(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
大電流で充電する第１ステップと、第１ステップよりも小さな電流で充電する第２ステップと、第２ステップよりもさらに小さな電流で充電する第３ステップの３種類の異なる電流で充電するステップを有する密閉形鉛蓄電池の充電方式において、最初に前記密閉形鉛蓄電池は前記第１ステップで充電し、該第１ステップの充電中に前記密閉形鉛蓄電池の電圧が設定電圧値を超えた場合には、前記第２ステップに切り替えて充電し、該第２ステップの充電中に前記密閉形鉛蓄電池の電圧が前記設定電圧値を超えた場合には、前記第３ステップに切り替えて、前記第１〜３ステップの充電電気量が前記密閉形鉛蓄電池の放電電気量に一定の係数を乗じた電気量になるまで充電し、且つ前記密閉形鉛蓄電池の電圧が前記設定電圧値を超えた場合には充電を終了し、前記設定電圧値を超えていない場合には、さらに一定時間充電を続けることを特徴とする密閉形鉛蓄電池の充電方式。
【請求項２】
前記一定の係数が、1.1〜1.2の範囲にあることを特徴とする請求項１又は２記載の密閉形鉛蓄電池の充電方式。
【請求項３】
前記設定電圧値は、周囲温度に応じて補正された値であることを特徴とする請求項１、２又は３記載の密閉形鉛蓄電池の充電方式。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、サイクル用途に用いられる密閉形鉛蓄電池の充電方式に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
無人搬送車などのサイクル用途に用いられる電池として、安価な液式の鉛蓄電池を用いるのが一般的であったが、最近は密閉形鉛蓄電池が使用され始めている。この方式の鉛蓄電池は従来の液式の鉛蓄電池とは異なり、水の電気分解によって充電時に正極で発生する酸素ガスを、負極で水に還元するものである。
【０００３】
図３は、一般的なバッテリー式ゴルフカートのブロック図である。ゴルフカート6は、リレー5を切り替えて密閉形鉛蓄電池1を電源として運転する。密閉形鉛蓄電池1から乗用ゴルフカート6に流れた電流は、固定抵抗を用いた電流検出器3を通過することにより電圧に変換されて、コントローラ9に出力する。コントローラ9では、この電圧値を回路に流れている電流値として認識し、該電流値と通電時間とを乗算することによって密閉形鉛蓄電池1の放電電気量を算出して記憶する。
【０００４】
次に、リレー5を切り替えて密閉形鉛蓄電池1を充電する場合を示す。すなわち、商用電源10からの交流は、充電器8を用いて直流に変換され、密閉形鉛蓄電池1を充電する。そして、密閉形鉛蓄電池1の充電電流は、固定抵抗を用いた電流検出器3を通ることにより電圧値に変換され、コントローラ9に出力する。コントローラ9では、この電圧値を密閉形鉛蓄電池1の充電電流値として認識し、通電時間と乗算して、密閉形鉛蓄電池1の充電電気量を算出して記憶する。ブレーカ11は短絡などによって過大な電流が流れた場合に回路の通電を遮断するものである。なお、サイクルサービス用の密閉形鉛蓄電池は、一般に放電電気量に、係数として1.1〜1.2を乗じた電気量を充電した場合に、最もサイクル寿命が長くなることが知られている。
【０００５】
しかしながら、密閉形鉛蓄電池を用いた場合においても、過充電をした場合には、正極で発生する酸素ガスを完全には水に還元できないために、次第に電解液中の水分量が減少する。その結果、電解液中の硫酸濃度が高くなり、電池のサイクル寿命を短くするという問題点がある。
【０００６】
特開平８―２２８４４号公報では、充電電気量を減らすことによって、電解液中の水分量の減少を抑制して、サイクル寿命を向上させる手法が提案されている。しかしながらこの方法では、充電電気量が不足するため、負極が劣化しやすいという問題点がある。すなわち、充電電気量が不足すると負極活物質が粗大化し、充放電反応が起こりににくくなり、その結果、電池のサイクル寿命が短くなるという問題点がある。
