JP3678045B2 - 蓄電池の充電方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は蓄電池、特に鉛蓄電池の充電方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
鉛蓄電池の充電方法として様々な充電方法が用いられてきている。充電においては放電電気量に見合った充電電気量が必要であるが、必要以上の電気量で充電を行った場合には過充電となって電池の容量が低下する。鉛蓄電池においては過充電によって特に正極板を構成する正極格子体の酸化腐食や電解液中の水分減少によって劣化が進行する。このような過充電による劣化を抑制するために、従来から充電電圧をある一定の値以下で充電制御を行う定電圧充電方式が用いられている。このような定電圧充電方式は充電制御電圧を負極板から水素ガスが発生する電圧以下とすることにより、充電中における水分減少を抑制することができるとともに、充電末期電流を抑制できるので正極格子体の酸化腐食を抑制できることから、鉛蓄電池の充電方法として広く一般的に用いられてきている。特に密閉形の鉛蓄電池においては電解液への補水ができないことから，殆どこの方式が用いられている。
【０００３】
近年、環境と福祉の観点から電動三輪車、電動車椅子等の電動車両が広く普及し始めている。鉛蓄電池は比較的安価なことから、これらの電動車両に用いる主電源として採用されつつある。このようなサイクル用途に用いられる鉛蓄電池の充電方法としては前記したような定電圧充電方式が用いられるのが一般的であった。
【０００４】
しかしながら、定電圧充電方式を電動車両用途の鉛蓄電池に用いた場合、一部の車両で蓄電池の短寿命が散見されはじめてきている。このような短寿命現象の発生は車両ユーザーの使用形態に深く関連することがわかってきた。特に使用時間が短く、充電時間が長い場合に短寿命となる確率が高いことが判明した。このような場合には充電制御電圧を下げたり、充電時間を短く制限することが考えられるが、このような変更を行なうと、使用時間が長く、充電時間が短い場合には充電電気量が確保されず、早期に短寿命となる。このようにユーザーの使用形態によって、最適な充電方法を選択することが必要である。しかしながら前述したような電動車両は広く一般の消費者に使用されるものであり、自分の使用形態に応じて充電方法を選択することは事実上、不可能であった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は前記したような様々な使用形態においても最適な蓄電池の充電方法を提供することを目的とする。
【０００６】
前記した課題を解決するために本発明の請求項１の発明は、蓄電池の充電方法であって、蓄電池を前充電した後の蓄電池電圧Ｖｂａ１を測定し、この蓄電池電圧Ｖｂａ１が第１の設定電圧Ｖ１より低く、かつ第１の設定電圧Ｖ１よりも低い第２の設定電圧Ｖ２よりも高い場合に、第１の充電制御による充電１を行い、前記蓄電池電圧Ｖｂａ１が第２の設定電圧Ｖ２よりも低く、かつ第２の設定電圧Ｖ２よりも低い第３の設定電圧Ｖ３よりも高い場合に第２の充電制御による充電２を行い、前記蓄電池電圧Ｖｂａ１が第３の設定電圧Ｖ３よりも低い場合に活性充電を行った後に第２の充電制御による充電２を行うとともに、前記充電１において蓄電池を第１の充電電圧Ｖｃｈ１で定電圧充電し、充電電流が所定の値Ｉａまで低下した後に蓄電池を前記第１の充電電圧Ｖｃｈ１よりも低い第２の充電電圧Ｖｃｈ２で定電圧充電するとともに、充電２において蓄電池を第３の充電電圧Ｖｃｈ３で定電圧充電し、充電電流が所定の値Ｉｂまで低下した後に所定の充電電流Ｉｃで定電流充電を所定時間行った後に第３の充電電圧よりも低い第４の充電電圧Ｖｃｈ４で定電圧充電することを特徴とする蓄電池の充電方法を示すものである。本発明の請求項２の発明は、請求項１の構成において、前記活性充電とこれに引き続き蓄電池電圧Ｖｂａ２を測定するサイクルを前記蓄電池電圧Ｖｂａ２が前記第２の設定電圧Ｖ２と前記第３の設定電圧Ｖ３との間の値になるまで所定回数Ｎを限度として繰り返し、前記蓄電池電圧Ｖｂａ２が前記第２の設定電圧Ｖ２と前記第３の設定電圧Ｖ３との間になった場合に蓄電池を前記第２の充電制御による充電２を行うことを特徴とするものである。また、本発明の請求項３の発明は、請求項１もしくは請求項２の構成において、前充電後に測定される蓄電池電圧Ｖｂａ１が第１の設定電圧Ｖ１より高い、もしくは第３の設定電圧Ｖ３より低い第４の設定電圧Ｖ４よりも低い場合に以降の蓄電池の充電操作を休止することを特徴とするものである。さらに、本発明の請求項４の発明は、請求項１、２もしくは３の構成において、蓄電池の前充電に先立ち、蓄電池電圧Ｖｂａ０を測定し、このＶｂａ０値が第５の設定電圧Ｖ５よりも低い場合、前充電時の充電電流ＩｐがＩｍａｘ以下、Ｉｍｉｎ（Ｉｍｉｎ＞０）以上である場合に、前充電後の蓄電池電圧Ｖｂａ１測定を行い、Ｉｐ＞Ｉｍａｘである場合に充電器異常を表示して以降の充電操作を停止し、Ｉｐ＜Ｉｍｉｎである場合に電池異常として以降の充電操作を停止するとともに、前記Ｖｂａ０値が第５の設定電圧Ｖ５以上の場合、前記充電電流Ｉｐ＞Ｉｍａｘで充電器異常を表示して以降の充電操作を停止し、前記充電電流ＩｐがＩｍａｘ以内の場合に前充電後の蓄電池電圧Ｖｂａ１測定を行うことを特徴とするものである。
