JP4538660B2 - 電池充電方法 - Google Patents

Description

本発明は、第１の期間中の第１の振幅と、第２の期間中の、第１の振幅とは異なる第２の振幅とを交互に取る矩形電流パルスによって電池を充電するための方法に関する。この方法は、各第１の期間中の電圧の連続する測定からの、時間に対する電池の端子での電圧の変化を表す第１のスロープ値の決定を含む。

従来、電池を充電すること、および再充電することは、充電調整器の制御の下で行われている。現在使用されている電池充電を管理する様々な方法は、電池端子での電圧の測定、または電池充電電流の測定に基づいている。

第１の既知の管理モードは、電圧が高いしきい値に達する時に充電を中断し、電圧が再接続電圧しきい値に達する時に充電を再開することに基づく接続／切断（Ｏｎ／Ｏｆｆ）タイプのものである。実施するのが簡単であるこの管理モードでは、電圧しきい値がしばしば不正確に調節され、電池を十分に充電するのが難しい。

別の既知の管理モードは、電池電圧を一定に保つことにあり、これは、場合により充電電流のパルス幅変調（ＰＷＭ）を使用して、必要とされる電圧に達する時に電流値が低減されることを可能とする。しかし、大きな電力損失が必要とされ、電池しきい値がしばしば不正確に調節される。

電圧測定に基づく上述の２つの管理モードは、様々な電池技術および電池が使用されることになる様々な用途を考慮するようには最適化されない。

電流測定に基づく管理モードは、電池に入力される、かつ電池から出力されるアンペア時間の計数を使用する。この管理モードは、特に液体電解質を用いた開放型鉛蓄電池の場合、時間的に不正確であり、かつ脱気を正しく考慮しないので、かなりまれにしか使用されない。

特に電池装備電気自動車のために開発された別の管理モードは、パルス充電電流を使用する。これは、特に、電池の再充電時間が短縮されることを可能にするが、電流パラメータはしばしば不正確に調節される。

米国特許第６１５４０１１号明細書は、受入れ可能な加水分解レベルを維持するように、平均過電圧に従って電圧の平均充電電流を修正することを提案している。平均電流充電手段は、電流パルスの振幅を低減することによって、２つの電流パルスの間の間隔（ＯＦＦ時間）を増大することによって、かつ／または充電電流パルスの持続時間（ＯＮ時間）を短縮することによって適応されてもよい。

米国特許第５４１２３０６号明細書は、時間に対する電圧スロープがある値（例えば２．５ｖ／ｓ）に達した後にゼロに達する時にステップダウン・パルスを構成するように、電流パルスの振幅を所定の係数で減少すること、例えば振幅を２で割ることを提案している。それゆえ、電池の充電の終了は、パルス電流によっては行われず、低減する振幅ステップをそれぞれ有する一連のステップダウン・パルスによって行われる。

欧州特許出願公開第１３４１２８６号明細書は、ブースト充電段階と、等化充電段階と、保守充電段階とを含む電池充電方法を記載している。ブースト充電段階は、電圧が反対符号の２つの変曲点を表す時に完了される。等化および保守充電段階中、充電電流はパルス電流であってもよい。

米国特許第５７１０５０６号明細書による電池充電方法では、電池端子での電圧または電圧勾配がしきい値を超える時に充電が完了される。保守段階中、電圧が降下して電圧しきい値未満に戻るまで電流がゼロであってもよく、電圧または電圧勾配が所定のしきい値に達するまで所定の最大値を取ってもよい。

様々な既知のパルス電流充電方法は、市販されている様々なタイプの電池に関して最適化されていない。

本発明の目的は、既知の充電方法の欠点を克服することであり、より詳細には、任意のタイプの電池の、かつ任意のタイプの用途のためのパルス電流充電パラメータの組が決定されることを可能とすることである。

本発明によれば、この目的は、添付の特許請求の範囲による充電方法によって克服され、より詳細には、第１の振幅および第１の期間の持続時間が前もって決定されるという事実によって克服され、上記方法は、各第１の期間の最後に計算されて第１の所定の範囲と比較される前記第１のスロープ値の関数としての、後の第１の期間中の電流パラメータの少なくとも１つのサーボ制御を含み、第１の電流振幅および／または第１の期間の持続時間は、第１のスロープ値が第１の範囲の外に進む場合に修正される。

