(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
満充電状態よりも少ない状態で通常使用される複数の鉛蓄電池からなる組電池を完全充電状態するために、
前記組電池の電圧が所定の設定電圧に達するまでは定電流で充電を行う定電流充電モードを実施し、
前記組電池の電圧が前記所定の電圧に達したことを検知すると、充電モードを切り換えて定電圧で充電を行う定電圧充電モードを実施し、
前記定電圧充電モードにおいて、予め試験に基づいて定めた、使用する前記複数の鉛蓄電池がすべて寿命に達していないことを前提として、充電電流が所定の閾値Ｓθに達した後も充電を継続して、前記複数の鉛蓄電池が前記完全充電状態になるまでに要することが推定される最大タイマ時間Ｔｍと、前記複数の鉛蓄電池が前記完全充電状態になっていることが推定できる充電電流の下限電流値とを用いて、前記充電電流が前記所定の閾値Ｓθに達すると、前記最大タイマ時間Ｔｍの計数を開始して前記最大タイマ時間Ｔｍの計数が完了すると充電を停止するか、または、前記充電電流が前記所定の閾値よりも低い前記下限電流値に達したことを検知すると充電を停止するように動作を実施する鉛蓄電池からなる組電池のリフレッシュ充電方法であって、
前記定電圧充電モードにおいて、前記所定の閾値Ｓθと前記下限電流値との間に段階的に小さくなるｎ個（ｎは１以上の整数）の中間閾値Ｓ１〜Ｓｎを設定し、さらに前記充電電流が該ｎ個の中間閾値Ｓ１〜Ｓｎに達すると計数が開始されるｎ個の予備タイマ時間Ｔ１〜Ｔｎを設定し、
前記ｎ個の予備タイマ時間Ｔ１〜Ｔｎを、前記充電電流が前記中間閾値に達した後も充電を継続して、前記複数の鉛蓄電池が前記完全充電状態になるまでに要することが推定される時間として、Ｔｍ＞Ｔ１）・・・＞Ｔｎの関係を満たすように設定し、
前記下限電流値が検知される前に、前記最大タイマ時間Ｔｍ及び前記ｎ個の予備タイマ時間Ｔ１〜Ｔｎのいずれか１つの計数が完了すると、充電を停止することを特徴とする鉛蓄電池からなる組電池のリフレッシュ充電方法。
【請求項２】
前記所定の閾値Ｓθ及び前記ｎ個の中間閾値Ｓ１〜Ｓｎを電流値Ｓｘ［ＣＡ］、前記最大タイマ時間Ｔｍ及び前記ｎ個の予備タイマ時間Ｔ１〜Ｔｎを時間Ｔｘ［ｈ］とした場合に、
前記所定の閾値Ｓθ及び前記ｎ個の中間閾値Ｓ１〜Ｓｎと、前記最大タイマ時間Ｔｍ及び前記ｎ個の予備タイマ時間Ｔ１〜Ｔｎとは、それぞれ、
Ｔｘ＝（０．９±０．０５）Ｉｎ（Ｓｘ）＋（１４．７±０．０５）
の関係式を満たすように定められている請求項１に記載の鉛蓄電池からなる組電池のリフレッシュ充電方法。
【請求項３】
充電動作の開始と同時に計数を開始して、予め定めた前記最大タイマ時間Ｔｍよりも長い限界タイマ時間の計数を完了したときに、充電動作が継続している場合には、前記複数の鉛蓄電池の中の１以上の鉛蓄電池が異常であることを判定してアラーム信号を発生する請求項１に記載の鉛蓄電池からなる組電池のリフレッシュ充電方法。
【請求項４】
前記定電圧充電モードによる定電圧充電が開始されてから前記充電電流が前記下限電流値に達するまでの時間が、前記予備タイマ時間よりも短い最小タイマ時間以下の場合には、前記充電電流が前記下限電流値以下になった後、前記複数の鉛蓄電池が寿命に到達したと判定してアラーム信号を発生する請求項１に記載の鉛蓄電池からなる組電池のリフレッシュ充電方法。
【請求項５】
前記複数の鉛蓄電池のうち、少なくとも１以上の鉛蓄電池の電槽表面の温度を測定する温度測定器をさらに備えており、
前記温度測定器が、所定の温度を計測すると、前記１以上の鉛蓄電池が異常であることを判定してアラーム信号を発生する請求項１に記載の鉛蓄電池からなる組電池のリフレッシュ充電方法。
【請求項６】
満充電状態よりも少ない状態で通常使用される複数の鉛蓄電池からなる組電池を完全充電状態するために、前記組電池の電圧が所定の設定電圧に達するまでは定電流で充電を行う定電流充電モードと、前記組電池の電圧が前記所定の電圧に達したことを検知すると、充電モードを切り換えて定電圧で充電を行う定電圧充電モードとを実施するように構成された充電回路を備え、
前記充電回路が、前記定電圧充電モードにおいて、予め試験に基づいて定めた、使用する前記複数の鉛蓄電池がすべて寿命に達していないことを前提として、充電電流が所定の閾値Ｓθに達した後も充電を継続して、前記複数の鉛蓄電池が前記完全充電状態になるまでに要することが推定される最大タイマ時間Ｔｍと、前記複数の鉛蓄電池が前記完全充電状態になっていることが推定できる充電電流の下限電流値とを用いて、前記充電電流が前記所定の閾値Ｓθに達すると、前記最大タイマ時間Ｔｍの計数を開始して前記最大タイマ時間Ｔｍの計数が完了すると充電を停止するか、または、前記充電電流が前記所定の閾値よりも低い前記下限電流値に達したことを検知すると充電を停止する動作を実施するように構成されている鉛蓄電池からなる組電池のリフレッシュ充電装置であって、
