WO2023181537A1 - 蓄電システム、鉛蓄電池の充電制御装置及び鉛蓄電池の充電方法 - Google Patents

Abstract

満充電をより確実に実現すると共に、過充電の発生が抑制された蓄電システム、鉛蓄電池の充電制御装置及び鉛蓄電池の充電方法を提供する。　鉛蓄電池と、給電機構と、給電機構を制御する制御部と、鉛蓄電池の出力電圧を測定する電圧検知部と、出力電圧の時系列データを格納する記憶部と、鉛蓄電池の出力電圧の時間変化率を算出する演算処理部とを備え、制御部は、給電機構から鉛蓄電池への電流供給を開始した後、鉛蓄電池に供給する電流を、徐々に低い電流値に切り替えて充電を行う多段充電制御と、多段充電制御の実施後、鉛蓄電池に対して、多段充電制御にて供給した電流の最小値よりも高い電流値で電流供給を開始し、演算処理部が算出した時間変化率が所定の閾値を下回ると終了する補充電制御とを実行する。

Description

蓄電システム、鉛蓄電池の充電制御装置及び鉛蓄電池の充電方法

　本発明は、蓄電システム、鉛蓄電池の充電制御装置及び鉛蓄電池の充電方法に関する。

　鉛蓄電池は、従来、産業用や車載用、さらには商用電源が停電した際における非常用電源等、幅広い分野で用いられている。鉛蓄電池は、充放電が可能な二次電池であって、蓄電容量の約８０％以上が放電された状態で充電が行われる、いわゆる、ディープサイクル用の二次電池として利用される。

　ディープサイクル用の二次電池は、充電が行われる際に、十分に充電が行われた状態（「満充電」とも称される。）において、更なる電圧印加を継続すると、過充電により電池内部で意図しない副反応が発生してしまう場合がある。例えば、鉛蓄電池は、満充電に近づくほど、供給される電気エネルギーによって、電解液（希硫酸）に含まれる水の電気分解が進行して、水素ガス及び酸素ガスが発生してしまい、このようなガスの発生が鉛蓄電池の短寿命化に繋がることが知られている。

　鉛蓄電池の充電は、一般的に過充電を回避するための定電圧での充電方式や、短時間での充電が可能な定電流での充電方式によって行われているが、近年では、電池の状態に応じて充電方式を制御することで、より効率的かつ長寿命化に繋がる充電方法が提案されている。例えば、下記特許文献１には、充電初期に定電流による充電を実施し、出力電圧が所定の値に達した後に、定電圧による充電に切り替える充電方式（「ＣＣＣＶ充電方式」とも称される。）による鉛蓄電池の充電方法が開示されている。

特許第３６６９１５３号公報

　上述した各充電方法は、定電流、定電圧又はこれらの組み合わせによる充電方式である。これらの方法は、電池の充電状態に依らず、予め定められた電流値、電圧値による充電が実施されるため、電池の蓄電容量等によって、充電が開始してから完了するまでに非常に長い時間を要する場合があった。

　そこで、充電時間を短縮させる方法として、充電開始時には鉛蓄電池に対して比較的大きな電流を供給し、充電が進むにつれて徐々に低い電流値に切り替えながら充電を行う充電方法（「多段定電流充電」や「多段充電」等と称される。以下、「多段充電」という。）が行われている。

　ところが、上記のような多段充電による充電方法は、満充電に近づくほど、電池に供給される電流値が小さくなることから、最終段階で供給される電流によって満充電に到達させることができない場合が生じる。また、満充電に到達させるために、想定よりも高い電流値で多段充電を実行しようとすると、過充電が生じ、上述したようなガスが発生してしまうおそれがある。

　ここで、ガスが発生する課題を解決する方法として、単純にガスが発生したことを確認したら充電を停止するような方法が考えられる。しかし、過充電が生じ始めた時点では、ガスの発生量が微量であって、ガスの発生を検知することが難しく、ガスの発生をはっきりと確認できる頃には、過充電が大幅に進行してしまい、電池の短寿命化が避けられない事態となってしまう。

　また、鉛蓄電池の多くは、補水を必要としない、電池を構成する部分が完全に密封された、「密封型」又は「完全密封型」等と称される構成が採用されており、簡単には電池内部の状態を確認することが難しい場合がある。なお、このような密封型の鉛蓄電池は、ガス抜き用の制御弁が設けられているが、上述したように、充電中に過充電が発生しているか否について、当該制御弁から排出されるガスから判断することは非常に難しい。

　さらに別の方法として、出力電圧をモニターして、所定の電圧に到達したところで充電を終了させる方法が考えられる。ところが、当該方法では、電圧検知部の状態や測定環境、外乱ノイズ等によって満充電であることを誤検知してしまった場合、満充電に到達していないにも関わらず意図しないタイミングで充電が終了してしまうおそれがある。

