JP2007012546A - 鉛蓄電池の充電方法および鉛蓄電池用充電器 - Google Patents

Abstract

【課題】一般ユーザーが鉛蓄電池を充電するに際して適正（過充電や充電不足に陥らない）、かつ、安全な充電手段を提供する。
【解決手段】鉛蓄電池の充電方法は、鉛蓄電池を定電流または準定電流で充電するかまたは電流の大きさが一定のパルス電流で充電する方法であって、定電流または準定電流充電の場合当該鉛蓄電池の定格容量（アンペアアワー：Ａｈ）の１／２０以上の大きさ（アンペア：Ａ）の電流で充電を行い、パルス充電の場合パルス電流を時間に対して平坦に均した平均充電電流を当該鉛蓄電池の定格容量（アンペアアワー：Ａｈ）の１／２０以上の大きさ（アンペア：Ａ）の電流で充電を行い、１セル当たりの充電電圧が２.３４V以下、好ましくは２.２６Ｖ以下の所定の電圧に達した時点で充電を停止する。
【選択図】図１

Description

本発明は、鉛蓄電池の充電方法および該充電方法を適用するための鉛蓄電池用充電器に関するものであって、充電時に電解液の電気分解に伴うガス発生を抑制するための充電方法およびそれに適用する充電器に関するものである。

自動車用、特に二輪車(自動二輪)用に一般に使用される即用式鉛蓄電池（ドライ式鉛蓄電池ともいう）は、充電済みの極群を電槽内に密閉状態で封入した鉛蓄電池であって、電池本体と電解液が別になっており、ユーザーの手元に渡った後にユーザーが密封シールを剥がし電解液を注入することで本来電池の機能を発揮する。しかし、未開封のまま長期に亘り放置されたり、保管中に何らかの理由で電池の密閉機能が損傷を受けたような場合には、特に負極板が酸化を受けるために電解液を注入しただけでは電池として機能するのに十分な電池電圧が得られない場合がある。例えば電池電圧がセル当たり２．０８Ｖ以下の電池はそのままでは実使用に耐えない。このような場合には一般に補充電を行って電池の機能を回復させる。該補充電をここではドライ式鉛蓄電池の初回充電という。即用式鉛蓄電池の初回充電時の適切な充電電気量は、その電池が辿った履歴によってまちまちである。従って、充電電気量を一定とするような単純な充電を行うと過充電や充電不足に陥り易い。過充電や充電不足を避けるためには、充電停止時期が適切に制御された条件で充電が行われる必要がある。特に即用式鉛蓄電池の初回充電のように充電制御のための計器類を備えないユーザーが行う充電の場合は、過充電や充電不足に陥り易い。しかし、ドライ式鉛蓄電池の初回充電の充電条件を特に限定した充電器は見当たらない。

鉛蓄電池の一般の補充電または回復充電の場合は、深放電したために容量が低下または発電能力が無くなった電池を充電するので過充電に陥る虞は小さい。これまでの即用式鉛蓄電池の初回充電には、鉛蓄電池の一般の補充電または回復充電用充電器が適用されている。該補充電や該充電器は単に定電流で充電し、充電開始後一定の時間を経た後に充電を停止するという簡単なものであって、充電中時折人が充電電圧や充電電流をチェックするのがせいぜいである。係る充電方法を即用式鉛蓄電池の初回充電に適用すると過充電に陥る虞が大いにある。また、従来の充電の方法では一般の監視計測器を準備できないかあるいは管理による過誤が避けられない場合があり、適切な初回充電が行われない場合が起こりうる。

過充電に陥ると内部に水素ガスが溜まり、該ガスに引火すると場合によっては破裂を引き起こして、電池ケースを破壊するのみならず人体や機器に損傷を与えることも懸念される。前記引火の原因としては外部からと内部発火の引火がある。内部発火の原因の一つに静電気の放電がある。静電気の帯電原因はまだ不明なことが多いが、実験によれば充電前後の電池を移動させたり取扱おうとして静置した場所で電池を滑らすと静電気を多量に発生する場合があり、このとき電池を持ち上げると帯電電位が急激に上昇し、人体をアース経路とした放電が行われる。このとき電池の内部もその経路となり火花放電が発生していることが観察された。このような事態を避ける方法として、原因となる静電気の帯電を抑えたり、事前に逃すことが考えられる。しかし、一般の使用者の場合には取扱いの注意書きを備えたのみでは正しく行われるとは限らない。

