JP5090584B1 - Power supply system and battery pack charging method - Google Patents
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Abstract
電源システムは、筐体(5)に収納され、複数個の鉛蓄電池(1)からなる組電池(10)と、組電池を充電する充電部(11)と、を備え、鉛蓄電池(1)の公称容量をP[Ah]とし、鉛蓄電池(1)の公称電圧をV[V]とし、筐体(5)の内部における隣接する鉛蓄電池(1)間の間隔をD1[mm]としたとき、0.007≦D1/(P×V)≦0.347が満たされるように、複数個の鉛蓄電池(1)が筐体(5)の内部に収納され、充電部(11)は、所定の充電電流値により1段目の定電流充電を開始し、前記鉛蓄電池の端子電圧が所定の充電終止電圧に達すると、前記充電電流値を低減して次段の定電流充電に進む充電をN(Nは2以上の整数)段繰り返すN段定電流充電を行い、N段定電流充電が終了すると、N段定電流充電におけるN段目の充電電流値より低い電流値又は実質的に同一の電流値で、所定の充電時間の押込み充電を行う。
【選択図】図1The power supply system includes an assembled battery (10) that is housed in a housing (5) and includes a plurality of lead storage batteries (1), and a charging unit (11) that charges the assembled batteries, and the lead storage battery (1). P [Ah] is the nominal capacity of the lead battery, the nominal voltage of the lead-acid battery (1) is V [V], and the distance between adjacent lead-acid batteries (1) inside the housing (5) is D1 [mm]. A plurality of lead-acid batteries (1) are housed inside the housing (5) so that 0.007 ≦ D1 / (P × V) ≦ 0.347 is satisfied, and the charging unit (11) First stage constant current charging is started with a predetermined charging current value, and when the terminal voltage of the lead storage battery reaches a predetermined end-of-charge voltage, the charging current value is reduced to proceed to the next stage constant current charging. N-stage constant current charging is repeated N (N is an integer greater than or equal to 2) stages. In charging current value lower than the current value of the N-th stage or substantially the same current values in charging, perform indentation charge of a given charging time.
[Selection] Figure 1
Description
本発明は複数個の鉛蓄電池からなる組電池を備える電源システムおよび当該組電池の充電方法に関するものである。 The present invention relates to a power supply system including an assembled battery composed of a plurality of lead storage batteries and a method for charging the assembled battery.
複数個の鉛蓄電池からなる組電池は、無停電電源装置(UPS)などのバックアップ電源や太陽光発電システムにおける蓄電部などに広く用いられている。なかでも、この組電池を電動車の駆動源として用いた場合、上述した用途に比べて深い放電が繰り返されるため、短寿命になりやすい。その理由を以下に示す。 An assembled battery made up of a plurality of lead storage batteries is widely used for backup power sources such as uninterruptible power supplies (UPS) and power storage units in photovoltaic power generation systems. In particular, when this assembled battery is used as a drive source for an electric vehicle, deep discharge is repeated as compared with the above-described application, and thus the life is likely to be shortened. The reason is as follows.
鉛蓄電池の充電効率は環境温度に比例する。したがって、例えば周囲が他の鉛蓄電池で囲まれて高温雰囲気に晒される鉛蓄電池が満充電されるように組電池の充電終止電圧を低く設定すれば、例えば外気に接しやすく低温雰囲気に晒される鉛蓄電池は充電不足となってサルフェーションが起こりやすくなる。一方、低温雰囲気に晒される鉛蓄電池が満充電されるように組電池の充電終止電圧を高く設定すれば、高温雰囲気に晒される鉛蓄電池は過充電されて格子の腐食などが起こりやすくなる。この傾向は、充電状態(SOC)が低い(つまり放電が深い)状態から満充電するほど顕著になる。 The charging efficiency of a lead storage battery is proportional to the environmental temperature. Therefore, for example, if the end-of-charge voltage of the assembled battery is set low so that the lead storage battery that is surrounded by another lead storage battery and exposed to a high temperature atmosphere is fully charged, for example, lead that is easily exposed to the outside air and exposed to a low temperature atmosphere The storage battery becomes insufficiently charged and sulfation is likely to occur. On the other hand, if the end-of-charge voltage of the assembled battery is set high so that the lead storage battery exposed to the low temperature atmosphere is fully charged, the lead storage battery exposed to the high temperature atmosphere is overcharged and the corrosion of the lattice is likely to occur. This tendency becomes more prominent as the battery is fully charged from a state where the state of charge (SOC) is low (that is, discharge is deep).
サルフェーションや格子の腐食自体は、個々の鉛蓄電池の寿命特性を低下させる要因であるが、このように劣化した鉛蓄電池と劣化していない鉛蓄電池との特性差があるにもかかわらず、一定の電圧で組電池の充電を制御しなければならない。したがって、組電池の内部で各鉛蓄電池の特性差はますます拡大して、組電池全体を加速度的に劣化させてしまう。組電池を所定の電圧で定電圧充電すれば、このような状態(つまり特性差の拡大)を緩和させることができる。しかし、定電圧充電では、充電を完了させるのに長大な時間を要することになる。 Although sulfation and grid corrosion itself are factors that reduce the life characteristics of individual lead-acid batteries, there is a certain level of difference between the characteristics of lead-acid batteries that have deteriorated and those that have not deteriorated. The charging of the battery pack must be controlled by the voltage. Therefore, the characteristic difference of each lead storage battery is further enlarged inside the assembled battery, and the entire assembled battery is deteriorated at an accelerated rate. If the assembled battery is charged at a constant voltage at a predetermined voltage, such a state (that is, an increase in characteristic difference) can be alleviated. However, in constant voltage charging, a long time is required to complete charging.
上述した課題を抱えつつも、この組電池を電動車の駆動源として用いる場合、使用者が電動車を運転しない限られた時間(例えば喫食などの休憩時間、勤務中または帰宅中など)に迅速に充電を済ませる必要がある。そこで特許文献1のように、電流値を逐次小さくしながら充電するN段定電流充電(N≧2)を用いれば、個々の鉛蓄電池の抵抗成分の影響を受けやすい通常の定電流充電(N=1)よりも充電電気量を揃えることができる上に、定電圧充電よりも遥かに短時間で充電を完了することができるようになる。複数の鉛蓄電池を並列に接続して組電池を構成し、並列接続された各鉛蓄電池を個別に充電すれば、個々の鉛蓄電池の特性を揃える(特許文献1ではサルフェーションを緩和する)ことで、組電池を長寿命化できると考えられる。
When this battery pack is used as a drive source for an electric vehicle while having the above-mentioned problems, the user can quickly go to a limited time when the electric vehicle is not driven (for example, a rest period such as eating, working, or going home). Needs to be charged. Therefore, as in
しかしながら、特許文献1をベースにした電源システムは、複数の充電器を要するため高価にならざるを得ない。加えて、特許文献1は個々の鉛蓄電池が晒される環境温度の差を容認する形で充放電を繰り返す構成になっている。このため、鉛蓄電池ごとに寿命末期の劣化モードが異なることになる。その結果、組電池全体の寿命末期の状態が予測できない。この懸念を払拭するためには、冷却などにより個々の鉛蓄電池の温度差を低減する必要がある。しかし、特性差がなくなるレベルまで温度差を低減するために、電源システムの体積効率を犠牲にしつつ冷却装置を備えさせることになり、現実的ではない。このような状況で、N段定電流充電(N≧2)を導入しても、長寿命化は望めないと考えられる。
However, the power supply system based on
本発明は、これらの課題を解決するものであって、複数個の鉛蓄電池からなる組電池を長寿命化できる電源システムおよび組電池の充電方法を提供するものである。 The present invention solves these problems, and provides a power supply system and a method of charging an assembled battery that can extend the life of the assembled battery including a plurality of lead storage batteries.