そして、本発明の請求項５の発明は、蓄電池の充電方法であって、蓄電池を前充電した後の蓄電池電圧Ｖｂａ１を測定し、この蓄電池電圧Ｖｂａ１が第１の設定電圧Ｖ１より低く、かつ第１の設定電圧Ｖ１よりも低い第２の設定電圧Ｖ２よりも高い場合に、第１の充電制御による充電１を行い、前記蓄電池電圧Ｖｂａ１が第２の設定電圧Ｖ２よりも低く、かつ第２の設定電圧Ｖ２よりも低い第３の設定電圧Ｖ３よりも高い場合に第２の充電制御による充電２を行い、前記蓄電池電圧Ｖｂａ１が第３の設定電圧Ｖ３よりも低い場合に活性充電を行った後に第２の充電制御による充電２を行うとともに、蓄電池の前充電に先立ち、蓄電池電圧Ｖｂａ０を測定し、このＶｂａ０値が第５の設定電圧Ｖ５より低い場合、前充電時の充電電流ＩｐがＩｍａｘ以下、Ｉｍｉｎ（Ｉｍｉｎ＞０）以上である場合に、前充電後の蓄電池電圧Ｖｂａ１測定を行い、Ｉｐ＞Ｉｍａｘである場合に充電器異常を表示して以降の充電操作を停止し、Ｉｐ＜Ｉｍｉｎである場合に電池異常として以降の充電操作を停止するとともに、前記Ｖｂａ０値が第５の設定電圧Ｖ５以上の場合、前記充電電流Ｉｐ＞Ｉｍａｘで充電器異常を表示して以降の充電操作を停止し、前記充電電流ＩｐがＩｍａｘ以内の場合に前充電後の蓄電池電圧Ｖｂａ１測定を行うことを特徴とする蓄電池の充電方法を示すものである。そして、本発明の請求項６の発明は、請求項１、２、３、４あるいは５の構成において、蓄電池の雰囲気温度Ｔを測定し、雰囲気温度Ｔに対して前記Ｖｃｈ１、Ｖｃｈ２、Ｖｃｈ３およびＶｃｈ４値が負特性を有することを特徴とするものである。
【０００７】
【発明の実施の形態】
本発明による蓄電池の充電方法を図面を用いて説明する。
【０００８】
図１は本発明による蓄電池の充電方法を示すフロー図である。なお、充電される電池は密閉形鉛蓄電池である。
【０００９】
まず、蓄電池はその開路状態での蓄電池電圧Ｖｂａ０が測定されるとともに、蓄電池周辺の雰囲気温度Ｔａが測定される。この温度測定は例えばサーミスタ等を用いて行われる。この電池電圧Ｖｂａ０が測定された後に前充電が充電電流Ｉｐで所定時間行われる。本発明においてこの時の充電電流Ｉｐが測定されて充電器異常や電池の異常を検出することができる。すなわち、前充電に先立って測定された蓄電池電圧Ｖｂａ０が第５の設定電圧Ｖ５未満、かつ、前充電時の充電電流ＩｐがＩｍａｘより，大きいかＩｍｉｎより小さい場合には以降の充電操作を行わない。これにより特に内部短絡した蓄電池や顕著な過放電によって劣化した蓄電池を検出することができる。また同様に前充電に先立って測定された蓄電池電圧Ｖｂａ０が第５の設定電圧Ｖ５以上の場合には蓄電池自体は正常と判定するが充電電流ＩｐがＩｍａｘより大きくなった場合には充電器異常と判定し以降の充電操作を停止する。
【００１０】
前記した前充電が終了した後、ある時間間隔をおいて開路時の蓄電池電圧Ｖｂａ１が測定される。本発明においてはこの蓄電池電圧Ｖｂａ１の値を持って蓄電池の状態、特に放電状態を判別するものである。ここで蓄電池電圧Ｖｂａ１は前充電からある時間間隔を経た後に測定することが好ましい。例えば蓄電池を充電してその時の充電電圧値をもって放電状態を判別する方法が考えられるが蓄電池が過放電されたり、長期間放置された場合には蓄電池の充電電圧が上昇して逆に充電された状態として判別する恐れがある。また、前充電を行なわずに開路状態の蓄電池電圧だけで判別する方法も考えられる。しかしながら、例えば同じ放電状態の蓄電池でも、その後の保存状態によって蓄電池の開路電圧にばらつきが発生し、結果として放電状態の判定のばらつきが大きくなる。さらにこの現象について説明するならばある放電状態の鉛蓄電池を放置した場合、特に負極活物質の表面は自己放電によって硫酸鉛のごく薄い層によって被覆される。このような層は自己放電量自体は少なく、結果として放置前後の放電状態はそれほど変化しないにもかかわらず、負極の電位自体はアノディックに移行して蓄電池電圧を低下させるためである。このような場合、ただ単に蓄電池の開路電圧で放電状態を判別すると実際の放電状態よりも放電深度が深いと判定することになり、適切な充電ができないことによる。さらに放電直後は電解液の濃度分極により蓄電池電圧は安定しておらず、この安定していない電圧で放電状態を判別すると判別精度を著しく低下させる。本発明は前充電後に間隔を置いて開路状態の蓄電池電圧Ｖｂａ１を測定することにより、判定のバラツキを抑制して正確は放電状態の判定を可能とするものである。この前充電によって微少な自己放電によって生成した硫酸鉛の薄層は還元され、また放電直後の濃度分極の解消が促進され、実際の放電状態を反映した開路状態の蓄電池電圧を得ることができる。
【００１１】
