(57)【要約】【課題】大容量化を目的として直列電池の４以上を並列接続して一括にｎ段定電流充電した場合のサイクル寿命の急激な低下を抑制し、寿命特性と短時間充電とを両立した組電池の充電方法を提供すること。【解決手段】複数個の鉛蓄電池を直列に接続した直列回路を並列に接続して負荷に給電する組電池の充電方法であり、直列回路毎に充電装置を接続し、充電装置は、直列回路の充電電圧を検出して、充電電圧が所定の制御電圧値に到達した時点で、充電電流値をｎ（但し、ｎ≧２である整数）段に、段階的に低下させるｎ段定電流充電を行うとともに、かつ、前記組電池の前記負荷への給電時に、前記組電池は少なくとも４以上の前記直列回路が並列接続された充電方法を示すものである。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数個の鉛蓄電池を直列に接続した直列回路を並列に接続して負荷に給電する組電池の充電方法であって、
前記直列回路毎に充電装置を接続し、
前記充電装置は、前記直列回路の充電電圧を検出して、前記充電電圧が所定の制御電圧値に到達した時点で、充電電流値をｎ（但し、ｎ≧２である整数）段に、段階的に低下させるｎ段定電流充電を行うとともに、
かつ、前記組電池の前記負荷への給電時に、前記組電池は少なくとも４以上の前記直列回路が並列接続されてなる組電池の充電方法。
【請求項２】
複数個の鉛蓄電池を直列に接続した直列回路を並列に接続して負荷に給電する組電池の充電方法であって、
前記組電池の前記負荷への給電時において、前記組電池は少なくとも４以上の前記直列回路が並列接続されてなり、
かつ、前記組電池は、前記直列回路の２もしくは３が並列に接続した並列回路の２以上を並列接続してなり、
前記並列回路毎に充電装置を接続し、
前記充電装置は、前記並列回路の充電電圧を検出して、前記充電電圧が所定の制御電圧値に到達した時点で、充電電流値をｎ（但し、ｎ≧２である整数）回、段階的に低下させるｎ段定電流充電を行うことを特徴とする組電池の充電方法。
【請求項３】
前記組電池の放電電気量に一定の係数を乗じることによって必要充電電気量を設定し、１段目の充電を第１定電流で行い、ｎ段目の第ｎ定電流における充電時間を１段目の充電で要した充電時間と１段目充電時における前記鉛蓄電池の電槽の温度を基準として設定制御し、１段目からｎ−１段目の充電による充電電気量の不足分を補うことを特徴とする、請求項１もしくは２に記載の組電池の充電方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は鉛蓄電池からなる組電池の充電方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
二酸化炭素の排出や石油資源の枯渇を抑制する気運が高まる中、鉛蓄電池などの二次電池のみを動力源とする小型車両の開発が嘱望されている。中でも鉛蓄電池は、タフユースに強く適度な重量を有しているため、例えば運搬車両の動力源として有用と考えられる。
【０００３】
鉛蓄電池は、公知のように、２Ｖの公称電圧を有しているため、上記のような、動力源として所望される電池電圧とするために、複数個の鉛蓄電池を直列接続して組電池とすることが、ごく一般的に行なわれている。
【０００４】
一方、電池容量に関しては、鉛蓄電池の単位セル内に含まれる正極および負極の活物質量と、電解液中の硫酸濃度および電解液量を調整することにより、所望とする容量の鉛蓄電池を得ることができるものの、所望とする電池容量毎に正極板、負極板、セパレータ、電槽、蓋等の部品が異なることになるため、標準的な容量の電池を並列接続することによって、電池機種の増加を招くことなく、効率的に様々な容量の電池、すなわち組電池を得ることができる。
【０００５】
したがって、鉛蓄電池セルを直列接続して得た直列電池の複数を、互いに並列接続することによって、所望とする、公称電圧・定格容量の組電池を得ることができる。
【０００６】
例えば、特許文献１には、２個の蓄電池セルを直列に接続して直列電池を構成し、この直列電池の２個を並列接続して負荷に給電する構成が示されている。また、特許文献１には、２個の直列電池のそれぞれに給電回路が接続され、給電回路は、直列電池に印加する電圧をある値に設定維持する定電圧回路を有していること、すなわち、直列電池を定電圧充電することが示されている。
【０００７】
