JPH08329989A - 密閉形鉛蓄電池の充電方法 - Google Patents

密閉形鉛蓄電池の充電方法

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JPH08329989A
JPH08329989A JP7139088A JP13908895A JPH08329989A JP H08329989 A JPH08329989 A JP H08329989A JP 7139088 A JP7139088 A JP 7139088A JP 13908895 A JP13908895 A JP 13908895A JP H08329989 A JPH08329989 A JP H08329989A
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JP
Japan
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charging
cell
battery
stage
charge
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Application number
JP7139088A
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English (en)
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Harumi Murochi
晴美 室地
Masato Ishiwatari
正人 石渡
Toshihiro Inoue
利弘 井上
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Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Publication date
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    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10Energy storage using batteries

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  • Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 極板の格子に鉛−カルシウム−すず合金を用
いた密閉形鉛蓄電池の充電電圧を検出し、電流値を変化
させてタイマーにて充電を終了させる多段定電流充電方
式で、充電受入れ性の影響や各セル室の差を少なくし
て、各段の充電電気量を安定化し、電池の長寿命化・高
信頼性化を可能とする。 【構成】 密閉形鉛蓄電池の充電方法において、1段目
の充電電流を0.4CA以下とし、2段目以降は充電電
流(in)をi1>in+1>in+2とし、かつ充電期間(T
n)をT1<Tn+1<Tn+2(n>1)とした多段定電流の
充電において、電池の充電電圧検出値を2.32V/セ
ル〜2.37V/セルとした。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、民生用ポータブル機器
の電源等のサイクル用途に利用される密閉形鉛蓄電池の
充電方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】近年、密閉形鉛蓄電池は、民生用ポータ
ブル電源から電動車両まで幅広い用途で使用されるよう
になってきた。これらの用途のうち充放電サイクルを繰
り返すような用途における充電方法としては、定電圧充
電、定電流充電、Vテーパ充電、2段定電流充電等が提
案されている。このなかで、2段定電流充電方式は取扱
いの容易さの点から、電動車両等の用途では広く採用さ
れている。
【0003】従来採用されてきた2段定電流方式は、電
池の充電電圧を検出して、充電末期の電流値を小さく変
化させ、タイマーにて充電を終了させる方式であり、そ
の検出電圧は2.40V〜2.45V/セルに設定され
ていた。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】この2段定電流充電に
おいては、充電電池電圧が検出電圧に上昇するまでの時
間が1段目の充電電気量を決定し、1段目の充電電気量
を左右する。通常は1段目の電気量が全体の充電電気量
の80%程度を占めるため、放電量の多少によらず、適
切な充電を行うことが可能となっている。
【0005】しかし、1段目の充電電気量は、放電量が
同じでも一定とは限らず、全体の充電電気量も異なるケ
ースがある。
【0006】その要因と考えられるのは、鉛蓄電池側の
充電受入れ性がある。鉛蓄電池の電池充電電圧は、負極
より水素ガスが発生した時に急上昇する。負極活物質の
鉛は海綿状で、多数の孔が存在して活物質の表面積が広
くなっており、充放電反応がスムーズにおこるように設
計されている。
【0007】しかし、鉛粒子は充放電の繰り返しにより
徐々に凝集する傾向にあり、その表面積は小さくなる。
表面積が小さくなると、見かけの電流密度は大きくな
り、その結果充放電反応の効率は低下し、水素が発生し
やすくなるとともに、充電電池電圧は上昇しやすくな
る。したがって、1段目の充電電気量は少なくなる。す
なわち、同じ電池を同じ条件で充放電しても、初期と充
放電サイクルを繰り返した後では1段目の充電電気量が
異なる。
【0008】このように、1段目の充電電気量は放電量
と相関があるとは限らず、不安定である。また、通常鉛
蓄電池は3セル室もしくは6セル室を直列に接続して1
個の電池を構成するため、電圧の検出は3セル室もしく
は6セル室を合算した値で行うことになり、各セル室の
差が生じやすい。周囲温度もしくは連続充放電等の使用
条件によっては、負極の充電受入れ性の低下の差が大き
く、適切な充電を行えずに早期に電池の寿命に至ってし
まうことがあった。
【0009】本発明は、上記従来の問題点を解決するも
ので、充放電サイクルを繰り返す用途において、密閉形
鉛蓄電池の長寿命化・高信頼性化を可能とする充電方法
を提供することを目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】以上の課題を解決するた
めに、本発明は正極板、負極板およびセパレータよりな
り、極板の格子には鉛−カルシウム−すず合金を用いた
密閉形鉛蓄電池の1段目の充電で電池の充電電圧を検出
して電流値を変化させ、2段目以降の充電をタイマーに
て終了させる多段定電流充電方式で、充電電流、充電時
間、検出電圧を制御するものであり、1段目の充電電流
(i1)を0.4CA以下、2段目以降の充電電流
(in)をi1>in+1>in+2(n>1)とするととも
に、タイマーによる充電時間(Tn)をT1<Tn+1<T
n+2(n>1)として、前記検出電圧を2.32V/セ
ル〜2.37V/セルにて検知する充電方法である。
【0011】
【作用】鉛蓄電池において通常の充電電圧である2.4
0V/セル〜2.45V/セルは水素が発生し始める電
圧であるが、2.37V/セルでは水素発生に至る以前
であるため、負極の充電受入れ性が検出電圧に達するま
での時間に与える影響は少なく、また、各セル室の差の
影響も少ない。すなわち、水素発生に起因する電流効率
の減少を抑制することができる。このように検出電圧を
低くすることによって、充電受入れ性の影響や各セル室
の差は少なくなり、1段目の充電電気量は安定化し、電
池の長寿命化、高信頼性化が可能となる。
【0012】
【実施例】以下、本発明の充電方法の実施例について、
