JP2012099247A

JP2012099247A - 鉛蓄電池の再生処理方法

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Publication number: JP2012099247A
Application number: JP2010243836A
Authority: JP
Inventors: Takeji Nishida; 武次西田
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2010-10-29
Filing date: 2010-10-29
Publication date: 2012-05-24

Abstract

【課題】鉛蓄電池Ｂを再生処理する。
【解決手段】ベース電流Ｉ1 とパルス周波数１．５〜２．５kHz の方形波のパルス電流Ｉ2 とを重畳するとともに平均値Ｉa が定格放電電流の０．０４〜０．０７倍の充電電流Ｉc によって、鉛蓄電池Ｂを充電する。
【選択図】図１

Description

この発明は、性能が劣化した鉛蓄電池を電気的に再生し、再使用するための鉛蓄電池の再生処理方法に関する。

鉛蓄電池の充電方法として準定電圧充電法が広く採用されている（たとえば特許文献１）。しかし、準定電圧充電法は、電極表面に不活性なＰb ＳＯ₄が不可逆的に析出して成長するサルフェーションを伴うため、鉛蓄電池の放電容量が顕著に低下することが避けられない。

そこで、ベース電流とパルス電流とを重畳して充電電流とする鉛蓄電池の再生処理方法が知られている（特許文献２）。すなわち、そのような充電電流による充電期間と休止期間とを周期的に繰り返して鉛蓄電池を充電することにより、電極表面のＰb ＳＯ₄を分子分解し、劣化した鉛蓄電池の放電容量を速やかに回復させることができる。

特開２００９−１２４９０５号公報特許第３７２３７９５号公報

かかる従来技術によるときは、鉛蓄電池を再生処理するために、休止期間を挟みながら所定回数の充電期間を繰り返して充電を終了させるので、充電終了のタイミングが処理対象の鉛蓄電池の特性に適合していることの保証がない上、充電電流値や、充電終了までの充電期間の繰返し回数などのパラメータの設定が必ずしも容易でないという問題があった。

そこで、この発明の目的は、かかる従来技術の問題に鑑み、充電電流の平均値を適切に設定し、セル電圧の挙動から充電終了のタイミングを把握することによって、劣化した鉛蓄電池を電気的に確実に再生することができる鉛蓄電池の再生処理方法を提供することにある。

かかる目的を達成するためのこの発明の構成は、鉛蓄電池を再生処理するに際し、ベース電流とパルス周波数１．５〜２．５kHz の方形波のパルス電流とを重畳するとともに平均値が鉛蓄電池の定格放電電流の０．０４〜０．０７倍の充電電流によって鉛蓄電池を連続的に充電し、セル電圧の飽和後、セル電圧が所定幅以上下降したことにより充電を終了させることをその要旨とする。

なお、セル電圧の飽和状態が一定時間継続した後、セル電圧が所定幅以上下降したことにより充電を終了させることができる。

また、パルス電流をベース電流の４〜９倍としてもよく、パルス電流のデューティ比を２５〜３５％としてもよい。

かかる発明の構成によるときは、ベース電流とパルス電流とを重畳する充電電流は、パルス電流によって電極表面のＰb ＳＯ₄を微細化して分解するとともに、ベース電流によって鉛蓄電池を充電することができる上、充電電流の平均値を鉛蓄電池の定格放電電流の０．０４〜０．０７倍、特に好ましくは０．０５〜０．０７倍に設定することにより、休止期間を設ける必要がなく、再生処理時間を短くすることができる。また、鉛蓄電池は、このような充電電流で連続的に充電すると、鉛蓄電池を構成する各セルのセル電圧が上昇して飽和し、一定時間の経過後、セル電圧が下降することによって放電容量の回復が達成される。したがって、飽和後のセル電圧が所定幅以上下降したことを検出して充電を終了させれば、鉛蓄電池の再生処理を最適のタイミングで終了させることができる。

なお、パルス周波数１．５〜２．５kHz のパルス電流は、電極表面のＰb ＳＯ₄の分解効果が高く、パルス周波数範囲が１．５kHz 未満、２．５kHz 超過のいずれに逸脱しても、分解効果が低下する。また、充電電流の平均値が定格放電電流の０．０７倍超であると、鉛蓄電池に致命的な熱ストレスを与えるおそれがあり、定格放電電流の０．０４倍未満では、Ｐb ＳＯ₄の分解効果が小さく、所要再生処理時間が過大になる。

ベース電流の４〜９倍、特に好ましくは５〜９倍のパルス電流は、Ｐb ＳＯ₄を最も効果的に分解できる。ベース電流の４倍未満のパルス電流は、Ｐb ＳＯ₄の分解効果を減少させ、９倍超のパルス電流は、電解液温の急激な上昇を発生させるおそれがある。

