JPH01103125A - 固定電解質の鉛蓄電池の迅速充電方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、固定電解質を有するメインテナンス　フリー
の鉛蓄電池の迅速充電方法に関する。

従来技術 実質的に密閉されておυ特に場所に依存せずに使用が可
能であるメインテナンス　フリーの鉛蓄電池の埃在達成
されている製造技術レベルによシ、該鉛蓄電池には、数
多の特殊な使用分野及び利用装置が新たに加えられつつ
ある。このような鉛蓄電池の利用もしくは使用上の便利
さを高めるためには、短い時間内で再び十分に使用する
ことができるようにするために、メインテナンス　フリ
ーの鉛蓄電池を比較的高い電流で充電できることが殊に
重要である。これと関連して、従来の充電方法において
は、固定電解質のＳ＊池の特殊な性質が十分に考慮され
ていない。

液相電解質の鉛蓄電池の迅速充電に当たって鉱、一般に
、ＩＵ％性曲線曲線つく公知の２段階充電で十分であり
、この場合兜１釜目の段階においては、電圧Ｕで、気化
が開始するまで一定の高い電流工で充電を行い、第２の
段階においては、約２．４Ｍルトの蓄電池電圧Ｕｌ一定
に保持しつつ、一定の充電電圧で惹起される電流が、５
時間放電電流の約１７２０に減少するまで充電が行われ
る。

液相電解質の蓄電池に対するこの充電方法の利点は、初
期充電状態が任意の状態であって良く且つ何れの場合に
も蓄電池が完全に充電されるという点にある。

第１の充電段階から第２の充電段階への移行で、下式で
表される充電反応 Ｐｂ３Ｏ４＋　２Ｈ２０→ＰｂＯ５＋　Ｈｇ５Ｏ，＋　
２Ｈ”　＋　２ｅ−ｆｉｌにおいて、正極には下式で表
される２次反応が増加し、 ＨｍＯ→１／２０ｇ　＋　２Ｈ”　＋　２ｅ−（２１そ
して、充電反応 ｐｂｓｏ４＋　２Ｈ”　＋　２ｆｌ−→Ｐｂ　＋　Ｈ２
ＳＯ４（３１では、負極における２次反応 ２１”　＋　２ｅ−→Ｈｓ　　　　　　　　　　　　（
４１が顕著になる。

水の分解を表す上記２つの２次反応には、電位上昇が伴
い、即ち正極はますます正方向の電位となり負極はます
ます負電位となシ、それによシ、餓２の充電段階中一定
に保持すべき検電圧が達成される。従って、電位上昇は
、本来の充電反応（１）、（３）の交替を寄生的な２次
反応（２）、（４）で示すもので、液相電解質の蓄電池
の２段階充電方法における定電流充電から定電圧充電へ
の切換のための制御量として適している。

固定電解質のメインテナンス　フリーの鉛蓄電池の場合
には、負極における寄生的な２次反応として実質的に酸
素還元反応が生ずる。従って、開放型蓄電池において顕
著である負の電位降下は生じない。この理由から、上述
の充電方法は固定電解質の鉛蓄電池に対しては常に満足
すべきものではなく、経験の示すところによれは、反復
的使用に伴い蓄電池容量が減少し、また付加的な水（電
Ｍ貿〕損失を伴うことなしには、置時間の過充電による
補償は不可能である。

メインテナンス　フリーの鉛蓄電池の製造業者から入手
可能な使用説明書等から改変された充電方法を知ること
ができるが、これら方法は一般に特定の構造形式の蓄電
池に対してのみ十分に適合し得るに過ぎない。蓄電池に
は、しばしは、非常に大きな構造上の差異が存在し、鬼
に加えて、ｒル化に依るにしろ或いは高吸収性のフリー
スに依るにしろ電解質固定方法も異なる。

特に、ＩＵ充電の変更例として、３段階工ＩＵＩ２−充
電方法が実用化されておシ、この方法の特殊性は、非常
に短い電圧制御充電相において、自動制御の充電電流が
減衰するまで待つのではなく、この充電電流が所定の値
（５時間充電電流の％定の百分ａＡ値）にまで降下した
時に、この一定値に保持された電流工３によシ所定の全
充電時間の終了まで光ｔ’を続行することにある。

この場合、全充電時間は、例えば、工２が５時間充電電
流の８０％で且つ蓄電池が予め完全に放電されていた場
合、１３乃至１５時間である。

更に２つの別の充電方法が知られておシ、そのうちの１
つの方法は一貫して一定の充電電流で充電され、他の方
法は一貫して一定の充電電圧を用いて充電される。第１
査目の方法は、費用の点で有利であシ、密閉アルカリ蓄
電池に対して広く採用されている。しかしながら、密閉
皺鉛蓄電池においては、充電が制御されないことにより
、高い水の損失が生ずる。