本発明の一局面に係る電源システムは、筐体に収納され、複数個の鉛蓄電池からなる組電池と、前記組電池を充電する充電部と、を備え、前記鉛蓄電池の公称容量をP[Ah]とし、前記鉛蓄電池の公称電圧をV[V]とし、前記筐体の内部における隣接する前記鉛蓄電池間の間隔をD1[mm]としたとき、0.007≦D1/(P×V)≦0.347が満たされるように、前記複数個の鉛蓄電池が前記筐体の内部に収納され、前記充電部は、所定の充電電流値により1段目の定電流充電を開始し、前記鉛蓄電池の端子電圧が所定の充電終止電圧に達すると、前記充電電流値を低減して次段の定電流充電に進む充電をN(Nは2以上の整数)段繰り返すN段定電流充電を行い、前記N段定電流充電が終了すると、前記N段定電流充電におけるN段目の充電電流値より低い電流値又は実質的に同一の電流値で、所定の充電時間の押込み充電を行う。 A power supply system according to one aspect of the present invention includes an assembled battery that is housed in a housing and includes a plurality of lead storage batteries, and a charging unit that charges the assembled battery, and the nominal capacity of the lead storage battery is P [ Ah], the nominal voltage of the lead storage battery is V [V], and the interval between the adjacent lead storage batteries in the housing is D1 [mm], 0.007 ≦ D1 / (P × V ) ≦ 0.347 is satisfied, the plurality of lead storage batteries are housed in the housing, and the charging unit starts first-stage constant current charging with a predetermined charging current value, When the terminal voltage of the lead-acid battery reaches a predetermined end-of-charge voltage, N-stage constant current charging is performed in which the charging current value is reduced and charging that proceeds to the next-stage constant current charging is repeated N (N is an integer of 2 or more). When the N-stage constant current charging is completed, the N-stage constant current charging is completed. In the N-th stage of lower than the charging current value the current value or substantially the same current values, perform indentation charge of a given charging time.
本発明の一局面に係る組電池の充電方法は、一つの筐体に収納された複数個の鉛蓄電池からなる組電池の充電方法であって、所定の充電電流値により1段目の定電流充電を開始し、前記鉛蓄電池の端子電圧が所定の充電終止電圧に達すると、前記充電電流値を低減して次段の定電流充電に進む充電をN(Nは2以上の整数)段繰り返すN段定電流充電を行う第1工程と、前記第1工程が終了すると、前記N段定電流充電におけるN段目の充電電流値より低い電流値又は実質的に同一の電流値で、所定の充電時間の押込み充電を行う第2工程と、を含み、前記鉛蓄電池の公称容量をP[Ah]とし、前記鉛蓄電池の公称電圧をV[V]とし、前記筐体の内部における前記鉛蓄電池間の間隔をD1[mm]としたとき、0.007≦D1/(P×V)≦0.347が満たされるように、前記複数個の鉛蓄電池が前記筐体の内部に収納されている。 An assembled battery charging method according to one aspect of the present invention is an assembled battery charging method including a plurality of lead storage batteries housed in a single housing, and a first stage constant current according to a predetermined charging current value. When charging is started and the terminal voltage of the lead storage battery reaches a predetermined end-of-charge voltage, the charging current value is reduced and charging that proceeds to the next constant current charging is repeated N (N is an integer of 2 or more). When the first step of performing N-stage constant current charging and the first step are completed, a predetermined current value is lower than or substantially the same as the N-stage charging current value in the N-stage constant current charging. A second step of performing in-charge charging for a charging time, wherein the lead-acid battery has a nominal capacity P [Ah], a lead-acid battery nominal voltage V [V], and the lead-acid battery inside the housing When the interval between them is D1 [mm], 0.007 ≦ D1 / (P × ) As ≦ 0.347 is satisfied, the plurality of lead-acid battery is housed inside the housing.
本発明によれば、複数個の鉛蓄電池からなる組電池の長寿命化を実現できるため、電動車の駆動源等に適合した電源システム及び組電池の充電方法を提供できるようになる。 According to the present invention, since it is possible to realize a long life of an assembled battery composed of a plurality of lead storage batteries, it is possible to provide a power supply system and an assembled battery charging method suitable for a drive source of an electric vehicle.
(発明者の知見)
最初に、発明者らの知見が説明される。発明者らが鋭意検討した結果、複数個の鉛蓄電池からなる組電池を長寿命化させるためには、温度の高低にかかわらず複数個の鉛蓄電池の環境温度を均一化することが効果的であることを知見した。そこで、体積効率を犠牲にしながら冷却装置を備え、個々の鉛蓄電池を理想的な環境温度(例えば25℃)まで冷却するのではなく、組電池を同一の筐体に収納して体積効率を高めつつ、個々の鉛蓄電池の環境温度を効率的に略均一にする方法を検討した。(Inventor's knowledge)
First, the inventors' knowledge is explained. As a result of intensive studies by the inventors, in order to extend the life of an assembled battery comprising a plurality of lead storage batteries, it is effective to equalize the environmental temperature of the plurality of lead storage batteries regardless of the temperature. I found out that there was. Therefore, it is equipped with a cooling device while sacrificing volumetric efficiency, and instead of cooling individual lead-acid batteries to an ideal environmental temperature (for example, 25 ° C.), the assembled batteries are housed in the same housing to increase volumetric efficiency. However, a method for efficiently and substantially uniforming the environmental temperature of each lead-acid battery was studied.
その結果、熱が篭りやすい鉛蓄電池どうしの隙間の寸法を最適化して、温度差によって発生する空気の対流が比較的高速で生じるようにすれば、N段定電流充電(N≧2)が終了するまでの間に個々の鉛蓄電池の環境温度が略均一化されて、個々の鉛蓄電池のSOCがほぼ均一になることが分かった。そうすれば、N段定電流充電後に実行される押込み充電(後述)によって個々の鉛蓄電池の状態が高水準で均一化される。つまり、全ての鉛蓄電池において、格子の腐食がなく、かつサルフェーションが解消される。その結果、組電池自体が顕著に長寿命化することになる。 As a result, N-stage constant-current charging (N ≧ 2) is completed by optimizing the size of the gap between lead-acid batteries that are prone to heat generation so that air convection due to temperature differences occurs at a relatively high speed. In the meantime, it has been found that the environmental temperature of each lead acid battery is made substantially uniform, and the SOC of each lead acid battery becomes almost uniform. If it does so, the state of each lead acid battery will be equalize | homogenized at a high level by the pushing charge (after-mentioned) performed after N stage constant current charge. That is, in all lead-acid batteries, there is no corrosion of the lattice and sulfation is eliminated. As a result, the assembled battery itself has a significantly long service life.
また、発明者らは、温度差によって生じる空気の対流を比較的高速で発生させるための鉛蓄電池どうしの間隔D1[mm]の最適範囲は、鉛蓄電池の公称容量P[Ah]と公称電圧V[V]との積に依存することを解明した。公称容量P[Ah]と公称電圧V[V]との積と、鉛蓄電池の発熱量との間に相関関係があることから、このような依存が生じていると考えられる。したがって、本発明における鉛蓄電池どうしの間隔D1の好適範囲を示すパラメータは、D1を(P×V)で除した比D1/(P×V)として定義される。具体的には、0.007≦D1/(P×V)≦0.347を満たすときに、本実施形態の効果が現れる。 Further, the inventors have determined that the optimum range of the distance D1 [mm] between the lead storage batteries for generating air convection caused by a temperature difference at a relatively high speed is the nominal capacity P [Ah] and the nominal voltage V of the lead storage batteries. It was clarified that it depends on the product of [V]. Since there is a correlation between the product of the nominal capacity P [Ah] and the nominal voltage V [V] and the amount of heat generated by the lead storage battery, it is considered that such dependence occurs. Therefore, the parameter indicating the preferred range of the distance D1 between the lead storage batteries in the present invention is defined as a ratio D1 / (P × V) obtained by dividing D1 by (P × V). Specifically, the effect of this embodiment appears when 0.007 ≦ D1 / (P × V) ≦ 0.347 is satisfied.
本実施形態は、N段定電流充電の後に押込み充電を行う充電仕様の場合に、顕著な効果を発揮する。ここでいう押込み充電とは、充電終止電圧を設けないで充電し、予め設定された充電時間に達したら充電を終了させる充電のことである。この押込み充電により格子を腐食させない程度に過充電することによって、サルフェーションを解消することができる。 This embodiment exhibits a remarkable effect in the case of a charging specification in which indentation charging is performed after N-stage constant current charging. Push-in charging here refers to charging in which charging is performed without providing an end-of-charge voltage and charging is terminated when a preset charging time is reached. Sulfation can be eliminated by overcharging to such an extent that the indentation does not corrode the grid.
なお、本明細書における「筐体」とは、組電池を囲うものであれば良い。具体的には、筐体は、例えば組電池専用に構成されたものであっても良い。また、代替的に、筐体は、例えば電動車の車体またはシャシの一部など、組電池が搭載される機器側の構成物であっても良い。 In addition, the “casing” in the present specification may be anything that surrounds the assembled battery. Specifically, the housing may be configured exclusively for an assembled battery, for example. Alternatively, the housing may be a device-side component on which the assembled battery is mounted, such as a body of an electric vehicle or a part of a chassis.
(実施の形態)
以下に、図を用いて本発明を実施するための形態について説明する。(Embodiment)
Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings.
