JP2003052129A - 蓄電池の充電方法 - Google Patents
蓄電池の充電方法Info
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- Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)
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Abstract
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
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
%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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
て説明する。
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。
SOC制御状態を示す図である。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
み合わせることにより電池寿命試験を行なった。
いパターンである。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
状態を示す図
を示す図
示す図
Claims (4)
- 【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。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2001236032A JP2003052129A (ja) | 2001-08-03 | 2001-08-03 | 蓄電池の充電方法 |
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Publication Number | Publication Date |
---|---|
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---|---|---|---|
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