一般的に、液式（開放式）あるいは制御弁式に関らず、鉛蓄電池は、電解液中の水分の減少を抑制する目的で、例えば、２５℃においては、一セル当り、２．２５Ｖ〜２．４５Ｖ程度の制御電圧で、定電圧充電することが行なわれている。
【０００８】
定電圧充電は、当初、０．６ＣＡ程度の充電電流で、蓄電池を充電し、蓄電池の電圧が、前記した制御電圧に到達した時点より、蓄電池の電圧が制御電圧に維持され、それとともに、充電電流が減衰する。そして、充電電流が０．００５ＣＡ〜０．０１ＣＡ程度の、いわゆるトリクル電流にまで減衰した時点で、蓄電池は満充電状態となる。
【０００９】
このように、定電圧充電の末期には、充電電流は電池容量に対して十分に小さくなるため、ＩＲ損失は小さくなる。したがって、蓄電池セルを直列接続して直列回路とし、この直列回路をさらに並列接続した組電池を定電圧充電した場合、組電池を構成する蓄電池セル容量のばらつきや、単電池間の結線抵抗によって、充電開始当初は、充電電圧および充電電流の蓄電池セル間のばらつきは比較的大である。
【００１０】
しかしながら、充電の進行にしたがって、各蓄電池セルに加わる充電電圧および各直列回路を流れる充電電流はしだいに収束し、満充電時には、充電電圧および充電電流のばらつきが抑制され、結果として、各蓄電池セルの充電状態のばらつきが抑制されるという利点がある。
【００１１】
しかしながら、上記のような定電圧充電では、充電電流が十分に減衰し、各蓄電池セルが満充電に至るまでに長時間（例えば、一直列回路当りの最大充電電流が０．６ＣＡの場合、１２時間から２４時間程度）を確保できるのであれば、組電池の充電に適した充電方法であり、バックアップ用途であれば、長い充電時間も、実用上、それほど問題とならない。
【００１２】
一方、前記したような組電池を電動の運搬車両用電源として用いる場合、１２時間〜２４時間といった長時間の充電時間は許容しがたく、充電時間の短縮化が試みられてきている。
【００１３】
そして、鉛蓄電池の急速充電方法として、例えば、特許文献２に示したような、多段充電方式が提案されている。特許文献２の多段充電方式では、充電開始当初は、充電電流Ｉ１で充電し、蓄電池電圧がある所定の制御電圧ＶＲに到達した時点で、充電電流をＩ１よりも低いＩ２に段階的に低下させ、以降も同様に、制御電圧ＶＲによって、段階的に充電電流を低下させていく手法である。なお、制御電圧ＶＲは、前記したような、蓄電池セル当り、２．４０Ｖ程度とすることによって、電解液中の水分の蓄電池外への散逸を抑制する構成を有する。
【００１４】
特許文献２の充電方法では、最終のｎ段での充電においては、蓄電池電圧の制御を行なうのではなく、第１段目の充電電気量と電池温度によって、ｎ段目の充電時間が決定される。そして、ｎ段目の充電において強制的な充電が為されるため、前記したような、通常の定電圧充電において、完全放電状態の組電池を満充電状態とするまでの充電時間として、１２時間〜２４時間要していたものが、特許文献２の充電方法によれば、５〜６時間程度にまで短縮することができる。
【特許文献１】特開昭５５−０５３１４０号公報
【特許文献２】特開平１１−２９７３６４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
前記したような、特許文献２に示された充電方法は、充電時間を短縮化できることから、運搬車両用電源といった、サイクル用途に適している。ところが、蓄電池セルを直列とした直列回路の複数を並列接続した組電池に、前記したような、ｎ段定電流充電を適用した場合、特に、並列接続する直列回路数が４を越えると、サイクル寿命特性が急激に低下することを本願発明の発明者は見出した。
【００１６】
本発明は、前記した状況に鑑み、蓄電池セルを直列接続してなる直列回路を並列接続した組電池に、前記したようなｎ段定電流充電を適用した際のサイクル寿命の低下を抑制し、組電池のサイクル寿命特性と、充電時間短縮化とを両立した組電池の充電方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
前記した課題を解決するために、本発明の請求項１に係る発明は、複数個の鉛蓄電池を直列に接続した直列回路を並列に接続して負荷に給電する組電池の充電方法であって、前記直列回路毎に充電装置を接続し、前記充電装置は、前記直列回路の充電電圧を検出して、前記充電電圧が所定の制御電圧値に到達した時点で、充電電流値をｎ（但し、ｎ≧２である整数）段に、段階的に低下させるｎ段定電流充電を行うとともに、かつ、前記組電池の前記負荷への給電時に、前記組電池は少なくとも４以上の前記直列回路が並列接続されてなる組電池の充電方法を示すものである。