図1は本発明の一実施形態の電源システムにおける組電池の一例を示す斜視図である。図2は本発明の一実施形態の電源システムにおける組電池の収納状態の一例を示す斜視図である。図3は図1に示される鉛蓄電池の構成を示す斜視図である。図3では一部が切り欠かれて鉛蓄電池の内部構成が示されている。 FIG. 1 is a perspective view showing an example of an assembled battery in a power supply system according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a perspective view showing an example of a state in which the assembled battery is stored in the power supply system according to the embodiment of the present invention. FIG. 3 is a perspective view showing the configuration of the lead storage battery shown in FIG. In FIG. 3, a part of the lead storage battery is shown with a part cut away.
鉛蓄電池1は、次のように作製される。すなわち、セパレータ1aを介して板状の正極1bと負極1cとを対向させて極板群1dが形成される。この極板群1dは、隔壁1eによって複数(この実施形態では例えば6個)のセル室1fに区切られた電槽1gの各々のセル室1fに収納される。各セル室1fの極板群1dは直列に接続される。セル室1fが密閉され、電解液が注入された後に化成されることにより正極1bと負極1cとが形成されて、鉛蓄電池1が作製される。
The
そして、複数個の鉛蓄電池1を接続部品4で直列に接続し、一端(図1では左端)の鉛蓄電池1の正極端子2aに正極引き出し線2bを接続し、他端(図1では右端)の鉛蓄電池1の負極端子3aに負極引き出し線3bを接続することで、組電池10が構成される。この組電池10は、筐体5に収納される。具体的には、組電池10を容器5bに収納して上蓋5aを閉めつつ、正極引き出し線2bと負極引き出し線3bとが引き出される。そして、各鉛蓄電池1は、固定具5cによって筐体5に固定される。ここで、本実施形態では、鉛蓄電池1の公称容量をP[Ah]とし、鉛蓄電池1の公称電圧をV[V]とし、筐体5の内部における鉛蓄電池1どうしの間隔をD1[mm]としたときの比D1/(P×V)が0.007以上、かつ0.347以下となっている。
Then, a plurality of
図4は本発明の一実施形態の電源システムを示すブロック図である。電源システム20は、上述した組電池10と、組電池10を充電する充電部11とからなる。充電部11は、電圧検出部12と制御部13とを備える。電圧検出部12は、組電池10の端子電圧を検出する。制御部13は、例えば中央処理装置(CPU)、リードオンリーメモリ(ROM)、ランダムアクセスメモリ(RAM)を備える。制御部13は、充電部11による組電池10の充電を制御する。制御部13は、組電池10をN段定電流充電(N≧2)によって充電した後、押込み充電によって充電する。ここで、N段定電流充電とは、電流値を逐次小さくしながら、略同一の充電終止電圧までN回行う充電である。押込み充電とは、充電終止電圧を設けないで、予め設定された充電時間に達したら終了させる充電である。
FIG. 4 is a block diagram showing a power supply system according to an embodiment of the present invention. The
なお、図4では、組電池10と充電部11とが一体化した電源システム20の形態が示されている。負荷30は、電源システム20の端子20a,20bに接続されている。電源システム20の形態は、図4に示される形態に限られない。例えば、充電部11あるいは負荷30のいずれかを選択して、組電池10に接続する(例えば図2に示す正極引き出し線2bと負極引き出し線3bとに接続する)形態であってもよい。また、充電部11は、例えば電源を内蔵していてもよい。代替的に、充電部11は、例えば外部の商用電源から充電のための電源を生成するようにしてもよい。
FIG. 4 shows a form of the
図5は組電池の充電方法を示す模式図である。図5において、太実線は本実施形態で用いる「N段定電流充電+押込み充電」を示し、太点線は本実施形態で用いない比較例としての「定電流定電圧充電」を示す。なお、図5ではN段定電流充電においてN=4としているが、本実施形態に用いる場合、N≧2であればよい。後述する実施例では、N=3に設定して十分な効果が得られている。 FIG. 5 is a schematic diagram showing a method for charging an assembled battery. In FIG. 5, the thick solid line indicates “N-stage constant current charge + indentation charge” used in the present embodiment, and the thick dotted line indicates “constant current constant voltage charge” as a comparative example not used in the present embodiment. In FIG. 5, N = 4 in N-stage constant current charging. However, when used in the present embodiment, it is sufficient that N ≧ 2. In the examples described later, a sufficient effect is obtained by setting N = 3.
所定電流値での定電流充電において充電終止電圧に達した後に定電圧充電に移行し、徐々に電流値が減衰する定電流定電圧充電は、SOCが高い領域において分極が小さくなるため、電解液(水分)の加水分解や極板材料(例えば格子)の腐食が起き難い、優良な充電方法である。しかしながら、図5に模式的に示すように、総じて定電流定電圧充電によって組電池10を満充電にするには長時間を要する。
In constant current charging at a predetermined current value, after reaching the end-of-charge voltage, it shifts to constant voltage charging, and the constant current constant voltage charging, in which the current value gradually decays, is less polarized in the high SOC region. This is an excellent charging method in which hydrolysis of (moisture) and corrosion of the electrode plate material (for example, lattice) hardly occur. However, as schematically shown in FIG. 5, it takes a long time to fully charge the assembled
ここで、比較例としての「定電流定電圧充電」が説明される。図5において、最初の定電流充電では、電圧検出部12により組電池10の端子電圧を検出しつつ、充電電流値I1で定電流充電が行われ、端子電圧が充電終止電圧Veに達すると、定電流充電から定電圧充電に移行し、組電池10の端子電圧を充電終止電圧Veに維持するように定電圧充電が行われ、充電電流値は徐々に低下する。
Here, “constant current constant voltage charging” as a comparative example will be described. In FIG. 5, in the first constant current charging, constant voltage charging is performed at the charging current value I1 while the terminal voltage of the assembled
次に、本実施形態で用いられる「N段定電流充電+押込み充電」が説明される。図5において、N段定電流充電の1段目の定電流充電C1では、電圧検出部12により組電池10の端子電圧を検出しつつ、充電電流値I1で定電流充電が行われ、組電池10の端子電圧が充電終止電圧Veに達すると、1段目の定電流充電C1が終了し、充電電流値を切り替えるために充電が一旦停止される。続く2,3段目の定電流充電C2,C3では、1段目と同様に電圧検出部12により組電池10の端子電圧を検出しつつ、それぞれ、充電電流値I2,I3(I1>I2>I3)で定電流充電が行われ、組電池10の端子電圧が充電終止電圧Veに達すると、各定電流充電C2,C3が終了し、充電電流値を切り替えるために充電が一旦停止される。
Next, “N-stage constant current charging + indentation charging” used in the present embodiment will be described. In FIG. 5, in the first stage constant current charge C1 of the N stage constant current charge, the terminal voltage of the assembled
続く4段目の定電流充電C4では、1〜3段目と同様に電圧検出部12により組電池10の端子電圧を検出しつつ、充電電流値I4(I3>I4)で定電流充電が行われ、組電池10の端子電圧が充電終止電圧Veに達すると、N段定電流充電が終了し、押込み充電FCに移行する。押込み充電FCは、この実施形態では、N段定電流充電のN段目(この実施形態では4段目)の充電電流値I4と同じ電流値で、所定の充電時間T5に達するまで行われる。押込み充電FCの充電時間T5は、例えば、1段目の定電流充電C1における充電電気量に基づき決定される。1段目の定電流充電C1における充電電気量は、充電電流値I1と充電時間T1とに基づき、求めることができる。
In the subsequent constant current charging C4 in the fourth stage, constant current charging is performed at the charging current value I4 (I3> I4) while the terminal voltage of the assembled
このように、N段定電流充電は、定電流でありながら電流値を逐次小さくする充電方法である。N段定電流充電は、定電流定電圧充電と同じくSOCが高い領域で分極を小さくしつつ、定電流定電圧充電より短時間で充電を終わらせることができる。加えて、N段定電流充電は、連続して充電する定電流定電圧充電よりも効率的である。その理由は、充電電流値を切り替えるために充電が一旦停止される時に、極板の表面に集まって高濃度になっている硫酸イオンが瞬時に分散して硫酸イオンの濃度が均一化できるからだと考えられる。このように、短時間のN段定電流充電を行った後、格子を腐食させない程度に過充電してサルフェーションを解消するために押込み充電を行っても、充電に要する総時間は定電流定電圧充電よりも短くて済む。 As described above, the N-stage constant current charging is a charging method in which the current value is successively reduced while being a constant current. The N-stage constant current charging can finish the charging in a shorter time than the constant current constant voltage charging while reducing the polarization in a region where the SOC is high as in the constant current constant voltage charging. In addition, the N-stage constant current charging is more efficient than the constant current constant voltage charging that continuously charges. The reason for this is that when charging is temporarily stopped to switch the charging current value, sulfate ions gathered on the surface of the electrode plate and dispersed at a high concentration can be instantly dispersed to make the concentration of sulfate ions uniform. Conceivable. In this way, after performing a short N-stage constant current charge, even if intrusion charge is performed to eliminate sulfation by overcharging to the extent that the grid is not corroded, the total time required for charging is constant current and constant voltage. Shorter than charging.