　そして、一般的な密閉式の鉛蓄電池は、補水を必要としない構成とするために、充電時に正極周辺で発生する酸素ガスを負極で吸収させて水を再生成する構成が採用されている。水を再生成する方法は、正極表面近傍で下記（１）式、負極表面近傍で下記（２）式に示す反応を発生させることで実現される。
　Ｈ₂Ｏ → １／２Ｏ₂ ＋ ２Ｈ⁺ ＋ ２ｅ^-　　　（１）
　Ｐｂ ＋ １／２Ｏ₂ ＋ ＳＯ₄ ^2-＋ ２Ｈ⁺ → ＰｂＳＯ₄ ＋ Ｈ₂Ｏ　　　（２）

　ところが、上記（１）式及び（２）式による水の再生成が行われる鉛蓄電池は、上記（２）式で発生する硫酸鉛（ＰｂＳＯ₄）が負極を構成する電極の表面に固着してしまうことが知られている。この現象は、「サルフェーション現象」と称される。硫酸鉛は電気抵抗値が大きいため、サルフェーション現象が発生すると、鉛蓄電池の負極における電気抵抗値が上昇してしまい、出力電圧が大幅に低下することとなってしまう。

　負極の電気抵抗値の上昇は、さらに、上記のように出力電圧をモニターする場合に、供給する電流値に対して大きな電圧変動を生じさせるおそれがあり、出力電圧をモニターする精度の低下にも繋がる。

　負極に付着した硫酸鉛は、付着直後であれば電流供給によって電気分解することができる。このため、上述したようなサルフェーション現象は、発生した硫酸鉛が負極表面に付着して長時間が経過する前に、鉛蓄電池が満充電に到達するほどの十分な電流供給による充電を行うことで、当該硫酸鉛を電気分解することである程度解消することができる。

　したがって、鉛蓄電池（特に密閉型鉛蓄電池）を使用した蓄電システムにおいては、充電時に確実に満充電に到達させると共に、できる限り過充電の発生が抑制できる充電制御装置、充電方法が特に期待されている。

　本発明は、上記課題に鑑み、満充電をより確実に実現すると共に、過充電の発生が抑制された蓄電システム、鉛蓄電池の充電制御装置及び鉛蓄電池の充電方法を提供することを目的とする。

　本発明の蓄電システムは、
　鉛蓄電池と、
　前記鉛蓄電池に対して電流を供給する給電機構と、
　前記給電機構が前記鉛蓄電池に対して供給する電流の値を制御する制御部と、
　前記鉛蓄電池の出力電圧を測定する電圧検知部と、
　前記電圧検知部によって測定された前記鉛蓄電池の出力電圧の時系列データを格納する記憶部と、
　前記記憶部に格納された時系列データに基づいて、前記鉛蓄電池の出力電圧の時間変化率を算出する演算処理部とを備え、
　前記制御部は、
　　前記給電機構から前記鉛蓄電池への電流供給を開始した後、前記鉛蓄電池に供給する電流を、徐々に低い電流値に切り替えて充電する多段充電制御と、
　　前記多段充電制御の実施後、前記鉛蓄電池に対して、前記多段充電制御にて供給した電流の最小値よりも高い電流値で電流供給を開始し、前記演算処理部が算出した前記時間変化率が所定の第一閾値を下回ると終了する補充電制御とを実行することを特徴とする。

　本明細書における「出力電圧の時間変化率」とは、単位時間当たりの出力電圧の変化量、又は数個の出力電圧データから得られる近似曲線の関数を微分演算して得られる値が適用される。ここでの単位時間は、判定基準に応じて適宜調整されるパラメータであって、数秒以下に設定されていてもよく、数時間以上に設定されていても構わない。

　より確実に満充電に到達させるための方法として、多段充電制御の実施後に、補助的な充電（以下、「補充電」という。）制御を実施することが考えられる。しかしながら、単に多段充電制御の実施後に補充電制御を行うだけでは、当該補充電も同様に過充電を生じさせるおそれがある。このため、鉛蓄電池が満充電に達したか否かを検知するための手段が必要となる。

　上述したように、鉛蓄電池内部のガスの発生を確認することは困難であり、一つの出力電圧値で判定する場合には、満充電に到達したかどうかに関わらず、意図しないタイミングで瞬間的な電圧変動による誤検知が生じ、充電制御が終了してしまう可能性がある。

