JP2003052129A

JP2003052129A - 蓄電池の充電方法

Info

Publication number: JP2003052129A
Application number: JP2001236032A
Authority: JP
Inventors: Nobuyuki Takami; 宣行高見; Kiichi Koike; 喜一小池; Yasuyuki Yoshihara; 靖之吉原; Kazuhiro Sugie; 一宏杉江
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2001-08-03
Filing date: 2001-08-03
Publication date: 2003-02-21

Abstract

(57)【要約】【課題】リフレッシュ充電を過充電傾向で充電した
り、過充電状態でのリフレッシュ充電の頻度を多くする
と、過充電での寿命低下とともに、充電エネルギーのロ
ス、リフレッシュ充電中の回生エネルギーの回収が困難
となり車両の燃費改善が図れなくなる課題を有してい
た。【解決手段】蓄電池の充電状態（以下、ＳＯＣと云
う）を１００％未満の第１のＳＯＣ未満に制御する蓄電
池の充電方法において、所定期間毎にＳＯＣを第１のＳ
ＯＣよりも高く１００％未満の第２のＳＯＣ未満で、前
記第１のＳＯＣ以上に制御する第１のリフレッシュ充電
を行ない、ＳＯＣを第２のＳＯＣ以上で、かつ１００％
を含む第３のＳＯＣに制御する第２のリフレッシュ充電
を行なう。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、エンジン始動，ラ
イト，モーター駆動等の負荷を有する車両の電源として
用いられる蓄電池に適した充電方法に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】自動車に搭載されている従来の蓄電池
は、エンジンの始動やライトの点灯等に使用され、一般
的に走行時の充電状態（以下、ＳＯＣと云う）がほぼ１
００％程度の充電になるように、規定の充電電圧で定電
圧充電されている。

【０００３】近年、自動車の負荷の増加とともに燃費向
上を目的とした減速時の回生エネルギーを蓄電池に充電
し、エネルギーを有効利用する方法や、アイドルストッ
プと云われる車両停止時にエンジンを停止する時に蓄電
池から電子機器に対して電力供給する方法、さらにはア
イドルストップ後のエンジンの再始動とともにモーター
駆動による走行アシストを行なうシステムが提案されて
いる。

【０００４】このようなシステムで回生充電を行なうた
めには、蓄電池のＳＯＣを１００％未満の部分充電状態
に保つ必要がある。さらにアイドルストップ時に蓄電池
から電子機器の負荷に対して電力供給を行なったり、ア
イドルストップ後のエンジンの再始動とともにモーター
駆動による走行アシストを行なうシステムでは放電負荷
が非常に大きく、ＳＯＣが低下した状態から充電しＳＯ
Ｃを１００％に維持しようとすると大電流での充放電を
頻繁に繰り返す必要があった。

【０００５】また、特に鉛蓄電池の場合には、部分充電
状態を長期間維持すると、正極および負極での放電反応
生成物である硫酸鉛が極板内に蓄積して鉛蓄電池が劣化
する現象があり、このような硫酸鉛の蓄積を抑制するた
めに、図３に示すように通常はＳＯＣを５０〜７０％程
度に制御するとともに、所定期間毎にリフレッシュ充電
と呼ばれる充電を行ない、ＳＯＣを１００％程度に上昇
させるステップが必要である。

【０００６】このようなリフレッシュ充電の制御方法と
して特開平７−１１１１６２号公報では充電電流が１Ｃ
Ａ以上で充電電気量が放電電気量を上回らない充放電サ
イクルにおいて２００サイクル以内に１度の割で０．３
ＣＡ以下の電流で過充電（実質的にＳＯＣ１００％）に
する充電制御方法が示されている。

【０００７】また、特開平７−１１１１６３号公報では
充電電流が１ＣＡ以上であり２．５±０．０５Ｖ／セル
に達した時点で充電を打ち切る充電と、放電からなる充
放電サイクルの２００サイクル以内に１度の割で０．３
ＣＡ以下の電流で過充電（実質的にはＳＯＣ１００％）
にする充電方法が示されている。

