(57)【要約】【課題】不規則な充放電が繰り返されるサイクルサービス用途の密閉鉛電池を充電する時、電池の発熱、温度上昇を低減する。【解決手段】電池に温度検出手段を設け、電池温度が任意温度より高くなった場合、過充電を中断する。また、充放電装置に過充電量を記憶する手段を設け電池温度の上昇により過充電が目標過充電量まで到達する前に中断した場合、それまでの過充電量もしくは目標電気量までの必要過充電量を記憶しておき、次の充電時に目標過充電量までの必要過充電量分のみ過充電を行う。また、充放電装置に時計機能を設け、過充電の頻度を１回／日以下に制限することにより必要以上の過充電が行われることを避け、電池の発熱、温度上昇を低減する。【選択図】　図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
不規則な充放電が繰り返されるサイクルサービス用途の密閉鉛電池の放電後の充電時に放電量分を充電した後、一定の電気量（以下過充電量と称す。）を過充電する充電方式において、電池温度を測定する手段を設け、充電中の電池温度により上記過充電を制限することを特徴とする密閉鉛電池の充放電制御方式。
【請求項２】
不規則な充放電が繰り返されるサイクルサービス用途の密閉鉛電池の放電後の充電時に放電量分を充電した後、一定の過充電量を過充電する充電方式において、電池温度を測定する手段及び充電量を記憶する手段を設け、過充電時の電池温度が予め設定しておいた電池上限温度に到達したとき過充電を中止しするとともにそれまでの過充電量もしくは目標電気量までの必要過充電量を記憶しておき、次の充電時に目標過充電量までの必要過充電量分のみ過充電を行うことを特徴とする密閉鉛電池の充電制御方式。
【請求項３】
請求項１もしくは請求項２の少なくともいずれか一方式を用いる充電方式において、請求項１に記載した過充電量までの過充電を行なう頻度を１回／日以下に制限することを特徴とする密閉鉛電池の充電制御方法。
【請求項４】
請求項１、請求項２、請求項３の少なくともいずれか一方式の充電方式を搭載することを特徴とする密閉鉛電池を搭載した蓄電装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、サイクルサービス用途の密閉鉛電池の充電制御方法に関するものでありかつ本制御を搭載する蓄電装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
密閉鉛電池の充電には、放電量に一定の比率を乗じて得られる電気量を充電するという方法が従来から使用されている。しかし、この方法を不規則な放電、充電が繰り返されるサイクルサービス用途の密閉鉛電池に適用した場合、放電量の大、小により充電不足や過充電が発生し、サイクル寿命が短くなる場合があった。これを回避する充電方法として、放電量の大小に係わらず、充電時に電池の定格容量の５〜１０％の一定の電気量を過充電する方法が特許文献１に述べられている。
【０００３】
【特許文献１】
特開平８−２２８４２号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
図６は市販の公称電圧１２Ｖ、定格容量１５Ａｈ（３時間放電時）密閉鉛電池を放電の後、従来の方法で充電したときの電池電圧、電池表面温度の変化を示している。条件は周囲温度２４℃、１５Ａｈに対し１０％過充電状態にした電池を、０．２７ＣＡ（１ＣＡ＝１５Ａ）で１３Ａｈ放電の後、１段目０．２５ＣＡ、２段目０．１２５ＣＡ、３段目０．０６２５ＣＡの多段定電流充電を行ない、各充電時の終止条件を１段目においては任意に設定した終止電圧に電池電圧が到達した時点、２段目においては、１段目と２段目を合計した充電量が放電量と等しくなる時点とし、３段目充電時においては過充電量が特許文献１に述べられているごとく電気量で定格容量比１０％になるまでとした。本図によれば、電池温度の上昇は、３段目において過充電量が定格容量比５％を越えた付近から大きくなることが解る。本充電方法を、不規則な充電、放電が繰り返される蓄電装置に搭載し、放電が浅く比較的短い周期の放電、充電のサイクルが一日に数回繰り返された場合、上記３段目の温度上昇が繰り返えされることにより、電池が高温となり電池のサイクル寿命の低下や変形の原因となる問題があった。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記問題を解決するために、電池に温度検出手段を設け、電池温度が任意温度より高くなった場合、過充電を中断し電池の発熱、温度上昇を低減するものである。また、充放電を制御する回路、装置に過充電量を記憶する手段を設け電池温度の上昇により過充電が目標過充電量まで到達する前に中断した場合、それまでの過充電量もしくは目標電気量までの必要過充電量を記憶しておき、次の充電時に目標過充電量までの必要過充電量分のみ過充電を行うものである。