JP3723795B2

JP3723795B2 - 鉛蓄電池の再生処理方法

Info

Publication number: JP3723795B2
Application number: JP2002295372A
Authority: JP
Inventors: 武次西田
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2002-10-08
Filing date: 2002-10-08
Publication date: 2005-12-07
Anticipated expiration: 2022-10-08
Also published as: JP2004134139A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、性能が劣化した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。
【０００２】
【従来の技術】
鉛蓄電池に代表される蓄電池は、長期間の使用により、または長期間の放置により、性能が劣化して再充電が不能となり、再使用不能となる。
【０００３】
蓄電池の劣化は、内部抵抗が高くなり、電解液の比重が低くなり、充電不能となり、放電容量の回復が不能となるなどの外部現象として顕在化する。一方、鉛蓄電池の劣化は、蓄電池の電極、殊に負極の表面にＰb ＳＯ₄ の大結晶が析出して成長し、電極の電気化学的な活性が失われることに起因しており、この現象は、サルフェーションとして知られている。
【０００４】
そこで、出願人は、劣化した蓄電池に適当なデューティの直流パルス電流（０Ｖから所定の波高値まで立ち上がるパルス波形の電流をいう、以下同じ）を通電し、蓄電池を電気的に再生する方法を先きに提案した（特開２００１−１１８６１１号公報）。なお、この方法は、直流パルス電流を通電することにより、電極表面のＰb ＳＯ₄ が分子分解されるとの知見に基づいている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
かかる従来技術によるときは、蓄電池に直流パルス電流を通電するだけであるため、再生処理に要する時間が過大であり、再生効率がよくないという問題があった。
【０００６】
そこで、この発明の目的は、かかる従来技術の問題に鑑み、ベース電流とパルス電流とを重畳して充電電流とすることによって、劣化した蓄電池を電気的に一層速やかに再生処理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。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
かかる目的を達成するためのこの発明の構成は、劣化した蓄電池を再生処理するに際し、０．５〜１分の休止期間を挟み、ベース電流と、パルス周波数１〜５kHz の方形波のパルス電流とを重畳して充電電流とする５〜１０分の充電期間を周期的に繰り返すことをその要旨とする。
【０００８】
なお、蓄電池の劣化の程度を事前に判定し、少なくとも充電期間の繰返し回数を劣化に応じて設定することができる。
【０００９】
また、充電期間の所定の繰返し回数ごとに放電期間を設けることができ、充電期間の経過により再生処理を終了することができる。
【００１０】
【作用】
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、単に直流パルス電流を通電する場合に比して、蓄電池の再生処理時間を顕著に短縮することができる。たとえば鉛蓄電池では、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蓄電池を充電することができるからである。なお、蓄電池の再生は、端子電圧の上昇、内部抵抗の低下、電解液の比重の上昇の他、ＣＣＡ（ＣｏｌｄＣｒａｎｋｉｎｇＡｍｐｅｒａｇｅ、冷間クランク電流）の上昇によって評価することができる。ただし、ＣＣＡとは、０°Ｆ（−１７．８℃）において、端子電圧が特定のカットオフ電圧未満に低下することなく３０秒間通電し得る最大放電電流として定義され、カットオフ電圧は、たとえば定格電圧１２Ｖの蓄電池に対し、１０．５Ｖに設定される。
【００１１】
なお、パルス電流は、ベース電流の２〜１０倍程度の波高値に定めるものとし、パルス周波数１〜５kHz 、デューティ２５％程度に設定するのがよいが、これらのパラメータは、蓄電池の種別、容量などにより、実験的に最適値を定めるものとする。また、１回当りの充電期間、休止期間は、それぞれ５〜１０分程度、０．５〜１分程度に設定するのがよく、再生処理に要する充電期間、休止期間の所要繰返し回数は、１００〜３００回のオーダである。
