鉛蓄電池の硫酸鉛皮膜除去装置
【課題】鉛蓄電池の複数の異なる公称電圧および蓄電残容量に応じて、前記鉛蓄電池の電極板上に形成された硫酸鉛皮膜を除去するとともに、前記鉛蓄電池の過充電や過放電の抑制やパルスノイズ出力の低減を行う。
【解決手段】硫酸鉛皮膜除去装置１０は電圧検出手段となるＡＤ変換器１０６より鉛蓄電池の電圧値を読み込む。演算制御処理装置１０５は硫酸鉛皮膜除去装置１０に接続された鉛蓄電池の公称電圧を前記鉛蓄電池の電圧値から判定する。また、前記鉛蓄電池の電圧値と前記公称電圧値から蓄電残容量を判定する。前記演算制御処理装置１０５は前記蓄電残容量から前記鉛蓄電池をパルス充放電するための所定時間に出力されるパルス数を蓄電残容量が高ければパルス数を増やし、前記硫酸鉛皮膜の除去速度を上げるとともに、過充電状態を素早く解消する。
【解決手段】硫酸鉛皮膜除去装置１０は電圧検出手段となるＡＤ変換器１０６より鉛蓄電池の電圧値を読み込む。演算制御処理装置１０５は硫酸鉛皮膜除去装置１０に接続された鉛蓄電池の公称電圧を前記鉛蓄電池の電圧値から判定する。また、前記鉛蓄電池の電圧値と前記公称電圧値から蓄電残容量を判定する。前記演算制御処理装置１０５は前記蓄電残容量から前記鉛蓄電池をパルス充放電するための所定時間に出力されるパルス数を蓄電残容量が高ければパルス数を増やし、前記硫酸鉛皮膜の除去速度を上げるとともに、過充電状態を素早く解消する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は鉛蓄電池の電極に形成された硫酸鉛皮膜を除去するパルス電流発生装置に係り、特に、鉛蓄電池の公称電圧および蓄電残容量に応じて、硫酸鉛皮膜除去速度の最適化と高速化および前記パルス電流の発生に伴うノイズ出力の低減を図ったものに関する。
【背景技術】
【０００２】
鉛電池の化学反応は図２に示すように、放電時は反応前の負の電極に相当する鉛（Ｐｂ）と正の電極に相当する二酸化鉛（ＰｂＯ２）と、前記負および正の電極間に満たされた硫酸（２Ｈ２ＳＯ４）が放電により反応し、前記電極上に化学反応により生成される硫酸鉛（２ＰｂＳＯ４）と水（Ｈ２Ｏ)に変化する。充電時には前記硫酸鉛は還元され前記反応と逆の反応が起こる。
【０００３】
鉛蓄電池は直列接続された公称電圧２Ｖの単位電池を直列接続したものを一体化した電池として構成され、前記一体化した鉛蓄電池の公称電圧は１２Ｖ、２４Ｖ、３６Ｖ、４８Ｖ、７２Ｖなどと言った系列からなる。
【０００４】
鉛蓄電池は充放電の繰り返しや、過度の放電や、長期放置による自己放電などにより、電極表面に形成された硫酸鉛皮膜は非電導性結晶皮膜となり、通常の定電流や定電圧による充電では反応前の状態へ戻らなくなる。
【０００５】
この結果、前記硫酸鉛皮膜により、鉛蓄電池の内部抵抗の増加と充電後の硫酸濃度の低下により、鉛蓄電池の充放電反応は著しく低下する。
【０００６】
前記硫酸鉛皮膜にパルス電流を印加することにより前記硫酸鉛皮膜を除去する従来技術として特許文献１〜３の硫酸鉛皮膜除去装置がある。
【０００７】
また前記特許文献の従来技術として、１つの閾値電圧と比較することによりパルス出力の動作・非動作を切り替える回路がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００４−３４２５６７号公報
【特許文献２】特許第３９０２２１２号公報
【特許文献３】特開２００３−６８３７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
鉛蓄電池は充電直後には蓄電残容量が適正値よりも増大し過充電状態となり、この結果前記鉛蓄電池内の硫酸濃度が適正値よりも上がり、この状態が長時間続くと鉛蓄電池の電極を剥離させる物理的破損を起こし、鉛蓄電池の充放電反応を低下させる原因になる。特に前記現象は、鉛蓄電池の急速充電や均等充電において顕著となる。