鉛蓄電池の充電に際して充電電気量を適正化するための方法として従来提案されているのは多段式充電である。１例として充電電圧が、ガス発生が始まる電圧に至るまで定電流にて初期充電を行い、その後時間の経過と共に充電電流をテーパ状に低下させながら末期充電を行う充電方法において初期充電の時間と末期充電の時間の比を所定の比に等しくなるように末期充電の時間を設定する方法が提案されている。（例えば特許文献１）また、充電電圧が所定の電圧（２．４Ｖ／セル）に至る迄第１の定電流充電を行い、それ以後第１の定電流充電の充電電流に比べて小さい電流で所定の時間定電流充電を行う方法が提案されている。（例えば特許文献２）
特公平７−９５４５５号公報 特開平１１−２９７３６４号公報 しかし、特許文献１、特許文献２に記載の方法は、充電の制御手段が複雑であり充電器に制御機能を持たせようとすると充電器が大型で高価なものとなる。また、定電流充電終了後も充電を継続して行うので電池内のガスの蓄積が進む虞がある。

定電流充電と定電圧充電を組み合わせた充電方法として、電池電圧が所定の電圧に到達するまで、定電流または準定電流で充電し、それ以降は定電圧充電に切り替える充電方法であって、定電圧充電時の充電電流が所定の第１の設定値から第２の設定値に至るまでの時間を計測し、該時間が所定の時間内であれば引き続き定電圧充電を行い、所定の時間を超えている場合には、引き続き定電圧充電を行った後に微少電流による定電流充電を行う方法（例えば特許文献３）、放電量が既知（放電量を測定しておく）の密閉形鉛蓄電池を、規定の電圧（２．３〜２．５Ｖ／セル）まで定電流で充電し、それ以降は定電圧充電を行い、定電流充電と定電圧充電の充電電気量の和を前記放電量の１０１〜１０３％とする充電方法（例えば特許文献４）および予め設定した最大充電電圧（好ましくは２．１７〜２．５Ｖ／セル、特に好ましくは２．３３〜２．５Ｖ／セル）まで定電流充電を行った後該最大充電電圧で所定の時間定電圧充電する方法（例えば特許文献５）が提案されている。
特許第２８９０８２９号公報 特開２００１−１２６７７１号公報 特開２００１−１５１７６号公報 しかし、特許文献３〜特許文献５に記載の方法は、定電流充電から定電圧充電に切り替えるときの電圧の設定範囲が広く、充電不足に陥ったり、過充電になる虞がある。また、前記特許文献１、特許文献２に記載の方法と同様に充電の制御手段が複雑であり充電器に制御機能を持たせようとすると充電器が大型で高価なものとなる。さらに、定電流充電終了後も充電を継続して行うので電池内のガスの蓄積が進む虞がある。

また、電池電圧検出手段を備え、電池電圧を基準となる比較電圧と比較して充電完了を判定し、充電操作を停止させる充電制御部を備える電気自動車（ＥＶ）用のバッテリ充電制御装置が提案されている。（例えば特許文献６）
特許第３４０９４７７号公報 しかし、特許文献６には単に電池電圧を比較電圧と比較して充電を停止させるとあるのみで、過充電や充電不足が発生するのを防止するための具体的な条件が示されていない。

本発明は、前記従来技術の欠点に鑑みなされたものであって、鉛蓄電池の充電条件を制御することによって、鉛蓄電池が過充電や充電不足に陥らないようにし、一般ユーザーが鉛蓄電池を充電するに際して適正（過充電や充電不足に陥らない）、かつ、安全な充電手段を提供しようとするものである。

