JP5141408B2

JP5141408B2 - 鉛蓄電池の均等充電方式

Info

Publication number: JP5141408B2
Application number: JP2008177517A
Authority: JP
Inventors: 伸一佐野; 桂三谷
Original assignee: Shin Kobe Electric Machinery Co Ltd
Current assignee: Shin Kobe Electric Machinery Co Ltd
Priority date: 2008-07-08
Filing date: 2008-07-08
Publication date: 2013-02-13
Anticipated expiration: 2028-07-08
Also published as: JP2010020906A

Description

本発明は、アイドル・ストップ・アンド・スタート方式の自動車、太陽光発電及び風力発電などの用途に使用される鉛蓄電池の均等充電方式に関するものである。

近年の地球環境の保護や温暖化を抑制するために、二酸化炭素の排出量を削減する試みが各種産業界において重要視されている。

自動車産業界では、交通信号や鉄道踏切りなどで、車両が停止している場合には、エンジンを一旦ストップさせ、アクセルを踏み込んで発進させようとした場合にエンジンを再起動する方式、いわゆるアイドル・ストップ・アンド・スタート方式（以下、ＩＳＳ方式と呼ぶことにする。）が検討されている（例えば、特許文献１参照。）。

また、太陽光発電や風力発電などの自然エネルギーを用いて発電し、発電したエネルギーを、一時的に鉛蓄電池に蓄えて電気自動車などの動力として使用する検討もされている（例えば、特許文献２参照。）。

なお、これらは一般的に、図４に示されるようなシステムとなっている。すなわち、発電機1（例えば、自動車エンジンの発電機、太陽電池や風力発電機など。）で発電し、発電した電力は、コンバータ5で適切な直流に変換して鉛蓄電池2に充電する。そして、コンバータ5や鉛蓄電池2からの電力は、インバータ6で交流に変換して負荷3に供給される。

なお、鉛蓄電池2が、ほぼ満充電状態にある場合には、コンバータ5から充電電流を供給しても、そのエネルギーは主に電解液中の水の分解に使用される。このような場合には、電気エネルギーとして発電したエネルギーのすべてを鉛蓄電池2に蓄えることができない。したがって、発電したエネルギーのかなりの部分が、無駄なエネルギーとして水の分解に消費されることになる。

そこで、鉛蓄電池2の充電状態（一般的には、ＳＯＣ（ＳｔaｔｅＯｆＣｈaｒｇｅ）と略されている。以下、ＳＯＣと呼ぶことにする。）として、通常は満充電状態よりも少ない状態（例えば、ＳＯＣが、６０％程度の状態。）で、充放電サイクル使用をする必要がある。

特開２００４−１７９０９７号公報特開２００４−２２１５２１号公報

しかしながら、ＳＯＣが６０％程度の状態で、鉛蓄電池を長期間にわたって使用を続けると、充電されにくい硫酸鉛が負極活物質に蓄積して劣化が起こり、その結果、鉛蓄電池の寿命が短くなるという問題点がある。そして、通常、鉛蓄電池を複数個、直列に接続して使用しているために、それぞれの鉛蓄電池ごとに、負極活物質に蓄積する充電されにくい硫酸鉛の量にもバラツキが生じてくるという問題点もある。

そこで、一定期間ごとに、直列接続した鉛蓄電池のそれぞれを完全充電状態（ＳＯＣが、１００％の状態。）にまで均等に充電をして、負極活物質に蓄積した充電されにくい硫酸鉛を除去するための充電（以下において、均等充電と呼ぶ。）をする必要がある。

本発明の目的は、負極活物質に蓄積した充電されにくい硫酸鉛を除去し、鉛蓄電池を長寿命化することが可能な均等充電方式を提供することである。

上記した課題を解決するために、本発明に係わる均等充電方式は、一定の電流で設定電圧（Ｖ）まで充電をした後に、充電電流が一定の電流値以下になるまで、設定電圧（Ｖ）での充電を繰り返すことを特徴にしている。

満充電状態よりも少ない状態で使用される鉛蓄電池に対し行なわれ、以下の各ステップで進むことを特徴とする均等充電方式。
Ｓ１０：充電時間を計測するためのタイマを０に設定し均等充電をスタートする。
Ｓ３０：一定の電流のもとで、充電を継続する。
Ｓ４０：鉛蓄電池が設定電圧（Ｖ）に達しているかを測定し、達していなければＳ３０に戻り、達していればＳ５０に進む。
Ｓ５０：充電開始からの充電時間Ｔ１（ｈ）を記憶する。
Ｓ６０：充電時間Ｔ1（ｈ）に一定の係数を乗じ充電時間Ｔ1（ｈ）より小さい値の規定充電時間（ｈ）として算出する。
Ｓ７０：前記設定電圧（Ｖ）で前記規定充電時間（ｈ）充電する。
Ｓ８０：前記規定充電時間（ｈ）を経過した時点での鉛蓄電池を流れる電流値（ＣＡ）を測定する。
Ｓ９０：前記電流値（ＣＡ）が一定電流値以下の場合には次のＳ１００に進み、前記電流値（ＣＡ）が一定電流値を超えている場合にはＳ１１０に進む。
Ｓ１００：均等充電を終了する。
Ｓ１１０：前記充電時間Ｔ1（ｈ）に一定の係数を乗じ前記規定充電時間（ｈ）より小さい追加の規定充電時間（ｈ）を算出し、充電時間を前記追加の規定充電時間（ｈ）に設定してＳ７０に戻り、Ｓ８０以降のステップへ進む。