【０００８】さらに、短い期間毎にＳＯＣを７０〜９０
％に短時間リフレッシュ充電する充電方法等も知られて
いる。

【０００９】しかしながら、これらの方法ではＳＯＣを
低く押さえたり、大電流で回生充電することにより正極
・負極での放電反応生成物である硫酸鉛の蓄積による劣
化を抑制することができるものの、リフレッシュ充電を
長時間、過充電傾向で充電することになるので、充電エ
ネルギーのロスが発生するばかりでなく過充電によって
正極格子が腐食を受け、その結果、電池寿命が低下する
という課題がある。さらにはこの過充電が行なわれてい
る時間帯は回生エネルギーの回収ができないので車両の
燃費改善効果を低下させてしまうという課題があった。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】本発明は前記したよう
な課題、すなわち、リフレッシュ充電での正極格子体の
腐食を抑制するとともに、リフレッシュ充電におけるエ
ネルギーロスを削減し、さらには回生エネルギーの受け
入れ性を向上させた効率的な蓄電池の充電方法を実現す
ることを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】前記した課題を解決する
ために、本発明の請求項１に記載の発明は、蓄電池の充
電状態（以下、ＳＯＣと云う）を１００％未満の第１の
ＳＯＣ未満に制御するとともに、所定期間毎にＳＯＣを
前記第１のＳＯＣよりも高くて、かつ１００％未満の第
２のＳＯＣ未満であって前記第１のＳＯＣ以上の状態に
制御する第１のリフレッシュ充電を行なうステップと、
ＳＯＣを前記第２のＳＯＣ以上で、１００％を含む第３
のＳＯＣに制御する第２のリフレッシュ充電を行なうス
テップとを有する蓄電池の充電方法を示すものである。

【００１２】また、本発明の請求項２に記載の発明は、
請求項１の蓄電池の充電方法において、前記第１のリフ
レッシュ充電に連続して前記第２のリフレッシュ充電を
行なうステップを含む蓄電池の充電方法を示すものであ
る。

【００１３】また、本発明の請求項３に記載の発明は、
請求項１もしくは２に記載の構成を備えた蓄電池の充電
方法において、前記第２のリフレッシュ充電の１回につ
き少なくとも２回以上の前記第１のリフレッシュ充電を
行なう蓄電池の充電方法を示すものである。

【００１４】また、本発明の請求項４に記載の発明は、
請求項１ないし３のいずれかの構成を備えた蓄電池の充
電方法において、少なくとも前記第２のリフレッシュ充
電は、所定の制御電圧による定電圧充電によって、充電
電流が所定の電流値以下になった時に充電を停止する蓄
電池の充電方法を示すものである。

【００１５】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を図面を用い
て説明する。

【００１６】図１に示したように蓄電池１に充電制御装
置２および負荷３が接続される。なお、負荷３としては
アシスト用電動モーター、エンジン用の各種補機等の複
数の負荷で構成される場合が一般的である。また、充電
制御装置２の入力側にはエンジンによって駆動される発
電機や、回生エネルギーを電気エネルギーに変換する発
電機が接続されている。

【００１７】図２は本発明の蓄電池の充電方法における
ＳＯＣ制御状態を示す図である。

【００１８】運転時の大部分の期間はＳＯＣを７０％程
度の第１のＳＯＣ未満に制御する（図の領域Ｉに示
す）。蓄電池として鉛蓄電池やリチウム２次電池を用い
る場合には蓄電池１の充電電圧を制御することにより、
ＳＯＣを制御することができる。また、ＳＯＣが低下し
すぎると、アイドルストップ時の負荷や電動アシスト等
の負荷に対応できないために、下限値を設定し、ＳＯＣ
はこの下限値以上で、かつ第１のＳＯＣ未満の値になる
ように制御される。

【００１９】ＳＯＣが第１のＳＯＣ未満に制御された期
間がある所定期間に到達すると、第１のリフレッシュ充
電が行なわれる（図の領域ＩＩに示す）。この第１のリ
フレッシュ充電において蓄電池１のＳＯＣは第１のＳＯ
Ｃ以上で、かつ第１のＳＯＣよりも高く、かつ１００％
未満の第２のＳＯＣ未満に制御される。この第２のＳＯ
Ｃとしては９０％程度の値が選択されるが、最適値は負
荷パターン等に応じて設定する。この第１のリフレッシ
ュ充電では少なくとも極板中に充電不能な粗大な硫酸鉛
結晶が蓄積することを抑制する一方で、この第１のリフ
レッシュ充電中においても回生充電の受け入れができ
る。

【００２０】この第１のリフレッシュ充電毎もしくは第
１のリフレッシュ充電の複数回毎に第２のリフレッシュ
充電が行なわれる（図の領域ＩＩＩに示す）。第２のリ
フレッシュ充電において蓄電池のＳＯＣは第２のＳＯＣ
以上であり、かつ１００％を含む第３のＳＯＣに充電制
御される。