他の利点および特徴は、非限定的な例としてのみ与えられて添付図面に表される本発明の特定の実施形態の以下の説明からより明確に明らかになろう。

図１で、電池の充電電流Ｉは、時間Ａまでの一定振幅の電流の印加後、時間ＡとＢとの間でパルス電流である。しかし、電池内部の結晶成長に関する発芽部位（ｇｅｒｍｉｎａｔｉｏｎ ｓｉｔｅｓ）の数を高めるために、充電または再充電のまさしくその初めからパルス電流が電池に印加されることが好ましい。

従来、パルス電流は、第１の期間ｔ１中の第１の振幅Ｉ１と、第２の期間ｔ２中の、第１の振幅よりも低い第２の振幅Ｉ２とを交互に取る矩形電流パルスによって構成されている。

図２に例示されるように、充電されるべき電池の端子で測定される電圧Ｕのスロープの第１の値Ｐ１が、少なくとも第１の期間ｔ１の最後に計算される。第１の期間中の電流パラメータ（Ｉ１、ｔ１）の少なくとも１つが、第１の計算されたスロープ値Ｐ１の関数として自動的にサーボ制御される。同様に、充電されるべき電池の端子で測定される電圧Ｕのスロープの第２の値Ｐ２が、少なくとも第２の期間ｔ２の最後に計算される。第２の期間中の電流パラメータ（Ｉ２、ｔ２）の少なくとも１つが、第２の計算されたスロープ値Ｐ２の関数として自動的にサーボ制御される。

それゆえ、パルス充電電流の様々なパラメータが、電池端子で測定される電圧ＵのスロープＰの関数として連続的にサーボ制御される。図２で、それぞれ第１および第２の期間（ｔ１、ｔ２）の最後での、時間に対する電圧Ｕの変化を表す第１および第２のスロープ値Ｐ１およびＰ２の絶対値は、１ｍＶ／ｓ〜６ｍＶ／ｓの間に含まれる。そのとき、こうして得られる時間に渡る電圧Ｕの進展は最適である。

他方で、本発明によるサーボ制御が無いと、図３および４におけるように、第１の期間ｔ１の持続時間は不適切であり、それぞれ長すぎる、および短すぎるものであり、第１の期間の最後での第１のスロープ値Ｐ１は、それぞれ１ｍＶ／ｓ未満である、および６ｍＶ／ｓよりも大きい。同様に、図５および６で、第２の期間ｔ２の持続時間は不適切であり、それぞれ短すぎる、または長すぎるものであり、第２の期間の最後での第２のスロープ値Ｐ２の絶対値は、それぞれ６ｍＶ／ｓよりも大きい、および１ｍＶ／ｓ未満である。

本発明に従って電圧スロープの関数としてサーボ制御されたパルス電流を用いて電池を充電することは、電池のタイプおよびこの電池の適用分野に従って充電が最適化されることを可能とする。そのとき、充電は最短時間で行われ、それと共に水溶液電解質電池に関する加水分解効率を調整して、電池の容量および寿命を高める。

図７〜１０は、本発明による方法の第１の実施形態の流れ図の一例を例示し、これは、任意の既知のタイプの充電調整器によって実施されてもよい。

図７に例示されるように、より詳細には図８に例示される第１のステップＦ１で、充電されるべき電池の技術的な特性およびこの電池が意図される適用分野に従って充電パラメータが初期化され、これらのパラメータが、電池の動作条件を決定する。例えば、太陽光発電設備で使用される弁式鉛蓄電池（ＶＲＬＡ）は、太陽光発電パネルによって生成されるエネルギーに直接依存する第１および第２の値Ｉ１およびＩ２を有するパルス電流によって充電されることになる。電池の端子での電圧Ｕは、大きな加水分解によって引き起こされやすい損傷を制限するために、電気化学セル当たり平均で約２．４Ｖ〜２．４５Ｖのしきい値を超えないように制限されなければならなくなる。好ましい実施形態では、振幅Ｉ２はゼロであってもよい。

図７で、初期化ステップＦ１の後、充電調整器は、第１のスロープ値Ｐ１が好ましくは１ｍＶ／ｓ〜６ｍＶ／ｓの間に含まれる第１の範囲の外にある限り、第１の振幅Ｉ１を有する電流を用いて電池を充電するステップＦ２に進む。振幅Ｉ１の電流パルスによる電池の充電は、電池の端子での電池ＵのスロープＰ１が対応する範囲に入る時に中断される。それゆえ、第１の期間ｔ１の持続時間は、第１のスロープ値Ｐ１の関数としてサーボ制御される。

