(57)【要約】【課題】電解液の成層化の度合を正確に検出して、電池容量の急激な低下を引き起こさない充電を行うことで鉛蓄電池を長寿命化する方法を提供することを目的とする。【解決手段】本発明は、鉛蓄電池の真の開回路電圧ＯＣＶ１と、この鉛蓄電池の充電電気量と放電電気量との差分から計算された理想の開回路電圧ＯＣＶ２とを把握する第１のステップと、ＯＣＶ１とＯＣＶ２との差分から鉛蓄電池の成層化の度合を把握する第２のステップと、第２のステップにて把握した成層化の度合と充電パターンとの照合テーブルを参酌して鉛蓄電池の充電条件を変更する第３のステップと、からなることを特徴とする鉛蓄電池の充電制御方法に関する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
鉛蓄電池の真の開回路電圧ＯＣＶ１と、この鉛蓄電池の充電電気量と放電電気量との差分から計算された理想の開回路電圧ＯＣＶ２とを把握する第１のステップと、
前記ＯＣＶ１とＯＣＶ２との差分から鉛蓄電池の成層化の度合を把握する第２のステップと、
前記第２のステップにて把握した成層化の度合と充電パターンとの照合テーブルを参酌して鉛蓄電池の充電条件を変更する第３のステップと、
からなることを特徴とする、鉛蓄電池の充電制御方法。
【請求項２】
前記第１のステップにおいて、前記鉛蓄電池の充電電気量と放電電気量との差分を前記鉛蓄電池の内部抵抗で補正することを特徴とする、請求項１に記載の鉛蓄電池の充電制御方法。
【請求項３】
パルス放電における電流値と前記鉛蓄電池の電圧の変化値とから、前記鉛蓄電池の内部抵抗を求めることを特徴とする、請求項２に記載の鉛蓄電池の充電制御方法。
【請求項４】
前記パルス放電における放電時間を、０．０００１秒以上１秒以下としたことを特徴とする、請求項３に記載の鉛蓄電池の充電制御方法。
【請求項５】
前記第１のステップにおいて、充電電気量を充電効率で補正することを特徴とする、請求項１に記載の鉛蓄電池の充電制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鉛蓄電池の充電制御方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
始動用の鉛蓄電池は、エンジン始動用セルモータへの電力供給とともに、車両に搭載された各種電気・電子機器へ電力を供給している。エンジン動作中は、発電機であるオルタネータによって鉛蓄電池が充電され、電池は満充電に近い状態に維持される。
【０００３】
近年、環境保全の観点から、車両の燃費向上が検討されている。例えば、車両の一時的な停車中にエンジンを停止するアイドリングストップシステムや、所定の条件下で、オルタネータの発電量を抑制し、エンジン効率を向上させる充電制御システム、また、車両減速時に運動エネルギーを電気エネルギーに変換し、この電気エネルギーを蓄電する回生ブレーキシステム等のシステムが既に実用化されている。
【０００４】
特に、アイドリングストップシステムや、オルタネータの発電量を抑制するシステムを搭載した車両では、従来の車両に比較して、鉛蓄電池への充電量が削減される。一方で鉛蓄電池は、車両搭載機器への電力供給する際に深く放電されることがある。例えばアイドリングストップシステム搭載車両では、アイドリングストップ中、車両に搭載されたＥＣＵや各種灯器類、エアコンといった各種の車両搭載機器は鉛蓄電池によって駆動される。
【０００５】
このようなシステムを搭載した車両に用いる鉛蓄電池は、従来の車両に用いる鉛蓄電池に比べて、深い放電や充電が頻繁に繰返されることになる。
【０００６】
鉛蓄電池の充電反応は、正極および負極の放電生成物である硫酸鉛を二酸化鉛または海綿状鉛に戻す反応であり、その際に、硫酸を生成する。生成した硫酸は、一時的にその活物質周辺の電解液濃度を上昇させる。濃度の高い電解液は周りの電解液より比重が重いため、重力により電池の下部へ沈降する。
【０００７】
