JPH1092473A

JPH1092473A - 蓄電池充電制御方法及び装置

Info

Publication number: JPH1092473A
Application number: JP8268006A
Authority: JP
Inventors: Tokunori Honma; 徳則本間; Toshiaki Yabumoto; 俊昭籔本
Original assignee: Furukawa Battery Co Ltd
Current assignee: Furukawa Battery Co Ltd
Priority date: 1996-09-18
Filing date: 1996-09-18
Publication date: 1998-04-10

Abstract

(57)【要約】【課題】より高い精度で充電を制御することができ、
過充電になることがない蓄電池充電制御方法及び装置を
提供する。【解決手段】図１に示すように、蓄電池の充電時の内
部インピーダンスが充電末期のガスの発生時に急激に上
昇するという特性を利用して、充電中の蓄電池の充電末
期における内部インピーダンス又は単位時間当たりの内
部インピーダンスの変化量が規定値を越えた時これを検
出して充電を制御することを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、蓄電池の充電制御
方法及び装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、蓄電池の充電制御方式としては、
充電中の単位時間当たりの蓄電池の上昇温度（ΔＴ／Δ
ｔ）を検出したり、或いは、単位時間当たりに上昇した
電池電圧（ΔＶ／Δｔ）を検出することにより充電を制
御する方式が一般に知られている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】前述した従来の蓄電池
制御方式は、環境や充電条件の影響を受け易いため蓄電
池の温度や電池電圧の変化が一定でなく、又、その変化
量が小さい。そのため、この方式では、蓄電池の充電末
期が検出し難く、過充電になってしまうことがあるとい
う不具合があった。本発明は、上記の不具合を解消し、
より高い精度で充電を制御することができ、過充電にな
ることがない蓄電池充電制御方法及び装置を提供するこ
とを課題とするものである。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明の充電制御方法
は、前記の課題を解決するために、蓄電池の充電末期に
おける単位時間当たりの内部インピーダンスの変化量が
規定値を越えた時又は内部インピーダンスが規定値を越
えた時これを検出して充電を制御することを特徴とす
る。前記充電の制御は、充電を休止するか、或いは定電
流充電をより小さい定電流充電に切り換え、その後所定
時間継続するか、或いは定電流充電を定電圧充電に切り
換えて電流を垂下させ、その後所定時間継続することで
ある。本発明の充電制御装置は、充電中の蓄電池の内部
インピーダンスを測定するインピーダンス測定器と、該
インピーダンス測定器によって測定された蓄電池の内部
インピーダンス又は該内部インピーダンスの単位時間当
たりの変化量が規定値を越えた時これを検出して充電回
路を制御する制御部を備えることを特徴とする。本発明
は、蓄電池の充電時の内部インピーダンスが充電末期の
ガスの発生時に急激に上昇するという特性を利用したも
ので、その構成によれば、充電末期が確実に検出されて
充電が制御される。

【０００５】

【発明の実施の形態】次に、本発明の上記の充電制御方
法の実施形態を詳述する。完全放電状態の密閉型鉛蓄電
池を定電流で充電し乍ら、インピーダンス測定器を用い
て交流電流を該鉛蓄電池に流して交流インピーダンス法
により充電中の蓄電池の内部インピーダンスを測定し
た。この時の電池電圧及び電池温度も同時に測定した。
その結果を図１に示す。図１から明らかなように、蓄電
池の充電開始からその充電が末期になり蓄電池内部での
水の電解によるガス発生が生じるまでは、蓄電池の内部
インピーダンスの変化は非常に小さく、通常は減少傾向
となるが、ガスが発生し始め、電池電圧が上昇するとこ
ろで蓄電池の内部インピーダンスが急激に立上がり、そ
の後下降し、そのため、鋭い内部インピーダンスのピー
クが現れる。この内部インピーダンスが急激に立ち上が
る理由として、充電が進み水の電解によるガス発生が起
こると、このガスが極板の活物質の細孔中に充満して電
解液と活物質との接触が妨げられるため内部インピーダ
ンスの増加が起こり、その後、ガスが細孔中から排出さ
れ、電解液と活物質との接触面積が大きくなるために内
部インピーダンスが減少するものと考えられる。この内
部インピーダンスの増加量は、電池電圧及び電池温度の
増加量と比較すると、明らかにこれらより大きくしかも
短時間で急激に内部インピーダンスの増減が起こる。例
えば、通常の定電流充電を行い、内部インピーダンスが
規定値より大きくなったときこれを検出し、或いは単位
時間当たりの内部インピーダンスの増加量が規定値より
も大きくなったときこれを検出して充電電流を休止し、
その後定期的に均等充電を行い充電量の不足を補うか、
又は、定電流充電をより小さい定電流充電に切り換え、
その後ある所定時間充電を継続させるか又は、定電流充
電を定電圧充電に切り換えて充電電流を垂下させた後、
ある一定時間充電を継続させることで充電を制御する。
この本発明の方法によれば、内部抵抗の小さい蓄電池で
も、この変化を検出することにより高い精度で蓄電池の
充電末期の検出が可能であり、過充電になることがな
い。

