JP2003516607A

JP2003516607A - 鉛蓄電池用電荷維持システム

Info

Publication number: JP2003516607A
Application number: JP2001542442A
Authority: JP
Inventors: クラス、マシュー、エム
Original assignee: スナップ − オンテクノロジーズ，インコーポレイテッド
Priority date: 1999-12-02
Filing date: 2000-11-30
Publication date: 2003-05-13
Also published as: EP1234370B1; AU766750B2; ATE334498T1; WO2001041281A1; EP1234370A4; CA2393006A1; US6441584B1; DE60029617D1; AU1809701A; EP1234370A1

Abstract

(57)【要約】鉛蓄電池（１１）の維持システム（１０）は充電器（１４）と、電圧モニタ（１６）と、負荷（１７）／スイッチ（１８）の直列回路とを含み、これらは電池端子間で並列接続可能であり、スイッチ（１８）と充電器（１４）はマイクロプロセッサ（１５）で制御される。電池（１１）には最初に所定の期間、あるいは電池電圧降下がローディングサイクル中の絶対最小参照レベルより低くなるまで負荷が掛けられ、システム（１０）はローディングサイクル中の最低電池端子電圧を記憶する。ローディングサイクルに続く所定の遅延時間の後、充電器（１４）が起動され、最大充電レベルに達するまで電池（１１）が充電される。次に、記憶された最低電池電圧レベルが所定の参照レベルより低ければ、ローディング／充電ルーチンが反復され、それ以外の場合はルーチンの反復は行われず、電池は良品とみなされる。電池（１１）がテストで不合格や不良品となったときは、システム（１０）がそれを表示する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】（背景）この出願は電池充電システムに関するものであり、特に鉛蓄電池、とりわけ、
ＪｏｈｎｓｏｎＣｏｎｔｒｏｌｓ，Ｉｎｃ製の “Ｉｎｓｐｉｒａ”と称する
タイプ、あるいはＢｏｌｄｅｒＴｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ製のＢｏｌｄｅｒ９
／５ｓｕｂ−ＣＴ.Ｆ.（ＴｈｉｎＭｅｔａｌＦｉｌｍ）と称する薄膜鉛蓄電
池の充電および電荷レベルの維持するためのシステムに関するものである。

【０００２】薄膜鉛蓄電池など、ある種類の鉛蓄電池は劣化を避けるために慎重に保管する
必要がある。したがって、このタイプのフル充電電池は使用されない間は細流充
電システムによって電荷を維持する必要があり、さもなければ、１ヶ月程度使用
しないと、電池が使用不能状態になる場合がある。更に、電池の使用状態におけ
る放電後に、劣化を避けるために即座に再充電しなければならない。再充電せず
に放置すると著しい劣化が生じ、放置期間が長過ぎると回復不能になることがあ
る。

【０００３】不適切に維持されたことにより劣化した電池は、使用後に再充電が困難になる
かもしれない。したがって、充電中に指定電圧に達していても、負荷時に適切な
電圧が維持されない場合がある。

【０００４】（概要）この出願は従来システムの欠点を排除する改良型電池充電システムに関するも
のであり、付加的な構造および動作上の利点を提供する。

【０００５】主な観点は、不適切に維持されたことが原因で劣化した鉛蓄電池の性能改善を
可能にする電池充電システムを提供することである。

【０００６】別の観点は、鉛蓄電池の状態を維持することができる上記タイプの充電システ
ムを提供することである。

【０００７】更に別の観点は、比較的単純で経済的な構造をもった上記タイプの充電システ
ムを提供することである。

【０００８】更に別の観点は、自動制御可能な上記タイプの充電システムを提供することで
ある。

【０００９】上記およびその他の観点のいくつかは、急速充電するために電池に接続される
充電器回路と、電池の端子間に直列接続される負荷および切換装置と、電池端子
電圧を監視するために電池に接続される電圧モニタ回路と、充電器回路と切換装
置とモニタ回路とに接続され、電池端子電圧に応答して充電器回路および切換装
置の動作を制御するプロセッサとを含み、所定の電池電圧評価基準が満たされる
まで電池に交番ローディング／充電サイクルを施すために内蔵プログラム制御に
よってプロセッサが動作する鉛蓄電池用電荷維持システムによって実現すること
ができる。

【００１０】保護対象に関する理解を容易にするため、その実施例が付図に示されており、
実施例と以下の記述から、保護対象、その構造および動作、様々な利点を容易に
理解することができる。

