JP2001160422A - 鉛蓄電池の充電制御方法 - Google Patents
鉛蓄電池の充電制御方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 容量低下を防ぎ、寿命性能を改善する。
【解決手段】 充放電サイクルを、充電状態が１００％
を越えないように充電するサイクルとし、さらに、定期
的に過充電を行うようにする。好ましくは、充電電流を
５時間率公称容量に対して１ＣＡ以上とし、充放電サイ
クル２００サイクル以内に一度の過充電を行う。
を越えないように充電するサイクルとし、さらに、定期
的に過充電を行うようにする。好ましくは、充電電流を
５時間率公称容量に対して１ＣＡ以上とし、充放電サイ
クル２００サイクル以内に一度の過充電を行う。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、充電制御方法に関する
ものである。
ものである。
【０００２】
【従来の技術とその課題】正極に鉛−アンチモン系の合
金を用い、かつ多量の流動液を有する、いわゆる液式の
鉛蓄電池の充電は、小さな電流で長時間かけておこな
い、かつ電解液の成層化を解消するために、充電量は１
１０から１２０％とするのが好ましいとされている。
金を用い、かつ多量の流動液を有する、いわゆる液式の
鉛蓄電池の充電は、小さな電流で長時間かけておこな
い、かつ電解液の成層化を解消するために、充電量は１
１０から１２０％とするのが好ましいとされている。
【０００３】しかし、正極に鉛−カルシウム系の合金を
用いた鉛蓄電池をこのような条件で充電すると、正極格
子と正極活物質の界面に硫酸鉛の不働態が形成されて、
早期に容量が低下することがある。また、小さな電流で
充電すると、充電生成物である正極の二酸化鉛や負極の
海綿状鉛の粒子が粗くなって活物質の比表面積が減少
し、容量低下が起こりやすくなる。
用いた鉛蓄電池をこのような条件で充電すると、正極格
子と正極活物質の界面に硫酸鉛の不働態が形成されて、
早期に容量が低下することがある。また、小さな電流で
充電すると、充電生成物である正極の二酸化鉛や負極の
海綿状鉛の粒子が粗くなって活物質の比表面積が減少
し、容量低下が起こりやすくなる。
【０００４】ここで、充電電流を大きくするという方法
もあるが、充電電流を大きくすると充電効率が低下し、
負極板に放電生成物である硫酸鉛が蓄積して、かえって
寿命性能が悪くなることがある。また、大電流で過充電
すると、特にアンチモンを含まない正極格子を用いた鉛
蓄電池の寿命性能が著しく低下するという問題があっ
た。
もあるが、充電電流を大きくすると充電効率が低下し、
負極板に放電生成物である硫酸鉛が蓄積して、かえって
寿命性能が悪くなることがある。また、大電流で過充電
すると、特にアンチモンを含まない正極格子を用いた鉛
蓄電池の寿命性能が著しく低下するという問題があっ
た。
【０００５】
【課題を解決するための手段】充電電流を大きくしても
充電終期の電圧を高くしないために、鉛蓄電池の充電状
態が１００％をこえないように充電する。この方法で
は、鉛蓄電池を完全に充電ができないが、大電流で充電
することによって、充電時の電流密度が高くなり、充電
反応の速度が速くなるので、充電生成物である正極の二
酸化鉛と負極の海綿状鉛の粒子が、小さな充電電流で充
電したときに比べて細かくなるのと同時に粒子の活性度
が高くなって、その次の放電がすみやかに進行する。ま
た、完全に充電しないことによって正極格子の腐食が抑
制されて寿命性能も向上する。
充電終期の電圧を高くしないために、鉛蓄電池の充電状
態が１００％をこえないように充電する。この方法で
は、鉛蓄電池を完全に充電ができないが、大電流で充電
することによって、充電時の電流密度が高くなり、充電
反応の速度が速くなるので、充電生成物である正極の二
