JP2021125889A - 鉛蓄電池の充電方法、制御装置、及びコンピュータプログラム - Google Patents
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Abstract
【課題】電圧の変化に基づいて充電を継続するか否かを判定する鉛蓄電池の充電方法、制御装置、及びコンピュータプログラムを提供する。
【解決手段】鉛蓄電池の充電方法は、Ｎ段の定電流充電のステップを有し、電圧が目標値に到達した場合に、次の段のステップに移行し、Ｎ−１段目又はＮ−２段目のステップにおける第１時点で電圧が目標値に到達しない場合に、電圧の変化に基づいて充電を継続するか否かを判定する。
【選択図】図４
【解決手段】鉛蓄電池の充電方法は、Ｎ段の定電流充電のステップを有し、電圧が目標値に到達した場合に、次の段のステップに移行し、Ｎ−１段目又はＮ−２段目のステップにおける第１時点で電圧が目標値に到達しない場合に、電圧の変化に基づいて充電を継続するか否かを判定する。
【選択図】図４
Description
本発明は、鉛蓄電池の充電方法、制御装置、及びコンピュータプログラムに関する。
鉛蓄電池は、車載用、産業用の他、様々な用途で使用されている。例えば車載用の鉛蓄電池は、例えば自動車、バイク、フォークリフト、ゴルフカー等の移動体に搭載され、エンジン始動時におけるスタータモータへの電力供給源、ライト等の各種電装品への電力供給源として使用されている。例えば、産業用の鉛蓄電池は、非常用電源やＵＰＳへの電力供給源として使用されている。
鉛蓄電池は、電動車両としてのフォークリフト、ゴルフカー、高所作業車、建機、搬送車、及びローリフト、並びに小型ＥＶ車等の電力供給源としても使用されている。
鉛蓄電池は、電動車両としてのフォークリフト、ゴルフカー、高所作業車、建機、搬送車、及びローリフト、並びに小型ＥＶ車等の電力供給源としても使用されている。
鉛蓄電池（以下、電池という）の充電方法として、特許文献１に示すような多段（Ｎ段）の定電流充電方法がある。この充電方法において、電池の電圧が切替値（目標値）まで上昇した場合、次のステップ（段）へ移行し、これをＮ段まで繰り返す。充電電流は段階的に小さくする。
使用中に電池のセルがショートした場合、電圧が切替値まで上昇せず、充電が継続されるため、過充電状態となり、不安全事象に至ることがある。これを防止するため、各段に上限時間を設定し、上限時間に到達しても電圧が切替値まで上昇しない場合、充電を停止するようにしている。
使用中に電池のセルがショートした場合、電圧が切替値まで上昇せず、充電が継続されるため、過充電状態となり、不安全事象に至ることがある。これを防止するため、各段に上限時間を設定し、上限時間に到達しても電圧が切替値まで上昇しない場合、充電を停止するようにしている。
放電の際に生成した硫酸鉛は充電時に全部は鉛に還元されず、一部が硫酸鉛として残存する。充放電を繰り返した場合、残存している硫酸鉛の結晶サイズが次第に大きくなり、充電しても鉛に戻ることができなくなる、いわゆるサルフェーションが生じる。サルフェーションは、車両からの暗電流(数ｍＡ〜数十ｍＡ程度)放電によるものや、冬季低温時の充電効率の低下による充電不足によるものなどがある。
電池にサルフェーションが生じ、反応抵抗が上昇している場合、充電の初期段階では電流が大きく、直ちに電圧が切替値まで上昇する。電流が小さくなる、即ち効率が良くなると、充電反応が促進されるが、電流が小さいため電圧が切替値に達するまでに時間がかかり、ショートが発生していないのにも関わらず、充電の上限時間に達し、異常と判定されて充電が停止されるという問題がある。
電池にサルフェーションが生じ、反応抵抗が上昇している場合、充電の初期段階では電流が大きく、直ちに電圧が切替値まで上昇する。電流が小さくなる、即ち効率が良くなると、充電反応が促進されるが、電流が小さいため電圧が切替値に達するまでに時間がかかり、ショートが発生していないのにも関わらず、充電の上限時間に達し、異常と判定されて充電が停止されるという問題がある。
本発明は、電圧の変化に基づいて充電を継続するか否かを判定する鉛蓄電池の充電方法、制御装置、及びコンピュータプログラムを提供することを目的とする。
本発明の一態様に係る鉛蓄電池の充電方法は、Ｎ段の定電流充電のステップを有し、電圧が目標値に到達した場合に、次の段のステップに移行し、Ｎ−１段目又はＮ−２段目のステップにおける第１時点で電圧が目標値に到達しない場合に、電圧の変化に基づいて充電を継続するか否かを判定する。
本発明の一態様に係る鉛蓄電池の充電方法は、Ｎ段の定電流充電のステップを有し、電圧が目標値に到達した場合に、次の段のステップに移行し、Ｎ−１段目、Ｎ−２段目、又はＮ段目以降のステップにおける電流値を０．０１ＣＡ以上０．０３ＣＡ以下にする。
本発明の一態様に係る制御装置は、Ｎ段の定電流充電のステップを有し、電圧が目標値に到達した場合に、次の段のステップに移行する、鉛蓄電池の充電を制御する制御装置において、Ｎ−１段目又はＮ−２段目のステップにおける第１時点で電圧が目標値に到達しない場合に、電圧の変化に基づいて充電を継続するか否かを判定する判定部を備える。
本発明の一態様に係るコンピュータプログラムは、Ｎ段の定電流充電のステップを有し、電圧が目標値に到達した場合に、次の段のステップに移行する充電の、Ｎ−１段目又はＮ−２段目のステップにおける第１時点で電圧が目標値に到達しているか否かを判定し、前記第１時点で電圧が目標値に到達していないと判定した場合に、所定時間の電圧の変化に基づいて充電を継続するか否かを判定する処理をコンピュータに実行させる。
本発明によれば、時間の経過ではなく、電圧の変化に基づいて充電を継続するか否かを判定し、異常がない鉛蓄電池の充電を続行することができる。
