので、その場合でも温度が異常に高くならないように余裕をもった設計とする必要がある。温度上昇を抑制するため、バッテリテスタ１の内部は熱伝導率および熱容量が比較的大きな材料で充填されていることが望ましい。このような材料には、例えば、シリコン粒子をフィラーに使ったエポキシ樹脂が挙げられる。以下の式（３）によって、１回のテストでの波形連続印加回数ｎの上限が概算できる。
【００４６】
【数３】
【００４７】
例えば、波形が１００Ｈｚ０Ａ〜１Ａ矩形波（０Ａ５ｍｓ＋１Ａ５ｍｓ）の場合、単発波形電気量＝５ｍＣとなる。短時間ユーザ連続テスト回数を５０回とし、テスタ内部は酸化ケイ素などセラミックのフィラーを使った樹脂が充填され、バッテリテスタ熱容量を８０Ｊ／Ｋとすると、ｎ＝１３３回となる。これを時間に直すと、１３３回／１００Ｈｚ＝１．３秒となる。これは１回のテストの時間として十分短い時間である。このため、例えば、１３３回波形を印加して平均化処理を行うことで推定精度を上げるようにしてもよい。
【００４８】
発熱が大きいと抵抗の抵抗値が変動して電流測定精度が悪くなったり、ひどい場合には部品が壊れたり、テスタ表面まで熱くなり手で持てなくなる可能性がある。このため、発熱の問題を避ける点も考慮し、上述したように、長いパルス幅のパルスでは電流を小さくし２Ａとした。
【００４９】
一方、１．７ｍｓ〜０．１７ｍｓの短いパルス幅の電流は、ＪＩＳ−Ｄ５３０１に規定された各種電池型式のバッテリにおいて劣化バッテリの検出に適した電流を調べたところ３０Ａとなったので、３０Ａとした。劣化バッテリの検出に適しているかどうかは、同一規格の新品バッテリと劣化バッテリで各種電流で放電して内部抵抗を測定し、新品バッテリと劣化バッテリで内部抵抗の違いが大きい電流を劣化バッテリの検出に適していると判断した。１．７ｍｓ〜０．１７ｍｓ３０Ａでは発熱の問題は起き難いので、短いパルスでは発熱を理由に電流を制限する必要なかった。
【００５０】
以上を前提に、本実施形態では、第１の抵抗Ｒ１に巻き線型の０．４Ω（誤差精度５％）の定抵抗、第２の抵抗Ｒ２に巻き線型の６Ω（誤差精度５％）の定抵抗を用いた。なお、これらの抵抗値では、図３に示すＶ１が約３００ｍＶ、Ｖ２が約１００ｍＶとなる。
【００５１】
＜動作＞
次に、マイクロプロセッサ２のＣＰＵ（以下、単にＣＰＵという。）が実行するバッテリ状態推定ルーチンについて説明する。なお、ユーザは正負極クリップをそれぞれ正負極端子に接続し、タッチパネル７の所定箇所にタッチすることでバッテリ状態推定ルーチンが開始される。
【００５２】
図２に示すように、ステップ１０４において、ＣＰＵは電圧測定回路３から出力されたバッテリ１０の開回路電圧値（ＯＣＶ）を取り込む。なお、第１のスイッチＳＷ１、第２のスイッチＳＷ２はオフ状態のままである。また、ステップ１０４では、温度測定回路５から出力された温度値を取り込む。
【００５３】
次にステップ１０６では、第１のスイッチＳＷ１を０．５ｍｓの間オン状態に制御し、次のステップ１０８において、第１のスイッチＳＷ１がオン状態に制御されている間に、電圧測定回路３から出力された第１の抵抗Ｒ１の両端電圧値（Ｖ１）および第１電流測定回路４１から出力された第１の抵抗Ｒ１に流れる電流値（Ｉ１）を取り込む。なお、この状態で、第２のスイッチＳＷ２はオフ状態のままである。
【００５４】
次いでステップ１１０では、第１のスイッチＳＷ１をオフ状態、第２のスイッチＳＷ２を０．５ｓの間オン状態に制御し、次のステップ１１２において、第２のスイッチＳＷ２がオン状態に制御されている間に、電圧測定回路３から出力された第２の抵抗Ｒ２の両端電圧値（Ｖ２）および第２電流測定回路４２から出力された第２の抵抗に流れる電流値（Ｉ２）を取り込む。この取り込みが終了すると、第２のスイッチＳＷ２をオフ状態に制御する。
【００５５】
