(57)【要約】【課題】バックアップ用途の制御弁式鉛蓄電池を、簡易な制御で寿命低下を抑制する。【解決手段】バックアップによって放電した後に制御弁式鉛蓄電池の回復充電を行う制御弁式鉛蓄電池の制御方法において、回復充電として、充電電圧を値Ｘ、充電時間を値Ｙ［ｈｒ］とした定電圧充電を行い、値Ｘ、値Ｙは、Ｘ＝２．３Ｖ／セル〜２．４Ｖ／セル、−１２０Ｘ＋２９６（図２中、Ｙ１に相当）≦Ｙ≦−１２０Ｘ＋３０４（図２中、Ｙ２に相当）、の条件を満たすようにした。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
バックアップに備えて制御弁式鉛蓄電池を満充電状態に充電し、バックアップによって放電した後に前記制御弁式鉛蓄電池の回復充電を行う制御弁式鉛蓄電池の制御方法において、
前記回復充電として、充電電圧を値Ｘ、充電時間を値Ｙ［ｈｒ］とした定電圧充電を行い、値Ｘ、値Ｙは、
Ｘ＝２．３Ｖ／セル〜２．４Ｖ／セル、
−１２０Ｘ＋２９６≦Ｙ≦−１２０Ｘ＋３０４、
の条件を満たすことを特徴とする制御弁式鉛蓄電池の制御方法。
【請求項２】
充電時間である値Ｙは、計画停電の時間間隔よりも短い時間に設定されることを特徴とする請求項１に記載の制御弁式鉛蓄電池の制御方法。
【請求項３】
バックアップに備えて制御弁式鉛蓄電池を満充電状態に充電し、バックアップによって放電した後に前記制御弁式鉛蓄電池の回復充電を行う制御弁式鉛蓄電池の制御装置において、
前記回復充電として、充電電圧を値Ｘ、充電時間を値Ｙ［ｈｒ］とした定電圧充電を行い、値Ｘ、値Ｙは、
Ｘ＝２．３Ｖ／セル〜２．４Ｖ／セル、
−１２０Ｘ＋２９６≦Ｙ≦−１２０Ｘ＋３０４、
の条件を満たすことを特徴とする制御弁式鉛蓄電池の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、バックアップ用途に用いられる制御弁式鉛蓄電池の制御方法、及び制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
鉛蓄電池の充電方法には、定電流充電、定電圧充電等の様々な方法がある。車両に搭載される鉛蓄電池に対しては、定電圧充電時の電流値と時間の関係から近似関数を求め、過去の近似関数に基づき定電圧充電時の実測値との誤差を予測し、予測した誤差を、充電不足及び過充電の回避に役立てる技術が提案されている（例えば特許文献１参照）。
【０００３】
鉛蓄電池には、停電時のバックアップ電源に用いられる制御弁式鉛蓄電池がある。この制御弁式鉛蓄電池は、例えば、バックアップに備えて自己放電分を補うように浮動充電され、バックアップによって放電した後に回復充電される。また、バックアップ用途で用いられる制御弁式鉛蓄電池は、液式(ベント式)鉛蓄電池のような均等充電は一般的に行われない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−２８０１７５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
バックアップ用途の制御弁式鉛蓄電池は、期待寿命が１０年を超える場合がある。しかし、停電が計画的に行われる事態（いわゆる計画停電）が発生した場合、又は、電池の状態をチェックするために定期的に放電を行った場合には、放電回数が想定回数よりも多くなり、期待される寿命を満足しないおそれが生じる。
【０００６】
寿命低下を抑制すべく、特許文献１に記載の車両用鉛蓄電池の制御技術を適用し、充電不足及び過充電による寿命低下を抑える対応が考えられる。しかし、制御が複雑になってしまう、というデメリットがある。
そこで、本発明は、バックアップ用途の制御弁式鉛蓄電池を、簡易な制御で寿命低下を抑制することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明は、バックアップに備えて制御弁式鉛蓄電池を満充電状態に充電し、バックアップによって放電した後に前記制御弁式鉛蓄電池の回復充電を行う制御弁式鉛蓄電池の制御方法において、前記回復充電として、充電電圧を値Ｘ、充電時間を値Ｙ［ｈｒ］とした定電圧充電を行い、値Ｘ、値Ｙは、Ｘ＝２．３Ｖ／セル〜２．４Ｖ／セル、−１２０Ｘ＋２９６≦Ｙ≦−１２０Ｘ＋３０４、の条件を満たすことを特徴とする。
【０００８】
上記構成において、充電時間である値Ｙは、計画停電の時間間隔よりも短い時間に設定されることを特徴とする。
【０００９】