【００１０】
また、逆に鉛蓄電池の使用により蓄電残容量が減少し終止電圧を下回ると、前記硫酸鉛皮膜が非電導性結晶皮膜に急速に変化することが知られている。これも鉛蓄電池の充放電反応を低下させる原因になる。
【００１１】
前記特許文献は硫酸鉛皮膜除去のためのパルス電流の形状や周波数、また１つの閾値比較によるパルス出力の動作・非動作については述べられているが、鉛蓄電池の充電状態や使用状態における蓄電残容量に応じた所定時間に出力されるパルス数の増減について考慮されていなかった。
【００１２】
また、前記特許文献では鉛蓄電池の公称電圧の違いにより前記パルス電流の形状や大さやパルス出力周波数を可変するための回路素子パラメータを個々に製作適用する必要があった。
【００１３】
また、前記特許文献では前記パルス電流のパルス出力周波数を固定化することにより、外部への放射ノイズ出力が前記出力周波数に固定され、前記鉛蓄電池に接続された他の機器や、電磁誘導による電波発生による隣接する電波受信機器等の他の機器等への妨害電磁波ノイズ源となる問題があった。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明はこのような問題を解決するため、本発明に係る第１の発明では、前記演算制御処理装置は、前記電圧検出手段により得られる前記鉛蓄電池の電圧値と前記鉛蓄電池の蓄電残容量を判別するための値を演算比較することで、前記鉛蓄電池の蓄電残容量を判定する。
【００１５】
前記判定結果から前記演算制御処理装置は前記蓄電残容量が大きければ所定時間に出力されるパルス数を増やす。前記パルス数を増やすことで前記硫酸鉛皮膜除去装置の消費電力は増えるが、前記硫酸鉛皮膜の除去速度を速めるとともに前記過充電状態を素早く解消できるという利点をもたらす。また、前記演算制御処理装置は前記蓄電残容量が少なければ所定時間に出力されるパルス数を減らし、前記鉛蓄電池が過放電にならないように前記硫酸鉛皮膜除去装置の消費電力を抑えるように働く。
【００１６】
また、前記演算制御処理装置は前記蓄電残容量が低下し前記鉛蓄電池の終止電圧に近づくと、前記パルス出力を止め、前記硫酸鉛皮膜除去装置の消費電力をほぼゼロとし、前記鉛蓄電池の過放電への移行を防ぐように働く。
【００１７】
また、第２の発明では、前記演算制御処理装置は、前記鉛蓄電池の電圧を検出する電圧検出手段から得られる電圧値と、前記記憶手段に記憶された複数の異なる鉛蓄電池の公称電圧を判別するための値とを演算比較し、鉛蓄電池の未知の公称電圧を自動判別する処理を含み、前述した第１の発明の動作を行う。
【００１８】
また、第３の発明では、前記第１または第２の発明に加え、前記硫酸鉛皮膜除去装置が動作を開始してから所定時間経過後に、前記所定時間毎に出力されるパルス数を減少または固定化することで前記硫酸鉛皮膜の除去速度を落とし、外部へのパルスノイズ発生の抑制や、前記鉛蓄電池の電力消耗を防ぐように働く。
【００１９】
また、第４の発明では、前記パルス発生手段から発生するパルスを時間不均一にすることで、前記パルス発生手段から外部へ放射するノイズスペクトルを周波数拡散させることができ、前記鉛蓄電池に接続された他の機器や、電磁誘導による電波発生による隣接する電波受信機器等の他の機器等へ与える妨害電磁波ノイズの低減を図ることができる。
【００２０】