本発明は前充電後の蓄電池電圧Ｖｂａ１の値によって、以降の充電操作を制御するものである。すなわち、蓄電池電圧Ｖｂａ１が第１の設定電圧Ｖ１とこの第１の設定電圧Ｖ１よりも低い第２の設定電圧Ｖ２の間にある場合には蓄電池の放電状態は浅いと判別してそれに適した第１の充電制御による充電１を行なう。蓄電池電圧Ｖｂａ１が第２の設定電圧Ｖ２とこの第２の設定電圧Ｖ２よりも低い第３の設定電圧Ｖ３の間にある場合には蓄電池の放電状態は深いと判別してそれに適した第２の充電制御による充電２を行なう。蓄電池電圧Ｖｂａ１が第３の設定電圧Ｖ３よりもさらに低い場合には蓄電池は過放電等によって充電受け入れ性が低下した状態と判別して活性充電を行なうものである。この活性充電は例えば定電流で短時間行なうことにより過放電によって生じた正極の不働態層や長期放置によって形成された充電受入れ性に劣る粗大化した硫酸鉛をそれぞれ充電して回復させることができる。この活性充電後は放電が深い蓄電池として第２の充電制御による充電２を行なう。また過放電や放置の程度によっては１回の活性充電で回復しない場合があるので活性充電後の開路状態の蓄電池電圧Ｖｂａ２を測定してこの蓄電池電圧Ｖｂａ２が第３の設定電圧Ｖ３以上となるまで活性充電とその後に続く蓄電池電圧Ｖｂａ２測定を所定回数（Ｎ回）を限度として繰り返し行なった後に蓄電池は第２の充電制御による充電２で充電される。活性充電の繰り返し回数が所定回数（Ｎ回）で蓄電池電圧Ｖｂａ２が第３の設定電圧Ｖ３に満たない場合には電池の異常もしくは寿命に到達したと判別して以降の充電操作を停止するものである。充電時の安全をより考慮して前充電後の蓄電池電圧Ｖｂａ１が第１の設定電圧Ｖ１よりも高くなった場合や、蓄電池電圧Ｖｂａ１が第３の設定電圧Ｖ１よりも低い第４の設定電圧Ｖ４よりもさらに低い場合には充電器異常もしくは蓄電池の異常・寿命到達と判定して以降の充電操作を停止させることが望ましい。
【００１２】
次に前記した第１の充電制御による充電１と第２の充電制御による充電２の好ましい実施形態を図２および図３に示す。
【００１３】
図２は第１の充電制御による充電１の充電パターンを示す図である。充電１においては当初第１の制御電圧Ｖｃｈ１によって定電圧充電（初期充電電流：Iｉ（Ａ））が行われる。蓄電池の充電電圧が制御電圧Ｖｃｈ１に到達した後、定電圧制御が行なわれ充電電流は減衰する。充電電流値が所定の値Ｉａまで低下した時点で充電の制御電圧Ｖｃｈ１をこれよりも低いＶｃｈ２に低下させる。これにより浅い放電に続く充電での過充電を防止して蓄電池の寿命低下を抑制することができる。
【００１４】
図３は第２の充電制御による充電２の充電パターンを示す図である。充電２においては当初第３制御電圧Ｖｃｈ３によって定電圧充電（初期充電電流：Iｉ（Ａ））が行われる。この定電圧充電の間，蓄電池の充電電圧は制御電圧Ｖｃｈ３に到達した後，定電圧制御が行なわれ充電電流は減衰する。充電電流が所定の値Ｉｂまで低下した後に電流値Ｉｃで定電流充電を所定時間行なう。ここでＩｂ値とＩｃ値を同一の値とすることももちろん可能である。この電流値Ｉｃでの定電流充電により、深い充電時の充電不足を抑制し，蓄電池の寿命性能を有効に引き出すことができる。この定電流の後は第３の制御電圧Ｖｃｈ３よりも低い第４の制御電圧Ｖｃｈ４で充電が行われる。
【００１５】
ここで第１の充電制御および第２の充電制御での当初の制御電圧値Ｖｃｈ１と制御電圧Ｖｃｈ３はいずれも同じ値とすることもできる。また、充電時の雰囲気温度による充電受入れ性を考慮して充電開始前に測定した雰囲気温度Ｔａに対してＶｃｈ１値とＶｃｈ３値に負特性を有するよう、制御することが本発明の効果を得る上で好ましい。また第２の制御電圧Ｖｃｈ２と第４の制御電圧Ｖｃｈ４とを同じ値にしてこの部分の充電制御部を第１の充電制御と第２の充電制御とで共有することも可能であり、充電器のコストを低減する意味で非常に有効である。また、第２の制御電圧Ｖｃｈ２と第４の制御電圧Ｖｃｈ４についても雰囲気温度Ｔａに対して負特性を有するよう制御することが好ましい。
【００１６】
【実施例】
<実施例１>
本発明の実施例について説明する。
【００１７】
発明の実施の形態での充電方法を用いて公称電圧２４Ｖ，１０時間率定格容量２８Ａｈの密閉形鉛蓄電池の充放電サイクル寿命試験を行なった。
ここで各種設定値として以下の通りとした。
【００１８】
【００１９】
【００２０】
ここで放電条件としては条件Ａ：放電▲１▼（７Ａ定電流で２．４時間放電（定格容量の６０％放電））で行なうもの（図４中の符号Ａ）と条件Ｂ：放電▲２▼（（７Ａ定電流で２２分（定格容量の１０％放電））で行なうもの（図４中の符号Ｂ）の２種類で行なった。また条件Ｃ：奇数サイクルの放電を放電▲１▼とし、偶数サイクルの放電を放電▲２▼で行なう試験も行なった（図４中の符号Ｃ）。
【００２１】