（実施形態の概要）
実施形態に係る鉛蓄電池の充電方法は、Ｎ段の定電流充電のステップを有し、電圧が目標値に到達した場合に、次の段のステップに移行し、Ｎ−１段目又はＮ−２段目のステップにおける第１時点で電圧が目標値に到達しない場合に、電圧の変化に基づいて充電を継続するか否かを判定する。
ここで、電圧の変化とは、所定時間の電圧の変化でもよく、電圧の経時的推移でもよい。
実施形態に係る鉛蓄電池の充電方法は、Ｎ段の定電流充電のステップを有し、電圧が目標値に到達した場合に、次の段のステップに移行し、Ｎ−１段目又はＮ−２段目のステップにおける第１時点で電圧が目標値に到達しない場合に、電圧の変化に基づいて充電を継続するか否かを判定する。
ここで、電圧の変化とは、所定時間の電圧の変化でもよく、電圧の経時的推移でもよい。
図１は、５段の定電流充電により充電する場合の時間と電流、時間と電圧との関係を示すグラフである。図１において、横軸は時間（秒）、右側の縦軸は電流（Ａ）、左側の縦軸は電圧（Ｖ）である。例えば１段目、２段目、３段目、４段目及び５段目の充電電流は夫々０．２ＣＡ、０．１ＣＡ、０．０５ＣＡ、０．０２５ＣＡである。切替電圧Ｖは、例えば次式により算出される。
Ｖ＝１４．４＋０．０３（２５−Ｔ）
ここで、Ｔ：電池の温度
Ｖ＝１４．４＋０．０３（２５−Ｔ）
ここで、Ｔ：電池の温度
従来、上述したように不安全事象の発生を防止するため、各段に上限時間を設定し、上限時間に到達しても電圧が切替値まで上昇しない場合、充電を停止するようにしていた。
電池にサルフェーションが生じ、反応抵抗が上昇している場合、後段で充電電流が小さくなり、充電効率が良くなると、充電反応が促進されるが、電流が小さいため電圧が切替値に達するまでに時間を要し、上限時間に達し、異常として充電を停止することになる。低温時にサルフェーションが生じていた場合、負極に蓄積した硫酸鉛は環境温度が高くなるのに従い、充電時に鉛に戻る反応が促進されるので、切替電圧により到達し難くなる。
電池にサルフェーションが生じている場合、図２に示すように、１〜３段目は、図１の場合より短い時間で切替電圧に到達しているが、４段目は切替電圧に到達しない。例えば上限時間を４段目の開始後１８０分と設定している場合、１８０分の経過時に、上限時間の経過が報知され、充電が停止される。
電池にサルフェーションが生じ、反応抵抗が上昇している場合、後段で充電電流が小さくなり、充電効率が良くなると、充電反応が促進されるが、電流が小さいため電圧が切替値に達するまでに時間を要し、上限時間に達し、異常として充電を停止することになる。低温時にサルフェーションが生じていた場合、負極に蓄積した硫酸鉛は環境温度が高くなるのに従い、充電時に鉛に戻る反応が促進されるので、切替電圧により到達し難くなる。
電池にサルフェーションが生じている場合、図２に示すように、１〜３段目は、図１の場合より短い時間で切替電圧に到達しているが、４段目は切替電圧に到達しない。例えば上限時間を４段目の開始後１８０分と設定している場合、１８０分の経過時に、上限時間の経過が報知され、充電が停止される。
実施形態の充電方法によれば、電圧の変化が負である場合、ショートが生じていると推定し、上限時間の経過を待たずに充電を停止すると判定でき、不安全事象が生じるのを防止することができる。電圧の変化が負でない場合、ショートが生じていないと推定でき、充電を継続することができる。時間の経過ではなく、電圧の変化に基づいて充電を継続するか否かを判定するので、異常がない電池の充電を続行することができる。
上述の充電方法において、前記電圧の変化が正の値であり、第２時点以内に電圧が前記目標値に到達すると判定した場合に、充電を継続してもよい。
上記構成によれば、電圧の変化が正の値であり、ショートが生じておらず、第２時点以内に電圧が前記目標値に到達すると判定した場合に、充電を継続するので、不安全事象が生じることなく、所要の充電電気量を確保することができる。
上述の充電方法において、前記第１時点で充電を継続すると判定した後、電圧の変化を導出し、前記第２時点で電圧が目標値に到達しないと判定した場合に、判定の時点で充電を停止してもよい。
上記構成によれば、第１時点の経過後、電圧の変化に基づいて第２時点で切替電圧に到達する見込みがないと判定した場合、充電を停止するので、無駄な充電の続行を防止できる。第１時点の経過後、ショートが生じた場合に、これを検知することになり、不安全事象の発生を防止できる。
上述の充電方法において、前記第１時点で、前記電圧の変化が負の値である、又は前記第２時点で電圧が目標値に到達しないと判定した場合に、充電を停止してもよい。
上記構成によれば、電圧の変化が負であり、ショートが生じている場合、充電を停止して不安全事象が生じるのを防止できる。また、第２時点で切替電圧に到達する見込みがないと判定した場合、充電を停止するので、無駄な充電の続行を防止できる。
上述の充電方法において、定期的なリフレッシュ充電、又は不完全充電が所定回数連続で続いた場合のリフレッシュ充電において、第２時点で電圧が目標値に到達しない場合に、前記第２時点から、終止電圧を設けない押込み充電を行ってもよい。
上記構成によれば、サルフェーションが生じて第２時点で電圧が目標値に到達しない場合に、押込み充電を行うことで、所要の充電電気量を確保することができる。サルフェーションの量を低減することもできる。
上述の充電方法において、電圧を時系列に入力した場合に、将来の電圧の時系列推移を出力するリカレントニューラルネットワークに、電圧を時系列に入力して、前記鉛蓄電池の将来の電圧の時系列推移を推定し、前記第２時点で電圧が目標値に到達するか否かを判定してもよい。
