JP4774713B2 - Storage battery overcharge prevention device - Google Patents
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Description
本発明は、蓄電池の過充電を防止して発熱・ガスの発生、電極板の破損等を防止する蓄電池の過充電防止装置に関する。 The present invention relates to an overcharge prevention device for a storage battery that prevents overcharge of the storage battery to prevent generation of heat and gas, breakage of an electrode plate, and the like.
従来、鉛蓄電池の使用中にはサルフェーション現象、ガスの発生、発熱及び電解液の比重の上昇によって電極板の損傷が起こるが、この損傷により充電面積が低下しているにも拘らず、満充電後にも充電を続けて新品の充電池と同様の充電時間だけ充電している。これにより過充電となり、バックアップ電源においては、電解液の正常比重1.24が1.25〜1.27程度迄上昇する。また、電動フォークリフト用電源であれば、正常比重1.28が1.32〜1.34程度迄上昇する。鉛蓄電池の化学反応式によれば、充電を継続的に行なえば、硫酸鉛の結晶体が電極板上に生成されることはなく、放電を少なくし絶えず充電するという考え方はあるが、これでは却って過充電になってしまう。過充電防止装置として充電圧を感知し、充電を停止する装置は存在する。 Conventionally, during the use of lead-acid batteries, electrode plates are damaged due to sulfation, gas generation, heat generation and increase in the specific gravity of the electrolyte. After that, the battery is continuously charged and charged for the same charging time as a new rechargeable battery. As a result, overcharging occurs, and the normal specific gravity 1.24 of the electrolyte rises to about 1.25 to 1.27 in the backup power supply. In the case of an electric forklift power source, the normal specific gravity 1.28 increases to about 1.32 to 1.34. According to the chemical reaction formula of a lead-acid battery, if charging is continued, lead sulfate crystals will not be formed on the electrode plate, and there is an idea that charging will be continued with less discharge, but with this On the other hand, it becomes overcharged. As an overcharge prevention device, there is a device that detects charging pressure and stops charging.
このように、過充電になると水素ガスと酸素ガスが発生して発熱し爆発の危険性が高くなり、水が蒸発し比重が増し、硫酸濃度が高くなり、極板の腐食を早め蓄電池の寿命を縮めていた。これにより、本来10年以上寿命があるべき蓄電池が半分の5年位で交換させられている。この過充電を防止するためには、水の管理は絶対条件であり蓄電池の使用において使用者が絶えず監視して過充電を防ぐことは殆ど不可能に近く、過充電を防止し充放電を繰り返すことにより比重の上昇、発熱を防止する装置の開発が望まれている。 Thus, when overcharged, hydrogen gas and oxygen gas are generated and heat is generated, which increases the risk of explosion, water evaporates, the specific gravity increases, the sulfuric acid concentration increases, the corrosion of the electrode plate is accelerated, and the life of the storage battery is increased. Was shortened. Thereby, the storage battery which should originally have a life of 10 years or more is exchanged in about five years. In order to prevent this overcharge, water management is an absolute condition, and it is almost impossible for the user to constantly monitor and prevent overcharge in the use of the storage battery, preventing overcharge and repeating charge and discharge. Therefore, it is desired to develop a device that prevents the increase in specific gravity and heat generation.
そこで、本発明は、充電時における過充電を防止し、発熱比重値上昇を抑えることにより蓄電池の電極板の破損、劣化を防いで蓄電池の長寿命化を図ることができる過充電防止装置を提供することを目的とする。 Therefore, the present invention provides an overcharge prevention device capable of preventing the overcharge at the time of charging and preventing the damage and deterioration of the electrode plate of the storage battery by extending the specific gravity value of the storage battery and extending the life of the storage battery. The purpose is to do.
本発明の蓄電池の過充電防止装置は、蓄電池の過充電を検出するための過充電検出センサーと、この過充電検出センサーからの信号によって動作して蓄電池内の電流を放電するための放電回路とからなることを特徴とする。 The storage battery overcharge prevention device of the present invention includes an overcharge detection sensor for detecting overcharge of the storage battery, and a discharge circuit for operating the signal from the overcharge detection sensor to discharge the current in the storage battery. It is characterized by comprising.
また、前記過充電検出センサーは、蓄電池内の電圧を検出する電圧検出器、蓄電池の温度を検出する温度センサー及び電解液の比重を検出する比重センサーのうち、少なくとも一つから構成してもよい。 The overcharge detection sensor may include at least one of a voltage detector that detects a voltage in the storage battery, a temperature sensor that detects the temperature of the storage battery, and a specific gravity sensor that detects the specific gravity of the electrolyte. .
また、前記過充電防止回路には、蓄電池を充電するための充電装置と、蓄電池の電極に生じるサルフェーションを除去するサルフェーション除去装置とが接続されてもよい。 The overcharge prevention circuit may be connected to a charging device for charging the storage battery and a sulfation removal device for removing sulfation generated at the electrode of the storage battery.