【００１８】
また、本発明の請求項２に係る発明は、複数個の鉛蓄電池を直列に接続した直列回路を並列に接続して負荷に給電する組電池の充電方法であって、前記組電池の前記負荷への給電時において、前記組電池は少なくとも４以上の前記直列回路が並列接続されてなり、かつ、前記組電池は、前記直列回路の２もしくは３が並列に接続した並列回路の２以上を並列接続してなり、  前記並列回路毎に充電装置を接続し、前記充電装置は、前記並列回路の充電電圧を検出して、前記充電電圧が所定の制御電圧値に到達した時点で、充電電流値をｎ（但し、ｎ≧２である整数）回、段階的に低下させるｎ段定電流充電を行うことを特徴とする組電池の充電方法を示すものである。
【００１９】
また、本発明の請求項３に係る発明は、請求項１もしくは２に記載の組電池の充電方法において、前記組電池の放電電気量に一定の係数を乗じることによって必要充電電気量を設定し、１段目の充電を第１定電流で行い、ｎ段目の第ｎ定電流における充電時間を１段目の充電で要した充電時間と１段目充電時における前記鉛蓄電池の電槽の温度を基準として設定制御し、１段目からｎ−１段目の充電による充電電気量の不足分を補うことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、蓄電池セルを直列接続した直列回路を並列接続した組電池のサイクル寿命を低下させることなく、充電時間の短縮化が可能な組電池の充電方法を提供できるという、顕著な効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態による充電方法を用いた電源システム１０１の構成を示す図である。
【００２２】
本発明の充電方法を適用する電源システム１０１は、複数個の鉛蓄電池のセル１０２を直列に接続した直列回路１０３を並列接続した組電池１０４と、この組電池１０４を充電する充電装置１０５とからなる。
【００２３】
電源システム１０１においては、組電池１０４は、負荷１０６への給電時において、少なくとも４以上の直列回路１０３が並列接続されている。この電源システム１０１において、組電池１０４を充電する際には、直列回路１０３毎に充電装置１０５が接続され、充電装置１０５によって対応する直列回路１０３の充電を行う。
【００２４】
組電池１０４からは、必要に応じて外部出力用の端子１０８が設けられ、負荷１０６が接続される。なお、ある直列回路１０３が内部短絡等で故障した状態で、電源システム１０１から負荷１０６へ給電する際、故障した直列回路１０３へ他の正常な直列回路１０３からの電流が流れ込み、負荷１０６への給電に不具合が生じることを防止するため、直列回路１０３と直列にダイオード１０７ａを接続することができる。
【００２５】
このような、直列回路１０３に直列に介挿されたダイオード１０７ａは、充電装置１０５で直列回路１０３を充電する際、他の直列回路１０３に接続された他の充電装置１０５からの直列回路１０３への充電電流の流れ込みを防止することによって、直列回路１０３とこれに接続された充電装置１０５の対が、他の対から独立した状態となるため、各直列回路は同一条件で充電されることとなり、直列回路１０３間の充電状態のばらつきを抑制することができる。
【００２６】
なお、本発明においては、ダイオード１０７ａを設けたが、ダイオード１０７ａに替えてスイッチング素子（図示せず）を用いてもよい。
【００２７】
また、図１には、充電装置に直列にダイオード１０７ｂを介挿した形態を示したが、このダイオード１０７ｂは、直列回路１０３から組電池への電流の逆流を阻止する目的で配置したものであり、ダイオード１０７ｂに替えて、同様の作用を有する素子あるいは回路を配置してもよい。そして、ダイオード１０７ｂあるいはこれと同様の作用を有する素子あるいは回路は、充電装置１０５内に設けてもよく、充電装置１０５外に設けてもよい。
【００２８】
本発明では、前記したように、組電池１０４が負荷１０６に給電を行なう際には、組電池１０４は直列回路１０３の４以上が並列接続されるとともに、充電装置１０５の動作を図２に示した動作とするものである。すなわち、図２に示したように、充電装置１０５は、直列回路１０３の充電電圧Ｖを検出して、この充電電圧Ｖが所定の制御電圧値ＶＲに到達した時点で、充電電流値をｎ（但し、ｎ≧２である整数）段に、段階的に低下させる。