酸化鉛と負極の海綿状鉛の粒子が、小さな充電電流で充
電したときに比べて細かくなるのと同時に粒子の活性度
が高くなって、その次の放電がすみやかに進行する。ま
た、完全に充電しないことによって正極格子の腐食が抑
制されて寿命性能も向上する。
【０００６】充電量が放電量に対して１００％未満とな
ると、正、負極板に充電されなかった硫酸鉛が蓄積し、
特に負極板の硫酸鉛が蓄積、成長すると、負極板の硫酸
鉛が粗大化して充電ができなくなる、いわゆるサルフェ
ーションが生じて蓄電池性能を損なうという問題と、電
解液の成層化が生じるという問題とがあるが、これは定
期的な過充電（回復充電）をおこなうことによって克服
する。
ると、正、負極板に充電されなかった硫酸鉛が蓄積し、
特に負極板の硫酸鉛が蓄積、成長すると、負極板の硫酸
鉛が粗大化して充電ができなくなる、いわゆるサルフェ
ーションが生じて蓄電池性能を損なうという問題と、電
解液の成層化が生じるという問題とがあるが、これは定
期的な過充電（回復充電）をおこなうことによって克服
する。
【０００７】また、充電電流は５時間率公称容量に対し
て１ＣＡ以上とするのが良い。
て１ＣＡ以上とするのが良い。
【０００８】
【作用】蓄電池の充電状態が１００％をこえないように
充電するので、充電終期の電圧の上昇が抑制され、充電
電圧の上昇に起因する蓄電池寿命性能の低下が抑制され
る。それと同時に正極格子の腐食が抑制されるために寿
命性能が向上する。また、定期的に過充電（回復充電）
するので、負極板のサルフェーションが防止される。
充電するので、充電終期の電圧の上昇が抑制され、充電
電圧の上昇に起因する蓄電池寿命性能の低下が抑制され
る。それと同時に正極格子の腐食が抑制されるために寿
命性能が向上する。また、定期的に過充電（回復充電）
するので、負極板のサルフェーションが防止される。
【０００９】また、充電電流が大きいので、充電時間が
短くなり、その結果、正極活物質と正極格子の界面が高
い電位に維持される時間が短くなって、早期容量低下の
原因となる不働態膜の形成が抑制されると同時に、充電
生成物である正極の二酸化鉛と負極の海綿状鉛の粒子が
小さく、かつ粒子の活性度が高くなる。
短くなり、その結果、正極活物質と正極格子の界面が高
い電位に維持される時間が短くなって、早期容量低下の
原因となる不働態膜の形成が抑制されると同時に、充電
生成物である正極の二酸化鉛と負極の海綿状鉛の粒子が
小さく、かつ粒子の活性度が高くなる。
【００１０】
【実施例】５時間率公称容量が２０Ａｈで公称電圧が２
Ｖの試験用液式鉛蓄電池を製作した。
Ｖの試験用液式鉛蓄電池を製作した。
【００１１】この液式鉛蓄電池を、充放電サイクル寿命
試験に供した。寿命試験条件は以下に示す条件とした。 放電電流 ： ０．２ＣＡ（ ４Ａ） 放電時間 ： ３時間 最大充電電流 ： ０．２ＣＡ（ ４Ａ）、または０．
５ＣＡ（１０Ａ）、または１ ＣＡ（２０Ａ）、また
は３ ＣＡ（６０Ａ） 最大充電状態 ： ９０％ このときの鉛蓄電池の放電末期電圧の推移を図１に示
す。充電電流が０．２ＣＡ（記号Ａ）のときと０．５Ｃ
Ａ（記号Ｂ）のときは、それぞれ約２５サイクルと約７
５サイクルで、放電末期電圧が１Ｖを下回ったのに対
し、充電電流が１ＣＡ（記号Ｃ）のときと３ＣＡ（記号
Ｄ）のときは３００サイクルを経過しても放電末期電圧
は１．７Ｖ以上を保っていた。
試験に供した。寿命試験条件は以下に示す条件とした。 放電電流 ： ０．２ＣＡ（ ４Ａ） 放電時間 ： ３時間 最大充電電流 ： ０．２ＣＡ（ ４Ａ）、または０．
５ＣＡ（１０Ａ）、または１ ＣＡ（２０Ａ）、また
は３ ＣＡ（６０Ａ） 最大充電状態 ： ９０％ このときの鉛蓄電池の放電末期電圧の推移を図１に示
す。充電電流が０．２ＣＡ（記号Ａ）のときと０．５Ｃ
Ａ（記号Ｂ）のときは、それぞれ約２５サイクルと約７
５サイクルで、放電末期電圧が１Ｖを下回ったのに対