上記構成によれば、容易に、精度良く、将来の電圧の時系列推移を推定し、第２時点で電圧が目標値に到達するか否かを判定することができる。
上述の充電方法において、普通充電時又は均等充電時に、前記第１時点で電圧が目標値に到達しない場合に、電圧の変化に基づいて充電を継続するか否かを判定してもよい。
上記構成によれば、所定の回数、普通充電を行った後に、均等充電を行って電池の延命化を図る場合等において、各充電の第１時点で電圧が目標値に到達しない場合に、電圧の変化に基づいて充電を継続するか否かを判定する。電圧の変化が負である場合、ショートが生じていると推定し、充電を停止すると判定でき、不安全事象が生じるのを防止できる。電圧の変化が負でない場合、ショートが生じていないと推定でき、充電を継続できる。
実施形態に係る鉛蓄電池の充電方法は、Ｎ段の定電流充電のステップを有し、電圧が目標値に到達した場合に、次の段のステップに移行し、Ｎ−１段目、Ｎ−２段目、又はＮ段目以降のステップにおける電流値を０．０１ＣＡ以上０．０３ＣＡ以下にする。
上記構成によれば、硫酸鉛の蓄積を抑制できる。電流値が０．０１ＣＡ以上０．０３ＣＡ以下である場合、温度が上がらず、副反応が生じ難いとともに、充電時間が長くならないので、電池の劣化が抑制される。
上述の充電方法において、前記電流値を０．０１ＣＡ以上０．０１２５ＣＡ以下にしてもよい。
上記構成によれば、硫酸鉛の蓄積をより抑制できる。
実施形態に係る制御装置は、Ｎ段の定電流充電のステップを有し、電圧が目標値に到達した場合に、次の段のステップに移行する、鉛蓄電池の充電を制御する制御装置において、Ｎ−１段目又はＮ−２段目のステップにおける第１時点で電圧が目標値に到達しない場合に、電圧の変化に基づいて充電を継続するか否かを判定する判定部を備える。
上記構成によれば、電圧の変化が負である場合、ショートが生じていると推定し、充電を停止すると判定でき、不安全事象が生じるのを防止できる。電圧の変化が負でない場合、ショートが生じていないと推定でき、充電を継続できる。時間の経過ではなく、電圧の変化に基づいて充電を継続するか否かを判定し、異常がない電池の充電を続行することができる。
実施形態に係るコンピュータプログラムは、Ｎ段の定電流充電のステップを有し、電圧が目標値に到達した場合に、次の段のステップに移行する充電の、Ｎ−１段目又はＮ−２段目のステップにおける第１時点で電圧が目標値に到達しているか否かを判定し、前記第１時点で電圧が目標値に到達していないと判定した場合に、所定時間の電圧の変化に基づいて充電を継続するか否かを判定する処理をコンピュータに実行させる。
上記構成によれば、時間の経過ではなく、電圧の変化に基づいて充電を継続するか否かを判定し、異常がない電池の充電を続行することができる。
（実施形態１）
図３は、実施形態１に係る充放電システム１、充電器８、及びサーバ９の構成を示すブロック図である。
充放電システム１は、鉛蓄電池（以下、電池という）３と、制御装置４と、電圧センサ５と、電流センサ６と、温度センサ７とを備える。電池３は、例えば電動のフォークリフト、ゴルフカー、及び小型ＥＶ等の電動車両に用いられる。
図３は、実施形態１に係る充放電システム１、充電器８、及びサーバ９の構成を示すブロック図である。
充放電システム１は、鉛蓄電池（以下、電池という）３と、制御装置４と、電圧センサ５と、電流センサ６と、温度センサ７とを備える。電池３は、例えば電動のフォークリフト、ゴルフカー、及び小型ＥＶ等の電動車両に用いられる。
電池３は、制御弁式鉛蓄電池（密閉式鉛蓄電池）である。制御弁式鉛蓄電池は、内部に流動する電解液を有さないことから設置姿勢の自由度が高い。電池３は、筐体と、正極端子と、負極端子と、複数のセル２とを備える。セル２は、正極板と、負極板と、セパレータとを備える。セパレータには、電解液（例えば、希硫酸）が含浸されている。
制御装置４は、制御部４１、記憶部４２、計時部４４、入力部４５、通信部４６、及び表示部４７を備える。
サーバ９は、制御部９１、及び通信部９２を備える。
制御装置４の制御部４１は、通信部４６、ネットワーク１０、及び通信部９２を介し、制御部９１と接続されている。
電池３は、端子１１，１２を介して充電器８に接続している。
サーバ９は、制御部９１、及び通信部９２を備える。
制御装置４の制御部４１は、通信部４６、ネットワーク１０、及び通信部９２を介し、制御部９１と接続されている。
電池３は、端子１１，１２を介して充電器８に接続している。
制御部４１、及び９１は、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）及びＲＡＭ（Random Access Memory）等により構成され、制御装置４、及びサーバ９の動作を制御する。
記憶部４２は、各種のプログラム及びデータを記憶する。
通信部４６及び９２は、ネットワークを介して他の装置との間で通信を行う機能を有し、所要の情報の送受信を行うことができる。
記憶部４２は、各種のプログラム及びデータを記憶する。
通信部４６及び９２は、ネットワークを介して他の装置との間で通信を行う機能を有し、所要の情報の送受信を行うことができる。
制御装置４の記憶部４２には、充電の制御のプログラム４２１、履歴ＤＢ４２２、及び曲線ＤＢ４２３が記憶されている。プログラム４２１は、例えばＣＤ−ＲＯＭやＤＶＤ−ＲＯＭ、ＵＳＢメモリ等のコンピュータ読み取り可能な記録媒体４３に格納された状態で提供され、制御装置４にインストールすることにより記憶部４２に格納される。また、通信網に接続されている図示しない外部コンピュータからプログラム４２１を取得し、記憶部４２に記憶させることにしてもよい。
履歴ＤＢ４２２は、充放電の履歴を記憶している。