【００１２】
たとえば自動車用の蓄電池のように、劣化の程度が極端に異なるものが混在するときは、劣化の程度を事前に判定し、充電期間の繰返し回数を含む再生処理のパラメータを劣化に応じて最適に設定することができる。事前判定は、たとえば５Ａ３０分程度の定電流充電後の内部抵抗により、内部抵抗１００ｍΩ以下、１００ｍΩ超過のものをそれぞれ低劣化品、高劣化品と判定することができる。ただし、たとえば定格電圧１２Ｖの蓄電池であって、定電流充電後の端子電圧１０Ｖ未満のものは、再生不能として廃棄する。
【００１３】
充電期間の所定の繰返し回数ごとに放電期間を設けることにより、再生処理に要する時間を一層短縮することができる。なお、放電電流は、充電電流の波高値と同等、またはそれ以上の定電流に設定し、放電期間は、１回当り３〜４分程度として、１００〜３００回のオーダの充電期間の繰返し中に１０回程度をほぼ均等に分散させて挟み込むものとする。
【００１４】
なお、再生処理は、放電期間の経過でなく、充電期間の経過により終了させることにより、その後の充電処理に要する時間を短くすることができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、図面を以って発明の実施の形態を説明する。
【００１６】
鉛蓄電池の再生処理方法は、マイクロコンピュータ１１、直流電源１２と、スイッチング素子ＳＷ1 、ＳＷ2 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）。
【００１７】
直流電源１２の出力は、スイッチング素子ＳＷ1 、ＳＷ2 を介して接地されており、スイッチング素子ＳＷ1 、ＳＷ2 には、マイクロコンピュータ１１からの制御信号Ｓ1 、Ｓ2 が個別に入力されている。また、スイッチング素子ＳＷ1 、ＳＷ2 の接続点には、電流制限用の抵抗Ｒを介し、再生処理の対象となる蓄電池Ｂを接続するものとし、蓄電池Ｂの端子電圧Ｖt は、マイクロコンピュータ１１にフィードバックされている。なお、スイッチング素子ＳＷ1 、ＳＷ2 は、それぞれ制御信号Ｓ1 、Ｓ2 に従って直流電流を通電遮断し得るものとし、図示のトランジスタの他、ＦＥＴ、ＧＴＯ、双方向サイリスタなどの任意の半導体スイッチング素子が使用可能である。
【００１８】
マイクロコンピュータ１１は、制御信号Ｓ1 、Ｓ2 を介してスイッチング素子ＳＷ1 、ＳＷ2 を開閉制御することにより、抵抗Ｒを介し、蓄電池Ｂを任意に充電し、放電させることができる。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蓄電池Ｂを再生処理することができる。
【００１９】
プログラムは、まず、充電電流Ｉc により、最初の充電期間Ｔ1 だけ蓄電池Ｂを充電する（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Ｉb と、方形波のパルス電流Ｉp とを重畳させるものとし（図３）、ベース電流Ｉb 、パルス電流Ｉp 、充電期間Ｔ1 は、蓄電池Ｂの種別、容量などにより、マイクロコンピュータ１１にあらかじめ設定されている。そこで、プログラムは、所定の充電期間Ｔ1 が経過すると（２）、充電電流Ｉc ＝０として充電を休止し（３）、充電期間Ｔ1 、休止期間Ｔ2 の繰返し回数Ｎが達成されているか否かをチェックする（４）。なお、休止期間Ｔ2 、繰返し回数Ｎも、あらかじめマイクロコンピュータ１１に設定されている。
【００２０】
プログラムは、繰返し回数Ｎが達成されていないと（４）、休止期間Ｔ2 の経過を待った上（４）、繰返し回数Ｎだけ同様の動作を繰り返し（（４）、（５）、（１）〜（４）、図３）、繰返し回数Ｎの達成により（４）、再生処理を完了する。なお、マイクロコンピュータ１１は、たとえば休止期間Ｔ2 の開始から一定時間後に蓄電池Ｂの端子電圧Ｖt を読み取って表示し、充電期間Ｔ1 の経過により再生処理を終了する。
【００２１】
定格電圧６Ｖのバイク用の蓄電池Ｂの再生処理データの一例を図４に示す。ただし、図４の横軸は、再生処理時間ｔ（分）であり、縦軸は、蓄電池ＢのＣＣＡ（Ａ）、内部抵抗Ｒi （ｍΩ）、端子電圧Ｖt （Ｖ）、電解液の比重ρである。再生処理の初期において内部抵抗Ｒi 、端子電圧Ｖt が短期間内に急激に回復するため、全体の再生処理に要する時間が短くて済む。なお、このようにして再生処理した蓄電池Ｂは、正規の充電処理を施すことにより、有効に再使用することができる。
【００２２】
【他の実施の形態】
再生処理に先き立って、蓄電池Ｂの劣化の程度を事前判定することができる（図５）。
【００２３】