一定電圧充電方法においては、供給電圧を蓄電池の充電
及び温度特性に従って制電しなければならない、さもな
ければ、場合によシ大きな水の消費を伴う過充電或いは
不足充電を招来する。

密閉鉛蓄電池のための上述の充電方法並びに他の充電方
法はまた、周期的に負荷が加えられたり、充電下で常時
使用可能な状態で使用される用途には必ずしも常に良好
に適しているとは１元ない。

発明が解決しようとする課題 従って本発明の銖趙は、特別に装置費用を心壁とするこ
となく確実且つ迅速に完全充電することができ、その除
水の消費を最小にし、それにより長い使用寿命を保証す
るような密閉型鉛蓄電池のための充電方法を提供するこ
とにあ゛る。

課題を解決するための手段 上記の課題は、本発明によれに、％許請求の範囲第１項
の所謂特徴部分に記載されている手段によって解決され
る。

本発明の一層深い理解を得るために、絡付図面に示し次
グラフを参照し本発明の方法を詳細に説明する。

実施例 第１図に示すように、第１段階の充電は、公知のＩＵ特
性曲線に従い、４時間乃至８時間放電電流の大きさであ
る一定の充電電流工１ｔ−用いて行われる。充電電流ｘ
１は、２５℃で約２．４５ボルトの所定の一度補償され
た充電電圧Ｕ１（Ｔ）に達するまで有効に受電されて蓄
積される。時点ｔ１で第１の充電段階は終了する。

そこで、この電圧レベルにおいて時点ｔ２ｔで更に光１
ＪＬｔ−行うが、しかしながら、この第２の充電段階に
おいては、充電電圧は本発明によシ連続的に蓄電池温度
に適合されるものである。

電圧の一度係数は、蓄電池の製造業者により提示されて
おシ、２５℃以下の＠度でほぼ一４ｍＶＺ度である。従
って、第２の充電段階において、Ｔ〉２５℃の場合、温
度依存充電電圧Ｕ１（Ｔ）　Ｋ対し次式が成り立つ。

Ｕｘ（Ｔ）　−２，４５−０，００４・（Ｔ　−２５）
ボルト但し上式中Ｔは蓄電池＠度（’Ｃ）である。

電圧／温度特性曲線（第２図）の経過から明らかなよう
に、温度が低くなるに伴い、温度係数は大きくなる。こ
れは、鉛蓄電池の電流吸収が悪くなるためである。

従って、期間ｔｌ−ｔｌＩにおける電圧制御充電におい
ては、適当な箇所での蓄電池温度の連続的測定が前提要
件であり、得られる測定値により光！電圧Ｕｘ（Ｔ）　
’に補正しなけれはならない。温度は、代表的なセルの
内部、蓄電池の２つのセル間または２つのセルの電極接
続部で測定するのが最も好ましい。

蓄電池の温度を基準とした充電もしくは制御電圧の追従
制御は、充電装置により、予め実験的に求められた槽電
圧と＠度との対の値から求めて予め記憶されている電圧
／＠反時特性曲線従って行われる。

自明なことであるが、このようにして求められた特性曲
線Ｕｘ（’Ｉ’）は、所定の充電電流の成る帯域幅内の
み妥当性を有する。なぜなら、電圧（Ｕ）及び１！流（
りが、選択され次電流、例えば５時間電流に対してのみ
正確である相互依存性を有するからである。従って、充
電装置は、第２図に示しであるように、制御基礎値より
も多少広い特性曲線場で使用とれることになる。この特
性曲線場において、上限の曲線並ひに下限の曲線は、充
電電圧に対する電流の大きさにより定められる限界を表
す。

ＪＲ２の充電段階においては、蓄電池の充電受容能力が
減少する結果として、自動制御充電電流は、降下する１
曲線（第１図）に対応して減衰し、その大きさは、制御
電圧Ｕｌ　（Ｔ）の変化から生する変動（図示せず）を
成る程度受ける。

第２の充電段階は時間制限により時点ｔ２で終了する。

その期間長は、第１及び第２段階の全充電時間ｔＱ−ｔ
２が４時間乃至１０時間、好ましくは５時間乃至８時間
となるように選択される。そのうち、第１０充電段階に
対して約３時間を割シ当てる。