次に、ステップ１１４において、測定した開回路電圧値（ＯＣＶ）、第１の抵抗Ｒ１の両端電圧値（Ｖ１）、第１の抵抗Ｒ１に流れる電流値（Ｉ１）、第２の抵抗Ｒ２の両端電圧値（Ｖ２）、第２の抵抗Ｒ２に流れる電流値（Ｉ２）から、下式（４）により、コールドクランキングアンペア（ＣＣＡ）値を演算する。上述したように、ＯＣＶ、Ｖ１、Ｉ１、Ｖ２、Ｉ２は、１０μｓ毎に測定されるので、測定したそれぞれの平均値をＯＣＶ、Ｖ１、Ｉ１、Ｖ２、Ｉ２としてもよい。なお、ＣＰＵは、ＣＣＡを演算する際に、ＲＯＭに格納されＲＡＭに展開されたＲｏｈｍからＲｏｈｍ＊への変換マップおよびＲｅｔからＲｅｔ＊への変換マップを参照する。
【００５６】
【数４】
【００５７】
次に、ステップ１１６において、測定したＯＣＶと演算したＣＣＡとを、図６に示すように、ＣＣＡ、ＯＣＶおよびバッテリの状態の関係を定めた第１の関係マップに当てはめてバッテリ１０の状態を推定する。なお、第１の関係マップは、予めＲＯＭに格納されＲＡＭに展開されている。
【００５８】
この第１の関係マップでは、新品バッテリでは理想的には図６の縦軸１００％の位置（符号ａ参照）になるはずであるが、劣化するに従い下がり７５％の位置（符号ｂ参照）を良好／要交換判定のしきい値に設定したが、これに限るものではない。また、第１の関係マップには、バッテリの状態として、「劣化セル交換」、「良好要充電」、「良好」、「充電後再テスト」および「劣化交換」の５つに分類されているが、より多くまたは少なく分類するようにしてもよい。本例では、バッテリの状態推定結果として、タッチパネル７に５つに分類のうちのいずれかを表示する。
【００５９】
また、ステップ１１６では、第１の関係マップにおいて、「劣化セル交換」または「劣化交換」の位置に該当する場合（バッテリが異常の場合）には、異常報知回路６に所定の信号（例えば、２値のハイレベル信号）を送出し、ブザー作動回路を作動させブザーによる警告音を発生させたり、異常報知回路６が無線信号発信回路で構成される場合には、外部装置による警告が可能なように、無線信号発信回路が外部装置に無線信号を発信させたりするようにしてもよい。
【００６０】
次のステップ１１８では、バッテリ１０の健康度（ＳＯＨ）や充電状態（ＳＯＣ）を推定し、タッチパネルに表示する。すなわち、図７に示すように、ＲＯＭには電荷移動抵抗Ｒｅｔと健康度（ＳＯＨ）との関係を定めた第２の関係マップに実測したＲｅｔを当てはめてバッテリ１０の健康度（ＳＯＨ）を推定する。オーミックな抵抗とＳＯＨは一般に対応する性質のものではないが、一方、電荷移動抵抗は電極の有効表面積や電解液中の電極反応種（硫酸）濃度に依存するので、鉛電池のような充電状態（ＳＯＣ）によって有効表面積や電極反応種（硫酸）濃度が変わる電池系において電荷移動抵抗はＳＯＨと対応する。残容量はＳＯＨと１対１に対応する量なので、残容量を推定することもできる。また、図８に示すように、開回路電圧（ＯＣＶ）と充電状態（ＳＯＣ）との関係を定めた第３の関係マップにステップ１０４で測定した開回路電圧値（ＯＣＶ）を当てはめてバッテリ１０の充電状態（ＳＯＣ）を推定する。なお、これらＳＯＨ、ＳＯＣを推定するにあたり、所定の温度でのＳＯＨ、ＳＯＣに温度補正することが好ましい。また、タッチパネル７を介して、測定結果や推定結果についてプリンタ８への出力指示がある場合には、指示に従い出力（印刷）する。ステップ１１８での処理が終了すると、バッテリ状態推定ルーチンは終了する。
【００６１】
（作用効果等）
次に、本実施形態のバッテリテスタ１の作用効果等について説明する。
【００６２】
本実施形態のバッテリテスタ１によれば、マイクロプロセッサ２は、バッテリ１０のオーミックな抵抗Ｒｏｈｍと電荷移動抵抗Ｒｅｔとを算出する際の、周波数誤差がほぼ最小となるパルス幅内で第１のスイッチＳＷ１、第２のスイッチＳＷ２をオン状態に制御する。このため、マイクロプロセッサ２は、バッテリ１０の開回路電圧値（ＯＣＶ）と、第１のスイッチＳＷ１を短いパルス幅（０．５ｍｓ）でオン状態に制御した状態で測定した第１の抵抗Ｒ１の両端電圧値（Ｖ１）および第１の抵抗Ｒ１に流れる電流値（Ｉ１）とからバッテリ１０のオーミックな抵抗成分Ｒｏｈｍを適正に検出でき（式（４）参照）、このオーミックな抵抗成分Ｒｏｈｍと、バッテリ１０の開回路電圧値（ＯＣＶ）と、第２のスイッチＳＷ２を長いパルス幅（０．５ｓ）でオン状態に制御した状態で測定した第２の抵抗Ｒ２の両端電圧値（Ｖ２）および第２の抵抗に流れる電流値（Ｉ２）とからバッテリ１０の電荷移動抵抗Ｒｅｔを適正に検出できるため（式（４）参照）、バッテリ１０の状態を精度よく推定することができる。