本発明に係る鉛蓄電池の充電方法は、鉛蓄電池を定電流または準定電流で充電し、充電電圧が予め定めた所定の電圧に達した時点で充電を停止する鉛蓄電池の充電方法であって、前記定電流又は準定電流の電流値（アンペア：Ａ）が当該鉛蓄電池の定格容量（アンペアアワー：Ａｈ）の１／２０倍以上、１／２倍以下であって、前記所定の電圧が、１セル当たり２.３４V／セルを超えないことを特徴とする鉛蓄電池の充電方法である。（請求項１）
本発明に係る鉛蓄電池の充電方法は、鉛蓄電池を電流の大きさが一定のパルス電流で充電し、充電電圧を時間に対して平均した平均充電電圧が予め定めた所定の電圧に達した時点で充電を停止する鉛蓄電池の充電方法であって、前記パルス電流を時間に対して平坦に均した平均充電電流値（アンペア：Ａ）が当該鉛蓄電池の定格容量（アンペアアワー：Ａｈ）の１／２０倍以上、１／２倍以下であって、前記所定の電圧が、１セル当たり２.３４V／セルを超えないことを特徴とする鉛蓄電池の充電方法である。（請求項２）
本発明に係る鉛蓄電池の充電方法は、前記所定の電圧が、１セル当たり２.２６V／セルを超えないことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の鉛蓄電池の充電方法である。（請求項３）
本発明に係る鉛蓄電池の充電方法は、前記充電を即用式鉛蓄電池の初回充電に適用することを特徴とする請求項１〜請求項３の何れか１項に記載の鉛蓄電池の充電方法である。（請求項４）
本発明に係る鉛蓄電池用充電器は、被充電電池の定格容量（Ａｈ）の１／２０倍以上、１／２倍以下の大きさ（Ａ）の定電流または準定電流出力回路と充電電圧検出回路と充電電圧が１セル当たりの電圧に換算して２．３４Ｖまたは２.２６Ｖを超えない所定の電圧に達したときに充電を停止するためのコンパレータを備えたことを特徴とする鉛蓄電池用充電器である。（請求項５）
本発明に係る鉛蓄電池用充電器は、ピーク電流、平均電流、パルス巾、パルス周期が一定の大きさのパルス電流であって、前記平均電流が被充電電池の定格容量（Ａｈ）の１／２０倍以上、１／２倍以下の大きさ（Ａ）のパルス電流にて充電する機能と平均充電電圧が１セル当たりの電圧に換算して２．３４Ｖまたは２.２６Ｖを超えない所定の電圧に達したときに充電を停止する機能を備えたことを特徴とする鉛蓄電池用充電器である。（請求項６）

本発明の請求項1および請求項2によれば、電池の容量または充電電流の多少の差によらず、鉛蓄電池の充電において、過充電や充電不足を抑制し、過充電により内部に水素ガスが蓄積したり、充電不足による実用不可となる事態の発生を防ぐことができる。

本発明の請求項３によれば、電池の容量または充電電流の多少の差によらず、鉛蓄電池の充電において、過充電により内部に水素ガスが蓄積するのを更に一層抑制することができる。

本発明の請求項４によれば、特に充電制御のための計測器等を所持しない一般のユーザーが充電する機会の多い鉛蓄電池の充電に際して適正、かつ、安全な充電を可能とする充電手段を提供することができる。

本発明の請求項５および請求項６によれば、適正な充電が可能であって、小形で安価な鉛蓄電池用の充電器を提供することができる。

本発明の充電方法においては、従来提案されている多段式充電ではなく、充電電圧が予め定めた所定の電圧になった時点で直ちに充電を停止する。このことによって、充電中に水素が電池内に蓄積するのを抑制することができる。

（充電時の雰囲気温度について）
本発明は常温の雰囲気で充電することを前提にしている。ここでいう常温とは５〜３５℃の温度範囲を指し、該温度範囲内であれば充電電圧の温度による変動が極小さいので、雰囲気温度によって充電停止時点を決定するための所定の電圧値を変える必要がない。

（充電レートの大きさについて）
本発明に係る鉛蓄電池の充電においては、充電電流値（Ａ）と当該鉛蓄電池の定格容量（Ａｈ）の比（以下ＩｔＡと記述する）を１／２０ＩｔＡ以上、１／２ＩｔＡ以下とする。該電流値が１／２０ＩｔＡ未満では充電に要する時間が長く実用に適さない。一方該電流値が１／２ＩｔＡを超えると充電電圧が上昇し、充電電圧が所定の充電電圧に到達した時点で充電を停止しようとすると充電不足を招く虞がある。充電不足になるのを避けようとして前記所定の電圧を高く設定すると電解液の電気分解を促し、水素ガスや酸素ガスの発生量が増大する虞がある。このことはパルス充電にも適用され、パルス充電においてもパルス電流を時間に対して均した電流値が１／２０ＩｔＡ以上、１／２ＩｔＡ以下とする。