　これに対し、出力電圧の時間変化率による判定は、複数の出力電圧値に基づく判定であり、一つの出力電圧値による判定ではないため、瞬間的な電圧変動によって誤検知が生じにくい。なお、瞬間的な電圧変動は、例えば、電子機器が発する電磁場、デジタル化処理に伴う量子化誤差、更には宇宙から降り注ぐ宇宙線等が要因として考えられる。これらの影響を低減するための直接的な対策としては、電磁場や宇宙線を遮蔽する構成や、高精度なデジタル化処理が可能な演算処理装置を搭載すること等が考えられるが、いずれの方法も、装置の大型化や高コスト化は避けられない。また、蓄電システムを搭載する環境に応じて、各要因から受ける影響は異なるため、対策が十分か不十分化かは都度検討が必要となってしまう。

　したがって、上記構成とすることで、精度よく満充電に到達したか否かを判断することができ、より確実に所望のタイミングで充電を終了させることができる。

　上記蓄電システムは、
　前記第一閾値が、－０．１Ｖ／ｍｉｎ以上０．１Ｖ／ｍｉｎ以下の範囲内に設定されていても構わない。

　上記蓄電システムは、
　前記補充電制御において前記給電機構から前記鉛蓄電池に供給される電流の値が、前記多段充電制御において前記給電機構から前記鉛蓄電池に供給された電流の最小値に対して、１００％以上５００％以下となるように設定されていることが好ましい。

　上記蓄電システムにおいて、
　前記補充電制御は、前記多段充電制御の実施後６０分以内に実行されるように構成されていることが好ましい。

　上記構成とすることで、多段充電制御実施後から補充電制御開始までに発生する放電が少なくなるため、充電制御時における鉛蓄電池のエネルギーロスが抑制される。

　上記蓄電システムは、
　前記補充電制御における、前記時間変化率の算出及び、前記時間変化率の所定の閾値との比較が、１秒以上６０秒以下の範囲内で設定された周期で実行されるように構成されていても構わない。

　上記蓄電システムは、
　前記鉛蓄電池の外表面温度を測定する温度検知部を備え、
　前記記憶部が、前記温度検知部によって測定された温度データの時系列データを格納し、
　前記演算処理部が、前記記憶部に格納された時系列データに基づいて、前記鉛蓄電池の温度を時間によって二階微分した二階微分値を算出し、
　前記制御部が、前記多段充電制御の実行中において、前記二階微分値が所定の第二閾値を上回ると、前記鉛蓄電池に供給する電流値をより低い電流値に切り替えるように前記給電機構を制御する、又は前記多段充電制御を終了するように構成されていても構わない。

　本発明者は、鋭意研究により、鉛蓄電池に充電状態及び供給する電流に応じた温度変化が現れることを見い出した。そして、鉛蓄電池の内部で過充電によるガスが発生したとされるタイミングにおいては、特異な温度上昇が見られ、鉛蓄電池の温度を時間によって二階微分して得られるグラフにて急峻な変動が確認されることに気が付いた。

　そこで、上記構成とすることで、補充電制御においてはもちろんのこと、多段充電制御においても過充電の発生を抑制することができ、鉛蓄電池の異常動作をより確実に回避することができる。つまり、上記構成を採用することは、鉛蓄電池をより長寿命化することに寄与する。

　なお、多段充電制御時における温度変動と二階微分の数値については、「発明を実施するための形態」の項目において、図面を参照しながら説明される。

　本発明の充電制御装置は、
　鉛蓄電池を充電するための充電制御装置であって、
　前記鉛蓄電池に対して電流を供給する給電機構と、
　前記給電機構が前記鉛蓄電池に対して供給する電流の値を制御する制御部と、
　前記鉛蓄電池の出力電圧を測定する電圧検知部と、
　前記電圧検知部によって測定された出力電圧の時系列データを格納する記憶部と、
　前記記憶部に格納された時系列データに基づいて、前記鉛蓄電池の出力電圧の時間変化率を算出する演算処理部とを備え、
　前記制御部は、
　　前記給電機構から前記鉛蓄電池への電流供給を開始した後、前記鉛蓄電池に供給する電流を、徐々に低い電流値に切り替えて充電を行う多段充電制御と、
　　前記多段充電制御の実施後、前記鉛蓄電池に対して、前記多段充電制御にて供給した電流の最小値よりも高い電流値で電流供給を開始し、前記演算処理部が算出した前記時間変化率が所定の閾値を下回ると終了する補充電制御とを実行することを特徴とする。

　本発明の充電方法は、
　鉛蓄電池の充電方法であって、
　前記鉛蓄電池に対して電流供給を開始した後、前記鉛蓄電池に供給する電流を、徐々に低い電流値に切り替えて充電を行う工程（Ａ）と、
　前記工程（Ａ）の実施後、前記鉛蓄電池に対して、前記工程（Ａ）にて供給した電流の最小値よりも高い電流値で電流供給を開始し、前記鉛蓄電池の出力電圧の時間変化率が所定の閾値を下回ると終了する工程（Ｂ）とを含むことを特徴とする。