その結果、電池の下部で電解液濃度が高くなり、上部で電解液濃度が低くなる現象（以下、成層化と称する）が起こる。成層化によって硫酸濃度が高くなった電解液の中では、一般にサルフェーションと呼ばれる硫酸鉛の結晶の粗大化と硫酸鉛結晶の蓄積が起こり、活物質の充電受入性が低下する。この現象を把握せずに無作為な充電を繰返すと、電池容量が急激に低下して短寿命となる。
【０００８】
このような課題を解決するために、成層化自体を抑制する方法として、正極、負極およびガラス繊維製のセパレータを上下方向に積層する方法（特許文献１参照）や、負極に水素過電圧の低い金属を吸着させて負極の表面で充電中にガスを発生させて電解液を循環させる方法（特許文献２参照）が提案されている（特許文献２参照）。
【特許文献１】特開２００１−１０２０２７号公報
【特許文献２】特開２００５−２０３３１８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかし特許文献１の方法では、正極および負極を横に積層することしかできなくなるため、電池の設置方法に自由度がなくなる。また特許文献２の方法では、充電中に常にガスが発生し、電解液の減少を促進させて短寿命となる欠点があった。
【００１０】
これらの状況を踏まえれば、成層化自体を抑制するよりも、成層化の度合を把握して鉛蓄電池を効率よく充電し、電池容量の急激な低下を促進させない方法を採るべきであるが、その方法は未だ提案されていない。
【００１１】
本発明は上述した課題を鑑みてなされたものであり、電解液の成層化の度合を正確に検出して、電池容量の急激な低下を引き起こさない充電を行うことで鉛蓄電池を長寿命化する方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
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、鉛蓄電池の真の開回路電圧ＯＣＶ１と、この鉛蓄電池の充電電気量と放電電気量との差分から計算された理想の開回路電圧ＯＣＶ２とを把握する第１のステップと、ＯＣＶ１とＯＣＶ２との差分から鉛蓄電池の成層化の度合を把握する第２のステップと、第２のステップにて把握した成層化の度合と充電パターンとの照合テーブルを参酌して鉛蓄電池の充電条件を変更する第３のステップと、からなることを特徴とする鉛蓄電池の充電制御方法に関する。
【００１３】
本発明の請求項２に係る発明は、請求項１を前提として、第１のステップにおいて鉛蓄電池の充電電気量と放電電気量との差分を鉛蓄電池の内部抵抗で補正することを特徴とする。
【００１４】
本発明の請求項３に係る発明は、請求項１を前提として、パルス放電における電流値と鉛蓄電池の電圧の変化値とから鉛蓄電池の内部抵抗を求めることを特徴とする。
【００１５】
本発明の請求項４に係る発明は、請求項３を前提として、パルス放電における放電時間を、０．０００１秒以上１秒以下としたことを特徴とする。
【００１６】
本発明の請求項５に係る発明は、請求項１を前提として、第１のステップにおいて、充電電気量を充電効率で補正することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
前記した本発明の構成によれば、電解液の成層化の度合を検出して抑制し、鉛蓄電池を長寿命化する充電制御方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明を実施するための最良の形態について、図を参照しながら詳細に説明する。
【００１９】
第１の発明は、鉛蓄電池の真の開回路電圧ＯＣＶ１と、この鉛蓄電池の充電電気量と放電電気量との差分から計算された理想の開回路電圧ＯＣＶ２とを把握する第１のステップと、ＯＣＶ１とＯＣＶ２との差分から鉛蓄電池の成層化の度合を把握する第２のステップと、第２のステップにて把握した成層化の度合と充電パターンとの照合テーブルを参酌して鉛蓄電池の充電条件を変更する第３のステップと、からなることを特徴とする鉛蓄電池の充電制御方法に関する。
【００２０】