【００２９】
なお、１段からｎ−１段までの制御電圧ＶＲは、電解液中の水の電気分解が抑制される２．２５Ｖ／セル〜２．４５Ｖ／セルとすることができる。制御電圧ＶＲに温度上昇に対する負特性を有することによって、電解液中の水分減少を抑制することができる。また、制御電圧ＶＲは、各段で一定であってもよく、前記した範囲で変化させてもよい。
【００３０】
例えば、充電電流によるジュール熱によって、セル１０２の温度が上昇するため、制御電圧値ＶＲに温度上昇に対する負特性（例えば、−０．０２Ｖ／℃〜−０．００５Ｖ／℃）を持たせることによって、実質上、充電段数毎に制御電圧ＶＲが変化するため、セル１０２の温度に応じた適切な制御電圧ＶＲで充電を切り替えることができ、充電不足や過充電を抑制することができる。
【００３１】
また、本発明では、直列回路１０３を並列接続することから、セル１０２の位置によって、温度のばらつきが生じる。例えば、直列回路１０３をそのまま並列配置する場合、両側の直列回路１０３を構成するセル１０２の放熱性は、それ以外の直列回路１０３を構成するセル１０２の放熱性に比べて著しく高い。本発明では、直列回路１０３毎に温度計測が可能となるため、直列回路１０３の設置位置に関らず、各直列回路１０３を過不足なく充電できる。
【００３２】
また、本発明においては、ｎ段目充電では、充電電流は通常の定電圧充電とは異なり、連続して減衰することなく、電流Ｉｎで充電された後、遮断される。ｎ段目の充電時間の制御方法としては、例えば、１段からｎ−１段までの制御電圧ＶＲでは、電解液中の水の電気分解が抑制される２．２５Ｖ／セル〜２．４５Ｖ／セルとしておき、ｎ段で電解液中の水の電気分解が進行し、負極より水素ガスが発生しはじめる直前の２．６〜２．７Ｖ／セルに到達した時点で、ｎ段目の充電を停止し、充電完了とすること、あるいは、ｎ段目の充電時間を予め所定時間に設定しておき、ｎ段目の充電の開始から、タイマーがこの所定時間を計時した段階で、ｎ段目の充電を終了させ、充電完了とする手法も考えられ、これらの方法によっても、充電時間を５〜６時間程度にまで短縮することができる。
【００３３】
また、ｎ段目の充電電気量を、１段目の充電電気量に応じて制御することができる。これは１段目の充電電気量が増大するにつれてｎ段目の充電電気量を増大させる、すなわち、ｎ段目の定電流充電における充電時間をより長くする。このような構成によれば、直列回路１０３の放電深度がばらついても、過不足なく充電を行うことができ、より好ましい。
【００３４】
なお、充電の段数としては、例えば２段〜１０段、好ましくは３段〜１０段程度の段数から選択することができる。なお、最終段、すなわちｎ段目の充電電流を０．００１ＣＡ〜０．００５ＣＡといったトリクル電流に相当するような値とすると、充電完了までの時間が長くなるため、０．０２ＣＡ以上、好ましくは、０．０４ＣＡ以上とする。また、１段目の充電電流については、セル１０２の充電受け入れ性が許容する範囲で高くすることが好ましく、例えば、１ＣＡ〜０．４ＣＡの範囲内で選択することができる。
【００３５】
本発明の発明者は、直列回路１０３の並列数が４を越えた組電池１０４の端子１０８に、図２に示したｎ段定電流充電動作を行なう充電装置１０５を接続し、一括で組電池１０４を充電した場合、急激に組電池１０４のサイクル寿命特性が低下することを見出した。
【００３６】
一方、直列回路１０３の並列数が４を越えた場合でも、端子１０８に図３で示したパターンで動作する定電圧充電装置（図示せず）を接続し、１６時間〜２４時間といった長時間充電を行えば、前記したような、サイクル寿命特性の低下は起こらない。
【００３７】
このような現象の要因は、以下のように推測される。すなわち、図３に示した定電圧充電（充電電圧が制御値に到達した時点より、充電電圧をこの制御値で一定に制御する充電であり、充電の進行にしたがって、充電電流は連続的に減衰し、最終的には０．００１ＣＡ〜０．００５ＣＡ程度となる。）で、組電池１０４を充電する場合、組電池を構成する直列回路１０３の容量のばらつきや結線抵抗等によって、各々の直列回路１０３を流れる充電電流はばらつく。
【００３８】
しかしながら、充電電流が減衰してくると、各々の直列回路１０３に流れる充電電流は減衰するとともに、均等に収束していき、最終的には、直列回路１０３間の充電ばらつきが解消される。但し、この状態に至るまで１６時間から２４時間の極めて長い充電時間を要するため、バックアップ用には適するものの、サイクル用途には実用的でない。