前記定電圧充電モードでは、前記所定の閾値Ｓθと前記下限電流値との間に段階的に小さくなるｎ個（ｎは１以上の整数）の中間閾値Ｓ１〜Ｓｎを設定し、さらに前記充電電流が該ｎ個の中間閾値Ｓ１〜Ｓｎに達すると計数が開始されるｎ個の予備タイマ時間Ｔ１〜Ｔｎが設定されており、
前記ｎ個の予備タイマ時間Ｔ１〜Ｔｎは、前記充電電流が前記中間閾値に達した後も充電を継続して、前記複数の鉛蓄電池が前記完全充電状態になるまでに要することが推定される時間として、Ｔｍ＞Ｔ１＞・・・＞Ｔｎの関係を満たすように設定されており、
前記充電回路は、前記下限電流値が検知される前に、前記最大タイマ時間Ｔｍ及び前記ｎ個の予備タイマ時間Ｔ１〜Ｔｎのいずれか１つの計数が完了すると、充電を停止することを特徴とする鉛蓄電池からなる組電池のリフレッシュ充電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アイドル・ストップ・アンド・スタート方式（以下、「ＩＳＳ方式」と言う。）の自動車、太陽光発電及び風力発電等の新エネルギー用途に使用される、満充電状態よりも少ない状態で通常使用される複数の鉛蓄電池からなる組電池を完全充電状態にして、鉛蓄電池からなる組電池をリフレッシュ充電する方法及び装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、鉛蓄電池は、オフィスビル、病院等の停電時における、瞬時電圧低下対策用の産業用電池、自動車用バッテリー等に用いられている。近年では、自動車産業界では、交通信号等で車両が停止している際にエンジンを一旦ストップさせ、その間の電源や、発進時にエンジンを再始動させる電源として鉛蓄電池を用いるＩＳＳ方式を採用した車両が市場に登場してきている。また、太陽光発電及び風力発電等の自然エネルギーを用いて発電した電力の鉛蓄電池による安定化や、発電したエネルギーを鉛蓄電池へ一時的に蓄えて、電気自動車等の動力として使用することも検討されている。【０００３】
上述したＩＳＳ方式や太陽光・風力発電用途での鉛蓄電池を用いたシステムでは、発電機（自動車エンジンの発電機や太陽電池、風力発電機等）で発電し、発電した電力を変換機により直流に変換して鉛蓄電池を充電する。逆に鉛蓄電池から放電する際は、変換機によって電力を交流に変換して負荷へと供給する。【０００４】
このようにして使用される鉛蓄電池は、満充電の状態の鉛蓄電池を更に充電しようとすると、充電電流によって電解液中の水が分解されてしまうという特性があり、発電した電力を無駄にしないようにするため、充電状態（一般的にはＳｔａｔｅ  Ｏｆ  Ｃｈａｒｇｅと呼ばれる。以下、「ＳＯＣ」と言う。）を満充電状態より少ない状態（例えば、ＳＯＣ：６０％）で使用することが行われている。この使用方法で長時間使用すると、鉛蓄電池内部の負極活物質に生成する硫酸鉛の結晶が粗大化し、充電をしても結晶が溶解せず、徐々にこの硫酸鉛の結晶が蓄積されて劣化が起こる。その結果、鉛蓄電池の寿命が短くなってしまう。また、鉛蓄電池は、複数個を直列に接続して使用するため、電池毎に溶解しない硫酸鉛の結晶の量にバラツキが生じる。【０００５】
この問題を解決するために、一定期間毎に直列に接続した各鉛蓄電池を完全充電状態（ＳＯＣ：１００％、満充電状態のこと）まで充電し、負極活物質に蓄積した硫酸鉛を除去する、いわゆる「リフレッシュ充電」（「均等充電」と呼ぶこともある）が行われている（例えば、特開２０１０−０２０９０６号公報［特許文献１］）。【０００６】
特許文献１に記載の充電方法は、一定の電流で設定電圧（Ｅ）まで充電をした後に、充電電流が設定の電流値以下になるまで、設定電圧（Ｅ）での充電を継続することを特徴にしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１０−０２０９０６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献１のような充電方式では、設定電圧・充電電流値・充電時間を細かく管理しなければならず、鉛蓄電池に併設する制御装置が複雑化してしまうという問題があった。【０００９】
また、電流値が一定値以下になるまで充電を継続する必要があるため、充電時間が長くなってしまうという問題があった。【００１０】
本発明の目的は、充電時間を短くしても、必要な充電量を得られる、鉛蓄電池からなる組電池のリフレッシュ充電方法及び充電装置を提供することにある。【００１１】