し、充電電流が１ＣＡ（記号Ｃ）のときと３ＣＡ（記号
Ｄ）のときは３００サイクルを経過しても放電末期電圧
は１．７Ｖ以上を保っていた。
【００１２】これは、大電流で充電することによって、
充電時の電流密度が高くなり、充電反応の速度が速くな
るので、充電生成物である正極の二酸化鉛と負極の海綿
状鉛の粒子が、小さな充電電流で充電したときに比べて
細かくなるのと同時に粒子の活性度が高くなって、その
次の放電がすみやかに進行するためと考えられる。この
ように、充電電流を１ＣＡ以上にすることによって寿命
性能がよくなることがわかった。
充電時の電流密度が高くなり、充電反応の速度が速くな
るので、充電生成物である正極の二酸化鉛と負極の海綿
状鉛の粒子が、小さな充電電流で充電したときに比べて
細かくなるのと同時に粒子の活性度が高くなって、その
次の放電がすみやかに進行するためと考えられる。この
ように、充電電流を１ＣＡ以上にすることによって寿命
性能がよくなることがわかった。
【００１３】次に、液式鉛蓄電池を、別の充放電サイク
ル寿命試験に供した。寿命試験条件は以下に示す条件と
した。 鉛蓄電池の放電末期電圧の推移は、最大充電状態によら
ず、すべてほぼ同等であった。しかし、図２に示すよう
に、最大充電状態が１００％をこえたときの鉛蓄電池の
減液量は、最大充電状態が１００％以下のときに比べ、
著しく多くなった。図２において、最大充電状態がＥは
８０％、Ｆは９０％、Ｇは１００％、Ｈは１１０％、Ｉ
は１２０％の場合をそれぞれ示す。減液が多くなると電
解液の比重が高くなって寿命性能に悪影響を及ぼす。こ
のように、最大充電状態を１００％以下にすることよっ
て、減液が少なく、かつ寿命性能がよくなることがわか
った。
ル寿命試験に供した。寿命試験条件は以下に示す条件と
した。 鉛蓄電池の放電末期電圧の推移は、最大充電状態によら
ず、すべてほぼ同等であった。しかし、図２に示すよう
に、最大充電状態が１００％をこえたときの鉛蓄電池の
減液量は、最大充電状態が１００％以下のときに比べ、
著しく多くなった。図２において、最大充電状態がＥは
８０％、Ｆは９０％、Ｇは１００％、Ｈは１１０％、Ｉ
は１２０％の場合をそれぞれ示す。減液が多くなると電
解液の比重が高くなって寿命性能に悪影響を及ぼす。こ
のように、最大充電状態を１００％以下にすることよっ
て、減液が少なく、かつ寿命性能がよくなることがわか
った。
【００１４】以上のような試験結果から、１ＣＡ以上の
充電電流で、最大充電状態を１００％以下に制御するこ
とによって、寿命性能がよくなることがわかったが、こ
のような場合には、成層化が生じるとともに、正、負極
板に充電されなかった硫酸鉛が蓄積する。ここで、負極
板の硫酸鉛が蓄積、成長すると、負極板の硫酸鉛が粗大
化して充電ができなくなる、いわゆるサルフェーション
が生じて蓄電池性能を損なうという問題がある。しか
し、これは定期的な過充電（回復充電）をおこなうこと
によって克服することができる。そこで、次に回復充電
方法について検討した。
充電電流で、最大充電状態を１００％以下に制御するこ
とによって、寿命性能がよくなることがわかったが、こ
のような場合には、成層化が生じるとともに、正、負極
板に充電されなかった硫酸鉛が蓄積する。ここで、負極
板の硫酸鉛が蓄積、成長すると、負極板の硫酸鉛が粗大
化して充電ができなくなる、いわゆるサルフェーション
が生じて蓄電池性能を損なうという問題がある。しか
し、これは定期的な過充電（回復充電）をおこなうこと
によって克服することができる。そこで、次に回復充電
方法について検討した。
【００１５】上述と同様の液式鉛蓄電池を、充放電サイ
クル寿命試験に供した。寿命試験条件は以下に示す条件
とした。 放 電 電 流 ： ０．２ＣＡ（ ４Ａ） 放 電 時 間 ： ３時間 最大充電電流 ： １ ＣＡ（２０Ａ） 最大充電状態 ： ９０％ 回復充電電流 ： ０．１ＣＡ（ ２Ａ） 回復充電量 ： 公称容量の１２０％ 回復充電頻度 ： ５０サイクル毎、または１００