【００６３】
また、本実施形態のバッテリテスタ１によれば、第１および第２の通電回路に流れる通電パルスが長いパルス幅（０．５ｓ）でも１ｓ以下であり、通電電流（３０Ａ）もエンジン始動を模擬する程の大電流とする必要がないため、発熱を抑制し、第１の抵抗Ｒ１、第２の抵抗Ｒ２を小さくでき装置全体の小型化を図ることができる。
【００６４】
さらに、本実施形態のバッテリテスタ１によれば、マイクロプロセッサ２は、第２のスイッチＳＷ２をオフ状態とし第１のスイッチＳＷ１を短いパルス幅（０．５ｍｓ）でオン状態に制御した後直ちに、第１のスイッチＳＷ１をオフ状態とし第２のスイッチＳＷ２を長いパルス幅（０．５ｓ）でオン状態に制御するため、バッテリ１０の残存容量の変化による影響を低減でき、バッテリ１０の状態を精度よく推定することができる。
【００６５】
また、本実施形態のバッテリテスタ１によれば、マイクロプロセッサ２は、開回路電圧値（ＯＣＶ）、第１の抵抗Ｒ１の両端電圧値（Ｖ１）および第１の抵抗Ｒ１に流れる電流値（Ｉ１）と、第２の抵抗Ｒ２の両端電圧値（Ｖ２）および第２の抵抗Ｒ２に流れる電流値（Ｉ２）とからバッテリ１０の電荷移動抵抗値Ｒｅｔを算出し、算出した電荷移動抵抗値Ｒｅｔを、ＲＯＭに予め格納されたバッテリ１０の電荷移動抵抗値Ｒｅｔと健康度との関係を定めた第２の関係マップに当てはめてバッテリ１０の健康度（ＳＯＨ）を推定するとともに、開回路電圧値（ＯＣＶ）を、開回路電圧と充電状態との関係を定めた第３の関係マップに当てはめてバッテリ１０の充電状態（ＳＯＣ）を推定するので、バッテリ１０の状態を詳しく検出することができる。
【００６６】
さらに、本実施形態のバッテリテスタ１によれば、温度センサを有する温度測定回路５で測定された温度値により、算出したオーミックな抵抗Ｒｏｈｍおよび電荷移動抵抗Ｒｅｔを−１８℃での値に温度補正するので、コールドクランキングアンペア値を精度よく算出することができ、その結果、バッテリ１０の状態を適正に推定することができる。
【００６７】
なお、本実施形態では、コストの点を考慮し、電圧測定回路３を単一のものとしたが、本発明はこれに限らず、バッテリ１０の開回路電圧を測定する開回路電圧測定部、第１の抵抗Ｒ１の両端電圧を測定する第１電圧測定部および第２の抵抗Ｒ２の両端電圧を測定する第２電圧測定部の３つの電圧測定部で構成するようにしてもよい。
【００６８】
また、本実施形態では、電流測定精度を高めるために、第１の抵抗Ｒ１に流れる電流を測定する第１電流測定回路４１と、第２の抵抗Ｒ２に流れる電流を測定する第２電流測定回路４２との２つの電流測定回路を例示したが、例えば、正極クリップと第２のスイッチＳＷ２との間に電流センサを設け、第１のスイッチＳＷ１および第２のスイッチＳＷ２を閉じたときのバッテリ１０に流れる電流を１つの電流測定回路で測定するようにしてもよい。この場合には、第１のスイッチＳＷ１、第２のスイッチＳＷ２のオン状態時の抵抗を考慮して第１の抵抗Ｒ１や第２の抵抗Ｒ２に流れる電流値を算出するようにすればよい。
【００６９】
さらに、本実施形態では、バッテリ１０の温度を測定するために、正極クリップに温度センサを固着しバッテリ１０の正極外部端子の温度をバッテリ１０の温度として測定した例を示したが、温度センサをバッテリ１０に固定することでバッテリ１０の温度を測定するようにしてもよい。
【００７０】
（第２実施形態）