本発明の他の目的は、従来のリフレッシュ充電と比べて、設定電圧・充電電流値・充電時間の制御を簡略化した、鉛蓄電池からなる組電池のリフレッシュ充電方法及び充電装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、満充電状態よりも少ない状態で通常使用される複数の鉛蓄電池からなる組電池を対象とするリフレッシュ充電方法である。組電池の電圧が所定の設定電圧に達するまでは定電流で充電を行う定電流充電モードを実施し、組電池の電圧が所定の電圧に達したことを検知すると、充電モードを切り換えて定電圧で充電を行う定電圧充電モードを実施する。定電圧充電モードにおいて、予め試験に基づいて定めた、使用する複数の鉛蓄電池がすべて寿命に達していないことを前提として、充電電流が所定の閾値Ｓ0に達した後も充電を継続して、複数の鉛蓄電池が完全充電状態になるまでに要することが推定される最大タイマ時間Ｔmと、複数の鉛蓄電池が完全充電状態になっていることが推定できる充電電流の下限電流値とを用いて、充電電流が所定の閾値Ｓ0に達すると、最大タイマ時間Ｔmの計数を開始して最大タイマ時間Ｔmの計数が完了すると充電を停止するか、または、充電電流が所定の閾値よりも低い下限電流値に達したことを検知すると充電を停止するように動作を実施する。【００１３】
本発明では、定電圧充電モードにおいて、所定の閾値Ｓ0と下限電流値との間に段階的に小さくなるｎ個（ｎは１以上の整数）の中間閾値Ｓ1〜Ｓnを設定し、さらに充電電流が該ｎ個の中間閾値Ｓ1〜Ｓnに達すると計数が開始されるｎ個の予備タイマ時間Ｔ1〜Ｔnを設定し、ｎ個の予備タイマ時間Ｔ1〜Ｔnを、充電電流が中間閾値に達した後も充電を継続して、複数の鉛蓄電池が完全充電状態になるまでに要することが推定される時間として、Ｔm＞Ｔ1＞・・・＞Ｔnの関係を満たすように設定し、下限電流値が検知される前に、最大タイマ時間Ｔm及びｎ個の予備タイマ時間Ｔ1〜Ｔnのいずれか１つの計数が完了すると、充電を停止するようにしている。【００１４】
本発明では、標準的な組電池を充電した際の充電電流及び充電時間と、鉛蓄電池の充電量との関係に基づいて、充電電流と充電時間の関係を決定している。すなわち、充電電流がある閾値に至った場合に、残りの充電時間をある時間に設定すれば、充電量を十分に確保できる、というデータに基づいて充電電流と充電時間の関係を決定している。そしてこの充電電流と充電時間の関係を用いて、定電圧充電モードの際に、最大タイマ時間の他に、充電電流が低下するのに応じて、段階的に予備タイマ時間を設定するようにしている。【００１５】
このようにタイマを設定することで、本発明によれば、従来よりも充電時間を短くしても、必要な充電量を得られる。しかも、充電電流と充電時間（タイマ）によって充電を制御していることから、従来のように複雑な制御を必要としない。【００１６】
中間閾値は、どのように設定してもよい。例えば、任意の電流値を中間閾値にしたり、閾値Ｓ0から一定の間隔に中間閾値を設定したり、閾値Ｓ0と下限電流値の間を等分するように設定したりしてもよい。【００１７】
なお、本発明では、最大タイマ時間とｎ個の予備タイマ時間の関係は、Ｔm＞Ｔ1＞・・・＞Ｔnの関係を満たすように設定している。しかし、組電池の状態によっては、標準的な組電池とは異なる充電電流の傾向を示すことが予想されるため、例えば、設定された予備タイマ時間Ｔ1が経過する前に最大タイマ時間Ｔmが経過するような場合もある。この場合、予備タイマ時間Ｔ1の経過を待っていると、従来の方法よりも充電時間が延びることになってしまう。そのため、本発明では、最大タイマ時間Ｔm及びｎ個の予備タイマ時間Ｔ1〜Ｔnのいずれか１つの計数が完了すると、充電を停止するようにしている。その結果、本発明によれば、従来よりも充電時間を短くすることができる。【００１８】
所定の閾値Ｓ0及びｎ個の中間閾値Ｓ1〜Ｓnを電流値Ｓx［ＣＡ］、最大タイマ時間Ｔm及びｎ個の予備タイマ時間Ｔ1〜Ｔnを時間Ｔx［ｈ］とした場合に、所定の閾値Ｓ0及びｎ個の中間閾値Ｓ1〜Ｓnと、最大タイマ時間Ｔm及びｎ個の予備タイマ時間Ｔ1〜Ｔnとは、それぞれ、例えば、
Ｔx＝（０．９±０．０５）ｌｎ（Ｓx）＋（１４．７±０．０５）
の関係式を満たすように定めることができる。この関係式は、標準的な組電池の充放電実験から得られたデータに基づく関係式であり、他の関係式を用いてｎ個の中間閾値Ｓ1〜Ｓnと、ｎ個の予備タイマ時間Ｔ1〜Ｔnとを決定してもよいのはもちろんである。【００１９】
なお、電流値[ＣＡ]は、その充電池の容量を１時間で充電または放電する電流値を１ＣＡとする単位である。【００２０】
本発明では、充電する対象である鉛蓄電池の異常を検知できるようにすることも可能である。例えば、充電開始から長時間（例：２４時間）が経過しても、充電が終了しない（定電圧充電モードによる定電圧充電が開始されても下限電流値に達しない）場合には、複数の鉛蓄電池の中の１以上の鉛蓄電池が異常である可能性が高い。そのため、充電動作の開始と同時に計数を開始して、予め定めた最大タイマ時間Ｔmよりも長い限界タイマ時間の計数を完了したときに、充電動作が継続している場合には、複数の鉛蓄電池の中の１以上の鉛蓄電池が異常であることを判定してアラーム信号を発生するようにしてもよい。【００２１】
また、充電開始から短時間（例：１時間）で下限電流値に達してしまった場合には、組電池全体が劣化して寿命に到達した可能性が高い。そのため、定電圧充電モードによる定電圧充電が開始されてから充電電流が下限電流値に達するまでの時間が、予備タイマ時間よりも短い最小タイマ時間以下の場合には、充電電流が下限電流値以下になった後、複数の鉛蓄電池が寿命に到達したと判定した場合もアラーム信号を発生するようにしてもよい。【００２２】
