JP2004294437A - 電子バッテリテスタ - Google Patents

Abstract

【課題】蓄電池のテストに関し、特に接続されているケーブルの類型（ｔｙｐｅ）を検出することができる電子バッテリテスタを提供する。
【解決手段】複数のケーブルのいずれの１つを通ってバッテリに接続することができる電子バッテリテスタが開示される。テスタは、複数のケーブルのいずれの１つへ連結することができる入力を含む。複数の較正値を含むメモリも含まれ、各較正値は複数のケーブルの異なる１つに対応する。検査回路は、入力およびメモリに連結されており、複数のケーブルのどの１つが入力に連結されるかを検出し、複数のケーブルの検出された１つに対応する複数の較正値の１つの関数としてバッテリを検査する。
【選択図】図１

Description

本発明は、蓄電池のテストに関する。より詳細には、本発明は、それが接続されているケーブルの類型（type）を検出することができる電子バッテリテスタに関する。

自動車産業において使用されているタイプの鉛酸蓄電池などの蓄電池は、多年にわたって存在しいる。しかし、そのような蓄電池の特性を理解すること、そのような蓄電池を作動する方法およびそのようなバッテリを精密にテストする方法は、長年研究されてきたが、かなり難しいことが分かった。蓄電池は、電気的に直列に接続される複数の個々の蓄電セルから構成されている。一般に、各セルは、およそ２．１ボルトの電圧電位を有している。直列にセルを接続することによって、個々のセルの電圧は、累積的に加算される。例えば、一般の自動車の蓄電池において、６つの蓄電セルが使用され、バッテリが満充電されると総電圧は１２．６ボルトになる。

精密に蓄電池の状態をテストするための試みには長い歴史があった。簡単なテストは、バッテリの電圧を測定することである。その電圧がある閾値以下である場合、そのバッテリは、不良であると決定される。とはいえ、このテストは、それがテストを行う前に、そのバッテリが充電される必要があるというので不便である。そのバッテリが、放電されていると、その電圧は低くなり、正常なバッテリが、不良と誤って判定される恐れがある。そのうえ、そのようなテストは、どのくらいのエネルギがそのバッテリに蓄積されているかについてのいかなる表示も示さない。バッテリをテストする別の技術は、負荷テストと呼ばれている。負荷テストにおいて、バッテリは、既知の負荷を使用して放電される。バッテリが放電されるとき、そのバッテリ全体の電圧はモニタされ、そして、そのバッテリの状態を測定するのに使用される。この技術は、そのバッテリが電流をその負荷に供給することができるようにするために、それが十分に充電されていることを必要とする。

一般に、従来のバッテリテスタは、異なる用途のために設計され使用される広く様々なバッテリを検査することができる。しかし、そのようなバッテリテスタを使用して異なるタイプのバッテリを検査するたびに、テスタのユーザは、テスタをバッテリに連結するために異なるケーブルを使用しなければならないことがあり、また、検査を実行する前に異なる検査オプションを選択しなければならないこともある。適切な検査オプションを選択することをテスタのユーザにまかせると、結果として、検査過程のエラーを招く可能性がある。

本発明は、複数のケーブルのいずれの１つを通ってバッテリに接続することができる電子バッテリテスタを提供する。テスタは、複数のケーブルのいずれの１つへ連結することができる入力を含む。複数の較正値を含むメモリも含まれており、各較正値は複数のケーブルの異なる１つに対応する。検査回路は、入力およびメモリに連結されており、複数のケーブルのどの１つが入力に連結されているかを検出し、複数のケーブルの検出された１つに対応する複数の較正値の１つの関数としてバッテリを検査する。

本発明は、バッテリをバッテリテスタに連結するためのケーブルも提供し、ケーブルは、テスタによって検出可能である特性を含む。

本発明は、電子バッテリテスタ中に設けられるシステムを含み、それによってテスタが、バッテリに連結されるケーブルのタイプを検出する。テスタは、次いで、複数の較正値から、検出されたケーブルに適切な較正値を選択し、選択された較正値の関数としてケーブルを通してバッテリを検査する。本発明は、バッテリをバッテリテスタに連結するためのケーブルも含み、ケーブルは、テスタによって検出することが可能である特徴を含む。

