(57)【要約】【課題】  充電前の電池容量や電池の経年的な劣化度合に応じて、密閉型鉛蓄電池に対して過不足なく適正に充電することのできる充電方法を提供することを課題とする。【解決手段】  密閉型鉛蓄電池Ｂを複数個直列に接続して使用する場合の多段定電流充電方法において、充電電圧が所定第一電圧値Ｖ1に達するまで所定第一電流値Ｉ1で充電する第一段充電時間Ｔ1と、該第一電流値Ｉ1よりも小さい所定第二電流値Ｉ2で充電し始めてから、前記第一電圧値Ｖ1と略同じ第二電圧値Ｖ2に達した後、前記第一段充電時間Ｔ1を基準に延長した時間を含む第二段充電時間Ｔ2と、その後、前記第二電流値Ｉ2よりも更に小さい所定第三電流値Ｉ3で前記第一段充電時間Ｔ1及び第二段充電時間Ｔ2を基準に決定する第三段充電時間Ｔ3からなる多段定電流充電方法とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
密閉型鉛蓄電池（Ｂ）を複数個直列に接続して使用する場合の多段定電流充電方法において、充電電圧が所定第一電圧値（Ｖ1）に達するまで所定第一電流値（Ｉ1）で充電する第一段充電時間（Ｔ1）と、該第一電流値（Ｉ1）よりも小さい所定第二電流値（Ｉ2）で充電し始めてから、前記第一電圧値（Ｖ1）と略同じ第二電圧値（Ｖ2）に達した後、前記第一段充電時間（Ｔ1）を基準に延長した時間を含む第二段充電時間（Ｔ2）と、その後、前記第二電流値（Ｉ2）よりも更に小さい所定第三電流値（Ｉ3）で前記第一段充電時間（Ｔ1）及び第二段充電時間（Ｔ2）を基準に決定する第三段充電時間（Ｔ3）からなる多段定電流充電方法。
【請求項２】
第二段充電時間（Ｔ2）が、密閉型鉛蓄電池（Ｂ）の定格能力を基に演算する略２０時間率電流での充電であることを特徴とする請求項１に記載の多段定電流充電方法。
【請求項３】
第三段充電時間（Ｔ3）が、密閉型鉛蓄電池（Ｂ）の定格能力を基に演算する４０〜７０時間率電流での充電であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の多段定電流充電方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願発明は、密閉型鉛蓄電池の充電方法であり、特に小型電動車両等に用いるサイクル使用される鉛蓄電池の多段定電流充電方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、鉛蓄電池の充電方法には定電圧充電や定電流充電、定電圧定電流充電等、種々の充電方法が知られており、多段定電流充電方法には例えば特許文献１や特許文献２が開示されている。
【特許文献１】特開平７−７８６３７号公報
【特許文献２】特開２００３−８７９９１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
これらの充電方法は、鉛蓄電池を過不足なく適正に充電するための方法であるが、鉛蓄電池の放電電気量は使用条件により異なり、浅い放電による充電を繰り返した場合には、短距離走行癖がついたように放電特性が変化する。これはＬＥＤランプで電池の残量表示を行っている電動車にあっては、短距離走行癖のついた電池で普段よりも長距離の走行を行うと、急激に電圧が降下し、使用者の予測よりも極端に早くＬＥＤランプが消えていくという問題となる。これらの短距離走行癖は、電池容量が少なくなるまで一気に使用後、充電する等のリフレッシュ充電を行えば、癖が回復し電池本来の放電特性を発揮する場合もあることは知られているが、使用者の充電管理が煩雑になったり、鉛蓄電池に過負荷をかけた充電をしなければならないことや高価な充電制御を行わなければならないという問題があった。
