JP4557372B2

JP4557372B2 - 蓄電池の寿命判定方法

Info

Publication number: JP4557372B2
Application number: JP2000168307A
Authority: JP
Inventors: 喜一小池; 宣行高見; 靖之吉原; 裕行神保
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2000-06-05
Filing date: 2000-06-05
Publication date: 2010-10-06
Anticipated expiration: 2020-06-05
Also published as: JP2001343437A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、蓄電池の寿命判定方法に関し、特に、エンジンの始動、ランプ点灯、エアコンの駆動等に使用される車載用の鉛蓄電池に対して好適に実施される寿命判定方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車に搭載される鉛蓄電池は、エンジンの始動、ランプの点灯、エアコン駆動等に使用されており、走行時には、鉛蓄電池の充電状態（ＳＯＣ：State Of Charge）が１００％程度以上になるように、規定された電圧により定電圧充電が行われている。
【０００３】
近年、自動車の燃費向上を目的に、減速時のエネルギーを回生電力として蓄電池に回収することが検討されている。蓄電池において回生電力を効率よく回収するためには、蓄電池を、部分充電状態、すなわち、ＳＯＣが１００％未満の状態で制御する必要がある。
【０００４】
このような鉛蓄電池では、ＳＯＣを低く設定して充放電を行うと、劣化が進行しやすいことが判明している。特に、ＳＯＣが低下した状態、とりわけ、ＳＯＣを５０％以下の状態で充放電を連続して行うと、正極においては、電解液中の硫酸濃度が１５％程度以下になり、鉛合金製の正極格子の腐食速度が急激に進行し、負極においては、放電生成物である硫酸鉛が粗大化することによって、電池の放電容量が急激に劣化する。
【０００５】
従って、ＳＯＣを低くして鉛蓄電池を充放電する場合には、ＳＯＣを５０％以上に制御する必要があるとともに、ある程度以上の頻度でリフレッシュ充電を行うことにより、ＳＯＣをほぼ１００％の状態にすることが必要である。
【０００６】
鉛蓄電池のＳＯＣは、通常、鉛蓄電池の開路電圧ＯＣＶ（Open Circuit Voltage）に基づいて算出される。鉛蓄電池のＳＯＣとＯＣＶとは、ほぼ一定の関係になっており、ＳＯＣが低下すると、ＯＣＶも直線的に低下する。そして、ＳＯＣが所定値よりも低下していることが検出された場合、あるいは、所定の時間間隔によって、鉛蓄電池がリフレッシュ充電される。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
このような車載用の鉛蓄電池は、使用によって劣化すると、ＳＯＣが１００％になるように設定してリフレッシュ充電しても、ＳＯＣが設定された１００％にまで上昇しなくなり、鉛蓄電池の性能が低下するという問題がある。このように、ＳＯＣを１００％に設定したリフレッシュ充電によって、ＳＯＣが１００％に上昇しない劣化した鉛蓄電池を使用し続けると、鉛蓄電池が急激に寿命に達することによって、突然、使用不能な状態になる。鉛蓄電池の劣化状態は、必ずしも明確に把握することができないために、鉛蓄電池は、予期せぬ状態で使用不能になるおそれがある。
【０００８】
本発明は、このような問題を解決するものであり、その目的は、蓄電池の寿命を正確に判定することができるために、蓄電池が急に使用不能になることを回避することができる蓄電池の寿命判定方法を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の蓄電池の寿命判定方法は、蓄電池をリフレッシュ充電し、このリフレッシュ充電後の蓄電池の充電状態（ＳＯＣ）を１００％に設定し、充放電を実施し、この充放電での電気量に基づいて得られる前記充放電後のＳＯＣ（１）と、前記蓄電池の開路電圧（ＯＣＶ）または放電時の放電電圧に基づいて得られるＳＯＣ（２）とを比較し、両者の差に基づいて蓄電池の寿命判定を行うことを特徴とする。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００１２】