第１のスロープ値Ｐ１が対応する範囲に入ることによって第１の期間が中断されるとき、調整器は、ステップＦ３で、第２のスロープ値Ｐ２が、好ましくは第１の範囲と同一の、すなわち絶対値で１ｍＶ／ｓ〜６ｍＶ／ｓの間に含まれる第２の範囲の外にある限り、第１の振幅Ｉ１よりも低い第２の振幅Ｉ２を有する電流を用いて電池の充電を制御する。その後、振幅Ｉ２の電流パルスによる電池の充電は、スロープＰ２が対応する範囲に入る時に中断され、それゆえ、第２のスロープ値Ｐ２の関数として第２の期間ｔ２の持続時間をサーボ制御する。

ステップＦ３の後、調整器は、ステップＦ４（停止する？）で、電池が十分に充電されているかどうか、すなわち充電が中断されるべきか否かを調べる。充電を停止することに対応する決定基準は、電池を充電するときに従来使用されている任意の基準によって構成されてもよい。この基準が満たされる場合（Ｆ４のＹｅｓ出力）、調整器は、充電ステップの終了Ｆ５に進む。そうでない場合（Ｆ４のＮｏ出力）、調整器は、ステップＦ２の入力にループして戻り、第１および第２のスロープ値Ｐ１およびＰ２の関数としてそれぞれサーボ制御される第１および第２の期間ｔ１およびｔ２中の第１および第２の振幅Ｉ１およびＩ２を交互に取るパルスによって電池を充電し続ける。

ステップＦ１〜Ｆ３の実施形態が、それぞれ図８〜１０でより詳細に例示される。

図８に表されるように、初期化ステップＦ１は、最初に、ステップＦ６において、充電されるべき電池のタイプおよびこの電池が意図される用途に応じた、充電電流の第１および第２の振幅Ｉ１およびＩ２の決定を含む。図７〜１０による実施形態では、振幅Ｉ１およびＩ２は充電を通じて変わらず、電圧ＵのスロープＰの関数としてサーボ制御されるパラメータは、第１および第２の期間ｔ１およびｔ２である。ステップＦ６の後に、電圧Ｕ（ｔ）の値が初めにゼロに設定されるステップＦ７が続く。

次いで、ステップＦ２は、図９に表されるように、ステップＦ８で始まることができ、ステップＦ８で、調整器は、充電電流の振幅Ｉを（ステップＦ６中に前もって決定された）値Ｉ１に設定し（Ｉ＝Ｉ１）、前に記録された電圧の値を記憶する（すなわち、Ｕ（ｔ−Δｔ）＝Ｕ（ｔ））。次いで、ステップＦ１０で第１のスロープ値Ｐ１が計算される前に、ステップＦ９で電圧Ｕ（ｔ）の新たな測定値が記録される。次いで、計算された第１のスロープ値Ｐ１が、ステップＦ１１で第１の範囲と比較される。図９で、例えば、調整器は、第１のスロープ値Ｐ１が１ｍＶ／ｓ〜６ｍＶ／ｓの間に含まれるかどうかを調べる。これが当てはまらない場合（Ｆ１１のＮｏ出力）、調整器はステップＦ８にループして戻る。したがって、調整器は、変わっていない振幅Ｉ１の電流を電池に印加し続け、Ｐ１の新たな値を計算する前に、前に測定された電圧値を記憶する。第１のスロープ値Ｐ１が第１の範囲の外にある限り、一連のステップＦ８〜Ｆ１１が繰り返され、この第１の期間を通じて、電圧Ｕ（ｔ）の連続する測定が所定の時間間隔Δｔで行われる。これらの時間間隔Δｔは、好ましくは、第１の期間ｔ１よりもずっと短い持続時間を有する。次いで、測定された電圧の２つの連続する値の差と、これら２つの測定間で経過した時間Δｔとの比の絶対値を取ることによって、第１のスロープ値が計算されることができる。すなわち、
Ｐ１＝｜（Ｕ（ｔ）−Ｕ（ｔ−Δｔ））／Δｔ｜
ステップＦ１１で、調整器が、第１のスロープ値Ｐ１が第１の範囲に入っていることを確認するとき（Ｆ１１のＹｅｓ出力）、ステップＦ２が停止され、次いで調整器はステップＦ３に進む。図１０に表されるように、ステップＦ３は、ステップＦ２と同様に、ステップＦ１２によって始まることができ、ステップＦ１２で、充電電流の振幅Ｉが、（ステップＦ６中に前もって決定された）値Ｉ２に設定され、前に記録された電圧の値が記憶される。次いで、ステップＦ９と同様のステップＦ１３で電圧Ｕ（ｔ）の新たな値が測定されて記憶されて、その後、ステップＦ１０と同様のステップＦ１４で第２のスロープ値Ｐ２＝｜（Ｕ（ｔ）−Ｕ（ｔ−Δｔ））／Δｔ｜が計算されて、ステップＦ１１と同様のステップＦ１５で第２の範囲と比較されることを可能とする。