（パルス充電における電流のピーク値、パルス巾、充電電圧の検出について）
最近の電子素子の発達と応用の進展により充電器の制御にも応用され、小型化、低コスト化及び力率改善を実現させている。そのような制御方法の代表的方法の一つに、パルス幅制御(PWM)又はパルス間欠法（PIM）が適用されている。これらパルス電源による充電時の電圧や電流値もパルス状になる。充電管理はこれらのパルス波形のピーク値とパルス巾を管理することも出来るが、それらの計測が困難かつそのための付帯装備が追加になり実用的でないことから、一般に波形の時間平均値を使う。ここでいうパルス充電における平均電流、平均充電電圧とは１パルスの電流および充電電圧を１パルス周期に対して均した平均値である。

（定電流充電又は準定電流充電方式による実施の形態）
（充電を停止する所定の充電電圧の設定について）
水素を含む混合ガス（例えば水素と空気の混合ガスや水素と酸素の混合ガス）の爆発範囲は、水素濃度（水素ガスの容量百分率％）が４〜７５％とされている。また、実際の電池を用いて行った実験結果によれば電池内の水素濃度が２０％を超えた状況下で引火した場合には、破裂により電槽、覆い蓋が破壊され外部へ影響が及ぶことが確認された。この結果から、外部に影響を及ぼすような破裂を生じさせないためには充電中に電池内の水素濃度が２０％を超えないようにするのが好ましく、外部への影響を及ぼさないような小規模な爆発をも防止できるところから電池内の水素濃度を４％未満にすることがさらに好ましい。本発明においては、充電を停止する所定の充電電圧を２．３４Ｖ／セルを超えない値とするのが良く、２.２６Ｖ／セルを超えない値とするのが好ましい。該所定の充電電圧を２．３４Ｖ／セルを超えない値とすることによって充電時の電池内の水素濃度を２０％未満に抑制することができる。さらに、２.２６Ｖ／セルを超えない値とすることによって充電時の電池内の水素濃度を４％未満に抑制することができる。

因みに、該所定の充電電圧の下限値は特に限定されるものではないが、本発明が主たる対象としている自動車用や二輪車用の鉛蓄電池の場合、エンジンの始動時にもっとも大きな負荷がかかる。満充電（１００％充電）状態に対する充電比率（ＳＯＣ％）が６０％未満ではエンジンの始動に支障をきたす虞がある。使用に際しては当該鉛蓄電池のＳＯＣが６０％以上であるのが好ましく、７０％以上であるのがさらに好ましい。充電不足に陥る虞を無くすためには、充電電圧の下限値を２．１５Ｖ／セル以上に設定するのが好ましく、２．２０Ｖ／セル以上に設定するのが更に好ましい。

（ドライ式鉛蓄電池の充電試験）
充電時の電池内におけるガスの蓄積の様子を調べる目的で過充電実験を行った。

（実験１）
定格電圧１２Ｖ、定格容量６Ａｈ（放電レート１／１０ＩｔＡ）、６セルをシリーズ接続したモノブロックタイプの二輪車用即用式鉛蓄電池の初回充電を行った。該試験には新しい電池（製造後保管期間が３ヶ月以内）を充電試験に供した。開封後電解液を注液した後の電池電圧は１２．６Ｖ（２．１４Ｖ／セル）であって、ＳＯＣは７５％であった。電解液注液後０．５時間経過した時点に充電を開始した。適用した充電器は準定電流による充電器であって、その能力は、最大で電流１．５Ａ、電圧１４．２Ｖである。該充電器の出力電流を最大に設定し、準定電流（定電流充電において充電電圧が充電器の最大出力電圧に接近するに従い充電電流が除除に垂下する）にて充電を行った。充電レートは１／４ＩｔＡ、最大充電電圧は２．６７Ｖ／セルに相当する。充電は室温（雰囲気温２３℃）にて行い、充電開始後２．９時間経過した時点で手動にて充電を停止した。充電中、充電電圧、充電電流をモニターした。また、充電開始直前を含め７回に亘り電池内の水素ガス、酸素ガスの濃度（容量百分率％）を調べた。

