JP4566334B2

JP4566334B2 - 鉛蓄電池の充放電制御方法および充放電制御装置

Info

Publication number: JP4566334B2
Application number: JP2000159846A
Authority: JP
Inventors: 靖之吉原; 亜矢子平尾; 喜一小池
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2000-05-30
Filing date: 2000-05-30
Publication date: 2010-10-20
Anticipated expiration: 2020-05-30
Also published as: WO2003041240A1; JP2001339864A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、鉛蓄電池の充放電制御に関するものであり、特に完全充電状態ではなく、容量（充電状態：ＳｔａｔｅｏｆＣｈａｒｇｅ（以下、ＳＯＣと表す。））を下げた状態を基準として充放電を繰り返す方法および装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、自動車業界を中心として開発が進められている電動ハイブリッド自動車（ＨｙｂｒｉｄＥｌｅｃｔｒｉｃＶｅｈｉｃｌｅ（以下、ＨＥＶと表す。））に代表される電池の使用方法として放電した後でも完全充電状態まで戻すことなく、ＳＯＣを中間的な領域で使用することが提案されている。これは、常に電池に充電することなく、主に回生からの充電を生かして、全体としてのエネルギー効率を上げようとするものである。
【０００３】
従来、鉛蓄電池は使用中のほとんどが完全充電状態（ＳＯＣ＝１００）であるトリクル用途や自動車の主にエンジンスタート用の電池、および深い放電を行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、いずれも充電の終了は完全充電状態を基準としていた。これらの充放電制御は、鉛蓄電池特有の問題点があるからである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
すなわち、鉛蓄電池をＳＯＣが中間的な領域で使用すると、極板の活物質に硫酸鉛が固定化しやすく、その結果電池としては内部抵抗の上昇とともにそれに伴う出力特性の低下として現れてしまう。
【０００５】
これにより、実際のＳＯＣと充放電の制御に使用されているＳＯＣとが大きくずれることとなり、実際には容量の低い電池から多くの放電をしてしまい、過放電になってしまったり、必要な電流を取り出すことが出来ないといった課題があった。
【０００６】
本発明は上記課題を解決するものであり、鉛蓄電池をＳＯＣが中間的な領域で使用した場合でも、電池寿命まで信頼性良く使用することが出来る充放電方法およびその装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記目的を達成するために、充電および放電の基準ＳＯＣを０％を越え１００％未満とする中間的なものとし、この基準ＳＯＣを充放電回数にしたがい上昇させることを特徴とするものである。上記構成とすることにより、電池寿命となるまで必要な充電および放電電気量を適切に制御することができるため、鉛蓄電池の寿命特性を優れたものとすることができる。また、電池使用中においても必要な放電電気量を確保する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説明する。まず、格子体として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を用いた。つぎに、活物質を主成分とするペーストとして、正極には鉛酸化物を主成分に水、硫酸等を加え練合されたものを用意した。また、負極には鉛粉にリグニン等の添加物、水、硫酸等を加え練合されたものを用意した。これらのペーストを上述したエキスパンド格子体に塗着し、熟成乾燥させることにより極板を作成した。
【０００９】
これらの極板を正極として６枚、負極として７枚用意し、ガラスマットであるセパレータを介して積層することにより極板群を形成し、この電極群６つを内部を６つのセル室に分割された合成樹脂からなる電槽に収納し、直列接続することにより１２Ｖ、３０Ａｈの電池を作成した。
【００１０】
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り、その設定ＳＯＣは電池によって異なる。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（＝５０％）に設定した後、サイクル寿命試験を始めた。また、ＳＯＣ＝８０％を越える領域では、回生充電が効率よく行うことができないため、好ましくは、５０〜８０％がよい。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。
【００１１】
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。また、図２に試験を行った電池の初期時、５０００サイクル時、１００００サイクル時、１５０００サイクル時のＳＯＣと内部抵抗の関係を示す。内部抵抗は初期電池のＳＯＣ０％すなわち完全放電状態時の内部抵抗値を１００％とした比率で示している。また、試験経過によって電池容量が低下するために５０００サイクル時はＳＯＣ９０％以下の内部抵抗、１００００サイクル、１５０００サイクル時はＳＯＣ８０％以下の内部抵抗を測定した。
【００１２】
図２より、サイクル経過にしたがってＳＯＣの低い領域での内部抵抗が極端に上昇していることが分かる。サイクル試験の基準としたＳＯＣ５０％でもこの傾向はみられ、１００００サイクル以降の電圧特性（３ＣＡ放電１０ｓ目電圧）の低下と対応していると考えられる。
【００１３】
一方、ＳＯＣの高い領域になるほど、サイクル経過による内部抵抗上昇の小さいことが観察される。このことから、サイクル経過にしたがって、基準とするＳＯＣを上昇させることで、内部抵抗の小さいＳＯＣ領域で電池を使用でき、寿命末期まで安定した電圧特性を確保できると考えられる。
【００１４】
【実施例】
図３に示すようにＳＯＣをサイクル経過によって上昇するようにしたサイクル試験を行った。この図に示されるサイクル経過によるＳＯＣの階段状の上昇パターンは、図２に示されるサイクル毎のＳＯＣと内部抵抗の関係より、電池劣化による内部抵抗上昇をＳＯＣ設定で補えるように設定した。なお、基準ＳＯＣを上昇させると電池の充電受入性が低下するために放電量に対して充電量が確保できずサイクル中にＳＯＣが低下するため、それぞれの設定したいＳＯＣ毎にサイクル中の充電時間を長くすることで調整し充電量を確保するようにした。
【００１５】
この試験結果を図４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。原因としては、従来例では１３０００サイクル時より温度上昇が始まり１５０００サイクル以上では急激に上昇しており、電池劣化を加速していると考えられる。これに対して、本発明では内部抵抗の小さいＳＯＣ領域で充放電サイクルを繰り返しているために発熱を抑制でき電池劣化も抑制していると考えられる。
【００１６】
尚、本実施例では階段状に設定ＳＯＣを制御し、またＳＯＣを上昇するために充電時間を変化させたが本発明の効果はＳＯＣの設定方法に依存しない。
【００１７】
【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、完全充電状態ではなく、ＳＯＣ（ＳｔａｔｅｏｆＣｈａｒｇｅ：充電状態）を下げた状態で主に使用する鉛蓄電池（の使用方法）において、電池特性の経時劣化にしたがい、ＳＯＣを上昇させ内部抵抗の小さいＳＯＣ領域で電池を使用することにより安定した放電電圧特性を維持し、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】従来例の寿命特性を示す図
【図２】従来例の寿命試験中のＳＯＣと内部抵抗の関係を示す図
【図３】本実施例に用いたＳＯＣ調整パターンを示す図
【図４】本発明と従来例の寿命特性を示す図

Claims

充電および放電の基準容量を５０％以上８０％以下とするものであって、前記基準容量を充放電回数にしたがい上昇させることを特徴とした回生充電を行う鉛蓄電池の充放電制御方法。