請求項２の発明は、請求項１記載の均等充電方式において、以下の各ステップを追加することを特徴とする。
Ｓ２０：Ｓ１０とＳ３０の間に充電の繰り返し回数を計数するカウンタを設け、カウンタを０に設定する。
Ｓ１２０：Ｓ１１０の次に前記カウンタの計数値を１繰り上げる。
Ｓ１３０：前記Ｓ１２０のカウンタの計数値が所定値に達していない場合にはＳ７０に戻ってＳ８０以降のステップへ進み、前記Ｓ１２０のカウンタの計数値が所定値に達している場合にはＳ１４０に進む。
Ｓ１４０：寿命と判定する。

本発明を用いると、負極活物質に蓄積した充電されにくい硫酸鉛を除去し、鉛蓄電池を長寿命化することが可能な均等充電方式を提供することができる。

以下において、本発明の実施をするための最良の形態について、図１〜４を用いて詳細に説明する。

１．装置の概略図
本発明に使用した装置の概略図を図４に示す。
発電機1で発電した電力は、コンバータ5で適切な充電電圧及び充電電流に調整して、複数個が直列に接続されている鉛蓄電池2を充電する。一例として、発電機1として、太陽電池を用い、２Ｖ−５０Ａｈの鉛蓄電池2を２４セル直列に接続して使用した。

そして、コンバータ5や鉛蓄電池2からの電力は、インバータ6で交流に変換して負荷3に供給する。なお、鉛蓄電池2に流れる電流（Ａ）を電流計7で、鉛蓄電池2の電圧（Ｖ）を電圧計4でそれぞれ測定する。

２．均等充電方式
本発明に係わる鉛蓄電池の均等充電方式について、図１のフローチャート及び図２、３の充電カーブを用いて詳細に説明する。

図１のフローチャートにおいて、均等充電がスタートすると、ステップ10で充電時間（Ｔ1（ｈ））に「０」が入力される（Ｔ1（ｈ）←０）。

ステップ20で、カウンタに「０」が入力される。後述するように、一実施例として、このカウンタが「３」になると、鉛蓄電池2が寿命に到達したと判断するようにした。

ステップ30で、一定の電流のもとでの充電（例えば、０．１ＣＡ充電。）を開始する。この場合、図２に示すように、一定の電流のもとでの充電に伴い鉛蓄電池2の電圧（Ｖ）は次第に上昇していく。

ステップ40で、鉛蓄電池の電圧が設定電圧（Ｖ）（例えば、図２の場合には、２．４２Ｖ／セル。）に達するまで一定の電流で充電を続ける。

ステップ50で、充電開始から、上述した設定電圧（Ｖ）に達するまでの充電時間（Ｔ1（ｈ））を記憶する。

ステップ60で、充電時間（Ｔ1（ｈ））に一定の係数（例えば、０．４。）を乗じた値を算出して、設定電圧（Ｖ）（例えば、図２の場合には、２．４２Ｖ／セル。）での規定充電時間（ｈ）（Ｔ1（ｈ）×０．４）を算出する。

ステップ70で、上述した設定電圧（Ｖ）（例えば、２．４２Ｖ／セル。）で、規定充電時間（ｈ）（Ｔ1（ｈ）×０．４）まで充電する。この場合、図２に示すように、一定電圧での充電なので、鉛蓄電池2を流れる電流（Ａ）は、充電の進行に伴って次第に減少していく。

ステップ80で、上述した規定充電時間（ｈ）（Ｔ1（ｈ）×０．４）を経過した時点（充電末期時）において、鉛蓄電池2を流れる電流値（ＣＡ）（充電末期の電流値（ＣＡ））を測定する。