【００３９】
一方、本発明のように、充電電流が不連続な状態で順次切り替わり、充電電流を連続して０．００１ＣＡ〜０．００５ＣＡまで減衰させる過程を含まないｎ段定電流充電においては、前記したような、直列回路１０３に流れる充電電流のばらつきが充電終了まで解消されず、結果として、直列回路１０３の充電状態のばらつきが生じ、このばらつきは、サイクル的な使用によって拡大され、組電池１０４内の特定の直列回路が過充電や、過放電を受けることによって劣化し、組電池１０４としてのサイクル寿命特性が極端に低下するものと推測される。
【００４０】
また、このようなｎ段定電流充電を用いた場合のサイクル寿命特性の急激な低下は、直列回路１０３の並列数が４以上の場合に極めて顕著に発現することを本発明の発明者は見出したものである。
【００４１】
上記の知見に基づき、直列回路１０３の並列数が４以上である組電池１０４と、ｎ段定電流充電動作を行なう充電装置１０５とを組み合わせる場合、直列回路１０３毎に充電装置１０５を設けることによって、前記したような、ｎ段定電流充電時であって、かつ並列接続数が４以上の場合に顕著に発生するサイクル寿命の低下を抑制し、良好な寿命特性が得られるとともに、従来の定電圧充電方式に比較して、極めて短時間で充電を行うことができるという、顕著な効果を奏する。
【００４２】
（第２の実施形態）
本発明の第２の実施形態による充電方法を適用する電源システム２０１および電源システム３０１の構成をそれぞれ図３および図４に示す。
【００４３】
本発明の第２の実施形態による充電方法を適用する電源システム２０１は、図４に示したように、複数個の鉛蓄電池のセル１０２を直列に接続した直列回路１０３を並列に接続して負荷１０６に接続する組電池２０２と、この組電池２０２を充電する充電装置２０３を備える。
【００４４】
組電池２０２は、直列回路１０３の２個が並列に接続した並列回路２０４の２以上を並列接続して構成される。そして、この組電池２０２を充電する際に、並列回路２０４毎にそれぞれ充電装置２０３が接続される。また、組電池２０２から負荷１０６への給電時には、組電池２０２は、４以上の直列回路１０３を並列接続した構成を有する。
【００４５】
充電装置２０３は、第１の実施形態における充電装置１０５と全く同様の制御を行なう。すなわち、並列回路２０４の充電電圧を検出して、充電電圧が所定の制御電圧値ＶＲに到達した時点で、充電電流値をｎ（但し、ｎ≧２である整数）段に、段階的に低下させる機能を有したものである。但し、充電装置１０５は単一の直列回路１０３を充電するが、充電装置２０３は、２つの直列回路１０３を充電するため、出力電流値は充電装置１０５の２倍の容量を有したものを適用することが好ましいことはいうまでもない。
【００４６】
また、本発明の第２の実施形態による充電方法を適用する他の電源システム３０１は、図５に示したように、複数個の鉛蓄電池のセル１０２を直列に接続した直列回路１０３を並列に接続して負荷１０６に接続する組電池３０２と、この組電池３０２を充電する充電装置３０３を備える。
【００４７】
組電池３０２は、直列回路１０３の３個が並列に接続した並列回路３０４の２以上を並列接続して構成される。そして、この組電池３０２を充電する際に、並列回路３０４毎にそれぞれ充電装置３０３が接続される。さらに、組電池３０２から負荷１０６への給電時には、組電池３０２は、４以上の直列回路１０３を並列接続した構成を有する。
【００４８】
充電装置３０３は、第１の実施形態における充電装置１０５と全く同様の制御を行なう。すなわち、並列回路３０４の充電電圧を検出して、充電電圧が所定の制御電圧値ＶＲに到達した時点で、充電電流値をｎ（但し、ｎ≧２である整数）段に、段階的に低下させる機能を有したものである。但し、充電装置１０５は単一の直列回路１０３を充電するが、充電装置３０３は、３つの直列回路１０３を充電するため、出力電流値は充電装置１０５の３倍の容量を有したものを適用することが好ましいことはいうまでもない。
【００４９】
前記した第２の実施形態は、第１の実施形態における直列回路１０３を、２つの直列回路１０３を並列接続した並列回路２０４、もしくは、３つの直列回路１０３を並列接続した並列回路３０４で置換した構成を有する。
【００５０】