さらに、充電中に鉛蓄電池が異常に発熱した場合には、何らかの異常が発生している可能性が高い。そのために、複数の鉛蓄電池のうち、少なくとも１以上の鉛蓄電池の電槽表面の温度を測定する温度測定器をさらに備えておいて、温度測定器が、所定の温度を計測すると、１以上の鉛蓄電池が異常であることを判定してアラーム信号を発生するようにしてもよい。【００２３】
なお、上記のアラーム信号を受信してどのように処理するかは任意であり、例えば、充電を止めてエラーを示すランプを点灯したり、遠隔監視をしている場合であれば、遠隔地に対して、エラーを通報するようにしてもよい。【００２４】
本発明は、満充電状態よりも少ない状態で通常使用される複数の鉛蓄電池からなる組電池を完全充電状態するために、組電池の電圧が所定の設定電圧に達するまでは定電流で充電を行う定電流充電モードと、組電池の電圧が所定の電圧に達したことを検知すると、充電モードを切り換えて定電圧で充電を行う定電圧充電モードとを実施するように構成された充電回路を備えた、上述の充電方法を実行する充電装置として捉えることもできる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】リフレッシュ充電を行う対象である鉛蓄電池からなる組電池と、リフレッシュ充電装置が組み込まれた発電システムの回路図である。
【図２】本実施の形態のリフレッシュ充電装置の回路図である。
【図３】本発明の実施の形態によるリフレッシュ充電の流れを示すフローチャートである。
【図４】（Ａ）は、本発明の実施の形態によるリフレッシュ充電を行った場合の充電時間［ｈ］−充電電圧［Ｖ］の関係を示す図であり、（Ｂ）は、充電時間［ｈ］−充電電流［ＣＡ］の関係を示す図である。
【図５】本発明のリフレッシュ充電装置が組み込まれた第２の実施の形態の発電システムの回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、図面を参照して、本発明の鉛蓄電池からなる組電池のリフレッシュ充電方法及び充電装置を説明する。
【００２７】
図１は、本実施の形態でリフレッシュ充電を行う対象である、鉛蓄電池からなる組電池が組み込まれた発電システム１の回路図であり、図２は、組電池とリフレッシュ充電装置のみを示した回路図である。太陽電池ＳＣは、直列に接続されたコンバータ３を介して鉛蓄電池からなる組電池５と並列接続されている。さらに、組電池５は、インバータ７と直列に接続された負荷９と並列接続されている。例えば負荷９は系統であり、組電池５は、天候等の条件によって出力が変動する太陽電池ＳＣの出力を平滑化して、太陽電池の出力を系統と連係させる目的で設置されている。組電池５の充放電電流は、組電池５と直列に接続された電流計１１によって計測され、また、組電池５の充放電電圧は、入出力部ＴＮ１及びＴＮ２の間に接続された電圧計１３によって計測され、これに基づいてコンバータ３が充放電電流及び電圧を調整している。組電池５は、２Ｖ−１００Ａｈの鉛蓄電池を２４セル直列に接続したものである。図１に点線で囲って示したように、主に、コンバータ３、組電池５、インバータ７によって、電池ユニットＵが構成されている。
【００２８】
通常運転時には、組電池５を構成する鉛蓄電池のそれぞれは、ＳＯＣ（State Of Charge）［バッテリーが満充電状態のときを１００％としたときに、実際に使うことができる電池容量］が、６０％程度になるように充放電が調整されている。このような使用方法によって鉛蓄電池を使用すると、負極活物質中に硫酸鉛の結晶が蓄積していく。そこで蓄積した硫酸鉛の結晶を除去するために、リフレッシュ充電が実施される。したがってリフレッシュ充電は、通常運転時に行われるものではなく、太陽電池ＳＣからの充電及び負荷への給電を止めた状態で行われる。
【００２９】
リフレッシュ充電装置１５は、組電池５を充電するために、充電回路１７と、電流計１９と、電圧計２１とから構成されている。充電回路１７は、直流電源２３と、電流計１９及び電圧計２１が検出した検出値に基づいて、充電電流及び充電電圧を制御する充電制御回路２５とから構成されている。充電回路１７の入出力部ＴＮ１０及びＴＮ２０には、電圧計２１が並列に接続され、更に、電流計１９が充電回路１７に対して直列接続されている。リフレッシュ充電を行う際に、スイッチＳＷ１及びＳＷ２を閉じることで、組電池５を充電することができる。
【００３０】
リフレッシュ充電は、図３のフローチャートにしたがって図示しないマイクロコンピュータにより制御される充電制御回路２５によって実施される。図４（Ａ）及び（Ｂ）は、標準的な組電池５を本発明のリフレッシュ充電方法を実施するリフレッシュ充電装置１５で充電した場合の充電時間［ｈ］−充電電圧［Ｖ］、充電時間［ｈ］−充電電流［ＣＡ］の関係の一例を示す図である。
【００３１】