【０００７】
一方、従来の充電方式では、密閉形鉛蓄電池の充電に時間がかかるという問題点も指摘されている。そして、短時間で充電をするには充電時の電流値を増加させる必要がある。しかしながら、充電時の電流値を増加させると正極板の分極が大になるため、正極で多量の酸素ガスが発生し、その酸素ガスを負極により充分に還元できなくなるという問題点がある。なお、正極で発生する酸素ガスは、充電末期や過充電時に発生しやすいことも知られている。そして、前記したように大電流で充電した場合には、発生する酸素ガスによって密閉形鉛蓄電池の内部圧力が上昇し、安全弁を通して酸素ガスが外部に放出され、その結果、電解液中の水分量が減少して、極めて短期間に寿命に至ることが知られている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、密閉形鉛蓄電池を短時間で充電できるとともに、サイクル寿命を向上させる充電方式を提供することを目的としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記した課題を解決するために、第一の発明は、大電流で充電する第１ステップと、第１ステップよりも小さな電流で充電する第２ステップと、第２ステップよりもさらに小さな電流で充電する第３ステップの３種類の異なる電流で充電するステップを有する密閉形鉛蓄電池の充電方式において、最初に前記密閉形鉛蓄電池は前記第１ステップで充電し、該第１ステップの充電中に前記密閉形鉛蓄電池の電圧が設定電圧値を超えた場合には、前記第２ステップに切り替えて充電し、該第２ステップの充電中に前記密閉形鉛蓄電池の電圧が前記設定電圧値を超えた場合には、前記第３ステップに切り替えて、前記第１〜３ステップの充電電気量が前記密閉形鉛蓄電池の放電電気量に一定の係数を乗じた電気量になるまで充電し、且つ前記密閉形鉛蓄電池の電圧が前記設定電圧値を超えた場合には充電を終了し、前記設定電圧値を超えていない場合には、さらに一定時間充電を続けることを特徴としている。
【００１０】
第二の発明は、前記一定の係数が、1.1〜1.2の範囲にあることを特徴とし、第三の発明は、前記設定電圧値は、周囲温度に応じて補正された値であることを特徴としている。
【００１１】
【発明の実施の形態】
ゴルフカート用の電源として、12V-100Ahの密閉形鉛蓄電池を使用した。この密閉形鉛蓄電池を後述する（実施例）及び（比較例）の２種類の方式で充電して、充電時間及びサイクル寿命を測定した。なお、（実施例）は、後述するように長期間の放置などによって、密閉形鉛蓄電池が自己放電をする場合に対応できる充電方式の一例である。以下において、密閉形鉛蓄電池は25℃でサイクル寿命試験及び容量確認試験をした。
【００１２】
１．サイクル寿命試験
以下の条件で、サイクル寿命試験をした。
充電条件：後述する、（実施例）及び（比較例）の２種類の方法で充電した。
放電条件：満充電状態の密閉形鉛蓄電池を、20Aの電流値で2.5時間放電した（50%放電）。
【００１３】
２．容量確認試験
以下の条件で容量確認試験をし、密閉形鉛蓄電池のサイクル寿命は、初期の放電容量の80%となった時点とした。
充電条件： 50サイクルごとに、2.45V/セルの定電圧充電する（ただし、制限電流20A、20時間）。
放電条件： 20Aの定電流で1.7V/セルまで放電して、放電容量を測定する。
【００１４】
【実施例】
（実施例）
（実施例）は、長期間の放置などによって、密閉形鉛蓄電池が自己放電をする場合にも対応できる充電方式である。図１は本発明の充電方式を用いた場合における密閉形鉛蓄電池の充電カーブであり、図２は本発明の充電方式を示すフローチャートである。
【００１５】
・第１ステップ
密閉形鉛蓄電池の充電がスタートすると、第１ステップに入る。第１ステップでは、密閉形鉛蓄電池を17Aの比較的大きな電流値で充電する（S10）。
【００１６】