【００１１】（詳細説明）図１には、電池１１を充電するための電池充電システムが全体的に参照符号１
０で示されており、この電池は薄膜鉛蓄電池であることが望ましい。充電システ
ム１０には、プラグ１３を介して１２０ＶＡＣ電源に接続される電源１２が含ま
れる。電源１２は適切な供給電圧を電池充電器１４およびマイクロプロセッサ１
５に供給する。充電器１４は周知のように設計されたもので、充電電圧、電流を
供給するために電池１１の端末端子間に接続される。具体的にいえば、充電器１
４は電池１１を急速充電するように設計される。

【００１２】システム１０には更に電圧モニタ１６が含まれ、このモニタは電池電圧を監視
し、その電圧を表す出力信号をマイクロプロセッサ１５に供給するために電池端
末間に接続される。負荷回路１７は、マイクロプロセッサ１５の制御により動作
する適切なスイッチング回路１８を介して電池端末間に接続される。また、シス
テムのオペレータに適切なメッセージを示すために、マイクロプロセッサ１９に
ディスプレイ１９を接続することが望ましい。

【００１３】システム１０の動作原理によれば、１回以上の制御された放電／充電サイクル
を蓄電池に施すことにより、鉛蓄電池の最大性能の維持、あるいは、過放電また
は劣化した鉛蓄電池の回復が可能になる。ニッケルカドミウムあるいはニッケル
金属水素化物電池に対しては、単一の放電／充電ルーチンを採用した充電器が従
来から使用されているが、そのようなルーチンが鉛蓄電池の維持および／または
回復のために有効であるとは認められておらず、ルーチンの反復も行われていな
い。

【００１４】ここで図２にしたがって、システム１０の動作について詳細に述べる。図２は
電池充電システム１０の動作中の時間に対する電池出力電圧波形２０のグラフで
ある。まず、図１で示される方法でシステム１０に電池１１を接続し、システム
１０をＡＣ電源に接続してスイッチをオンにする。最初に充電器１４はマイクロ
プロセッサ１５によって制御され、オフにされる。「スタート」時点で、マイク
ロプロセッサ１５は電池１１端子間に負荷１７を接続するためにスイッチ１８を
閉じる。およそ５０〜２００アンペア程度の大電流が電池１１から流れるように
負荷１７が選択され、このローディング中に電池電圧は点２１で急激に降下する
。負荷１７は、負荷電流に応じて比較的短い所定期間ｔ、例えば約１０秒〜４０
秒間接続され、その後、スイッチ１８が開放され、負荷１７は切り離される。

【００１５】ローディング中に達した最も低い電池電圧がマイクロプロセッサ１５で検出さ
れ、関連メモリ（図示せず）に記憶されるが、この谷の部分が図２の２２で示さ
れている。図の実施例では、電圧は９．３ボルトに降下したが、電池の状態に依
存して規定の絶対最小参照電圧レベル２３（選択された負荷に依存して約８．０
〜５．０ボルト）まで低下することがある。電圧が絶対最小レベル２３より下ま
で低下すると、直ちにローディングが終了する。ローディングが終了すると、規
定期間ｔの終り、あるいは低電圧カットオフ前に、電池は所定の時間、例えば３
０秒休止し、ＬＥＤアレイ１９ａなどのディスプレイ１９におけるインディケー
タがローディングの結果を表示する（緑色は良好、黄色は評価基準未満、赤色は
絶対最小電圧の維持不能をそれぞれ意味する）。３０秒休止の後、マイクロプロ
セッサ１５は、２４で示される急速充電電流を電池１１に供給するように充電器
１４に指示する。一般に電池１１は、この場合１３．０ボルトの公称フル充電電
圧レベル２５を超える約１６．５ボルトの最大電圧レベル２６まで充電される。
これは鉛蓄電池の特徴であるが、最大充電レベル２６を超えた充電を続けると、
電池電圧が低下し始める。充電器１４は何らかの方法、例えば波形２０の正勾配
から負勾配への遷移を検出することにより、この電圧降下を２７で検出する。そ
の時点で、充電器１４は最大電圧レベル到達を認識し、充電を終了する。