充放電の履歴とは、電池３の運転履歴であり、電池３が充電又は放電を行った期間（使用期間）を示す情報、使用期間において電池３が行った充電又は放電に関する情報等を含む情報である。電池３の使用期間を示す情報とは、充電又は放電の開始及び終了の時点を示す情報、電池３が使用された累積使用期間等を含む情報である。電池３が行った充電又は放電に関する情報とは、電池３が行った充電時又は放電時の電圧、レート等を示す情報である。
曲線ＤＢ４２３は、後述のようにして導出した、電圧の時系列推移を示す充電曲線を記憶している。
充放電の履歴とは、電池３の運転履歴であり、電池３が充電又は放電を行った期間（使用期間）を示す情報、使用期間において電池３が行った充電又は放電に関する情報等を含む情報である。電池３の使用期間を示す情報とは、充電又は放電の開始及び終了の時点を示す情報、電池３が使用された累積使用期間等を含む情報である。電池３が行った充電又は放電に関する情報とは、電池３が行った充電時又は放電時の電圧、レート等を示す情報である。
曲線ＤＢ４２３は、後述のようにして導出した、電圧の時系列推移を示す充電曲線を記憶している。
入力部４５は、電圧センサ５、電流センサ６、及び温度センサ７からの検出結果の入力を受け付ける。
表示部４７は、液晶パネル又は有機ＥＬ（Electro Luminescence）表示パネル等で構成することができる。制御部４１は、表示部４７に所要の情報を表示するための制御を行う。後述する充電の制御処理において、充電を停止すると判定した場合、これを表示する。表示パネルに表示する代わりに、音声により充電の停止を報知してもよい。
表示部４７は、液晶パネル又は有機ＥＬ（Electro Luminescence）表示パネル等で構成することができる。制御部４１は、表示部４７に所要の情報を表示するための制御を行う。後述する充電の制御処理において、充電を停止すると判定した場合、これを表示する。表示パネルに表示する代わりに、音声により充電の停止を報知してもよい。
実施形態１においては、制御装置４が本発明の推定装置として機能する。サーバ９が、推定装置として機能してもよい。サーバ９が推定装置として機能しない場合、充放電システム１がサーバ９に接続されていなくてもよい。
電圧センサ５は、電池３に並列に接続されており、電池３の全体の電圧に応じた検出結果を出力する。
電流センサ６は、電池３に直列に接続されており、電池３の電流に応じた検出結果を出力する。なお、電流センサ６は、例えばクランプ式電流センサのように、電池３に電気的に接続していないものを用いることもできる。
温度センサ７は、電池３の近傍に配置されており、電池３の温度に応じた検出結果を出力する。
電流センサ６は、電池３に直列に接続されており、電池３の電流に応じた検出結果を出力する。なお、電流センサ６は、例えばクランプ式電流センサのように、電池３に電気的に接続していないものを用いることもできる。
温度センサ７は、電池３の近傍に配置されており、電池３の温度に応じた検出結果を出力する。
以下、実施形態１の充電方法について説明する。５段の定電流充電のステップを有し、４段目のステップにおいて、電圧の変化に基づいて、充電を継続するか否かを判定する場合について説明する。
１段目から３段目においては、電圧が切替値に到達した場合に、次の段に移行する。各ステップにおいて、上限時間を設けてあり、上限時間に到達した場合に、電圧が切替値に到達していないときは充電を停止する。１段目から３段目においては、サルフェーションが生じていた場合でも、電圧が切替値に到達するのに時間を要さず、タイムエラーが生じる可能性は低い。
１段目から３段目においては、電圧が切替値に到達した場合に、次の段に移行する。各ステップにおいて、上限時間を設けてあり、上限時間に到達した場合に、電圧が切替値に到達していないときは充電を停止する。１段目から３段目においては、サルフェーションが生じていた場合でも、電圧が切替値に到達するのに時間を要さず、タイムエラーが生じる可能性は低い。
図４は、３段目において電圧が切替値に到達していた場合に、制御部４１による充電の４段目の処理の手順を示すフローチャートである。
制御部４１は、時点ｔ1 で、電圧が切替値に到達しているか否かを判定する（Ｓ１）。時点ｔ1 の一例として、例えば４段目の開始後９０分の時点が挙げられる。制御部４１は、時点ｔ1 で電圧が切替値に到達している場合（Ｓ１：ＹＥＳ）、４段目の処理を終了し、５段目に移行する。
制御部４１は、時点ｔ1 で、電圧が切替値に到達しているか否かを判定する（Ｓ１）。時点ｔ1 の一例として、例えば４段目の開始後９０分の時点が挙げられる。制御部４１は、時点ｔ1 で電圧が切替値に到達している場合（Ｓ１：ＹＥＳ）、４段目の処理を終了し、５段目に移行する。
制御部４１は、時点ｔ1 で電圧が切替値に到達していない場合（Ｓ１：ＮＯ）、時点ｔ1 の電圧と、時点ｔ1 の所定時間前の電圧との差ΔＶを導出する（Ｓ２）。時点ｔ1 が例えば９０分である場合、７５分の電圧と９０分の電圧との差ΔＶを導出する。
制御部４１は、ΔＶ＞０であるか否かを判定する（Ｓ３）。制御部４１は、ΔＶ＞０でない場合（Ｓ３：ＮＯ）、充電を停止し（Ｓ４）、処理を終了する。制御部４１は、表示部４７に充電の停止を表示する。
図５は、４段目の時間と電圧との関係を示すグラフである。図５中、横軸は時間（分）、縦軸は電圧（Ｖ）である。図５において、９０分が時点ｔ1 に相当し、１８０分が上限時間である時点ｔ2 に相当する。図５に示すように、ΔＶは負である。制御部４１は、９０分までの電圧の推移に基づき外挿して、１８０分までの充電曲線を導出し、１８０分で電圧が切替値に到達しないと判定した場合、充電を停止する。制御部４１は、時点ｔ1 のＶ、及び過去に取得した複数のＶに基づき、例えば曲線近似等の手法を用いて充電曲線を導出する。ΔＶが負である場合、ショートしていると考えられ、不安全事象の発生を防止することができる。