また、複数個の電池を直列接続するものは、充放電による経年的な劣化から各々の電池容量が不均等になり、更に充放電を繰り返すと、その容量のばらつきが大きくなり、急激に、早期に容量低下するという問題もある。
特許文献１、２に記載された発明は、上記の問題を完全に解消できるものではなく、更なる改善が望まれている。本発明者は、密閉型鉛蓄電池の使用条件や充電までの放置時間に応じて充電時間の変わる充電方法について鋭意検討を重ねた結果、充電時に鉛蓄電池の性能を回復させることのできる充電方法をも考慮し、更に、充電時間についても極端に長くなることのない実用的な充電方法を見出し本願発明を完成させるに至った。すなわち、本願発明は、充電前の電池容量や電池の経年的な劣化度合、使用条件や充電するまでの放置時間に応じて、過不足なく適正に充電することができ、また、鉛蓄電池の性能を回復させることのできる充電方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
密閉型鉛蓄電池Ｂを複数個直列に接続して使用する場合の多段定電流充電方法において、充電電圧が所定第一電圧値Ｖ1に達するまで所定第一電流値Ｉ1で充電する第一段充電時間Ｔ1と、該第一電流値Ｉ1よりも小さい所定第二電流値Ｉ2で充電し始めてから、前記第一電圧値Ｖ1と略同じ第二電圧値Ｖ2に達した後、前記第一段充電時間Ｔ1を基準に延長した時間を含む第二段充電時間Ｔ2と、その後、前記第二電流値Ｉ2よりも更に小さい所定第三電流値Ｉ3で前記第一段充電時間Ｔ1及び第二段充電時間Ｔ2を基準に決定する第三段充電時間Ｔ3からなる多段定電流充電方法とする。
また、第二段充電時間Ｔ2が、密閉型鉛蓄電池Ｂの定格能力を基に演算する略２０時間率電流での充電であることを特徴とする多段定電流充電方法とする。
更に、第三段充電時間Ｔ3が、密閉型鉛蓄電池Ｂの定格能力を基に演算する４０〜７０時間率電流での充電であることを特徴とする多段定電流充電方法とする。
【発明の効果】
【０００５】
請求項１の発明にあっては、密閉型鉛蓄電池Ｂを複数個直列に接続して使用する場合の多段定電流方法において、充電電圧Ｖが所定第一電圧値Ｖ1に達するまで所定第一電流値Ｉ1で充電する第一段充電時間Ｔ1と、該第一電流値Ｉ1よりも小さい所定第二電流値Ｉ2で充電し始めてから、前記第一電圧値Ｖ1と略同じ第二電圧値Ｖ2に達した後、前記第一段充電時間Ｔ1を基準に延長した時間を含む第二段充電時間Ｔ2の充電により、一定の第二電流値Ｉ2で充電し続け、この延長された時間に複数個直列に接続された各々の鉛蓄電池Ｂ，Ｂの容量の不均一化が解消され、容量を均等化させることができる。この容量均等化は、鉛蓄電池Ｂ自体の複数のセル間においても同様の容量均等化を行うこととなる。
また、第二段充電時間Ｔ2の延長時間は第一段充電時間Ｔ1を基準に延長されるので、鉛蓄電池Ｂの経年的な劣化状況や充電前の放置時間に応じて過不足のない適正な充電を行わせることが可能である。
更に、第二段充電時間Ｔ2後には、第二電流値Ｉ2よりも更に小さい所定第三電流値Ｉ3で前記第一段充電時間Ｔ1及び第二段充電時間Ｔ2を基準に決定する第三段充電時間Ｔ3の充電により、第二段充電時間Ｔ2終了時にわずかに残された硫酸鉛をゆっくりと還元、酸化させることができるので、多数回の充放電でのわずかな充電不足の蓄積による容量低下を防ぐことができ、充電不足を回避するとともに、過充電状態になることを極力抑制することが可能である。
【０００６】