　本発明によれば、満充電をより確実に実現すると共に、過充電の発生が抑制された蓄電システム、鉛蓄電池の充電制御装置及び鉛蓄電池の充電方法が実現される。

蓄電システムの一実施形態を模式的に示す図面である。 充電制御装置の一構成例を示すブロック図である。 鉛蓄電池に供給される電流、及び鉛蓄電池の出力電圧の時間変化を示すグラフである。 鉛蓄電池に供給される電流、及び鉛蓄電池の出力電圧の時間変化を示す、補充電制御を実行しなかった場合のグラフである。 鉛蓄電池に供給される電流、及び鉛蓄電池の出力電圧の時間変化を示す、過充電を意図的に発生させた場合のグラフである。 充電制御装置の一構成例を示すブロック図である。 鉛蓄電池に供給される電流、鉛蓄電池の外表面温度、及び当該外表面温度の二階微分値の時間変化を示すグラフである。 鉛蓄電池の出力電圧、及び鉛蓄電池に供給される電流の時間変化を示すグラフである。

　以下、本発明の蓄電システム、鉛蓄電池の充電制御装置及び鉛蓄電池の充電方法について、図面を参照して説明する。なお、以下の各図面は、いずれも模式的に図示されたものであり、図面上の寸法比や個数は、実際の寸法比や個数と必ずしも一致していない。

　［構成］
　図１は、蓄電システム１の一実施形態を模式的に示す図面である。図１に示すように、蓄電システム１は、鉛蓄電池１０と、充電制御装置２０と、鉛蓄電池１０と充電制御装置２０とを接続するケーブル（３０ａ，３０ｂ）とを備える。

　本実施形態における鉛蓄電池１０は、密閉型鉛蓄電池であり、図１に示すように、ケーブル（３０ａ，３０ｂ）が接続される端子（１０ａ，１０ｂ）と、電池内部で発生したガスを排気する制御弁１１とを備える。なお、蓄電システム１に用いる鉛蓄電池１０は、他の構成の密閉型鉛蓄電池であってもよく、開放型とも称される、精製水を適宜補水する構成の鉛蓄電池であっても構わない。

　端子（１０ａ，１０ｂ）は、図１に示すように、ケーブル（３０ａ，３０ｂ）によって充電制御装置２０の出力端子（２０ａ，２０ｂ）と接続される、出力端子と充電端子との役割を兼ねる電極端子である。

　図２は、充電制御装置２０の一構成例を示すブロック図である。図２に示すように、充電制御装置２０は、給電機構の一態様であるコンバータ２１と、電圧検知部２２と、演算処理部２３と、制御部２４と、タイマー２５とを備える。

　コンバータ２１は、外部電源から供給される電力から、鉛蓄電池１０に供給する充電用の定電流を生成する電気回路である。なお、コンバータ２１の出力電流の値は、制御部２４による制御に従って決定される。

　電圧検知部２２は、図２に示すように、充電制御装置２０の出力端子（２０ａ，２０ｂ）間の電圧、すなわち、鉛蓄電池１０の端子（１０ａ，１０ｂ）間電圧である出力電圧を、タイマー２５が測定する所定の時間間隔で取得し、後段の演算処理部２３及び制御部２４に入力可能な電圧データ信号ｄ１を生成するブロックである。

　電圧検知部２２は、例えば、測定値に応じた信号を出力するように構成された電圧計等を採用し得る。

　本実施形態における充電制御装置２０は、人が充電状態を目視で確認できるよう、図１に示すように、電圧検知部２２が測定した電圧値が表示部２０ｃに表示される。ただし、当該表示部２０ｃは備えられていなくても構わない。

　演算処理部２３は、電圧検知部２２から出力された電圧データ信号ｄ１を受信すると、順次、電圧データを時系列データとして、記憶部２３ａに格納する。そして、演算処理部２３は、記憶部２３ａに格納されている時系列の電圧データから鉛蓄電池１０の出力電圧の時間変化率を算出する。

　本実施形態においては、時間変化率は、補充電制御の開始から３０秒経過した後に、１０秒間隔で測定された二つの電圧データ（Ｖ１，Ｖ２）から、ΔＶ／Δｔ＝（Ｖ２－Ｖ１）／１０で算出される。なお、この算出方法は、単なる一例であって、他の算出方法が採用されても構わない。また、時間変化率を求めるために使用する電圧データを取得する間隔は、任意に設定して構わないが、過充電の発生をより早く、かつ、より確実に検知するため、１秒以上６００秒以下であることが好ましく、１秒以上２００秒以下であることがより好ましい。また、時間変化率の算出は、補充電制御を開始した後、１秒～６００秒の範囲で設定される期間を経過した後に実施されることが好ましく、１秒～６０秒の範囲で設定される期間を経過した後に実施されることがより好ましい。