次に、本発明を、自動車用バッテリの状態を監視するバッテリ状態監視装置に適用した第２の実施の形態について説明する。第２実施形態は、第１実施形態のバッテリテスタ１がバッテリの状態を推定するのに対し、そのような推定はバッテリ状態監視装置外の外部装置で行われ、バッテリ状態監視装置はそのためのパラメータ（ＯＣＶ、Ｖ１、Ｉ１、Ｖ２、Ｉ２）を測定するものである。なお、本実施形態において、第１実施形態と同一の部材およびルーチンには同一の符号を付してその説明を省略し、以下、異なる箇所のみ説明する。
【００７１】
図９に示すように、第２実施形態のバッテリ状態監視装置２０は、第１実施形態のバッテリテスタ１とほぼ同様の構成を有している。図１と比較して異なっている点は、図１のタッチパネル７に対し液晶表示装置（ＬＣＤ）１１と操作スイッチ１２とを有する点、図１の異常報知回路６に代えて無線信号発信回路１３を有する点である。無線信号送信回路１３は、外部装置がバッテリ１０の状態を推定できるように、バッテリ１０のオーミックな抵抗Ｒｏｈｍおよびバッテリの電荷移動抵抗Ｒｅｔを算出するためのパラメータ（ＯＣＶ、Ｖ１、Ｉ１、Ｖ２、Ｉ２）を外部装置に対して送信する。無線信号送信回路１３による信号送信は、電波若しくは光を媒体とするものを用いることができる。光を媒体とする場合には、例えば、複数個のＬＥＤによる点滅でデータを外部装置にシリアル送信するようにしてもよい。
【００７２】
バッテリ状態監視装置２０のマイクロプロセッサ２のＣＰＵは、図１０に示すバッテリ状態監視ルーチンを実行する。図２に示したバッテリ状態推定ルーチンとの相違点は、ステップ１２０〜ステップ１２４である。
【００７３】
すなわち、ステップ１２０において、パラメータ、すなわち、測定したバッテリ１０の開回路電圧値（ＯＣＶ）、第１の抵抗Ｒ１の両端電圧値（Ｖ１）、第１の抵抗Ｒ１に流れる電流値（Ｉ１）、第２の抵抗Ｒ２の両端電圧値（Ｖ２）および第２の抵抗Ｒ２に流れる電流値（Ｉ２）を液晶表示装置１１に表示し、次のステップ１２２において、操作スイッチ１２からプリンタ８への出力または無線信号送信回路１３によるパラメータ送信の指示の入力がなされるまで待機し、指示の入力がなされると、ステップ１２４において、プリンタ８への出力または無線信号送信回路１３によるパラメータ送信を行って、バッテリ状態監視ルーチンを終了する。
【００７４】
図１１は、バッテリ診断システムの説明図である。このようなバッテリ診断システムには、バッテリ状態監視装置２０の使用者または使用する組織が必要であり、図１１では協力会社と表されている。協力会社としては、バッテリチェックやバッテリ販売を事業とする会社が想定される。バッテリ状態監視装置２０を使用する組織が自らバッテリ状態監視装置２０を管理する場合は、その組織も図１１の協力会社として位置づけられる。本例では、協力会社はバッテリメーカである新神戸電機（株）の１００％子会社のバッテリ販売会社である日立バッテリー販売サービス（株）である。
【００７５】
協力会社は、バッテリ状態監視装置２０でバッテリ１０の状態を監視し、無線信号発信回路１３を介して無線で協力会社内ＰＣ６０に上述したパラメータ（ＯＣＶ、Ｖ１、Ｉ１、Ｖ２、Ｉ２）のデータを送信する。ＰＣ６０が図１に示すステップ１１４〜ステップ１１８のバッテリ状態推定ルーチンを実行するように構成されていれば、協力会社はその場でバッテリ１０の状態をユーザに知らせることができる。一方、そのような機能を有していなくても、ＰＣ６０からインターネットを介して情報サービス事業者のデータベースサーバ７３にバッテリ１０の測定結果、すなわち、上述したパラメータが記憶される。このため、バッテリ状態監視装置２０による監視は定期的でも不定期的でも構わない。
【００７６】
情報サービス事業者は、バッテリメーカやバッテリ販売会社、バックアップ用バッテリを有するビルの管理会社などバッテリのメンテナンスに関わりのある会社であり、バッテリの管理に関する情報サービスを１事業として行っていることを想定している。本例では、情報サービス事業者はバッテリメーカである新神戸電機（株）である。インターネットで通信する際はＳＳＬなどによる暗号化が望ましい。ＰＣ６０とバッテリ状態監視装置２０との間の通信は配線の簡略化やシステム開発の簡単さなどの理由により無線ＬＡＮが望ましいが、無線ＬＡＮ以外の無線や、有線であっても構わない。なお、無線は無線ＬＡＮに使われる小電力データ通信システムか、リモコンなどで使われる特定省電力無線を使うと無線免許が不要なため、簡単にシステムを組むことができる。
