JP2010062007A - 鉛蓄電池の再生方法 - Google Patents

Abstract

【課題】極板に損傷を与えることなく、従来よりも効果的に性能を回復することができる鉛蓄電池の再生方法を提供する。
【解決手段】劣化した鉛蓄電池の端子間に、階段状の立ち上がり部１及び立ち下がり部３と、鋸状の平坦部２とからなる台形波をなす直流電流を、その鉛蓄電池の公称電圧を超える直流電圧で印加する。
【選択図】図１

Description

本発明は鉛蓄電池の再生方法に関し、更に詳しくは劣化した鉛蓄電池の性能を、従来よりも効果的に回復することができる鉛蓄電池の再生方法に関する。

主に自動車用の電源として使用されている鉛蓄電池は、正極に二酸化鉛（ＰｂＯ_２）及び負極に海綿状鉛（Ｐｂ）からなる活物質を用い、かつ電解液に希硫酸（Ｈ_２ＳＯ_４）を用いた二次電池の一種であり、以下に示す化学反応により充放電を行うものである。
Ｐｂ＋ＰｂＯ_２＋２Ｈ_２ＳＯ_４ → ２ＰｂＳＯ_４＋２Ｈ_２Ｏ

この反応を放電時と充電時に分けると以下のようになる。
放電時
正極：ＰｂＯ_２＋４Ｈ^＋＋ＳＯ_４ ^２−＋２ｅ⁻ → ＰｂＳＯ_４＋２Ｈ_２Ｏ
負極：Ｐｂ＋ＳＯ_４ ^２− → ＰｂＳＯ_４＋２ｅ⁻
充電時
正極：ＰｂＳＯ_４＋２Ｈ_２Ｏ → ＰｂＯ_２＋４Ｈ^＋＋ＳＯ４^２−
負極：ＰｂＳＯ_４＋２ｅ⁻ → Ｐｂ＋ＳＯ_４ ^２−

上記の化学反応式から分かるように、鉛蓄電池は放電すると正負の両極板の表面に硫酸鉛（ＰｂＳＯ_４）が析出する。このように極板に硫酸鉛が析出する現象はサルフェーションと呼ばれるが、放電後に鉛蓄電池を充電することなく長期間放置したり、過度に充放電を繰り返したりすると、硫酸鉛が結晶化してしまい、充電しても電解液に溶けなくなる。そのため、十分な充放電を行うことができなくなると共に、結晶化した硫酸鉛は非伝導性の性質を有し抵抗となるため、鉛蓄電池の性能が劣化してしまう。劣化した鉛蓄電池には、上述したように、鉛や硫酸などの危険物質が多く含まれているため、環境負荷の低減及び省資源の観点から、鉛蓄電池を廃棄せず再生することが要請されている。

鉛蓄電池の再生方法として、特許文献１は、所定の周波数のパルス電流を断続的に印加することで、結晶化した硫酸鉛を分解処理する再生方法を提案している。

しかし、上記の再生方法では、極板にバルス電流による衝撃が加わるため、結晶化した硫酸鉛が極板から脱落して分解反応が進行しにくくなったり、極板自体が損傷を受けるという問題があった。
特開２００４−７９３７４号公報

本発明の目的は、極板に損傷を与えることなく、従来よりも効果的に性能を回復することができる鉛蓄電池の再生方法を提供することにある。

上記の目的を達成する本発明の鉛蓄電池の再生方法は、劣化した鉛蓄電池の端子間に、階段状の立ち上がり部及び立ち下がり部と、鋸状の平坦部とからなる台形波をなす直流電流を、前記鉛蓄電池の公称電圧を超える直流電圧で印加することを特徴とするものである。

上記の台形波の周期を１００〜３００ミリ秒、デューティ比を２５〜５０％とすることが望ましい。また、台形波の階段状の立ち上がり部及び立ち下がり部のステップ幅を３００〜７００ｍＡ、持続時間を０．５〜１．２ミリ秒とし、鋸状の平坦部の周期を０．５〜１．２ミリ秒、振幅を３００〜７００ｍＡとすることが望ましい。

台形波をなす直流電流の最低値は０Ａ超とするのがよい。また、鉛蓄電池の劣化の程度に応じて、直流電流及び電圧を設定することが望ましい。

本発明の鉛蓄電池の再生方法によれば、劣化した鉛蓄電池の端子間に、階段状の立ち上がり部及び立ち下がり部と、鋸状の平坦部とからなる台形波をなす直流電流を、その鉛蓄電池の公称電圧を超える直流電圧で印加するようにしたので、従来のパルス電流に比べて緩やかに大きさが変化する直流電流により、硫酸鉛を極板から剥離することなく振動させて電解液との反応を促進し、かつ鉛蓄電池内のガス発生を抑えつつ大きな直流電流を流すことができるので、極板に損傷を与えることなく従来よりも効果的に鉛蓄電池の再生を行うことができる。