時間区間ｔｓ−ｔ３に亘シ、同様に時間制限されて実施
される本発明による第３の充電段階では、両電極間に完
全充電を達成するために、後充電（付加的な充電〕が行
われる。この後充電は、先に述べた２つの充電段階と同
様に、は曳制御される電圧Ｕ’（ｊ用いＩＵ％性曲線曲
線って実施され、電流工及び電圧Ｕはそれぞれ、充電装
置により予め与えられる最大値Ｉ　ｇｍａＸ及びＵ２ｍ
ａｘに制限される。また、時間制限は、前述の仕方で行
われる。

上述の条件で、電流−電圧曲線は、後充電中、３ａｔ類
の異った形！！！！４を取ることができ％後充電がどの
ように経過するかは最終的には時点ｔ２における蓄電池
の充電状態に依存する。

第１図には、一般的場合が示しである。

時点ｔ２においては、充電装！＆はＵ１（Ｔ）に対し５
０乃至２ＤＤｍＶ、好マシくは約１２０　ｍＶだけ＾め
られた充電電圧Ｕ２ｍａｘ　ｋ供給し、その場合、２乃
至８％、好ましくは約５φの差電圧ΔＵが２．４５ボル
トの光１１ｉｃ電圧に対応する。本発明によれば、Ｕ２
ｍａｘも同様にｍＬ友副制御れ、好適な事例においては
近似的に次式が成立つ。

Ｕ２１ｎａＸ　−Ｕ１（Ｔ）＋ΔＵ　−２，５７−０，
００４（Ｔ−２５）ボルト Ｕ２ｍａｘに加えて、充電電流Ｉ２ｍａｘも予め定めら
れ、その大きさは下式で表される領域となるように選択
される（基準量は１０時間放ｖｔ′１１ｉ、流である〕
。

０．０５１１０≦ＩＲｍａＸ≦０．５１１０しかしなが
ら、この充電′電流Ｉ　２ｍａｘは０２消費が全く生ぜ
ず真正な後光ｔ’に行うよりにするためには、０．０５
・工、ｏよシ小さくすべきではなイ６　Ｉ２ｍａｘは０
．１−１１０と０．３　・１．、との間に設定するのが
有利である。

時点ｔ２における蓄電池の充電状態が、大きさＩ　２ｍ
ａｘの充電電流を受電し、この充電ｉｊＬ流で漸次高く
なる蓄電池電圧が設定されるような充電状態においては
、蓄電池電圧がＵ２ｍａｘの高さに達するまで、ｍ：流
ｒａｍａｘによる定電流充電が行われる。そしてこの時
点からｕ２ｍａｘによる電圧制限が行われて、減少する
電流で時点ｔ３に至る終了まで充電が行われる。この場
合の電流−電圧曲線は、ＩＵ％性曲線曲線似する。

第１図に示した「正常例」に加えて次のような偏差例が
起り得る。

１つの偏差例は、充電電流ＩｚｍａＸが蓄電池′電圧Ｕ
２ｍａｘにまで増加させない場合であり、この場合、蓄
電池は全時間区１…ｔ、２−ｔ３に亘り充電電流Ｉ２ｍ
ａｘによシ充電受容が可能である。この場合には、−貫
してＩ２ｍａｘで後充電が行われる。

別の偏差例においては、時点ｔ２から光ｉ［流Ｉ２ｍａ
ｘが最早や受電できないために蓄電池電圧がＷ＊時的に
、丸亀装置に予め定められている限界値Ｕ２ｍｉａｘ　
Ｉ／Ｃ達してしまう。そしてこの電圧で、全時間区間ｔ
２−ｔ、に亘シ降下し続ける電流で最後まで充電が行わ
れる。

後充電の期間は、０．５乃至４時間好ましくは０．５乃
至１．５時間とすることができる。

例えば、第１の充電段階に対し定電流１１−１．２５・
Ｉａ　（この充ＸＸ流に対しては正確に、第２図に示し
であるＵｌ　（Ｔ）特性曲線が妥轟する）全選択したと
すると、この充電電流で、蓄電池は約７中１／２時間充
電可能であり、その場合、６＋１／２時間が第１及び第
２の段階に割シ当てられ、そして１時間が後充電に割り
当てられる。

本発明による充電方法は、上述のように、２つの相続く
温度制御されるＩＵ充電方式に従って行われ、その内隅
２のＩＵＵｌｍＩＣ第６の方法段階としての後光′Ｎ、
）は、本発明にとって本質的な意味ヲ廟する。この方法
によれは、２つの電極間は、比較的短時間の内に完全充
電される。

同時に、避けられない水の損失は、最小限度に留めてお
くことができる。

これに対し、冒頭に述べたような、純ＩＵ充電を同様に
成功性にメインテナンス　フリーの鉛蓄電池に適用する
ことが何故できないか、その理由を以下に簡単に説明す
る。

固定［解質のこの種の蓄電池においては２次反応（４）
ではなく次式の０２消費反応が広範に行われる。　熱力
学上の理由から反応（式４）を完全に抑制することもで
きず、僅な水消費が生ずる。