図１１〜１４は、本発明による方法の第２の実施形態の流れ図の一例を例示する。

図１１に例示されるように、より詳細には図１２に例示されるステップＦ１６で、まず第１に、充電されるべき電池の技術的な特性およびこの電池が意図される適用分野に従って充電パラメータが初期化される。図１２に例示される特定の実施形態では、パラメータＩ１、Ｉ２、ｔ１、およびｔ２の初期値は、ステップＦ２７の過程で決定され、電圧Ｕ（ｔ）の値が初めにゼロに設定されるステップＦ７が続く。

図１１で、初期化ステップＦ１６の後、充電調整器は、第１の期間ｔ１中に第１の振幅Ｉ１を有する電流を用いて電池を充電するステップＦ１７に進む。次いで、調整器は、第２の期間ｔ２中に第２の振幅Ｉ２を有する電流を用いて電池を充電するステップＦ１９に進む。同時に、ステップＦ１７の終了時に、調整器は、ステップＦ１０で第１のスロープ値Ｐ１を計算し、次いで、ステップＦ１１で、計算された第１のスロープ値を第１の範囲と比較する。第１のスロープ値Ｐ１が第１の範囲の外にある場合（Ｆ１１のＮｏ出力）、調整器は、ステップＦ１８でいくつかのパラメータを修正する。

同様に、ステップＦ１９の終了時に、調整器は、ステップＦ１４で第２のスロープ値Ｐ２を計算し、次いでステップＦ１５で、計算された第２のスロープ値を第２の範囲と比較する。第２のスロープ値Ｐ２が第２の範囲の外にある場合（Ｆ１５のＮｏ出力）、調整器は、ステップＦ２０でいくつかのパラメータを修正する。同時に、ステップＦ１９の出力で、図７のステップＦ３の出力と同様に、調整器は、ステップＦ４（停止する？）で、電池が十分に充電されているかどうかを調べる。これが当てはまる場合（Ｆ４のＹｅｓ出力）、調整器は、充電ステップの終了Ｆ５に進む。そうでない場合（Ｆ４のＮｏ出力）、調整器は、ステップＦ１７の入力にループして戻り、Ｆ１８またはＦ２０で修正されていることがある第１および第２の期間ｔ１およびｔ２中に、Ｆ１８またはＦ２０で修正されていることがある第１および第２の振幅Ｉ１およびＩ２を交互に取るパルスによって電池を充電し続ける。

ステップＦ１７およびＦ１９の実施形態が、それぞれ図１３および１４でより詳細に例示される。

図１３で、ステップＦ１７はステップＦ２８で始まり、ステップＦ２８で、時間を表す量ｔがゼロに設定される（ｔ＝０）。次いで、ステップＦ８に進み（Ｉ＝Ｉ１およびＵ（ｔ−Δｔ）＝Ｕ（ｔ））、その後、電圧Ｕ（ｔ）を測定するステップＦ９に進み、時間増分ステップＦ２９（ｔ＝ｔ＋Δｔ）が続く。次いで、調整器は、ステップＦ３０で、ステップＦ１７の開始から経過した時間が第１の期間ｔ１に等しいか否かを調べる。これが当てはまる場合（Ｆ３０のＹｅｓ出力）、ステップＦ１７が終了される。そうでない場合（Ｆ３０のＮｏ出力）、調整器は、ステップＦ８にループして戻り、第１の期間ｔ１の終了まで振幅Ｉ１のパルスを用いて電池を充電し続ける。

同様に、図１４で、ステップＦ１９はステップＦ３１で始まり、ステップＦ３１で、時間を表す量ｔがゼロ（ｔ＝０）に設定される。次いで、ステップＦ１２に進み（Ｉ＝Ｉ２およびＵ（ｔ−Δｔ）＝Ｕ（ｔ））、その後、電圧Ｕ（ｔ）を測定するステップＦ１３に進み、時間増分ステップＦ３２（ｔ＝ｔ＋Δｔ）が続く。次いで、調整器は、ステップＦ３３で、ステップＦ１９の開始から経過した時間が第２の期間ｔ２に等しいか否かを調べる。これが当てはまる場合（Ｆ３３のＹｅｓ出力）、ステップＦ１９が終了される。そうでない場合（Ｆ３３のＮｏ出力）、調整器は、ステップＦ１２にループして戻り、第２の期間ｔ２の終了まで振幅Ｉ２のパルスを用いて電池を充電し続ける。

