JP2000278874A - 蓄電池の充電方法 - Google Patents

蓄電池の充電方法

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JP2000278874A JP11079108A JP7910899A JP2000278874A JP 2000278874 A JP2000278874 A JP 2000278874A JP 11079108 A JP11079108 A JP 11079108A JP 7910899 A JP7910899 A JP 7910899A JP 2000278874 A JP2000278874 A JP 2000278874A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 サイクル用途に用いられる密閉形鉛蓄電池の
充電方法において、種々の放電深度においても密閉形鉛
蓄電池の寿命特性を低下させることの無い充電方法を得
ること。 【解決手段】 充電に先立って蓄電池を前充電し、前充
電後の開路状態の蓄電池電圧により蓄電池の放電状態を
判別してこの判別結果に応じた充電制御により以降の充
電を行なう。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は蓄電池、特に鉛蓄電
池の充電方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】鉛蓄電池の充電方法として様々な充電方
法が用いられてきている。充電においては放電電気量に
見合った充電電気量が必要であるが、必要以上の電気量
で充電を行った場合には過充電となって電池の容量が低
下する。鉛蓄電池においては過充電によって特に正極板
を構成する正極格子体の酸化腐食や電解液中の水分減少
によって劣化が進行する。このような過充電による劣化
を抑制するために、従来から充電電圧をある一定の値以
下で充電制御を行う定電圧充電方式が用いられている。
このような定電圧充電方式は充電制御電圧を負極板から
水素ガスが発生する電圧以下とすることにより、充電中
における水分減少を抑制することができるとともに、充
電末期電流を抑制できるので正極格子体の酸化腐食を抑
制できることから、鉛蓄電池の充電方法として広く一般
的に用いられてきている。特に密閉形の鉛蓄電池におい
ては電解液への補水ができないことから,殆どこの方式
が用いられている。
【0003】近年、環境と福祉の観点から電動三輪車、
電動車椅子等の電動車両が広く普及し始めている。鉛蓄
電池は比較的安価なことから、これらの電動車両に用い
る主電源として採用されつつある。このようなサイクル
用途に用いられる鉛蓄電池の充電方法としては前記した
ような定電圧充電方式が用いられるのが一般的であっ
た。
【0004】しかしながら、定電圧充電方式を電動車両
用途の鉛蓄電池に用いた場合、一部の車両で蓄電池の短
寿命が散見されはじめてきている。このような短寿命現
象の発生は車両ユーザーの使用形態に深く関連すること
がわかってきた。特に使用時間が短く、充電時間が長い
場合に短寿命となる確率が高いことが判明した。このよ
うな場合には充電制御電圧を下げたり、充電時間を短く
制限することが考えられるが、このような変更を行なう
と、使用時間が長く、充電時間が短い場合には充電電気
量が確保されず、早期に短寿命となる。このようにユー
ザーの使用形態によって、最適な充電方法を選択するこ
とが必要である。しかしながら前述したような電動車両
は広く一般の消費者に使用されるものであり、自分の使
用形態に応じて充電方法を選択することは事実上、不可
能であった。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】本発明は前記したよう
な様々な使用形態においても最適な蓄電池の充電方法を
提供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】前記した課題を解決する