請求項２に記載の発明にあっては、第二段充電時間Ｔ2が、密閉型鉛蓄電池Ｂの定格能力を基に演算する略２０時間率電流での充電であるので、様々な定格能力の密閉型鉛蓄電池Ｂを用いるに当たっても同様の効果を得ることができるとともに、効率良く充電することのできる第二段充電時間Ｔ2実行時のガス発生を極力抑制した充電を行うことが可能である。
【０００７】
請求項３に記載の発明にあっては、第三段充電時間Ｔ3が、密閉型鉛蓄電池Ｂの定格能力を基に演算する４０〜７０時間率電流での充電であるので、密閉型鉛蓄電池Ｂの使用状況、すなわち経年的な劣化状況に応じて、更に緻密な充電を行うことができ、鉛蓄電池Ｂの寿命を伸ばすことが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
次に、電動車椅子に本発明の充電方法を用いた形態について説明する。この電動車椅子は機体の前後に各々左右一対の前輪１０及び後輪１１を備え、後輪１１上方を覆うリヤカバー１２を設けてある。リヤカバー１２内側には、駆動用のモータ１３、ギヤボックス１４、左右に配設した密閉型鉛蓄電池Ｂ、走行や充電を制御するコントローラ１５、充電用のトランス１８等を設け、リヤカバー１２上方には単座のシート１６を設けてある。リヤカバー１２からは前輪１０にかけて操縦者が足を載せるステップ１７を形成してあり、該ステップ１７前部から上方に向けハンドルポスト１９を延設し、そのハンドルポスト１９上端部には操作ボックス２０と、該操作ボックス２０左右を囲むようにループ状のハンドル２１を設けてある。操縦者はシート１６に着座し、ハンドル２１を持って前輪１０を操舵しながら走行する構成である。
【０００９】
前記操作ボックス２０には、前後進切替スイッチ５や電池容量メーター６、変速ダイヤル７、ホーンスイッチ８、左右のウインカースイッチ９等が配置される。操作ボックス２０後部にはキースイッチ２２を設け、操作ボックス２０右側部からアクセル軸２３を突出させ、その先端部に平面視Ｌ字形状のアクセルレバー２４を取着してある。このアクセルレバー２４の把持部２８は、ハンドル２１よりも高位置に設けてあり、アクセル軸２３を支点に後方へ回動可能に構成してある。
アクセルレバー２４は、手を放すと機体が停止するようにスプリングによって前方へ向け付勢されており、アクセルレバー２４を後側ハンドル２１とともに握って後方へ向け回動させると、モータ１３が駆動し走行することができる。アクセルレバー２４は、後方へ向け回動させる角度が大きくなるほど増速し、その最高速度は変速ダイヤル７により決定され、変速ダイヤル７の前進側最高速度は６ｋｍ／ｈに設定してある。
【００１０】
本実施例の電動車椅子の密閉型鉛蓄電池Ｂは、各２Ｖのセル６個を直列に接続した１２Ｖ鉛蓄電池Ｂであり、この１２Ｖ鉛蓄電池Ｂを左右一対に配設するとともに、２個の鉛蓄電池Ｂを直列に接続した構成の３５Ａｈ定格能力を持つ電池である。
この密閉型鉛蓄電池Ｂの充電は、該密閉型鉛蓄電池Ｂ上方に設けたコードリール３０のコード３１を引き出し、一般家庭用電源コンセントに差し込んで行う。
【００１１】
次に、本実施例の電動車椅子の充電方法について説明する。図１は、本発明の充電特性を示した動作グラフであり、充電中の鉛蓄電池Ｂの電圧と電流を縦軸に、横軸には時間を示してその変化を表した図である。
まず、所定第一電流値Ｉ1（４．５Ａ）の定電流充電を開始すると、充電電圧が徐々に高くなる。この充電電圧が所定電圧値Ｖ1（２９．８Ｖ）になるまで第一電流値Ｉ1の定電流充電が行われるが、この時間を第一段充電時間Ｔ1として記憶する。