前記したように、第１の実施形態において、本発明の課題は、直列回路１０３の並列接続数が４を越えると顕著になることを示した。したがって、並列接続数２および３とした第２の実施形態であれば、寿命低下を抑制する効果が得られつつ、また、短時間充電が可能となる上、充電装置２０３，３０３の必要数も少なくなるため、コスト的に好ましいものである。
【実施例】
【００５１】
以下、実施例における本発明例と比較例との比較により、本発明の効果を説明する。なお、本実施例では、サイクル寿命試験により、本発明の効果を示すが、サイクル寿命試験の温度は本発明例および比較例ともに２５℃である。
【００５２】
（直列回路）
まず、本発明例と比較例に共通に用いた直列回路の構成を説明する。本実施例で用いた直列回路（第１および第２の実施形態における直列回路１０３に相当）は、鉛蓄電池のセル１０２が６個直列接続されたモノブロックタイプの制御弁式鉛蓄電池の５個が直列接続されており、公称電圧６０Ｖ、３時間率定格容量５０Ａｈの電池である。本直列回路は、３０個のセル１０２が直列接続された構成を有する。なお、本発明例および比較例とも、組電池は実質的に１２個の直列回路１０３が並列接続されているため、３時間率定格容量は６００Ａｈとなる。
【００５３】
（定電圧充電装置）
次に、比較例に用いた定電圧充電装置の仕様は、充電電圧２．４０Ｖ／セル、最大充電電流３０Ａ／直列回路である。なお、「３０Ａ／直列回路」とは、最大充電電流を直列回路数で割った、１直列回路当りの最大充電電流を意味する。なお、この表現は、後述する５段充電電流装置の説明においても同様である。
【００５４】
（５段定電流充電装置）
本発明例および比較例に用いた５段定電流充電装置の仕様は、制御電圧ＶＲ＝２．４０Ｖ／セルで、充電電流を以下の５段階で切り替える方式である。すなわち、１段目充電電流＝４０Ａ／直列回路、２段目充電＝３０Ａ／直列回路、３段目充電電流＝０．２０Ａ／直列回路、４段目充電電流＝１０Ａ／直列回路、５段目充電電流＝５Ａ／直列回路である。なお、５段目充電において、直列回路の電圧が２．６５Ｖ／セルとなった時点で充電完了とした。なお、充電電流は直列回路当りの表現を用いており、例えば、３個の直列回路が並列接続された並列回路を充電する場合、各段の充電電流は、上記の各３倍でなる。すなわち、接続する直列回路の並列接続数倍に相当することになる。
【００５５】
（本発明例Ａ１）
本発明例Ａ１は、第１の実施形態によるものであり、電源システム１０１の組電池１０４を０．３ＣＡ（１８０Ａ）で１．７０Ｖ／セルまで放電した後、前記した５段定電流充電装置で充電完了となるまで充電し、これら放電と充電とを繰り返して行うことにより、組電池１０４のサイクル寿命試験を行なったものである。０．３ＣＡ（１８０Ａ）放電における放電持続時間が初期の５０％に低下した時点を寿命サイクル数とした。
【００５６】
なお、本発明例Ａ１においては、組電池１０４は、１２個の直列回路１０３が並列接続され、それぞれの直列回路１０３に５段定電流充電装置（充電装置１０５）が接続された構成である。
【００５７】
（本発明例Ａ２）
本発明例Ａ２は、第２の実施形態によるものであり、電源システム２０１の組電池２０２を０．３ＣＡ（１８０Ａ）で１．７０Ｖ／セルまで放電した後、前記した５段定電流充電装置で充電完了となるまで充電し、これら放電と充電とを繰り返して行うことにより、組電池２０２のサイクル寿命試験を行なったものである。０．３ＣＡ（１８０Ａ）放電における放電持続時間が初期の５０％に低下した時点を寿命サイクル数とした。
【００５８】
なお、本発明例Ａ２においては、組電池２０２は、２個の直列回路１０３が並列接続された並列回路２０４の６個が並列接続され、それぞれの並列回路２０４に５段定電流充電装置（充電装置２０３）が接続された構成である。
【００５９】
（本発明例Ａ３）
本発明例Ａ３は、第２の実施形態によるものであり、電源システム３０１の組電池３０２を０．３ＣＡ（１８０Ａ）で１．７０Ｖ／セルまで放電した後、前記した５段定電流充電装置で充電完了となるまで充電し、これら放電と充電とを繰り返して行うことにより、組電池３０２のサイクル寿命試験を行なったものである。０．３ＣＡ（１８０Ａ）放電における放電持続時間が初期の５０％に低下した時点を寿命サイクル数とした。
【００６０】
なお、本発明例Ａ３においては、組電池３０２は、３個の直列回路１０３が並列接続された並列回路３０４の４個が並列接続され、それぞれの並列回路３０４に５段定電流充電装置（充電装置３０３）が接続された構成である。
【００６１】
（比較例Ａ４）