図１−１、図１−２に実験結果を示す。図１−１は、実験１における充電電圧、充電電流の測定結果と充電電気量を示すグラフである。図１−２は、実験１における蓄電池のＳＯＣ（％）、水素ガス濃度、酸素ガス濃度の測定結果を示す 図1-１に示すように充電開始当初は定電流で充電されていたが、充電開始後約１．２時間経過した時点（充電電圧が１３．３Ｖ、２.２１Ｖ／セル）から充電電流が徐々に垂下した。また、図１−２に示すように充電開始後１．４時間（図１−１、図１−２に縦の１点鎖線で表示）までは電池内のガス中の水素濃度が極小さかったが（１．４時間目で約３容量％）、１．６時間後（充電電圧１４．１Ｖ、２．３５Ｖ／セル）では３２容量％に急増していることが分かった。充電時間の経過とともに水素濃度は更に増大し、充電開始後２．８時間を経過した時点では６０容量％を超える高い値を示した。図１−２示した水素濃度の測定結果から、水素濃度が２０容量％に達したのは充電開始後１．５時間経過後（図１−１、図１−２に縦の実線で表示）と推定され、該時点での充電電圧は１４．０４Ｖ（２．３４Ｖ／セル）であった。該実験の結果からセル当たりの充電電圧が２．３４Ｖ／セルを超えて充電を続行すると、電池内に発火原があると破裂の虞が生じる濃度まで蓄電池内のガス中の水素濃度が高まることが分かった。

また、充電開始から前記１．４時間経過した時点での充電電圧は１３．６Ｖ（２.２６Ｖ／セル）であった。このことから、充電電圧１３．６Ｖ（２.２６Ｖ／セル）以下で充電を停止すると電池内のガス中の水素の比率を４容量％未満に抑えることができ、１４．０４Ｖ（２．３４Ｖ／セル）以下で充電を停止すると電池内のガス中の水素の比率を２０容量％未満に抑えることができることが分かった。以上に示した実験結果から、充電電圧が２．３４Ｖ／セル以下の所定の電圧に達した時点で充電を停止することが好ましく、２.２６Ｖ／セル以下の所定の電圧に達した時点で充電を停止するのがさらに好ましいことが分かった。

（実験２）
前記実験１に用いた即用式鉛蓄電池と同一ロットの電池を用いた。ただし、シールを剥がし４日間放置した後、所定の電解液を注入して０．５時間分経過後常温にて初回充電を行った。４日間放置はこの種の電池が推奨期間を過ぎて長期保管された後またはシールが破れた状態で保管された後に使用に具した場合をシミュレーションしている。電解液を注液した後の電池電圧は１２．１Ｖ（２．０２Ｖ／セル）であり、ＳＯＣは５７％であった。前記実験１と同じ充電器を適用し、実験１と同様、充電器の出力電流を最大に設定して準定電流にて充電を行い、充電開始後３．６時間経過した時点で手動にて充電を停止した。また、充電開始直前を含め９回に亘り電池内の水素ガス、酸素ガスの濃度（容量百分率％）を調べた。

図２−１、図２−２に実験結果を示す。前記実験１に比べて充電電圧の立ち上がり速度は遅い。図２−２に示した水素濃度の測定結果から、電池内のガス中の水素濃度は充電開始後２．１時間経過した時点（図２−１、図２−２に縦の１点鎖線で表示）で４％となり、２．７時間経過した時点（図２−１、図２−２に縦の実線で表示）で２０％に達すると推定された。また、図２-１に示した充電電圧の推移の測定結果によれば、充電開始後２．１時間経過時点での充電電圧は１３．６Ｖ（２.２６Ｖ／セル）、２．７時間経過後の充電電圧は１４．０２Ｖ（２．３４Ｖ／セル）であった。該実験結果から、充電電圧が２．３４Ｖ／セル以下の所定の電圧で充電を停止すれば電池内のガス中の水素濃度を２０容量％以下に抑えることができ、２.２６Ｖ／セル以下の所定の電圧で充電を停止すれば電池内のガス中の水素濃度を４容量％以下に抑えることができることが分かった。

従来、即用式鉛蓄電池の初回充電は、定電流ないしは準定電流充電を行い、通常充電開始後２〜３時間経過した時点で、手動で充電を停止する方式が採られていた。しかし、該従来の充電の方式では、過充電に陥り易く、充電時に電池内の水素濃度が、電池の破裂を招く濃度にまで高まる虞がある。実験１、実験２の結果から明らかなように、即用式鉛蓄電池において製造後の保管条件（期間、温度）に差があったり、保管中の電池の封口機能に差があったりして充電前の電池のＳＯＣ（％）（電池電圧）に差が生じても、初回充電において充電電圧が２．３４Ｖ／セル、好ましくは２.２６Ｖ／セル以下に設定した所定の電圧に達した時点で充電を停止することによって、充電中に電池内の水素濃度が破裂する濃度以下に抑えることができる。