次に同じ２４Ｖ２８Ａｈの電池について、比較例として条件Ｄ：放電▲１▼による放電を行なった後に発明の実施の形態における充電制御１による充電を単独で行なうもの（図４中の符号Ｄ）と条件Ｅ：放電▲１▼による放電を行なった後に充電制御２による充電を単独で行なうもの（図４中の符号Ｅ）、条件Ｆ：放電▲２▼による放電を行なった後に発明の実施の形態における充電制御１による充電を単独で行なうもの（図４中の符号Ｆ）と条件Ｇ：放電▲２▼による充電を行なった後に充電制御２による充電を単独で行なうもの（図４中の符号Ｇ）の試験を併せて行なった。なお、いずれも充電時間は１２時間とした。また、蓄電池の容量は２０サイクル毎に蓄電池を７Ａで２１Ｖまで完全放電することにより測定した。これらの結果を図４に示す。
【００２２】
図４の結果から本発明の充電方法によれば密閉形鉛蓄電池の放電深度が変化してもこれを検知して常に適切な充電を行なうことができ、密閉形鉛蓄電池の寿命を４５０〜５００サイクルと安定してばらつきなく有効に発揮できることが確認できた。一方、比較例によれば放電深さと充電方法により寿命は大きく影響を受け、１５０〜５００サイクルと非常にばらつきも大きく、安定しなかった。これは機器の使用者の使用形態のばらつきにより短寿命が発生することを示している。
【００２３】
<実施例２>
次に実施例１での２４Ｖ２８Ａｈの密閉形鉛蓄電池について２Ωの定抵抗を２４時間接続した後に２５℃中で１ヵ月間放置することによって過放電した電池を作成し、実施例１における本発明の実施の形態による充電と７Ａ定電流放電（終止電圧２１Ｖ）とを繰り返すサイクルを５回行なった（条件Ｈ，図５中の符号Ｈ）。比較例の条件Ｉとしては前記の同様の過放電した電池を本発明の実施の形態による充電方法から充電制御２を単独で行なう充電と７Ａ定電流放電（終止電圧２１Ｖ）とを繰り返すサイクルを５回行なった（図５中の符号Ｉ）。これらの結果を図５に示す。図５に示した結果から本発明の充電方法によれば１サイクル目から充分な放電容量が得られている一方で、比較例では３サイクル目でようやく本発明での１サイクル目の水準の放電容量が得られた。このように本発明の充電方法によれば蓄電池の過放電状態をも検知して活性充電を行なうことにより比較的少ない回数で充分な回復容量を得ることができる。これは機器の使用者にとって意図しない容量低下を防止することができるので非常に有用である。
【００２４】
【発明の効果】
前記したように本発明の充電方法によれば蓄電池、特に密閉形鉛蓄電池の使用者による放電深度のばらつきが発生してもこれを検知して放電深度に見合った適切な充電が行われ、結果として、密閉形鉛蓄電池の寿命特性を高めることができ、工業上、極めて有効である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態による蓄電池の充電フローを示す図
【図２】本発明の実施の形態による蓄電池の充電フロー中、第１の充電制御による充電パターンを示す図
【図３】本発明の実施の形態による蓄電池の充電フロー中、第２の充電制御による充電パターンを示す図
【図４】本発明の実施の形態による充電方法と比較例の充電方法を用いた場合の密閉形鉛蓄電池のサイクル寿命特性を示す図
【図５】本発明の実施の形態による充電方法と比較例の充電方法を用いた場合の過放電された密閉形鉛蓄電池の容量回復特性を示す図
【発明の属する技術分野】
本発明は蓄電池、特に鉛蓄電池の充電方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
鉛蓄電池の充電方法として様々な充電方法が用いられてきている。充電においては放電電気量に見合った充電電気量が必要であるが、必要以上の電気量で充電を行った場合には過充電となって電池の容量が低下する。鉛蓄電池においては過充電によって特に正極板を構成する正極格子体の酸化腐食や電解液中の水分減少によって劣化が進行する。このような過充電による劣化を抑制するために、従来から充電電圧をある一定の値以下で充電制御を行う定電圧充電方式が用いられている。このような定電圧充電方式は充電制御電圧を負極板から水素ガスが発生する電圧以下とすることにより、充電中における水分減少を抑制することができるとともに、充電末期電流を抑制できるので正極格子体の酸化腐食を抑制できることから、鉛蓄電池の充電方法として広く一般的に用いられてきている。特に密閉形の鉛蓄電池においては電解液への補水ができないことから，殆どこの方式が用いられている。
【０００３】
近年、環境と福祉の観点から電動三輪車、電動車椅子等の電動車両が広く普及し始めている。鉛蓄電池は比較的安価なことから、これらの電動車両に用いる主電源として採用されつつある。このようなサイクル用途に用いられる鉛蓄電池の充電方法としては前記したような定電圧充電方式が用いられるのが一般的であった。
【０００４】