ために本発明の請求項1の発明は蓄電池をあらかじめ前
充電した後の蓄電池電圧Vba1に基づき蓄電池の状態
を判別し、この判別結果に基づき以降の充電制御方法を
選択して充電を行うことを特徴とする蓄電池の充電方法
を示すものである。本発明の請求項2の発明は請求項1
の構成において蓄電池を前充電した後の蓄電池電圧Vb
a1を測定し、この蓄電池電圧Vba1が第1の設定電
圧V1より低く、かつ第1の設定電圧よりも低い第2の
設定電圧V2よりも高い場合に、第1の充電制御による
充電1を行い、前記蓄電池電圧Vba1が第2の設定電
圧V2よりも低く、かつ第2の設定電圧V2よりも低い
第3の設定電圧V3よりも高い場合に第2の充電制御に
よる充電2を行い、前記蓄電池電圧Vbaが第3の設定
電圧V3よりも低い場合に活性充電を行った後に第2の
充電制御による充電2を行うことを特徴とするものであ
る。請求項3の発明は請求項2の構成において前記第1
の充電制御による充電1で蓄電池を第1の充電電圧Vc
h1で定電圧充電し、充電電流が所定の値Iaまで低下
した後に蓄電池を前記第1の充電電圧Vch2よりも低
い第2の充電電圧Vch2で定電圧充電するとともに、
前記第2の充電制御による充電2で蓄電池を第3の充電
電圧Vch3で定電圧充電し、充電電流が所定の値Ib
まで低下した後に所定の充電電流Icで定電流充電を所
定時間行った後に第3の充電電圧よりも低い第4の充電
電圧Vch4で定電圧充電することを特徴とするもので
ある。請求項4の発明は請求項2もしくは請求項3の構
成において前記活性充電とこれに引き続き蓄電池電圧V
ba2を測定するサイクルを前記蓄電池電圧Vba2が
前記第2の設定電圧V2と前記第3の設定電圧V3との
間の値になるまで所定回数Nを限度として繰り返し、前
記蓄電池電圧Vba2が前記第2の設定電圧V2と前記
第3の設定電圧V3との間になった場合に蓄電池を前記
第2の充電制御による充電2を行うことを特徴とするも
のである。請求項5の発明は請求項2,3もしくは4の
構成において前充電後に測定される蓄電池電圧Vba1
が第1の設定電圧V1より高い、もしくは第3の設定電
圧V3よりも低い第4の設定電圧V4よりも低い場合に
以降の蓄電池の充電操作を停止することを特徴とするも
のである。請求項6の発明は請求項1,2,3,4,5
もしくは6の構成において蓄電池の前充電に先立ち、蓄
電池電圧Vba0を測定し、このVba0値が第5の設
定電圧V5以上の場合、前充電時の充電電流IpがIm
ax以下、Imin(Imin>0)以上である場合に
前充電後の蓄電池電圧Vba測定を行い、Imax以上
である場合に充電器異常を表示して以降の充電操作を停
止し、Imin以下である場合に電池異常として以降の
充電操作を停止するとともに、前記Vba0値が前記第
5の設定電圧V5以下の場合、前充電時の充電電流Ip
がImax以上で充電器異常を表示して以降の充電操作
を停止し、前記充電電流IpがImax以内の場合に前
充電後の蓄電池電圧Vba測定を行うことを特徴とする
ものである。請求項7の発明は請求項3,4,5もしく
は6の構成において蓄電池の雰囲気温度Tを測定し、雰
囲気温度Tに対して前記Vch1、Vch2、Vch3
およびVch4値が負特性を有することを特徴とするも
のである。
【0007】
【発明の実施の形態】本発明による蓄電池の充電方法を
図面を用いて説明する。
【0008】図1は本発明による蓄電池の充電方法を示
すフロー図である。なお、充電される電池は密閉形鉛蓄
電池である。
【0009】まず、蓄電池はその開路状態での蓄電池電
圧Vba0が測定されるとともに、蓄電池周辺の雰囲気
温度Taが測定される。この温度測定は例えばサーミス
タ等を用いて行なわれる。この電池電圧Vba0が測定
された後に前充電が充電電流Ipで所定時間行われる。
本発明においてこの時の充電電流Ipが測定されて充電
器異常や電池の異常を検出することができる。すなわ
ち、前充電に先立って測定された蓄電池電圧Vba0が
第5の設定電圧V5よりも低く、かつ、前充電時の充電