図１は、本発明の例示的な実施形態にしたがって、ケーブル１４を経由してバッテリ１２に連結されたバッテリテスタ１０のきわめて簡略化されたブロック図である。同一の参照符号が、同一または類似の要素を表すために様々な図面で使用される。図１は、特定のタイプのバッテリテスタの簡略化されたブロック図であることに注意されたい。しかし、本発明は、動的パラメータを使用しないものを含むいずれのタイプのバッテリテスタにも適用可能である。他のタイプのテスタの例として、負荷試験、電流系検査、電圧系検査、様々な条件を加えるかまたはバッテリの様々な性能パラメータを観察する検査等を行うテスタが挙げられる。バッテリテスタ１０は、入力１６、検査回路１８、メモリ２０および出力２２を含む。検査回路１８は、バッテリ１２の動的パラメータを測定するように構成された、図４に示されているような、マイクロプロセッサシステム２４および他の回路を含む。本願で使用される動的パラメータは、交流（ＡＣ）構成要素を有する信号に関連するものである。信号は、バッテリ１２に直接加えられるかまたはバッテリ１２から引き出されるかのいずれかでありうる。動的パラメータの例として、動的抵抗、コンダクタンス、インピーダンス、アドミタンス等が挙げられる。このリストは網羅的なものではなく、たとえば、動的パラメータは、バッテリ１２の等価回路の構成要素値を含むことができる。マイクロプロセッサシステム２４は、検査回路１８内の他の構成要素の動作を制御し、次には、メモリ２０に格納されているバッテリ検査命令に基づいて、異なるバッテリ検査機能を実行する。

図１に見られるように、バッテリテスタ１０は、ケーブル１４でバッテリ１２に連結される。図１に示される実施形態において、ケーブル１４は、接続２６および２８によって形成されるケルビン接続として知られている４点接続を含む。そのようなケルビン接続では、バッテリ１２の正極および負極に２つのカップリングが設けられる。第１のケルビン接続２６は第１の導線（conductor）２６Ａおよび第２の導線（conductor）２６Ｂを含み、これらは、プラグ３０を経由してテスタ入力１６へ連結される。同様に、第２のケルビン接続２８の第１の導線２８Ａおよび第２の導線２８Ｂも、プラグ３０を経由してテスタ入力１６へ連結される。図１に見られるように、ケーブル１４のプラグ３０は、ケーブル識別導線３２をさらに含み、これもバッテリテスタ入力１６に接続される。ケルビン接続２６および２８を使用して、バッテリの各側にある電気接続の１つが、大量の電流を運ぶのを可能にし、一方、接続の他方の対を使用して、正確な電圧読取値を得ることができる。本発明の他の実施形態において、ケルビン接続２６、２８を使用する代わりに、ケーブル１４は、第１のバッテリ端子をテスタ１０に連結するための単一の導線、および、第２のバッテリ端子をテスタ１０に連結するための単一の導線を含むことができことに注意されたい。ケルビン接続２６、２８を有する検査バッテリ１２に関する詳細は、図４に関連して下記にさらに提供される。

上述のように、テスタ１０を使用して異なるタイプのバッテリ１２が検査されるときには、異なるタイプのケーブル１４を必要とすることがある。本発明にしたがって、テスタ１０は、バッテリ１２に連結されるケーブル１４のタイプを検出する。テスタ１０は次いで、メモリ２０に格納されている複数の較正値から、検出されたケーブル１４に適切な、較正値を選択し、選択された較正値の関数としてケーブル１４を通してバッテリ１２を検査する。テスタ１０は、ケーブル識別導線３２に含まれ、かつメモリ２０に格納されるケーブル識別特性３４により、ケーブル１４を識別する。図２に示されるように、メモリ２０は、複数の格納されたケーブル識別特性３６〜４０を含み、格納されたケーブル識別特性の各々は、異なるケーブルに対応する。上述のように、メモリ２０は複数の較正値４１〜４５も含み、複数の較正値４１〜４５の各異なる較正値は、複数の識別特性３６〜４０の異なる識別特性に対応する。たとえば、較正値４１は識別特性３６に対応し、較正値４２は識別特性３７に対応する、等である。