しかしながら、定電圧充電方式を電動車両用途の鉛蓄電池に用いた場合、一部の車両で蓄電池の短寿命が散見されはじめてきている。このような短寿命現象の発生は車両ユーザーの使用形態に深く関連することがわかってきた。特に使用時間が短く、充電時間が長い場合に短寿命となる確率が高いことが判明した。このような場合には充電制御電圧を下げたり、充電時間を短く制限することが考えられるが、このような変更を行なうと、使用時間が長く、充電時間が短い場合には充電電気量が確保されず、早期に短寿命となる。このようにユーザーの使用形態によって、最適な充電方法を選択することが必要である。しかしながら前述したような電動車両は広く一般の消費者に使用されるものであり、自分の使用形態に応じて充電方法を選択することは事実上、不可能であった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は前記したような様々な使用形態においても最適な蓄電池の充電方法を提供することを目的とする。
【０００６】
前記した課題を解決するために本発明の請求項１の発明は、蓄電池の充電方法であって、蓄電池を前充電した後の蓄電池電圧Ｖｂａ１を測定し、この蓄電池電圧Ｖｂａ１が第１の設定電圧Ｖ１より低く、かつ第１の設定電圧Ｖ１よりも低い第２の設定電圧Ｖ２よりも高い場合に、第１の充電制御による充電１を行い、前記蓄電池電圧Ｖｂａ１が第２の設定電圧Ｖ２よりも低く、かつ第２の設定電圧Ｖ２よりも低い第３の設定電圧Ｖ３よりも高い場合に第２の充電制御による充電２を行い、前記蓄電池電圧Ｖｂａ１が第３の設定電圧Ｖ３よりも低い場合に活性充電を行った後に第２の充電制御による充電２を行うとともに、前記充電１において蓄電池を第１の充電電圧Ｖｃｈ１で定電圧充電し、充電電流が所定の値Ｉａまで低下した後に蓄電池を前記第１の充電電圧Ｖｃｈ１よりも低い第２の充電電圧Ｖｃｈ２で定電圧充電するとともに、充電２において蓄電池を第３の充電電圧Ｖｃｈ３で定電圧充電し、充電電流が所定の値Ｉｂまで低下した後に所定の充電電流Ｉｃで定電流充電を所定時間行った後に第３の充電電圧よりも低い第４の充電電圧Ｖｃｈ４で定電圧充電することを特徴とする蓄電池の充電方法を示すものである。本発明の請求項２の発明は、請求項１の構成において、前記活性充電とこれに引き続き蓄電池電圧Ｖｂａ２を測定するサイクルを前記蓄電池電圧Ｖｂａ２が前記第２の設定電圧Ｖ２と前記第３の設定電圧Ｖ３との間の値になるまで所定回数Ｎを限度として繰り返し、前記蓄電池電圧Ｖｂａ２が前記第２の設定電圧Ｖ２と前記第３の設定電圧Ｖ３との間になった場合に蓄電池を前記第２の充電制御による充電２を行うことを特徴とするものである。また、本発明の請求項３の発明は、請求項１もしくは請求項２の構成において、前充電後に測定される蓄電池電圧Ｖｂａ１が第１の設定電圧Ｖ１より高い、もしくは第３の設定電圧Ｖ３より低い第４の設定電圧Ｖ４よりも低い場合に以降の蓄電池の充電操作を休止することを特徴とするものである。さらに、本発明の請求項４の発明は、請求項１、２もしくは３の構成において、蓄電池の前充電に先立ち、蓄電池電圧Ｖｂａ０を測定し、このＶｂａ０値が第５の設定電圧Ｖ５よりも低い場合、前充電時の充電電流ＩｐがＩｍａｘ以下、Ｉｍｉｎ（Ｉｍｉｎ＞０）以上である場合に、前充電後の蓄電池電圧Ｖｂａ１測定を行い、Ｉｐ＞Ｉｍａｘである場合に充電器異常を表示して以降の充電操作を停止し、Ｉｐ＜Ｉｍｉｎである場合に電池異常として以降の充電操作を停止するとともに、前記Ｖｂａ０値が第５の設定電圧Ｖ５以上の場合、前記充電電流Ｉｐ＞Ｉｍａｘで充電器異常を表示して以降の充電操作を停止し、前記充電電流ＩｐがＩｍａｘ以内の場合に前充電後の蓄電池電圧Ｖｂａ１測定を行うことを特徴とするものである。
そして、本発明の請求項５の発明は、蓄電池の充電方法であって、蓄電池を前充電した後の蓄電池電圧Ｖｂａ１を測定し、この蓄電池電圧Ｖｂａ１が第１の設定電圧Ｖ１より低く、かつ第１の設定電圧Ｖ１よりも低い第２の設定電圧Ｖ２よりも高い場合に、第１の充電制御による充電１を行い、前記蓄電池電圧Ｖｂａ１が第２の設定電圧Ｖ２よりも低く、かつ第２の設定電圧Ｖ２よりも低い第３の設定電圧Ｖ３よりも高い場合に第２の充電制御による充電２を行い、前記蓄電池電圧Ｖｂａ１が第３の設定電圧Ｖ３よりも低い場合に活性充電を行った後に第２の充電制御による充電２を行うとともに、蓄電池の前充電に先立ち、蓄電池電圧Ｖｂａ０を測定し、このＶｂａ０値が第５の設定電圧Ｖ５より低い場合、前充電時の充電電流ＩｐがＩｍａｘ以下、Ｉｍｉｎ（Ｉｍｉｎ＞０）以上である場合に、前充電後の蓄電池電圧Ｖｂａ１測定を行い、Ｉｐ＞Ｉｍａｘである場合に充電器異常を表示して以降の充電操作を停止し、Ｉｐ＜Ｉｍｉｎである場合に電池異常として以降の充電操作を停止するとともに、前記Ｖｂａ０値が第５の設定電圧Ｖ５以上の場合、前記充電電流Ｉｐ＞Ｉｍａｘで充電器異常を表示して以降の充電操作を停止し、前記充電電流ＩｐがＩｍａｘ以内の場合に前充電後の蓄電池電圧Ｖｂａ１測定を行うことを特徴とする蓄電池の充電方法を示すものである。そして、本発明の請求項６の発明は、請求項１、２、３、４あるいは５の構成において、蓄電池の雰囲気温度Ｔを測定し、雰囲気温度Ｔに対して前記Ｖｃｈ１、Ｖｃｈ２、Ｖｃｈ３およびＶｃｈ４値が負特性を有することを特徴とするものである。
【０００７】
【発明の実施の形態】
本発明による蓄電池の充電方法を図面を用いて説明する。
【０００８】
図１は本発明による蓄電池の充電方法を示すフロー図である。なお、充電される電池は密閉形鉛蓄電池である。