ステップ90で、上述した充電末期の電流値（ＣＡ）が、一定電流値（例えば、０．０２ＣＡ）以下であるか否かを測定する。

ステップ100で、充電末期の電流値（ＣＡ）が、一定電流値以下の場合（例えば、０．０１２ＣＡの場合（図２）。）には均等充電を終了する。

充電末期の電流値（ＣＡ）が、一定電流値（例えば、０．０２ＣＡ）を超えている場合（例えば、０．０２５ＣＡの場合（図３）。）には、一定電圧（設定電圧（Ｖ））での追加の充電をするようにした。この場合には、ステップ110へ行き、充電時間（Ｔ1（ｈ））に一定の係数（例えば、０．２。）を乗じた値を算出して、設定電圧（Ｖ）での追加の規定充電時間（ｈ）（すなわち、Ｔ1（ｈ）×０．２。）を算出する。なお、本実施例では、追加の規定充電時間（ｈ）（Ｔ1（ｈ）×０．２）としては、上述したステップ70の規定充電時間（ｈ）（Ｔ1（ｈ）×０．４）の半分の時間に設定した。

ステップ120で、カウンタに「１」が追加される。すなわち、設定電圧（Ｖ）での追加の充電が、何回繰り返されたかがカウンタに記憶される。

ステップ130で、カウンタが「３」になったか否かが判断される。そして、カウンタが「３」未満の場合（すなわち、カウンタが「１」又は「２」の場合。）にはステップ70に戻る。

そして、ステップ70において、上述した設定電圧（Ｖ）（例えば、２．４２Ｖ／セル。）で、再び追加の規定充電時間（ｈ）（Ｔ1（ｈ）×０．２）まで充電する。この場合、図３に示すように、鉛蓄電池を流れる電流はさらに減少していく。

一方、ステップ130で、カウンタが「３」になった場合には、ステップ140へ行き、鉛蓄電池2が寿命に到達したと判断する。すなわち、追加の充電を複数回（例えば、３回（図１）。）繰り返した後でも、充電末期電流が一定電流値（例えば、０．０２ＣＡ）以下にならない場合を鉛蓄電池の寿命と判断するようにした。

本発明を用いると、周囲温度が低いために均等充電不足となるような場合でも、1回又は２回にわたって、追加の規定充電時間（ｈ）（Ｔ1（ｈ）×０．２）での充電を行うことができる。したがって、負極活物質に蓄積した充電されにくい硫酸鉛を完全に除去することができるため、鉛蓄電池2を長寿命化することが可能な均等充電方式を提供することができる。また、鉛蓄電池2の寿命となったか否かについても均等充電を行いながら判断することができる。

本発明は、アイドル・ストップ・アンド・スタート方式の自動車、太陽光発電及び風力発電などに使用される鉛蓄電池の均等充電方式に用いることができる。

本発明に係わる均等充電方式を示すフローチャートである。本発明に係わる均等充電方式を示す充電カーブの概略図である。本発明に係わる均等充電方式を示す充電カーブの概略図である。本発明に係わる装置のブロック図である。

符号の説明

１：発電機、２：鉛蓄電池、３：負荷、４：電圧計、５：コンバータ、６：インバータ、
７：電流計

Claims

満充電状態よりも少ない状態で使用される鉛蓄電池に対し行なわれ、以下の各ステップで進むことを特徴とする均等充電方式。
Ｓ１０：充電時間を計測するためのタイマを０に設定し均等充電をスタートする。
Ｓ３０：一定の電流のもとで、充電を継続する。
Ｓ４０：鉛蓄電池が設定電圧（Ｖ）に達しているかを測定し、達していなければＳ３０に戻り、達していればＳ５０に進む。
Ｓ５０：充電開始からの充電時間Ｔ１（ｈ）を記憶する。
Ｓ６０：充電時間Ｔ1（ｈ）に一定の係数を乗じ充電時間Ｔ1（ｈ）より小さい値の規定充電時間（ｈ）として算出する。
Ｓ７０：前記設定電圧（Ｖ）で前記規定充電時間（ｈ）充電する。
Ｓ８０：前記規定充電時間（ｈ）を経過した時点での鉛蓄電池を流れる電流値（ＣＡ）を測定する。
Ｓ９０：前記電流値（ＣＡ）が一定電流値以下の場合には次のＳ１００に進み、前記電流値（ＣＡ）が一定電流値を超えている場合にはＳ１１０に進む。
Ｓ１００：均等充電を終了する。
Ｓ１１０：前記充電時間Ｔ1（ｈ）に一定の係数を乗じ前記規定充電時間（ｈ）より小さい追加の規定充電時間（ｈ）を算出し、充電時間を前記追加の規定充電時間（ｈ）に設定してＳ７０に戻り、Ｓ８０以降のステップへ進む。
以下の各ステップを追加することを特徴とする請求項１記載の均等充電方式。
Ｓ２０：Ｓ１０とＳ３０の間に充電の繰り返し回数を計数するカウンタを設け、カウンタを０に設定する。
Ｓ１２０：Ｓ１１０の次に前記カウンタの計数値を１繰り上げる。
Ｓ１３０：前記Ｓ１２０のカウンタの計数値が所定値に達していない場合にはＳ７０に戻ってＳ８０以降のステップへ進み、前記Ｓ１２０のカウンタの計数値が所定値に達している場合にはＳ１４０に進む。
Ｓ１４０：寿命と判定する。