図面を用いて説明する。
【0013】電池は電圧、公称容量12V38Ah形電
池を使用した。電池1の外観は図1に示す通りで、I〜
VIの6個のセル室2が一列に並んだモノブロック構造で
ある。極板の格子としては鉛−カルシウム−すず合金を
用いた。充電仕様としては、n=1、すなわち2段定電
流方式とし、1段目を0.2CA、すなわち7.6A、
2段目を0.05CA、すなわち1.9Aとし、2段目
の充電をタイマーにて終了する方式とした。検出電圧お
よびタイマー時間を決める前の予備テストとして、電池
を38A定電流で9.6Vまで放電した後7.6Aで定
電流充電を行い、各セル室の充電電圧と水素発生量およ
び充電電気量を測定した。
【0014】各セル室の充電電圧と水素発生量の関係を
図2に、充電電圧と充電時間・充電電気量の関係を図3
に示す。
【0015】図2の結果より、セルの充電電圧が2.4
0Vまで上昇した時に水素発生が測定されることがわか
った。また図3より、セルの充電電圧は、2.32Vか
ら徐々に上昇が速くなることがわかった。これにより、
検討する検出電圧を、(a)2.30V/セル、(b)
2.32V/セル、(c)2.37V/セル、(d)
2.40V/セル、(e)2.45V/セルの5種類と
した。
【0016】タイマー時間は、1段目の充電で各検出電
圧に達する充電電気量と2段目の充電電気量を合計して
放電電気量の120%となり、かつタイマー時間がT1
<Tn +1(n>1)となるように算出した。放電電気量
は25Ahであったので、各タイマー時間はそれぞれ、
5.4H、5.0H、4.6H、4.3H、4.2Hと
した。
【0017】これら5種類の充電条件にて、12V38
Ah形電池の充放電サイクルテストを行った。放電条件
は38A定電流放電で9.6V終止とし、放電終了から
充電開始までを0分、充電終了から放電開始までを10
分とする連続充放電サイクルとなるようにした。周囲温
度は25±2℃とした。その充放電サイクルテスト結果
を図4に示す。
【0018】図4より明らかなように、(a)の検出電
圧2.30V/セルの充電条件の電池においては、約2
50サイクルで容量が初期の80%まで低下してしまっ
た。この容量低下品を解析したところ、容量は6セルす
べてにおいて低下しており、放電容量は正極活物質によ
って支配されていた。
【0019】次に、この電池を(e)検出電圧2.45
V/セルの充電条件に変更し、充放電を5サイクル繰り
返したところ、容量は初期の95%まで回復した。この
ことから、容量低下の要因は正極板の充電不足と推定さ
れる。これは、1段目での切り替え電圧が低すぎて2段
目の小さい電流での充電量が多いため、正極に対し強制
的に行う充電が不足し、その結果正極の充電効率が低下
し、反応性の高い正極活物質の生成量が少なくなったた
めと考えられる。連続充放電サイクルにおいては、充放
電回数が多いため、反応性の高い正極活物質の量が徐々
に減少し、250サイクル程度で初期の80%に至るも
のと考えられる。
【0020】また、(d)の検出電圧2.40V/セル
及び(e)の2.45V/セルの充電条件の電池では、
両方とも負極の容量が低下しており、特に、図1におけ
るセル3もしくはセル4、すなわち電槽中央に位置する
セルの劣化が大きかった。また、容量低下した電池の負
極活物質の硫酸保持量を初期品と比較したところ、
(d)の検出電圧2.40V/セルの電池で約12%、
(e)の検出電圧2.45V/セルの電池で約15%少
なかった。このことから、容量低下要因は、負極活物質
の表面積が低下して硫酸保持量が低下したための反応性
低下と考えられる。また、負極活物質の表面積減少は温
度が高いほど起こりやすく、放熱性の劣るセル3もしく
はセル4の劣化が他に比べて高くなっていた。
【0021】一方、1段目の充電電気量に関しては、
(d)2.40V/セルの電池については初期は放電量
の87%であったのに対して200サイクル時点で放電
量の83%、2.45V/セルの電池については初期は
放電量の88%であったのに対して200サイクル時点
で放電量の80%と減少していた。また、(b)の2.
32V/セルの電池では初期は放電量の82%であった
のに対して500サイクル時点で放電量の78%、
(c)の2.37V/セルの電池については初期は放電
量の85%であったのに対して500サイクル時点で8
1%であり、1段目の充電電気量の減少量は少なかっ
た。なお、(a)の2.30V/セルの電池については
初期は放電量の79%であったのに対して200サイク
ル時点で78%であり、負極活物質の表面積減少の防止
という点では改善されているものと考えられる。
【0022】以上の実施例で明らかなように、検出電圧
2.30V/セル、2.40V/セル、2.45V/セ
ルの充電条件では、比較的早期に容量が低下し、寿命に
至ってしまったが、2.32V/セル、2.37V/セ
ルの充電条件の電池においては、十分な充放電サイクル
寿命特性を得ることができた。
【0023】また、検出電圧2.45V/セルの充電条
件の電池においては、充放電サイクルが進むにしたがっ
て電池中央部分の表面温度が徐々に上昇し、最大43℃
になった。これに伴い、検出電圧の直前において充電電
圧の上昇速度が遅くなる現象が観察された。これはガス
吸収反応が促進されたためと考えられる。
【0024】密閉形鉛蓄電池においては、充電中に発生
する酸素と負極活物質である鉛とが反応し、酸素ガスの
吸収が生じる。この反応は発熱反応であるため、充電中
には電池の温度は上昇する。周囲の温度や充放電の頻度
によっては、電池の温度上昇が大きくなり、過電圧が小
さくなって電池電圧の上昇が少なくなるため、検出電圧
に達するまでの時間が長くなる場合がある。このような
場合には、1段目の充電電気量及び全体の充電電気量が
多くなる。周囲温度が高く検出電圧が高い場合には、充
電電圧が検出電圧まで到達せず、充電電流が切り変わら
ずに過充電になってしまうケースも考えられる。しか
し、検出電圧が2.32V/セル〜2.37V/セルの
範囲であれば、上記のような可能性はないと推定され
る。
【0025】また、水素発生し始めた段階での電池電圧
は、その時の充電電流によって異なるが、0.4CA以
下であれば、2.37V/セルで水素が発生することは
ないことが確認されているため、充電電流値としては、
0.4CA以下が適切である。
【0026】さらに、1段目の充電電流に対して、2段
目以降の充電電流(in)をi1>i n+1>in+2(n>
1)とするとともに水素発生電圧に電池電圧が到達しな
いように充電電流を制御し、充電効率が低下しないよう
に制御することが肝要である。同時に、タイマーによる
充電時間はT1<Tn+1<Tn+2(n>1)とし、水素発
生による充電効率の低下と電池の発熱をセル間で均一に
なるようにすることにより、上記の充電方法の効果はよ
り明らかになる。
【0027】すなわち、充電検出電圧を2.32V/セ
ル〜2.37V/セルにて検知するとともに、充電電流
と充電時間を制御することで、サイクル寿命特性に優れ
た電池の提供が可能となる。
【0028】なお、本発明の検出電圧は、水素過電圧の
異なる鉛−アンチモン合金等を極板格子の使用した場合
には適用されない。
【0029】
【発明の効果】以上のように、本発明の密閉形鉛蓄電池
の充電方法によれば、充電受入れ性の影響や各セル室の
差は少なくなり、1段目の充電電気量が安定化するた
め、電池の長寿命化・高信頼性化が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例における電池の外観図
【図2】充電電圧と水素発生量との関係図
【図3】充電電圧と充電時間・充電電気量との関係図
【図4】充放電サイクルテストにおける容量変化を示す
【符号の説明】
1 鉛蓄電池 2 セル室