ステップＦ１８での新たなパラメータの計算は、第１の期間ｔ１の最後に計算される第１のスロープ値Ｐ１の関数として、第１の電流振幅Ｉ１および／または第１の期間ｔ１の持続時間をサーボ制御するように設計される。

それゆえ、第１のスロープ値Ｐ１が絶対値で第１の範囲の上限よりも高い、例えば６ｍＶ／ｓよりも大きい場合、これは、図４におけるように第１の期間ｔ１が短すぎること、および／または第１の振幅Ｉ１が高すぎることを意味する。そのとき、ステップＦ１８における新たなパラメータの計算は、電池の適用分野およびその動作条件に応じて、第１の期間ｔ１を増大する、かつ／または第１の振幅Ｉ１を減少することにある。同様に、第１のスロープ値Ｐ１が絶対値で第１の範囲の下限よりも低い、例えば１ｍＶ／ｓ未満である場合、これは、図３におけるように第１の期間ｔ１が長すぎること、および／または第１の振幅Ｉ１が低すぎることを意味する。そのとき、ステップＦ１８における新たなパラメータの計算は、電池の適用分野およびその動作条件に応じて、第１の期間ｔ１を短縮する、かつ／または第１の振幅Ｉ１を増大することにある。後者の場合、例えば太陽光発電設備に関して、ソーラー・パネルによって送られる電流は日光に依存し、したがって、振幅Ｉ１よりも期間ｔ１の持続時間に対する調節を行うことが好ましい。

同様に、ステップＦ２０での新たなパラメータの計算が、第２の期間ｔ２の最後に計算された第２のスロープ値Ｐ２の関数としての、第２の電流振幅Ｉ２および／または第２の期間ｔ２の持続時間のサーボ制御を可能とする。

代替実施形態では、ステップＦ１８および／またはＦ２０で、充電期間中、すなわち第１の期間ｔ１および後続の第２の期間ｔ２中に充電電流の平均値（Ｉｍｅａｎ＝（Ｉ１ｔ１＋Ｉ２ｔ２）／（ｔ１＋ｔ２））を一定に保つように、電流パラメータが修正される。そのとき、充電されるべき電池の技術的な特性およびこの電池が意図される適用分野に従って、初期化ステップＦ１６中に、値Ｉ１、Ｉ２、ｔ１、およびｔ２と同時に、充電電流の平均値Ｉｍｅａｎが初めに決定される。

充電電流の第２の振幅Ｉ２がゼロで一定に保たれる場合、ステップＦ２０中の新たなパラメータの計算は、平均値Ｉｍｅａｎを一定に保つように、第２の期間ｔ２と第１の振幅Ｉ１とに同時に作用することができる。それゆえ、第２のスロープ値Ｐ２が絶対値で第２の範囲の上限よりも高い場合、Ｉｍｅａｎを一定に保つように、第２の持続時間ｔ２が増大されると共に第１の振幅Ｉ１が減少される。同様に、第２のスロープ値Ｐ２が絶対値で第２の範囲の下限よりも低い場合、Ｉｍｅａｎを一定に保つように、第２の持続時間ｔ２が短縮されると共に第１の振幅Ｉ１が増大される。

図１５に例示される第３の実施形態は、第１の充電期間中の第１の実施形態（図７）のステップＦ２と、第２の充電期間中の第２の実施形態（図１１）のステップＦ１９、Ｆ１４、Ｆ１５、およびＦ２０とを組み合わせる。それゆえ、初期化ステップＦ３４で、Ｉ１、Ｉ２、ｔ２、および該当する場合にはＩｍｅａｎの値が決定される。次いで、ステップＦ２で、調整器が、第１のスロープ値Ｐ１が第１の範囲の外にある限り振幅Ｉ１の電流を用いて電池を充電する。次いで、ステップＦ１９で、調整器は、第２の期間ｔ２中に振幅Ｉ２の電流を用いて電池を充電し、次いで、Ｐ２を計算し（ステップ１４）、それを第２の範囲と比較する（ステップＦ１５）。Ｐ２が第２の範囲の外にある場合（Ｆ１５のＮｏ出力）、調整器は、該当する場合には平均電流値Ｉｍｅａｎを一定に保ちながら、Ｉ２および／またはｔ２を修正する。図１１におけるように、ステップＦ４およびＦ５がステップＦ１９に続き、調整器は、充電が完了されていない場合（Ｆ４のＮｏ出力）にはステップＦ２にループして戻る。