【００１６】発明の主要な特徴によれば、所定の電圧閾値または参照レベル２８がシステム
に記憶され、この場合の値は９．５ボルトであって、この閾値と最小電圧レベル
２２を比較して、その比較結果によって充電ルーチンの残りを決定する。したが
って、ローディング中の最小電池電圧が閾値以上であれば、システムは新たな調
整が不要であると判断し、ローディング中の最小電池電圧が閾値未満であれば、
新たなローディング／充電サイクルが必要になる。各充電サイクルの後、次の手
順が決定される。電池の最新のローディング電圧が閾値２８まで低下しなかった
場合、マイクロプロセッサは、ＬＥＤアレイ１９ｂなどにより良品電池を表す緑
色の「最終処理」表示をおこない、それ以外の動作を停止する。電池電圧が閾値
２８より下まで低下するローディング／充電サイクル数をマイクロプロセッサが
１０回計数した場合、マイクロプロセッサは黄色ＬＥＤを点灯して不良電池を表
す「最終処理」表示を行い、それ以外の動作を停止する。ここで、ユーザはもう
一度プログラムを始動するか、その電池を不良品として廃棄するかの選択ができ
る。マイクロプロセッサによるローディング／充電サイクル計数値が少なくとも
３になって、そのときのローディングサイクルにおいて電池が絶対最小電圧レベ
ル２３以下であれば、マイクロプロセッサは、それ以上の検査を行わずに電池を
破棄するように指示するために赤色ＬＥＤを点灯して「最終処理」表示を行い、
それ以外の動作を停止する。上記３つの状態に該当しない場合、マイクロプロセ
ッサはスイッチ１８の動作により負荷１７を再接続し、新たなローディング／充
電サイクルを開始する。

【００１７】図の実施例では、谷２２が閾値２８より下にあるので、システムは新たな充電
／放電サイクルを開始する。

【００１８】具体的には、マイクロプロセッサ１５は、新たなローディングサイクルおよび
充電サイクルを行うために、スイッチ１８を再起動して負荷１７を再接続する。
この場合、ローディング中に達する最小電圧レベル２９が今度も閾値２８に満た
ないので、ローディング／充電サイクルがもう一度行われる。次のローディング
および充電サイクルの後に達した最小電圧３０は閾値２８を超えている。その結
果、マイクロプロセッサ１５はこれ以上の調整が必要ないと判断する。したがっ
て、マイクロプロセッサ１５は緑色のＬＥＤを点灯して良品電池を表す「最終処
理」表示をおこない、それ以外の動作を停止する。この電池の電圧は、公称フル
充電レベル２５に安定する。

【００１９】電圧モニタ１６で検出される実際の電池電圧レベルや、電池１１の一般的な状
態を示す他のデータおよびメッセージ、充電ルーチンの現段階をディスプレイ１
９上でユーザに表示することができる。必要に応じて、波形２０を表示するタイ
プのディスプレイ１９を使用することも可能である。

【００２０】図３はマイクロプロセッサ１５によって実行されるプログラムルーチンのフロ
ーチャートであり、ルーチン全体が４０で示されている。開始時にシステムが始
動されると、ルーチンはまず、４１においてＣＹＣＬＥをゼロにセットし、続い
て４２において負荷リレースイッチ１８を閉じて電池１１の端子間に負荷１７を
接続し、次に４３においてＤＣＯＵＮＴをゼロにリセットし、ＬＯＷおよびＶＬ
ＯＷフラグをリセットする。次に、４４においてＣＹＣＬＥを１だけインクリメ
ントし、４５において例えばアレイ１９ａの緑色ＬＥＤを点灯することにより負
荷インディケータが、ローディングサイクルが動作中であることと、電池端子電
圧がまだ参照レベルを下回っていないことを表示する。次に、ルーチンは４６に
おいて１秒待機した後、４７において、現ローディングサイクル中における負荷
と電池との接続持続時間を秒単位で表すＤＣＯＵＮＴを１だけインクリメントす
る。