【００７７】
バッテリ状態監視装置２０とインターネットの接続には既存のインターネットに接続可能なＰＣを利用する方が接続費用の追加発生金額が少なくて済むので望ましいが、必ずしもＰＣを介する必要は無く、ＰＣを介さずに携帯電話回線でインターネットに接続してもよい。このような場合に、ユーザが参照可能なようにプリンタ８からの出力が有効である。バッテリ１０を管理するユーザはバッテリ状態監視装置２０の検知結果を、バッテリ状態監視装置２０を操作することで情報提供してもらうことも可能であり、情報サービス事業者からバッテリの履歴情報詳細を情報提供してもらうこともできる。例えば、バッテリ１０の内部抵抗が急に大きくなり始めたなどの異常を検知すると、ユーザに情報サービス事業者が電話やＥメールなどで情報提供する。情報サービス業者からの情報提供のため、電話、郵送、Ｅメール、ホームページ登録フォームによるユーザ登録などにより情報提供先を登録可能となっている。
【実施例】
【００７８】
（実施例１）
第１実施形態に従って実施例１のバッテリテスタを作製した。
【００７９】
（比較例１）
低電流の段続放電で内部抵抗を評価し、抵抗とＣＣＡの換算表を参照してＣＣＡを推定し表示するバッテリテスタがある。例えば、５ｍｓ１Ａ放電５ｍｓ休止を繰り返す１００Ｈｚ断続放電を約４秒間行うが、周波数が不適切なので、ばらつきが大きい。インピーダンスの周波数依存性は電池設計と関わってくるので、特定のメーカの電池で誤判定が出るなどの問題が出やすい。また、通電時間が長いので、電流が小さくても発熱が無視できない程度に大きく、連続して使っているとバッテリテスタが熱くなり、誤差が大きくなる、発火事故の原因となる等の可能性がある。
【００８０】
（比較例２）
１００Ａ５秒など、大電流を数秒の比較的長い時間流して、その時の電圧から電池の劣化状態の良否を判定する方法がある。拡散抵抗が影響する時間スケールなので、比較的精度がよいが、発熱が大きいため、温度上昇を抑えるため熱容量の大きい巨大な抵抗を使用し装置が大きくなる、連続して試験ができないなどの問題がある。
【００８１】
以上を纏めると、下表１のようになり、実施例１のバッテリテスタが優れていることが分かる。
【００８２】
【表１】
【産業上の利用可能性】
【００８３】
本発明は発熱が少なく小型で高精度のバッテリテスタ、該バッテリテスタを備えたバッテリおよびバッテリ状態監視装置を提供するものであるため、バッテリテスタ、バッテリおよびバッテリ状態監視装置の製造、販売に寄与するので、産業上の利用可能性を有する。
【符号の説明】
【００８４】
１ バッテリテスタ
２ マイクロプロセッサ（制御手段、記憶手段）
３ 電圧測定回路（電圧測定手段の一部）
６ 異常報知回路（異常状態報知手段）
８ プリンタ（出力手段の一部）
１０ バッテリ
１１ 液晶表示装置（出力手段の一部、ディスプレイ）
１３ 無線信号発信回路（無線信号発信機、出力手段の一部）
２０ バッテリ状態監視装置
４１ 第１電流測定回路（電流測定手段の一部）
４２ 第２電流測定回路（電流測定手段の一部）
Ｒ１ 第１の抵抗
Ｒ２ 第２の抵抗
ＳＷ１ 第１のスイッチ
ＳＷ２ 第２のスイッチ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の抵抗と第１のスイッチとを有し、バッテリに並列接続される第１の通電回路と、
第２の抵抗と第２のスイッチとを有し、前記バッテリに並列接続される第２の通電回路と、
前記バッテリの開回路電圧、前記第１および第２の抵抗の両端電圧を測定する電圧測定手段と、
前記第１および第２の抵抗に流れる電流を測定する電流測定手段と、