したがって、この第３の実施形態では、第１の期間（ｔ１）の持続時間が、第１の期間ｔ１中に連続的に計算される第１のスロープ値Ｐ１の関数としてサーボ制御される。第１の期間ｔ１は、第１のスロープ値Ｐ１が第１の範囲に入る時に中断される。他方で、第２のスロープ値Ｐ２が第２の期間ｔ２の最後に計算されて、第２の振幅Ｉ２および／または第２の期間ｔ２の持続時間が、この第２のスロープ値Ｐ２の関数としてサーボ制御される。

図１６に例示される第４の実施形態は、第１の充電期間中の第２の実施形態（図１１）のステップＦ１７、Ｆ１０、Ｆ１１、およびＦ１８と、第２の充電期間中の第１の実施形態（図７）のステップＦ３とを組み合わせる。それゆえ、初期化ステップＦ３５で、Ｉ１、ｔ１、Ｉ２、および該当する場合にはＩｍｅａｎの値が決定される。次いで、調整器が、ステップＦ３に進む前に、ステップＦ１７で第１の期間ｔ１中に振幅Ｉ１の電流を用いて電池を充電し、ステップＦ３で、調整器は、第２のスロープ値Ｐ２が第２の範囲の外にある限り振幅Ｉ２の電流を用いて電池を充電する。ステップＦ１７の終了時に、調整器は、第１のスロープ値Ｐ１を計算し（ステップ１０）、それを第１の範囲と比較する（ステップＦ１１）。次いで、Ｐ１が第１の範囲の外にある場合（Ｆ１１のＮｏ出力）には、調整器は、該当する場合には平均電流値Ｉｍｅａｎを一定に保ちながら、Ｉ１および／またはｔ１を修正する。図７と同様に、ステップＦ４およびＦ５がステップＦ３に続き、調整器は、充電が完了されていない場合（Ｆ４のＮｏ出力）には、ステップＦ１７にループして戻る。

この第４の実施形態では、第１のスロープ値Ｐ１が第１の期間ｔ１の最後に計算され、第１の振幅Ｉ１および／または第１の期間ｔ１の持続時間が、この第１のスロープ値Ｐ１の関数としてサーボ制御される。他方で、第２の期間ｔ２の持続時間が、第２の期間ｔ２中に連続的に計算される第２のスロープ値Ｐ２の関数としてサーボ制御される。第２の期間ｔ２は、第２のスロープ値Ｐ２が第２の範囲に入る時に中断される。

図１７および１８は、２５Ａｈの初期容量を有する鉛蓄電池を充電するときに測定される電圧の変化をより詳細に例示する。電池は、１０秒の第１の期間ｔ１中に２．５Ａの第１の振幅Ｉ１を取り、１０秒の第２の期間ｔ２中にゼロの第２の振幅Ｉ２を取るパルス電流を用いて充電される。

図１７は、９０％の充電状態に関して、本発明による電流パルスの時間パラメータの調節なしの電圧変化を例示する。第１および第２の期間の最後でのスロープ値Ｐ１およびＰ２は、絶対値でそれぞれ０．９ｍＶ／ｓおよび０．２ｍＶ／ｓに等しい。これら２つの値は、絶対値で、対応する第１および第２の範囲の１ｍＶ／ｓの下限よりも低い。したがって、第１および第２の期間の持続時間は不適切である。

図１８は、本発明による時間パラメータｔ１およびｔ２の調節後に得られる電圧変化を例示する。スロープ値Ｐ１およびＰ２の関数としてのｔ１およびｔ２のサーボ制御は、ｔ１およびｔ２の短縮をもたらして、Ｐ１およびＰ２を、第１および第２の期間の最後でそれらの当該の範囲内にする。図１８で、得られる最適なパラメータは、ｔ１については３秒であり、ｔ２については１．９秒である。そのとき、それぞれ第１および第２の期間の最後での第１および第２のスロープ値Ｐ１およびＰ２は、絶対値でそれぞれ５ｍＶ／ｓおよび３ｍＶ／ｓに等しい。

図１９および２０に例示される例では、２５Ａｈの初期容量を有する鉛蓄電池は、一定の平均電流Ｉｍｅａｎを用いて充電される。初めに、２．５Ａの第１の振幅Ｉ１を有する充電電流に関して第１の期間ｔ１は１５秒であり、それに対して第２の期間ｔ２は、ゼロの第２の振幅Ｉ２を有する充電電流で５秒に設定される。