また、本発明は、バックアップに備えて制御弁式鉛蓄電池を満充電状態に充電し、バックアップによって放電した後に前記制御弁式鉛蓄電池の回復充電を行う制御弁式鉛蓄電池の制御装置において、前記回復充電として、充電電圧を値Ｘ、充電時間を値Ｙ［ｈｒ］とした定電圧充電を行い、値Ｘ、値Ｙは、Ｘ＝２．３Ｖ／セル〜２．４Ｖ／セル、−１２０Ｘ＋２９６≦Ｙ≦−１２０Ｘ＋３０４、の条件を満たすことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明では、バックアップ用途の制御弁式鉛蓄電池を、簡易な制御で寿命を延ばすことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の制御方法を適用した電池システムを示すブロック図である。
【図２】御弁式鉛蓄電池の回復充電の条件の説明に供する図である。
【図３】停電に関する動作を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の一実施の形態について説明する。
図１は本発明の制御方法を適用した電池システム１０を示すブロック図である。
この電池システム１０は、停電時に負荷１１に電力を供給するシステムであり、バックアップ電源となる蓄電池１２と、商用電源１３からの電力によって蓄電池１２を充電する充電制御装置１５とを備えている。負荷１１は、商用電源１３からの電力で作動する設備、又は電子機器である。蓄電池１２は、バックアップ対象の負荷１１に合わせて仕様（容量等）が設定された電池であり、複数の制御弁式鉛蓄電池１２Ａによって構成されている。
【００１３】
充電制御装置１５は、停電検出部２１、充電部２２、及び演算処理部２３などを備える、停電検出部２１は、商用電源１３からの電力供給の停止・開始を検出することによって、停電の開始・終了を検出する。充電部２２は、充電用の回路などを有し、演算処理部２３の制御の下、充電電圧、充電電流、及び充電時間等を設定する。
【００１４】
演算処理部２３は、内蔵メモリに記憶された制御プログラムを実行することによって充電制御装置１５の各部を制御する。また、この充電制御装置１５は、蓄電池１２の状態（電圧、温度等）を検出する回路、各種の情報を表示する表示部、及びユーザー指示を入力する指示入力部などを備えていてもよい。
【００１５】
充電制御装置は、停電が発生していない場合、蓄電池の自己放電分を補うように浮動充電を行う。浮動充電電流は、例えば、（５／１０，０００）Ｃ〜（１／１０００）Ｃ（Ｃは蓄電池の定格容量）程度であり、非常に小さい。また、充電制御装置は、停電を検出した後に停電の停止（電力の復旧に相当）を検出すると、蓄電池の回復充電を行う。
【００１６】
蓄電池１２の回復充電の条件について説明する。
発明者等は、蓄電池１２を構成する制御弁式鉛蓄電池１２Ａの回復充電の条件を求めるべく、以下の実験を行った。
１セルが２Ｖ、２００Ａｈ（１０時間率容量）の制御弁式鉛蓄電池を製作し、周囲温度２５℃の環境にて、充電電流を０．１Ｃ１０Ａとし満充電となるまで充電し、次いで、放電電流０．１Ｃ１０Ａで終止電圧１．８Ｖまで放電を行い、初期容量を測定した。次に、０．１Ｃ１０Ａの放電電流で５時間放電を行い、充電電流を０．１Ｃ１０Ａとし、２．３Ｖ〜２．４Ｖの定電圧充電時間を表１のように変化させて、充放電を行った。
【００１７】
ここで、充電電圧を値Ｘとした場合、Ｘ＝２．３Ｖ／セル〜２．４Ｖ／セル・・・式（１）としたのは、高い電圧で充電することで、充電時間の短縮が可能となり、充電量も確保し易くなるからである。例えば、放電頻度が高い場合は、満充電状態になる前に放電が開始される可能性があり、そのような運用が続くと、充電不足状態となり、寿命に影響を与える。即ち、高い充電電圧で充電を行い、次の放電に備えることで短寿命を防ぐことが可能となる。なお、充電電圧が２．３Ｖより低い場合、定格容量維持率が低く、２．４Ｖを超える場合、減水率（蓄電池１２の電解液の減液量）が大きくなり短寿命となる。
充放電が終了後、周囲温度２５℃、０．１Ｃ１０Ａ、終止電圧１０．８Ｖまで放電を行い、電池容量を測定した。また、電池作製後の電池質量と３０サイクル後の電池質量を測定して、減水率を求めた。
【００１８】
【表１】
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【００１９】
実施例１−９は、３０サイクル後の容量維持率が１００％以上となり、３０サイクル後の減水率が０．８３％以下であった。比較例１−４、６、８、１０、１２は、３０サイクル後の容量維持率が９９％以下となっており、充電不足状態になっていることが分かる。比較例５、７は、定電圧充電時間が３２時間と長くなり、十分に充電されない状態で放電される可能性が高くなる。また、比較例９、１１、１３−１６は、３０サイクル後の減水率が０．８３％を超えてしまう。充電不足状態での運用、及び減水率の増大は、いずれも電池寿命に悪影響を与える。
【００２０】
そこで、発明者等は、図２に示すように、実施例１−９及び比較例１−１６について、充電電圧、及び定電圧充電時間（以下、充電時間と言う）をプロットしてグラフを作成し、最適範囲を検討した。図２には、横軸を充電電圧Ｘとし、縦軸を充電時間Ｙとしている。