サイクル毎、または２００サイクル毎、または３００サ
イクル毎 鉛蓄電池の放電末期電圧の推移を図３に示す。図３にお
いて、回復充電頻度がＪは５０サイクル毎、Ｋは１００
サイクル毎、Ｌは２００サイクル毎、Ｍは３００サイク
ル毎の場合をそれぞれ示す。回復充電の頻度が２００サ
イクル毎以内の場合には、鉛蓄電池は２５００サイクル
を経過しても良好な容量推移を保っていた。これに対し
て、回復充電の頻度が３００サイクル毎の場合には、約
５００サイクルで放電末期電圧が１Ｖを下回り、以後ど
のような充電をしても容量回復の兆しは認められなかっ
た。これは、電解液の成層化と負極板のサルフェーショ
ンが原因であった。
クル寿命試験に供した。寿命試験条件は以下に示す条件
とした。 放 電 電 流 ： ０．２ＣＡ（ ４Ａ） 放 電 時 間 ： ３時間 最大充電電流 ： １ ＣＡ（２０Ａ） 最大充電状態 ： ９０％ 回復充電電流 ： ０．１ＣＡ（ ２Ａ） 回復充電量 ： 公称容量の１２０％ 回復充電頻度 ： ５０サイクル毎、または１００
サイクル毎、または２００サイクル毎、または３００サ
イクル毎 鉛蓄電池の放電末期電圧の推移を図３に示す。図３にお
いて、回復充電頻度がＪは５０サイクル毎、Ｋは１００
サイクル毎、Ｌは２００サイクル毎、Ｍは３００サイク
ル毎の場合をそれぞれ示す。回復充電の頻度が２００サ
イクル毎以内の場合には、鉛蓄電池は２５００サイクル
を経過しても良好な容量推移を保っていた。これに対し
て、回復充電の頻度が３００サイクル毎の場合には、約
５００サイクルで放電末期電圧が１Ｖを下回り、以後ど
のような充電をしても容量回復の兆しは認められなかっ
た。これは、電解液の成層化と負極板のサルフェーショ
ンが原因であった。
【００１６】なお、回復充電電流について検討した結
果、回復充電電流が０．３ＣＡを上回ると、過充電末期
の分極が大きくなると同時に、過充電中の充電効率が悪
くなって、寿命性能に悪影響を及ぼすことも明らかにな
った。
果、回復充電電流が０．３ＣＡを上回ると、過充電末期
の分極が大きくなると同時に、過充電中の充電効率が悪
くなって、寿命性能に悪影響を及ぼすことも明らかにな
った。
【００１７】以上の試験結果から、回復充電については
２００サイクル以内に一度、０．３ＣＡ以下の電流で過
充電するとよいことがわかった。
２００サイクル以内に一度、０．３ＣＡ以下の電流で過
充電するとよいことがわかった。
【００１８】この他に、放電電流についても検討した。
試験電池は上述と同様の液式鉛蓄電池である。放電電流
を５時間率公称容量に対して０．２ＣＡ、０．５ＣＡ、
１ＣＡ、３ＣＡと４点かえて、１ＣＡ以上の充電電流
で、最大充電状態９０％になったところで充電を打ち切
り、回復充電を１００サイクル以内に一度、０．１ＣＡ
の電流で過充電した。
試験電池は上述と同様の液式鉛蓄電池である。放電電流
を５時間率公称容量に対して０．２ＣＡ、０．５ＣＡ、
１ＣＡ、３ＣＡと４点かえて、１ＣＡ以上の充電電流
で、最大充電状態９０％になったところで充電を打ち切
り、回復充電を１００サイクル以内に一度、０．１ＣＡ
の電流で過充電した。
【００１９】この試験の結果、いずれの電池でも、放電
電流が１ＣＡ以上の時に放電末期電圧の推移が良好であ
った。これは、前述したように大電流で充電することに
よって、充電時の電流密度が高くなり、充電反応の速度
が速くなるので、充電生成物である正極の二酸化鉛と負
極の海綿状鉛の粒子が、小さな充電電流で充電したとき
に比べて細かくなるのと同時に粒子の活性度が高くなっ
て、その次の放電がすみやかに進行するためと考えられ
る。
電流が１ＣＡ以上の時に放電末期電圧の推移が良好であ
った。これは、前述したように大電流で充電することに