２Ｐｂ　＋　０２　＋　２Ｈ２ＳＯ４→２ＰｂＳＯ４＋
　２Ｈ２０（５１この消費反応（５）により負極に擬似
放電が生じてｐｂｓｏ４が形成されるが、このｐｂｓｏ
、は同時に充電電流により書びＰｔ）に還元される。即
ち、反応式（３）に従い充電が行われる。これにより、
負極は気化電位に達することはなくＰｂ／Ｐｂ２＋電位
に存在し続ける。従って、負極は、正極の電圧上昇と共
にＮＵ充電において制御量として用いることができる本
来の電圧上昇音発生し得ない。

従って、蓄電池の経年と共に負極の各社が次第に急速に
消耗する、すなわち制限軍律に対し負になると百９事実
に関係なく、正の電圧上昇だけしか制御量として利用す
ることができない。

従って、このような光を方法が周期的に繰返されると、
２つの電極の異なる充電効ぶに起因し、正極及び負極の
充電状態は、個別に経過することになり、その次め蓄電
池の不完全な充電（容量の減少）となり、ｔた過充電に
際しては相当大きな水−（電解質〕の損失を招来する。

上の説明から明らかなように、本発明の方法においては
、蓄電池の温度で光′＃Ｌ電圧の制限を行９ことによっ
て水の損失を最小にすることができる。なぜなら、高温
度で蓄電池電圧を一貫して高レベルにした場合には、望
ましくない逆の現象が生ずるからである。特に、本発明
の教示は、就中、充電段階１における大きな初期電流（
迅速丸亀）において有利である。その理由は、この場合
蓄電池は相当に加熱され、その充電特性が変化する恐れ
があるからである。本発明によれは、充電段階２におけ
るＵ１（Ｔ）の特性曲線による電圧補正が一層効果的に
なる。

本発明の有利な構成をまとめると、 第６の段階の持続期間が０．５乃至４時間、好ましくは
０．５乃至１．５時間であると艮い。

後充電電流Ｉ　ｇｍａＸが好ましくは０．１・ＩＩＯ乃
至０．６・ＩＩＯであると艮い。

実際の充電電圧Ｕｘ（Ｔ）を求めるために、蓄電池温度
全１適当な場所、好ましくは代表的な蓄電池セル内部、
蓄電池の２つのセル間または２つのセルの電極接続部で
測定すると艮い。

【図面の簡単な説明】

第１図は、６つの時間的方法段階における充電電圧及び
充電電流の変化全グラフで示す図、そして第２図は、温
度依存充電電圧のための制御基礎量としてのＵ／Ｔの特
性曲ａｔ場全グラフで示す図である。 代理人　弁理士　矢　野　敏　雄　　パ□日９，１ １（ｈｌ−ｍ− Ｆｉｇ、　２ −１０　　　　０　　　　　＋０　　　　２０　　　　
３０　　　　４０　　　　５０Ｔ　ｆＯｃ　ｌ→

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、固定電解質を有するメインテナンスフリーの鉛蓄電
   池の迅速充電方法において、充電を、３つの相続く段階
   で実施し、第１の段階においては、温度依存充電電圧Ｕ
   ＿１（Ｔ）に達するまで、一定の４時間乃至８時間電流
   Ｉ＿１で充電を行い、それに続いて第２の段階では、第
   １の段階をも含めて４乃至１０時間好ましくは５乃至９
   時間に亘る予め定められた時間、電圧制御下で蓄電池温
   度に対し連続的に適合化されて達成された充電電圧Ｕ＿
   １（Ｔ）で充電を続行し、そして第３の段階において同
   様に時間制限下でＩＵ特性曲線に従い後充電を行い、最
   初に流れる電流Ｉ＿２ｍａｘを０．０５・Ｉ＿１＿０と
   ０．５・Ｉ＿１＿０との間の値に制限し、そして最大蓄
   電池電圧Ｕ＿２ｍａｘを、前記充電電圧Ｕ＿１（Ｔ）よ
   り２％乃至８％、好ましくは約５％高い値に制限するこ
   とを特徴とするメインテナンス フリーの鉛蓄電池の迅速充電方法。 ２、第２及び第３の充電段階中、温度依存充電電圧を、
   充電電流の大きさにより定められる所定の電圧幅を有す
   る特性曲線場内に存在する電圧−温度特性曲線Ｕ＿１（
   Ｔ）に従つて定常的に追従制御する特許請求の範囲第１
   項記載の方法。