JP2006114430A

JP2006114430A - 蓄電池の過充電防止装置

Info

Publication number: JP2006114430A
Application number: JP2004302898A
Authority: JP
Inventors: Yoshiaki Shiyafu; 佳明謝敷
Original assignee: ERUMA KK; Erma Inc
Current assignee: ERUMA KK; Erma Inc
Priority date: 2004-10-18
Filing date: 2004-10-18
Publication date: 2006-04-27
Anticipated expiration: 2024-10-18
Also published as: JP4774713B2

Abstract

【目的】
蓄電池の充電時における過充電を防止して電解液の発熱、比重値上昇を防ぎ、電極板の破損、劣化をさせることなく蓄電池の長寿命化を図る。
【構成】
蓄電池の電圧検出センサー３０、電解液の比重検出センサー２１及び電解液の温度センサー２０のいずれか１つを設け、これらによって蓄電池の過充電状態を検出し、これからの信号により蓄電池の電極に接続された放電ランプ６等を含む放電回路５を動作させ、充電時の過充電を防止する。
【選択図】図１

Description

本発明は、蓄電池の過充電を防止して発熱・ガスの発生、電極板の破損等を防止する蓄電池の過充電防止装置に関する。

従来、鉛蓄電池の使用中にはサルフェーション現象、ガスの発生、発熱及び電解液の比重の上昇によって電極板の損傷が起こるが、この損傷により充電面積が低下しているにも拘らず、満充電後にも充電を続けて新品の充電池と同様の充電時間だけ充電している。これにより過充電となり、バックアップ電源においては、電解液の正常比重１．２４が１．２５〜１．２７程度迄上昇する。また、電動フォークリフト用電源であれば、正常比重１．２８が１．３２〜１．３４程度迄上昇する。鉛蓄電池の化学反応式によれば、充電を継続的に行なえば、硫酸鉛の結晶体が電極板上に生成されることはなく、放電を少なくし絶えず充電するという考え方はあるが、これでは却って過充電になってしまう。過充電防止装置として充電圧を感知し、充電を停止する装置は存在する。

このように、過充電になると水素ガスと酸素ガスが発生して発熱し爆発の危険性が高くなり、水が蒸発し比重が増し、硫酸濃度が高くなり、極板の腐食を早め蓄電池の寿命を縮めていた。これにより、本来１０年以上寿命があるべき蓄電池が半分の５年位で交換させられている。この過充電を防止するためには、水の管理は絶対条件であり蓄電池の使用において使用者が絶えず監視して過充電を防ぐことは殆ど不可能に近く、過充電を防止し充放電を繰り返すことにより比重の上昇、発熱を防止する装置の開発が望まれている。

そこで、本発明は、充電時における過充電を防止し、発熱比重値上昇を抑えることにより蓄電池の電極板の破損、劣化を防いで蓄電池の長寿命化を図ることができる過充電防止装置を提供することを目的とする。

本発明の蓄電池の過充電防止装置は、蓄電池の過充電を検出するための過充電検出センサーと、この過充電検出センサーからの信号によって動作して蓄電池内の電流を放電するための放電回路とからなることを特徴とする。

また、前記過充電検出センサーは、蓄電池内の電圧を検出する電圧検出器、蓄電池の温度を検出する温度センサー及び電解液の比重を検出する比重センサーのうち、少なくとも一つから構成してもよい。

また、前記過充電防止回路には、蓄電池を充電するための充電装置と、蓄電池の電極に生じるサルフェーションを除去するサルフェーション除去装置とが接続されてもよい。

更にまた、前記サルフェーション除去装置の動作をそれらに取付ける蓄電池からの電力によって行ってもよい。

本発明によれば、過充電センサーが蓄電池の過充電を検出すると、放電回路が動作して、過充電が防止され、これによって蓄電池の発熱が抑えられ、電解液の比重が基準値を保持し、電極板の劣化、損傷を防ぐことができ、鉛蓄電池の長寿命化が図れる。