更にまた、前記サルフェーション除去装置の動作をそれらに取付ける蓄電池からの電力によって行ってもよい。 Furthermore, you may perform the operation | movement of the said sulfation removal apparatus with the electric power from the storage battery attached to them.
本発明によれば、過充電センサーが蓄電池の過充電を検出すると、放電回路が動作して、過充電が防止され、これによって蓄電池の発熱が抑えられ、電解液の比重が基準値を保持し、電極板の劣化、損傷を防ぐことができ、鉛蓄電池の長寿命化が図れる。 According to the present invention, when the overcharge sensor detects the overcharge of the storage battery, the discharge circuit operates to prevent overcharge, thereby suppressing the heat generation of the storage battery, and the specific gravity of the electrolyte keeps the reference value. The deterioration and damage of the electrode plate can be prevented, and the life of the lead storage battery can be extended.
前記過充電検出センサーは、電圧検出器、温度センサー、比重センサーのいずれでもよい。 The overcharge detection sensor may be a voltage detector, a temperature sensor, or a specific gravity sensor.
また、放電回路にサルフェーション除去装置を取付ければ、鉛蓄電池の寿命をより長くすることができる。このサルフェーション除去装置の電源を蓄電池そのものとすれば、別個の電源を設ける必要がなくなり装置全体がコンパクトに構成できる。 Moreover, if a sulfation removal device is attached to the discharge circuit, the life of the lead-acid battery can be further extended. If the power supply of the sulfation removal apparatus is the storage battery itself, it is not necessary to provide a separate power supply, and the entire apparatus can be made compact.
以下、図面を参照して、発明を実施するための最良の形態について説明する。 The best mode for carrying out the invention will be described below with reference to the drawings.
図1において、鉛蓄電池Mは矩形のケーシング1を有し、その上面2の片側の隅部にはプラス極3とマイナス極4とが設けられ、これら両極から蓄電池の電力が取り出されるようになっており、これとともに両極には放電回路5が接続される。この放電回路5は、放電のための抵抗として作用する放電ランプ6を有している。更に、この放電回路5には、充電器7が接続され、この充電器7はコントローラ8によってコントロールされ、このコントローラ8はバッテリー9によって動作する。前記放電回路5はスイッチ10を備え、このスイッチ10は、後述する過充電検出センサーの信号によって開閉し、充電器7の充電回路中には、スイッチ11が設けられ、このスイッチ11は前記コントローラ8からの信号によって開閉する。
In FIG. 1, a lead storage battery M has a
一方、前記放電回路5には、サルフェーション除去装置12が接続され、このサルフェーション除去装置12は本件出願人が先に出願した特願2003-181057号に開示されている装置であり、図2に示すような深度が大きく幅の狭い(Eneg、Tneg)ネガティブパルスを発生して極板上からの硫酸鉛(PbS04)を融解除去(分子分解)する。前記サルフェーション除去装置12は鉛蓄電池Mの前記電極3、4に接続されて鉛蓄電池Mを電源として動作する。このサルフェーション除去装置12は、鉛極板の表面積の減少を防ぎ、その多孔性を維持する。また、その発生パルスは図3に示すようにプラスのパルスであってもよい。なお、そのパルスの周波数は1500〜12000が好ましい(図2のパルスも同じ)。
On the other hand, a
一方、前記鉛蓄電池Mには、それが開放型の場合には電解液の温度を検出するための温度センサー20又は電解液の比重を検出するための比重センター21が設けられている。なお、鉛蓄電池Mが密閉型の場合には、温度センサー22をケーシング1の側壁に付着せしめてもよい。なお、両電極3、4間には電圧センサー30が設けられており、これら温度センサー20、22、比重センサー21及び電圧センサー30が鉛蓄電池Mの過充電状態を検出するための過充電検出センサーをなしている。そして、これら過充電検出センサー20、21、22、30の信号がコントローラ25に入力され、コントローラ25は過充電検出センサーからの信号によりスイッチ10を開閉する。
On the other hand, the lead storage battery M is provided with a temperature sensor 20 for detecting the temperature of the electrolytic solution or a specific gravity center 21 for detecting the specific gravity of the electrolytic solution when it is an open type. When the lead storage battery M is a sealed type, the temperature sensor 22 may be attached to the side wall of the
鉛蓄電池Mが過充電の場合には、温度は所定値以上に上昇するし(温度32℃以上)、電解液の比重も大きくなるので、これらの値を大気温、蓄電池の電圧に応じて所定値に設定し、各センサーが所定値を越えたときに過充電信号を発するようになっている。 When the lead storage battery M is overcharged, the temperature rises to a predetermined value or more (temperature 32 ° C. or more), and the specific gravity of the electrolyte also increases, so these values are determined according to the atmospheric temperature and the storage battery voltage. It is set to a predetermined value and an overcharge signal is issued when each sensor exceeds a predetermined value.