　演算処理部２３は、算出した鉛蓄電池１０の出力電圧の時間変化率のデータを含む判定用信号ｄ２を生成して、制御部２４に対して出力する。

　制御部２４は、判定用信号ｄ２に含まれる鉛蓄電池１０の出力電圧及び当該出力電圧の時間変化率と、判定テーブル２４ａに格納されている閾値データとを比較し、鉛蓄電池１０に対して供給する電流の値を決定してコンバータ２１を制御する。なお、ここでの閾値データは、多段充電制御においてコンバータ２１から出力する電流値の切り替えに関する複数の出力電圧の閾値と、満充電に到達したと判定する基準となる鉛蓄電池１０の出力電圧の時間変化率に関する第一閾値とが含まれるデータである。

　本実施形態における充電制御装置２０は、人が充電状態を目視で確認できるよう、図１に示すように、コンバータ２１が出力する電流値が表示部２０ｃに表示される。ただし、上述したように、当該表示部２０ｃは備えられていなくても構わない。

　［充電方法］
　次に、鉛蓄電池１０の充電方法について説明する。図３は、鉛蓄電池１０に供給される電流、及び鉛蓄電池１０の出力電圧の時間変化を示すグラフである。図３は、実線で示すグラフ（右側目盛りを参照）が、充電制御装置２０が鉛蓄電池１０に供給する電流の値を示しており、一点鎖線で示すグラフ（左側目盛りを参照）が、電圧検知部２２が測定した鉛蓄電池１０の出力電圧の値を示している。

　図３は、鉛蓄電池１０が放電と充電とを繰り返している最中の一期間を示すグラフである。そして、図３において破線で囲まれている区間はそれぞれ、区間Ｃ０は放電、区間Ｃ１は多段充電制御（工程（Ａ）に対応する。）、区間Ｃ２は補充電制御（工程（Ｂ）に対応する。）が実行されている区間である。

　区間Ｃ０は、鉛蓄電池１０が一定の電流値で放電している区間である。図３に示す区間Ｃ０の電流波形及び電圧波形は、鉛蓄電池１０に接続される負荷等に応じて適宜変動する。

　区間Ｃ０での放電が終了すると、所定の時間経過後に、図１に示すように、鉛蓄電池１０と充電制御装置２０とがケーブル（３０ａ，３０ｂ）によって接続されて、所定の操作が行われることで充電制御が開始される。

　充電制御は、最初に図２に示す制御部２４がコンバータ２１に対して、鉛蓄電池１０に供給を開始する信号を出力することで開始する。そして、電圧検知部２２が、充電される鉛蓄電池１０の出力電圧を検知し、タイマー２５によって所定の時間が経過したことが検知される度に、鉛蓄電池１０の出力電圧値のデータを制御部２４に出力する。

　制御部２４は、電圧検知部２２から入力された鉛蓄電池１０の出力電圧の値を、判定テーブル２４ａに格納されている所定の閾値（本実施形態における当該閾値は１４．７Ｖ）と比較し、当該閾値を上回っていたら、鉛蓄電池１０に供給する電流を低い値に切り替えるようにコンバータ２１を制御する。

　このようにして、図３に示すように、徐々に低い電流値に切り替わりながら鉛蓄電池１０の充電が行われる。当該充電制御が多段充電制御である。

　本実施形態おける多段充電制御は、図３に示すように、区間Ｃ１１～Ｃ１６までの六段階の電流値による充電が実行される。それぞれの区間で充電制御装置２０から鉛蓄電池１０に供給される電流値は、区間Ｃ１１が２０Ａ、区間Ｃ１２が１０Ａ、区間Ｃ１３が５Ａ、区間Ｃ１４が２．５Ａ、区間Ｃ１５が１．３Ａ、区間Ｃ１６が０．８Ａである。

　多段充電制御は、六段階の電流値に切り替わりが実行された後（区間Ｃ１６）、鉛蓄電池１０の出力電圧が上記閾値を上回ると、制御部２４がコンバータ２１の動作を停止して終了する。

　そして、多段充電制御の終了後、補充電制御が実行される（区間Ｃ２）。本実施形態の補充電制御は、充電制御装置２０から鉛蓄電池１０に供給される電流の値が２Ａに設定されている。なお、端段充電制御が終了してから補充電制御を実行するまでの時間は、０分～３００分の範囲で設定されることが好ましく、０分～６０分の範囲で設定されることがより好ましい。