（実験３）
定格電圧１２Ｖ、定格容量６Ａｈ（放電レート１／１０ＩｔＡ）、６セルをシリーズ接続したモノブロックタイプの二輪車用即用式鉛蓄電池の初回充電を行った。該試験には新しい電池（製造後保管期間が３ヶ月以内）を充電試験に供した。開封後電解液を注液した後の電池電圧は１２．６Ｖ（２．１２Ｖ／セル）であって、ＳＯＣは６８％であった。電解液注液後０．５時間経過した時点に充電を開始した。適用した充電器は定電流による充電器であって、その能力は、最大で電流１．５Ａ、電圧１４．２Ｖである。該充電器の出力電流を最大に設定し、準定電流（定電流充電において充電電圧が充電器の最大出力電圧に接近するに従い充電電流が除除に垂下する）にて充電を行った。充電レートは１／２ＩｔＡ、最大充電電圧は２．６７Ｖ／セルに相当する。充電は室温（雰囲気温２３℃）にて行い、充電開始後５時間経過した時点で手動にて充電を停止した。充電中、充電電圧、充電電流をモニターした。また、充電開始直前を含め１２回に亘り電池内の水素ガス、酸素ガスの濃度（容量百分率％）を調べた。

図３−１、図３−２に実験結果を示す。図３−２に示した水素濃度の測定結果から、電池内のガス中の水素濃度は充電開始後０．８時間経過した時点（図３−１、図３−２に縦の１点鎖線で表示）で４％となり、約１．１時間経過した時点（図３−１、図３−２に縦の実線で表示）で２０％に達すると推定された。また、図３-１に示した充電電圧の推移の測定結果によれば、充電開始後０．８時間経過時点での充電電圧は１３．６Ｖ（２.２６Ｖ／セル）、１．１時間経過後の充電電圧は１４．０２Ｖ（２．３４Ｖ／セル）であった。該実験結果から、充電電圧が２．３４Ｖ／セル以下の所定の電圧で充電を停止すれば電池内のガス中の水素濃度を２０容量％以下に抑えることができ、２.２６Ｖ／セル以下の所定の電圧で充電を停止すれば電池内のガス中の水素濃度を４容量％以下に抑えることができることが分かった。

（実験４）
前記実験３に用いた即用式鉛蓄電池と同一ロットの電池を用いた。ただし、シールを剥がし４日間放置した後、所定の電解液を注入して０．５時間分経過後常温にて初回充電を行った。４日間放置はこの種の電池が推奨期間を過ぎて長期保管された後またはシールが破れた状態で保管された後に使用に具した場合をシミュレーションしている。電解液を注液したあとの電池電圧は１２．０Ｖ（２．０Ｖ／セル）であり、ＳＯＣは５５％であった。前記実験１と同じ充電器を適用し、実験１と同様、充電器の出力電流を最大に設定して準定電流にて充電を行い、充電開始後５時間経過した時点で手動にて充電を停止した。また、充電開始直前を含め９回に亘り電池内の水素ガス、酸素ガスの濃度（容量百分率％）を調べた。

図４−１、図４−２に実験結果を示す。前記実験３に比べて充電電圧の立ち上がり速度は遅い。図４−２に示した水素濃度の測定結果から、電池内のガス中の水素濃度は充電開始後２．２時間経過した時点（図４−１、図４−２に縦の１点鎖線で表示）で４％となり、約３．１時間経過した時点で２０％に達すると推定された。また、図４-１に示した充電電圧の推移の測定結果によれば、充電開始後２．２時間経過時点での充電電圧は１３．６Ｖ（２.２６Ｖ／セル）、３．１時間経過後の充電電圧は１４．０５Ｖ（２．３４Ｖ／セル）であった。該実験結果から、充電電圧が２．３４Ｖ／セル以下の所定の電圧で充電を停止すれば電池内のガス中の水素濃度を２０容量％以下に抑えることができ、２.２６Ｖ／セル以下の所定の電圧で充電を停止すれば電池内のガス中の水素濃度を４容量％以下に抑えることができることが分かった。

実験３および実験４の結果は実験１、実験２の結果同様、ドライ式鉛蓄電池において製造後の保管条件（期間、温度）に差があったり、保管中の電池の封口機能に差があったりして充電前の電池のＳＯＣ（％）（電池電圧）に差が生じても、初回充電において充電電圧が２．３４Ｖ／セル、好ましくは２.２６Ｖ／セル以下に設定した所定の電圧に達した時点で充電を停止することによって、充電中に電池内の水素濃度が破裂する濃度以下に抑えることができることを示している。さらに充電レートを１／２ＩｔＡと大きくしても、充電電圧と充電時の電池内の水素ガス濃度の関係に変動がなく、同じ関係が適用できることを示している。なお、詳細は省くが充電レートを１／２０ＩｔＡと小さく設定しても、充電電圧と充電時の電池内の水素ガス濃度の関係に変動がないことがわかった。ただし、充電レートを１ＩｔＡと大きくすると充電電圧が高い方向にシフトし、充電電圧と水素濃度の関係において充電レート１／２ＩｔＡ以下の関係が適用できないことが分かった。