【０００９】
まず、蓄電池はその開路状態での蓄電池電圧Ｖｂａ０が測定されるとともに、蓄電池周辺の雰囲気温度Ｔａが測定される。この温度測定は例えばサーミスタ等を用いて行われる。この電池電圧Ｖｂａ０が測定された後に前充電が充電電流Ｉｐで所定時間行われる。本発明においてこの時の充電電流Ｉｐが測定されて充電器異常や電池の異常を検出することができる。すなわち、前充電に先立って測定された蓄電池電圧Ｖｂａ０が第５の設定電圧Ｖ５未満、かつ、前充電時の充電電流ＩｐがＩｍａｘより，大きいかＩｍｉｎより小さい場合には以降の充電操作を行わない。これにより特に内部短絡した蓄電池や顕著な過放電によって劣化した蓄電池を検出することができる。また同様に前充電に先立って測定された蓄電池電圧Ｖｂａ０が第５の設定電圧Ｖ５以上の場合には蓄電池自体は正常と判定するが充電電流ＩｐがＩｍａｘより大きくなった場合には充電器異常と判定し以降の充電操作を停止する。
【００１０】
前記した前充電が終了した後、ある時間間隔をおいて開路時の蓄電池電圧Ｖｂａ１が測定される。本発明においてはこの蓄電池電圧Ｖｂａ１の値を持って蓄電池の状態、特に放電状態を判別するものである。ここで蓄電池電圧Ｖｂａ１は前充電からある時間間隔を経た後に測定することが好ましい。例えば蓄電池を充電してその時の充電電圧値をもって放電状態を判別する方法が考えられるが蓄電池が過放電されたり、長期間放置された場合には蓄電池の充電電圧が上昇して逆に充電された状態として判別する恐れがある。また、前充電を行なわずに開路状態の蓄電池電圧だけで判別する方法も考えられる。しかしながら、例えば同じ放電状態の蓄電池でも、その後の保存状態によって蓄電池の開路電圧にばらつきが発生し、結果として放電状態の判定のばらつきが大きくなる。さらにこの現象について説明するならばある放電状態の鉛蓄電池を放置した場合、特に負極活物質の表面は自己放電によって硫酸鉛のごく薄い層によって被覆される。このような層は自己放電量自体は少なく、結果として放置前後の放電状態はそれほど変化しないにもかかわらず、負極の電位自体はアノディックに移行して蓄電池電圧を低下させるためである。このような場合、ただ単に蓄電池の開路電圧で放電状態を判別すると実際の放電状態よりも放電深度が深いと判定することになり、適切な充電ができないことによる。さらに放電直後は電解液の濃度分極により蓄電池電圧は安定しておらず、この安定していない電圧で放電状態を判別すると判別精度を著しく低下させる。本発明は前充電後に間隔を置いて開路状態の蓄電池電圧Ｖｂａ１を測定することにより、判定のバラツキを抑制して正確は放電状態の判定を可能とするものである。この前充電によって微少な自己放電によって生成した硫酸鉛の薄層は還元され、また放電直後の濃度分極の解消が促進され、実際の放電状態を反映した開路状態の蓄電池電圧を得ることができる。
【００１１】
本発明は前充電後の蓄電池電圧Ｖｂａ１の値によって、以降の充電操作を制御するものである。すなわち、蓄電池電圧Ｖｂａ１が第１の設定電圧Ｖ１とこの第１の設定電圧Ｖ１よりも低い第２の設定電圧Ｖ２の間にある場合には蓄電池の放電状態は浅いと判別してそれに適した第１の充電制御による充電１を行なう。蓄電池電圧Ｖｂａ１が第２の設定電圧Ｖ２とこの第２の設定電圧Ｖ２よりも低い第３の設定電圧Ｖ３の間にある場合には蓄電池の放電状態は深いと判別してそれに適した第２の充電制御による充電２を行なう。蓄電池電圧Ｖｂａ１が第３の設定電圧Ｖ３よりもさらに低い場合には蓄電池は過放電等によって充電受け入れ性が低下した状態と判別して活性充電を行なうものである。この活性充電は例えば定電流で短時間行なうことにより過放電によって生じた正極の不働態層や長期放置によって形成された充電受入れ性に劣る粗大化した硫酸鉛をそれぞれ充電して回復させることができる。この活性充電後は放電が深い蓄電池として第２の充電制御による充電２を行なう。また過放電や放置の程度によっては１回の活性充電で回復しない場合があるので活性充電後の開路状態の蓄電池電圧Ｖｂａ２を測定してこの蓄電池電圧Ｖｂａ２が第３の設定電圧Ｖ３以上となるまで活性充電とその後に続く蓄電池電圧Ｖｂａ２測定を所定回数（Ｎ回）を限度として繰り返し行なった後に蓄電池は第２の充電制御による充電２で充電される。活性充電の繰り返し回数が所定回数（Ｎ回）で蓄電池電圧Ｖｂａ２が第３の設定電圧Ｖ３に満たない場合には電池の異常もしくは寿命に到達したと判別して以降の充電操作を停止するものである。充電時の安全をより考慮して前充電後の蓄電池電圧Ｖｂａ１が第１の設定電圧Ｖ１よりも高くなった場合や、蓄電池電圧Ｖｂａ１が第３の設定電圧Ｖ１よりも低い第４の設定電圧Ｖ４よりもさらに低い場合には充電器異常もしくは蓄電池の異常・寿命到達と判定して以降の充電操作を停止させることが望ましい。
【００１２】
次に前記した第１の充電制御による充電１と第２の充電制御による充電２の好ましい実施形態を図２および図３に示す。
【００１３】
