(57)【要約】    【課題】  長期間の放置によって自己放電がされたり、鉛蓄電池を構成する電極の活物質が劣化した場合でも、適正な充電をすることができる充電方式を提供する。    【解決手段】  鉛蓄電池1の実際に測定された放電量と、鉛蓄電池1の回路電圧から推定された放電量とを記憶する。そして、充電後の一定時間内に手動でモーメンタリスイッチ106が押されなかった場合には、測定された放電量に、一定の係数（％）として１１０％を乗じた値を充電する。一方、充電後の一定時間内にモメンタリスイッチ106が押された場合には、鉛蓄電池1の回路電圧から推定された放電量に、一定の係数（％）として１１０％を乗じた値を充電する。【選択図】          図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
鉛蓄電池の充電方式であって、
測定された放電量、及び、前記鉛蓄電池の回路電圧から推定された放電量とを記憶し、
充電開始後の一定時間内に手動スイッチが押されなかった場合には、前記測定された放電量に一定の係数（％）を乗じた充電量を充電し、
充電開始後の一定時間内に手動スイッチが押された場合には、前記鉛蓄電池の回路電圧から推定された放電量に一定の係数（％）を乗じた充電量を充電することを特徴とする鉛蓄電池の充電方式。
【請求項２】
前記一定の係数（％）として、１０５〜１１５％にすることを特徴とする請求項１記載の鉛蓄電池の充電方式。
【請求項３】
鉛蓄電池の充電方式であって、
測定された放電量、及び、前記鉛蓄電池の回路電圧から推定された放電量とを記憶し、
そのうちの大きい方の放電量に一定の係数（％）を乗じた充電量を充電することを特徴とする鉛蓄電池の充電方式。
【請求項４】
前記一定の係数（％）として、１０５〜１１５％にすることを特徴とする請求項３記載の鉛蓄電池の充電方式。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鉛蓄電池の充電方式に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電気自動車や電動式ゴルフカートなどのサイクル用途に用いられる鉛蓄電池としては、液式の鉛蓄電池や制御弁式の鉛蓄電池が一般的に使用されている。なお、制御弁式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ことができるために、補水不要を特徴とするものである。
【０００３】
これらに使用される鉛蓄電池は、一般的には、放電量に一定の係数（％）として１０２〜１２０％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。そして、放電量を計測し、その値に対して一定の係数（％）を乗じた電気量を定電流で充電する方式は、制御が比較的容易であることなどから制御弁式の鉛蓄電池に適していることが知られている。（例えば、特許文献１参照。）。
【０００４】
【特許文献１】特願２００２−２３７７４２号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、これらの充電方式では、長期間の在庫等によって放置された場合など、適当に充放電使用がされていない場合の自己放電量についてはほとんど考慮されていない状況である。したがって、使用中の放電量の測定のみでは、適切な充電量を確保できないという問題点が認められている。
【０００６】
加えて、長期間の放置によって、鉛蓄電池を構成する電極の活物質が劣化しており、定電流で充電をすると、充電電圧はすぐに上昇して充電が入らず、その結果、充電不足となる場合が認められている。ここで、劣化した電極の活物質を活性化する手法として、一定の比較的低い定電圧で長時間の充電をする手法がある。しかしながら、一定の電圧で充電をする手法は、充電電流が少なく、満充電状態にするまでに時間がかかるために、安価な深夜電力を利用できないという欠点がある。
本発明は、長期間の放置によって自己放電がされたり、鉛蓄電池を構成する電極の活物質が劣化したような場合でも、適正な充電をすることができる充電方式を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記した課題を解決するために、本発明では、鉛蓄電池の放電量と開路電圧を測定して、適切な充電をするものである。
【０００８】
すなわち、請求項１の発明は、鉛蓄電池の充電方式であって、測定された放電量、及び、前記鉛蓄電池の回路電圧から推定された放電量とを記憶し、充電開始後の一定時間内に手動スイッチが押されなかった場合には、前記測定された放電量に一定の係数（％）を乗じた充電量を充電し、充電開始後の一定時間内に手動スイッチが押された場合には、前記鉛蓄電池の回路電圧から推定された放電量に一定の係数（％）を乗じた充電量を充電することを特徴としている。
【０００９】