図１９で、電流パラメータの調節なしで、９５％の充電状態に関して、第１および第２の期間の最後でのスロープ値Ｐ１およびＰ２の絶対値は、それぞれ０．６ｍＶ／ｓおよび１．３ｍＶ／ｓに等しい。したがって、第１のスロープ値Ｐ１は第１の範囲の１ｍＶ／ｓの下限よりも低く、それに対して第２の期間の最後での第２のスロープ値Ｐ２の絶対値は第２の範囲の限度内である。したがって、充電電流パラメータは不適切である。

図２０は、本発明による電流パラメータの調節後に得られる電圧変化を例示する。第１のスロープ値Ｐ１の関数としてのＩ１およびｔ２のサーボ制御は、ｔ１の短縮およびＩ１の増加をもたらし、Ｐ１を第１の期間の最後で第１の範囲内にする。図２０で、得られる最適なパラメータは、ｔ１については５．５秒であり、Ｉ１については３．５８Ａである。そのとき、第１の期間の最後での第１のスロープ値Ｐ１は２．４ｍＶ／ｓに等しく、それに対して第２の期間の最後での第２のスロープ値Ｐ２の絶対値は１．３ｍＶ／ｓで変わらない。

したがって、本発明による充電方法は、例えば様々なタイプの鉛蓄電池に関して、かつ任意のタイプの用途に関して、特に電気自動車、太陽光発電の用途などで使用される電池に関して、任意のタイプの電池を充電または再充電するときにパルス電流のパラメータの組が連続的に調節されることを可能とする。

この方法は、電池の使用の過程での電池の再充電と、電池が製造されるときの電池の最初の充電とに等しく良く適している。電池が製造されるときの鉛電池の最初の充電は、実際には、電池の正極板で二酸化鉛ＰｂＯ_２が形成されること、および電池の負極板で鉛Ｐｂが形成されることを可能とする。しかし、鉛および二酸化鉛は、電池の充電が行われるときに生成される２つの化学種であり、それに対して、電池が放電するときには硫酸鉛ＰｂＳＯ_４が生じる。現在、電池の従来の製造は、活性材料の５０％未満の部分使用しかもたらさない。しかし、Ｄｉｎｉｚ等による論文、「Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｐｏｗｅｒ Ｓｏｕｒｃｅｓ」，２００２年出版，ｖｏｌ．１０９，ｐ．１８４−１８８で、極板が形成されるときのパルス電流の使用が、いくつかの場合には７４％までの有用な活性材料の大きな増加をもたらすことができ、その結果、電池のファラデー効率を高めることができることが示されている。電池が製造されるときの電池の最初の充電への本発明による方法の適用は、充電パラメータが最適化されることを可能とする。

本発明は、上述された特定の実施形態に限定されない。特に、時間に対する電圧Ｕのスロープの関数としての電流パラメータの１つのサーボ制御は、第１および第２の期間の一方のみに限定されてもよい。両方のスロープ値Ｐ１およびＰ２のサーボ制御が、より良い最適化を可能にするが、１つのスロープ値のみ、すなわちＰ１またはＰ２のサーボ制御が想定されてもよく、既知の充電方法と比較して電池の充電が改良されることをすでに可能とする。

図２〜６および１７〜２０に表されるように、スロープ値Ｐ２は負であり、それに対してスロープ値Ｐ１は正である。スロープ値を計算するときの絶対値の優先的な使用は、スロープ値が範囲と比較されるときに符号が考慮される必要がないことを意味し、そのとき、スロープ値はそれら自体、絶対値でのみ定義されてもよい。

