(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
鉛蓄電池の充電を制御する鉛蓄電池の充電装置において、
充電時における時間当りの電圧変位量を算出する算出部と、
前記算出部が算出した電圧変位量を基準変位量と比較する比較部と、
前記比較部が比較した電圧変位量が基準変位量を超えている場合にリフレッシュ充電を実行させる充電制御部と、を備え、
前記鉛蓄電池は、多段定電流充電で充電が行われ、
前記比較部は、前記算出部が算出した複数段の電圧変位量を前記基準変位量との比較対象とすることを特徴とする鉛蓄電池の充電装置。
【請求項２】
前記比較部は、前記複数段の電圧変位量の総和を前記基準変位量との比較対象と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装置。
【請求項３】
前記比較部は、前記複数段の電圧変位量の平均変位量を前記基準変位量との比較対象と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装置。
【請求項４】
前記鉛蓄電池の電池温度を計測する計測部と、を備え、
前記比較部は、前記計測部が計測した電池温度に応じて比較する基準変位量を変更することを特徴とする請求項１〜請求項３のうち何れか一項に記載の鉛蓄電池の充電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鉛蓄電池の充電を行う充電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電気車両などの動力源として、鉛蓄電池が利用されている。そして、鉛蓄電池は、放電に伴って蓄電量が減少すると、充電装置によって充電が行われる。ところで、鉛蓄電池は、満充電としない充電不足状態の充電回数が増加すると、正極又は負極の活物質が結晶化して充電し難い状態となり、容量劣化を招く。このため、容量劣化を解消するために、例えば特許文献１に開示されるような鉛蓄電池を過充電状態とするリフレッシュ充電が行われている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−１６３０３４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１では、充電回数をもとにリフレッシュ充電を実行させている。しかしながら、鉛蓄電池は、リフレッシュ充電によって容量劣化を解消し得る反面、リフレッシュ充電を頻繁に実施すると、ガス発生による格子腐食や液枯れによって寿命低下を招く虞がある。このため、リフレッシュ充電は、適度に実施されることが好ましい。
【０００５】
この発明は、このような従来の技術に存在する問題点に着目してなされたものであり、その目的は、鉛蓄電池におけるリフレッシュ充電を効果的に実行し得る鉛蓄電池の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】
【０００６】
上記問題点を解決するために、請求項１に記載の発明は、鉛蓄電池の充電を制御する鉛蓄電池の充電装置において、充電時における時間当りの電圧変位量を算出する算出部と、前記算出部が算出した電圧変位量を基準変位量と比較する比較部と、前記比較部が比較した電圧変位量が基準変位量を超えている場合にリフレッシュ充電を実行させる充電制御部と、を備えたことを要旨とする。
【０００７】
これによれば、リフレッシュ充電を、充電時における鉛蓄電池の電圧変位量をもとに実行させる。つまり、リフレッシュ充電は、実際の鉛蓄電池の状態を監視し、その監視結果をもとに実行される。このため、鉛蓄電池の状態としてリフレッシュ充電が必要な時に、リフレッシュ充電を実行させることができる。したがって、鉛蓄電池におけるリフレッシュ充電を効果的に実行し得る。
【０００８】
また、請求項１に記載の発明においては、前記鉛蓄電池は、多段定電流充電で充電が行われ、前記比較部は、前記算出部が算出した複数段の電圧変位量を前記基準変位量との比較対象とすることを要旨とする。
【０００９】
これによれば、多段定電流充電において複数段の電圧変位量をもとにリフレッシュ充電の実行タイミングが決定される。これにより、リフレッシュ充電を実行すべきタイミングを精度良く決定できる。したがって、鉛蓄電池におけるリフレッシュ充電をより効果的に実行し得る。