電流IpがImaxより、大きいかIminより小さい
場合には以降の充電操作を行なわない。これにより特に
内部短絡した蓄電池や顕著な過放電によって劣化した蓄
電池を検出することができる。また同様に前充電に先立
って測定された蓄電池電圧Vba0が第5の設定電圧V
5よりも高い場合には蓄電池自体は正常と判定するが充
電電流IpがImaxより大きくなった場合には充電器
異常と判定し以降の充電操作を停止する。
【0010】前記した前充電が終了した後、ある時間間
隔をおいて開路時の蓄電池電圧Vba1が測定される。
本発明においてはこの蓄電池電圧Vba1の値を持って
蓄電池の状態、特に放電状態を判別するものである。こ
こで蓄電池電圧Vba1は前充電からある時間間隔を経
た後に測定することが好ましい。例えば蓄電池を充電し
てその時の充電電圧値をもって放電状態を判別する方法
が考えられるが蓄電池が過放電されたり、長期間放置さ
れた場合には蓄電池の充電電圧が上昇して逆に充電され
た状態として判別する恐れがある。また、前充電を行な
わずに開路状態の蓄電池電圧だけで判別する方法も考え
られる。しかしながら、例えば同じ放電状態の蓄電池で
も、その後の保存状態によって蓄電池の開路電圧にばら
つきが発生し、結果として放電状態の判定のばらつきが
大きくなる。さらにこの現象について説明するならばあ
る放電状態の鉛蓄電池を放置した場合、特に負極活物質
の表面は自己放電によって硫酸鉛のごく薄い層によって
被覆される。このような層は自己放電量自体は少なく、
結果として放置前後の放電状態はそれほど変化しないに
もかかわらず、負極の電位自体はアノディックに移行し
て蓄電池電圧を低下させるためである。このような場
合、ただ単に蓄電池の開路電圧で放電状態を判別すると
実際の放電状態よりも放電深度が深いと判定することに
なり、適切な充電ができないことによる。さらに放電直
後は電解液の濃度分極により蓄電池電圧は安定しておら
ず、この安定していない電圧で放電状態を判別すると判
別精度を著しく低下させる。本発明は前充電後に間隔を
置いて開路状態の蓄電池電圧Vba1を測定することに
より、判定のバラツキを抑制して正確は放電状態の判定
を可能とするものである。この前充電によって微少な自
己放電によって生成した硫酸鉛の薄層は還元され、また
放電直後の濃度分極の解消が促進され、実際の放電状態
を反映した開路状態の蓄電池電圧を得ることができる。
【0011】本発明は前充電後の蓄電池電圧Vba1の
値によって、以降の充電操作を制御するものである。す
なわち、蓄電池電圧Vba1が第1の設定電圧V1とこ
の第1の設定電圧V1よりも低い第2の設定電圧V2の
間にある場合には蓄電池の放電状態は浅いと判別してそ
れに適した第1の充電制御による充電1を行なう。蓄電
池電圧Vba1が第2の設定電圧V2とこの第2の設定
電圧V2よりも低い第3の設定電圧V3の間にある場合
には蓄電池の放電状態は深いと判別してそれに適した第
2の充電制御による充電2を行なう。蓄電池電圧Vba
1が第3の設定電圧V3よりもさらに低い場合には蓄電
池は過放電等によって充電受け入れ性が低下した状態と
判別して活性充電を行なうものである。この活性充電は
例えば定電流で短時間行なうことにより過放電によって
生じた正極の不働態層や長期放置によって形成された充
電受入れ性に劣る粗大化した硫酸鉛をそれぞれ充電して
回復させることができる。この活性充電後は放電が深い
蓄電池として第2の充電制御による充電2を行なう。ま
た過放電や放置の程度によっては1回の活性充電で回復
しない場合があるので活性充電後の開路状態の蓄電池電
圧Vba2を測定してこの蓄電池電圧Vba2が第3の
設定電圧V3以上となるまで活性充電とその後に続く蓄
電池電圧Vba2測定を所定回数(N回)を限度として
繰り返し行なった後に蓄電池は第2の充電制御による充
電2で充電される。活性充電の繰り返し回数が所定回数
(N回)で蓄電池電圧Vba2が第3の設定電圧V3に
満たない場合には電池の異常もしくは寿命に到達したと
判別して以降の充電操作を停止するものである。充電時