比較例Ａ４は、電源システム３０１において、並列回路３０４が３個の直列回路で構成されるところ、４個の直列回路を並列接続して並列回路ａ４（図示せず）とし、この並列回路ａ４の３個を並列接続して組電池Ａ４を構成したものである。なお、並列回路ａ４のそれぞれに５段定電流充電装置が接続されている。
【００６２】
組電池Ａ４を０．３ＣＡ（１８０Ａ）で１．７０Ｖ／セルまで放電した後、前記した５段定電流充電装置で充電完了となるまで充電し、これら放電と充電とを繰り返して行うことにより、組電池Ａ４のサイクル寿命試験を行なったものである。０．３ＣＡ（１８０Ａ）放電における放電持続時間が初期の５０％に低下した時点を寿命サイクル数とした。
【００６３】
（比較例Ａ５）
比較例Ａ５は、電源システム３０１において、並列回路３０４が３個の直列回路で構成されるところ、６個の直列回路を並列接続して並列回路ａ５（図示せず）とし、この並列回路ａ５の２個を並列接続して組電池Ａ５を構成したものである。なお、並列回路Ａ５のそれぞれに５段定電流充電装置が接続されている。
【００６４】
組電池Ａ５を０．３ＣＡ（１８０Ａ）で１．７０Ｖ／セルまで放電した後、前記した５段定電流充電装置で充電完了となるまで充電し、これら放電と充電とを繰り返して行うことにより、組電池Ａ４のサイクル寿命試験を行なったものである。０．３ＣＡ（１８０Ａ）放電における放電持続時間が初期の５０％に低下した時点を寿命サイクル数とした。
【００６５】
（比較例Ａ６）
比較例Ａ６は、１２個の直列回路を並列接続して組電池Ａ６を構成したものであり、組電池Ａ６の端子間に５段定電流充電装置が接続されている。
【００６６】
（比較例Ｂ１）
比較例Ｂ１は、本発明例Ａ１で用いた充電装置１０５に替えて定電圧充電装置を接続したものである。なお、充電時間は８時間である。
【００６７】
（比較例Ｂ２）
比較例Ｂ２は、本発明例Ａ２で用いた充電装置２０３に替えて定電圧充電装置を接続したものである。なお、充電時間は８時間である。
【００６８】
（比較例Ｂ３）
比較例Ｂ３は、本発明例Ａ３で用いた充電装置３０３に替えて定電圧充電装置を接続したものである。なお、充電時間は８時間である。
【００６９】
（比較例Ｂ４）
比較例Ｂ４は、比較例Ａ４で用いた５段定電流充電装置に替えて定電圧充電装置を接続したものである。なお、充電時間は８時間である。
【００７０】
（比較例Ｂ５）
比較例Ｂ５は、比較例Ａ５で用いた５段定電流充電装置に替えて定電圧充電装置を接続したものである。なお、充電時間は８時間である。
【００７１】
（比較例Ｂ６）
比較例Ｂ６は、比較例Ａ６で用いた５段定電流充電装置に替えて定電圧充電装置を接続したものである。なお、充電時間は８時間である。
【００７２】
（比較例Ｃ１）
比較例Ｃ１は、比較例Ｂ１の充電時間を８時間から２４時間としたものである。
【００７３】
（比較例Ｃ２）
比較例Ｃ２は、比較例Ｂ２の充電時間を８時間から２４時間としたものである。
【００７４】
（比較例Ｃ３）
比較例Ｃ３は、比較例Ｂ３の充電時間を８時間から２４時間としたものである。
【００７５】
（比較例Ｃ４）
比較例Ｃ４は、比較例Ｂ４の充電時間を８時間から２４時間としたものである。
【００７６】
（比較例Ｃ５）
比較例Ｃ５は、比較例Ｂ５の充電時間を８時間から２４時間としたものである。
【００７７】
（比較例Ｃ６）
比較例Ｃ６は、比較例Ｂ５の充電時間を８時間から２４時間としたものである。
【００７８】
上記した本発明例および比較例における、充電装置あたりの直列回路数と、充電方式および充電時間とサイクル寿命試験との関係を表１に示す。
【００７９】
【表１】
2010160955.tif 000003
【００８０】
表１に示した結果から、定電圧充電で２４時間の長時間充電を行う場合、充電装置あたりの直列回路数（一つの充電装置に接続される直列回路の数、この数が１を除き、直列回路は互いに並列接続されている。）が多くなるにつれてサイクル寿命数は低下するものの、その低下の度合いは、定電圧充電で充電時間を８時間とした場合よりも緩和されている。
【００８１】
このことは、充電電流が連続的に減衰する定電圧充電方式では、充電時間を長くし、充電電流が０．００１ＣＡ〜０．００５ＣＡのトリクル電流といわれる領域までに低下させれば、充電装置あたりの直列回路数の増加によるサイクル寿命の低下をある程度まで抑制できることを示している。なお、８時間の定電圧充電時における充電末期電流の直列回路間の平均値は、１直列回路あたり０．０２ＣＡである一方、２４時間充電の場合のそれは０．００５ＣＡであった。