図２は第１の充電制御による充電１の充電パターンを示す図である。充電１においては当初第１の制御電圧Ｖｃｈ１によって定電圧充電（初期充電電流：Iｉ（Ａ））が行われる。蓄電池の充電電圧が制御電圧Ｖｃｈ１に到達した後、定電圧制御が行なわれ充電電流は減衰する。充電電流値が所定の値Ｉａまで低下した時点で充電の制御電圧Ｖｃｈ１をこれよりも低いＶｃｈ２に低下させる。これにより浅い放電に続く充電での過充電を防止して蓄電池の寿命低下を抑制することができる。
【００１４】
図３は第２の充電制御による充電２の充電パターンを示す図である。充電２においては当初第３制御電圧Ｖｃｈ３によって定電圧充電（初期充電電流：Iｉ（Ａ））が行われる。この定電圧充電の間，蓄電池の充電電圧は制御電圧Ｖｃｈ３に到達した後，定電圧制御が行なわれ充電電流は減衰する。充電電流が所定の値Ｉｂまで低下した後に電流値Ｉｃで定電流充電を所定時間行なう。ここでＩｂ値とＩｃ値を同一の値とすることももちろん可能である。この電流値Ｉｃでの定電流充電により、深い充電時の充電不足を抑制し，蓄電池の寿命性能を有効に引き出すことができる。この定電流の後は第３の制御電圧Ｖｃｈ３よりも低い第４の制御電圧Ｖｃｈ４で充電が行われる。
【００１５】
ここで第１の充電制御および第２の充電制御での当初の制御電圧値Ｖｃｈ１と制御電圧Ｖｃｈ３はいずれも同じ値とすることもできる。また、充電時の雰囲気温度による充電受入れ性を考慮して充電開始前に測定した雰囲気温度Ｔａに対してＶｃｈ１値とＶｃｈ３値に負特性を有するよう、制御することが本発明の効果を得る上で好ましい。また第２の制御電圧Ｖｃｈ２と第４の制御電圧Ｖｃｈ４とを同じ値にしてこの部分の充電制御部を第１の充電制御と第２の充電制御とで共有することも可能であり、充電器のコストを低減する意味で非常に有効である。また、第２の制御電圧Ｖｃｈ２と第４の制御電圧Ｖｃｈ４についても雰囲気温度Ｔａに対して負特性を有するよう制御することが好ましい。
【００１６】
【実施例】
<実施例１>
本発明の実施例について説明する。
【００１７】
発明の実施の形態での充電方法を用いて公称電圧２４Ｖ，１０時間率定格容量２８Ａｈの密閉形鉛蓄電池の充放電サイクル寿命試験を行なった。
ここで各種設定値として以下の通りとした。
【００１８】
ここで放電条件としては条件Ａ：放電▲１▼（７Ａ定電流で２．４時間放電（定格容量の６０％放電））で行なうもの（図４中の符号Ａ）と条件Ｂ：放電▲２▼（（７Ａ定電流で２２分（定格容量の１０％放電））で行なうもの（図４中の符号Ｂ）の２種類で行なった。また条件Ｃ：奇数サイクルの放電を放電▲１▼とし、偶数サイクルの放電を放電▲２▼で行なう試験も行なった（図４中の符号Ｃ）。
【００２１】
次に同じ２４Ｖ２８Ａｈの電池について、比較例として条件Ｄ：放電▲１▼による放電を行なった後に発明の実施の形態における充電制御１による充電を単独で行なうもの（図４中の符号Ｄ）と条件Ｅ：放電▲１▼による放電を行なった後に充電制御２による充電を単独で行なうもの（図４中の符号Ｅ）、条件Ｆ：放電▲２▼による放電を行なった後に発明の実施の形態における充電制御１による充電を単独で行なうもの（図４中の符号Ｆ）と条件Ｇ：放電▲２▼による充電を行なった後に充電制御２による充電を単独で行なうもの（図４中の符号Ｇ）の試験を併せて行なった。なお、いずれも充電時間は１２時間とした。また、蓄電池の容量は２０サイクル毎に蓄電池を７Ａで２１Ｖまで完全放電することにより測定した。これらの結果を図４に示す。
【００２２】
図４の結果から本発明の充電方法によれば密閉形鉛蓄電池の放電深度が変化してもこれを検知して常に適切な充電を行なうことができ、密閉形鉛蓄電池の寿命を４５０〜５００サイクルと安定してばらつきなく有効に発揮できることが確認できた。一方、比較例によれば放電深さと充電方法により寿命は大きく影響を受け、１５０〜５００サイクルと非常にばらつきも大きく、安定しなかった。これは機器の使用者の使用形態のばらつきにより短寿命が発生することを示している。
【００２３】
<実施例２>
次に実施例１での２４Ｖ２８Ａｈの密閉形鉛蓄電池について２Ωの定抵抗を２４時間接続した後に２５℃中で１ヵ月間放置することによって過放電した電池を作成し、実施例１における本発明の実施の形態による充電と７Ａ定電流放電（終止電圧２１Ｖ）とを繰り返すサイクルを５回行なった（条件Ｈ，図５中の符号Ｈ）。比較例の条件Ｉとしては前記の同様の過放電した電池を本発明の実施の形態による充電方法から充電制御２を単独で行なう充電と７Ａ定電流放電（終止電圧２１Ｖ）とを繰り返すサイクルを５回行なった（図５中の符号Ｉ）。これらの結果を図５に示す。図５に示した結果から本発明の充電方法によれば１サイクル目から充分な放電容量が得られている一方で、比較例では３サイクル目でようやく本発明での１サイクル目の水準の放電容量が得られた。このように本発明の充電方法によれば蓄電池の過放電状態をも検知して活性充電を行なうことにより比較的少ない回数で充分な回復容量を得ることができる。これは機器の使用者にとって意図しない容量低下を防止することができるので非常に有用である。
【００２４】
【発明の効果】