よって、充電時の電流密度が高くなり、充電反応の速度
が速くなるので、充電生成物である正極の二酸化鉛と負
極の海綿状鉛の粒子が、小さな充電電流で充電したとき
に比べて細かくなるのと同時に粒子の活性度が高くなっ
て、その次の放電がすみやかに進行するためと考えられ
る。
【００２０】次に放電深さについても、上記と同様に数
点検討した。その結果、鉛蓄電池の放電深さが、５時間
率公称容量に対して５０％以下である場合には、寿命性
能が更によくなった。これは、放電が浅いほど１回の充
放電サイクル中に蓄積する硫酸鉛の量が少なく、回復充
電を受け入れやすくなるためであることに起因してい
た。
点検討した。その結果、鉛蓄電池の放電深さが、５時間
率公称容量に対して５０％以下である場合には、寿命性
能が更によくなった。これは、放電が浅いほど１回の充
放電サイクル中に蓄積する硫酸鉛の量が少なく、回復充
電を受け入れやすくなるためであることに起因してい
た。
【００２１】なお、以上に述べた開放形の鉛蓄電池のほ
かに密閉形の鉛蓄電池についても同様の試験をおこなっ
たが、密閉形鉛蓄電池でも開放形鉛蓄電池と同様の結果
であった。
かに密閉形の鉛蓄電池についても同様の試験をおこなっ
たが、密閉形鉛蓄電池でも開放形鉛蓄電池と同様の結果
であった。
【００２２】ちなみに、ＪＩＳで定められているサイク
ルサービス用の小型シール型鉛蓄電池の寿命試験条件
は、２０時間率放電容量に対して０．５ＣＡの電流で２
時間放電し、０．１ＣＡの電流で６時間充電する充放電
サイクル寿命試験であるが、この場合の寿命となる、す
なわち、放電容量が初期の５０％を下回るまでのサイク
ル数は、２００サイクル以上が規格であり、実際には３
００サイクル程度の充放電で寿命となる。
ルサービス用の小型シール型鉛蓄電池の寿命試験条件
は、２０時間率放電容量に対して０．５ＣＡの電流で２
時間放電し、０．１ＣＡの電流で６時間充電する充放電
サイクル寿命試験であるが、この場合の寿命となる、す
なわち、放電容量が初期の５０％を下回るまでのサイク
ル数は、２００サイクル以上が規格であり、実際には３
００サイクル程度の充放電で寿命となる。
【００２３】
【発明の効果】大電流で短時間の内に再度放電が可能な
程度まで鉛蓄電池を充電するメリットは非常に大きく、
このような充電制御方法を確立することによって、従来
とは全く異なる分野での鉛蓄電池の使用が可能となる。
また、本発明による充電制御方法によって、大電流で充
電したときの鉛蓄電池の寿命性能が著しく向上し、その
工業的価値は非常に大きい。
程度まで鉛蓄電池を充電するメリットは非常に大きく、
このような充電制御方法を確立することによって、従来
とは全く異なる分野での鉛蓄電池の使用が可能となる。
また、本発明による充電制御方法によって、大電流で充
電したときの鉛蓄電池の寿命性能が著しく向上し、その
工業的価値は非常に大きい。
【図１】 鉛蓄電池の充電電流を変えたときの放電終期
電圧の推移を示す図。
電圧の推移を示す図。
【図２】 鉛蓄電池の充電打ち切り条件を変えたときの
減液量の推移を示す図。
減液量の推移を示す図。
【図３】 鉛蓄電池の過充電の頻度を変えたときの放電
終期電圧の推移を示す図。
終期電圧の推移を示す図。
Claims (6)
- 【請求項１】 充電状態が１００％を越えないように充
電する充放電サイクルを実施し、なおかつ、定期的に過
充電を行うことを特徴とする鉛蓄電池の充電制御方法。 - 【請求項２】 充電電流が５時間率公称容量に対して１
ＣＡ以上であることを特徴とする請求項１記載の鉛蓄電
池の充電制御方法。 - 【請求項３】 充放電サイクル２００サイクル以内に一
度過充電を行うことを特徴とする請求項１または２記載
の鉛蓄電池の充電制御方法。 - 【請求項４】 ０．３ＣＡ以下の電流で過充電すること
を特徴とする請求項１、２または３記載の鉛蓄電池の充
電制御方法。 - 【請求項５】 鉛蓄電池の放電電流が、５時間率公称容