　補充電制御において鉛蓄電池１０に供給される電流値は、多段充電制御の区間Ｃ１６において供給された電流値の最小値である０．８Ａよりも大きくなるように設定されている。なお、補充電制御において鉛蓄電池１０に供給される電流値は、多段充電制御において鉛蓄電池１０に供給された電流の最小値に対して、１１０％以上５００％以下であることが好ましく、１５０％以上３００％以下であることがより好ましい。

　区間Ｃ２において実行される補充電制御は、多段充電制御と同様に、制御部２４がコンバータ２１に対して、鉛蓄電池１０に供給を開始する信号を出力することで開始する。そして、電圧検知部２２が、充電される鉛蓄電池１０の出力電圧を検知し、タイマー２５によって所定の時間が経過したことが検知される度に、鉛蓄電池１０の出力電圧値のデータを演算処理部２３に出力する。

　演算処理部２３は、鉛蓄電池１０の出力電圧値のデータが入力されると、順次入力されてくるデータを時系列データとして記憶部２３ａに格納する。本実施形態では、上述したように、二つの時点における出力電圧値に基づいて、演算処理部２３が、鉛蓄電池１０の出力電圧値の時間変化率を算出し、当該時間変化率のデータを制御部２４に対して出力する。

　そして、制御部２４は、演算処理部２３から入力された時間変化率データの値を、判定テーブル２４ａに格納されている所定の閾値（以下、「第一閾値」という）と比較し、第一閾値を下回っていたら、鉛蓄電池１０に供給を停止するようにコンバータ２１を制御する。

　ここで、第一閾値は０．０５Ｖ／ｍｉｎである。なお、この第一閾値は、本実施形態において設定されている数値には限定されないが、鉛蓄電池１０を満充電に到達させることと過充電を抑制する観点から、－０．１Ｖ／ｍｉｎ以上０．１Ｖ／ｍｉｎ以下の範囲内に設定されていることが好ましく、－０．０５Ｖ／ｍｉｎ以上０．０５Ｖ／ｍｉｎ以下の範囲内に設定されていることがより好ましい。

　当該補充電制御が実行されることにより、図３に示すように、区間Ｃ２の補充電は、鉛蓄電池１０の端子（１０ａ，１０ｂ）間電圧が１６．５Ｖ付近に到達して終了する。

　以上のように、区間Ｃ１の多段充電制御と、区間Ｃ２の補充電制御とが実行されて、鉛蓄電池１０の充電制御が終了し、再び区間Ｃ０の放電が実施される。

　ここで、参考として、補充電制御を実行しなかった場合と、意図的に過充電を行った場合に、鉛蓄電池１０の出力電圧がどのような挙動を示すかを確認する。

　図４及び図５は、鉛蓄電池１０に供給される電流、及び鉛蓄電池１０の出力電圧の時間変化を示すグラフであって、図４は、補充電制御を実行しなかった場合のグラフ、図５は、過充電を意図的に発生させた場合のグラフである。

　図４に示すように、区間Ｃ２において補充電制御を実行しなかった場合、鉛蓄電池１０の出力電圧が、区間Ｃ１において実行される多段充電制御によって１４．７Ｖに到達した後、そのまま満充電となることなく、徐々に低下していく。

　区間Ｃ２の補充電制御において過充電を意図的に発生させると、図５に示すように、充電サイクル反応が不安定となり、鉛蓄電池１０の出力電圧が大きく変動している。充電サイクル反応が不安定となっている原因は、鉛蓄電池１０内部におけるガスの発生であると推測される。

　図５に示すグラフを取得した際は、実験的に過充電が発生した後も、そのまま補充電制御が実行されている。しかしながら、蓄電システム１は、鉛蓄電池１０の出力電圧との時間変化が、第一閾値を下回ったところで補充電制御が終了する。

　このような制御が実行される場合、図５に示すように、１６．５Ｖ付近に到達して過充電が発生した直後と思われる、急な電圧降下が確認された瞬間に、補充電制御は終了することになる。つまり、蓄電システム１は、図５に示すような充電制御が行われた場合、僅かながらに過充電が発生してしまうが、満充電に到達させつつ、過充電が行われる時間を最小限に抑制することができる。

　以上より、上述した構成、及び充電方法によれば、鉛蓄電池１０を満充電にまで充電しつつ、過充電の発生を抑制することができる。また、万が一、過充電が発生してしまった場合であっても、過充電が発生した直後に補充電制御を終了し、過充電が実行される時間を最小限に抑制することができる。

　なお、上述した蓄電システム１が備える構成、及び充電方法は、あくまで一例であり、本発明は、図示された各構成や上述の制御方法には限定されない。

　本実施形態の蓄電システム１は、充電制御装置２０内に、コンバータ２１と、電圧検知部２２と、演算処理部２３と、制御部２４とが全て搭載されているが、例えば、コンバータ２１等はそれぞれ別体として個々に準備されて構成されていてもよい。また、演算処理部２３と制御部２４とがＰＣやタブレット等の一つの外部機器で構成されていても構わない。