デューティ比２５〜３５％のパルス電流は、Ｐb ＳＯ₄を最も効果的に分解することができ、デューティ比２５％未満、３５％超過のいずれの方向に逸脱しても、分解効果が低下する傾向がある。

再生処理装置のブロック系統図プログラムフローチャート動作説明線図（１）動作説明線図（２）動作説明線図（３）

以下、図面を以って発明の実施の形態を説明する。

鉛蓄電池の再生処理方法は、マイクロコンピュータ１１と、直流電源１２、トランジスタＴＲとを組み合わせてなる再生処理装置によって実施する（図１）。

直流電源１２の出力は、トランジスタＴＲと、再生処理の対象となる鉛蓄電池Ｂとを介して接地されており、トランジスタＴＲには、マイクロコンピュータ１１からの制御信号Ｓが入力されている。また、鉛蓄電池Ｂの端子電圧Ｖt は、マイクロコンピュータ１１に入力され、マイクロコンピュータ１１によって常時監視されている。なお、トランジスタＴＲは、制御信号Ｓに従って、直流電源１２からの鉛蓄電池Ｂの充電電流Ｉc を制御し得るものとし、図示のトランジスタ素子の他、ＦＥＴ、ＧＴＯ、ＩＧＢＴなどの任意の半導体素子が使用可能である。

マイクロコンピュータ１１は、制御信号Ｓを介してトランジスタＴＲを制御することにより、鉛蓄電池Ｂを任意に充電することができる。そこで、マイクロコンピュータ１１は、たとえば図２のプログラムフローチャートに従って鉛蓄電池Ｂを充電して再生処理することができる。なお、図２において、Ｖc は、鉛蓄電池Ｂのセル電圧Ｖc ＝Ｖt ／ｎを示している。ただし、ｎは、鉛蓄電池Ｂを構成する直列接続のセルの個数である。

プログラムは、まず、充電電流Ｉc により鉛蓄電池Ｂを充電し、セル電圧Ｖc が飽和するのを待つ（図２のプログラムステップ（１）、（２）、以下、単に（（１）、（２））のように記す）。ただし、充電電流Ｉc は、ベース電流Ｉ1 と、方形波のパルス電流Ｉ2 とを重畳させ（図３）、Ｉc ＝Ｉ1 ＋Ｉ2 となっている。

図３において、Ｉ2 ／Ｉ1 ＝４〜９、すなわちＩc ／Ｉ1 ＝５〜１０に設定されている。また、パルス電流Ｉ2 のパルス周波数ｆ＝１／Ｔ＝１．５〜２．５（kHz ）、デューティ比Ｔ2 ／Ｔ＝Ｔ2 ／（Ｔ1 ＋Ｔ2 ）＝０．２５〜０．３５とし、充電電流Ｉc の平均値Ｉa ＝（Ｉ1 Ｔ1 ＋（Ｉ1 ＋Ｉ2 ）Ｔ2 ）／Ｔ＝（０．０４〜０．０７）Ｃとする。ただし、Ｃ＝Ａo ／ｂは、鉛蓄電池Ｂの定格容量Ａo 、時間率ｂとするときの定格放電電流であり、Ｔ1 、Ｔ2 、Ｔ＝Ｔ1 ＋Ｔ2 は、それぞれベース電流Ｉ1 の幅、パルス電流Ｉ2 の幅、パルス電流Ｉ2 のパルス周期である。なお、これらのパラメータは、マイクロコンピュータ１１内にあらかじめ設定されている。

一方、このような充電電流Ｉc によって再生処理対象の劣化した鉛蓄電池Ｂを充電すると、鉛蓄電池Ｂのセル電圧Ｖc は、時間の経過とともに図４のように変化する。ただし、図４の横軸は、充電開始時刻ｔ＝ｔo から充電終了時刻ｔ＝ｔ3 に至る時刻ｔである。図４によれば、セル電圧Ｖc は、充電の進行とともに上昇し、時刻ｔ＝ｔ1 において飽和電圧Ｖs に到達して飽和し、飽和状態を継続時間Δｔ＝ｔ2 −ｔ1 だけ継続して下降する。ただし、時刻ｔ＝ｔ2 は、飽和後のセル電圧Ｖc ＝Ｖs が下降し始めた時刻である。そこで、飽和後のセル電圧Ｖc が所定幅ΔＶ以上下降したことにより充電を終了させると、このときの鉛蓄電池Ｂは、放電容量が十分に回復している。なお、鉛蓄電池Ｂでは、飽和電圧Ｖs ≒２．６５Ｖであり、所定幅ΔＶ≒０．０５Ｖに設定することが好ましい。また、セル電圧Ｖc ＝Ｖs の継続時間Δｔは、鉛蓄電池Ｂの劣化状態により１〜２時間のオーダである。