図２中、符号Ａ１は実施例１を示し、符号Ａ２は実施例２を示し、符号Ａ３は実施例３を示し、符号Ａ４は実施例４を示し、符号Ａ５は実施例５を示し、符号Ａ６は実施例６を示し、符号Ａ６は実施例６を示し、符号Ａ７は実施例７を示し、符号Ａ８は実施例８を示し、符号Ａ９は実施例９を示している。また、図２中、符号Ｂ１〜Ｂ１６は比較例１−１６をそれぞれ示している。
【００２１】
このグラフに基づき、発明者等は、充電電圧が２．３Ｖ、２．３５Ｖ、２．４Ｖの各々について、充電時間が短い側に位置するＡ１、Ａ４、Ａ７を一次式Ｙ１で近似するとともに、充電時間が長い側に位置するＡ３、Ａ６、Ａ９を一次式Ｙ２で近似した。そして、これら一次式Ｙ１、Ｙ２で囲まれるエリアＡＲ１（図２にハッチングを付して示す）であれば、３０サイクル後の容量維持率が１００％以上であり、定電圧充電時間も長くならず、且つ、３０サイクル後の減水率が０．８３％以下であることを見いだした。
【００２２】
一次式Ｙ１、Ｙ２については、以下の算出結果が得られた。
Ｙ１＝−１２０Ｘ＋２９６・・・式（２）、
Ｙ２＝−１２０Ｘ＋３０４・・・式（３）
【００２３】
以上により、充電電圧Ｘ＝２．３Ｖ／セル〜２．４Ｖ／セル・・・式（１）であり、且つ、充電時間Ｙについては、−１２０Ｘ＋２９６≦Ｙ≦−１２０Ｘ＋３０４・・・式（４）であれば、減水率を抑えて、充電不足にならない状態にすることが可能であった。
【００２４】
次に、充電制御装置１５の停電に関する動作を説明する。
図３は停電に関する動作を示すフローチャートである。なお、本実施形態の充電制御装置１５は、不図示の内蔵バッテリーを搭載することによって、又は、蓄電池１２の電力を利用することによって、停電時でも動作可能である。
充電制御装置１５は、停電を検出しない場合（ステップＳ１；ＮＯ）、浮動充電を行う（ステップＳ２）。これにより、蓄電池１２は満充電状態に維持される。
【００２５】
一方、停電を検出した場合（ステップＳ１；ＹＥＳ）、充電制御装置１５は、停電が終了するまで（つまり、復電が行われるまで）待機する（ステップＳ３；ＮＯ）。なお、停電の場合、浮動充電は自動的に停止される。なお、充電制御装置１５が浮動充電を強制停止させる制御を行ってもよい。
【００２６】
停電が終了すると（ステップＳ３；ＹＥＳ）、充電制御装置１５は、回復充電の条件を設定する（ステップＳ４）。この場合、充電制御装置１５は、上述した式（１）を満たす充電電圧Ｘ、及び式（４）を満たす充電時間Ｙを設定する。続いて、充電制御装置１５は、設定した充電電圧Ｘ、充電時間Ｙで定電圧充電を行うことにより、回復充電を行う（ステップＳ５）。回復充電が終了すると（ステップＳ６；ＹＥＳ）、充電制御装置１５は、浮動充電に切り替える。以上が停電に関する動作である。
【００２７】
本実施形態の回復充電によれば、減水率を抑えて、充電不足にならない状態まで充電できるので、蓄電池１２の寿命への影響を抑えることができる。しかも、一次式からなる式（１）及び式（４）によって回復充電の条件を算出するので、条件の算出が容易である。これによって、バックアップ用途の制御弁式鉛蓄電池からなる蓄電池１２を、簡易な制御で寿命低下を抑制可能になる。
【００２８】
したがって、例えば、停電が計画的に行われる事態（計画停電）が生じ、想定よりも停電回数が多くなったとしても、蓄電池１２の当初の期待寿命を満足させ易くなる。また、電池システム１０の信頼性を要求されるために定期的に放電を行い、蓄電池１２の状態をチェックする運用となったとしても、蓄電池１２の当初の期待寿命を満足させ易くなる。
【００２９】
上記式（１）及び式（４）によれば、充電電圧Ｘ＝２．３Ｖ／セル〜２．４Ｖ／セルとしたときに、充電時間Ｙは、８時間〜２８時間の範囲で任意に設定することが可能である。例えば、計画停電が行われる事態が判明した場合、回復充電の充電時間Ｙを、計画停電の時間間隔（例えば２日）よりも短い時間に設定することが好ましい。これによれば、計画停電の合間に回復充電を終えることが可能になり、十分に充電されない状態で放電される事態を回避できる。
【００３０】
本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術思想に基づいて各種の変形、及び変更が可能である。
【符号の説明】
【００３１】
１０  電池システム
１１  負荷
１２  蓄電池
１２Ａ  制御弁式鉛蓄電池
１３  商用電源
１５  充電制御装置（制御装置）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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