今、鉛蓄電池Mの電圧が下がり、充電が必要になるとコントローラ8は、スイッチ11をONすると同時に充電器7を作動せしめる。このとき、スイッチ10はOFFとなっており、放電回路5は動作していない。そして、前記温度センサー20、比重センサー21、温度センサー22又は電圧センサー30が過充電を示す所定値を検出するとコントローラ25は前記スイッチ10をONし、スイッチ11をOFFして充電器7をOFFする。これにより放電回路5が動作して放電ランプ6が点灯する。放電回路5の放電が行なわれ、前記センサー20、21、22、30の値が所定値以下になるとコントローラ25は、スイッチ10をOFFさせて放電を停止せしめる。
Now, when the voltage of the lead storage battery M decreases and charging is necessary, the controller 8 turns on the switch 11 and simultaneously operates the charger 7. At this time, the switch 10 is OFF and the discharge circuit 5 is not operating. When the temperature sensor 20, the specific gravity sensor 21, the temperature sensor 22 or the
前記サルフェーション除去装置12は、コントローラ25からの信号により放電時には、OFF動作されるようになっており、放電が終了すると再び動作を開始する。
The
一般に、電解液の比重と充電状態の関係は液温20℃のときに表1(新しい電解液比重1.28の場合)、表2(新しい電解液比重1.26の場合)及び表3(新しい電解液比重1.24の場合)に示すように対応しており(充電状態がアップすると比重もアップする)、蓄電池Mは外気温度20℃に維持されることが好ましい。 In general, the relationship between the specific gravity of the electrolyte and the state of charge is shown in Table 1 (in the case of new electrolyte specific gravity 1.28), Table 2 (in the case of new electrolyte specific gravity 1.26) and Table 3 (when the liquid temperature is 20 ° C.). (In the case of a new electrolyte specific gravity of 1.24), it corresponds (the specific gravity increases when the state of charge increases), and the storage battery M is preferably maintained at an outside air temperature of 20 ° C.
40℃−20℃=20℃
20℃×0.0007=0.014
1.2800−0.014=1.2660
となる。
40 ° C-20 ° C = 20 ° C
20 ° C. × 0.0007 = 0.014
1.2800−0.014 = 1.2660
It becomes.
したがって、温度センサー20で液温を検出し、この液温に対応した完全充電状態時(100%)の比重を求め、比重がこれ以上の値を比重センサー21が検出すると、コントローラ25は放電信号を発する。なお、前記電圧センサー30が所定値以上の値を検出しても過充電であるので、このときにもコントローラ25は放電信号を発する。なお、鉛蓄電池Mが20℃で維持されているときには温度補正が必要ないので比重センサー21は単独で動作しうる。
Therefore, the liquid temperature is detected by the temperature sensor 20, the specific gravity in the fully charged state (100%) corresponding to this liquid temperature is obtained, and when the specific gravity sensor 21 detects a specific gravity higher than this value, the
本件出願人は、前述の過充電防止装置Mとサルフェーション除去装置12をバックアップ用鉛蓄電池(電気容量108V、500A)に取付け、10A電流の放電を3時間行ない、約9ヶ月間観察した。
The present applicant attached the above-mentioned overcharge prevention device M and the
実験開始時は、平均比重1.27、液温32℃で発熱があり、水の蒸発があったが、実験開始以降約9ヶ月で平均比重1.26、液温24℃と明らかな回復が見られた。 At the start of the experiment, there was heat generation at an average specific gravity of 1.27 and a liquid temperature of 32 ° C., and there was water evaporation. It was seen.
更に、同装置を電気フォークリフト用鉛蓄電池に取付けて2ヶ月程実験したが、過充電は防止され、逆に同装置を装着しない場合は、明らかな過充電状態が検出された。 Furthermore, the device was mounted on a lead-acid battery for an electric forklift and tested for about two months. Overcharge was prevented, but when the device was not installed, an obvious overcharge state was detected.
本発明の過充電防止装置は、種々の鉛電池に対して使用することができる。具体例として病院、銀行、通信設備、ビル、ホテル等の施設のバックアップ電源、電動フォークリフト、電気自動車、電動乗物、バス、バイク、ゴルフカート、電動車輌の緊急無線、太陽光発電、風力発電等の鉛蓄電池に利用できる。 The overcharge prevention device of the present invention can be used for various lead batteries. Specific examples include backup power supplies for hospitals, banks, communication facilities, buildings, hotels, etc., electric forklifts, electric cars, electric vehicles, buses, motorcycles, golf carts, emergency radios for electric vehicles, solar power generation, wind power generation, etc. It can be used for lead-acid batteries.
更に、鉛蓄電池以外の蓄電池(ニッケル水素蓄電池、リチウムイオン蓄電池等)の過充電に対し、本発明の過充電防止装置は使用できる。 Furthermore, the overcharge prevention device of the present invention can be used for overcharging of storage batteries other than lead storage batteries (nickel metal hydride storage batteries, lithium ion storage batteries, etc.).
1…ケーシング
5…放電回路
7…充電器
8…コントローラ
20、22…温度センサー
21…比重センサー
DESCRIPTION OF
21 ... Specific gravity sensor
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