(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
回生エネルギーを有効に活用して充電を行なう回生充電に対応したハイブリッド・エレクトリック・ヴィークルで用いられ、基準となる充電状態を定め、充電状態が完全充電状態を含まない一定の範囲内において、前記基準となる充電状態を目指して、充電および放電を繰り返す鉛蓄電池の制御方法であって、前記基準となる充電状態を、サイクル数とともに周期的に変化させることを特徴とする鉛蓄電池の制御方法。
【請求項２】
基準となる充電状態を、４５〜７５％の範囲で周期的に変化させることを特徴とする請求項１記載の鉛蓄電池の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、鉛蓄電池の充放電の制御方法に関するものであり、特に通常の使用状態において完全充電状態まで充電することは無い。
【０００２】
【従来の技術】
鉛蓄電池を使用するほとんどの形態として、これまでは充電状態（以下、ＳＯＣとする）が１００％である完全充電状態を基準とし、放電した分だけすぐに充電するトリクル用途や自動車用途、および深い放電を行なっても直ちに充電し完全充電状態に戻すといった充放電を繰り返すサイクル用途などに用いられてきた。
【０００３】
しかし、これらの用途とは別に、近年自動車業界で開発が進むハイブリッド・エレクトリック・ヴィークル（以下、ＨＥＶとする）に代表されるような、蓄電池の使用方法が提案されて来ている。これはＳＯＣを下げた状態（例えば７０％）を基準として使用され、ＳＯＣがこれより下がった場合には回生エネルギーを有効に活用して充電を行なう回生充電に対応することができるため、充電の必要性が極めて低くなり、エネルギーを有効活用することができる。
【０００４】
鉛蓄電池の放電反応は正極の二酸化鉛と負極の鉛が硫酸鉛になる過程である。また、充電反応は硫酸鉛が二酸化鉛または鉛に戻る過程である。さらに、これらの反応は集電体の役割を担う鉛または鉛合金で作成されている格子グリッドと正極および負極活物質の界面で反応が生じている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、鉛蓄電池を上述のようにＳＯＣを１００％ではなく中間充電状態を基準として使用した場合、活物質中に放電生成物である硫酸鉛が固定化され、格子周辺に蓄積される。硫酸鉛はイオン性固体結晶であり、電子伝導性およびイオン伝導性をほとんど示さない。このために、電極表面上に析出した場合、不動態皮膜を形成する。この皮膜は、かなり緻密な状態で析出するためイオン透過性の皮膜のような働きをし、ＳＯ42-、ＨＳＯ4-、Ｐｂ2+を透過させないと考えられる。よって、硫酸鉛で覆われた部分での放電反応は非常に起きにくい。このため、硫酸鉛が格子周辺に蓄積されると内部抵抗の上昇を招き、鉛蓄電池としての出力特性の低下に繋がり、その結果寿命が短く判定されてしまっていた。
【０００６】
本発明はこのような従来の課題を解決するものであり、硫酸鉛の固定化を抑制し、鉛蓄電池の出力特性、特に電圧特性を寿命末期まで安定して確保することを目的とするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は１００％未満である基準となるＳＯＣを定め、このＳＯＣを完全充電状態を含まない一定の範囲の充電状態の範囲内で充電および放電を繰り返す鉛蓄電池の制御方法であって、前記基準となる充電状態を、サイクル数とともに周期的に変化させる構成とするものである。本発明は、このような構成とすることにより鉛蓄電池の特性を寿命末期まで安定して引き出すことができるものである。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
【０００９】
極板の製作には鉛合金を圧延した帯状シート材料に切り目を入れ、展開して、ます目を形成するエキスパンド格子体に連続的にペースト状活物質を塗着する方法を用いた。エキスパンド方式には金型カッターが上下して帯状シートに切り目を入れると同時に展開するレシプロ方式を用いた。
【００１０】