動作中に、テスタ１０のマイクロプロセッサシステム２４は、ケーブル識別導線３２および導線２８Ｂ間にケーブル検出供給電圧Ｖ_IDSを提供し、これは、テスタ１０の入力１６へ連結される。簡略化のために、引き上げ（プルアップ）および／または引き下げ（プルダウン）抵抗、および、Ｖ_IDSを提供するために使用される他の電力供給回路等の構成要素は、示されていない。識別特性３４を含むケーブル識別導線３２と導線２８Ｂとによって形成された、Ｖ_IDSに対するケーブル検査回路３３の電気応答は、マイクロプロセッサシステム２４によってケーブル１４を識別するのに使用される。具体的には、マイクロプロセッサシステム２４は、たとえば、ケーブル検査回路３３およびマイクロプロセッサシステム２４へ適切に連結された電圧および／または電流センサ（単／複）から得られた１つ以上の電圧および／または電流測定を、ケーブル識別導線３２の特性３４を決定するために使用することができる。特性３４を決定する時に、マイクロプロセッサシステム２４は、決定された特性３４を、複数の格納された特性の異なる個別の格納された特性と比較する。特定の格納された特性と検出された特性３４との間に整合が検出される場合には、マイクロプロセッサ２４は、バッテリ１２の条件を決定するために実行する計算において検出されて整合された特性に対応する較正値を使用する。たとえば、検出された特性３４が格納された識別特性３７と整合するとマイクロプロセッサシステム２４が決定する場合には、これは、格納された識別特性３７に対応する較正値４２の関数としてバッテリ１２を検査する。整合が得られない場合には、デフォルト較正値を使用してもよく、または、テスタ１０が、これが連結されているケーブルを認識することができないことを示すメッセージを、出力２２を経由してユーザに表示してもよい。

図３は、本発明の簡略化されたブロック図であり、特性３４は、特定の抵抗値を有する抵抗である。上述のように、操作において、電圧Ｖ_IDSが、ケーブル検査回路３３へ加えられる。したがって、抵抗３４の両端の電圧およびケーブル識別導線３２を通って流れる電流は、マイクロプロセッサシステム２４に連結された電圧および電流センサ（図示せず）によって測定される。マイクロプロセッサシステム２４は、抵抗３４の抵抗を決定し、決定された抵抗値を、異なる抵抗値であり、各々が、テスタ１０に接続された異なるケーブル１４に対応する格納された識別特性３６〜４０と比較する。決定された抵抗値と格納された識別値３６〜４０の１つとの間に整合が得られる場合には、テスタ１０は、検出されて整合された抵抗値に対応する較正値の関数としてバッテリ１２を検査する。整合が得られない場合には、デフォルト較正値が使用されるか、または、図１に関連して上述されたように、出力２２を経由して適切なメッセージを表示する。

抵抗の代わりに、識別特性３４は、インダクタ、キャパシタ、トランスポンダ、ツェナーダイオード、電流源等、または、異なる電気値を有するこれらの構成要素の適切な組み合わせを用いることができる。Ｖ_IDSは、ＡＣ電圧であってもＤＣ電圧であってもよい。ケーブル検査回路３３（図１および３）は、ケルビン導線２８Ｂに連結されたケーブル識別導線３２によって形成されるとして示されているが、ケーブル識別導線３２は導線２６Ａ、２６Ｂ、２８Ａおよび２８Ｂのいずれの１つに連結されてもよい。さらに、本発明の実施形態において、ケーブル検査回路３３を完成するためにケルビン導線を使用する代わりに、導線を追加して使用してもよく、それによって、ケルビン導線とは無関係であるケーブル検査回路を提供することができる。一般に、ケーブル識別情報を備えたデジタルメッセージを送受信することを含むケーブル１４を識別し認識するための手段であれば、いずれの手段も本発明に使用することができる。本発明の実施形態において、プラグ３０は、識別特性３４を格納しこれをテスタ１０へ提供するように構成されたメモリ３５を含む。

図４は、本発明の特定の実施形態による電子バッテリテスタ回路１０の簡略化されたブロック図である。入力１６、メモリ２０、出力２２およびマイクロプロセッサシステム２４に加えて、テスタ１０は、電流源５０、差動増幅器５２およびアナログデジタルコンバータ５４も含む。電流源５０は、本発明で使用される時間関数の１つの例を提供する。増幅器５２は、キャパシタＣ₁およびＣ₂を通してバッテリ１２に容量的に連結される。増幅器５２は、アナログデジタルコンバータ５４の入力に接続される出力を有し、これは次に、マイクロプロセッサシステム２４へ接続される出力を有する。マイクロプロセッサシステム２４は、入力装置６６から入力を受け取ることもできる。