前記第１および第２のスイッチのオン、オフを制御し、前記電圧測定手段で測定された電圧値および前記電流測定手段で測定された電流値から前記バッテリの状態を推定する制御手段と、
を備え、
前記制御手段は、
前記第１のスイッチと第２のスイッチとを、１．７ｍｓ〜０．１７ｍｓの範囲の短いパルス幅と、１ｓ〜０．２５ｍｓの範囲の長いパルス幅との異なる２つのパルス幅で異なる時間にオン状態に制御し、
前記電圧測定手段で測定された開回路電圧値と、前記第１のスイッチをオン状態に制御したときの前記電圧測定手段で測定された前記第１の抵抗の両端電圧値および前記電流測定手段で測定された前記第１の抵抗に流れる電流値と、前記第２のスイッチをオン状態に制御したときの前記電圧測定手段で測定された前記第２の抵抗の両端電圧値および前記電流測定手段で測定された前記第２の抵抗に流れる電流値とから前記バッテリのオーミックな抵抗値および電荷移動抵抗値を算出し、前記電圧測定手段で測定された開回路電圧値と前記算出したオーミックな抵抗値および電荷移動抵抗値とから前記バッテリの状態を推定する、
ことを特徴とするバッテリテスタ。
【請求項２】
コールドクランキングアンペア、開回路電圧および前記バッテリの状態の関係を定めた第１の関係マップを予め記憶した記憶手段をさらに備え、前記制御手段は、前記電圧測定手段で測定された開回路電圧値と、前記算出したオーミックな抵抗値および電荷移動抵抗値とからコールドクランキングアンペア値を算出し、該算出したコールドクランキングアンペア値と前記電圧測定手段で測定された開回路電圧値とを前記記憶手段に記憶された第１の関係マップに当てはめて前記バッテリの状態を推定することを特徴とする請求項１に記載のバッテリテスタ。
【請求項３】
前記制御手段は、前記第２のスイッチをオフ状態とし前記第１のスイッチを前記短いパルス幅でオン状態に制御した後直ちに、前記第１のスイッチをオフ状態とし前記第２のスイッチを前記長いパルス幅でオン状態に制御することを特徴とする請求項１または請求項２に記載のバッテリテスタ。
【請求項４】
前記記憶手段は予め前記バッテリの電荷移動抵抗と健康度との関係を定めた第２の関係マップをさらに記憶しており、前記制御手段は、前記算出した電荷移動抵抗値を前記第２の関係マップに当てはめて前記バッテリの健康度を推定することを特徴とする請求項２に記載のバッテリテスタ。
【請求項５】
前記記憶手段は予め前記バッテリの開回路電圧と充電状態との関係を定めた第３の関係マップをさらに記憶しており、前記制御手段は、前記開回路電圧値を前記第３の関係マップに当てはめて前記バッテリの充電状態を推定することを特徴とする請求項２に記載のバッテリテスタ。
【請求項６】
前記バッテリの外部端子に接続するためのクリップをさらに備え、前記クリップは温度センサを有しており、前記制御手段は、前記温度センサで測定された温度値により前記コールドクランキングアンペア値を予め定められた温度のコールドクランキングアンペア値に温度補正することを特徴とする請求項２に記載のバッテリテスタ。
【請求項７】
前記バッテリの異常状態を報知するための異常状態報知手段をさらに備え、前記制御手段は、前記第１の関係マップに当てはめて推定したバッテリの状態が異常か否かを判断し、該判断が肯定のときに前記異常状態報知手段が前記バッテリの異常状態を報知するように、前記異常状態報知手段に予め定められた信号を出力することを特徴とする請求項１または請求項２に記載のバッテリテスタ。
【請求項８】
前記異常状態報知手段は、ブザー、または、電波若しくは光を媒体とする無線信号発信機であることを特徴とする請求項７に記載のバッテリテスタ。
【請求項９】
前記バッテリの蓋に固定されたことを特徴とする請求項１ないし請求項８のいずれか１項に記載のバッテリテスタ。
【請求項１０】
請求項１ないし請求項９のいずれか１項に記載のバッテリテスタを備えたバッテリ。
【請求項１１】
第１の抵抗と第１のスイッチとを有し、前記バッテリに並列接続される第１の通電回路と、
第２の抵抗と第２のスイッチとを有し、前記バッテリに並列接続される第２の通電回路と、