例として図5(N段定電流充電のN=4)の場合、1段目から4段目の定電流充電C1〜C4に要する時間(T1+T2+T3+T4)と押込み充電に要する時間(T5)の総和(T1+T2+T3+T4+T5)は、定電流定電圧充電に要する時間(T1+T2+T3+T4+T5+T6)より時間(T6)の分だけ短い。すなわち本実施形態で用いる「N段定電流充電+押込み充電」は、定電流定電圧充電よりも短時間で済む上に、組電池10の寿命特性をも改善できると考えられる。
As an example, in the case of FIG. 5 (N = 4 for N-stage constant current charging), the sum (T1 + T2 + T3 + T4) of the time required for constant current charging C1 to C4 from the first stage to the fourth stage (T1 + T2 + T3 + T4) T1 + T2 + T3 + T4 + T5) is shorter by the time (T6) than the time (T1 + T2 + T3 + T4 + T5 + T6) required for constant current and constant voltage charging. That is, “N-stage constant current charge + indentation charge” used in the present embodiment is considered to take less time than constant current and constant voltage charge, and to improve the life characteristics of the assembled
ところが、組電池10に対して無作為に「N段定電流充電+押込み充電」を行うだけでは、組電池10の寿命特性は改善されないことが分かった。発明者らが解析した結果、組電池10を構成する個々の鉛蓄電池1の環境温度が均一化されない状態でN段定電流充電を終えた場合には、個々の鉛蓄電池1のSOCが均一化されていないことが判明した。
However, it has been found that simply performing “N-stage constant current charging + indentation charging” on the assembled
このため、その後の押込み充電において、高温環境下ゆえに高いSOCでN段定電流充電を終えた鉛蓄電池1では、過充電による格子の腐食が発生することが多くなる。一方、低温環境下ゆえに低いSOCでN段定電流充電を終えた鉛蓄電池1では、サルフェーションが十分に解消されなくなることが多くなる。このような組電池10は、個々の鉛蓄電池1の状態がばらついているために短寿命となる。
For this reason, in the subsequent indentation charging, the
そこで、発明者らは、複数個の鉛蓄電池1からなる組電池10を筐体5に収納して、冷却装置を筐体5に収納せずに体積効率を向上させた形態において、筐体5の内部の温度を均一化する方法を模索した。その結果、熱が篭りやすい鉛蓄電池1どうしの隙間の寸法を最適化して、温度差によって発生する空気の対流を比較的高速で起こさせるようにすれば、N段定電流充電(N≧2)が終了するまでの間に個々の鉛蓄電池1の環境温度が略均一化されて、個々の鉛蓄電池1のSOCがほぼ均一化されることをつきとめた。併せて、この状態で組電池10を押込み充電した場合、全ての鉛蓄電池1において、格子の腐食がなく、サルフェーションが解消されるようになるので、組電池10自体が顕著に長寿命化することが分かった。
In view of this, the inventors have housed the assembled
ここで、鉛蓄電池1どうしの間隔D1の最適範囲は、経験則的に鉛蓄電池1の公称容量Pと公称電圧Vとの積(P×V)に依存する。これは、鉛蓄電池1の発熱量に依存するからだと考えられる。したがって、本実施形態における鉛蓄電池1どうしの間隔D1の好適範囲を示すパラメータは、D1を(P×V)で除した比D1/(P×V)として定義される。具体的には、D1/(P×V)が0.007以上であり、かつ、0.347以下のときに、良好な結果が得られて、本実施形態の効果が現れる。
Here, the optimum range of the distance D1 between the
D1/(P×V)が0.007未満となる場合は鉛蓄電池1どうしの間隔が狭すぎるために、D1/(P×V)が0.347を超える場合は鉛蓄電池1どうしの間隔が広すぎるために、ともに空気の対流が発生し難くなる。このために筐体5の内部の温度を均一化するのに長時間を要するようになる。したがって、個々の鉛蓄電池1の環境温度が均一化されない状態でN段定電流充電を終えることになり、さらに、その後の押込み充電において個々の鉛蓄電池1の状態がばらつく。その結果、組電池10の寿命特性は改善されなくなる。
When D1 / (P × V) is less than 0.007, the interval between the
このように、鉛蓄電池1どうしの間隔に好適範囲があることは、充電終了までに長時間を要する定電流定電圧充電をベースとして充電を行う場合や、電源システムの体積効率を無視する形で、冷却装置によって組電池の個々の鉛蓄電池の環境温度を均一化する場合には、想到できないことである。
As described above, there is a preferable range for the interval between the
なお、本実施形態において、好適範囲が存在するのは鉛蓄電池1どうしの間隔D1のみであって、鉛蓄電池1の側面と筐体5の側面との間隔D2(図1、図2)及び鉛蓄電池1の上面と筐体5の上蓋5aとの間隔D3(図2)は、本実施形態による効果に影響を及ぼさない。これは、空気の対流の発生源となる熱が篭る鉛蓄電池1どうしの間隔D1のみが空気の対流発生の支配要因となるからだと考えられる。また、筐体5には空気の対流を妨げない程度に隙間や穴を設けても構わない。一例として、鉛蓄電池1の内部圧力が上昇した際に排出されるガスを外部に排出するための排出穴などが設けられていても構わない。加えて鉛蓄電池1どうしの間隔が一定でない場合、間隔の平均値を求めてD1とするのが好ましい。
In the present embodiment, the preferred range exists only in the distance D1 between the
ここで、本実施形態における筐体5とは、組電池10を囲うものであれば良い。具体的には、筐体5は、例えば組電池10専用に構成されたものであっても良い。また、代替的に、筐体は、例えば電動車の車体またはシャシの一部など、組電池10が搭載される機器側の構成物であっても良い。
Here, the
図6は、電動車に設けられた筐体を模式的に示す図である。図6に示される形態では、電動車6の車体に設けられた筐体5dに、3個の鉛蓄電池1からなる組電池10が収納されている。
FIG. 6 is a diagram schematically showing a housing provided in the electric vehicle. In the form shown in FIG. 6, an assembled
但し、筐体5,5dとして区切られた空間の内部には、鉛蓄電池1どうしの隙間で起こる空気の対流に本質的な影響を及ぼす構成物(例えば冷媒や発熱源)があってはならない。すなわち、本実施形態における筐体5,5dとは、「鉛蓄電池1の隙間で起こる空気の対流によって組電池10の個々の鉛蓄電池1の環境温度が略均一化できる筐体5,5d」を指す。
However, in the space partitioned as the
さらに、図5のように、押込み充電FCの電流値をN段定電流充電の最終段(4段目)の定電流充電C4の電流値と同一(あるいは実質的に同一)にすれば、電流値の切り替え数が増えないために制御部13のプログラミングが簡略化できるので、好ましい。
Furthermore, as shown in FIG. 5, if the current value of the indentation charge FC is the same (or substantially the same) as the current value of the constant current charge C4 in the final stage (fourth stage) of the N-stage constant current charge, the current This is preferable because the programming of the
さらに、押込み充電FCにおいて、鉛蓄電池1の公称容量P[Ah]に対して2%以上であって、かつ10%以下の電気量を充電するのが好ましい。前述したように、押込み充電とは、充電終止電圧を設けないで行う充電のことである。押込み充電前の通常充電(本実施形態では例えばN段定電流充電)では、充電電気量が鉛蓄電池1の公称容量P[Ah]に対して100%以上であって、かつ108%以下となるように充電する。押込み充電FCで過度の過充電が起こらないようにするためには、総充電電気量を鉛蓄電池1の公称容量P[Ah]の110%近傍とするのが好ましい。そこで、N段定電流充電における1段目の定電流充電C1の充電電気量などを基に、押込み充電FCにおける充電電気量を鉛蓄電池1の公称容量P[Ah]に対して2%以上であって、かつ10%以下の範囲で設定するのが好ましい。その結果、押込み充電FCにおいて、過度の過充電が起こるのを避けることができる。
Furthermore, in the indentation charging FC, it is preferable to charge an electric quantity of 2% or more and 10% or less with respect to the nominal capacity P [Ah] of the
さらに、鉛蓄電池1を制御弁式鉛蓄電池とすれば、液式鉛蓄電池のように水量が低下する度に筐体5を開いて補水する必要がなくなるので、より好ましい。
Furthermore, if the
(比較例1)
図3に示される鉛蓄電池1を以下のように作製した。すなわち、鉛−錫合金からなる正極格子に鉛粉を充填して正極を作製し、鉛−錫合金からなる負極格子に鉛粉と硫酸バリウムとリグニン化合物とを充填して負極を作製した。この正極6枚と負極7枚とをセパレータを介して対向させて極板群を作製した。隔壁によって複数のセル室に区切られた電槽の各々のセル室に、この極板群を収納し、極板群を直列に接続して密閉し、電解液を注入した後に化成することで正極および負極を形成した。これによって、公称容量PがP=12[Ah]、公称電圧VがV=12[V]である制御弁式の鉛蓄電池1を作製した。したがって、Q=P×V=144[Wh]である。(Comparative Example 1)
The
この3個の鉛蓄電池1を銅製の接続部品4で直列に接続し、一端の鉛蓄電池1の正極端子2aに正極引き出し線2bを接続し、他端の鉛蓄電池1の負極端子3aに負極引き出し線3bを接続することで組電池10を作製した。この組電池10を図1および図2のように筐体5に収納する際に、筐体5の内部における鉛蓄電池1どうしの間隔D1を0.5[mm]とし、鉛蓄電池1の側面と筐体5の側面との間隔D2は5[mm]とし、鉛蓄電池1の上面と筐体5の上蓋5aとの間隔D3は10[mm]とした。したがって、比D1/(P×V)=D1/Q=0.5/144=0.003である。
The three
(比較例2)
比較例1に対して、筐体5の内部における鉛蓄電池1どうしの間隔D1を0.9[mm](D1/Q=0.006)としたこと以外は、比較例1と同様とした。(Comparative Example 2)
Compared to Comparative Example 1, the same procedure as Comparative Example 1 was performed except that the distance D1 between the
(実施例1)
比較例1に対して、筐体5の内部における鉛蓄電池1どうしの間隔D1を1[mm](D1/Q=0.007)としたこと以外は、比較例1と同様とした。Example 1
Compared to Comparative Example 1, the same as Comparative Example 1 except that the distance D1 between the
(実施例2)
比較例1に対して、筐体5の内部における鉛蓄電池1どうしの間隔D1を2[mm](D1/Q=0.014)としたこと以外は、比較例1と同様とした。(Example 2)
Compared to Comparative Example 1, the same as Comparative Example 1 except that the interval D1 between the