（定電流充電および準定電流充電のための充電器の構成）
図５は、本発明に係る充電器の１例を示す充電器の回路構成図である。出力部より充電時の電池３１の電圧を検出し、コンパレータ２２により基準となる電圧と比較し、基準値を超えた場合その判定結果はフィードバック回路２１に伝えられ、出力制御回路１２または入力制御回路０２を操作して、自動的に出力を停止する。前記基準電圧は２．３４Ｖ／セル以下、好ましくは２.２６Ｖ／セル以下であって、２．１５Ｖ／セル、好ましくは２．２０Ｖ／セル以上に設定する。なお、図５に示したこの実施例では、本発明に直接係わるこのコンパレータを使用しない普通充電も選択できるよう選択スイッチ２３を設けている。ドライ式鉛蓄電池の初回充電に該充電器を適用することにより、過充電によって充電時に電池内の水素濃度が、電池の破裂等危険な濃度に至るのを確実に防ぐことができる。また、充電不足に陥らないようにすることもできる。

（パルス充電による実施の形態）
（パルス波形とピーク電流、平均電流、パルス巾、周期巾の大きさについて）
本発明に係るパルス充電における充電電流のパルスの波形は、特に限定されるものではなく、矩形波、サイン半波、その他の波形が適用できる。図６は、本発明に係るパルス充電における充電電流の波形、およびそのときに発生する充電電圧の波形の１例を模式的に示した図である。

パルス充電方式は、定電流充電方式に比べて充電電流を大きくしても電解液の分解が抑制できるので充電のスピードを大きくできるメリットを有している。ただし、充電レートを大きくし過ぎると電解液の分解が生じたり、発熱したりする虞がある。本発明に係るパルス充電においては、平均電流（ここでいう平均電流とは１パルスの電気量をパルスの周期に対して平均した値、図６では電流平均値と表示）を１／２ＩｔＡ以下とする。また、充電レートを小さくすると充電に長時間を要する虞があり、実用的ではない。本発明に係るパルス充電においては、平均電流を１／２０ＩｔＡ以上とする。

また、前記ピーク電流を大きくしパルス巾を小さくすると、電気分解だけでなく大きな発熱を起こす虞がある。逆にピーク電流を小さくし、ピーク巾を大きくすると充電のスピードが小さくなり、パルス充電のメリットが生かされない。また周期巾を大きくすると充電器が大型になる欠点がある。

前記のような観点から、本発明においては、パルス式充電のピーク電流の上限を１０／２ＩｔＡ以下にするのが好ましく、５／２ＩｔＡ以下にするのがさらに好ましい。また、ピーク電流の下限を１／２ＩｔＡ以上にするのが好ましく、１／１ＩｔＡ以上にするのがさらに好ましい。

本発明においては、周期巾（図６ではパルス周期と表示）の上限を２０ｍｓ以下にするのが好ましく、１０ｍｓ以下にするのがさらに好ましい。また、周期巾の下限を０．５ｍｓ以上にするのが好ましく、１ｍｓ以上にするのがさらに好ましい。なお、波形率を含めたパルス幅そのものを変化させて所定の平均電流を得ることが出来るが、大きくしても電解液の電気分解が大きく起きる虞がある。電解液の分解を出来るだけ抑えるためには、パルス幅を周期幅の７０％以下とするのが好ましく、５０％以下とするのがさらに好ましい。

（充電時の雰囲気温度、充電電圧の検出、および充電を停止する充電電圧の設定値）
充電を行う雰囲気温度、充電停止を決定するための充電電圧の設定値は、前記、定電流充電または準定電流充電の場合と同じである。ただし、前記のように、本パルス充電においてはパルス波形を示す充電電圧の平均値（平均充電電圧、図６では電圧平均値と表示）を検出し、該平均充電電圧が所定の値に達した時点に充電を停止する。