量に対して１ＣＡ以上の電流である請求項１、２、３ま
たは４記載の鉛蓄電池の充電制御方法。 - 【請求項６】 鉛蓄電池の放電深さが、５時間率公称容
量に対して５０％以下である請求項１、２、３、４また
は５記載の鉛蓄電池の充電制御方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000312401A JP2001160422A (ja) | 2000-10-12 | 2000-10-12 | 鉛蓄電池の充電制御方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000312401A JP2001160422A (ja) | 2000-10-12 | 2000-10-12 | 鉛蓄電池の充電制御方法 |
Related Parent Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP28018393A Division JP3648752B2 (ja) | 1993-10-12 | 1993-10-12 | 鉛蓄電池の充電制御方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001160422A true JP2001160422A (ja) | 2001-06-12 |
Family
ID=18792002
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000312401A Withdrawn JP2001160422A (ja) | 2000-10-12 | 2000-10-12 | 鉛蓄電池の充電制御方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2001160422A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2012228013A (ja) * | 2011-04-18 | 2012-11-15 | Toyota Boshoku Corp | 車両用充電制御装置 |
| JP2014011873A (ja) * | 2012-06-29 | 2014-01-20 | Panasonic Corp | 独立電源装置 |
| JP2015022923A (ja) * | 2013-07-19 | 2015-02-02 | 株式会社Ｇｓユアサ | 鉛蓄電池の充電方法 |
-
2000
- 2000-10-12 JP JP2000312401A patent/JP2001160422A/ja not_active Withdrawn
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2012228013A (ja) * | 2011-04-18 | 2012-11-15 | Toyota Boshoku Corp | 車両用充電制御装置 |
| JP2014011873A (ja) * | 2012-06-29 | 2014-01-20 | Panasonic Corp | 独立電源装置 |
| JP2015022923A (ja) * | 2013-07-19 | 2015-02-02 | 株式会社Ｇｓユアサ | 鉛蓄電池の充電方法 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A132 Effective date: 20041102 |
|
| A761 | Written withdrawal of application |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A761 Effective date: 20041206 |