次に、第一電流値Ｉ1よりも小さい第二電流値Ｉ2（１．７５Ａ）での充電が開始され、第二電流値Ｉ2での定電流充電を継続すると、第一段充電時間Ｔ1終了時に一時的に低下していた充電電圧が再び上昇する。この時、第一電圧値Ｖ1と略同じ第二電圧値Ｖ2（３０．６Ｖ）に達した後、第一段充電時間Ｔ1を基準に演算した時間分が延長される。従って第二電流値Ｉ2での定電流充電は、第二電流値Ｉ2で充電し始めてから、充電電圧が第二電圧値Ｖ2に達した後に、第一段充電時間Ｔ1を基準に演算した延長時間分を含む合計時間が第二段充電時間Ｔ2である。尚、本実施例における延長時間の演算は、Ｔ2＝Ｔ1×０．１２＋１０分で求めるが、この演算式に限定するものではない。
また、第一段充電時間Ｔ1の間に、第一電流値Ｉ1より大きい電流値、例えば７Ａで定電流充電を行い、充電電圧が所定の第一電圧値Ｖ1に達した後、第一電流値Ｉ1よりも小さく、且つ、第二電流値Ｉ2よりも大きい電流値、例えば３．５Ａの定電流充電域を設け、この時の充電電圧が第一電圧値Ｖ1に達すれば第二段充電時間Ｔ2へ移行するという充電方法であってもよい。従って、本実施例の三段定電流充電方法の定電流充電段数を増加させる場合には、第一段充電時間Ｔ1の間に複数段の定電流充電を行うことが好ましい。
第二段充電時間Ｔ2が終了すると、第二電流値Ｉ2よりも小さい第三電流値Ｉ3（０．７５Ａ）での定電流充電を開始する。この第三段充電時間Ｔ3は、第一段充電時間Ｔ1と第二段充電時間Ｔ2とを基準に決定し、本実施例においては、Ｔ3＝（Ｔ1＋Ｔ2）×０．３５の演算により第三段充電時間Ｔ3を決定している。この第三段充電時間Ｔ3を求める演算式も限定するものではなく、各々のメーカー別に製造される鉛蓄電池Ｂに応じて最適な値になるよう変更してもよい。尚、第一電圧値Ｖ1、及び第二電圧値Ｖ2は、２０℃換算値であり、−６０ｍＶ／℃で温度補正している。
【００１２】
すなわち第一段充電時間Ｔ1は、４．５Ａ定電流充電で充電電圧Ｖが２９．８Ｖに達するまでの時間であり、第二段充電時間Ｔ2は、１．７５Ａ定電流充電で充電電圧Ｖが３０．６Ｖに達してから、第一段充電時間Ｔ1に０．１２を乗じて１０分を加えた時間を延長した時間であり、第三段充電時間Ｔ3は、０．７５Ａ定電流充電で第一段充電時間Ｔ１と第二段充電時間Ｔ2を加算した数に０．３５を乗じた時間である。
尚、第二段充電時間Ｔ2中の第二電流値Ｉ2は１．７５Ａ、第三段充電時間Ｔ3中の第三電流Ｉ3は、０．７５Ａに設定してあり、本実施例の密閉型鉛蓄電池Ｂの定格能力は３５Ａｈである。従って第二段充電時間Ｔ2では、３５Ａｈ／１．７５Ａの２０時間率電流で充電を行い、第三段充電時間Ｔ3では、３５Ａｈ／０．７５の４７時間率で充電を行うこととしてある。この第三段充電時間Ｔ3は、４０〜７０時間率電流程度で充電することがよく、実用的な充電時間や密閉型鉛蓄電池Ｂへの悪影響を考慮した場合、５０時間率電流程度で充電することが好ましい。
【００１３】
次に充電中の密閉型鉛蓄電池Ｂが各充電段階でどのような状態になるかを説明する。第一段充電時間Ｔ1中は、従来より知られている定電流充電を行い、この間に放電電気量の約８０％が充電されることとなる。
第二段充電時間Ｔ2中は、第一段充電時間Ｔ1中に４．５Ａの大きい電流で充電し、鉛蓄電池Ｂ内の水の電気分解反応が生じ始めたものを、充電電流を１．７５Ａに下げることで沈静化する。この時の充電効率は良く、１．７５Ａでの充電が進み、活性な硫酸鉛がほとんど消費されると、再び充電電圧が急上昇し、３０．６Ｖを検出してから更に１．７５Ａの定電流充電を延長継続する。この時点では放電電気量の約９８％が充電された状態となる。充電電圧が３０．６Ｖを越える状態、すなわち電位が高い状態になると、水の電気分解とガス吸収（分解したガスを陰極で吸収する)反応により充電効率は悪くなるが、鉛蓄電池Ｂの充電不足状態にあるセルへの充電が進行するとともに、左右各々の鉛蓄電池Ｂ，Ｂ間の充電不足状態となっている側の鉛蓄電池Ｂへの充電が進行することにより、セル間及び鉛蓄電池Ｂ，Ｂ間の不均一状態を解消させることができる。尚、充電電圧が３０．６Ｖを越えてからの充電延長時間については、第一段充電時間Ｔ1を基準に演算され、延長時間は変化するので、鉛蓄電池Ｂの劣化の度合に応じて適正な充電を行うことができる。