スイッチＳＷ１及びＳＷ２が投入されてリフレッシュ充電が開始されると、充電制御回路２５を制御するコンピュータプログラムでは、充電時間Ａに「０」が入力されて充電時間のカウントが開始され（ステップＳＴ１０）、まず、設定電圧Ｅ（２．４２Ｖ／セル）になるまで、０．１ＣＡで定電流充電モードが実施される（ステップＳＴ２０）。充電制御回路２５は、設定電圧Ｅに到達したことを検知すると（ステップＳＴ３０）、充電モードを切り換えて、定電圧で充電を行う定電圧充電モードを実施する。この時、充電制御回路２５を制御するコンピュータプログラムでは、定電圧充電時間Ｂに「０」が入力されて、定電圧充電時間のカウントが開始される（ステップＳＴ４０）。ステップＳＴ５０から定電圧充電を行うことにより、図４（Ｂ）に示すように、充電電流は、充電が進むにつれて次第に減少することになる。
【００３２】
なお、充電電流がほとんど減少しない、または、減少速度が遅い場合には、正常に充電が行われずに、充電電流が熱に変わってしまっている、すなわち、組電池を構成する鉛蓄電池の一部または全部に異常があることを意味している。また、減少する速度が速すぎる場合にも、組電池を構成する鉛蓄電池の一部または全部に異常があることを意味している。そこで、本実施の形態では、これらの見地から、後述のように、リフレッシュ充電によって組電池の異常を検知できるようにしている。
【００３３】
ステップＳＴ６０では、充電電流が閾値Ｓ0（０．０６ＣＡ）以下になったか否かを判定する。充電電流が閾値Ｓ0以下になっていない場合には、総充電時間Ａが２４時間であるか否かを判定する（ステップＳＴ７０）。「２４時間」として設定してあるのは、本実施の形態では、正常な組電池であれば、充電量が空の状態から充電を開始したとしても充電が完了することが試験により判明しているためである。しかしながらこの時間は、２４時間に限定されるものではない。総充電時間Ａが２４時間以内であれば、ステップＳＴ５０、ＳＴ６０に戻って充電を継続する。充電電流が閾値Ｓ0に到達しないまま総充電時間Ａが２４時間を経過した場合、組電池５を構成する複数の鉛蓄電池の中の１以上の鉛蓄電池に異常がある可能性が高い。そこで、本実施の形態では、この場合には、充電制御回路２５が、アラーム信号を発生し、充電を停止した上で、組電池の一部に異常があることを、図示しないランプを点灯させることで報知するように設定してある（ステップＳＴ８０）。
【００３４】
充電電流が減少し、充電電流が閾値Ｓ0以下になると、最大タイマ時間Ｔmを設定する（ステップＳＴ９０）。本実施の形態では、閾値Ｓxとタイマ時間Ｔxとは、次の関係式を満たすように定められている。
【００３５】
Ｔx＝０．８９２３ｌｎ（Ｓx）＋１４．７０２  ・・・式（１）
ただし、Ｓx：電流値［ＣＡ］
Ｔx：タイマ時間［ｈ］
この関係式は、標準的な組電池の充放電実験から得られたデータに基づく関係式であり、後述の中間閾値と予備タイマ時間も同じ式（１）から設定されている。本実施の形態では、閾値Ｓ0として、０．０６ＣＡが設定されており、最大タイマ時間Ｔmは、次の関係式から導かれ、１２．２［ｈ］が設定されている。
【００３６】
Ｔm＝０．８９２３ｌｎ（Ｓ0）＋１４．７０２
ステップＳＴ１００では、充電電流が中間閾値Ｓ1（０．０４ＣＡ）以下になったか否かを判定する。充電電流が中間閾値Ｓ1以下になっていない場合には、最大タイマ時間Ｔmが経過したか否かを判定する（ステップＳＴ１１０）。最大タイマ時間Ｔmが経過したのであれば、充電は完了したと判定できるため、充電を終了する（ステップＳＴ１２０）。最大タイマ時間Ｔmが経過していない場合には、総充電時間Ａが２４時間であるか否かを判定する（ステップＳＴ１３０）。総充電時間Ａが２４時間以内であれば、ステップＳＴ１００に戻って充電を継続する。総充電時間Ａが２４時間を経過した場合、アラーム信号を発生し、充電を停止した上で、組電池の一部に異常があることを、図示しないランプを点灯させることで報知する（ステップＳＴ１４０）。
【００３７】
充電電流が減少し、充電電流が中間閾値Ｓ1（０．０４ＣＡ）以下になると、予備タイマ時間Ｔ1を設定する（ステップＳＴ１５０）。上述の通り、予備タイマ時間Ｔ1は、式（１）にしたがって、次の関係式から導かれ、最大タイマ時間Ｔmよりも短い１１．８［ｈ］が設定されている。
【００３８】
Ｔ1＝０．８９２３ｌｎ（Ｓ1）＋１４．７０２
ステップＳＴ１６０では、充電電流が中間閾値Ｓ2（０．０２ＣＡ）以下になったか否かを判定する。充電電流が中間閾値Ｓ2以下になっていない場合には、最大タイマ時間Ｔmまたは予備タイマ時間Ｔ1が経過したか否かを判定する（ステップＳＴ１７０）。最大タイマ時間Ｔmまたは予備タイマ時間Ｔ1が経過したのであれば、充電は完了したと判定できるため、充電を終了する（ステップＳＴ１８０）。最大タイマ時間Ｔmも予備タイマ時間Ｔ1も経過していない場合には、総充電時間Ａが２４時間であるか否かを判定する（ステップＳＴ１９０）。総充電時間Ａが２４時間以内であれば、ステップＳＴ１６０に戻って充電を継続する。総充電時間Ａが２４時間を経過した場合、アラーム信号を発生し、充電を停止した上で、組電池の一部に異常があることを、図示しないランプを点灯させることで報知する（ステップＳＴ２００）。