【００２１】次に、４８においてルーチンは、電池端子電圧が所定の参照電圧レベル２８よ
り下、すなわち図の例の９．５ボルトより下まで低下したか否かをチェックする
。低下していれば、４９において負荷インディケータは黄色に変化し、５０にお
いてＬＯＷフラグがセットされる。そして、５１においてルーチンは、電池端子
電圧が絶対最小電圧レベル２３より下、すなわち図示例の５．０ボルトより下ま
で低下したか否かをチェックする。４８で電池端子電圧が第１の参照レベル以上
であれば、ルーチンは４８から５１へ直接進む。５１で電池端子電圧が絶対最小
値より低ければ、５２でルーチンは負荷インディケータを赤に変え、５３でＶＬ
ＯＷフラグをセットする。５１で電池端子電圧が５．０ボルト以上であれば、５
５でルーチンはＤＣＯＵＮＴが９を超えているか否かをチェックする。超えてい
なければ、ルーチンは４５に戻って、ローディングサイクルを続ける。５４でＤ
ＣＯＵＮＴが９を超えていれば、ローディングサイクルが所定期間、この場合１
０秒間継続していることを意味するので、ルーチンは５５へ進み、負荷リレース
イッチ１８を開いて電池から負荷１７を切り離す。ルーチンは５３から５５へ直
接進む。負荷を切り離した後、ルーチンは５６で３０秒待機して、５７において
負荷インディケータをオフにする。

【００２２】５８においてプログラムは、現ローディングサイクルが少なくとも３回目であ
るか否かをチェックする。３回目以上であれば、５９においてプログラムはＶＬ
ＯＷフラグがセットされているか否かをチェックし、セットされていれば電池端
子電圧が絶対最小電圧レベル２３より低いことを示しているから、プログラムは
６０へ移り、電池状態または最終インディケータを赤に変えることにより電池破
棄を指示した後、プログラムは終了する。

【００２３】５８において現ローディングサイクルが３回目を超えていないか、あるいは５
９においてＶＬＯＷフラグがセットされていなければ、プログラムは６１へ進み
、電池充電器１４を起動し、そして充電が完了したか否か、すなわち充電器が切
断されたか否かを６２においてチェックし、この状態のチェックを継続する。充
電が完了すると、６３においてルーチンは、ＬＯＷフラグがセットされたか否か
、すなわち、前回のローディングサイクル中に電池端子電圧が所定の参照レベル
２８より下まで低下したか否かをチェックする。セットされていなければ、６４
において電池状態インディケータが緑色にセットされて電池が良品であることが
示され、プログラムは終了する。６３においてＬＯＷフラグがセットされると、
６５においてプログラムは、それが１０回目のローディングサイクルであるか否
かをチェックする。１０回目でなければ、６６において３０秒待機した後、４２
に戻って、もう１度ローディングサイクルを開始する。６５において現ローディ
ングサイクルが１０回目ならば、６６においてルーチンは電池状態インディケー
タを黄色にセットし、これは連続１０回のローディングサイクル中に電池電圧が
参照レベル２８より低い値に維持されていたことを示しており、電池はテストで
不合格になったが、テストをやり直すことも可能である。これでプログラムは終
了する。

【００２４】図の実施例では、公称フル充電レベル２５、閾値２８、絶対最小レベル２３は
それぞれ１３．０ボルト、９．５ボルト、５．０ボルトと規定しているが、これ
は単に説明の便宜上のことで、個々の応用面に応じて様々な電圧レベルを採用す
ることができる。同様に、ローディング時間ｔも必要に応じて変更可能である。
図の実施例では、負荷１７は固定であるが、可変負荷を採用することも可能であ
り、その場合、図１の点線３５で示されるように負荷の変化をマイクロプロセッ
サ１５で制御することができる。

【００２５】上記のように、鉛蓄電池の維持、回復が可能な改良電池充電システムを提供す
ることができる。

【００２６】以上の説明と付図における内容は単なる説明手段であって、制限的な意味をも
たない。特定の実施例について説明および図示したが、当業者にとっては明白で
あるが、この申請書記載の広範な観点から逸脱することなく様々な変化、変形が
可能である。従来技術に基づく適切な見地から、実際の保護範囲は特許請求の範
囲で規定されるものとする。

【図面の簡単な説明】

【図１】電池充電システムの部分的な機能ブロック図である。

【図２】図１に示す充電システムの動作を示す電池電圧対時間グラフである。

【図３】図１に示すシステムのマイクロプロセッサ用プログラムルーチンのフローチャ
ートである。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ，ＴＲ)，ＡＥ，ＡＧ，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＢＺ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＲ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＤＭ，ＤＺ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＤ，ＧＥ，ＧＨ，ＧＭ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＮ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＡ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＭＺ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＴＺ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＡ，ＺＷＦターム(参考） 5G003 AA01 BA01 CA14 CC02 DA07 EA09 GC05 5H030 AA01 AS20 BB01 BB27 DD06 FF43 FF44 FF52