本発明による方法によって充電される電池の充電電流Ｉの時間に対する変化、およびそれに対応する電圧Ｕの変化を概略的に例示する図である。 本発明による方法によって充電される電池の端子での電圧Ｕの時間に対する変化を例示する図である。 第１の期間ｔ１の持続時間が適切でないときの、電池の端子での電圧Ｕの時６−９間に対する変化を例示する図である。 第１の期間ｔ１の持続時間が適切でないときの、電池の端子での電圧Ｕの時間に対する変化を例示する図である。 第２の期間ｔ２の持続時間が適切でないときの、電池の端子での電圧Ｕの時間に対する変化を例示する図である。 第２の期間ｔ２の持続時間が適切でないときの、電池の端子での電圧Ｕの時間に対する変化を例示する図である。 本発明による方法の第１の実施形態の流れ図を表す図である。 本発明による方法の第１の実施形態の流れ図を表す図である。 本発明による方法の第１の実施形態の流れ図を表す図である。 本発明による方法の第１の実施形態の流れ図を表す図である。 本発明による方法の第２の実施形態の流れ図を表す図である。 本発明による方法の第２の実施形態の流れ図を表す図である。 本発明による方法の第２の実施形態の流れ図を表す図である。 本発明による方法の第２の実施形態の流れ図を表す図である。 本発明による方法の他の実施形態の流れ図を表す図である。 本発明による方法の他の実施形態の流れ図を表す図である。 本発明による電流パルスの時間パラメータの調節前の、一定の振幅のパルスを用いて充電される電池を充電するときに測定される電圧の変化をより詳細に例示する図である。 本発明による電流パルスの時間パラメータの調節後の、一定の振幅のパルスを用いて充電される電池を充電するときに測定される電圧の変化をより詳細に例示する図である。 本発明による電流パルス・パラメータの調節前の、一定の平均振幅のパルス電流を用いて充電される電池を充電するときに測定される電圧の変化をより詳細に例示する図である。 本発明による電流パルス・パラメータの調節後の、一定の平均振幅のパルス電流を用いて充電される電池を充電するときに測定される電圧の変化をより詳細に例示する図である。

Claims (6)

1. 第１の期間（ｔ１）中の第１の振幅（ｌ１）と、第２の期間（ｔ２）中の、前記第１の振幅（ｌ１）とは異なる第２の振幅（ｌ２）と、を交互に取る矩形電流パルスを印加し、
   各第１の期間（ｔ１）中の電池端子での電圧（Ｕ）の連続する値（Ｕ（ｔ−Δｔ），Ｕ（ｔ））を測定し、
   前記第１の期間（ｔ１）中に測定された前記連続する値から、前記電圧（Ｕ）の時間に対する変化を表す第１のスロープ値（Ｐ１）を前記第１の期間（ｔ１）の最後で決定し、
   各第１の期間（ｔ１）の最後で前記第１のスロープ値（Ｐ１）を第１の範囲と比較し、
   後の第１の期間中の電流パルス（ｌ１，ｔ１）を、前記第１のスロープ値（Ｐ１）の関数としてサーボ制御し、前記第１のスロープ値（Ｐ１）が前記第１の範囲の外に進む場合に前記後の第１の期間中の電流パルスを修正し、
   各第２の期間（ｔ２）中の前記電池端子での電圧（Ｕ）の連続する値（Ｕ（ｔ−Δｔ），Ｕ（ｔ））を測定し、
   前記第２の期間中に測定された前記連続する値から、前記電圧（Ｕ）の時間に対する変化を表す第２のスロープ値（Ｐ２）を、少なくとも前記第２の期間（ｔ２）の最後で決定し、
   前記第２のスロープ値（Ｐ２）を第２の範囲と比較し、
   １）前記第２の期間（ｔ２）中に決定された前記第２のスロープ値（Ｐ２）が前記第２の範囲に入るとすぐに前記第２の期間（ｔ２）が終了させられ、
   または、
   ２）前記第２の期間（ｔ２）の最後で決定された前記第２のスロープ値（Ｐ２）が前記第２の範囲の外に進む場合に、前記電流パルス（ｌ２，ｔ２）が、後の第２の期間で修正される、
   電池の充電方法。
2. 前記第１の範囲が、絶対値で１ｍＶ／ｓ〜６ｍＶ／ｓの間に含まれることを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 前記第２の範囲は、絶対値で１ｍＶ／ｓ〜６ｍＶ／ｓの間に含まれることを特徴とする請求項１および２のいずれか一項に記載の方法。
4. 各第２の期間中に、前記電圧の前記連続する値が、前記第２の期間（ｔ２）よりもずっと短い所定の時間間隔（Δｔ）で測定され、
   前記第２のスロープ値（Ｐ２）は、各電圧測定後に計算されて、前記第２の範囲と比較され、
   前記第２の期間（ｔ２）は、前記第２のスロープ値（Ｐ２）が前記第２の範囲に入る時に終了させられる、ことを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の方法。
5. 前記第２の振幅（ｌ２）はゼロであり、
   前記第２の期間（ｔ２）と前記第１の振幅（ｌ１）とは、前記第２のスロープ値（Ｐ２）が前記第２の範囲の外に進む場合に修正される、ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
6. 第１の期間（ｔ１）および後続の第２の期間（ｔ２）を含む充電間隔中に、前記電流の前記振幅の平均値（ｌｍｅａｎ）を一定に保つように前記電流パルスが修正されることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の方法。

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