【００１０】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の鉛蓄電池の充電装置において、前記比較部は、前記複数段の電圧変位量の総和を前記基準変位量との比較対象とすることを要旨とする。これによれば、電圧変位量の総和をもとにリフレッシュ充電の実行タイミングを決定するので、簡単な方法で精度良く実行タイミングを決定することができる。
【００１１】
請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の鉛蓄電池の充電装置において、前記比較部は、前記複数段の電圧変位量の平均変位量を前記基準変位量との比較対象とすることを要旨とする。これによれば、電圧変位量の平均変位量をもとにリフレッシュ充電の実行タイミングを決定するので、簡単な方法で精度良く実行タイミングを決定することができる。
【００１２】
請求項４に記載の発明は、請求項１〜請求項３のうち何れか一項に記載の鉛蓄電池の充電装置において、前記鉛蓄電池の電池温度を計測する計測部と、を備え、前記比較部は、前記計測部が計測した電池温度に応じて比較する基準変位量を変更することを要旨とする。これによれば、鉛蓄電池が温度変化によって特性が変化することに鑑みて基準変位量を変更するので、リフレッシュ充電の実行タイミングをより精度良く決定することができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、鉛蓄電池においてリフレッシュ充電を効果的に実行させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】充電装置の構成を示すブロック図。
【図２】充電の繰り返しによって生じ得る電圧の変位を示すグラフ。
【図３】電圧の変位差を示すグラフ。
【図４】充電モードを判定する判定処理を示すフローチャート。
【図５】通常充電モードを示すフローチャート。
【図６】リフレッシュ充電モードを示すフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明を具体化した一実施形態を図１〜図６にしたがって説明する。
図１に示すように、鉛蓄電池１０の充電装置１１は、充電を制御する制御部１３を備えている。鉛蓄電池１０と充電装置１１は、給電線Ｌ１を介して接続されている。給電線Ｌ１には、電力計１２が接続されている。電力計１２の計測結果は、充電装置１１に送信される。なお、電力計１２は、電圧値及び電流値を計測する。また、充電装置１１は、給電線Ｌ２を介して電力系統１４と接続されている。充電装置１１は、電力系統１４から供給される電力を受電する。電力系統１４とは、電力を送電するための送電システムであって、電力会社が保有する。そして、鉛蓄電池１０は、充電装置１１からの電力供給を受けて充電される。本実施形態の鉛蓄電池１０は、シール式鉛蓄電池である。
【００１６】
本実施形態において制御部１３は、多段定電流充電の方式を用いて鉛蓄電池１０の充電を制御する。多段定電流充電は、定電流で充電を行うとともに充電電圧が所定電圧に到達する毎に電流値を段階的に下げて充電を行う方式である。本実施形態において制御部１３は、５段階で充電を行う。
【００１７】
鉛蓄電池１０は、満充電としない充電不足状態の充電回数が増加すると、正極又は負極の活物質が結晶化して充電し難い状態となり、容量劣化を招く。そして、この容量劣化は、鉛蓄電池１０を過充電状態とするリフレッシュ充電を行うことで解消し得る。しかしながら、リフレッシュ充電を頻繁に実施すると、ガス発生による格子腐食や液枯れによって寿命低下を招く虞がある。このため、リフレッシュ充電は、適度に実施することが好ましい。そこで、本実施形態の充電装置１１は、リフレッシュ充電を適切なタイミングで実行させる制御を行う。
【００１８】
図２は、鉛蓄電池１０を多段定電流充電する場合の電圧変位の特性を示す。
図２において実線で示す電圧波形Ｈ１は、容量劣化が生じていない時の電圧波形である。容量劣化が生じていない時とは、初期充電時やリフレッシュ充電後のことである。一方、図２において一点鎖線で示す電圧波形Ｈ２は、所定サイクル数（数十サイクル）の充電を繰り返した場合の電圧波形である。また、図中の符号「Ｄ１」は多段定電流充電の１段目を、符号「Ｄ２」は２段目を、符号「Ｄ３」は３段目を、符号「Ｄ４」は４段目を示す。
【００１９】
電圧波形Ｈ１と電圧波形Ｈ２を比較すると、充電のサイクル数の増加に伴って容量劣化が進むと、多段定電流充電の各段において所定電圧Ｖに達する時間が早くなる。つまり、容量劣化が進んだ場合には、電圧波形の変位（傾き）が高くなる。このため、充電装置１１の制御部１３は、多段定電流充電の各段の電流値を切り換える直前の一定期間の電圧変位量を算出し、その算出した電圧変位量が予め定めた基準変位量としての閾値αを超えた場合に、リフレッシュ充電を行う。