請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記一定の係数（％）として、１０５〜１１５％にすることを特徴としている。
【００１０】
請求項３の発明は、鉛蓄電池の充電方式であって、測定された放電量、及び、前記鉛蓄電池の回路電圧から推定された放電量とを記憶し、そのうちの大きい方の放電量に一定の係数（％）を乗じた充電量を充電することを特徴としている。
【００１１】
請求項４の発明は、請求項３の発明において、前記一定の係数（％）として、１０５〜１１５％にすることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１２】
上述したように本発明を用いると、長期間の放置等によって自己放電がされたり、鉛蓄電池を構成する電極の活物質が劣化したような場合でも、適正な充電をすることができる。したがって、鉛蓄電池の充電量が不足したり、逆に過充電となることもないために鉛蓄電池を長寿命化することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下に本発明を実施するための最良の形態を、バッテリ式ゴルフカートに用いた鉛蓄電池の例として詳細に説明する（図１〜３）。
１．本発明に係わるバッテリ式ゴルフカートの概要
図２は、本発明に係わるバッテリ式ゴルフカートのブロックダイヤグラムである。鉛蓄電池1は、負荷の大部分を占める車輪駆動用のモータ7及び制御回路8等のエネルギー源である。本発明に係わるバッテリ式ゴルフカートとして、例えば、公称１２Ｖ−１００Ａｈ（ただし、５時間率放電容量。）の制御弁式鉛蓄電池を４個を直列に接続して使用した。
【００１４】
操作パネル5は、バッテリ式ゴルフカートとして使用、即ち、鉛蓄電池1にとっては放電するか、充電するかの操作や、後述する充放電制御回路10の出力回路105からの信号によって、鉛蓄電池1の残容量表示や充電状況の表示等を行う。リレー6は、鉛蓄電池1の充放電を切り替えるものであり、操作パネル5によって手動で制御される。
【００１５】
充放電制御回路10は、放電の際には電流センサ3からの出力電流と放電時間との積によって放電量を測定し、充電時には電源9を操作して充電電流や充電量を制御をする。なお、充放電制御回路10は、変換回路101、マイクロコンピュータ102、ＥＥＰＲＯＭ103、入力回路104、出力回路105から成る。マイクロコンピュータ102は、通常のＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ、入出力ポート、複数のアナログデジタル変換ポート（以下Ａ／Ｎポートと称する）を有する。
鉛蓄電池1は、電圧センサ2でその電圧（Ｖ）が測定され、電流センサ3で流れる電流（Ａ）が測定される。また、温度センサ4が鉛蓄電池1の側面に取り付けられており、表面の温度（Ｔ）を測定することができる。これらのセンサ出力は、マイクロコンピュータ102で扱える電圧に適宜変換するための変換回路101を介して、マイクロコンピュタ102内のＡ／Ｎポートに入力する。これらの測定されたデータは、電源が断たれても情報を保持することができるＥＥＰＲＯＭ103に保存される。
【００１６】
ここで、後述するように、長期間にわたり放置されたような場合には、モーメンタリスイッチ6を手動で押すことによって、入力回路104を介して、マイクロコンピュータ102に「スイッチＯＮ」信号を入力できるようにした。また、充放電時の状況は、例えば、充電量や放電量は、マイクロコンピュータ102から出力回路105を介して操作パネル5に表示されるようにした。
【００１７】
電源9は、鉛蓄電池1を充電するための充電器の役割をするものである。すなわち、商用電源11の交流電力を直流電力に変換する機能と、定電流安定化機能とを有している。そして、操作パネル5の操作によりリレー6がＮＣ側の場合には、充放電制御回路10からの信号によって、後述する「規定電圧」に達するまで複数段の定電流により充電、例えば、最初に１５Ａ、次に１０Ａ、５Ａ、４Ａの順で次第に充電電流を減少させながら充電をするものである（例えば、上述した特願２００２−２３７７４２号）。
【００１８】
ここで、１５Ａから１０Ａへの切換えは、充電時の鉛蓄電池1の電圧、雰囲気温度等を考慮しながら行うようにマイクロコンピュータ102で制御されるようにした。例えば、雰囲気温度が２５℃のもとで１５Ａの定電流で充電をし、「規定電圧」である５８．８Ｖ（２．４５Ｖ／セル）に到達すると、１０Ａでの定電流で充電し、１０Ａの充電電流で再び「規定電圧」である５８．８Ｖに到達すると５Ａの定電流で充電するように次第に充電電流を下げながら充電する方式を用いた。そして、雰囲気温度が前記した２５℃を１℃上昇するごとに、２．４５Ｖ／セルから５ｍＶ／セルを減算する。一方、雰囲気温度が前記した２５℃を１℃下がるごとに、規定電圧である２．４５Ｖ／セルから５ｍＶ／セルを加算するようにした。