また、第５の発明では、前記パルス発生手段は前記鉛蓄電池に直列接続される前記パルス電流を充放電するためのスイッチ素子を備え、前記スイッチ素子により行われる前記パルス電流の放電電流を緩やかに、充電電流を急峻にするための波形整形回路を設けるとともに、前記放電電流の最大値を所定の電流値に制限するための電流制限回路を具備することにより、前記鉛蓄電池の電源電圧によらず安定した充放電パルスを発生することができる。また、前記パルスの充放電回路はインダクタを含まない回路構成により短時間で放電電流を安定化できるため、所定時間当たりのパルス出力数をインダクタを含む回路よりも増やすことができ、前記硫酸鉛皮膜除去の高速化が可能となる。また、パルスの充電電流のみを極大化した前記硫酸鉛皮膜の除去に有効なパルス電流を発生することができる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、鉛蓄電池の複数の異なる公称電圧および蓄電残容量に応じて、前記鉛蓄電池の電極板上に形成された硫酸鉛皮膜を除去する充放電パルスの所定時間に出力されるパルス数を増減または停止することで、前記硫酸鉛皮膜の除去速度の最適化と高速化を図るとともに、前記鉛蓄電池の過充電や過放電を抑制することができ、また外部へのノイズ出力の低減を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の第１実施形態に係る硫酸鉛皮膜除去装置の内部ブロック図である。
【図２】鉛蓄電池の充放電における化学反応を示す図である。
【図３】本発明の第１実施形態に係る硫酸鉛皮膜除去装置と鉛電池との接続状態の一例を示す図である。
【図４】本発明の第１実施形態に係る硫酸鉛皮膜除去の制御フローの一例を示す図である。
【図５】図４の制御フローの一部を置き換えた、本発明の第２実施形態に係る硫酸鉛皮膜除去の制御フローの一例を示す図である。
【図６】図４の制御フローの一部を置き換えた、本発明の第３実施形態に係る硫酸鉛皮膜除去の制御フローの一例を示す図である。
【図７】図４の制御フローの一部（図６と異なる部分）を置き換えた、本発明の第３実施形態に係る硫酸鉛皮膜除去の制御フローの一例を示す図である。
【図８】本発明の第１実施形態に係る硫酸鉛皮膜除去装置が具備するパルス発生手段におけるパルス発生回路の出力電圧波形、放電時の電流波形および鉛蓄電池への充放電電流波形の一例を示す図である。
【図９】鉛蓄電池の公称電圧別の蓄電残容量と出力電圧の関係および、本発明の第１実施形態に係る蓄電残容量に対するパルス発生手段から１秒間に出力されるパルス数の関係の一例を示す図である。
【図１０】図９の各公称電圧の終止電圧と充電電圧をバーグラフで併記した図である。
【図１１】本発明の第４実施形態に係る硫酸鉛皮膜除去のパルス発生手段となる回路の一例を示す図である。
【図１２】本発明の第５実施形態に係る硫酸鉛皮膜除去のパルス発生手段におけるパルス発生回路を疑似乱数発生回路としたときのパルス出力電圧波形の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
次に、本発明に係る実施形態について、図面を参照しながら説明する。
【００２４】
なお、以下に説明する実施形態は、本発明の実現手段としての一例であり、本発明は、その趣旨を逸脱しない範囲で下記実施形態を修正又は変形したものに適用可能である。
【００２５】
図３は、鉛蓄電池ＢＴに本発明の硫酸鉛皮膜除去装置１０を接続した図である。鉛蓄電池ＢＴは出力端子となる正側端子Ｓ１および負側端子Ｓ２を備えている。正側端子Ｓ１に前記硫酸鉛皮膜除去装置１０の接続端子Ｐ１が、負側端子Ｓ２には接続端子Ｐ２が電気的に接続される。これにより、硫酸鉛皮膜除去装置１０は鉛蓄電池ＢＴから電力を得ることにより動作を開始する。
【００２６】
以下、第１実施形態の一例について説明する。図１に、硫酸鉛皮膜除去装置１０のブロック図を示す。端子Ｐ１、Ｐ２は鉛蓄電池ＢＴの正側端子Ｓ１および負側端子Ｓ２への接続端子、ケーブルＬ１、Ｌ２は硫酸鉛皮膜除去装置１０へ接続された電線ケーブルであり、鉛蓄電池へのパルスを発生するためのインダクタの役割を担う。硫酸鉛皮膜除去装置１０の電力は鉛蓄電池ＢＴから、端子Ｐ１、Ｐ２を通して電源回路１０１より供給される。