(実施例3)
比較例1に対して、筐体5の内部における鉛蓄電池1どうしの間隔D1を3[mm](D1/Q=0.021)としたこと以外は、比較例1と同様とした。(Example 3)
With respect to the comparative example 1, it was the same as the comparative example 1 except that the interval D1 between the
(実施例4)
比較例1に対して、筐体5の内部における鉛蓄電池1どうしの間隔D1を9[mm](D1/Q=0.063)としたこと以外は、比較例1と同様とした。Example 4
Compared to Comparative Example 1, the same procedure as Comparative Example 1 was performed except that the distance D1 between the
(実施例5)
比較例1に対して、筐体5の内部における鉛蓄電池1どうしの間隔D1を27[mm](D1/Q=0.188)としたこと以外は、比較例1と同様とした。(Example 5)
Compared to Comparative Example 1, the same procedure as Comparative Example 1 was performed except that the distance D1 between the
(実施例6)
比較例1に対して、筐体5の内部における鉛蓄電池1どうしの間隔D1を50[mm](D1/Q=0.347)としたこと以外は、比較例1と同様とした。(Example 6)
Compared to Comparative Example 1, the same procedure as Comparative Example 1 was performed except that the interval D1 between the
(比較例3)
比較例1に対して、筐体5の内部における鉛蓄電池1どうしの間隔D1を55[mm](D1/Q=0.382)としたこと以外は、比較例1と同様とした。(Comparative Example 3)
Compared to Comparative Example 1, the same procedure as Comparative Example 1 was performed except that the interval D1 between the
(比較例4)
比較例1に対して、筐体5の内部における鉛蓄電池1どうしの間隔D1を80[mm](D1/Q=0.556)としたこと以外は、比較例1と同様とした。(Comparative Example 4)
Compared to Comparative Example 1, the same procedure as Comparative Example 1 was performed except that the interval D1 between the
(実施例7)
実施例2に対して、鉛蓄電池1の側面と筐体5の側面との間隔D2を0.5[mm]としたこと以外は、実施例2と同様(D1/Q=0.014)とした。(Example 7)
Compared to Example 2, except that the distance D2 between the side surface of the
(実施例8)
実施例2に対して、鉛蓄電池1の上面と筐体5の上蓋5aとの間隔D3を80[mm]としたこと以外は、実施例2と同様(D1/Q=0.014)とした。なお、鉛蓄電池1の上面には、図3に示されるように、正極端子2a及び負極端子3aによる凸部が形成されているため、D3≦10[mm]は考える必要がない。(Example 8)
In contrast to Example 2, the distance D3 between the upper surface of the
(比較例5)
比較例1に対して、極板面積を増やす代わりに正極を4枚、負極を5枚にして、鉛蓄電池1の公称容量をP=20[Ah]としたこと以外は、比較例1と同様とした。つまり比較例5では、Q=P×V=240[Wh]であり、比D1/Q=0.002である。(Comparative Example 5)
Compared to Comparative Example 1, the same as Comparative Example 1, except that instead of increasing the electrode plate area, four positive electrodes and five negative electrodes were used and the nominal capacity of the
(比較例6)
比較例5に対して、筐体5の内部における鉛蓄電池1どうしの間隔D1を1.5[mm](D1/Q=0.006)としたこと以外は、比較例5と同様とした。(Comparative Example 6)
Compared to Comparative Example 5, the same procedure as Comparative Example 5 was performed except that the interval D1 between the
(実施例9)
比較例5に対して、筐体5の内部における鉛蓄電池1どうしの間隔D1を1.7[mm](D1/Q=0.007)としたこと以外は、比較例5と同様とした。Example 9
Compared to Comparative Example 5, the procedure was the same as Comparative Example 5 except that the distance D1 between the
(実施例10)
比較例5に対して、筐体5の内部における鉛蓄電池1どうしの間隔D1を3.4[mm](D1/Q=0.014)としたこと以外は、比較例5と同様とした。(Example 10)
Compared to Comparative Example 5, the same procedure as Comparative Example 5 was performed except that the distance D1 between the
(実施例11)
比較例5に対して、筐体5の内部における鉛蓄電池1どうしの間隔D1を5.1[mm](D1/Q=0.021)としたこと以外は、比較例5と同様とした。(Example 11)
Compared to Comparative Example 5, the procedure was the same as Comparative Example 5 except that the interval D1 between the
(実施例12)
比較例5に対して、筐体5の内部における鉛蓄電池1どうしの間隔D1を15[mm](D1/Q=0.063)としたこと以外は、比較例5と同様とした。(Example 12)
Compared to Comparative Example 5, the procedure was the same as Comparative Example 5 except that the interval D1 between the
(実施例13)
比較例5に対して、筐体5の内部における鉛蓄電池1どうしの間隔D1を45[mm](D1/Q=0.188)としたこと以外は、比較例5と同様とした。(Example 13)
Compared to Comparative Example 5, the same procedure as Comparative Example 5 was performed except that the interval D1 between the
(実施例14)
比較例5に対して、筐体5の内部における鉛蓄電池1どうしの間隔D1を83.3[mm](D1/Q=0.347)としたこと以外は、比較例5と同様とした。(Example 14)
Compared to Comparative Example 5, the same procedure as Comparative Example 5 was performed, except that the interval D1 between the
(比較例7)
比較例5に対して、筐体5の内部における鉛蓄電池1どうしの間隔D1を92[mm](D1/Q=0.383)としたこと以外は、比較例5と同様とした。(Comparative Example 7)
Compared to Comparative Example 5, the same procedure as Comparative Example 5 was performed except that the interval D1 between the
(比較例8)
比較例5に対して、筐体5の内部における鉛蓄電池1どうしの間隔D1を133[mm](D1/Q=0.554)としたこと以外は、比較例5と同様とした。(Comparative Example 8)
Compared to Comparative Example 5, the procedure was the same as Comparative Example 5 except that the interval D1 between the
(実施例15)
実施例10に対して、鉛蓄電池1の側面と筐体5の側面との間隔D2を0.5[mm]としたこと以外は、実施例10と同様(D1/Q=0.014)とした。(Example 15)
Compared to Example 10, except that the distance D2 between the side surface of the
(実施例16)
実施例10に対して、鉛蓄電池1の上面と筐体5の上蓋5aとの間隔D3を133[mm]としたこと以外は、実施例10と同様(D1/Q=0.014)とした。(Example 16)
Compared to Example 10, except that the distance D3 between the upper surface of the lead-
上述した実施例1〜16および比較例1〜8に対して、正極引き出し線2bと負極引き出し線3bとを充電部11に接続して以下の3種類の充電を行った後、これらの引き出し線を負荷30に接続して、0.5Cで、1個の鉛蓄電池1当たり端子電圧が10.5Vに達するまで定電流放電した。ここで、「1C」は、満充電(SOC=100%)にされた公称容量Pの鉛蓄電池1を1時間で残電気量が0(SOC=0%)になるまで放電させる電流値である。「C」は、「It」とも称される。
For Examples 1 to 16 and Comparative Examples 1 to 8 described above, after connecting the positive
(N段定電流充電+押込み充電)
充電終止電圧VeをVe=14.4Vの一定に設定し、1段目は0.15C、2段目は0.0625C、3段目は0.025Cの定電流充電を行った。つまり、N段定電流充電においてN=3とした。この3段定電流充電によって鉛蓄電池1の公称容量に対して100〜108%の電気量が充電できたものとして、引き続いて3段目と同じ電流値(0.025C)で2.5時間の定電流充電を行い、押込み充電とした。この押込み充電によって、鉛蓄電池1の公称容量に対して6.25%の電気量が充電できる。(N-stage constant current charge + push-in charge)
The charge end voltage Ve was set constant at Ve = 14.4 V, and constant current charging was performed at 0.15 C in the first stage, 0.0625 C in the second stage, and 0.025 C in the third stage. That is, N = 3 in N-stage constant current charging. Assuming that 100 to 108% of the amount of electricity can be charged by the three-stage constant current charging with respect to the nominal capacity of the lead-
(N段定電流充電のみ)
上述の「N段定電流充電+押込み充電」におけるN段定電流充電のみを行った。(N-stage constant current charging only)
Only the N-stage constant current charge in the above-mentioned “N-stage constant current charge + indentation charge” was performed.