【００３９】
充電電流が減少し、充電電流が中間閾値Ｓ2（０．０２ＣＡ）以下になると、予備タイマ時間Ｔ2を設定する（ステップＳＴ２１０）。上述の通り、予備タイマ時間Ｔ2は、式（１）にしたがって、次の関係式から導かれ、予備タイマ時間Ｔ1よりも短い１１．２［ｈ］が設定されている。
【００４０】
Ｔ2＝０．８９２３ｌｎ（Ｓ2）＋１４．７０２
ステップＳＴ２２０では、充電電流が下限電流値Ｓｍ（０．００３ＣＡ）以下になったか否かを判定する。充電電流が下限電流値Ｓｍ以下になった場合には、定電圧充電時間Ｂが１時間未満であるか否かを判定する（ステップＳＴ２３０）。定電圧充電時間Ｂが１時間未満である場合、充電電流が減少する時間が早すぎるため、充電が正常にできない程度に組電池５の全体が劣化している可能性が高い。そこで、本実施の形態では、この場合には、充電制御回路２５が、アラーム信号を発生し、充電を停止した上で、組電池全体が劣化していることを、図示しないランプを点灯させることで報知するように設定してある（ステップＳＴ２４０）。定電圧充電時間Ｂが１時間未満でなければ、正常に充電が終了したと判定できるため、充電を終了する（ステップＳＴ２５０）。
【００４１】
充電電流が下限電流値Ｓｍ以下になっていない場合には、最大タイマ時間Ｔm、予備タイマ時間Ｔ1または予備タイマ時間Ｔ2が経過したか否かを判定する（ステップＳＴ２６０）。最大タイマ時間Ｔm、予備タイマ時間Ｔ1または予備タイマ時間Ｔ2のいずれも経過していない場合には、総充電時間Ａが２４時間であるか否かを判定する（ステップＳＴ２７０）。総充電時間Ａが２４時間以内であれば、ステップＳＴ２２０に戻って充電を継続する。総充電時間Ａが２４時間を経過した場合、アラーム信号を発生し、充電を停止した上で、組電池の一部に異常があることを、図示しないランプを点灯させることで報知する（ステップＳＴ２８０）。最大タイマ時間Ｔm、予備タイマ時間Ｔ1または予備タイマ時間Ｔ2が経過したのであれば、充電は完了したと判定できるため、充電を終了する（ステップＳＴ２９０）。
【００４２】
以下、本実施の形態と、従来の方法・装置による比較例を示す。
【００４３】
実施例に使用したリフレッシュ充電装置１５は、図２に示した通りである。２Ｖ−１００Ａｈの鉛蓄電池からなる組電池５をそれぞれ２４セル直列に接続して使用した。今回使用した組電池は、ＳＯＣ：７０％の状態からリフレッシュ充電を行い、定電流充電の値を０．１ＣＡ、設定電圧Ｅを２．４２Ｖとした。また、閾値（Ｓ０、Ｓ１、Ｓ２、Ｓｍ）、タイマ時間（Ｔｍ、Ｔ１、Ｔ２）及び総充電時間Ａは、上記例と同様に設定した（詳細は表１参照）。
【００４４】
〔実施例１〕
実施例１は、電池（ａ）として、使用していない新品の電池を用いた。この例では、充電時間は、４．１時間で、充電を終了した。この際の充電量は、定格容量に対して、２８％であった。
【００４５】
〔実施例２〕
実施例２は、電池（ｂ）として、１０００サイクル使用した電池を用いた。この例では、充電時間は、６．３時間で、充電を終了した。この際の充電量は、定格容量に対して、３８％であった。
【００４６】
〔実施例３〕
実施例３は、電池（ｃ）として、２０００サイクル使用した電池を用いた。この例では、充電時間は、７．９時間で、充電を終了した。この際の充電量は、定格容量に対して、３３％であった。
【００４７】
〔実施例４〕
実施例４は、電池（ｄ）として、３０００サイクル使用した電池を用いた。この例では、充電時間は、１２．９時間で、充電を終了した。この際の充電量は、定格容量に対して、２３％であった。
【００４８】
比較例では、先に述べた特許文献１に開示されている充電方法のフローチャートを用いて充電を行った。閾値Ｓ、充電時間Ｔ１，Ｔ２は、表２に示した通りである。Ｔ２は、最大で３回繰り返す設定にしてある。
【００４９】
〔従来例１〕
従来例１は、電池（ｅ）として、使用していない新品の電池を用いた。この例では、充電時間は、４．４時間で、充電を終了した。この際の充電量は、定格容量に対して、２７％であった。
【００５０】
〔従来例２〕
従来例２は、電池（ｆ）として、１０００サイクル使用した電池を用いた。この例では、充電時間は、６．７時間で、充電を終了した。この際の充電量は、定格容量に対して、４０％であった。
【００５１】
〔従来例３〕
従来例３は、電池（ｇ）として、２０００サイクル使用した電池を用いた。この例では、充電時間は、８．１時間で、充電を終了した。この際の充電量は、定格容量に対して、３４％であった。
【００５２】
〔従来例４〕
従来例４は、電池（ｈ）として、３０００サイクル使用した電池を用いた。この例では、充電時間は、７．０時間で、充電を終了した。この際の充電量は、定格容量に対して、２２％であった。ただし、従来例４では、閾値Ｓまで到達しなかったために、電池は寿命であると判断した。