充電によって、密閉形鉛蓄電池の電圧は徐々に上昇する（図１）。第１ステップから、後述する第２ステップへ切り替えるための設定電圧値（Ｖ）を、以下の（１）式に示すように設定した（Ｓ11）。
【００１７】
Ｖ ＝ V0 − ｔs×（ｔ−25℃）        （１）
ただし、V0＝2.45ボルト／セル、ｔs＝5mV／（セル・℃）、ｔ：周囲温度（℃）
すなわち、第２ステップへの設定電圧値（Ｖ）は、V0を周囲温度で補正したものであり、周囲温度が高くなるほど、設定電圧値（Ｖ）は低く制御される（S11）。
そして、密閉形鉛蓄電池の電圧は充電の進行とともに徐々に上昇し、密閉形鉛蓄電池の電圧が設定電圧値（Ｖ）に達した場合には、後述する第２ステップに移る（S12）。
【００１８】
・第２ステップ
第２ステップでは、第１ステップよりも少ない、10Aの定電流で密閉形鉛蓄電池を充電する（S20）。そして、第２ステップにおいても、密閉形鉛蓄電池の電圧は充電とともに徐々に上昇する（図１）。
【００１９】
第２ステップにおいて、密閉形鉛蓄電池の電圧が設定電圧値（Ｖ）に達したか否かを判別する。そして、密閉形鉛蓄電池の電圧が設定電圧値（Ｖ）に達した場合には、後述する第３ステップに移る（S22）。なお、第２ステップから後述する第３ステップへの設定電圧値（Ｖ）は、前記した（１）式を用いて制御した（Ｓ21）。
【００２０】
・第３ステップ
第３ステップでは、第２ステップよりもさらに少ない4Aの定電流で充電する。そして、第１ステップ〜第３ステップまでの充電電気量の総計が、密閉形鉛蓄電池の放電電気量に係数として1.15を乗じた電気量になるまで充電する（S30）。この充電電気量において、密閉形鉛蓄電池の電圧が設定電圧値（Ｖ）を超えている場合には充電を終了する（31b、32b）。一方、密閉形鉛蓄電池の電圧が設定電圧値（Ｖ）に達していない場合には4Aの電流値でさらに４時間充電をして終了するようにした（31b、33b、34b）。したがって、密閉形鉛蓄電池が長期間にわたって高温多湿な場所に放置されて、自己放電をしている場合などにおいても適正な充電をすることができる。
【００２１】
（比較例）
比較例として、10Aの一定電流値で密閉形鉛蓄電池を充電し、充電電気量の総計が密閉形鉛蓄電池の放電電気量に係数として1.15を乗じた充電電気量に達した場合には充電を終了するようにした。
【００２２】
上記した（実施例）及び（比較例）のそれぞれの充電方式を用いた場合において、初期の充電時間及びサイクル寿命を測定した結果を表１に示す。本発明を用いると、充電時間を短くできることや、サイクル寿命を長くできる。本発明を用いことにより、充電末期における水の電気分解による酸素ガスの発生が少なくできるため、密閉形鉛蓄電池を長寿命化できたものと考えられる。
【００２３】
【表１】
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【００２４】
【発明の効果】
上述したように本発明を用いると、密閉形鉛蓄電池を短時間で充電でき、長寿命化できる点で優れている。また、周囲温度によって設定電圧値（Ｖ）を補正しているため、過充電や充電不足などの問題が起こりにくい。また、本発明を用いることにより、密閉形鉛蓄電池が長期間にわたって高温多湿な場所に放置されて、自己放電をしているような場合においても適正な充電をすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の充電方式を用いた密閉形鉛蓄電池の充電カーブである。
【図２】本発明の充電方式を示すフローチャートである。
【図３】バッテリー式ゴルフカートのブロック図である。
【符号の説明】
１：密閉形鉛蓄電池、 ３：電流検出器、 ４：温度センサ、 ５：リレー、
６：ゴルフカート、８：充電器、 ９：コントローラ、 １０：商用電源、
１１：ブレーカ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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