【００２７】
図１において、電源回路１０１は安定化した電源Ｖｃｃを得るための昇圧、降圧、または昇降圧を行う回路である。具体的には、３端子レギュレータや、ＤＣ-ＤＣコンバータを含む回路などになる。なお、電源回路１０１には端子Ｐ１、Ｐ２が鉛蓄電池ＢＴに対して逆電圧に接続されたときの保護回路となるダイオードを直列に設けても良い。
【００２８】
硫酸鉛皮膜除去装置１０はマイクロコンピュータ１００を内蔵し、マイクロコンピュータ１００の内部構成は、実行プログラムに従い各種演算や判定や入出力制御などを行う演算制御処理装置１０５、前記演算制御処理装置１０５の実行プログラムを格納したＲＯＭ（Ｒｅａｄ-Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒy）、前記演算制御処理装置１０５の演算結果の一時的な記憶手段となるＲＡＭ（Ｒａｎdａm Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）、鉛蓄電池の公称電圧値や蓄電残容量を判別するための値などを記憶保持するＥＥＰＲＯＭ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ Ｅｒａｓａｂｌｅ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｒｅａｄ-Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒy）、時間の計時手段となるタイマー、鉛蓄電池ＢＴの電圧検出手段となるＡＤ変換器１０６、パルス発生手段の一部となるパルス発生の周期やデューティーや前記パルス発生周期内でのパルス発生時間を変更可能なパルス発生回路１０７、前記パルス発生回路１０７の出力や、前記ＡＤ変換器１０６の入力を行うための入出力端子、マイクロコンピュータ１００をスリープさせ動作停止状態にて消費電力をほぼゼロとし、および所定時間後に動作を再開させるためのスリープタイマー、およびマイクロコンピュータ１００に内蔵された上記デバイスの動作を行うための発振器などを具備する。なお、前記パルス発生回路１０７は所定時間に設定された数のパルスを出力する回路であればよいので、前記演算処理に基づくソフトウェアによるパルス発生やＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｒａｔｉｏｎ）回路やカウンター回路や疑似乱数発生回路であってもよい。
【００２９】
鉛蓄電池ＢＴの電圧は、抵抗素子Ｒ３およびＲ４により、前記ＡＤ変換器１０６の入力電圧範囲に対応可能なように分圧され、前記分圧された電圧を平滑化および安定化させるためのコンデンサーＣ３を設けている。前記分圧された電圧は、前記ＡＤ変換器１０６へ入力される。
【００３０】
パルス発生手段１２０は、前記パルス発生回路１０７を含む、波形整形回路１０２、電流制限回路１０３、ダイオードＤ１、パルス出力抵抗Ｒ１、スイッチング素子となるＮチャンネル型電界効果トランジスターＱ１、鉛蓄電池の放電電流を検出するための電流検出抵抗Ｒ２、パルスをバイパスするためのコンデンサーＣ１およびＣ２から構成される。
【００３１】
図８は、前記パルス発生回路１０７の出力波形、電流検出抵抗Ｒ２の電圧波形、鉛蓄電池ＢＴへの充放電電流波形を示している。前記パルス発生回路１０７の出力波形および電流検出抵抗Ｒ２の電圧波形は、硫酸鉛皮膜除去装置１０の電圧基準となるＧＮＤ（グランド）端子を０Ｖとして表している。また、前記充放電電流波形は、鉛蓄電池ＢＴから放電時の電流をマイナス方向、充電時の電流をプラス方向の波形として表している。
【００３２】