すなわち、本実施例の２４セル直列接続の場合には、
規定電圧＝５８．８Ｖ  ＋  ２４×５ｍＶ×（２５−雰囲気温度）
とした。このように規定電圧に温度補償をすることによって、鉛蓄電池の温度に応じた適正な充電をすることができる。
２．放電量の測定
鉛蓄電池1の放電量は、電流センサ3を流れる電流値と、その電流値が流れている時間との積を加算する方法によって算出されるようにした。すなわち、放電時にリレー6は、ＮＯ側に接続されて放電する経路ができる。
【００１９】
ここで、鉛蓄電池1が満充電状態の場合には、充放電制御回路10のＥＥＰＲＯＭ103の値を「０」とする。すなわち、満充電後には放電量を「０」にするようにした。
【００２０】
充放電制御回路10のマイクロコンピュータ102は、変換回路101を介して、一定時間間隔（ｔｓ）で、電流センサ3を流れる放電電流（Ｉｄ）を測定し、（Ｉｄ）ｘ（ｔｓ）によって算出される電気量（Ａｈ）を、現在の放電量に加えて放電量を更新する。そして、ゴルフカートの電源がオフにされた場合には、この放電量をＥＥＰＲＯＭ103に記憶させておくようにした。そして、再びゴルフカートの電源をオンして、鉛蓄電池1の放電をした場合には、ＥＥＰＲＯＭ103に記憶している放電量に加算する。
３．第１の充電完了条件
鉛蓄電池1を充電する際は、操作パネルの操作によりリレー6はＮＣ側に接続され、充放電制御回路10によって充電制御を行いながら、電源9より直流電力の供給が行われる。充放電制御回路10のマイクロコンピュータ102は、変換回路101を介して、一定時間間隔（ｔｓ）で、電流センサ3を流れる充電電流（Ｉｃ）を測定し、（Ｉｃ）ｘ（ｔｓ）によって充電量を算出する。そして、充電量を一定の係数（％）（例えば、１１０％）で除した値を、最新の放電量より引き算して新たな放電量とする。そして、この放電量が「０」になることが第１の充電完了の条件とした（図１のステップ170）。すなわち、別の表現をすれば、測定された放電量に一定の係数（％）（例えば、１１０％）を乗じた値を充電するようにした。なお、詳細については省略するが、放電量の１０５〜１１５％を充電すると鉛蓄電池1の寿命の点で、きわめて好ましいことがわかった。
４．第２の充電完了条件
上述したように、本実施例では、最初に１５Ａ、次に１０Ａ、５Ａ、４Ａの順で次第に充電電流を減少させながら充電をするものである。しかし、上記した第１の充電完了の条件に達した場合でも、「規定電圧」に達していないために５Ａのままで充電されている場合や、たとえ４Ａで充電中の場合でも鉛蓄電池1の電圧が上述した「規定電圧」に達しない場合も認められた。そこで、第２の充電完了条件として、第１の充電完了時に４Ａで充電されており、かつ、鉛蓄電池1の電圧が「規定電圧」を超えていることを第２の充電完了条件とした。なお、実験によって、ゴルフカートとして通常の使用状況では、第１の充電完了の条件になっていれば、ほぼ第２の充電完了条件を満たすことは確認されているが、長期間の放置がされたような場合には、第２の充電完了条件をつけないと充電不足になることが確認された。なお、第１の充電完了条件を満たしている場合には、ソフト的には放電量が「０」のまま保持されるようにした。
５．放電量の修正
ここで、通常の使用では、上述した第１の充電完了条件と、第２の充電完了条件とを組み合わせることによって充電不足となることはない。しかしながら、長期間の放置がされ、自己放電をしていることが明らかな場合には、放電量を修正した状態で充電をすることが、鉛蓄電池1の寿命の点から好ましい。そこで、本発明に係わる充電方式では、「第１の充電完了条件」である放電量の修正ができるようにした。
６．本発明に係わる充電方式の態様
本発明では、充放電制御回路10の入力回路104に、手動スイッチ、例えばモーメンタリスイッチ106を設けるようにした。そして、後述するように鉛蓄電池1の開路電圧を測定しておき、モーメンタリスイッチ106が押された場合には、その開路電圧に応じて放電量を推定できるようにした。以下に、図１のフローチャートを用いて本方式の充電方式を詳細に説明する。
（１）ステップ100
操作パネル5から充電開始の指示を受けると、充放電制御回路10のＥＥＰＲＯＭ103に記憶されている測定された放電量が読み出されて、マイクロコンピュータ102のＲＡＭにセットされる。上述したように、通常は、ＥＥＰＲＯＭ103に記憶されている測定された放電量に一定の係数（％）を乗じた値、例えば１１０％が充電されることになる。なお、作業者の安全等を考慮して、ステップ120までの、約５秒間は充電電流は流れないようにした。
（２）ステップ110
充電電流が供給される前の鉛蓄電池1の開路電圧は、電圧センサ2で測定され、変換回路101を介してマイクロコンピュータ102に取り込まれる。ここで、図３に示すように、放電量が多いほど、鉛蓄電池1の開路電圧は低くなるという一般的な傾向がある。そこで、マイクロコンピュータ102は、鉛蓄電池1の開路電圧から放電量を推定してＲＡＭに記憶するようにした。そして、推定された放電量に、一定の係数（％）を乗じた値、例えば１１０％を乗じた値を必要な充電量として算出する。