前記過充電検出センサーは、電圧検出器、温度センサー、比重センサーのいずれでもよい。

また、放電回路にサルフェーション除去装置を取付ければ、鉛蓄電池の寿命をより長くすることができる。このサルフェーション除去装置の電源を蓄電池そのものとすれば、別個の電源を設ける必要がなくなり装置全体がコンパクトに構成できる。

以下、図面を参照して、発明を実施するための最良の形態について説明する。

図１において、鉛蓄電池Ｍは矩形のケーシング１を有し、その上面２の片側の隅部にはプラス極３とマイナス極４とが設けられ、これら両極から蓄電池の電力が取り出されるようになっており、これとともに両極には放電回路５が接続される。この放電回路５は、放電のための抵抗として作用する放電ランプ６を有している。更に、この放電回路５には、充電器７が接続され、この充電器７はコントローラ８によってコントロールされ、このコントローラ８はバッテリー９によって動作する。前記放電回路５はスイッチ１０を備え、このスイッチ１０は、後述する過充電検出センサーの信号によって開閉し、充電器７の充電回路中には、スイッチ１１が設けられ、このスイッチ１１は前記コントローラ８からの信号によって開閉する。

一方、前記放電回路５には、サルフェーション除去装置１２が接続され、このサルフェーション除去装置１２は本件出願人が先に出願した特願２００３-１８１０５７号に開示されている装置であり、図２に示すような深度が大きく幅の狭い（Ｅｎｅｇ、Ｔｎｅｇ）ネガティブパルスを発生して極板上からの硫酸鉛（ＰｂＳ０_４）を融解除去（分子分解）する。前記サルフェーション除去装置１２は鉛蓄電池Ｍの前記電極３、４に接続されて鉛蓄電池Ｍを電源として動作する。このサルフェーション除去装置１２は、鉛極板の表面積の減少を防ぎ、その多孔性を維持する。また、その発生パルスは図３に示すようにプラスのパルスであってもよい。なお、そのパルスの周波数は１５００〜１２０００が好ましい（図２のパルスも同じ）。

一方、前記鉛蓄電池Ｍには、それが開放型の場合には電解液の温度を検出するための温度センサー２０又は電解液の比重を検出するための比重センター２１が設けられている。なお、鉛蓄電池Ｍが密閉型の場合には、温度センサー２２をケーシング１の側壁に付着せしめてもよい。なお、両電極３、４間には電圧センサー３０が設けられており、これら温度センサー２０、２２、比重センサー２１及び電圧センサー３０が鉛蓄電池Ｍの過充電状態を検出するための過充電検出センサーをなしている。そして、これら過充電検出センサー２０、２１、２２、３０の信号がコントローラ２５に入力され、コントローラ２５は過充電検出センサーからの信号によりスイッチ１０を開閉する。

鉛蓄電池Ｍが過充電の場合には、温度は所定値以上に上昇するし（温度３２０℃以上）、電解液の比重も大きくなるので、これらの値を大気温、蓄電池の電圧に応じて所定値に設定し、各センサーが所定値を越えたときに過充電信号を発するようになっている。

今、鉛蓄電池Ｍの電圧が下がり、充電が必要になるとコントローラ８は、スイッチ１１をＯＮすると同時に充電器７を作動せしめる。このとき、スイッチ１０はＯＦＦとなっており、放電回路５は動作していない。そして、前記温度センサー２０、比重センサー２1、温度センサー２２又は電圧センサー３０が過充電を示す所定値を検出するとコントローラ２５は前記スイッチ１０をＯＮし、スイッチ１１をＯＦＦして充電器７をＯＦＦする。これにより放電回路５が動作して放電ランプ６が点灯する。放電回路５の放電が行なわれ、前記センサー２０、２１、２２、３０の値が所定値以下になるとコントローラ２５は、スイッチ１０をＯＦＦさせて放電を停止せしめる。