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】鉛蓄電池を有する電荷維持システムであって、急速充電するために電池に接続される充電器回路と、電池の端子間に直列接続される負荷および切換装置と、電池端子電圧を監視するために電池に接続される電圧モニタ回路と、前記充電器回路、前記切換装置、前記モニタ回路に接続され、電池端子電圧に
応答して前記充電器回路と前記切換装置の動作を制御するプロセッサとを含み、所定の電池電圧評価基準が満たされるまで電池に交番ローディング／充電サイ
クルを施すために内蔵プログラム制御によってプロセッサが動作する前記システ
ム。
【請求項２】複数の電圧評価基準の少なくとも１つが満たされるまで電池
に交番ローディング／充電サイクルを施すプログラムルーチンが前記プロセッサ
に含まれる請求項１記載のシステム。
【請求項３】ローディングサイクル中の最低電池端子電圧が第１の所定参
照電圧レベル以上であることを電圧評価基準とする請求項２記載のシステム。
【請求項４】連続１０回のローディングサイクルにわたってローディング
サイクル中の最低電池端子電圧が第１の所定参照電圧レベルより低く保たれるこ
とを電圧評価基準とする請求項３記載のシステム。
【請求項５】連続３回のローディングサイクルの後、ローディングサイク
ル中の最低電池端子電圧が所定の絶対最小電池電圧レベルより低いか否かを電圧
評価基準とする請求項３記載のシステム。
【請求項６】各ローディングサイクルに対してそれぞれの所定期間を設定
するためのタイミングプログラムルーチンが前記プロセッサに含まれる請求項１
記載のシステム。
【請求項７】前記所定期間が経過するか、電池端子電圧が絶対最小電圧レ
ベルより下まで低下するか、いずれか早いほうの事象が現れるまで各ローディン
グサイクルを維持するプログラムルーチンが前記プロセッサに含まれる請求項６
記載のシステム。
【請求項８】隣接するローディングサイクルと充電サイクル間における所
定の遅延時間を導入するタイミング部を備えたプログラムルーチンが前記プロセ
ッサに含まれる請求項１記載のシステム。
【請求項９】更に、ローディングサイクルの状態を示す負荷インディケー
タと、電池の状態を示す電池状態インディケータとを有する請求項１記載のシス
テム。
【請求項１０】前記負荷インディケータがローディングサイクル中に動作
し、電池端子電圧が所定参照レベルより下まで低下したか否かを前記負荷インデ
ィケータによって示す請求項９記載のシステム。
【請求項１１】前記電池状態インディケータが最終充電サイクルの終了時
に動作して、電池について（ａ）良品、（ｂ）サイクリングテストに不合格だが
再テスト可能、（ｃ）廃棄のいずれかを表示する請求項９記載のシステム。
【請求項１２】鉛蓄電池を維持および／または再調節する方法であって、電池端子電圧を監視しながら、電池にローディングサイクルを施すステップと
、ローディングサイクル中の最低電池端子電圧レベルを記憶するステップと、電池に充電サイクルを施すステップと、記憶された最低電池端子電圧レベルを少なくとも１つの所定参照電圧レベルと
比較して、比較結果に基づいて前記各ステップを反復するか否かを決定するステ
ップとを含む前記方法。
【請求項１３】電池に所定期間のローディングサイクルを施す請求項１２
記載の方法。
【請求項１４】前記所定期間が経過するか、電池端子電圧が絶対最小電圧
レベルの下まで低下するか、いずれか早いほうの事象が現れるまでローディング
サイクルが維持される請求項１３記載の方法。
【請求項１５】記憶された最低電池端子電圧レベルが第１の所定参照電圧
レベル以上であることが前記比較ステップの結果で示されたときにはローディン
グサイクルの反復を行わない請求項１２記載の方法。
【請求項１６】連続１０回のローディングサイクルにわたって記憶された
最低電池端子電圧が第１の所定参照電圧レベルより低く保たれたことが前記比較
ステップの結果で示されたときにはローディングサイクルの反復を行わない請求
項１５記載の方法。
【請求項１７】記憶された最低電池端子電圧レベルが第２の所定絶対最小
参照電圧レベルより低く、電池に連続３回のローディングサイクルを施したこと
が前記比較ステップの結果で示されたときにはローディングサイクルの反復を行
わない請求項１５記載の方法。
【請求項１８】更に、ローディングサイクル中の電池端子電圧の状態を表
す第１表示と、最終充電サイクル後の電池の状態を表す第２表示とを行うステッ
プを含む請求項１１記載の方法。