さらに、充放電を制御する回路、装置に時計機能を設け、過充電の頻度を１回／日以下に制限することにより必要以上の過充電が行われることを避け、電池の発熱、温度上昇を低減するものである。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例を図面を用いて説明する。図１は本発明を搭載する系統連系放電を行なう蓄電装置の回路構成図である。単電池６を少なくとも１ケ以上接続した組電池５に温度センサー７を貼付し、温度センサー７の出力を蓄電装置の充放電動作を含む運転制御を行なうマイコン１に入力する。ここで、温度センサー７はサーミスタ等の広範囲の温度を検出できるものが望ましいが、温度ブレーカ等任意に設定した温度のみ検出するものでも構わない。また、マイコン１は時計ＩＣ３に接続し、時計ＩＣ３の日時もしくは計時データを読取るとともに、組電池５の充電、放電時に電流センサー４を用いて充電、放電電流値を検出し、マイコン１内部でこれらデータより充電、放電量を算出するとともに充電時の過充電動作時の過充電量も同様に算出し、積算過充電量としてマイコン１内部のメモリ２に記憶しておく。さらにマイコン１は充電／放電回路８、直流／交流変換回路１０に接続され蓄電装置１１全体の運転を制御、管理する。充電時には商用電源１１から入力される交流電力を直流／交流変換回路１０で直流電力に変換しコンデンサ９を予め設定した電圧まで充電するとともに、このコンデンサ９に蓄えられた電力をマイコン１が充電／放電回路８を用いて設定した任意電流、電圧に制御しながら組電池５を充電する。一方放電時は、マイコン１が充電／放電回路８を用いて組電池５の放電電力でコンデンサ９を予め設定した任意の電圧まで充電するとともに、このコンデンサ９に蓄えられた電力を直流／交流変換回路１０で交流電力に変換し、商用電源１２に向け放電する。
【０００７】
次に、本発明の一実施例である充電動作を図２のフローチャートを用いて説明する。放電が終了し充電が開始（Ｓ１）すると、充電量を検出し放電量分の充電を行なう（Ｓ２）。次に、マイコン内のレジスタに設けた過充電量Ｑｃを０クリアし（Ｓ３）、次にＱｃと予め設定した必要過充電量Ｑｔｈを比較し（Ｓ４）、Ｑｃ≧Ｑｔｈであれば充電を終了する（Ｓ１１）。ここで、Ｑｃ、Ｑｔｈはそれぞれ電気量を示しているが、過充電時の充電電流が定電流でかつその精度が十分保てるのであれば、電気量の代わりに時間を用いても良い。
【０００８】
一方、Ｑｏｃ＜Ｑｔｈであれば電池温度Ｔｂを検出し、Ｔｂと予め設定しておいた電池上限温度Ｔｔｈと比較し（Ｓ５）、Ｔｂ≧Ｔｔｈであれば充電を終了し（Ｓ１１）、Ｔｂ＜Ｔｔｈであればマイコン内のレジスタに設けた充電変化量△Ｑおよび充電タイマーｔｃを０クリアし（Ｓ６）、予め設定した電流値で定電流充電を開始または継続する（Ｓ７）とともに充電タイマーｔｃをカウントする（Ｓ８）。つぎに、（充電電流）×ｔｃにより充電変化量△Ｑを算出し　（Ｓ９）、過充電量Ｑｃに充電変化量△Ｑを加算したものを新たな過充電量Ｑｃとし（Ｓ１０）、以下Ｓ４より繰り返す。本フォローチャートによれば、電池温度が上昇した場合でも過充電動作を中断することにより、さらなる電池温度の上昇を回避することができる。
【０００９】
次に、本発明のもう一つの実施例である充電動作を図３のフローチャートを用いて説明する。放電が終了し充電が開始（Ｓ２１）すると、充電量を検出し放電量分の充電を行なう（Ｓ２２）。次に、マイコン内のメモリに記憶されている積算過充電量Ｑｏｃと予め設定した必要過充電量Ｑｔｈを比較し（Ｓ２３）、Ｑｏｃ≧ＱｔｈであればＱｏｃをＯクリア（Ｓ３０）した後、充電を終了する（Ｓ３１）。ここで、Ｑｏｃ、Ｑｔｈはそれぞれ電気量を示しているが、過充電時の充電電流が定電流でかつその精度が十分保てるのであれば、電気量の代わりに時間を用いても良い。
【００１０】
一方、Ｑｏｃ＜Ｑｔｈであれば電池温度Ｔｂを検出し、Ｔｂと予め設定しておいた電池上限温度Ｔｔｈと比較し（Ｓ２４）、Ｔｂ≧Ｔｔｈであれば充電を終了し（Ｓ３１）、Ｔｂ＜Ｔｔｈであればマイコン内のレジスタに設けた充電変化量△Ｑおよび充電タイマーｔｃを０クリアし（Ｓ２５）、予め設定した電流値での定電流充電を開始または継続する（Ｓ２６）とともに充電タイマーｔｃをカウントする（Ｓ２７）。つぎに、（充電電流）×ｔｃにより充電変化量△Ｑを算出し（Ｓ２８）、積算過充電量Ｑｏｃに充電変化量△Ｑを加算したものを新たな積算過充電量Ｑｏｃとし（Ｓ２９）、以下Ｓ２３より繰り返す。本フォローチャートによれば、電池温度が上昇した場合でも過充電動作を中断することにより、さらなる電池温度の上昇を回避することができかつ必要な過充電量を確保することができる。
【００１１】