図１は第１の発明の一例を示す鉛蓄電池の充電制御方法を表したフローチャートであり、図２は第１の発明の鉛蓄電池の充電制御方法を具現化するための電源システムの一例を示すブロック図である。
【００２１】
鉛蓄電池１は、発電機５で発電されコンバータ６にて調整された充電電流を受け入れる一方、車両システム側の負荷７に放電電流を供給する。この鉛蓄電池１の充電電流および放電電流は電流計２によって測定される。一方、この鉛蓄電池の電圧は電圧計３にて測定される。測定された充電電流、放電電流および電圧は、制御部４に送られる。
【００２２】
ステップＳ１において充電あるいは放電が開始されると、制御部４はステップＳ２において、電流計２から送られる充電電流あるいは放電電流Ｉと所定値Ｉａとの大小を比較する。ここで所定値Ｉａとは、車両システムや制御部４自身が消費する暗電流の最大値に相応するものであって、ステップＳ２においてＩ≦Ｉａと判断された場合、暗電流の消費を除き充電および放電は完了したものとして、ステップＳ３に移行する。
【００２３】
ステップＳ３において制御部４は、電圧計３から送られる鉛蓄電池の電圧Ｖと、タイマー（図示せず、例えば制御部４に内蔵）で計測された経過時間Ｔとから求まる単位時間当たりの電圧変化量ｄＶ／ｄＴと、所定値Ｘとの大小を比較する。ここで所定値Ｘとは、温度変化などによる電圧のブレの幅に相応するものであって、ステップＳ３においてｄＶ／ｄＴ≦Ｘと判断された場合、充電あるいは放電による分極の影響が無視できる程度に開回路電圧（ＯＣＶ）が安定したものとして、ステップＳ４に移行する。
【００２４】
ステップＳ４において制御部４は、電圧計３から送られる鉛蓄電池の開回路電圧Ｖを鉛蓄電池１の「真のＯＣＶ（ＯＣＶ１）」として測定し、記憶する。
【００２５】
ステップＳ５において制御部４は、これまでの充電および放電に使われた充電電気量および放電電気量（暗電流による消費分を含む）の差分から、鉛蓄電池１の「真のＳＯＣ」を計算する。さらにステップＳ６において制御部４は、自らが記憶するＳＯＣとＯＣＶとの相関テーブルを参酌し、ステップ５における「真のＳＯＣ」に相当する理想の開回路電圧（ＯＣＶ２）を図３から導き出し、記憶する。ここまでのステップが、第１のステップに相当する。
【００２６】
ステップＳ７において制御部４は、ＯＣＶ１とＯＣＶ２との差分から鉛蓄電池１の成層化の度合を算出する。具体的には図４に示すように、あらかじめ把握している相関図を基に、ＯＣＶ１とＯＣＶ２との差分と成層化の度合を読み取ることになる。このステップが、第２のステップに相当する。
【００２７】
ステップＳ８において制御部４は、自らが記憶する鉛蓄電池１の成層化の度合と充電パターンとの照合テーブルを参酌し、コンバータ６に対する制御条件を把握して、鉛蓄電池１の充電条件を変更する。このステップが、第３のステップに相当する。
【００２８】
ここで本発明の電源システムおよび鉛蓄電池の充電制御方法の一例として、ステップＳ７において鉛蓄電池１の成層化の度合が重篤と判断された場合の、ステップＳ８とステップＳ１における制御を例示する。
【００２９】
制御部４は、鉛蓄電池１の成層化の度合と充電パターンとの照合テーブル（表１）を記憶している。ステップＳ７において鉛蓄電池１の成層化の度合（レベル１（軽）からレベル３（重）のいずれか）が判断できた後、制御部４は（表１）の照合テーブルにおけるいずれの充電条件が適当であるかを判断する（ステップＳ８）。一方、発電機５は車両の走行条件に応じて無作為に鉛蓄電池１を充電しようとする。そこで制御部４はコンバータ６に指令を送り、ステップＳ８において判断された充電が行えるよう（ステップＳ１において充電時間が所定値以上となるよう）に調整することで、鉛蓄電池１は適切に充電される。
【００３０】
【表１】
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【００３１】
第１の発明の充電制御方法を採ることにより、電解液の成層化の度合をＯＣＶ１とＯＣＶ２との差分から正確に検出できるので、成層化の度合に応じた条件で充電を設定でき、電池容量の急激な低下を抑止できるため、鉛蓄電池の長寿命化が可能になる。