図１は、電圧が１２Ｖのシール形鉛蓄電池（容量３０Ａｈ／５ＨＲ）のＳＯＣ−ＯＣＶ特性を示すグラフである。図１に示すように、２５℃における鉛蓄電池のＳＯＣは、ＯＣＶが上昇することによって、ほぼ直線的に上昇しており、ほぼ比例関係になっている。
【００１３】
本発明の蓄電池の寿命判定方法は、このようなＯＣＶとＳＯＣとの関係を利用する。
【００１４】
図２は、本発明の鉛蓄電池の寿命判定方法の一例を示すフローチャートである。図２に示すフローチャートは、自動車に搭載された鉛蓄電池の寿命判定方法を示しており、この寿命判定方法は、例えば、鉛蓄電池がリフレッシュ充電される毎に実施される。
【００１５】
リフレッシュ充電は、ＳＯＣがほぼ１００％（満充電）になるように設定されて、例えば１２Ｖ系鉛蓄電池においては、充電制御電圧を１４〜１６Ｖ程度の高電圧として充電する方法である。このリフレッシュ充電は、例えば、鉛蓄電池のＳＯＣ（充電状態：State Of Charge）が５０％未満の場合、および、一定時間毎に実施される。鉛蓄電池のＳＯＣは、例えばアイドリングストップ時等においてエンジンが停止して、電池が充放電されていない状態において、鉛蓄電池の開路電圧ＯＣＶ（Open Circuit Voltage）を測定し、測定されたＯＣＶに基づいて求められる。
【００１６】
鉛蓄電池は、ＳＯＣが５０％未満になると、電解液中の硫酸濃度が１５％程度以下にまで低下してたおり、このような状態で充放電を実施することにより、鉛合金によって構成された正極格子の腐食速度が急激に上昇する。そして、正極格子の腐食速度が速くなることによって、鉛蓄電池の寿命が低下することになる。
【００１７】
このために、ＳＯＣが５０％未満になると、ＳＯＣが１００％になるように設定されたリフレッシュ充電を実施し、ＳＯＣを５０％以上とすることにより、電解液中の硫酸濃度が低下した状態において充放電が実施されないようにする。これにより、鉛蓄電池を高寿命化することができる。
【００１８】
本発明の寿命判定方法では、ＳＯＣを１００％に設定したリフレッシュ充電が開始された後に、リフレッシュ充電が終了したことを検出すると（図２のステップＳ１参照、以下同様）、鉛蓄電池の充放電を開始する（ステップＳ２）。このとき、充放電電流量をリセット状態として、電流センサーによって、新たに充放電電流量を積算して充放電電気量を求める（ステップＳ３）。
【００１９】
その後、例えば、エンジンが停止されて充放電が実施されないアイドルストップ状態になることによって、鉛蓄電池の充放電が停止されたことが検出されると（ステップＳ４）、その充放電時間内において実際の放電の積算電流量に基づいて、充放電が終了した時点でのＳＯＣを算出する。なお、この場合に算出されたＳＯＣをＳＯＣ１とする（ステップＳ３）。
【００２０】
例えば、実際に充放電された電気量に相当するＳＯＣをΔＳＯＣとすると、ＳＯＣを１００％に設定したリフレッシュ充電を実施することによって、ＳＯＣは１００％になっているものとみなして、充放電が終了した時点でのＳＯＣ１は、次の（１）式によって演算される。
【００２１】
ＳＯＣ１＝１００−ΔＳＯＣ …（１）
また、充放電が終了すると、鉛蓄電池のＯＣＶが測定されて、測定されたＯＣＶに基づいてＳＯＣが求められる。なお、この場合に求められたＳＯＣをＳＯＣ２とする（ステップＳ５）。
【００２２】
ＣＯＶに基づいてＳＯＣ２が求められると、リフレッシュ充電後に得られたＳＯＣ１とＳＯＣ２との差ＳＯＣ３を演算する（ステップＳ６）。そして、ＳＯＣ３が、予め設定された所定値Ｋと比較し（ステップＳ７）、ＳＯＣ３が、所定値Ｋ以上になっている場合に、鉛蓄電池が寿命になったものと判定する（ステップＳ８）。
【００２３】
鉛蓄電池においては、使用による劣化によって、ＳＯＣが１００％になるように設定したリフレッシュ充電を実施しても、実際のＳＯＣは、１００％にならず、１００％よりも低くなる。リフレッシュ充電によって得られるＳＯＣは、鉛蓄電池が劣化するほど低下し、寿命に達すると、リフレッシュ充電によってもＳＯＣは６０％程度にしかならない。
【００２４】
鉛蓄電池が劣化していない初期状態では、リフレッシュ充電によって、ＳＯＣはほぼ１００％に達するために、その後の充放電によって、例えば、図１に示すように、実際の充放電電気量に対するＳＯＣ量（ΔＳＯＣ）が２０％であるとすると、前記（１）式から、充電終了後におけるＳＯＣ１は８０％になる。また、この場合、鉛蓄電池は、実際にＳＯＣが１００％程度になるまで充電されているために、充電終了時において、ＯＣＶに基づいて算出されるＳＯＣ２も、８０％になる。従って、劣化していない初期状態の鉛蓄電池は、実際の充放電電気量に基づいて算出されるＳＯＣ１と、充電少量時においてＯＣＶによって求められるＳＯＣ２との差は、ほとんどない。