【００８２】
一方、５段定電流充電を用いた場合、一つの充電装置に接続される直列回路の数（この数が１を除き、直列回路は互いに並列接続されている。）が３以下の場合には、定電圧充電を用いた場合よりも充電時間が短時間であり、組電池のサイクル寿命は極めて良好である。
【００８３】
一方、充電装置あたりの直列回路数が３を超え、４以上となると、組電池の寿命特性は急激に低下することがわかる。このような現象は、定電圧充電直列回路間の充電状態のばらつきが充放電サイクルとともに拡大し、直列回路の一つが極端に過充電されたり、あるいは過放電を受けることによって生じていた。
【００８４】
このような、充電装置あたりの直列回路数の増加に伴うサイクル寿命の低下は、定電圧充電を用いた場合にも現れるが、５段定電流充電の場合にはその度合いは極めて顕著であり、定電圧充電では、充電時間を長くすることによって、このような現象は緩和されることから、このような現象は、特に５段定電流充電に顕著に発生するものであることがわかる。
【００８５】
したがって、組電池の容量を確保する目的で、４以上の直列回路を並列接続して組電池を構成する場合であり、かつ、充電時間の短縮化の目的で、ｎ段定電流充電を行なう場合には、充電装置あたりの直列回路を、少なくとも３以下とし、最も好ましくは１、すなわち、直列回路毎に充電装置を設ける。
【００８６】
上記したように、本発明の構成によれば、直列回路の４以上が並列接続された組電池を短時間で充電可能であり、組電池のサイクル寿命特性を極めて顕著に改善された充電方法を提供できる。
【００８７】
なお、本実施例においては、ｎ段定電流充電の例として、ｎ＝５とした例を述べたが、実施の形態でも述べたように、ｎ≧２とした場合においても、本実施例と同様の効果が得られる。これは、１段目の充電電流値Ｉ１と最終段目の充電電流値Ｉｘとが決まれば、Ｉ１〜Ｉｘの間を任意の段数ｎで分割できることは自明であることによる。
【００８８】
また、本実施例においては、最終段、すなわち５段目の充電停止の制御として、５段目の充電電圧が制御電圧ＶＲより高い、２．６５Ｖとなった時点で充電停止とした例を示したが、この最終段である、５段目の充電電気量を、１段目の充電電気量に応じて制御する、すなわち、これは１段目の充電電気量が増大するにつれてｎ段目の充電電気量を、ｎ段目の定電流充電における充電時間をより長くすることにより増加させる制御を行なうことにより、実施例よりも顕著な効果を奏した。
【００８９】
すなわち、本発明例Ａ１において、サイクル寿命回数が実施例の４４０サイクルから４８０サイクル、本発明例Ａ２において、サイクル寿命回数が、実施例の３８０サイクルから４４０サイクル、本発明例Ａ３において、サイクル寿命回数が、実施例の３６０サイクルから、４００サイクルに改善する一方で、比較例Ａ４〜Ａ６のサイクル寿命回数は、それぞれ１４０サイクル、１００サイクルおよび６０サイクルから、１２０サイクル、９０サイクル、および５５サイクルと若干の低下が認められた。
【産業上の利用可能性】
【００９０】
本発明は、電動車両等、特に、サイクル用途に用いられる組電池の充電方法として好適である。
【図面の簡単な説明】
【００９１】
【図１】第１の実施形態による充電方法を適用する電源システムの構成を示す図
【図２】ｎ段定電流充電における電圧―電流の時間変化を示す図
【図３】定電圧充電における電圧−電流の時間変化を示す図
【図４】第２の実施形態による充電方法を適用する電源システムの構成を示す図
【図５】他の第２の実施形態による充電方法を適用する電源システムの構成を示す図
【符号の説明】
【００９２】
１０１  電源システム
１０２  セル
１０３  直列回路
１０４  組電池
１０５  充電装置
１０６  負荷
１０７ａ、１０７ｂ  ダイオード
１０８  端子
２０１  電源システム
２０２  組電池
２０３  充電装置
２０４  並列回路
３０１  電源システム
３０２  組電池
３０３  充電装置
３０４  並列回路
【図１】
2010160955.tif 000004
【図２】
2010160955.tif 000005
【図３】
2010160955.tif 000006
【図４】
2010160955.tif 000007
【図５】
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