　本実施形態において多段充電制御は、鉛蓄電池１０の出力電圧が所定の電圧値に到達すると、より低い電流値に切り替えるように構成されているが、電圧値に依らず、予め設定された時間が経過すると電流値を切り替えるような制御であっても構わない。

　本実施形態では、一つの鉛蓄電池１０を一つの充電制御装置２０によって充電する構成で説明したが、蓄電システム１は、直列又は並列に接続された複数の鉛蓄電池１０、さらには、相互に接続されていない複数の鉛蓄電池１０を、一つの充電制御装置２０によって充電するように構成されていても構わない。このような構成の場合、さらに、充電制御装置２０が、同時に充電対象とする鉛蓄電池１０の数に応じた端子（２０ａ，２０ｂ）と、それぞれの鉛蓄電池１０に対応した電圧検知部２２等を備えていても構わない。

　また、本実施形態では、図１に示すように、鉛蓄電池１０と充電制御装置２０とが、ケーブル（３０ａ，３０ｂ）によって接続されている構成が図示されているが、鉛蓄電池１０と充電制御装置２０は、ケーブル（３０ａ，３０ｂ）以外の部材で接続されていてもよい。例えば、鉛蓄電池１０と充電制御装置２０とが一体的に構成されて、鉛蓄電池１０の端子（１０ａ，１０ｂ）と充電制御装置２０の出力端子（２０ａ，２０ｂ）とが、ＯＮ／ＯＦＦ状態を切り替えるスイッチで接続されている構成であっても構わない。

　［別実施形態］
　以下、別実施形態につき説明する。

　〈１〉　図６は、充電制御装置２０の一構成例を示すブロック図である。図６に示すように、蓄電システム１の別実施形態は、鉛蓄電池１０の外表面温度を測定する温度センサ６０と、温度センサ６０が取得した温度値を含む信号を受信して、演算処理部２３に入力する温度データ信号ｄ３を生成して出力する温度検知部２６とをさらに備える。なお、温度センサ６０は、例えば、熱電対を採用し得る。

　鉛蓄電池１０は、充電が行われている間、供給される電流の大きさに応じて温度が変化する。別実施形態における充電制御装置２０は、演算処理部２３が温度センサ６０によって取得された鉛蓄電池１０の温度データ信号ｄ３の二階微分値を算出する。そして、制御部２４が、当該二階微分値と判定テーブル２４ａに予め格納されている所定の閾値である第二閾値とを比較し、二階微分値が第二閾値を上回ったところで所望の充電状態となったと判定して、鉛蓄電池１０に供給する電流値を低下させるように制御する。

　図７Ａは、鉛蓄電池１０に供給される電流、鉛蓄電池１０の外表面温度、及び当該外表面温度の二階微分値の時間変化を示すグラフであり、図７Ｂは、鉛蓄電池１０の出力電圧、及び鉛蓄電池１０に供給される電流の時間変化を示すグラフである。図７Ａに示すように、別実施形態における充電制御装置２０は、多段充電制御において温度が急峻に変化しているところで、鉛蓄電池１０へ供給する電流値を切り替えている。

　鉛蓄電池１０の外表面で発生する急峻な温度変化は、正極で発生した酸素ガスが負極で吸収される際に発生する熱に起因していると考えられる。このため、鉛蓄電池１０の外表面温度が所定の変化率以上に急峻に変化した時、又は鉛蓄電池１０の外表面温度の二階微分値が所定の閾値を超えた時は、鉛蓄電池１０内において過充電が発生した時であると判断することができる。つまり、上記制御を実行することにより、図７Ａ及び図７Ｂに示すように、多段充電制御において、過充電の発生を抑制することができるため、鉛蓄電池１０の長寿命化を図ることができる。

　〈２〉　上記充電方法は、例えば、充電制御装置２０の表示部２０ｃに表示される電圧検知部２２が出力する電圧値や演算処理部２３が算出する時間変化率を、作業者が目視で確認して、手動でコンバータ２１が出力する電流値を調整して実施しても構わない。

　　　　１　　　　：　　蓄電システム
　　　１０　　　　：　　鉛蓄電池
　　　１０ａ，１０ｂ　　　：　　端子
　　　１１　　　　：　　制御弁
　　　２０　　　　：　　充電制御装置
　　　２０ａ，２０ｂ　　　：　　出力端子
　　　２０ｃ　　　：　　表示部
　　　２１　　　　：　　コンバータ
　　　２２　　　　：　　電圧検知部
　　　２３　　　　：　　演算処理部
　　　２３ａ　　　：　　記憶部
　　　２４　　　　：　　制御部
　　　２４ａ　　　：　　判定テーブル
　　　２５　　　　：　　タイマー
　　　２６　　　　：　　温度検知部
　　　３０ａ，３０ｂ　　　：　　ケーブル
　　　６０　　　　：　　温度センサ
 