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】正極板、負極板およびセパレータよりな
    り、極板の格子には鉛−カルシウム−すず合金を用いた
    密閉形鉛蓄電池の1段目の充電で、電池の充電電圧を検
    出して電流値を変化させ、2段目以降の充電はタイマー
    にて終了させる多段定電流充電方式において、1段目の
    充電電流(i1)を0.4CA以下、2段目以降の充電
    電流(in)をi1>in+1>in+2(n>1)とするとと
    もにタイマーによる充電時間(Tn)をT1<Tn+1<T
    n+2(n>1)とし、前記検出電圧を2.32V〜2.
    37V/セルで検知することを特徴とした密閉形鉛蓄電
    池の充電方法。
JP7139088A 1995-06-06 1995-06-06 密閉形鉛蓄電池の充電方法 Pending JPH08329989A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
USRE40223E1 (en) 1998-05-27 2008-04-08 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Method for charging secondary battery
CN109038704A (zh) * 2018-06-25 2018-12-18 中国人民解放军陆军炮兵防空兵学院 一种基于容量的智能多模式蓄电池充电控制方法

Cited By (3)

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CN109038704B (zh) * 2018-06-25 2021-01-15 中国人民解放军陆军炮兵防空兵学院 一种基于容量的智能多模式蓄电池充电控制方法

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