【００２１】この第３のＳＯＣはほぼ１００％に設定さ
れる。また、この第２のリフレッシュ充電は第１のリフ
レッシュ充電において粗大な硫酸鉛の成長がすでに抑制
されているので、第１のリフレッシュ充電よりも短い時
間でも十分であり、回生充電を受け入れ可能な時間を増
加させることができる。

【００２２】また、前記したように粗大な硫酸鉛の成長
が抑制されているのでＳＯＣを１００％を超えてさらに
充電、すなわち過充電を行なう必要がないのでこの過充
電分の電気量を節約できるとともに、正極格子体の酸化
腐食の進行が抑制され、蓄電池寿命の低下を抑制するこ
とができる。

【００２３】なお、この第２のリフレッシュ充電は第１
のリフレッシュ充電毎に行なうこともできるが、第１の
リフレッシュ充電の複数回毎に第２のリフレッシュ充電
を行なうことができる。また、図２に示した例では第２
のリフレッシュ充電を第１のリフレッシュ充電に連続し
て行なうパターンを示したが、第１のリフレッシュ充電
と第２のリフレッシュ充電との間に時間的間隔を設ける
ことも可能である。しかしながら、このように第１のリ
フレッシュ充電と第２のリフレッシュ充電とを連続しな
いで行なう場合には第２のリフレッシュ充電に時間を要
し、結果として回生充電効率が最も良好であるＳＯＣ
が、第１のＳＯＣ未満の領域（領域Ｉ）の期間全体に占
める割合が低下するので、回生エネルギーを積極的に再
利用するシステムにおいては第２のリフレッシュ充電は
第１のリフレッシュ充電に連続して行なうことが好まし
い。

【００２４】また、第２のリフレッシュ充電においては
極力過充電を抑制することが好ましい。したがって、第
２のリフレッシュ充電として定電圧充電を行ない、充電
電流が所定値以下になった時点で充電を停止する制御を
用いることが好ましい。

【００２５】

【実施例】リフレッシュ充電時間と、その頻度と電池寿
命との関係を明らかにするために下記の実験を行なっ
た。

【００２６】試験電池として公称電圧１２Ｖ、５時間率
定格容量が１８Ａｈの制御弁式蓄電池を準備した。この
試験電池（以下、単に電池と云う）を５時間率放電によ
りＳＯＣを７０％に調整した。この電池についてＳＯＣ
を７０％に維持するように定電圧充電を行ない、２３０
０秒毎に１００Ａで５秒間放電を行なった時の放電末期
電圧を測定し、この電圧が低下して７．２Ｖに到達した
時点で電池寿命とした。以下、この試験パターンを基本
パターンとする。

【００２７】この基本パターンにリフレッシュ充電を組
み合わせることにより電池寿命試験を行なった。

【００２８】従来例１基本パターンのみであり、リフレッシュ充電を行なわな
いパターンである。

【００２９】従来例２基本パターンの６９０００秒毎に従来のリフレッシュ充
電を行なうパターンで、この従来のリフレッシュ充電に
おいてはＳＯＣが１００％に到達するまでは１４．８Ｖ
の定電圧充電を行ない、以降は３．６Ａ、１０分間の定
電圧充電を行なう。

【００３０】本発明例１基本パターンの６９０００秒毎にＳＯＣを９０％まで上
昇させる第１のリフレッシュ充電を１０分間行なうパタ
ーンで、この第１のリフレッシュ充電は１３．４Ｖ定電
圧充電制御とした。この第１のリフレッシュ充電に引き
続いて１４．８Ｖ定電圧充電で構成される第２のリフレ
ッシュ充電を行ない、充電電流が１．８Ａまで低下した
時点で第２のリフレッシュ充電を停止するパターンで、
この第２のリフレッシュ充電時間は３００秒であった。

【００３１】本発明例２本発明例１における第２のリフレッシュ充電を第１のリ
フレッシュ充電の１回おきに行なうパターンで、第１の
リフレッシュ充電２回で１回の第２のリフレッシュ充電
を行なう。

【００３２】以上の４つのパターンにおける電池の寿命
期間を求め、従来例１のパターンにおける寿命期間を１
００として各パターンの寿命指数を求めたところ、従来
例２のパターンによる電池が２００、本発明例１のパタ
ーンによる電池が３００、本発明例２のパターンによる
電池が６００であった。