ペースト状活物質は鉛酸化物を主成分とする粉体に水と硫酸を加え連合して作成しこれを前記格子体に同質量の活物質を塗着、熟成乾燥して極板を作成した。これら極板を正極６枚、負極７枚用いて群を構成した後、６セルを直列接続した定格１２Ｖ３０Ａｈの電池を作成した。
【００１１】
以上のように構成された鉛蓄電池を用いて３０℃環境温度下で充放電サイクル寿命試験により評価を行った。このサイクル寿命試験では３ＣＡの定電流で１０ｓ間放電した後、１０ｓ間休止し、最大電流を３ＣＡ、設定電圧を１４．４Ｖとして３０ｓ間の定電圧充電を行った後、１０ｓ間の休止を行う合計６０ｓの過程を１サイクルとした。また、電池は高いＳＯＣ領域では充電受入性が低いので、放電量とバランスのとれた充電量を確保するためにはＳＯＣを下げた領域で試験を行う必要がある。そこで、本試験では事前に試験電池のＳＯＣと充電特性の関係を調べ、充電量と放電量のバランスがとれるＳＯＣ（＝６０％）を基準ＳＯＣとし、これに設定した後、サイクル寿命試験を始めた。なお、ＳＯＣ１００％は電池の初期１／３ＣＡ放電容量（＝３０Ａｈ）と定義するものとする。
【００１２】
図１に３ＣＡ放電の１０ｓ目電圧のサイクル経過を示す。この図より分かるように、１００００サイクルを経過した後、急激に電圧特性は低下し、１７５００サイクルでは７Ｖまで低下した。図３には５０００サイクル毎に行った１／３ＣＡ容量試験の結果も合わせて示している。図３に示すようにサイクル経過に伴う容量低下より、硫酸鉛の固定化が推測でき、また、１７５００サイクル時の分解解析結果からも正負極に硫酸鉛の固定化が確認できた。
【００１３】
硫酸鉛の固定化について以下のような仮定を立て、対策実験を行った。
【００１４】
主に完全充電状態ではなく、基準となる所定のＳＯＣで短時間の充放電を繰り返すと、活物質では全体的に反応せず反応が容易な箇所に集中する。また、充電反応と放電反応は同じ箇所とはかぎらないために、放電時に生成した硫酸鉛は完全に充電されず残留し、やがては固定化されると考えられる。よって、短時間で行う充放電量収支のバランスを制御し基準となるＳＯＣを変化させることで反応に関与する活物質を増し、反応の集中を緩和することで硫酸鉛の固定化は抑制されると考えられる。
【００１５】
そこで、図２に示すように基準ＳＯＣを７５％〜４５％の間で変化させ、この変化周期を２０００サイクルとする前記サイクル試験を行った。また、ＳＯＣの調整は充電電圧の変化により、充電受入性を変化させることで行った。
【００１６】
この試験結果を図３に示す。図から分かるように本発明により電圧特性の低下を抑制し優れた寿命特性を発揮している。
【００２３】
なお、本実施例ではＳＯＣの設定方法として毎サイクルの充電電圧の変化で充電量を制御し、基準ＳＯＣの変化をＳＯＣ４５％からＳＯＣ７５％、ＳＯＣの変化周期を２０００サイクルと設定したが、本発明の効果は本実施例で示すＳＯＣの設定方法に限定されない。
【００２４】
また、硫酸鉛の固定化を抑制する方法として所定の期間毎に完全充電を行うことで硫酸鉛の除去を図る均等充電法があるが、適当な期間毎に行わなければならない煩わしさや、一度の充電に数時間要してしまったり、充電中は使用できない等の課題があり、本発明ではこれら均等充電法が抱えている課題も解決している。
【００２５】
【発明の効果】
以上の説明で明らかなように本発明によれば、主に完全充電状態ではなく、基準となる所定のＳＯＣで充電と放電繰り返す鉛蓄電池の使用方法において、基準のＳＯＣをサイクル数とともに周期的に変化させることにより硫酸鉛の固定化を抑制し、寿命特性を向上させることができ、優れた鉛蓄電池を実現できるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来例の寿命特性図
【図２】本実施例に用いた基本ＳＯＣ調整パターンを示す図
【図３】本発明と従来例の寿命特性比較を示す図
【図１】
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【図２】
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【図３】
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