前記バッテリの開回路電圧、前記第１および第２の抵抗の両端電圧を測定する電圧測定手段と、
前記第１および第２の抵抗に流れる電流を測定する電流測定手段と、
前記第１および第２のスイッチのオン、オフを制御する制御手段と、
前記電圧測定手段で測定された開回路電圧値と、前記制御手段により前記第１のスイッチがオン状態に制御されたときの前記電圧測定手段で測定された第１の抵抗の両端電圧値および前記電流測定手段で測定された第１の抵抗に流れる電流値と、前記制御手段により前記第２のスイッチがオン状態に制御されたときの前記電圧測定手段で測定された第２の抵抗の両端電圧値および前記電流測定手段で測定された第２の抵抗に流れる電流値とを出力する出力手段と、
を備え、
前記制御手段は、前記第１のスイッチと第２のスイッチとを、１．７ｍｓ〜０．１７ｍｓの範囲の短いパルス幅と、１ｓ〜０．２５ｍｓの範囲の長いパルス幅との異なる２つのパルス幅で異なる時間にオン状態に制御することを特徴とするバッテリ状態監視装置。
【請求項１２】
前記出力手段による出力が、ディスプレイ若しくはプリンタによりなさるか、または、電波若しくは光を媒体とする無線信号発信機による送信によりなされることを特徴とする請求項１１に記載のバッテリ状態監視装置。
【請求項１】
第１の抵抗と第１のスイッチとを有し、バッテリに並列接続される第１の通電回路と、
第２の抵抗と第２のスイッチとを有し、前記バッテリに並列接続される第２の通電回路と、
前記バッテリの開回路電圧、前記第１および第２の抵抗の両端電圧を測定する電圧測定手段と、
前記第１および第２の抵抗に流れる電流を測定する電流測定手段と、
前記第１および第２のスイッチのオン、オフを制御し、前記電圧測定手段で測定された電圧値および前記電流測定手段で測定された電流値から前記バッテリの状態を推定する制御手段と、
を備え、
前記制御手段は、
前記第１のスイッチと第２のスイッチとを、１．７ｍｓ〜０．１７ｍｓの範囲の短いパルス幅と、１ｓ〜０．２５ｍｓの範囲の長いパルス幅との異なる２つのパルス幅で異なる時間にオン状態に制御し、
前記電圧測定手段で測定された開回路電圧値と、前記第１のスイッチをオン状態に制御したときの前記電圧測定手段で測定された前記第１の抵抗の両端電圧値および前記電流測定手段で測定された前記第１の抵抗に流れる電流値と、前記第２のスイッチをオン状態に制御したときの前記電圧測定手段で測定された前記第２の抵抗の両端電圧値および前記電流測定手段で測定された前記第２の抵抗に流れる電流値とから前記バッテリのオーミックな抵抗値および電荷移動抵抗値を算出し、前記電圧測定手段で測定された開回路電圧値と前記算出したオーミックな抵抗値および電荷移動抵抗値とから前記バッテリの状態を推定する、
ことを特徴とするバッテリテスタ。
【請求項２】
コールドクランキングアンペア、開回路電圧および前記バッテリの状態の関係を定めた第１の関係マップを予め記憶した記憶手段をさらに備え、前記制御手段は、前記電圧測定手段で測定された開回路電圧値と、前記算出したオーミックな抵抗値および電荷移動抵抗値とからコールドクランキングアンペア値を算出し、該算出したコールドクランキングアンペア値と前記電圧測定手段で測定された開回路電圧値とを前記記憶手段に記憶された第１の関係マップに当てはめて前記バッテリの状態を推定することを特徴とする請求項１に記載のバッテリテスタ。
【請求項３】
前記制御手段は、前記第２のスイッチをオフ状態とし前記第１のスイッチを前記短いパルス幅でオン状態に制御した後直ちに、前記第１のスイッチをオフ状態とし前記第２のスイッチを前記長いパルス幅でオン状態に制御することを特徴とする請求項１または請求項２に記載のバッテリテスタ。
【請求項４】
前記記憶手段は予め前記バッテリの電荷移動抵抗と健康度との関係を定めた第２の関係マップをさらに記憶しており、前記制御手段は、前記算出した電荷移動抵抗値を前記第２の関係マップに当てはめて前記バッテリの健康度を推定することを特徴とする請求項２に記載のバッテリテスタ。
【請求項５】