の安全をより考慮して前充電後の蓄電池電圧Vba1が
第1の設定電圧V1よりも高くなった場合や、蓄電池電
圧Vba1が第3の設定電圧V1よりも低い第4の設定
電圧V4よりもさらに低い場合には充電器異常もしくは
蓄電池の異常・寿命到達と判定して以降の充電操作を停
止させることが望ましい。
【0012】次に前記した第1の充電制御による充電1
と第2の充電制御による充電2の好ましい実施形態を図
2および図3に示す。
【0013】図2は第1の充電制御による充電1の充電
パターンを示す図である。充電1においては当初第1の
制御電圧Vch1によって定電圧充電(初期充電電流:
Ii(A))が行われる。蓄電池の充電電圧が制御電圧
Vch1に到達した後、定電圧制御が行なわれ充電電流
は減衰する。充電電流値が所定の値Iaまで低下した時
点で充電の制御電圧Vch1をこれよりも低いVch2
に低下させる。これにより浅い放電に続く充電での過充
電を防止して蓄電池の寿命低下を抑制することができ
る。
【0014】図3は第2の充電制御による充電2の充電
パターンを示す図である。充電2においては当初第3制
御電圧Vch3によって定電圧充電(初期充電電流:I
i(A))が行われる。この定電圧充電の間,蓄電池の
充電電圧は制御電圧Vch3に到達した後,定電圧制御
が行なわれ充電電流は減衰する。充電電流が所定の値I
bまで低下した後に電流値Icで定電流充電を所定時間
行なう。ここでIb値とIc値を同一の値とすることも
もちろん可能である。この電流値Icでの定電流充電に
より、深い充電時の充電不足を抑制し,蓄電池の寿命性
能を有効に引き出すことができる。この定電流の後は第
3の制御電圧Vch3よりも低い第4の制御電圧Vch
4で充電が行われる。
【0015】ここで第1の充電制御および第2の充電制
御での当初の制御電圧値Vch1と制御電圧Vch3は
いずれも同じ値とすることもできる。また、充電時の雰
囲気温度による充電受入れ性を考慮して充電開始前に測
定した雰囲気温度Taに対してVch1値とVch3値
に負特性を有するよう、制御することが本発明の効果を
得る上で好ましい。また第2の制御電圧Vch2と第4
の制御電圧Vch4とを同じ値にしてこの部分の充電制
御部を第1の充電制御と第2の充電制御とで共有するこ
とも可能であり、充電器のコストを低減する意味で非常
に有効である。また、第2の制御電圧Vch2と第4の
制御電圧Vch4についても雰囲気温度Taに対して負
特性を有するよう制御することが好ましい。
【0016】
【実施例】<実施例1>本発明の実施例について説明す
る。
【0017】発明の実施の形態での充電方法を用いて公
称電圧24V,10時間率定格容量28Ahの密閉形鉛
蓄電池の充放電サイクル寿命試験を行なった。ここで各
種設定値として以下の通りとした。
【0018】 前充電時の電流値Ip:0.6A Imax:0.7A Imin:0.2A 前充電時間 :10秒 蓄電池電圧Vba1の測定タイミング:前充電終了後5
秒目に測定。
【0019】 第1の設定電圧V1 :34V 第2の設定電圧V2 :24V 第3の設定電圧V3 :20V 第4の設定電圧V4 : 2V 第5の設定電圧V5 :20V 初期充電電流Ii : 5A 第1の制御電圧Vch1:29.4−0.06(Ta−
25)(Ta:雰囲気温度,℃) 第2の制御電圧Vch2:27.6−0.06(Ta−
25)(Ta:雰囲気温度,℃) 所定の電流Ia :0.6A 第3の制御電圧Vch3:29.4−0.06(Ta−
25)(Ta:雰囲気温度,℃) 第4の制御電圧Vch4:27.6−0.06(Ta−
25)(Ta:雰囲気温度,℃) 電流値Ib :0.6A 電流値Ic :0.6A 活性充電電流 :0.6A 活性充電時間 :1回につき15分 活性充電最大の繰り返し回数N:9回
【0020】ここで放電条件としては条件A:放電
(7A定電流で2.4時間放電(定格容量の60%放
電))で行なうもの(図4中の符号A)と条件B:放電
((7A定電流で22分(定格容量の10%放電))
で行なうもの(図4中の符号B)の2種類で行なった。