【００３３】これら従来例１，従来例２，本発明例１お
よび本発明例２の各パターンによる試験終了電池を分解
し、これら電池の劣化要因を調査した。従来例１のパタ
ーンによる電池は正極・負極とも、活物質中に粗大な硫
酸鉛結晶の蓄積が認められた。また、この従来例１のパ
ターンの充電制御を行なった電池を１４．５Ｖの定電圧
で充電したところ、充電開始直後より、電池電圧は１
４．５Ｖまで上昇し、殆んど充電電流が流れない状態と
なっていたことから、この定電圧充電では回復できない
硫酸鉛が電池極板内に蓄積することにより寿命に到った
と推測される。

【００３４】従来例２のパターンによる電池は従来例１
のパターンによる電池で見られたような粗大な硫酸鉛結
晶の蓄積は顕著ではないものの、正極格子の腐食と電池
内の電解液中の水分量の減少が見られた。これは粗大な
硫酸鉛結晶を充電するためのリフレッシュ充電により電
池が過充電を受けたことに起因すると推測される。

【００３５】本発明例１および本発明例２のパターンに
よる電池はいずれも正極・負極に硫酸鉛の蓄積が認めら
れるものの、正極格子の腐食も顕著ではない。但し、正
極活物質の軟化が認められた。

【００３６】本発明例１のパターンおよび本発明例２の
パターンは従来例２のパターンのような電池をＳＯＣ１
００％の状態でさらに充電を行なうプロセスがないため
に電池は過充電を殆んど受けない。また、従来例２のパ
ターンのリフレッシュ充電では粗大な硫酸鉛を充電する
ために充電時の分極を大きくする必要上、充電効率は低
下してしまう。このような充電効率の低下は、このよう
な電池を搭載した車両の燃費に悪影響を及ぼす。

【００３７】本発明例１のパターンおよび本発明例２の
パターンではこのような過充電となるプロセスを含まな
いために充電効率を低下させることがない。また、この
過充電を行なうプロセス中およびその直後の段階では電
池は回生充電を受け入れることができないが、本発明例
のパターンではこのようなプロセスを含まないために回
生充電効率を改善することができる。

【００３８】

【発明の効果】前記したように本発明の構成によれば、
ＳＯＣを１００％にする頻度を大幅に減らし、粗大な硫
酸鉛結晶の成長を抑制しながらＳＯＣを１００％未満に
抑制することができるので、過充電による正極格子の腐
食や、過充電による電解液減少による寿命を改善し、お
よび充電効率を向上することができる。さらには回生充
電の受け入れ可能な期間を長くでき、本発明の充電方法
を用いた車両システム全体の効率を向上できることか
ら、工業上、極めて有用である。

【図面の簡単な説明】

【図１】蓄電池に負荷および充電制御装置が接続された
状態を示す図

【図２】本発明例の充電方法によるＳＯＣ制御パターン
を示す図

【図３】従来例の充電方法によるＳＯＣ制御パターンを
示す図

【符号の説明】

１蓄電池２充電制御装置３負荷

フロントページの続き (72)発明者吉原靖之大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内 (72)発明者杉江一宏大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内Ｆターム(参考） 5G003 AA07 BA01 DA04 FA06 FA08 5H030 AA01 AS08 BB02 BB04 BB10 FF42 FF52

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】蓄電池の充電状態を１００％未満の第１
の充電状態未満に制御するとともに、所定期間毎に充電
状態を前記第１の充電状態よりも高くて、かつ１００％
未満の第２の充電状態未満であって、前記第１の充電状
態以上の状態に制御する第１のリフレッシュ充電を行な
うステップと、充電状態を前記第２の充電状態以上で、
１００％を含む第３の充電状態に制御する第２のリフレ
ッシュ充電を行なうステップとを有することを特徴とす
る蓄電池の充電方法。
【請求項２】前記第１のリフレッシュ充電に連続して
前記第２のリフレッシュ充電を行なうステップを含むこ
とを特徴とする請求項１に記載の蓄電池の充電方法。
【請求項３】前記第２のリフレッシュ充電の１回につ
き少なくとも２回以上の前記第１のリフレッシュ充電を
行なうことを特徴とする請求項１もしくは２に記載の蓄
電池の充電方法。
【請求項４】少なくとも前記第２のリフレッシュ充電
は、所定の制御電圧による定電圧充電によって、充電電
流が所定の電流値以下になった時に充電を停止すること
を特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の蓄電
池の充電方法。