(定電流定電圧充電)
上述のN段定電流充電の1段目と同じ0.15Cで定電流充電を行い、端子電圧が14.4Vに達したら定電圧充電に移行して徐々に電流値を減衰させ、充電電気量が公称容量の104%まで充電したら終了とした。(Constant current constant voltage charging)
The constant current charge is performed at 0.15 C, which is the same as the first stage of the N-stage constant current charge described above. When the terminal voltage reaches 14.4 V, the process proceeds to the constant voltage charge, and the current value is gradually attenuated. Is finished when charging to 104% of the nominal capacity.
図7は、上述した充電に要した時間(初期10サイクルの平均値)と、放電容量が初期値の70%まで低下したサイクル数とを表形式で示す図である。図8は、図7の比較例1〜4及び実施例1〜6(Q=144[Wh])における比D1/Qと寿命到達までのサイクル数との関係を表すグラフである。図8において、曲線L1は「N段定電流充電+押込み充電」を示し、曲線L2は「N段定電流充電のみ」を示し、曲線L3は「定電流定電圧充電」を示す。図9は、図7の比較例5〜8及び実施例9〜14(Q=240[Wh])における比D1/Qと寿命到達までのサイクル数との関係を表すグラフである。図9において、曲線L11は「N段定電流充電+押込み充電」を示し、曲線L12は「N段定電流充電のみ」を示し、曲線L13は「定電流定電圧充電」を示す。 FIG. 7 is a table showing the time required for the above-described charging (average value of the initial 10 cycles) and the number of cycles in which the discharge capacity has been reduced to 70% of the initial value. FIG. 8 is a graph showing the relationship between the ratio D1 / Q and the number of cycles until the end of the life in Comparative Examples 1 to 4 and Examples 1 to 6 (Q = 144 [Wh]) in FIG. In FIG. 8, a curve L1 indicates “N-stage constant current charge + indentation charge”, a curve L2 indicates “N-stage constant current charge only”, and a curve L3 indicates “constant current constant voltage charge”. FIG. 9 is a graph showing the relationship between the ratio D1 / Q and the number of cycles until the end of the life in Comparative Examples 5 to 8 and Examples 9 to 14 (Q = 240 [Wh]) in FIG. In FIG. 9, a curve L11 indicates “N-stage constant current charge + indentation charge”, a curve L12 indicates “N-stage constant current charge only”, and a curve L13 indicates “constant current constant voltage charge”.
図7〜図9から明らかなように、実施例1〜16(A1〜A16)に対して「N段定電流充電+押込み充電」(図8の曲線L1、図9の曲線L11)を行うことによって、定電流定電圧充電(図8の曲線L3、図9の曲線L13)よりも充電時間が短くなる上に、N段定電流充電のみの場合(図8の曲線L2、図9の曲線L12)や定電流定電圧充電の場合(図8の曲線L3、図9の曲線L13)と比べて長寿命化することが分かる。なかでも、比D1/Qが0.014以上であって、かつ0.188以下である実施例2〜5(A2〜A5)および実施例10〜13(A10〜A13)、とりわけ実施例2〜4(A2〜A4)および実施例10〜12(A10〜A12)は、顕著に長寿命化していることが分かる。 As is apparent from FIGS. 7 to 9, “N-stage constant current charging + indentation charging” (curve L1 in FIG. 8, curve L11 in FIG. 9) is performed on Examples 1 to 16 (A1 to A16). Thus, the charging time is shorter than that of constant current and constant voltage charging (curve L3 in FIG. 8, curve L13 in FIG. 9), and only N-stage constant current charging is performed (curve L2 in FIG. 8, curve L12 in FIG. 9). ) And constant current / constant voltage charging (curve L3 in FIG. 8, curve L13 in FIG. 9), the life is extended. Among them, Examples 2 to 5 (A2 to A5) and Examples 10 to 13 (A10 to A13), particularly Example 2 to which the ratio D1 / Q is 0.014 or more and 0.188 or less. 4 (A2 to A4) and Examples 10 to 12 (A10 to A12) are found to have a significantly longer life.
但し、比D1/Qが0.007未満となる、鉛蓄電池1どうしの間隔D1が狭すぎる比較例1,2および5,6や、比D1/Qが0.347を超える、鉛蓄電池1どうしの間隔D1が広すぎる比較例3,4および7,8は、寿命特性が芳しくない。この理由として、以下が考えられる。すなわち、これらの比較例では、鉛蓄電池1どうしの間隔D1が空気の対流を発生させる好適範囲から外れており、十分な速度の対流が発生しないため、筐体5の内部の温度が均一化されるまでに、N段定電流充電が終了する。したがって、個々の鉛蓄電池1のSOCがばらついた状態で押込み充電が開始される。その結果、押込み充電による効果が得られなかったものと考えられる。その証拠として、比較例1〜8(B1〜B8)の「N段定電流充電のみ」(図8の曲線L2、図9の曲線L12)と「定電流定電圧充電」(図8の曲線L3、図9の曲線L13)とを対比すると、「N段定電流充電のみ」(図8の曲線L2、図9の曲線L12)よりも長時間を要する「定電流定電圧充電」(図8の曲線L3、図9の曲線L13)を行った方が、低レベルながら寿命特性が良いことが挙げられる。
However, the ratio D1 / Q is less than 0.007, the distance D1 between the
また、実施例2(A2)と実施例7(A7)とを対比し、実施例10(A10)と実施例15(A15)とを対比すると、寿命到達までのサイクル数の相違は、140サイクル(実施例2,10)と138サイクル(実施例7,15)とである。したがって、鉛蓄電池1の側面と筐体5の側面との間隔D2は、殆ど影響の無いことが分かる。
Further, when Example 2 (A2) is compared with Example 7 (A7) and Example 10 (A10) is compared with Example 15 (A15), the difference in the number of cycles until the end of life is 140 cycles. (Examples 2 and 10) and 138 cycles (Examples 7 and 15). Therefore, it can be seen that the distance D2 between the side surface of the
また、実施例2(A2)と実施例8(A8)とを対比し、実施例10(A10)と実施例16(A16)とを対比すると、寿命到達までのサイクル数の相違は、140サイクル(実施例2,10)と138サイクル(実施例8,16)とである。したがって、鉛蓄電池1の上面と筐体5の上蓋5aとの間隔D3は、殆ど影響の無いことが分かる。
Further, when Example 2 (A2) is compared with Example 8 (A8) and Example 10 (A10) is compared with Example 16 (A16), the difference in the number of cycles until the end of life is 140 cycles. (Examples 2 and 10) and 138 cycles (Examples 8 and 16). Therefore, it can be seen that the distance D3 between the upper surface of the
なお、上述した具体的実施形態及び実施例には、以下の構成を有する発明が主に含まれている。 The specific embodiments and examples described above mainly include inventions having the following configurations.