また条件C:奇数サイクルの放電を放電とし、偶数サ
イクルの放電を放電で行なう試験も行なった(図4中
の符号C)。
【0021】次に同じ24V28Ahの電池について、
比較例として条件D:放電による放電を行なった後に
発明の実施の形態における充電制御1による充電を単独
で行なうもの(図4中の符号D)と条件E:放電によ
る放電を行なった後に充電制御2による充電を単独で行
なうもの(図4中の符号E)、条件F:放電による放
電を行なった後に発明の実施の形態における充電制御1
による充電を単独で行なうもの(図4中の符号F)と条
件G:放電による充電を行なった後に充電制御2によ
る充電を単独で行なうもの(図4中の符号G)の試験を
併せて行なった。なお、いずれも充電時間は12時間と
した。また、蓄電池の容量は20サイクル毎に蓄電池を
7Aで21Vまで完全放電することにより測定した。こ
れらの結果を図4に示す。
【0022】図4の結果から本発明の充電方法によれば
密閉形鉛蓄電池の放電深度が変化してもこれを検知して
常に適切な充電を行なうことができ、密閉形鉛蓄電池の
寿命を450〜500サイクルと安定してばらつきなく
有効に発揮できることが確認できた。一方、比較例によ
れば放電深さと充電方法により寿命は大きく影響を受
け、150〜500サイクルと非常にばらつきも大き
く、安定しなかった。これは機器の使用者の使用形態の
ばらつきにより短寿命が発生することを示している。
【0023】<実施例2>次に実施例1での24V28A
hの密閉形鉛蓄電池について2Ωの定抵抗を24時間接
続した後に25℃中で1ヵ月間放置することによって過
放電した電池を作成し、実施例1における本発明の実施
の形態による充電と7A定電流放電(終止電圧21V)
とを繰り返すサイクルを5回行なった(条件H,図5中
の符号H)。比較例の条件Iとしては前記の同様の過放
電した電池を本発明の実施の形態による充電方法から充
電制御2を単独で行なう充電と7A定電流放電(終止電
圧21V)とを繰り返すサイクルを5回行なった(図5
中の符号I)。これらの結果を図5に示す。図5に示し
た結果から本発明の充電方法によれば1サイクル目から
充分な放電容量が得られている一方で、比較例では3サ
イクル目でようやく本発明での1サイクル目の水準の放
電容量が得られた。このように本発明の充電方法によれ
ば蓄電池の過放電状態をも検知して活性充電を行なうこ
とにより比較的少ない回数で充分な回復容量を得ること
ができる。これは機器の使用者にとって意図しない容量
低下を防止することができるので非常に有用である。
【0024】
【発明の効果】前記したように本発明の充電方法によれ
ば蓄電池、特に密閉形鉛蓄電池の使用者による放電深度
のばらつきが発生してもこれを検知して放電深度に見合
った適切な充電が行われ、結果として、密閉形鉛蓄電池
の寿命特性を高めることができ、工業上、極めて有効で
ある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態による蓄電池の充電フロー
を示す図
【図2】本発明の実施の形態による蓄電池の充電フロー
中、第1の充電制御による充電パターンを示す図
【図3】本発明の実施の形態による蓄電池の充電フロー
中、第2の充電制御による充電パターンを示す図
【図4】本発明の実施の形態による充電方法と比較例の
充電方法を用いた場合の密閉形鉛蓄電池のサイクル寿命
特性を示す図
【図5】本発明の実施の形態による充電方法と比較例の
充電方法を用いた場合の過放電された密閉形鉛蓄電池の
容量回復特性を示す図
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 5G003 AA01 BA01 CA04 CA14 CA16 CC07 DA12 EA07 GC05 5H030 AA01 AS08 BB02 BB03 FF27 FF42 FF43 FF52

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 蓄電池の充電方法であって、蓄電池を前