図５は、４段目の時間と電圧との関係を示すグラフである。図５中、横軸は時間（分）、縦軸は電圧（Ｖ）である。図５において、９０分が時点ｔ1 に相当し、１８０分が上限時間である時点ｔ2 に相当する。図５に示すように、ΔＶは負である。制御部４１は、９０分までの電圧の推移に基づき外挿して、１８０分までの充電曲線を導出し、１８０分で電圧が切替値に到達しないと判定した場合、充電を停止する。制御部４１は、時点ｔ1 のＶ、及び過去に取得した複数のＶに基づき、例えば曲線近似等の手法を用いて充電曲線を導出する。ΔＶが負である場合、ショートしていると考えられ、不安全事象の発生を防止することができる。
制御部４１は、ΔＶ＞０である場合（Ｓ３：ＹＥＳ）、時点ｔ2 で、切替値に到達するか否かを判定する（Ｓ５）。制御部４１は、図６に示すように、９０分までの電圧の推移に基づいて外挿することにより、開始後１８０分までの充電曲線を導出し、１８０分で切替値に到達するか否かを判定する。
制御部４１は、時点ｔ2 で切替値に到達しないと判定した場合（Ｓ５：ＮＯ）、処理をＳ４へ進める。
制御部４１は、時点ｔ2 で切替値に到達すると判定した場合（Ｓ５：ＹＥＳ）、所定間隔をおいて電圧を取得する（Ｓ６）。制御部４１は、例えば１０分又は１５分の間隔で電圧を取得する。
制御部４１は、判定時までの電圧の推移に基づいて外挿することにより、時点ｔ2 までの充電曲線を導出し、曲線ＤＢ４２３に記憶する（Ｓ７）。
制御部４１は、充電曲線に基づいて、時点ｔ2 で切替値に到達するか否かを判定する（Ｓ８）。制御部４１は、例えば１８０分の経過時に電圧が切替値に到達するか否かを判定する。
制御部４１は、時点ｔ2 で切替値に到達すると判定した場合（Ｓ５：ＹＥＳ）、所定間隔をおいて電圧を取得する（Ｓ６）。制御部４１は、例えば１０分又は１５分の間隔で電圧を取得する。
制御部４１は、判定時までの電圧の推移に基づいて外挿することにより、時点ｔ2 までの充電曲線を導出し、曲線ＤＢ４２３に記憶する（Ｓ７）。
制御部４１は、充電曲線に基づいて、時点ｔ2 で切替値に到達するか否かを判定する（Ｓ８）。制御部４１は、例えば１８０分の経過時に電圧が切替値に到達するか否かを判定する。
制御部４１は、時点ｔ2 で切替値に到達しないと判定した場合（Ｓ８：ＮＯ）、処理をＳ４へ進める。
制御部４１は、時点ｔ2 で切替値に到達すると判定した場合（Ｓ８：ＹＥＳ）、時点ｔ2 に到達しているか否かを判定する（Ｓ９）。
制御部４１は、時点ｔ2 に到達していない場合（Ｓ９：ＮＯ）、処理をＳ６へ戻す。
制御部４１は、時点ｔ2 に到達している場合（Ｓ９：ＹＥＳ）、処理を終了する。
制御部４１は、時点ｔ2 で切替値に到達すると判定した場合（Ｓ８：ＹＥＳ）、時点ｔ2 に到達しているか否かを判定する（Ｓ９）。
制御部４１は、時点ｔ2 に到達していない場合（Ｓ９：ＮＯ）、処理をＳ６へ戻す。
制御部４１は、時点ｔ2 に到達している場合（Ｓ９：ＹＥＳ）、処理を終了する。
図７に示すように、１０５分後と１２０分後との間の電圧差ΔＶが負になり、１８０分後に電圧が切替値に到達する見込みがなくなった場合、到達しないと判定した、１２０分後の時点で、充電を停止する。
上述の充電方法によれば、電圧の変化が負である場合、ショートが生じていると推定し、時点ｔ2 の到達を待たずに充電を停止すると判定でき、不安全事象が生じるのを防止することができる。電圧の変化が負でない場合、ショートが生じていないと推定でき、充電を継続することができる。時間の経過ではなく、電圧の変化に基づいて充電を継続するか否かを判定するので、異常がない電池の充電を続行することができる。
上述の充電処理を、４段目（Ｎ−１段目）において行う場合につき説明しているが、これに限定されず、３段目（Ｎ−２段目）において行ってもよい。
上述の充電処理を、４段目（Ｎ−１段目）において行う場合につき説明しているが、これに限定されず、３段目（Ｎ−２段目）において行ってもよい。
図８は、充放電のサイクルを示すグラフである。図８中、横軸は時間（日）、縦軸はＳＯＣ（％）である。毎回、放電により負荷に電力を供給した後、充電している。
５サイクル中、連続する４サイクルの普通充電は５段目の過充電電気量（例えば１０５％）が小さく、５サイクル目の均等充電は５段目の過充電電気量を大きくした状態（例えば１１０％）で押込み充電を行っている。５回に１回、均等充電を行うことで、毎回、５サイクル目の過充電電気量（１１０％）で充電を行う場合と比較して、容量の低下が防止され、寿命が長くなり、より安定したサイクル寿命特性を有する。
普通充電及び均等充電のいずれにおいても、４段目において上述の充電処理を行う。
５サイクル中、連続する４サイクルの普通充電は５段目の過充電電気量（例えば１０５％）が小さく、５サイクル目の均等充電は５段目の過充電電気量を大きくした状態（例えば１１０％）で押込み充電を行っている。５回に１回、均等充電を行うことで、毎回、５サイクル目の過充電電気量（１１０％）で充電を行う場合と比較して、容量の低下が防止され、寿命が長くなり、より安定したサイクル寿命特性を有する。
普通充電及び均等充電のいずれにおいても、４段目において上述の充電処理を行う。
定期的なリフレッシュ充電、又は不完全充電が所定回数連続で続いた場合のリフレッシュ充電を行う場合、制御部４１は、以下の充電処理を行う。
図９は、制御部４１による４段目の処理の手順を示すフローチャートである。
制御部４１は、時点ｔ1 で、電圧が切替値に到達しているか否かを判定する（Ｓ１１）。制御部４１は、時点ｔ1 で電圧が切替値に到達している場合（Ｓ１１：ＹＥＳ）、４段目の処理を終了し、５段目に移行する。