前記サルフェーション除去装置１２は、コントローラ２５からの信号により放電時には、ＯＦＦ動作されるようになっており、放電が終了すると再び動作を開始する。

一般に、電解液の比重と充電状態の関係は液温２０℃のときに表１（新しい電解液比重１．２８の場合）、表２（新しい電解液比重１．２６の場合）及び表３（新しい電解液比重１．２４の場合）に示すように対応しており（充電状態がアップすると比重もアップする）、蓄電池Ｍは外気温度２０℃に維持されることが好ましい。

すなわち、一般に、電解液の温度が上昇すると比重は低下し、一般の鉛蓄電池の新品時の比重は、液温２０℃を基準に１．２８００であり、比重の変化の割合は１℃で０．０００７であり、したがって、例えば、液温が４０℃の場合には、
４０℃−２０℃＝２０℃
２０℃×０．０００７＝０．０１４
１．２８００−０．０１４＝１．２６６０
となる。

したがって、温度センサー２０で液温を検出し、この液温に対応した完全充電状態時（１００％）の比重を求め、比重がこれ以上の値を比重センサー２１が検出すると、コントローラ２５は放電信号を発する。なお、前記電圧センサー３０が所定値以上の値を検出しても過充電であるので、このときにもコントローラ２５は放電信号を発する。なお、鉛蓄電池Ｍが２０℃で維持されているときには温度補正が必要ないので比重センサー２１は単独で動作しうる。

本件出願人は、前述の過充電防止装置Ｍとサルフェーション除去装置１２をバックアップ用鉛蓄電池（電気容量１０８Ｖ、５００Ａ）に取付け、１０Ａ電流の放電を３時間行ない、約９ヶ月間観察した。

実験開始時は、平均比重１．２７、液温３２℃で発熱があり、水の蒸発があったが、実験開始以降約９ヶ月で平均比重１．２６、液温２４℃と明らかな回復が見られた。

更に、同装置を電気フォークリフト用鉛蓄電池に取付けて２ヶ月程実験したが、過充電は防止され、逆に同装置を装着しない場合は、明らかな過充電状態が検出された。

本発明の過充電防止装置は、種々の鉛電池に対して使用することができる。具体例として病院、銀行、通信設備、ビル、ホテル等の施設のバックアップ電源、電動フォークリフト、電気自動車、電動乗物、バス、バイク、ゴルフカート、電動車輌の緊急無線、太陽光発電、風力発電等の鉛蓄電池に利用できる。

更に、鉛蓄電池以外の蓄電池（ニッケル水素蓄電池、リチウムイオン蓄電池等）の過充電に対し、本発明の過充電防止装置は使用できる。

図１は、本発明の蓄電池の過充電防止装置の概略構成図である。図２は、サルフェーション除去装置から発せられるパルス波形図である。図３は、サルフェーション除去装置から発せられる他のパルス波形図である。

符号の説明

１…ケーシング
５…放電回路
７…充電器
８…コントローラ
２０、２２…温度センサー
２１…比重センサー

Claims

蓄電池の過充電を検出するための過充電検出センサーと、この過充電検出センサーからの信号によって動作して蓄電池内の電流を放電するための放電回路とからなることを特徴とする蓄電池の過充電防止装置。
前記過充電検出センサーは、蓄電池内の電圧を検出する電圧検出器、蓄電池の温度を検出する温度センサー及び電解液の比重を検出する比重センサーのうち、少なくとも一つからなることを特徴とする請求項１記載の過充電防止装置。
前記過充電防止回路には、蓄電池を充電するための充電装置と、蓄電池の電極に生じるサルフェーションを除去するサルフェーション除去装置とが接続されることを特徴とする請求項１又は２記載の過充電防止装置。
前記サルフェーション除去装置の動作をそれらを取付ける蓄電池からの電力によって行なうことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の過充電防止装置。