次に必要量の過充電を１回／日以下のみ行なう制御について説明する。図４は積算過充電量Ｑｏｃを０クリアするサブルーチンプログラムのフローチャートである。サブルーチンプログラムに入る（Ｓ４１）と、時計ＩＣより日時データを読取り（Ｓ４２）、日付が更新されたか否かを確認し（Ｓ４３）、日付が更新されている場合はＱｏｃを０クリアし（Ｓ４４）、サブルーチンプログラムを終了する（Ｓ４５）。一方、日付が更新されていない場合はそのままサブルーチンプログラムを終了する（Ｓ４５）。必要量の過充電を１回／日以下のみ行ないたい場合は、図３に示したフローチャートの中のＳ３０を削除し、代わりに図４に示したフローチャートを挿入すれば良い。なお、日付更新確認の具体的手段として、日付変更フラグを備えている時計ＩＣを採用し、そのフラグを確認することで判定することによりプログラムの簡素化が図れるが、前回時計ＩＣから読取った日時データを記憶しておき、今回時計ＩＣから読取った日時データと比較することで日付更新の判定を行なっても良い。
【００１２】
次に、本発明の効果を確認するために実施した、高温での充放電サイクル試験時の電池温度の変化を図５を用いて説明する。電池は先述の公称電圧１２Ｖ、容量１５Ａｈ（３時間放電時）の密閉鉛電池を用い、周囲温度は、密閉鉛電池を搭載した汎用の無停電電源装置（ＵＰＳ）の一般的な上限温度が４０℃であることから、４０℃とし、１０％（１．５Ａｈ）過充電した電池を用い下記▲１▼、▲２▼を繰り返した。
▲１▼０．２７ＣＡ（１ＣＡ＝１５Ａ）で１．５Ａｈ放電。
▲２▼１段目０．２５ＣＡ、２段目０．１２５ＣＡ、３段目０．０６２５ＣＡの多段定電流充電。各充電時の終止条件を１段目においては任意に設定した終止電圧に電池電圧が到達した時点、２段目においては、１段目と２段目を合計した充電量が放電量と等しくなる時点とし、３段目充電時においては過充電量が電気量で定格容量比１０％になるまでとする。
【００１３】
また、密閉鉛電池の外ケースに使用されているプラスチック材料の軟化温度を考慮し、電池異常温度到達の試験中止条件を電池表面温度７０℃以上とし、過充電の制限条件を下記とした。
【００１４】
仕様１：過充電の制限無し。充電時毎回１．５Ａｈ（容量の１０％分）の過充電を実施する（従来の方式）。
【００１５】
仕様２：電池表面温度が５５℃以上になったら過充電中断（本発明中の図２の方式）。
【００１６】
仕様３：電池表面温度が５５℃以上になったら過充電中断。必要過充電量１．５Ａｈに対する不足分を次の充電時に充電する（本発明中の図３の方式）。
【００１７】
仕様４：仕様２の条件に必要過充電量１．５Ａｈの充電頻度１回／日以下を加えたもの（本発明中の図３のＳ３０を図４に置換えた方式）。
【００１８】
結果を図５に示す。図５は各サイクルでの電池表面温度の最高値をグラフ化したものであり、これより仕様１の従来の方式は１５サイクル程度で電池が異常温度に到達したが、本発明の仕様２〜４はともに３０サイクルを経過しても電池表面温度は異常温度に到達せず順調な充放電サイクルを継続でき、電池の温度上昇の低減に効果があることが解る。また、密閉鉛電池の高温になるほどサイクル経過時の容量低下率が大きくなる特性を考慮すれば、本発明は、サイクル寿命の向上により効果的であり、また密閉鉛電池を搭載した蓄電装置を、周囲に十分な放熱スペースの無い場所に設置して運転することができるという利点もある。なお、電池温度により充電時における過充電量が制限されることから、充電不足の発生が懸念されたが、本試験中充電不足による放電電圧の低下は認められなかった。
【００１９】
【発明の効果】
本発明によれば不規則な充放電が繰り返されるサイクルサービス用途の密閉鉛電池の充電時に電池の温度上昇を低減でき、密閉鉛電池の高温になるほどサイクル経過時の容量低下率が大きくなる特性を考慮すれば、サイクル寿命の向上に効果的であり、また密閉鉛電池を搭載した蓄電装置を、周囲に十分な放熱スペースの無い場所に設置して運転することができることから設置コストを削減できる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例を示す蓄電装置の回路構成図である。
【図２】本発明の一実施例を示す充電制御のフローチャートである
【図３】本発明の一実施例を示す充電制御のフローチャートである。
【図４】本発明の一実施例を示す充電制御内のサブルーチンプログラムのフローチャートである。
【図５】本発明の効果を示すサイクル試験結果である。
【図６】密閉鉛電池を放電、充電したときの電圧、温度の変化を示すグラフである。
【符号の説明】
１…マイコン、２…メモリ、３…時計ＩＣ、４…電流センサー、５…組電池、６…単電池、７…温度センサー、８…充電／放電回路、９…コンデンサ、１０…直流／交流変換回路、１１…蓄電装置、１２…商用電源。
【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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