図９は、制御部４１による４段目の処理の手順を示すフローチャートである。
制御部４１は、時点ｔ1 で、電圧が切替値に到達しているか否かを判定する（Ｓ１１）。制御部４１は、時点ｔ1 で電圧が切替値に到達している場合（Ｓ１１：ＹＥＳ）、４段目の処理を終了し、５段目に移行する。
制御部４１は、時点ｔ1 で電圧が切替値に到達していない場合（Ｓ１１：ＮＯ）、時点ｔ1 に到達する前の所定時間の電圧の差ΔＶを導出する（Ｓ１２）。
制御部４１は、ΔＶ＞０であるか否かを判定する（Ｓ１３）。制御部４１は、ΔＶ＞０でない場合（Ｓ１３：ＮＯ）、充電を停止し（Ｓ１４）、処理を終了する。
制御部４１は、ΔＶ＞０であるか否かを判定する（Ｓ１３）。制御部４１は、ΔＶ＞０でない場合（Ｓ１３：ＮＯ）、充電を停止し（Ｓ１４）、処理を終了する。
制御部４１は、ΔＶ＞０である場合（Ｓ１３：ＹＥＳ）、所定間隔をおいて電圧を取得する（Ｓ１５）。
制御部４１は、判定時点の電圧と１つ前の時点の電圧との差ΔＶを導出し、ΔＶ＞０であるか否かを判定する（Ｓ１６）。制御部４１は、ΔＶ＞０でない場合（Ｓ１６：ＮＯ）、処理をＳ１４へ進める。
制御部４１は、判定時点の電圧と１つ前の時点の電圧との差ΔＶを導出し、ΔＶ＞０であるか否かを判定する（Ｓ１６）。制御部４１は、ΔＶ＞０でない場合（Ｓ１６：ＮＯ）、処理をＳ１４へ進める。
制御部４１は、ΔＶ＞０である場合（Ｓ１６：ＹＥＳ）、判定時までの電圧の推移に基づいて外挿することにより、時点ｔ2 までの充電曲線を導出し、曲線ＤＢ４２３に記憶する（Ｓ１７）。
制御部４１は、充電曲線に基づいて、時点ｔ2 で切替値に到達するか否かを判定する（Ｓ１８）。制御部４１は、例えば１８０分の経過時に切替値に到達するか否かを判定する。
制御部４１は、時点ｔ2 で切替値に到達しないと判定した場合（Ｓ１８：ＮＯ）、時点ｔ2 に到達しているか否かを判定する（Ｓ１９）。制御部４１は、時点ｔ2 に到達していない場合（Ｓ１９：ＮＯ）、処理をＳ１５へ進める。
制御部４１は、時点ｔ2 に到達している場合（Ｓ１９：ＹＥＳ）、所定時間、押込み充電を行い（Ｓ２０）、処理を終了する。
制御部４１は、充電曲線に基づいて、時点ｔ2 で切替値に到達するか否かを判定する（Ｓ１８）。制御部４１は、例えば１８０分の経過時に切替値に到達するか否かを判定する。
制御部４１は、時点ｔ2 で切替値に到達しないと判定した場合（Ｓ１８：ＮＯ）、時点ｔ2 に到達しているか否かを判定する（Ｓ１９）。制御部４１は、時点ｔ2 に到達していない場合（Ｓ１９：ＮＯ）、処理をＳ１５へ進める。
制御部４１は、時点ｔ2 に到達している場合（Ｓ１９：ＹＥＳ）、所定時間、押込み充電を行い（Ｓ２０）、処理を終了する。
制御部４１は、時点ｔ2 で切替値に到達すると判定した場合（Ｓ１８：ＹＥＳ）、時点ｔ2 に到達したか否かを判定する（Ｓ２１）。
制御部４１は、時点ｔ2 に到達していない場合（Ｓ２１：ＮＯ）、処理をＳ１５へ戻す。
制御部４１は、時点ｔ2 に到達している場合（Ｓ２１：ＹＥＳ）、処理を終了する。
制御部４１は、時点ｔ2 に到達していない場合（Ｓ２１：ＮＯ）、処理をＳ１５へ戻す。
制御部４１は、時点ｔ2 に到達している場合（Ｓ２１：ＹＥＳ）、処理を終了する。
上述の充電処理によれば、サルフェーションが生じて時点ｔ2 で電圧が切替値に到達しない場合に、時点ｔ2 から押込み充電を行うことで、所要の充電電気量を確保することができる。サルフェーションの量を低減することもできる。
（実施形態２）
実施形態２に係る制御装置４は、充電曲線を生成するために将来の電圧を推定する学習モデル４２４を記憶部４２に記憶している。
図１０は、実施形態２に係る学習モデル４２４の生成処理に関する説明図である。制御装置４は、時系列による複数の電圧を問題データとし、将来における複数の時点における電圧を回答データとする教師データに基づき学習することで、時系列による複数の電圧を入力とし、将来における複数の時点における電圧を出力とするニューラルネットワークを構築（生成）する。
実施形態２に係る制御装置４は、充電曲線を生成するために将来の電圧を推定する学習モデル４２４を記憶部４２に記憶している。
図１０は、実施形態２に係る学習モデル４２４の生成処理に関する説明図である。制御装置４は、時系列による複数の電圧を問題データとし、将来における複数の時点における電圧を回答データとする教師データに基づき学習することで、時系列による複数の電圧を入力とし、将来における複数の時点における電圧を出力とするニューラルネットワークを構築（生成）する。
時系列による複数の電圧とは、同一の電池３における過去から判定時点までの時系列による複数の電圧を意味する。将来における複数の時点における電圧とは、判定時点に対する次点、及び次々点等の将来における複数の時点における電圧を意味する。
入力層は、時系列による複数の電圧を受け付ける単数又は複数のニューロンを有し、入力された電圧夫々を中間層に受け渡す。中間層は、複数のニューロンを含む自己回帰層を含む。自己回帰層は、例えばＬＳＴＭ(Long Short Term Memory／長期短期記憶)モデルとして実装されるものであり、このような自己回帰層を含むニューラルネットワークは、ＲＮＮ（リカレントニューラルネットワーク）と称される。中間層は、時系列に沿って順次に入力された複数の電圧夫々による変化量を出力する。出力層は一又は複数のニューロンを有し、中間層から出力された複数の電圧夫々による変化量に基づき、将来における複数の時点における電圧を出力する。このようなＲＮＮに対する学習は、例えばＢＰＴＴ（Backpropagation Through Time／通時的逆伝播）アルゴリズムを用いて行われる。