【００５３】
上記の実施例及び比較例の試験条件と結果の一覧を表１及び表２に示す。
【表１】
0005423925.tif 000002
【表２】
0005423925.tif 000003
【００５４】
上記の結果より、次のことが判明した。
【００５５】
実施例１の電池（ａ）と比較例１の電池（ｅ）を比較すると、同様の電池を用いて、充電量としては大差はないが、実施例１の方が充電時間が短く済んでいる。すなわち、本発明によってリフレッシュ充電を行うことにより、従来に比べて、制御が簡単でありながら、短時間で同等のリフレッシュ充電が行えることが示されている。
【００５６】
実施例２の電池（ｂ）と比較例２の電池（ｆ）を比較すると、同様の電池を用いて、充電量は、比較例の方がわずかに大きくなっていた。しかしながら、比較例の方は、充電時間が長い。したがって、本発明によれば、早い時間でリフレッシュ充電を止めながら、十分なリフレッシュ充電を行うことができることが示されている。これは、実施例３の電池（ｃ）と比較例３の電池（ｇ）を比較した場合にも同じことが言える。
【００５７】
実施例４の電池（ｄ）と従来例の電池（ｈ）を比較すると、充電時間が実施例４の方が長くなっている。しかしながら、従来例４では、電池が使用可能なものであるにもかかわらず、誤って寿命であると判断されている。したがって、本発明によれば、簡単な制御で寿命の判定も的確に行えることが示されている。
【００５８】
本実施の形態では、リフレッシュ充電装置１５に直流電源２３を備えてリフレッシュ充電を行うように構成したが、さらに、太陽電池ＳＣを給電源として利用できるように構成して、リフレッシュ充電装置を構成してもよい。このようにすれば、長時間にわたって晴天が続くことが判明している場合には、太陽電池ＳＣを用いてリフレッシュ充電を行い、それ以外の場合に、直流電源２３を利用するようにすることもできる。
【００５９】
さらに、本実施の形態では、組電池５を構成する鉛蓄電池の一部の電槽（鉛蓄電池のケース）に図示しない温度センサが備え付けられている。上記フローチャートとは別に、充電制御回路２５は、常に温度センサから温度情報を取得しており、所定の温度を超えた場合には、充電を停止するように構成されている。異常発熱により電池が熱逸走等してしまうことを未然に防ぐためである。所定の温度は、組電池が設置される環境によって変えることが望ましいが、本実施の形態では、例えば、５０℃に設定してある。温度センサは、組電池５を構成する鉛蓄電池のうち、最も温度の上がりやすい組電池上部等の位置に備え付けておくとより安全である。
【００６０】
閾値とタイマ時間の関係を決める上記式（１）は好ましい一例であって、リフレッシュ充電する組電池の種類、セル数等によって適宜変更することができる。実験によって、本実施の形態において、式（１）は、誤差を考慮して、次の範囲であることを確認している。
【００６１】
Ｔx＝（０．９±０．０５）ｌｎ（Ｓx）＋（１４．７±０．０５）
また、他に次の式によって閾値からタイマ時間を決定してもよい。
【００６２】
Ｔx＝（３１．０±０．０５）Ｓx＋（１０．６±０．０５）
Ｔx＝（１５．２±０．０５）Ｓx０．０９９９
Ｔx＝（１２０８．８±０．０５）Ｓx２＋（１０２．５±０．０５）Ｓx＋（９．６±０．０５）
上記で使用した閾値も一例であり、中間閾値を１つのみにしたり、２つよりも多くの中間閾値を設定してもよいのはもちろんである。
【００６３】
本実施の形態では、ステップＳＴ８０，ＳＴ１４０，ＳＴ２００，ＳＴ２４０及びＳＴ２８０において、異常を検知した場合に、アラーム信号を発生し、充電を停止することとしたが、アラーム信号を受信してどのように処理するかは任意である。例えば、遠隔監視をしている場合であれば、遠隔地に対して、エラーを通報するようにしてもよいのはもちろんである。
【００６４】
図５は、本発明の第２の実施の形態を示す図である。図５において、図１に示した実施の形態と同じ部材には、図１に付した符号の数に１００を加えた数の符号を付して説明を省略する。本実施の形態では、太陽電池（ＳＣ１、ＳＣ２、ＳＣ３・・・ＳＣｎ  以下、総称する場合に「太陽電池ＳＣ」と言う。）と電池ユニット（Ｕ１、Ｕ２、Ｕ３・・・Ｕｎ  以下、総称する場合に「電池ユニットＵ」と言う。）とを組み合わせて構成したシステムを切換回路１２７を介して負荷１０９に対して並列接続して発電システム１０１を構成している。切換回路１２７は、切換制御装置１２８からの指令に応じて切換動作をする。本実施の形態では、第１の実施の形態とは異なり、各リフレッシュ充電装置１１５には直流電源が含まれておらず、各リフレッシュ充電装置１１５が充電制御回路としての機能を有している。各リフレッシュ充電装置１１５は、スイッチＳＷ１を介して、組電池１０５に接続されている。各リフレッシュ充電装置１１５には、各電池ユニットＵの充電・放電履歴、前回リフレッシュ充電を行った日時、ＳＯＣ等の履歴情報も保存されている。また本実施の形態で用いるインバータ１０７は、直流を交流に変換するだけでなく、交流を直流に変換するコンバータとしての機能を有しいている。