以下に、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。

図１は、本発明の実施形態からなる鉛蓄電池の再生方法に用いる直流電流の波形を示す。

この波形は、立ち上がり部１、平坦部２及び立ち下がり部３を順に繰り返す台形波に、微小な振動を重畳させたものである。台形波の立ち上がり部１及び立ち下がり部３は階段状に上昇又は下降すると共に、平坦部２は鋸状になっている。劣化した鉛蓄電池の再生時においては、このような波形を有する直流電流を、その鉛蓄電池の公称電圧を超える直流電圧で、鉛蓄電池の電極間に極性が同じになるように印加する。なお、直流電圧の大きさが時間によって変化する場合には、その最大値が公称電圧を超えるようにする。

ここで「直流電流」及び「直流電圧」とは、時間によって方向が変化しない電流及び電圧を意味する。また、鉛蓄電池の公称電圧とは、鉛蓄電池の放電性能を表すカタログ値であり、通常の使用時における電極間の直流電圧である。なお、上記の台形波は、必ずしも時間軸に沿って対称な形状でなくともよい。

このように、微小な振動を重畳させた台形波をなす直流電流を、鉛蓄電池の公称電圧を超える直流電圧で、劣化した鉛蓄電池の電極間に印加するようにしたので、従来のパルス電流に比べて緩やかに大きさが変化する直流電流により、硫酸鉛を極板から剥離することなく振動させて電解液との反応を促進し、かつ鉛蓄電池内のガス発生を抑えつつ大きな直流電流を流すことができるので、極板に損傷を与えることなく従来よりも効果的に鉛蓄電池の再生を行うことができる。

直流電流の大きさについては、最大電流値Ｘ（平坦部２の平均値）を８０Ａ以下、好ましくは４０Ａとするのがよい。

台形波の形状については、周期Ｈを１００〜３００ミリ秒、デューティ比（周期Ｈに対する平坦部２の周期Ｃの割合）を２０〜５０％とするのがよく、より好ましくは、周期Ｈを２００ミリ秒（周波数５Ｈｚ）、デューティ比を３０％とするのがよい。

また、上記の台形波に重畳する微細な振動については、図２に示すように、立ち上げ部１においてはステップ幅Ｓが３００〜７００ｍＡ、持続時間Ｔが０．５〜１．２ミリ秒の階段状になるように重畳するのがよく、より好ましくは、ステップ幅Ｓを５００ｍＡ、持続時間Ｔを０．８ミリ秒とするのがよい。なお、立ち下がり部３についても同様にすることが望ましい。また、平坦部２については、図３に示すように、周期Ｄが０．５〜１．２ミリ秒、振幅Ｐが３００〜７００ｍＡの鋸状になるようにするのがよく、より好ましくは、周期Ｄを０．８ｍ秒、振幅Ｐを５００ｍＡとするのがよい。

図４は、本発明の別の実施形態からなる鉛蓄電池の再生方法に用いる直流電流の波形を示す。

この波形は、図１の台形波の最小電流値Ｙが０Ａを超えるようにしたものである。このようにすることで、劣化した鉛蓄電池の再生と同時に充電を行うことができる。最小電流値Ｙの値は、１〜１０Ａとするのがよく、より好ましくは５Ａとするのがよい。

上記のいずれの実施形態においても、最大電流値Ｘ、直流電圧及び台形波の形状は、再生対象である鉛蓄電池の劣化の状態に応じて決定することが望ましい。鉛蓄電池の劣化の程度を表す指標としては、電極間の電圧値、電極間の抵抗値、ＣＣＡ値（コールドクランキング電流値）及び電解液の比重などが例示される。

本発明の鉛蓄電池の再生方法の用途としては、自動車のシール型鉛蓄電池（カーバッテリ）などの始動用鉛蓄電池、無停電電源装置（ＵＰＳ）などの非常時のバックアップ用鉛蓄電池及び小型電動車（ゴルフカート、フォークリフトなど）や小型船舶などの駆動用鉛蓄電池の再生が例示される。

本発明の実施形態からなる鉛蓄電池の再生方法における直流電流の波形である。 図１に示す波形の立ち上がり部を示す。 図１に示す波形の平坦部を示す。 本発明の別の実施形態からなる鉛蓄電池の再生方法における直流電流の波形である。

符号の説明

１ 立ち上がり部
２ 平坦部
３ 立ち下がり部

Claims (5)

1. 劣化した鉛蓄電池の端子間に、階段状の立ち上がり部及び立ち下がり部と、鋸状の平坦部とからなる台形波をなす直流電流を、前記鉛蓄電池の公称電圧を超える直流電圧で印加する鉛蓄電池の再生方法。
2. 前記台形波の周期が１００〜３００ミリ秒、デューティ比が２５〜５０％である請求項１に記載の鉛蓄電池の再生方法。
3. 前記階段状の立ち上がり部及び立ち下がり部のステップ幅が３００〜７００ｍＡ、持続時間が０．５〜１．２ミリ秒であって、前記鋸状の平坦部の周期が０．５〜１．２ミリ秒、振幅が３００〜７００ｍＡである請求項１又は２に記載の鉛蓄電池の再生方法。
4. 前記台形波をなす直流電流の最低値が０Ａ超である請求項１〜３のいずれかに記載の鉛蓄電池の再生方法。
5. 前記鉛蓄電池の劣化の程度に応じて、前記直流電流及び電圧を設定する請求項１〜４のいずれかに記載の鉛蓄電池の再生方法。

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