上述のように、テスタ１０は、これが接続されるケーブルのタイプを検出し、したがって検査バッテリ１２のために使用されるべき適切なキャビティ値を選択する。バッテリ１２の検査中に、電流源５０は、マイクロプロセッサシステム２４によって制御され、図４の矢印によって示される方向に電流Ｉを提供する。１つの実施形態において、これは、正弦波、方形波またはパルスである。差動増幅器５２は、それぞれキャパシタＣ₁およびＣ₂を通ってバッテリ１２の端子１３および１５に接続され、端子１３と１５との間の電位差に関連する出力を提供する。好適な実施形態において、増幅器５２は、高い入力インピーダンスを有する。テスタ１０は、それぞれ端子１３および１５に接続された反転および非反転入力を有する差動増幅器７０を含む。増幅器７０は、端子１３と１５との間のバッテリ１２の開回路ポテンシャル電圧（Ｖ_BAT）を測定するように接続され、印加された時間的に変動する時間関数に対する、バッテリ１２の時間的に変化する応答を検知するために使用される動的応答センサの１例である。増幅器７０の出力は、端子１３および１５間の電圧をマイクロプロセッサシステム２４によって測定することができるように、アナログデジタルコンバータ５４に提供される。差動増幅器５２の出力は、デジタルフォーマットに変換されて、マイクロプロセッサシステム２４に提供される。マイクロプロセッサシステム２４は、システムクロック５８によって決定された周波数で且つメモリ２０に格納されたプログラム可能命令にしたがって作動する。

マイクロプロセッサシステム２４は、電流源５０を使用して電流パルスＩを印加することによって、バッテリ１２のコンダクタンスを決定する。この測定は、バッテリに関する動的パラメータを提供する。当然ながら、抵抗、アドミタンス、インピーダンスまたはそれらとコンダクタンスとの組み合わせを含む動的パラメータを測定することができる。さらに、いずれのタイプの時間変動信号を使用して、動的パラメータを得ることができる。信号は、能動時間関数を使用して、または、たとえばバッテリ１２へ連結される切換可能な負荷を提供する時間関数を使用して、生成することができる。処理回路は、増幅器５２およびアナログデジタルコンバータ５４を使用して電流パルスＩによるバッテリ電圧の変化を決定する。電流源５０によって生成される電流Ｉの値は既知であり、メモリ２０に格納されている。１つの実施形態において、電流Ｉは、負荷をバッテリ１２へ加えることによって得られる。マイクロプロセッサシステム２４は、下記の式を使用してバッテリ１２のコンダクタンスを計算する。

Ｇ_BAT＝ΔＩ／ΔＶ （式１）

ただし、ΔＩは、電流源５０によりバッテリ１２を通って流れる電流の変化であり、ΔＶは、印加された電流ΔＩによるバッテリ電圧の変化である。バッテリコンダクタンスＧ_BATおよびバッテリ電圧に基づいて、バッテリテスタ１０はバッテリ１２の条件を決定する。バッテリテスタ１０には、決定されたバッテリコンダクタンスおよび電圧で使用することができる情報がプログラムされる。

テスタは、測定されたＣＣＡ（Cold Cranking Amp：コールドクランキングアンプ）を、その特定のバッテリの定格ＣＣＡと比較することができる。バッテリ検査の条件に関する追加情報は、入力装置６６からマイクロプロセッサシステム２４が受け取ることができる。入力装置６６は、１つ以上のセンサ、または、たとえば、周囲またはバッテリの温度、時間、日付、湿度、大気圧、バッテリのまたは検査結果のノイズ振幅またはノイズの特性等の情報、または、バッテリ検査がどのように実行されたかの検査の条件に関する、検知されることができるかまたはそうでなければ回復された他の情報、または、検査を行う際に得られた中間結果を提供する他の要素を具備してもよい。