前記記憶手段は予め前記バッテリの開回路電圧と充電状態との関係を定めた第３の関係マップをさらに記憶しており、前記制御手段は、前記開回路電圧値を前記第３の関係マップに当てはめて前記バッテリの充電状態を推定することを特徴とする請求項２に記載のバッテリテスタ。
【請求項６】
前記バッテリの外部端子に接続するためのクリップをさらに備え、前記クリップは温度センサを有しており、前記制御手段は、前記温度センサで測定された温度値により前記コールドクランキングアンペア値を予め定められた温度のコールドクランキングアンペア値に温度補正することを特徴とする請求項２に記載のバッテリテスタ。
【請求項７】
前記バッテリの異常状態を報知するための異常状態報知手段をさらに備え、前記制御手段は、前記第１の関係マップに当てはめて推定したバッテリの状態が異常か否かを判断し、該判断が肯定のときに前記異常状態報知手段が前記バッテリの異常状態を報知するように、前記異常状態報知手段に予め定められた信号を出力することを特徴とする請求項１または請求項２に記載のバッテリテスタ。
【請求項８】
前記異常状態報知手段は、ブザー、または、電波若しくは光を媒体とする無線信号発信機であることを特徴とする請求項７に記載のバッテリテスタ。
【請求項９】
前記バッテリの蓋に固定されたことを特徴とする請求項１ないし請求項８のいずれか１項に記載のバッテリテスタ。
【請求項１０】
請求項１ないし請求項９のいずれか１項に記載のバッテリテスタを備えたバッテリ。
【請求項１１】
第１の抵抗と第１のスイッチとを有し、前記バッテリに並列接続される第１の通電回路と、
第２の抵抗と第２のスイッチとを有し、前記バッテリに並列接続される第２の通電回路と、
前記バッテリの開回路電圧、前記第１および第２の抵抗の両端電圧を測定する電圧測定手段と、
前記第１および第２の抵抗に流れる電流を測定する電流測定手段と、
前記第１および第２のスイッチのオン、オフを制御する制御手段と、
前記電圧測定手段で測定された開回路電圧値と、前記制御手段により前記第１のスイッチがオン状態に制御されたときの前記電圧測定手段で測定された第１の抵抗の両端電圧値および前記電流測定手段で測定された第１の抵抗に流れる電流値と、前記制御手段により前記第２のスイッチがオン状態に制御されたときの前記電圧測定手段で測定された第２の抵抗の両端電圧値および前記電流測定手段で測定された第２の抵抗に流れる電流値とを出力する出力手段と、
を備え、
前記制御手段は、前記第１のスイッチと第２のスイッチとを、１．７ｍｓ〜０．１７ｍｓの範囲の短いパルス幅と、１ｓ〜０．２５ｍｓの範囲の長いパルス幅との異なる２つのパルス幅で異なる時間にオン状態に制御することを特徴とするバッテリ状態監視装置。
【請求項１２】
前記出力手段による出力が、ディスプレイ若しくはプリンタによりなさるか、または、電波若しくは光を媒体とする無線信号発信機による送信によりなされることを特徴とする請求項１１に記載のバッテリ状態監視装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２０１２−２３７６６０（Ｐ２０１２−２３７６６０Ａ）
【公開日】平成２４年１２月６日（２０１２．１２．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１０７０６５（Ｐ２０１１−１０７０６５）
【出願日】平成２３年５月１２日（２０１１．５．１２）
【出願人】（０００００１２０３）新神戸電機株式会社 (518)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１２月６日（２０１２．１２．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年５月１２日（２０１１．５．１２）
【出願人】（０００００１２０３）新神戸電機株式会社 (518)
【Ｆターム（参考）】
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