前記したように本発明の充電方法によれば蓄電池、特に密閉形鉛蓄電池の使用者による放電深度のばらつきが発生してもこれを検知して放電深度に見合った適切な充電が行われ、結果として、密閉形鉛蓄電池の寿命特性を高めることができ、工業上、極めて有効である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態による蓄電池の充電フローを示す図
【図２】本発明の実施の形態による蓄電池の充電フロー中、第１の充電制御による充電パターンを示す図
【図３】本発明の実施の形態による蓄電池の充電フロー中、第２の充電制御による充電パターンを示す図
【図４】本発明の実施の形態による充電方法と比較例の充電方法を用いた場合の密閉形鉛蓄電池のサイクル寿命特性を示す図
【図５】本発明の実施の形態による充電方法と比較例の充電方法を用いた場合の過放電された密閉形鉛蓄電池の容量回復特性を示す図
Claims (6)
- 蓄電池の充電方法であって、蓄電池を前充電した後の蓄電池電圧Ｖｂａ１を測定し、この蓄電池電圧Ｖｂａ１が第１の設定電圧Ｖ１より低く、かつ第１の設定電圧Ｖ１よりも低い第２の設定電圧Ｖ２よりも高い場合に、第１の充電制御による充電１を行い、前記蓄電池電圧Ｖｂａ１が第２の設定電圧Ｖ２よりも低く、かつ第２の設定電圧Ｖ２よりも低い第３の設定電圧Ｖ３よりも高い場合に第２の充電制御による充電２を行い、前記蓄電池電圧Ｖｂａ１が第３の設定電圧Ｖ３よりも低い場合に活性充電を行った後に第２の充電制御による充電２を行うとともに、前記充電１において蓄電池を第１の充電電圧Ｖｃｈ１で定電圧充電し、充電電流が所定の値Ｉａまで低下した後に蓄電池を前記第１の充電電圧Ｖｃｈ１よりも低い第２の充電電圧Ｖｃｈ２で定電圧充電するとともに、充電２において蓄電池を第３の充電電圧Ｖｃｈ３で定電圧充電し、充電電流が所定の値Ｉｂまで低下した後に所定の充電電流Ｉｃで定電流充電を所定時間行った後に第３の充電電圧よりも低い第４の充電電圧Ｖｃｈ４で定電圧充電することを特徴とする蓄電池の充電方法。
- 前記活性充電とこれに引き続き蓄電池電圧Ｖｂａ２を測定するサイクルを前記蓄電池電圧Ｖｂａ２が前記第２の設定電圧Ｖ２と前記第３の設定電圧Ｖ３との間の値になるまで所定回数Ｎを限度として繰り返し、前記蓄電池電圧Ｖｂａ２が前記第２の設定電圧Ｖ２と前記第３の設定電圧Ｖ３との間になった場合に蓄電池を前記第２の充電制御による充電２を行うことを特徴とする請求項１に記載の蓄電池の充電方法。
- 前充電後に測定される蓄電池電圧Ｖｂａ１が第１の設定電圧Ｖ１より高い、もしくは第３の設定電圧Ｖ３より低い第４の設定電圧Ｖ４よりも低い場合に以降の蓄電池の充電操作を休止することを特徴とする請求項１もしくは２に記載の蓄電池の充電方法。
- 蓄電池の前充電に先立ち、蓄電池電圧Ｖｂａ０を測定し、このＶｂａ０値が第５の設定電圧Ｖ５よりも低い場合、前充電時の充電電流ＩｐがＩｍａｘ以下、Ｉｍｉｎ（Ｉｍｉｎ＞０）以上である場合に、前充電後の蓄電池電圧Ｖｂａ１測定を行い、Ｉｐ＞Ｉｍａｘである場合に充電器異常を表示して以降の充電操作を停止し、Ｉｐ＜Ｉｍｉｎである場合に電池異常として以降の充電操作を停止するとともに、前記Ｖｂａ０値が第５の設定電圧Ｖ５以上の場合、前記充電電流Ｉｐ＞Ｉｍａｘで充電器異常を表示して以降の充電操作を停止し、前記充電電流ＩｐがＩｍａｘ以内の場合に前充電後の蓄電池電圧Ｖｂａ１測定を行うことを特徴とする請求項１、２あるいは３に記載の蓄電池の充電方法。
- 蓄電池の充電方法であって、蓄電池を前充電した後の蓄電池電圧Ｖｂａ１を測定し、この蓄電池電圧Ｖｂａ１が第１の設定電圧Ｖ１より低く、かつ第１の設定電圧Ｖ１よりも低い第２の設定電圧Ｖ２よりも高い場合に、第１の充電制御による充電１を行い、前記蓄電池電圧Ｖｂａ１が第２の設定電圧Ｖ２よりも低く、かつ第２の設定電圧Ｖ２よりも低い第３の設定電圧Ｖ３よりも高い場合に第２の充電制御による充電２を行い、前記蓄電池電圧Ｖｂａ１が第３の設定電圧Ｖ３よりも低い場合に活性充電を行った後に第２の充電制御による充電２を行うとともに、蓄電池の前充電に先立ち、蓄電池電圧Ｖｂａ０を測定し、このＶｂａ０値が第５の設定電圧Ｖ５より低い場合、前充電時の充電電流ＩｐがＩｍａｘ以下、Ｉｍｉｎ（Ｉｍｉｎ＞０）以上である場合に、前充電後の蓄電池電圧Ｖｂａ１測定を行い、Ｉｐ＞Ｉｍａｘである場合に充電器異常を表示して以降の充電操作を停止し、Ｉｐ＜Ｉｍｉｎである場合に電池異常として以降の充電操作を停止するとともに、前記Ｖｂａ０値が第５の設定電圧Ｖ５以上の場合、前記充電電流Ｉｐ＞Ｉｍａｘで充電器異常を表示して以降の充電操作を停止し、前記充電電流ＩｐがＩｍａｘ以内の場合に前充電後の蓄電池電圧Ｖｂａ１測定を行うことを特徴とする蓄電池の充電方法。
- 蓄電池の雰囲気温度Ｔを測定し、雰囲気温度Ｔに対して前記Ｖｃｈ１、Ｖｃｈ２、Ｖｃｈ３およびＶｃｈ４値が負特性を有することを特徴とする請求項１、２、３、４もしくは５に記載の蓄電池の充電方法。
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