    充電した後の蓄電池電圧Vba1に基づき蓄電池の状態
    を判別し、この判別結果に基づき以降の充電制御方法を
    選択して充電を行うことを特徴とする蓄電池の充電方
    法。
  2. 【請求項2】 蓄電池を前充電した後の蓄電池電圧Vb
    a1を測定し、この蓄電池電圧Vba1が第1の設定電
    圧V1より低く、かつ第1の設定電圧よりも低い第2の
    設定電圧V2よりも高い場合に、第1の充電制御による
    充電1を行い、前記蓄電池電圧Vba1が第2の設定電
    圧V2よりも低く、かつ第2の設定電圧V2よりも低い
    第3の設定電圧V3よりも高い場合に第2の充電制御に
    よる充電2を行い、前記蓄電池電圧Vbaが第3の設定
    電圧V3よりも低い場合に活性充電を行った後に第2の
    充電制御による充電2を行うことを特徴とする請求項1
    に記載の蓄電池の充電方法。
  3. 【請求項3】 前記第1の充電制御による充電1におい
    て蓄電池を第1の充電電圧Vch1で定電圧充電し、充
    電電流が所定の値Iaまで低下した後に蓄電池を前記第
    1の充電電圧Vch1よりも低い第2の充電電圧Vch
    2で定電圧充電するとともに、前記第2の充電制御によ
    る充電2において蓄電池を第3の充電電圧Vch3で定
    電圧充電し、充電電流が所定の値Ibまで低下した後に
    所定の充電電流Icで定電流充電を所定時間行った後に
    第3の充電電圧よりも低い第4の充電電圧Vch4で定
    電圧充電することを特徴とする請求項2に記載の蓄電池
    の充電方法。
  4. 【請求項4】 前記活性充電とこれに引き続き蓄電池電
    圧Vba2を測定するサイクルを前記蓄電池電圧Vba
    2が前記第2の設定電圧V2と前記第3の設定電圧V3
    との間の値になるまで所定回数Nを限度として繰り返
    し、前記蓄電池電圧Vba2が前記第2の設定電圧V2
    と前記第3の設定電圧V3との間になった場合に蓄電池
    を前記第2の充電制御による充電2を行うことを特徴と
    する請求項2もしくは3に記載の蓄電池の充電方法。
  5. 【請求項5】 前充電後に測定される蓄電池電圧Vba
    1が第1の設定電圧V1より高い、もしくは第3の設定
    電圧V3よりも低い第4の設定電圧V4よりも低い場合
    に以降の蓄電池の充電操作を停止することを特徴とする
    請求項2、3もしくは4に記載の蓄電池の充電方法。
  6. 【請求項6】 蓄電池の前充電に先立ち、蓄電池電圧V
    ba0を測定し、このVba0値が第5の設定電圧V5
    以上の場合、前充電時の充電電流IpがImax以下、
    Imin(Imin>0)以上である場合に前充電後の
    蓄電池電圧Vba測定を行い、Imax以上である場合
    に充電器異常を表示して以降の充電操作を停止し、Im
    in以下である場合に電池異常として以降の充電操作を
    停止するとともに、前記Vba0値が前記第5の設定電
    圧V5以下の場合、前充電時の充電電流IpがImax
    以上で充電器異常を表示して以降の充電操作を停止し、
    前記充電電流IpがImax以内の場合に前充電後の蓄
    電池電圧Vba測定を行うことを特徴とする請求項1、
    2、3、4あるいは5に記載の蓄電池の充電方法。
  7. 【請求項7】 蓄電池の雰囲気温度Tを測定し、雰囲気
    温度Tに対して前記Vch1、Vch2、Vch3およ
    びVch4値が負特性を有することを特徴とする請求項
    3、4、5、あるいは6に記載の蓄電池の充電方法。
JP07910899A 1998-05-27 1999-03-24 蓄電池の充電方法 Expired - Fee Related JP3678045B2 (ja)

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