上述のように、ケーブル１４は、第１の導線２６Ａおよび第２の導線２６Ｂを含む第１のケルビン接続２６と、第１の導線２８Ａおよび第２の導線２８Ｂを含む第２のケルビン接続２８と、これらの導線が通って延びるプラグ３０とを含む。しかし、より具体的には、各ケルビンコネクタまたは接続（２６、２８等）は、第１および第２の導線を含み、その各々がプラグ３０のコネクタに連結される。さらに、いくつかの実施形態では、ケーブル１４は、テスタ１０の一部である。結果として、本発明の特定の実施形態は、第１および第２のケルビンコネクタ（２６、２８等）がバッテリ（１２等）の端子に電気的に連結されるように構成される蓄電池（１２等）を検査するための、電子バッテリテスタ（１０等）に関する。また、第１のケルビンコネクタの第１の導線に連結された第１のコネクタと、第１のケルビンコネクタの第２の導線に連結された第２のコネクタと、第２のケルビンコネクタの第１の導線に連結された第３のコネクタと、第２のケルビンコネクタの第２の導線に連結された第４のコネクタと、ケーブル識別コネクタを有するプラグ（３０等）と、が含まれる。メモリ（２０等）は、第１および第２の較正値を含む。プラグ（３０等）を通って第１および第２のケルビンコネクタに連結された検査回路（１８等）は、ケーブル識別コネクタが第１の電気値を有する場合には第１の較正値の関数として、且つ、ケーブル識別コネクタが第２の電気値を有する場合には第２の較正値の関数として、蓄電池を検査する。

図５は、本発明の実施形態にしたがってバッテリテスタがバッテリに接続されるのに通るケーブルのタイプを検出するためのシステムのフローチャート１００である。ステップ１０２で、複数のケーブルのいずれの１つを経由してバッテリの端子に連結するように構成された入力が提供される。ステップ１０４で、複数の較正値が提供され、複数の値の各較正値は、複数のケーブルの異なる１つに対応する。ステップ１０６で、入力は複数のケーブルの１つを経由してバッテリの端子に連結される。ステップ１０８で、入力に連結される複数のケーブルの１つが検出される。ステップ１１０で、バッテリは、複数のケーブルの検出された１つに対応する複数の較正値の１つの関数として、入力を経由して検査される。異なる技術は、そのうちのいくつかが上記に述べられているが、図５のフローチャートに示されたステップを実行するために使用することができ、一方、本発明の範囲および精神から逸脱することなく、同一の機能を実質的に維持する。

本発明は、好適な実施形態を参照して説明されているが、本発明の範囲および精神から逸脱することなく、形態および詳細に変更を行ってもよいことが当業者によって理解される。

本発明の例示的な実施形態にしたがってケーブルを経由してバッテリに連結されるバッテリテスタのブロック図である。 本発明の実施形態にしたがってバッテリテスタメモリに格納されたデータを例示するブロック図である。 本発明の例示的な実施形態にしたがってケーブルを経由してバッテリに連結されるバッテリテスタのブロック図である。 図１および図３のバッテリテスタ内の検査回路の異なる構成要素を例示するブロック図である。 本発明の実施形態にしたがってバッテリテスタがバッテリに接続されるのに通るケーブルのタイプを検出するためのシステムのフローチャートである。

符号の説明

１０……バッテリテスタ、電子バッテリテスタ回路
１２……バッテリ
１３，１５……端子
１４……ケーブル
１６……入力
１８……検査回路、マイクロプロセッサシステム
２０，３５……メモリ
２２……出力
２４……マイクロプロセッサシステム
２６……第１のケルビン接続
２６Ａ……第１の導線
２６Ｂ……第２の導線
２８……第２のケルビン接続
２８Ａ……第１の導線
２８Ｂ……第２の導線
３０……プラグ
３２……ケーブル識別導線
３３……ケーブル検査回路
３４……ケーブル識別特性、抵抗
３６，３７，３８，３９，４０……ケーブル識別特性
４１，４２，４３，４４，４５……較正値
５０……電流源
５２，７０……差動増幅器
５４……アナログデジタルコンバータ
５８……システムクロック
６８……入力装置

Claims (12)