【００３２】
第２の発明は、第１の発明を前提として、第１のステップにおいて鉛蓄電池１の充電電気量と放電電気量との差分を鉛蓄電池１の内部抵抗で補正することを特徴とする。
【００３３】
鉛蓄電池１は充放電を繰り返すと、正極活物質、負極活物質に硫酸鉛が蓄積する。硫酸鉛が蓄積すると、図５に示すように内部抵抗が上昇し、充電電気量のロスが増加して「真のＳＯＣ」が把握しづらくなる。
【００３４】
そこでステップＳ５に続くステップＳ５‘において鉛蓄電池１の内部抵抗を測定して充電電気量のロス分を算出し、このロス分を図３に反映させることで充電電気量および放電電気量の差分から求まる鉛蓄電池１の「真のＳＯＣ」を補正できる。これによって、ステップＳ７において鉛蓄電池１の成層化の度合を精度よく算出できるようになる。
【００３５】
第３の発明は、第１の発明を前提として、パルス放電における電流値と鉛蓄電池の電圧の変化値とから鉛蓄電池の内部抵抗を求めることを特徴とする。第４の発明は、第３の発明を前提として、パルス放電における放電時間を０．０００１秒以上１秒以下としたことを特徴とする。
【００３６】
図５は、ＳＯＣと内部抵抗との相関を示す図である。放電時間が０．００１秒の場合は、内部抵抗とＳＯＣ、すなわち内部抵抗と硫酸鉛の蓄積量との相関が高いが、放電時間が２秒の場合は、この相関が著しく低い。図６は、硫酸鉛の蓄積量が１８％の場合の、放電時間と内部抵抗の測定値との関係を示す図である。この図６からも明らかなように、放電電流が１秒を超えると、内部抵抗の測定値が急激に大きくなる。これは測定された内部抵抗値に種々の要因が混在するからと予測される。したがって硫酸鉛の蓄積量に起因した内部抵抗のみを測定する場合、パルス放電における放電時間は１秒以下とするのが好ましい。さらに内部抵抗の測定における実用的な応答性を考えた場合、パルス放電における放電時間は０．０００１秒以上とするのが好ましい、０．０００１秒未満では計測が困難であると同時に、車輌におけるエンジン始動等の放電では、０．０００１秒以下では電流の変化量が少なく、算出される内部抵抗の誤差が大きくなってしまう。
【００３７】
第５の発明は、第１の発明を前提として、第１のステップにおいて、充電電気量を充電効率で補正することを特徴とする。特に高いＳＯＣに達したあとで充電を継続する場合、充電電気量のロスが生じやすい。そこでこのロス量を正確に把握し、充電効率として充電電気量に乗じて「真のＳＯＣ」の精度を高めることで、本発明の効果が発揮されやすくなる。
【００３８】
以上、説明してきたように、本発明によれば、電解液の成層化を正確に検出することによって、鉛蓄電池のさらなる成層化を抑制し、鉛蓄電池を長寿命化することができる。
【産業上の利用可能性】
【００３９】
本発明の鉛蓄電池は、電解液の成層化を正確に検出することによって、鉛蓄電池のさらなる成層化を抑制できるため、アイドリングストップシステムや、オルタネータの発電量を抑制するシステムを搭載した車両をはじめ、様々な搭載形態の鉛蓄電池に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の一例を示す鉛蓄電池の充電制御方法を表したフローチャート
【図２】本発明の鉛蓄電池の充電制御方法を具現化するための電源システムの一例を示すブロック図
【図３】本発明におけるＳＯＣとＯＣＶとの相関テーブルの一例を示す図
【図４】本発明におけるＯＣＶ１とＯＣＶ２との差分と成層化の度合との相関を示す図
【図５】鉛蓄電池のＳＯＣと内部抵抗との相関を示す図
【図６】鉛蓄電池の放電時間と内部抵抗の測定値との関係を示す図
【符号の説明】
【００４１】
１  鉛蓄電池
２  電流計
３  電圧計
４  制御部
５  発電機
６  コンバータ
７  負荷
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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