【００２０】
図３は、一定期間における各段の電圧変位量（電圧差［ΔＶ］）を示す。また、図中に実線で示す波形は図２の電圧波形Ｈ１に対応する各段の電圧変位量を示すとともに、図中の一点鎖線で示す波形は図２の電圧波形Ｈ２に対応する電圧変位量を示す。また、図中の符号「Ｄ１」は多段定電流充電の１段目を、符号「Ｄ２」は２段目を、符号「Ｄ３」は３段目を、符号「Ｄ４」は４段目を示す。図３に示すように、各段において、電圧波形Ｈ１の電圧変位量と電圧波形Ｈ２の電圧変位量には差が生じ得る。そして、その電圧変位量の差は、段数が進むほど、大きくなる。このため、前述したリフレッシュ充電の要否判定を、例えば、１段目の電圧波形Ｈ２の電圧変位量をもとに行う場合、その電圧変位量が電圧波形Ｈ１の電圧変位量と近似するので判定し難い。したがって、リフレッシュ充電の要否判定は、大きい段数の電圧変位量をもとに行うことが、正確な判定を行うために望ましい。なお、正確な判定とは、リフレッシュ充電を効果的に実行し得るための判定である。
【００２１】
以下、充電装置１１の制御部１３が鉛蓄電池１０の充電を行うために実行する制御内容を図４にしたがって説明する。本実施形態では、以下の制御内容を実行する制御部１３が、算出部、比較部及び充電制御部として機能する。
【００２２】
本実施形態において制御部１３は、電圧検出と電流値の変更によって１段〜５段からなる多段定電流充電を行う。そして、制御部１３は、充電を開始させると、段数Ｃｘの充電を行う（ステップＳ１０）。「ｘ」には、１〜５段を示す「１」〜「５」の数字が代入される。制御部１３は、充電を開始させると、電力計１２を介して鉛蓄電池１０の充電電圧を逐次検出する。そして、制御部１３は、電圧検出により、その検出した電圧が所定電圧Ｖに到達したか否かを判定する（ステップＳ１１）。この判定結果が否定、すなわち所定電圧Ｖに到達していない場合、制御部１３は、現在の電流値を変更することなく、現在の段数の充電を継続する。つまり、制御部１３は、ステップＳ１１を否定判定すると、ステップＳ１０に戻り、現在の段数の充電を継続する。
【００２３】
一方、制御部１３は、ステップＳ１１の判定結果が肯定、すなわち所定電圧Ｖに到達すると、次の段数の充電を開始させるための処理を実行する。この処理により、電流値が変更される。制御部１３は、ステップＳ１２にて、充電の段数を次の段数に変更する。図４では、充電の段数の変更を「ｘ＝ｘ＋１」と表記する。つまり、この表記は、例えば、現在の段数が１段目であり、ステップＳ１１を肯定判定すると、「１」に１加算して「２（＝ｘ）」とすることにより、段数を１段目から２段目に変更する。また、制御部１３は、ステップＳ１１を肯定判定し、段数を次の段数に切り替える時の時間を記憶する。
【００２４】
次に、制御部１３は、充電対象とする段数が「５」であるか否かを判定する（ステップＳ１３）。ステップＳ１３にて制御部１３は、多段定電流充電の最後の段数であるか否かを判定する。この判定結果が否定、すなわち段数が「２〜４」の場合、制御部１３は、ステップＳ１０に戻り、次の段数の充電を開始する。つまり、制御部１３は、電流値を切り替えて充電を開始させる。
【００２５】
一方、制御部１３は、ステップＳ１３の判定結果が肯定、すなわち段数が「５」の場合、ステップＳ１４に移行して、最終段を通常充電モードとするか、又はリフレッシュ充電モードとするかを判定する。この判定において制御部１３は、まず、最終段よりも前の各段における電圧変位量を算出する。この電圧変位量は、各段の電流値を切り換える直前の一定期間の電圧変位量である。このため、制御部１３は、検出している充電電圧と切り替える時の時間をもとに、各段の時間当りの電圧変位量（電圧差／時間差）を算出する。次に、制御部１３は、各段、すなわち１〜４段の各電圧変位量の総和を算出値Ｚとして算出するとともに、その算出値Ｚを予め定めた閾値αと比較する。閾値αは、リフレッシュ充電を開始させると判定することになる基準変位量である。この閾値αは、鉛蓄電池１０の仕様（例えば容量）に応じて決まる変動値であり、シミュレーションなどで最適となる値に設定される。例えば、リフレッシュ充電を行った場合に、電圧特性が電圧波形Ｈ１に戻る範囲で設定すると良い。
【００２６】