（３）ステップ120
ステップ120で、マイクロコンピュータ102はタイマを起動する。
（４）ステップ130
マイクロコンピュータ102は、出力回路105を介して電源9を作動させて充電を開始する。そして、後述する放電量が「０」となる状態、又は、充電量が放電量の１１０％となる状態、いわゆる満充電状態まで充電電流と充電時間との積を積算しながら充電する。なお、充電条件としては、上述したように、最初に１５Ａの定電流で充電をし、２５℃の「規定電圧」である５８．８Ｖに到達すると、１０Ａでの定電流で充電し、再び「規定電圧」である５８．８Ｖに到達すると５Ａの定電流で充電するように次第に充電電流を下げながら、充電する方式を用いることができる。このように、充電電流を次第に下げながら充電をすることによって、短時間で充電が終了し、安価な深夜電力を有効に用いることができる。
（５）ステップ140
タイマが一定時間、例えば、1分を経過したか否かが判断される。タイマが1分を経過していない場合には、ステップ150に行く。一方、タイマが1分を経過している場合には、ステップ170にジャンプする。
（６）ステップ150
上記した充電開始から一定時間、例えば１分の間に、図２のモーメンタリスイッチ106が手動で押されたか否かを判断する。この間にモーメンタリスイッチ106が手動で押された場合には、ステップ160に行く。一方、モーメンタリスイッチ106が手動で押されていない場合には、ステップ130へもどる。
（７）ステップ160
モーメンタリスイッチ106が手動で押された場合には、充電の対象とすべき放電量として、ステップ110で推定された放電量を用いることと決定して、すでにＲＡＭにセットされているＥＥＰＲＯＭ103からの測定された放電量と置き換える。
（８）ステップ170
放電量が「０」の状態、すなわち満充電状態であるか否かが判断される。放電量が「０」の状態の場合には、放電量が「０」のまま固定した状態でステップ170に行く。一方、放電量が「０」の状態でない場合には、ステップ130へもどり充電を続ける。
（９）ステップ180
「第１の充電完了の条件」である４Ａの充電電流で、鉛蓄電池1の電圧が、上記した「規定電圧」を超えているか否かが判断される。鉛蓄電池1の電圧が、上記した「規定電圧」を超えている場合には、充電を終了する。一方、５Ａ等で充電中の場合や、４Ａで充電されていても、鉛蓄電池1の電圧が「規定電圧」を超えていない場合には、ステップ130へもどる。
【００２１】
上述したように、本発明に係わる充電方式を用いると、長期間の放置がされて自己放電をしているような場合には、作業者が手動でモーメンタリスイッチ106を押すことによって、電流センサ3によって測定された放電量を置き換えることができる。したがって、長期間放置されて自己放電をしているような場合でも、適正な充電をすることができるために充電不足となることもない。加えて、短時間で充電が終了できるために、安価な深夜電力を有効に利用することができる。
【００２２】
なお、上述した実施例では、作業者がモーメンタリスイッチ106を押すことによって、充電の対象とすべき放電量として、ステップ110で推定された放電量を用いることと決定して、測定された放電量と置き換えている。ここで、「推定された放電量」と「測定された放電量」とを比較し、そのうちの大きい方の放電量に一定の係数（％）（例えば、１１０％）を乗じた充電量を充電することもできる。このようにすると、作業者がモーメンタリスイッチ106を押す必要もない。
【産業上の利用可能性】
【００２３】
本発明の鉛蓄電池の充電方式を用いると、長期間放置がされて、自己放電をしているような場合でも充電不足となることがない。加えて、充電電流を次第に下げながら充電をすることによって、短時間で充電が終了できるため、安価な深夜電力を有効に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明に係わる充電方式のフローチャートである。
【図２】本発明に係わるバッテリ式ゴルフカートのブロックダイヤグラムである。
【図３】鉛蓄電池の開路電圧と放電量との関係である。
【符号の説明】
【００２５】
１：制御弁式鉛蓄電池、２：電圧センサ、３：電流センサ、４：温度センサ、
５：操作パネル、６：リレー、７：モータ、８：制御回路、９：電源、
１０：充放電制御回路、１１：商用電源、１０１：変換回路、
１０２：マイクロコンピュータ、１０３：ＥＥＰＲＯＭ、１０４：入力回路、
１０５：出力回路、１０６：モーメンタリスイッチ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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