本発明の一局面に係る電源システムは、筐体に収納され、複数個の鉛蓄電池からなる組電池と、前記組電池を充電する充電部と、を備え、前記鉛蓄電池の公称容量をP[Ah]とし、前記鉛蓄電池の公称電圧をV[V]とし、前記筐体の内部における隣接する前記鉛蓄電池間の間隔をD1[mm]としたとき、0.007≦D1/(P×V)≦0.347が満たされるように、前記複数個の鉛蓄電池が前記筐体の内部に収納され、前記充電部は、所定の充電電流値により1段目の定電流充電を開始し、前記鉛蓄電池の端子電圧が所定の充電終止電圧に達すると、前記充電電流値を低減して次段の定電流充電に進む充電をN(Nは2以上の整数)段繰り返すN段定電流充電を行い、前記N段定電流充電が終了すると、前記N段定電流充電におけるN段目の充電電流値より低い電流値又は実質的に同一の電流値で、所定の充電時間の押込み充電を行う。 A power supply system according to one aspect of the present invention includes an assembled battery that is housed in a housing and includes a plurality of lead storage batteries, and a charging unit that charges the assembled battery, and the nominal capacity of the lead storage battery is P [ Ah], the nominal voltage of the lead storage battery is V [V], and the interval between the adjacent lead storage batteries in the housing is D1 [mm], 0.007 ≦ D1 / (P × V ) ≦ 0.347 is satisfied, the plurality of lead storage batteries are housed in the housing, and the charging unit starts first-stage constant current charging with a predetermined charging current value, When the terminal voltage of the lead-acid battery reaches a predetermined end-of-charge voltage, N-stage constant current charging is performed in which the charging current value is reduced and charging that proceeds to the next-stage constant current charging is repeated N (N is an integer of 2 or more). When the N-stage constant current charging is completed, the N-stage constant current charging is completed. In the N-th stage of lower than the charging current value the current value or substantially the same current values, perform indentation charge of a given charging time.
この構成によれば、鉛蓄電池の公称容量をP[Ah]とし、鉛蓄電池の公称電圧をV[V]とし、筐体の内部における隣接する鉛蓄電池間の間隔をD1[mm]としたとき、0.007≦D1/(P×V)≦0.347が満たされるように、複数個の鉛蓄電池が筐体の内部に収納されている。したがって、組電池の充電が行われると、鉛蓄電池の発熱により発生する温度差によって、筐体の内部で空気の対流が好適に生じる。このため、N段定電流充電のN段目が終了したときには、個々の鉛蓄電池の温度差が低減し、これによって、個々の鉛蓄電池のSOCのばらつきが低減している。したがって、押込み充電によって、全ての鉛蓄電池に対して、格子を腐食させない程度に過充電することが可能になるため、サルフェーションを好適に解消することができる。その結果、組電池全体の長寿命化を実現することができる。 According to this configuration, when the nominal capacity of the lead-acid battery is P [Ah], the nominal voltage of the lead-acid battery is V [V], and the interval between adjacent lead-acid batteries inside the housing is D1 [mm] , 0.007 ≦ D1 / (P × V) ≦ 0.347, a plurality of lead storage batteries are housed in the housing. Therefore, when the assembled battery is charged, air convection is suitably generated inside the housing due to a temperature difference generated by heat generation of the lead storage battery. For this reason, when the N-th stage of N-stage constant current charging is completed, the temperature difference between the individual lead-acid batteries is reduced, thereby reducing the variation in the SOC of the individual lead-acid batteries. Therefore, since it becomes possible to overcharge to all the lead storage batteries to the extent which does not corrode a grid | lattice by indentation charge, sulfation can be eliminated suitably. As a result, the lifetime of the entire assembled battery can be increased.
また、上記の電源システムにおいて、前記組電池を固定して収納する前記筐体をさらに備えるとしてもよい。 The power supply system may further include the housing that holds the assembled battery fixedly.
この構成によれば、組電池を固定して収納する筐体を備えているため、0.007≦D1/(P×V)≦0.347が確実に満たされるように、複数個の鉛蓄電池を筐体の内部に固定して収納することができる。 According to this configuration, since the housing for housing the assembled battery is provided, a plurality of lead storage batteries are provided so that 0.007 ≦ D1 / (P × V) ≦ 0.347 is reliably satisfied. Can be fixed and stored inside the housing.
また、上記の電源システムにおいて、前記充電部は、前記押込み充電における充電電流値を、前記N段定電流充電におけるN段目の電流値と実質的に同一に設定するとしてもよい。 In the power supply system described above, the charging unit may set a charging current value in the push-in charging substantially the same as an N-th stage current value in the N-stage constant current charging.
この構成によれば、押込み充電における充電電流値がN段目の電流値と実質的に同一に設定されている。したがって、N段定電流充電が終了して押込み充電の開始時に充電電流値を変化させる必要がない。このため、制御部による充電の制御が簡略化される。 According to this configuration, the charging current value in the push-in charging is set to be substantially the same as the N-th stage current value. Therefore, it is not necessary to change the charging current value when the N-stage constant current charging is completed and the indentation charging is started. For this reason, control of charging by the control unit is simplified.
また、上記の電源システムにおいて、前記充電部は、前記押込み充電において、前記鉛蓄電池の公称容量に対して2%以上かつ10%以下の電気量が充電されるように、充電電流値及び充電時間を設定するとしてもよい。 Further, in the above power supply system, the charging unit includes a charging current value and a charging time so that an electric amount of 2% or more and 10% or less with respect to a nominal capacity of the lead storage battery is charged in the push-in charging. May be set.
この構成によれば、押込み充電において、鉛蓄電池の公称容量に対して2%以上かつ10%以下の電気量が充電されるように、充電電流値及び充電時間が設定される。したがって、押込み充電において、過度の過充電が起こるのを避けることができる。 According to this configuration, in the push-in charging, the charging current value and the charging time are set so that an electric quantity of 2% or more and 10% or less is charged with respect to the nominal capacity of the lead storage battery. Therefore, it is possible to avoid an excessive overcharge in the push-in charge.
また、上記の電源システムにおいて、前記鉛蓄電池は、制御弁式鉛蓄電池であるとしてもよい。 In the power supply system described above, the lead storage battery may be a control valve type lead storage battery.
この構成によれば、鉛蓄電池は制御弁式鉛蓄電池であるため、液式鉛蓄電池のように水量が低下する度に筐体を開いて補水する必要がないので、好ましい。 According to this configuration, since the lead storage battery is a control valve type lead storage battery, it is not necessary to replenish water by opening the casing each time the amount of water decreases as in the liquid lead storage battery, which is preferable.
本発明の一局面に係る組電池の充電方法は、一つの筐体に収納された複数個の鉛蓄電池からなる組電池の充電方法であって、所定の充電電流値により1段目の定電流充電を開始し、前記鉛蓄電池の端子電圧が所定の充電終止電圧に達すると、前記充電電流値を低減して次段の定電流充電に進む充電をN(Nは2以上の整数)段繰り返すN段定電流充電を行う第1工程と、前記第1工程が終了すると、前記N段定電流充電におけるN段目の充電電流値より低い電流値又は実質的に同一の電流値で、所定の充電時間の押込み充電を行う第2工程と、を含み、前記鉛蓄電池の公称容量をP[Ah]とし、前記鉛蓄電池の公称電圧をV[V]とし、前記筐体の内部における前記鉛蓄電池間の間隔をD1[mm]としたとき、0.007≦D1/(P×V)≦0.347が満たされるように、前記複数個の鉛蓄電池が前記筐体の内部に収納されている。 An assembled battery charging method according to one aspect of the present invention is an assembled battery charging method including a plurality of lead storage batteries housed in a single housing, and a first stage constant current according to a predetermined charging current value. When charging is started and the terminal voltage of the lead storage battery reaches a predetermined end-of-charge voltage, the charging current value is reduced and charging that proceeds to the next constant current charging is repeated N (N is an integer of 2 or more). When the first step of performing N-stage constant current charging and the first step are completed, a predetermined current value is lower than or substantially the same as the N-stage charging current value in the N-stage constant current charging. A second step of performing in-charge charging for a charging time, wherein the lead-acid battery has a nominal capacity P [Ah], a lead-acid battery nominal voltage V [V], and the lead-acid battery inside the housing When the interval between them is D1 [mm], 0.007 ≦ D1 / (P × ) As ≦ 0.347 is satisfied, the plurality of lead-acid battery is housed inside the housing.