Claims (8)

1. 　鉛蓄電池と、
   　前記鉛蓄電池に対して電流を供給する給電機構と、
   　前記給電機構が前記鉛蓄電池に対して供給する電流の値を制御する制御部と、
   　前記鉛蓄電池の出力電圧を測定する電圧検知部と、
   　前記電圧検知部によって測定された前記鉛蓄電池の出力電圧の時系列データを格納する記憶部と、
   　前記記憶部に格納された時系列データに基づいて、前記鉛蓄電池の出力電圧の時間変化率を算出する演算処理部とを備え、
   　前記制御部は、
   　　前記給電機構から前記鉛蓄電池への電流供給を開始した後、前記鉛蓄電池に供給する電流を、徐々に低い電流値に切り替えて充電を行う多段充電制御と、
   　　前記多段充電制御の実施後、前記鉛蓄電池に対して、前記多段充電制御にて供給した電流の最小値よりも高い電流値で電流供給を開始し、前記演算処理部が算出した前記時間変化率が所定の第一閾値を下回ると終了する補充電制御とを実行することを特徴とする蓄電システム。
2. 　前記第一閾値が、－０．１Ｖ／ｍｉｎ以上０．１Ｖ／ｍｉｎ以下の範囲内に設定されていることを特徴とする請求項１に記載の蓄電システム。
3. 　前記補充電制御において前記給電機構から前記鉛蓄電池に供給される電流の値が、前記多段充電制御において前記給電機構から前記鉛蓄電池に供給された電流の最小値に対して、１１０％以上５００％以下となるように設定されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の蓄電システム。
4. 　前記補充電制御は、前記多段充電制御の実施後６０分内に実行されることを特徴とする請求項１又は２に記載の蓄電システム。
5. 　前記補充電制御における、前記時間変化率の算出及び、前記時間変化率の所定の閾値との比較が、１秒以上６０秒以下の範囲内で設定された周期で実行されることを特徴とする請求項１又は２に記載の蓄電システム。
6. 　前記鉛蓄電池の外表面温度を測定する温度検知部を備え、
   　前記記憶部が、前記温度検知部によって測定された温度データの時系列データを格納し、
   　前記演算処理部が、前記記憶部に格納された時系列データに基づいて、前記鉛蓄電池の温度を時間によって二階微分した二階微分値を算出し、
   　前記制御部が、前記多段充電制御の実行中において、前記二階微分値が所定の第二閾値を上回ると、前記鉛蓄電池に供給する電流値をより低い電流値に切り替えるように前記給電機構を制御する、又は前記多段充電制御を終了することを特徴とする請求項１又は２に記載の蓄電システム。
7. 　鉛蓄電池を充電するための充電制御装置であって、
   　前記鉛蓄電池に電流を供給する給電機構と、
   　前記給電機構が前記鉛蓄電池に対して供給する電流の値を制御する制御部と、
   　前記鉛蓄電池の出力電圧を測定する電圧検知部と、
   　前記電圧検知部によって測定されたの出力電圧の時系列データを格納する記憶部と、
   　前記記憶部に格納された時系列データに基づいて、前記鉛蓄電池の出力電圧の時間変化率を算出する演算処理部とを備え、
   　前記制御部は、
   　　前記給電機構から前記鉛蓄電池への電流供給を開始した後、前記鉛蓄電池に供給する電流を、徐々に低い電流値に切り替えて充電を行う多段充電制御と、
   　　前記多段充電制御の実施後、前記鉛蓄電池に対して、前記多段充電制御にて供給した電流の最小値よりも高い電流値で電流供給を開始し、前記演算処理部が算出した前記時間変化率が所定の閾値を下回ると終了する補充電制御とを実行することを特徴とする鉛蓄電池の充電制御装置。
8. 　鉛蓄電池の充電方法であって、
   　前記鉛蓄電池に対して電流供給を開始した後、前記鉛蓄電池に供給する電流を、徐々に低い電流値に切り替えて充電を行う工程（Ａ）と、
   　前記工程（Ａ）の実施後、前記鉛蓄電池に対して、前記工程（Ａ）で供給した電流の最小値よりも高い電流値で電流供給を開始し、前記鉛蓄電池の出力電圧の時間変化率が所定の閾値を下回ると終了する工程（Ｂ）とを含むことを特徴とする鉛蓄電池の充電方法。