そして、制御部１３は、閾値αと算出値Ｚを比較し、算出値Ｚが閾値αを超えていない場合、ステップＳ１４を肯定判定する。この場合、制御部１３は、リフレッシュ充電を開始させないと判定する。これにより、制御部１３は、最終段を通常充電モードで充電する（ステップＳ１５）。一方、制御部１３は、閾値αと算出値Ｚを比較し、算出値Ｚが閾値αを超えている場合、ステップＳ１４を否定判定する。この場合、制御部１３は、リフレッシュ充電を開始させると判定する。これにより、制御部１３は、最終段をリフレッシュ充電モードで充電する（ステップＳ１６）。
【００２７】
制御部１３は、ステップＳ１５において通常充電モードで充電を行う場合、図５に示すように、最終段の充電を開始させる（ステップＳ２０）。次に、制御部１３は、鉛蓄電池１０における最終段の充電量が充電量Ｗａに到達したか否かを判定する（ステップＳ２１）。最終段の充電量は、最終段の充電を開始させてからの電力計１２の検出結果をもとに算出される。そして、制御部１３は、ステップＳ２１の判定結果が否定、すなわち最終段の充電量が充電量Ｗａに到達していない場合、ステップＳ２０に戻って最終段の充電を継続する。一方、制御部１３は、ステップＳ２１の判定結果が肯定、すなわち最終段の充電量が充電量Ｗａに到達した場合、最終段の充電を終了する。これにより、制御部１３は、多段定電流充電に基づく鉛蓄電池１０の充電を終了する。
【００２８】
一方、制御部１３は、ステップＳ１６においてリフレッシュ充電モードで充電を行う場合、図６に示すように、最終段の充電を開始させる（ステップＳ３０）。次に、制御部１３は、鉛蓄電池１０における最終段の充電量が充電量Ｗｂに到達したか否かを判定する（ステップＳ３１）。充電量Ｗｂは、通常充電モードによる充電の終了条件となる充電量Ｗａに比して多い量に設定されている。そして、制御部１３は、ステップＳ３１の判定結果が否定、すなわち最終段の充電量が充電量Ｗｂに到達していない場合、ステップＳ３０に戻って最終段の充電を継続する。一方、制御部１３は、ステップＳ３１の判定結果が肯定、すなわち最終段の充電量が充電量Ｗｂに到達した場合、最終段の充電を終了する。これにより、制御部１３は、多段定電流充電に基づく鉛蓄電池１０の充電を終了する。リフレッシュ充電モードでは、充電の終了条件である最終段の充電量として通常充電モードの時よりも多い充電量Ｗｂが設定されている。このため、鉛蓄電池１０は、通常時よりも過充電されることになる。
【００２９】
次に、本実施形態の充電装置１１の作用を説明する。
充電装置１１の制御部１３は、鉛蓄電池１０の充電を開始すると、最終段よりも前の各段の電圧変位量を監視する。そして、制御部１３は、各段の電圧変位量が、一定の変位量を超えた場合にリフレッシュ充電を行う。具体的に言えば、制御部１３は、各段の電圧変位量の総和が閾値αを超えた場合にリフレッシュ充電を行う。リフレッシュ充電後の鉛蓄電池１０は、図２及び図３に示す電圧波形Ｈ１のように充電時の電圧特性が戻る。本実施形態では、充電時の鉛蓄電池１０の電圧特性を実際に監視することでリフレッシュ充電を行うタイミングを決定する。このため、リフレッシュ充電を適切なタイミングで行わせることが可能となる。
【００３０】
したがって、本実施形態では、以下に示す効果を得ることができる。
（１）リフレッシュ充電を、充電時における鉛蓄電池１０の電圧変位量をもとに実行させる。つまり、リフレッシュ充電を、実際の鉛蓄電池１０の状態を監視し、その監視結果をもとに実行させる。これにより、鉛蓄電池１０の状態としてリフレッシュ充電が必要な時に実行させることができる。したがって、鉛蓄電池１０におけるリフレッシュ充電を効果的に実行できる。
【００３１】
（２）そして、鉛蓄電池１０の状態を監視してリフレッシュ充電を行うので、リフレッシュ充電の実行タイミングを最適化することができる。その結果、リフレッシュ充電の回数を必要回数、すなわち適度な回数とすることができる。したがって、リフレッシュ充電を頻繁に実行させることによって生じ得る現象、すなわちガス発生による格子腐食や液枯れなどを抑制し、鉛蓄電池１０の寿命延伸効果を期待することができる。
【００３２】
（３）複数段の電圧変位量をもとに閾値αと比較する算出値Ｚを算出するので、リフレッシュ充電を実行すべきタイミングを精度良く決定できる。すなわち、リフレッシュ充電の実行タイミングをより最適化することができる。したがって、鉛蓄電池１０におけるリフレッシュ充電をより効果的に実行できる。
【００３３】
（４）算出値Ｚを複数段の電圧変位量の総和で算出する。したがって、リフレッシュ充電の実行タイミングを、簡単な方法で精度良く決定することができる。