そこで、図２のプログラムは、鉛蓄電池Ｂの充電が進行してセル電圧Ｖc の飽和を確認すると（２）、セル電圧Ｖc ＝Ｖs を記憶するとともに、このときの時刻ｔ＝ｔ1 を記憶する（３）。なお、セル電圧Ｖc の飽和は、セル電圧Ｖc が実質的に一定の飽和電圧Ｖs に到達したことを検出して判定することができる。

次に、プログラムは、セル電圧Ｖc の下降を待ち（４）、セル電圧Ｖc の下降を検出すると（４）、そのときの時刻ｔ＝ｔ2 を記憶する（５）。つづいて、プログラムは、セル電圧Ｖc が飽和電圧Ｖs から所定幅ΔＶ以上下降したことを確認して（６）、鉛蓄電池Ｂの充電を終了させる（７）。その後、プログラムは、セル電圧Ｖc の飽和状態の継続時間Δｔが一定時間ｔa 以上であったことを確認して（８）、鉛蓄電池Ｂの再生処理が正常に完了したことを表示して（９）、終了する。なお、プログラムは、何らかの原因で飽和状態の継続時間Δｔが所定時間ｔb ＞ｔa を超過したときは（８）、その旨を表示する（１０）。ただし、一定時間ｔa 、所定時間ｔb は、正常な継続時間Δｔ＝１〜２（ｈ）を考慮して、たとえばそれぞれ約３０分程度、約３時間程度に設定すればよい。

一般に、鉛蓄電池Ｂは、準定電圧充電を繰り返すと、放電容量Ａが新品時の１００％から約８０％にまで劣化した時点Ｌ1 で、再充電が不能となって多くの場合廃棄されている（図５）。なお、新品の鉛蓄電池Ｂは、使用開始後に放電容量Ａがやや増加し、その後減少するという特性を有している。そこで、図５の時点Ｌ1 において、従来廃棄されている劣化した鉛蓄電池Ｂを図２の手順によって再生処理すると、鉛蓄電池Ｂは、放電容量Ａを約１００％近くにまで回復させることができる。また、再生処理後の鉛蓄電池Ｂは、準定電圧充電を繰り返すことによって、放電容量Ａが再び約８０％にまで劣化する時点Ｌ2 まで使用することができ、全体寿命を概ね１．５〜２倍に延長することができる。ただし、図５の時点Ｌ1 以降において、鉛蓄電池Ｂは、準定電圧充電に代えて、図２の手順による充電を繰り返してもよい。

他の実施の形態

図１において、直流電源１２から鉛蓄電池Ｂに至る経路に電流検出用の抵抗を挿入し、抵抗の両端の電圧をマイクロコンピュータ１１に入力することにより、マイクロコンピュータ１１によって充電電流Ｉc を常時監視することができる。過大な充電電流Ｉc が検出されると、鉛蓄電池Ｂ内の極板短絡などのおそれがあるから、充電を強制的に中断することができる。同様に、マイクロコンピュータ１１には、充電中の鉛蓄電池Ｂの温度情報を入力し、監視してもよい。

また、図２のプログラムステップ（２）は、セル電圧Ｖc が飽和電圧Ｖs に到達して飽和するまでに要する時間を併せて監視してもよく、セル電圧Ｖc が飽和電圧Ｖs に到達する以前の適当な途中電圧に到達するまでに要する時間を併せて監視してもよい。これらの時間が異常に長い場合には、鉛蓄電池Ｂが再生不能に劣化していると判断して、充電を中断することができる。

この発明は、たとえば自動車用やバイク用などの小型車両用の他、フォークリフトや電動車などの電動機器用、非常用の据置電源用などのあらゆる用途の鉛蓄電池に対し、広く好適に適用することができる。

Ｂ…鉛蓄電池
Ｉc …充電電流
Ｉ1 …ベース電流
Ｉ2 …パルス電流
Ｉa …平均値
Ｖc …セル電圧
ΔＶ…所定幅
ｔa …一定時間

Claims

鉛蓄電池を再生処理するに際し、ベース電流とパルス周波数１．５〜２．５kHz の方形波のパルス電流とを重畳するとともに平均値が鉛蓄電池の定格放電電流の０．０４〜０．０７倍の充電電流によって鉛蓄電池を連続的に充電し、セル電圧の飽和後、セル電圧が所定幅以上下降したことにより充電を終了させることを特徴とする鉛蓄電池の再生処理方法。
セル電圧の飽和状態が一定時間継続した後、セル電圧が所定幅以上下降したことにより充電を終了させることを特徴とする請求項１記載の鉛蓄電池の再生処理方法。
パルス電流をベース電流の４〜９倍とすることを特徴とする請求項１または請求項２記載の鉛蓄電池の再生処理方法。
パルス電流のデューティ比を２５〜３５％とすることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか記載の鉛蓄電池の再生処理方法。