第二段充電時間Ｔ2終了後は、最後に第三段充電時間Ｔ3を０．７５Ａの定電流で残されていたわずかな硫酸鉛をゆっくりと還元及び酸化させる充電を行う。これは仮に１．７５Ａの定電流充電を継続した場合に、鉛蓄電池Ｂ内でガス吸収反応が優先されるばかりではなく、陽極接合部が酸化することにより劣化を招くこととなるからである。
【００１４】
第一段充電時間Ｔ1が短くなる状態（第一電圧値Ｖ1に達するまでの時間が短い状態）は、浅い放電時の充電を行う場合や放置により充電受入が低下した場合であり、この状態で次工程の第二段充電時間Ｔ2に入ると、第二電圧値Ｖ2に達するまでの時間が長くなり、該第一段充電時間Ｔ1を基に演算される第二電圧値Ｖ2に達した後の延長時間は短くなるが、第二段充電時間Ｔ2全体としては長くなり、第二段充電時間Ｔ2及び第三段充電時間Ｔ3で充電不足を解消可能である。従って第一段充電時間Ｔ1が短くなるような放電状態からの充電では、第二段充電時間Ｔ2及び第三段充電時間Ｔ3が長くなって充電不足を解消し、第一充電時間Ｔ1が長くなるような深い放電状態からの充電では、第二段充電時間Ｔ2が短くなって充電時間の短縮と過充電防止ができることとなり、密閉型鉛蓄電池Ｂの放電状態に応じた適正な充電時間での充電が可能である。
更に、第一段充電時間Ｔ1のみを基準に第三段充電時間Ｔ3を決定したのでは、第一段充電時間Ｔ1が短い場合には第三段充電時間Ｔ3も短くなるという不都合があるが、本発明では、第一段充電時間Ｔ1と第二段充電時間Ｔ2との両方を基準にして第三段充電時間Ｔ3を決定するので、第一段充電時間Ｔ1が短くなると第二段充電時間Ｔ2と第三段充電時間Ｔ3が長くなることで鉛蓄電池Ｂを充分に回復させることが可能である。
【００１５】
従って本発明の多段定電流充電方法は、経年的な劣化や放電電気量のばらつき等により刻々と変化する鉛蓄電池Ｂに対して、その状態に応じた適正な充電を行うことが可能で、充電不足状態での繰り返し充電を回避しつつ、過充電を極力抑制することができる。また、第二段充電時間Ｔ2の最終工程で、所定第二電圧値Ｖ2に達した後の延長時間を設けてあるので、この間に密閉型鉛蓄電池Ｂ自体の各セル間、至乃複数個の鉛蓄電池Ｂ，Ｂ間の容量を均等化させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】充電特性を示す動作グラフ
【図２】実施例を示す電動車椅子の平面図
【図３】その側面図
【符号の説明】
【００１７】
Ｂ    鉛蓄電池
Ｉ1  第一電流値
Ｉ2  第二電流値
Ｉ3  第三電流値
Ｔ1  第一段充電時間
Ｔ2  第二段充電時間
Ｔ3  第三段充電時間
Ｖ1  第一電圧値
Ｖ2  第二電圧値
【図１】
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【図２】
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【図３】
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