【０００６】

【実施例】

（実施例１）６セルを一体に形成して成るモノブロック
タイプの密閉型鉛蓄電池を２５℃の恒温槽の中に配置
し、２６Ａの電流で９０分間（蓄電池容量の約５０％）
放電し、蓄電池の安定化の為に２時間静置した後１５Ａ
の定電流で１９０分間（放電容量の約１２０％）充電を
行い、この時の蓄電池の内部インピーダンス、電池電圧
及び電池温度を測定した。インピーダンス測定器は、例
えば、１７．５Ｈｚ、０．１Ａの交流電流を流して交流
インピーダンス法によりインピーダンスを測定するもの
で、例えば八千代電子株式会社製のものを用いた（以下
同様）。図２に示すように、蓄電池の内部インピーダン
ス、電池電圧及び電池温度は共に充電開始後１４０分付
近で変化するも、特に内部インピーダンスは急激に変化
している。この変化が起こる前の１４０分目の内部イン
ピーダンス、電池電圧及び電池温度と各値が最大の値を
示すときの各値とその時間を測定した。下記表１はその
測定結果を示す。

【０００７】

【表１】

【０００８】上記の表１に示すように、単位時間当たり
の内部インピーダンスの変化量は、１４０分目の内部イ
ンピーダンスの約０．５倍で電池電圧及び電池温度のそ
れよりも大きい。従って、単位時間当たりの内部インピ
ーダンスの変化量を検出して充電を制御すれば、電池電
圧や電池温度の変化を検出して充電制御するよりも確実
で過充電の危険性が小さく、高い精度で充電制御をする
ことができる。そこで、単位時間当たりの内部インピー
ダンスの変化量が２．０ｍΩ／分を越えたとき、これを
検出して充電を休止したところ、充電電気量は放電量の
９５％であり、過充電とはならなかった。

【０００９】（実施例２）劣化度合いの異なる６セル・
モノブロックタイプの密閉型鉛蓄電池３個を用意し、夫
々２６Ａの電流で９．９Ｖまで放電し、２時間放置した
後、放電容量の１２０％を１５Ａの定電流で充電を行
い、内部インピーダンスの最大値を測定した。下記表２
はその試験結果を示す。

【００１０】

【表２】

【００１１】又、前記試験電池−１において、２６Ａの
電流で放電深度を変えて同様の試験を行った。その試験
結果を下記表３に示す。

【００１２】

【表３】

【００１３】上記の表２及び表３から分かるように、蓄
電池の実容量が小さくなるほど、また放電深度が浅くな
るほど内部インピーダンスが大きくなる。従って、この
試験に用いた蓄電池の場合、放電深度１００％の時の内
部インピーダンス値を基準にして充電中の内部インピー
ダンス値が８．２ｍΩより若干小さな値で、例えば７．
０ｍΩを越えた時にその値を検出して充電を休止したと
ころ、この時点での充電電気量は、放電容量の９７．３
％であった。