（５）実際の鉛蓄電池１０の状態を監視し、その監視結果をもとにリフレッシュ充電を実行させるので、リフレッシュ充電の実行を自動化できる。つまり、鉛蓄電池１０の使用者や保有者にリフレッシュ充電の実行を任せる必要がない。したがって、リフレッシュ充電を、最適タイミングで、効果的に実行できる。
【００３４】
（６）リフレッシュ充電の実行タイミングの最適化により、鉛蓄電池１０の寿命延伸を図り得るので、鉛蓄電池１０の使用者や保有者の維持費低減に寄与できる。
なお、上記実施形態は以下のように変更してもよい。
【００３５】
○  鉛蓄電池１０は、車載用鉛蓄電池や定置用鉛蓄電池の何れでも良い。また、その他の用途に用いる鉛蓄電池１０でも良い。
○  図１に二点鎖線で示すように、鉛蓄電池１０に温度センサ１５を設ける。そして、制御部１３を、温度センサ１５の検出結果から鉛蓄電池１０の電池温度を計測する計測部として機能させる。また、制御部１３には、電池温度に対して閾値αを対応付けたマップデータを記憶しておく。そして、制御部１３は、図４のステップＳ１４において算出値Ｚと比較する閾値αを、電池温度に基づき設定する。鉛蓄電池１０は、温度変化によって特性が変化する。このため、電池温度に対応する閾値αを用意し、充電時の電池温度から閾値αを変更することにより、リフレッシュ充電の実行タイミングをより精度良く決定することができる。その結果、リフレッシュ充電をより効果的に実行させることができる。
【００３６】
○  算出値Ｚを、複数段の電圧変位量の平均変位量としても良い。この場合は、閾値αも、平均変位量に応じた値に設定される。これによれば、実施形態と同様に、簡単な方法で精度良くリフレッシュ充電の実行タイミングを決定することができる。
【００３７】
○  鉛蓄電池１０を多段定電流充電で充電する場合、その段数を変更しても良い。例えば、２〜４段でも良いし、６段以上でも良い。
○  算出値Ｚを算出する場合の段数を変更しても良い。例えば、実施形態のように５段の多段定電流充電を行う場合、２〜４段の電圧変位量や、３，４段の電圧変位量から算出値Ｚを算出しても良い。また、連続する段数に代えて、例えば２段と４段というように連続しない段数の電圧変位量から算出値Ｚを算出しても良い。なお、この別例は、前述した算出値Ｚを複数段の電圧変位量の平均変位量で算出する場合にも適用することができる。
【００３８】
○  多段定電流充電において何れか１段の電圧変位量をもとにリフレッシュ充電を実行させるか否かの判定を行っても良い。例えば、実施形態の場合、３段目や４段目の電圧変位量を算出値Ｚとし、閾値αを超えた場合にリフレッシュ充電を実行させても良い。この場合は、閾値αも、１段の電圧変位量に応じた値に設定される。
【００３９】
○  鉛蓄電池１０の充電方式を、多段定電流定電圧の方式としても良い。
○  電力計１２に代えて、電圧計や電流計としても良い。
○  最終段の充電を行う場合の終了条件を変更しても良い。例えば、終了条件を電圧値（終止電圧）としても良い。この場合は、通常充電モードの終止電圧よりもリフレッシュ充電モードの終止電圧を高い値に設定する。また、終了条件を時間としても良い。この場合は、通常充電モードを終了させる時間よりもリフレッシュ充電モードを終了させる時間を長くする。なお、時間を長くすることは充電量を多くすることに等しいので、充電終了を時間管理する場合は充電量を計測する構成を省くことができる。また、充電方式を多段定電流定電圧とする場合の終了条件を電流値としても良い。この場合は、通常充電モードの電流値よりもリフレッシュ充電モードの電流値を高い値に設定する。
【００４０】
○  図５のステップＳ２１、及び図６のステップＳ３１で判定する充電の終了条件を、１段目の充電を開始させてからの総充電量としても良い。つまり、充電の終了条件は、充電開始時における鉛蓄電池１０の充電量（ＳＯＣ）を検出している場合であれば、充電を開始してからの総充電量を検出することができるので、上記のように充電の終了条件を変更しても良い。そして、この場合、リフレッシュ充電モードでは、充電の終了条件として通常充電モードの時よりも多い総充電量を設定して判定する。これにより、リフレッシュ充電モードにおいて鉛蓄電池１０は、通常充電モードの時よりも過充電されることになる。
【符号の説明】
【００４１】
１０…鉛蓄電池、１１…充電装置、１３…制御部。
【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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