1. 複数のケーブルのいずれの１つを通ってバッテリに接続することができる電子バッテリテスタであって、
   前記複数のケーブルのいずれの１つへ連結するように構成された入力と、
   各較正値が前記複数のケーブルの異なる１つに対応する複数の較正値を含むように構成されたメモリと、
   前記入力および前記メモリに連結されており、前記複数のケーブルのどの１つが前記入力に連結されているかを検出し、且つ、前記複数のケーブルの前記検出された１つに対応する前記複数の較正値の１つの関数として前記バッテリを検査するように構成された検査回路とを具備する電子バッテリテスタ。
2. 前記検査回路は、前記入力に連結される前記複数のケーブルの１つの識別特性を決定することによって、前記複数のケーブルのどの１つが前記入力に連結されるかを検出するように構成され、前記決定された識別特性は、複数の識別特性の１つであり、前記複数の識別特性の各１つは、前記複数のケーブルの異なる１つに対応する請求項１記載の電子バッテリテスタ。
3. 前記メモリは前記複数の識別特性を格納するようにさらに構成され、前記複数の較正値の各較正値は前記複数の識別特性の異なる１つに対応する請求項２記載の電子バッテリテスタ。
4. 前記テスタは、前記決定された識別特性に対応する前記複数の較正値の１つの関数として前記バッテリを検査するように構成される請求項２記載の電子バッテリテスタ。
5. 前記複数の識別特性の各１つは異なる抵抗値を有する請求項２記載の電子バッテリテスタ。
6. 前記複数の識別特性の各１つは異なるキャパシタンス値を有する請求項２記載の電子バッテリテスタ。
7. 前記複数の識別特性の各１つは異なるインダクタンス値を有する請求項２記載の電子バッテリテスタ。
8. 前記入力は複数のケーブル識別導線の１つのケーブル識別導線に連結するようにさらに構成され、各ケーブル識別導線は前記複数のケーブルの異なる１つに含まれ、各ケーブル識別特性は前記複数のケーブル識別導線の異なる１つに含まれる請求項２記載の電子バッテリテスタ。
9. 前記検査回路は、前記入力に連結された、前記複数のケーブル識別導線の、前記ケーブル識別導線に含まれる前記ケーブル識別特性を、印加されたケーブル検出電圧に対する前記ケーブル識別導線の応答から決定するように構成される請求項８記載の電子バッテリテスタ。
10. 電子バッテリテスタを蓄電池に連結するためのケーブルであって、
    第１の導線と第２の導線とを含み、第１のバッテリ端子を前記テスタへ連結するように構成された第１のケルビンコネクタと、
    第１の導線と第２の導線とを含み、第２のバッテリ端子を前記テスタへ連結するように構成された第２のケルビンコネクタと、
    前記バッテリテスタによって検出するための識別特性を含むケーブル識別導線とを具備するケーブル。
11. バッテリを検査する方法であって、
    （ａ）複数のケーブルのいずれの１つを経由して前記バッテリの端子に連結するように構成された入力を提供することと、
    （ｂ）各較正値が前記複数のケーブルの異なる１つに対応する、複数の較正値を提供することと、
    （ｃ）前記複数のケーブルの１つを経由して前記バッテリの前記端子へ前記入力を連結することと、
    （ｄ）前記複数のケーブルのどの１つが前記入力に連結されるかを検出することと、
    （ｅ）前記複数のケーブルの前記検出された１つに対応する前記複数の較正値の１つの関数として、前記入力を経由して、前記バッテリを検査することとを含む方法。
12. 蓄電池を検査するための電子バッテリテスタであって、
    前記バッテリの第１の端子へ電気的に連結するように構成された第１のケルビンコネクタと、
    前記バッテリの第２の端子へ電気的に連結するように構成された第２のケルビンコネクタと、
    プラグであって、
    前記第１のケルビンコネクタの第１の導線に連結された第１のコネクタと、
    前記第１のケルビンコネクタの第２の導線に連結された第２のコネクタと、
    前記第２のケルビンコネクタの第１の導線に連結された第３のコネクタと、
    前記第２のケルビンコネクタの第２の導線に連結された第４のコネクタと、
    ケーブル識別コネクタとを有するプラグと、
    第１および第２の較正値を含むように構成されたメモリと、
    前記プラグを通って前記第１および第２のケルビンコネクタに連結され、前記ケーブル識別コネクタが第１の電気値を有する場合には前記第１の較正値の関数として、前記ケーブル識別コネクタが第２の電気値を有する場合には前記第２の較正値の関数として、前記蓄電池を検査するように構成された検査回路とを具備する電子バッテリテスタ。
    

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