【００１４】（実施例３）６セル・モノブロックタイプ
の密閉型鉛蓄電池を２５℃の恒温槽の中に配置し、２６
Ａの電流で９．９Ｖまで放電し、２時間静置した後内部
インピーダンスを測定しながら１５Ａの定電流充電を行
った。充電中、蓄電池の内部インピーダンス値が７．０
ｍΩ以上の値を検出した時、充電電流を４Ａに下げて２
時間充電を行った。図３はこの実施例における充電時間
に対する蓄電池の内部インピーダンス、電池電圧及び充
電電流特性、下記表４は充電特性を示す。

【００１５】

【表４】

【００１６】図３及び上記の表４から明らかなように、
内部インピーダンスの設定値７．０ｍΩを検出した時の
放電容量に対する充電電気量は９６．８％であり、検出
後、充電電流を４Ａに下げて２時間充電を行ったときの
充電電気量は１０８．６％で蓄電池をほゞ完全に充電で
きた。前記検出をしたところで充電を休止した場合、若
干充電不足であるが、過充電を防止し減液量を低減せし
めて蓄電池の長寿命化が図れる。充電量の不足分は定期
的に均等充電を行うことにより補う。尚、図３に示す充
電特性は、電池電圧は内部インビーダンスと同様４時間
付近で急激に変化しているが、電池電圧が７．０ｍΩの
時点で最大値であるのに対して、内部インピーダンスは
充電制御を行わなければもっと大きな値となるので、変
化量は電池電圧と比べてはるかに大きい。

【００１７】図４は、本発明充電制御装置のブロック図
を示す。同図において、１は商用電源に接続された充電
回路、２は充電制御される前記蓄電池、３はインピーダ
ンス測定器、４は演算、比較及びデータ記録部、５は前
記演算、比較及びデータ記録部４に条件等を入力する操
作部、６は前記演算、比較及びデータ記録部４の出力を
入力し、充電回路１を制御する制御信号及び充電回路１
を所定時間作動するタイマー７の起動信号を出力する制
御出力部である。前記インピーダンス測定器３は、例え
ば、１７．５Ｈｚ、０．１Ａの交流電流を蓄電池２に流
す周波数発生器及び電力増幅部８と、交流インピーダン
ス法により前記交流電流による蓄電池２の端子電圧と該
交流電流とから蓄電池２の内部インピーダンスを算出す
るインピーダンス演算部９とから成るものを用いた。前
記演算、比較及びデータ記録部４は例えばマイクロコン
ピュータで構成され、前記インピーダンス測定器３で測
定した蓄電池２の内部インピーダンスが逐次入力され、
操作部５によりメモリに予め設定された例えば７．０ｍ
Ωと比較し、これを越えたことを検出したとき、制御信
号を出力するように成っている。前記制御出力部６は、
前記演算、比較及びデータ記録部４から出力した制御信
号により充電回路１を４Ａの定電流制御をすると共にタ
イマー７を起動し、設定した所定時間例えば２時間経過
後に充電回路１をオフにして充電を停止するように成っ
ている。

【００１８】図５はこの充電制御装置の作動のフローチ
ャートの１例を示す。充電回路１を作動して定電流充電
を行う（ステップＳ１）。次で、ステップＳ２でインピ
ーダンス測定器３により蓄電池２の内部インピーダンス
の測定を開始して内部インピーダンスが規定値例えば、
７．０ｍΩを越えているかどうかを判断し、規定値を越
えた時はステップＳ３でステップＳ１における定電流充
電のときより小さい電流値の定電流充電に切り換える。
ステップＳ２で内部インピーダンスが規定値を越えない
時は再びステップＳ１に戻る。ステップＳ４で、切り換
えからタイマー７で設定した所定時間例えば２時間経過
したと判断した時は充電を休止する（ステップＳ５）。
尚、この実施例では、内部インピーダンスの設定値を検
出した後、電流を小さくして定電流充電を行ったが、同
様に内部インピーダンスの設定値を検出後充電電圧を任
意に設定しておき、定電圧により充電をすることも可能
である。この時のフローチャートは、図５のステップＳ
３の定電流充電が定電圧充電に置き換わっただけで後は
図５と同じである。