（パルス充電のための充電器の構成）
図７は、本発明に係るパルス充電用の充電器の１例を示す充電器の回路構成図である。前記図５に示した定電流または準定電流充電用の充電器の回路構成と基本的に同じであるが、出力回路部がパルス電流発生機能（整流器兼パルス幅操作部４１とその出力部４２）を備えている点、電圧・電流検出回路２１がパルス波形を示す充電電圧・充電電流を平均充電電圧・平均充電電流で検出する機能を備えている点で図５に示した充電器の回路構成と相違する。

本発明は、簡単な構成の充電器を適用して鉛蓄電池の充電電気量を適正に制御することを可能にするものであって、特に即用式鉛蓄電池の初回充電において陥り易い過充電を防ぎ、充電時に電池の破裂等が発生するのを防ぐ効果を奏するものであって、産業上の利用価値のたかいものである。

実験１において即用式鉛蓄電池の初回充電を行ったときの充電特性および電池内における水 素ガス、酸素ガスの蓄積の様子を示すグラフである。 実験２において即用式鉛蓄電池の初回充電を行ったときの充電特性および電池内における水 素ガス、酸素ガスの蓄積の様子を示すグラフである。 実験３において即用式鉛蓄電池の初回充電を行ったときの充電特性および電池内における水 素ガス、酸素ガスの蓄積の様子を示すグラフである。 実験４において即用式鉛蓄電池の初回充電を行ったときの充電特性および電池内における水 素ガス、酸素ガスの蓄積の様子を示すグラフである。 本発明に係る鉛蓄電池用充電器の１構成例を示すブロック図である。 パルス電流による充電時の電圧と電流の波形の１例を模式的に示すグラフである。 本発明に係る鉛蓄電池用パルス充電器の回路構成の１構成例を示すブロック図である。

符号の説明

０１ 交流電源
０２ 充電開始あるいは強制停止用入力断続器
０３ 入力過電流保護器あるいは出力過負荷保護器
０４ 変圧器
１１ 整流器
１２ 出力（および／あるいは運転時間）制御回路
２１ フィードバック（出力検出および制御信号送信）回路
２２ コンパレータ（本発明に係わる出力電圧検出付加回路）
２３ 選択スイッチ
３１ 負荷(鉛蓄電池)
４１ 整流 兼 パルス巾操作部
４２ 出力端子部

Claims (6)

1. 鉛蓄電池を定電流または準定電流で充電し、充電電圧が予め定めた所定の電圧に達した時点で充電を停止する鉛蓄電池の充電方法であって、前記定電流又は準定電流の電流値（アンペア：Ａ）が当該鉛蓄電池の定格容量（アンペアアワー：Ａｈ）の１／２０倍以上、１／２倍以下であって、前記所定の電圧が、１セル当たり２.３４V／セルを超えないことを特徴とする鉛蓄電池の充電方法。
2. 鉛蓄電池を電流の大きさが一定のパルス電流で充電し、充電電圧を時間に対して平均した平均充電電圧が予め定めた所定の電圧に達した時点で充電を停止する鉛蓄電池の充電方法であって、前記パルス電流を時間に対して平均した平均充電電流値（アンペア：Ａ）が当該鉛蓄電池の定格容量（アンペアアワー：Ａｈ）の１／２０倍以上、１／２倍以下であって、前記所定の電圧が、１セル当たり２.３４V／セルを超えないことを特徴とする鉛蓄電池の充電方法。
3. 前記所定の電圧が、１セル当たり２.２６V／セルを超えないことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の鉛蓄電池の充電方法。
4. 前記充電を即用式鉛蓄電池の初回充電に適用することを特徴とする請求項１〜請求項３の何れか１項に記載の鉛蓄電池の充電方法。
5. 被充電電池の定格容量（Ａｈ）の１／２０倍以上、１／２倍以下の大きさ（Ａ）の定電流または準定電流にて充電する機能と充電電圧が１セル当たりの電圧に換算して２．３４Ｖまたは２.２６Ｖを超えない所定の電圧に達したときに充電を停止する機能を備えたことを特徴とする鉛蓄電池用充電器。
6. ピーク電流、平均電流、パルス巾、パルス周期が一定の大きさのパルス電流であって、前記平均電流が被充電電池の定格容量（Ａｈ）の１／２０倍以上、１／２倍以下の大きさ（Ａ）のパルス電流にて充電する機能と平均充電電圧が１セル当たりの電圧に換算して２．３４または２.２６Ｖを超えない所定の電圧に達したときに充電を停止する機能を備えたことを特徴とする鉛蓄電池用充電器。
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   

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