この構成によれば、鉛蓄電池の公称容量をP[Ah]とし、鉛蓄電池の公称電圧をV[V]とし、筐体の内部における隣接する鉛蓄電池間の間隔をD1[mm]としたとき、0.007≦D1/(P×V)≦0.347が満たされるように、複数個の鉛蓄電池が筐体の内部に収納されている。したがって、組電池の充電が行われると、鉛蓄電池の発熱により発生する温度差によって、筐体の内部で空気の対流が好適に生じる。このため、N段定電流充電のN段目が終了したときには、個々の鉛蓄電池の温度差が低減し、これによって、個々の鉛蓄電池のSOCのばらつきが低減している。したがって、押込み充電によって、全ての鉛蓄電池に対して、格子を腐食させない程度に過充電することが可能になるため、サルフェーションを好適に解消することができる。その結果、組電池全体の長寿命化を実現することができる。 According to this configuration, when the nominal capacity of the lead-acid battery is P [Ah], the nominal voltage of the lead-acid battery is V [V], and the interval between adjacent lead-acid batteries inside the housing is D1 [mm] , 0.007 ≦ D1 / (P × V) ≦ 0.347, a plurality of lead storage batteries are housed in the housing. Therefore, when the assembled battery is charged, air convection is suitably generated inside the housing due to a temperature difference generated by heat generation of the lead storage battery. For this reason, when the N-th stage of N-stage constant current charging is completed, the temperature difference between the individual lead-acid batteries is reduced, thereby reducing the variation in the SOC of the individual lead-acid batteries. Therefore, since it becomes possible to overcharge to all the lead storage batteries to the extent which does not corrode a grid | lattice by indentation charge, sulfation can be eliminated suitably. As a result, the lifetime of the entire assembled battery can be increased.
また、上記の組電池の充電方法において、前記押込み充電における充電電流値は、前記N段定電流充電におけるN段目の電流値と実質的に同一に設定されているとしてもよい。 In the assembled battery charging method, the charging current value in the indentation charging may be set to be substantially the same as the N-th stage current value in the N-stage constant current charging.
この構成によれば、押込み充電における充電電流値がN段目の電流値と実質的に同一に設定されている。したがって、N段定電流充電が終了して押込み充電の開始時に充電電流値を変化させる必要がない。このため、制御部による充電の制御が簡略化される。 According to this configuration, the charging current value in the push-in charging is set to be substantially the same as the N-th stage current value. Therefore, it is not necessary to change the charging current value when the N-stage constant current charging is completed and the indentation charging is started. For this reason, control of charging by the control unit is simplified.
また、上記の組電池の充電方法において、前記第2工程では、前記鉛蓄電池の公称容量に対して2%以上かつ10%以下の電気量が充電されるように、充電電流値及び充電時間が設定されているとしてもよい。 In the assembled battery charging method, in the second step, a charging current value and a charging time are charged so that an electric quantity of 2% or more and 10% or less is charged with respect to a nominal capacity of the lead storage battery. It may be set.
この構成によれば、押込み充電において、鉛蓄電池の公称容量に対して2%以上かつ10%以下の電気量が充電されるように、充電電流値及び充電時間が設定される。したがって、押込み充電において、過度の過充電が起こるのを避けることができる。 According to this configuration, in the push-in charging, the charging current value and the charging time are set so that an electric quantity of 2% or more and 10% or less is charged with respect to the nominal capacity of the lead storage battery. Therefore, it is possible to avoid an excessive overcharge in the push-in charge.
また、上記の組電池の充電方法において、前記鉛蓄電池は、制御弁式鉛蓄電池であるとしてもよい。 In the assembled battery charging method, the lead storage battery may be a control valve type lead storage battery.
この構成によれば、鉛蓄電池は制御弁式鉛蓄電池であるため、液式鉛蓄電池のように水量が低下する度に筐体を開いて補水する必要がないので、好ましい。 According to this configuration, since the lead storage battery is a control valve type lead storage battery, it is not necessary to replenish water by opening the casing each time the amount of water decreases as in the liquid lead storage battery, which is preferable.
本発明の電源システムおよび組電池の充電方法は、体積効率を高めつつ深い放電を繰り返しても寿命特性を維持できるので、電動車の駆動源や、例えば家庭用太陽光発電などの小規模独立電源システムの補助電源として好ましく、利用可能性は極めて高い。 Since the power supply system and the battery pack charging method of the present invention can maintain life characteristics even when repeated deep discharge is repeated while increasing volumetric efficiency, a small-scale independent power source such as a driving source of an electric vehicle or a household solar power generation, for example It is preferable as an auxiliary power source for the system, and its availability is extremely high.
Claims (9)
前記組電池を充電する充電部と、
を備え、
前記鉛蓄電池の公称容量をP[Ah]とし、前記鉛蓄電池の公称電圧をV[V]とし、前記筐体の内部における隣接する前記鉛蓄電池間の間隔をD1[mm]としたとき、0.007≦D1/(P×V)≦0.347が満たされるように、前記複数個の鉛蓄電池が前記筐体の内部に収納され、
前記充電部は、所定の充電電流値により1段目の定電流充電を開始し、前記鉛蓄電池の端子電圧が所定の充電終止電圧に達すると、前記充電電流値を低減して次段の定電流充電に進む充電をN(Nは2以上の整数)段繰り返すN段定電流充電を行い、前記N段定電流充電が終了すると、前記N段定電流充電におけるN段目の充電電流値より低い電流値又は実質的に同一の電流値で、所定の充電時間の押込み充電を行うことを特徴とする電源システム。An assembled battery comprising a plurality of lead-acid batteries housed in a housing;
A charging unit for charging the assembled battery;
With
When the nominal capacity of the lead storage battery is P [Ah], the nominal voltage of the lead storage battery is V [V], and the interval between the adjacent lead storage batteries in the housing is D1 [mm], 0 The plurality of lead storage batteries are housed in the housing so that .007 ≦ D1 / (P × V) ≦ 0.347 is satisfied,
The charging unit starts first-stage constant current charging with a predetermined charging current value, and when the terminal voltage of the lead storage battery reaches a predetermined end-of-charge voltage, the charging unit reduces the charging current value to determine the next-stage constant current charging. N-stage constant current charging is performed in which N (N is an integer greater than or equal to 2) stages of charging that proceeds to current charging is repeated. When the N-stage constant current charging is completed, the charging current value of the N-th stage in the N-stage constant current charging is A power supply system that performs indentation charging for a predetermined charging time at a low current value or substantially the same current value.
所定の充電電流値により1段目の定電流充電を開始し、前記鉛蓄電池の端子電圧が所定の充電終止電圧に達すると、前記充電電流値を低減して次段の定電流充電に進む充電をN(Nは2以上の整数)段繰り返すN段定電流充電を行う第1工程と、
前記第1工程が終了すると、前記N段定電流充電におけるN段目の充電電流値より低い電流値又は実質的に同一の電流値で、所定の充電時間の押込み充電を行う第2工程と、
を含み、
前記鉛蓄電池の公称容量をP[Ah]とし、前記鉛蓄電池の公称電圧をV[V]とし、前記筐体の内部における前記鉛蓄電池間の間隔をD1[mm]としたとき、0.007≦D1/(P×V)≦0.347が満たされるように、前記複数個の鉛蓄電池が前記筐体の内部に収納されていることを特徴とする組電池の充電方法。A method for charging an assembled battery comprising a plurality of lead storage batteries housed in a single housing,
First stage constant current charging is started with a predetermined charging current value, and when the terminal voltage of the lead storage battery reaches a predetermined end-of-charge voltage, the charging current value is reduced to proceed to the next stage constant current charging. A first step of performing N-stage constant current charging by repeating N (N is an integer of 2 or more) stages;
When the first step is completed, a second step of performing indentation charging for a predetermined charging time at a current value lower than or substantially the same as the N-th stage charging current value in the N-stage constant current charging;
Including
When the nominal capacity of the lead storage battery is P [Ah], the nominal voltage of the lead storage battery is V [V], and the interval between the lead storage batteries in the housing is D1 [mm], 0.007 A method for charging an assembled battery, wherein the plurality of lead storage batteries are housed in the housing so that ≦ D1 / (P × V) ≦ 0.347 is satisfied.
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