【００６５】
本実施の形態では、組電池１０５のリフレッシュ充電を行う場合の給電源として、以下の３つの電源を利用することができる。
【００６６】
(i)組電池１０５に接続されている太陽電池ＳＣを利用する。
【００６７】
(ii)他の電池ユニットＵの組電池１０５を利用する。
【００６８】
(iii)外部電源１３０を利用する。
【００６９】
切換制御装置１２８は、気象予報会社からの気象情報を元に、太陽電池ＳＣの発電量、安定発電、発電開始時刻等の予測を立て、また、各リフレッシュ充電装置１１５が保存している各電池ユニットＵの履歴に基づいて、各電池ユニットのリフレッシュ充電の順序を決定して、切換回路１２７を切り換えることによって、(i)〜(iii)のいずれか１つを給電源として選択できるように構成されている。また切換制御装置１２８は、各リフレッシュ充電装置１１５にリフレッシュ充電を開始する開始指令を出力する機能を有している。
【００７０】
例えば、長時間にわたって晴天が続くことが判明している場合には、切換制御装置１２８は、リフレッシュ充電が必要な１つの電池ユニットＵを切り離して、組電池１０５に接続されている太陽電池ＳＣを利用してリフレッシュ充電を行う（(i)のケース）。
【００７１】
また、天候が悪く、発電量が見込めない場合には、他の電池ユニットＵを給電源とする（(ii)のケース）。リフレッシュ充電中に出力側の電力が足らなくならないように、本実施の形態では、給電側電池ユニット数：充電側電池ユニット数＝２：１になるように、切換制御装置１２８が切換を設定している。例えば、電池ユニットＵ１の組電池１０５をリフレッシュ充電する必要がある場合には、電池ユニットＵ２及びＵ３を給電源として利用する。この場合には、切換制御装置１２８は、電池ユニットＵ１、Ｕ２及びＵ３を負荷１０９から電気的に切り離し、電池ユニットＵ２及びＵ３から電池ユニットＵ１に対して、交流出力を供給するように切換回路１２７を切り換える。併せて、切換制御装置１２８からの開始指令を受信した電池ユニットＵ１のリフレッシュ充電装置１１５がＳＷ１を閉じることにより、電池ユニットＵ１のインバータ１０７を交流−直流変換コンバータとして利用して、電池ユニットＵ１の組電池１０５に電池ユニットＵ２及びＵ３を電源として直流電流が流れ、リフレッシュ充電が行われる。
【００７２】
外部電源１３０を利用する場合（(iii)の場合）は、天候が悪く、発電量が見込めない、且つ、リフレッシュ充電が緊急に必要になった場合である。この場合には、切換制御装置１２８は、リフレッシュ充電が必要な組電池１０５を有する電池ユニットＵを系統から切り離し、外部電源１３０から給電を行うように切換回路１２７を切り換える。
【００７３】
このように構成することで、極力、外部電源１３０の電力を用いることなく、電池ユニットＵの組電池１０５をリフレッシュ充電することが可能になる。
【００７４】
上記実施の形態は、太陽電池の出力で組電池を充電しているが、その他の自然エネルギを活用して動作する発電源を用いる場合にも、本発明は当然にして適用できるものである。
【産業上の利用可能性】
【００７５】
本発明によれば、最大タイマ時間が経過しなくても、充電が充分であることを判定することができ、充電時間を短くして、必要な充電量を得られる、鉛蓄電池からなる組電池のリフレッシュ充電方法及び充電装置を得ることができる。結果として、無駄な充電用電力を消費することがなくなる。また、充電電流と充電時間（タイマ）によって充電を制御していることから、従来のように複雑な制御を必要としなくて済むという効果がある。
【符号の説明】
【００７６】
１  発電システム
ＳＣ  太陽電池
３  コンバータ
５  組電池
７  インバータ
９  負荷
１１  電流計
１３  電圧計
１５  リフレッシュ充電装置
１７  充電回路
１９  電流計
２１  電圧計
２３  直流電源
２５  充電制御回路
【要約】
充電時間を短くしながら、必要な充電量を得られる、鉛蓄電池からなる組電池のリフレッシュ充電方法及び充電装置を提供する。定電圧充電モードにおいて、所定の閾値Ｓ0と下限電流値との間に、段階的に小さくなるｎ個（ｎは１以上の整数）の中間閾値Ｓ1〜Ｓnを設定し、さらに充電電流が該ｎ個の中間閾値Ｓ1〜Ｓnに達すると計数が開始されるｎ個の予備タイマ時間Ｔ1〜Ｔnを設定する。最大タイマ時間Ｔmとｎ個の予備タイマ時間Ｔ1〜ＴnはＴm＞Ｔ1＞・・・＞Ｔnの関係を満たすように設定し、下限電流値が検知される前に、最大タイマ時間Ｔm及びｎ個の予備タイマ時間Ｔ1〜Ｔnのいずれか１つの計数が完了すると、充電を停止する。【図１】
0005423925.tif 000004
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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