すなわち、蓄電池Ｂを所定の時間だけ定電流充電し（図５のプログラムステップ（１）、（２）、以下、単に（（１）、（２））のように記す）、端子電圧Ｖt をチェックする（３）。たとえば定格電圧１２Ｖの蓄電池Ｂで端子電圧Ｖt ＜１０Ｖのものは、再生不能として廃棄し（（３）、（４））、端子電圧Ｖt ≧１０Ｖのものは、さらに内部抵抗Ｒi をチェックし（５）、たとえば内部抵抗Ｒi ≦１００ｍΩであるか否かにより、低劣化品、高劣化品に分類する（（６）、（７））。蓄電池Ｂの劣化の程度により、充電電流Ｉc ＝Ｉb ＋Ｉp や、充電期間Ｔ1 と、その繰返し回数Ｎなどを最適に変更設定することができる。なお、このとき、少なくとも充電期間Ｔ1 の繰返し回数Ｎを劣化に応じて設定することが好ましい。
【００２４】
図２の再生処理用のプログラムは、プログラムステップ（５）につづけて、図６のプログラムフローチャートに従って放電期間を設けることができる。
【００２５】
図６において、プログラムは、充電期間Ｔ1 後の休止期間Ｔ2 が経過すると（図６のプログラムステップ（５）、以下、単に（５）のように記す）、充電期間Ｔ1 が所定回数ｎ＜Ｎだけ繰り返された場合であれば（６）、所定の放電期間だけ蓄電池Ｂを強制的に放電させた上（（７）〜（９））、０．５〜２分程度の適当な休止期間を待って（１０）、図２のプログラムステップ（１）に戻る。すなわち、放電期間は、充電期間Ｔ1 の所定の繰返し回数ｎごとに１回宛挟み込むものとし、３〜４分程度の定電流放電を実行するものとする。なお、この場合にも、再生処理は、充電期間Ｔ1 の経過によって終了する（図２のプログラムステップ（４））。ただし、放電期間は、定電流放電に代えて、直流パルス電流放電としてもよい。
【００２６】
放電期間を設けることの効果の一例を図７に示す。ただし、図７の横軸、縦軸は、それぞれ再生処理時間ｔ（時）、ＣＣＡ（Ａ）であり、同図の曲線（１）、（２）は、それぞれ放電期間なし、放電期間ありに対応している。放電期間を設けることにより、ＣＣＡ（Ａ）の回復速度を数倍に向上させることができる。
【００２７】
以上の蓄電池Ｂの再生処理に適用するパラメータの設定例を図８に一括して示す。ただし、図８において、自動車用は、バイクなどの小形車両用を含み、産業用は、たとえばフォークリフト用や電動車用などの電源用のように、電池容量のほぼ全部を周期的に放電させて使用するものを指し、非常用は、非常用電源として常時フローティング充電される据置形のものを指す。また、劣化の程度は、図５のプログラムに従って判定された低劣化品、高劣化品の別を示し、放電回数は、充電期間Ｔ1 の繰返し回数Ｎ内にほぼ均等に分散して挟み込む図６の放電期間の挟込み回数を示している。
【００２８】
なお、この発明において、蓄電池Ｂは、鉛蓄電池の他、Ｎi −Ｃd 電池、アルカリ電池などの各種の二次電池を含むものとし、この発明は、これらの二次電池の再生処理に広く適用可能である。
【００２９】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によれば、ベース電流とパルス電流とを重畳して充電電流とする充電期間を周期的に繰り返すことによって、電極の電気化学的な活性を速やかに回復させることができるから、劣化した蓄電池を一層速やかに再生処理し、再生処理時間の短縮を図ることができるという優れた効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】再生処理装置のブロック系統図
【図２】プログラムフローチャート（１）
【図３】動作説明線図
【図４】実験データを示す線図（１）
【図５】プログラムフローチャート（２）
【図６】プログラムフローチャート（３）
【図７】実験データを示す線図（２）
【図８】パラメータ設定図表
【符号の説明】
Ｂ…蓄電池
Ｔ1 …充電期間
Ｔ2 …休止期間
Ｉb …ベース電流
Ｉp …パルス電流
Ｉc …充電電流
Ｎ…繰返し回数

Claims

劣化した蓄電池を再生処理するに際し、０．５〜１分の休止期間を挟み、ベース電流と、パルス周波数１〜５ kHz の方形波のパルス電流とを重畳して充電電流とする５〜１０分の充電期間を周期的に繰り返すことを特徴とする鉛蓄電池の再生処理方法。
蓄電池の劣化の程度を事前に判定し、少なくとも充電期間の繰返し回数を劣化に応じて設定す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。
充電期間の所定の繰返し回数ごとに放電期間を設け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。
充電期間の経過により再生処理を終了することを特徴とする請求項３記載の鉛蓄電池の再生処理方法。