教師データは、配列形式で保存されているものであってもよい。教師データを配列形式とする場合、例えば、配列番号の０から４（ｔ−４からｔ）までの要素夫々の値を問題データとし、配列番号の５から７（ｔ＋１からｔ＋３）までの要素夫々の値を回答データとするものであってもよい。入力層から入力された時系列となる問題データ（ｔ−２、ｔ−１、ｔ）はＬＳＴＭ（自己回帰層）に順次に受け渡され、ＬＳＴＭ（自己回帰層）は出力値を出力層及び、自身の層に出力することにより、時間的な変化及び順序を含む系列情報を処理することができる。
図１１は、制御部４１による充電曲線の導出の処理の手順を示すフローチャートである。制御部４１は、図４のＳ７、又は図９のＳ１７の充電曲線の導出を以下のようにして行う。
制御部４１は、履歴ＤＢ４２２を読み出し、判定時までの複数の電圧を取得する（Ｓ３１）。
制御部４１は複数の電圧を学習モデル４２４に入力し、複数の将来の電圧を取得する（Ｓ３２）。
制御部４１は、過去、現在及び将来における複数の電圧に基づき、時系列による電圧の推移（充電曲線）を導出して、曲線ＤＢ４２３に記憶し（Ｓ３３）、処理を終了する。
以後、図４のＳ８又は図９のＳ１８以降の処理を行う。
制御部４１は、履歴ＤＢ４２２を読み出し、判定時までの複数の電圧を取得する（Ｓ３１）。
制御部４１は複数の電圧を学習モデル４２４に入力し、複数の将来の電圧を取得する（Ｓ３２）。
制御部４１は、過去、現在及び将来における複数の電圧に基づき、時系列による電圧の推移（充電曲線）を導出して、曲線ＤＢ４２３に記憶し（Ｓ３３）、処理を終了する。
以後、図４のＳ８又は図９のＳ１８以降の処理を行う。
本実施形態によれば、容易に、精度良く、将来の電圧の時系列推移を推定し、時点ｔ2 で電圧が目標値に到達するか否かを判定することができる。
（実施形態３）
実施形態３に係る制御部４１は、４段目及び５段目のステップにおける電流値を０．０１ＣＡ以上０．０３ＣＡ以下にした状態で充電を行う。電流値は、０．０１ＣＡ以上０．０１２５ＣＡ以下であるのが好ましい。
実施形態３に係る制御部４１は、４段目及び５段目のステップにおける電流値を０．０１ＣＡ以上０．０３ＣＡ以下にした状態で充電を行う。電流値は、０．０１ＣＡ以上０．０１２５ＣＡ以下であるのが好ましい。
図１２は、実施形態３の定電流充電により充電する場合の時間と電流、時間と電圧との関係を示すグラフである。図１２において、横軸は時間（ｈ）、右側の縦軸は電流（Ａ）、左側の縦軸は電圧（Ｖ）である。図１２中、ｔ0 、ｔa 、ｔb 、ｔc 、及びｔd は、充電の開始時点、４段目の開始時点、５段目の開始時点、従来の５段目の終了時点、実施形態３の５段目の終了時点を示す。
例えば１段目、２段目、及び３段目の電流値は夫々０．２ＣＡ、０．１ＣＡ、０．０５ＣＡである。
例えば１段目、２段目、及び３段目の電流値は夫々０．２ＣＡ、０．１ＣＡ、０．０５ＣＡである。
従来の４段目及び５段目の電流値は０．０２５ＣＡであった。終了時点ｔc は、充電前の放電深度に基づく充電電気量と、３段目までの充電電気量とに基づいて、充電電気量Ａを算出し、電流値に基づき充電時間を算出して求めるのが好ましい。
実施形態３においては、４段目及び５段目の電流値を０．０１２５ＣＡにしている。充電電気量Ａ及び電流値に基づいて算出される充電時間は従来の２倍であり、充電時間に基づいて終了時点ｔd が設定される。
４段目及び５段目の電流値は、電力を供給する、フォークリフト等のＥＶ車の運転終了時間、即ち放電終了時間と、ＥＶの運転開始時間、即ち放電開始時間とを加味して決定するのが好ましい。
本実施形態によれば、硫酸鉛の蓄積を抑制できる。電流値が０．０１ＣＡ以上０．０３ＣＡ以下である場合、温度が上がらず、副反応が生じ難いとともに、充電時間が長くならないので、電池の劣化が抑制される。
実施形態３の充電処理は、実施形態１の図４の充電処理の時点ｔ1 において時点ｔ2 で切替値に到達しないと判定した場合、行ってもよい。即ち、時点ｔ1 以降、電流値を０．０１ＣＡ以上０．０３ＣＡ以下にした状態で充電を行う。
実施形態３においては、４段目及び５段目の電流値を０．０１２５ＣＡにしている場合につき説明しているが、これに限定されず、３段目（Ｎ−２段目）以降の電流値を０．０１２５ＣＡにしてもよい。
以下、実施形態３の実施例を具体的に説明するが、実施形態３はこの実施例に限定されるものではない。
［実施例］
図８の普通充電を過充電電気量１０９％で行い、均等充電を過充電電気量１１０％で行い、各充電において、４段目及び５段目の電流値を０．０１２５ＣＡにした状態で押込み充電を行った。
［実施例］
図８の普通充電を過充電電気量１０９％で行い、均等充電を過充電電気量１１０％で行い、各充電において、４段目及び５段目の電流値を０．０１２５ＣＡにした状態で押込み充電を行った。
［比較例］
図８の普通充電を過充電電気量１０９％で行い、均等充電を過充電電気量１１０％で行い、充電電気量は実施例と同一であるが、４段目及び５段目の押込み充電を行う代わりに、５段目終了後に０．０００８ＣＡの暗電流を流している。
図８の普通充電を過充電電気量１０９％で行い、均等充電を過充電電気量１１０％で行い、充電電気量は実施例と同一であるが、４段目及び５段目の押込み充電を行う代わりに、５段目終了後に０．０００８ＣＡの暗電流を流している。
実施例及び比較例の電池につき、０℃、５℃、１５℃、２０℃、２５℃、３５℃と環境温度を変えて、タイムエラーの発生を調べた。その結果を下記の表１に示す。
表１の評価は以下の通りである。
○…タイムエラーの発生なし
△…１回発生
×…５回発生
○…タイムエラーの発生なし
△…１回発生
×…５回発生
表１の発生率は、比較例の合計の発生回数を１００％とした場合の実施例の発生回数の比率で表している。