【００１９】（実施例４）６セル・モノブロックタイプ
の密閉型鉛蓄電池を２５℃恒温槽中に入れ、２６Ａの電
流で９．９Ｖまで放電し、２時間静置した後蓄電池の内
部インピーダンスを測定しながら８０Ａの電流で定電流
充電を行い、内部インピーダンスが最大値付近の２０．
０ｍΩに達した時設定電圧を１５．０Ｖの定電流充電に
切換えて合計１時間充電を行った。試験結果を図６及び
下記表５に示す。図６から明らかなように、充電開始か
ら４７分目付近で蓄電池の内部インピーダンスの急激な
立上がりが現れた。この時の電圧変化、温度変化と比較
しても明らかなように蓄電池の内部インピーダンスの変
化の方が大きい。該表５から明らかなように、蓄電池の
内部インピーダンスの最大値検出時の放電容量に対する
充電電気量は９０．６％であり、蓄電池の充電末期状態
を確実に検出できる。

【００２０】

【表５】

【００２１】（実施例５）定格容量１２０Ａｈ、１．２
Ｖのニッケル水素蓄電池を２５℃恒温槽中に入れ、０．
３３ＣＡで１．０Ｖまで放電し、２時間静置した後蓄電
池の内部インピーダンスを測定しながら１．２ＣＡで５
時間、０．０５ＣＡで４時間の２段の定電流充電を行っ
た。

【００２２】図７は、この時測定した蓄電池の内部イン
ピーダンス、電池電圧、電池内圧及び電池温度を示す。
この図から分かるように、ニッケル水素蓄電池でも鉛蓄
電池と同様に充電末期に内部インピーダンスの急激な立
上がりが現れている。この時の内部インピーダンスの変
化量は他の電池電圧、電池内圧及び電池温度の変化量よ
りも大きいため高い精度で充電末期を検知し、充電制御
を行う事ができる。図４に示す充電制御装置において、
演算、比較、データ記録部４はインピーダンス測定器３
で測定した内部インピーダンスが規定値を越えた時制御
信号を出力するものであるが、単位時間当たりの内部イ
ンピーダンスの変化量が規定値を越えた時制御信号を出
力するものにすれば、前記実施例３と同様な充電制御を
行うことができる。又、同図に示す装置の構成におい
て、タイマー７を用いないで、演算、比較、データ記録
部４の出力する制御信号により充電回路１をオフにして
充電を休止するようにすることができる。

【００２３】

【発明の効果】上記の本発明の蓄電池充電制御方法によ
り、蓄電池の充電を高い精度で行うことができ、過充電
を防止できる等の効果を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明蓄電池充電方法を説明するための充電
時の蓄電池の内部インピーダンス、電池電圧及び電池温
度を示す図。

【図２】本発明の実施例１における充電時の蓄電池の
内部インピーダンス、電池電圧及び電池温度を示す図。

【図３】実施例２における充電時の蓄電池の内部イン
ピーダンス、電池電圧及び充電電流を示す図。

【図４】本発明の充電制御装置のブロック図。

【図５】前記充電制御装置の作動のフローチャート。

【図６】実施例４における充電時の蓄電池の内部イン
ピーダンス、電池電圧及び電池温度を示す図。

【図７】実施例５における充電時の蓄電池の内部イン
ピーダンス、電池電圧、電池温度及び電池電圧を示す
図。

【符号の説明】

１充電回路２蓄電池３インピーダンス測定器４演算、比
較、データ記録部６制御出力部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】蓄電池の充電末期における単位時間当た
りの内部インピーダンスの変化量が規定値を越えた時こ
れを検出して充電を制御することを特徴とする蓄電池充
電制御方法。
【請求項２】蓄電池の充電末期における内部インピー
ダンスが規定値を越えた時これを検出して充電を制御す
ることを特徴とする蓄電池充電制御方法。
【請求項３】充電中の蓄電池の内部インピーダンスを
測定するインピーダンス測定器と、該インピーダンス測
定器によって測定された蓄電池の内部インピーダンス又
は該内部インピーダンスの単位時間当たりの変化量が規
定値を越えた時これを検出して充電回路を制御する制御
部を備えることを特徴とする蓄電池充電制御装置。