【００２５】
これに対して、劣化が進んでほぼ寿命に達した鉛蓄電池においては、ＳＯＣを１００％に設定したリフレッシュ充電を実施しても、ＳＯＣは、６０％程度にしかならない。このような状態で充放電を実施した場合に、実際の充放電電気量に基づくＳＯＣの低下量ΔＳＯＣが２０％になっていると、前記（１）式からＳＯＣ１は、初期状態の鉛蓄電池の場合と同様に８０％になる。
【００２６】
これに対して、リフレッシュ充電によって鉛蓄電池の実際のＳＯＣは６０％程度にしかなっていないために、充放電が終了した時点において、ＯＣＶに基づいて求められるＳＯＣ２は、ＳＯＣが６０％の充電状態から実際の充放電電気量に相当する２０％が低下した４０％になる。
【００２７】
このように、寿命に達した鉛蓄電池では、実際の充放電電気量に対応したＳＯＣに基づいて算出されるＳＯＣ１が８０％であるのに対して、充放電終了時においてＯＣＶから得られる実際のＳＯＣ２は４０％になり、その差ＳＯＣ３（＝ＳＯＣ１−ＳＯＣ２）は、４０％になる。このように、ＳＯＣ３が４０％になっていることにより、鉛蓄電池は寿命に達していることを判定することができる。
【００２８】
鉛蓄電池が寿命になっていることを判定するＳＯＣ３の値としては、例えば、３５％程度が設定される。ＳＯＣ３が３５％以上になっていることによって、鉛蓄電池は寿命に達したものと判定される。
【００２９】
なお、充放電が終了した時点でのＳＯＣは、ＯＣＶに基づいて算出する構成に限らず、所定の放電電流以下、例えば充放電が停止されたアイドルストップ状態の放電電圧に基づいてＳＯＣを算出するようにしてもよい。所定の放電電流以下における放電電圧とＳＯＣの関係も、ＯＣＶとＳＯＣと同様に、ほぼ比例関係になっている。
【００３０】
また、本発明の寿命判定方法では、このようなＯＣＶまたは放電電圧によって求められるＳＯＣを使用する構成に限らず、ＤＣ−ＩＲ値に基づいてＳＯＣを求めて、そのＳＯＣ基づいて、鉛蓄電池の寿命を判定するようにしてもよい。ＤＣ−ＩＲ値は、放電電圧と放電電流との関係から得られる抵抗値である。
【００３１】
図３は、鉛蓄電池（１２Ｖ、電池容量３０ＡＨ／５ＨＲ）のＤＣ−ＩＲ値とＳＯＣとの関係を示すグラフである。このグラフから明らかなように、鉛蓄電池におけるＳＯＣの制御範囲（５０〜１００％）では、ＤＣ−ＩＲ値が低下すると、ＳＯＣも、ほぼ一定の割合で低下しており、両者は反比例の関係になっている。
そして、鉛蓄電池が劣化していない初期状態の場合には、５０〜１００％のＳＯＣの範囲において、ＤＣ−ＩＲ値は低く、５ｍΩ程度（２５℃）であるが、電解液の減少、正極格子の腐食および電解液中の硫酸濃度の低下等によって、ＤＣ−ＩＲ値は高くなる。鉛蓄電池が寿命になると、ＤＣ−ＩＲ値は、１５ｍΩ程度にまで上昇する。
【００３２】
このために、鉛蓄電池が劣化していない初期状態におけるＤＣ−ＩＲ値を、予め求めておいて、その初期状態のＤＣ−ＩＲ値に対して３倍以上のＤＣ−ＩＲ値になると、鉛蓄電池は寿命に達したものと判定することができる。なお、ＤＣ−ＩＲ値は、温度によって変化するので温度補正を行えば、より高精度な寿命判定が可能になる。
【００３３】
【発明の効果】
本発明の蓄電池の寿命判定方法は、このように、充電後のＳＯＣに基づいて、あるいは、ＤＣ−ＩＲ値に基づいて、蓄電池が寿命になっていることを、正確に判定することができる。従って、鉛蓄電池が急に使用不能になるような事態を回避することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】鉛蓄電池のＳＯＣ−ＯＣＶ特性を示すグラフである。
【図２】本発明の蓄電池の寿命判定方法の一例を示すフローチャートである。
【図３】鉛蓄電池の経時的な劣化に伴うＳＯＣとＤＣ−ＩＲとの関係を示すグラフである。
【符号の説明】
Ｓ１〜Ｓ８ステップ

Claims

蓄電池をリフレッシュ充電し、このリフレッシュ充電後の蓄電池の充電状態（ＳＯＣ）を１００％に設定し、充放電を実施し、この充放電での電気量に基づいて得られる前記充放電後のＳＯＣ（１）と、前記蓄電池の開路電圧（ＯＣＶ）または放電時の放電電圧に基づいて得られるＳＯＣ（２）とを比較し、両者の差に基づいて蓄電池の寿命判定を行うことを特徴とする蓄電池の寿命判定方法。