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
【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
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。
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。
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。
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。
V=14.4+0.03(25−T)
ここで、T:電池の温度
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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、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(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。
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。
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。
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、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、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、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 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。
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。
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。
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。
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。
[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。
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。
○…タイムエラーの発生なし
△…1回発生
×…5回発生
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。
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。
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。
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