表１より、実施例の電池はタイムエラーの発生率を低減できることが分かる。
表１より、実施例の電池はタイムエラーの発生率を低減できることが分かる。
本発明は上述した実施形態の内容に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能である。即ち、請求項に示した範囲で適宜変更した技術的手段を組み合わせて得られる実施形態も本発明の技術的範囲に含まれる。
例えば電池３は制御弁鉛蓄電池に限定されない。また、電池３は、電動のフォークリフト、ゴルフカー、及び小型ＥＶ等の電動車両に用いる場合に限定されない。
例えば電池３は制御弁鉛蓄電池に限定されない。また、電池３は、電動のフォークリフト、ゴルフカー、及び小型ＥＶ等の電動車両に用いる場合に限定されない。
１ 充放電システム
３ 電池
４ 制御装置
４１ 制御部（判定部）
４２ 記憶部
４２１ プログラム
４２２ 履歴ＤＢ
４２３ 曲線ＤＢ
４２４ 学習モデル
４３ 記録媒体
４４ 計時部
４５ 入力部
４６、９２ 通信部
８ 充電器
９ サーバ
１０ ネットワーク
３ 電池
４ 制御装置
４１ 制御部（判定部）
４２ 記憶部
４２１ プログラム
４２２ 履歴ＤＢ
４２３ 曲線ＤＢ
４２４ 学習モデル
４３ 記録媒体
４４ 計時部
４５ 入力部
４６、９２ 通信部
８ 充電器
９ サーバ
１０ ネットワーク
Claims (11)
- Ｎ段の定電流充電のステップを有し、
電圧が目標値に到達した場合に、次の段のステップに移行し、
Ｎ−１段目又はＮ−２段目のステップにおける第１時点で電圧が目標値に到達しない場合に、電圧の変化に基づいて充電を継続するか否かを判定する、鉛蓄電池の充電方法。 - 前記電圧の変化が正の値であり、第２時点以内に電圧が前記目標値に到達すると判定した場合に、充電を継続する、請求項１に記載の鉛蓄電池の充電方法。
- 前記第１時点で充電を継続すると判定した後、電圧の変化を導出し、前記第２時点で電圧が目標値に到達しないと判定した場合に、判定の時点で充電を停止する、請求項２に記載の鉛蓄電池の充電方法。
- 前記第１時点で、前記電圧の変化が負の値である、又は前記第２時点で電圧が目標値に到達しないと判定した場合に、充電を停止する、請求項２に記載の鉛蓄電池の充電方法。
- 定期的なリフレッシュ充電、又は不完全充電が所定回数連続で続いた場合のリフレッシュ充電において、第２時点で電圧が目標値に到達しない場合に、前記第２時点から、終止電圧を設けない押込み充電を行う、請求項１に記載の鉛蓄電池の充電方法。
- 電圧を時系列に入力した場合に、将来の電圧の時系列推移を出力するリカレントニューラルネットワークに、電圧を時系列に入力して、前記鉛蓄電池の将来の電圧の時系列推移を推定し、前記第２時点で電圧が目標値に到達するか否かを判定する、請求項２から５までのいずれか１項に記載の鉛蓄電池の充電方法。
- 普通充電時又は均等充電時に、前記第１時点で電圧が目標値に到達しない場合に、電圧の変化に基づいて充電を継続するか否かを判定する、請求項１から４までのいずれか１項に記載の鉛蓄電池の充電方法。
- Ｎ段の定電流充電のステップを有し、
電圧が目標値に到達した場合に、次の段のステップに移行し、
Ｎ−１段目、Ｎ−２段目、又はＮ段目以降のステップにおける電流値を０．０１ＣＡ以上０．０３ＣＡ以下にする、鉛蓄電池の充電方法。 - 前記電流値を０．０１ＣＡ以上０．０１２５ＣＡ以下にする、請求項８に記載の鉛蓄電池の充電方法。
- Ｎ段の定電流充電のステップを有し、電圧が目標値に到達した場合に、次の段のステップに移行する、鉛蓄電池の充電を制御する制御装置において、
Ｎ−１段目又はＮ−２段目のステップにおける第１時点で電圧が目標値に到達しない場合に、電圧の変化に基づいて充電を継続するか否かを判定する判定部を備える、制御装置。 - Ｎ段の定電流充電のステップを有し、電圧が目標値に到達した場合に、次の段のステップに移行する充電の、Ｎ−１段目又はＮ−２段目のステップにおける第１時点で電圧が目標値に到達しているか否かを判定し、
前記第１時点で電圧が目標値に到達していないと判定した場合に、所定時間の電圧の変化に基づいて充電を継続するか否かを判定する
処理をコンピュータに実行させるコンピュータプログラム。
Priority Applications (1)
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| JP2020015357A JP7459531B2 (ja) | 2020-01-31 | 2020-01-31 | 鉛蓄電池の充電方法、制御装置、及びコンピュータプログラム |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| JP2020015357A JP7459531B2 (ja) | 2020-01-31 | 2020-01-31 | 鉛蓄電池の充電方法、制御装置、及びコンピュータプログラム |
Publications (2)
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|---|---|
| JP2021125889A true JP2021125889A (ja) | 2021-08-30 |
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| JP2020015357A Active JP7459531B2 (ja) | 2020-01-31 | 2020-01-31 | 鉛蓄電池の充電方法、制御装置、及びコンピュータプログラム |
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