図９の表は鉛蓄電池の公称電圧別の蓄電残容量と鉛蓄電池の出力電圧の関係の一例を示している。例えば公称電圧１２Ｖの鉛蓄電池の場合、蓄電残容量１０％のときの出力電圧は１１．６Ｖ、蓄電残容量１００％のときの出力電圧は１２．８Ｖ、また、鉛蓄電池の充電直後の過充電状態における出力電圧は１３．０Ｖになることを表している。なお、図９の蓄電残容量と各鉛蓄電池の公称電圧に基づく出力電圧の関係は鉛蓄電池の公称電圧や鉛蓄電池の特性により適宜変更されるものである。
【００３３】
図８に示す前記パルス発生回路１０７の出力波形であるパルス出力周期Ｔ１秒とパルス幅Ｔｗ秒は、前記演算制御処理装置１０５により可変制御可能である。図９の表の最右端列に示すように公称電圧別の蓄電残容量に応じて１秒間に出力されるパルス数が変更制御される。この制御の過程を、図９の一例の公称電圧１２Ｖの鉛蓄電池の場合について以下に説明する。
【００３４】
図４は前記演算制御処理装置１０５の処理フローを示している。端子Ｐ１、Ｐ２が１２Ｖの鉛蓄電池ＢＴに接続されると、硫酸鉛皮膜除去装置１０へ電力が供給されることにより処理を開始する（ステップＳ１００）。
【００３５】
前記演算制御処理装置１０５は前記ＡＤ変換器１０６より鉛蓄電池の分圧された電圧Ｖｘを読み込む。前記電圧Ｖｘは所定の計算により分圧前の鉛蓄電池ＢＴの出力電圧に変換される（ステップＳ１０１）。ここでは、鉛蓄電池ＢＴの公称電圧を既知の１２Ｖとしているので、変数Ｖｂｔを１２に設定する（ステップＳ１０２）。
【００３６】
前記変数Ｖｂｔに設定する値は鉛蓄電池ＢＴの蓄電残容量を判別するための値となる。前記変数Ｖｂｔは図１に示す回路素子のバラツキを含む電圧降下分を補正した電圧値、例えば前記ケーブルＬ１、Ｌ２の持つ抵抗等による電圧降下等を含んだ電圧値をＶｂｔの校正値として前記ＡＤ変換器から読込後、ＥＥＰＲＯＭに記憶および読み出し使用することも可能である。
【００３７】
前記演算制御処理装置１０５は前記ＲＡＭに図９の表に基づく蓄電残容量に対応する出力電圧を閾値電圧として配列変数Ｖｋに作成する（ステップＳ１０３）。ステップＳ１０３に示すように、この配列変数Ｖｋは前記変数Ｖｂｔを所定の倍率演算により求めることで、ＲＯＭまたはＥＥＰＲＯＭの記憶容量を削減することができる。
【００３８】
次にパラメータの初期化を行い（ステップＳ１０４）、前記電圧Ｖｘが蓄電残容量１０％未満かを判定する（ステップＳ１０５）。前記蓄電残容量が１０％未満と判定した場合、パルス発生回路出力を停止し（ステップＳ１１０）、マイクロコンピュータ１００は前記スリープタイマー以外の全ての機能を停止して所定時間のスリープモードへ移行し、硫酸鉛皮膜除去装置１０の消費電力を最小にした後、再び動作を開始する（ステップＳ１１１）。なお、ステップＳ１０１からステップＳ１１０までの処理は短時間で行われるため、パルス発生回路停止時の消費電力を大幅に削減できる。
【００３９】
前記電圧Ｖｘが蓄電残容量１０％以上であると判定した場合、図９に示す閾値電圧として算出した前記配列変数Ｖｋのどの範囲内であるかを判定する（ステップＳ１０６）。判定結果に基づき図９の表の最右端列に記載した１秒間に出力されるパルス数でパルス発生回路が駆動されるように、前記演算制御処理装置１０５はパルス発生回路パラメータとなる周期Ｔ１をセットする（ステップＳ１０７）。
【００４０】
前記パルス発生回路１０７が停止中かどうかを判定する（ステップＳ１０８）。停止中ならばパルス発生回路１０７をスタートし（ステップＳ１０９）、パルス発生回路１０７から上述した処理過程でセットされた１秒間に出力されるパルス数で図８に示すパルス発生回路１０７の出力波形を出力させる。
【００４１】
以上のように、前記演算制御処理装置１０５は前記蓄電残容量から鉛蓄電池ＢＴをパルス充放電するための所定時間に出力されるパルス数を蓄電残容量が大きければパルス数を増やし、前記硫酸鉛皮膜の除去速度を上げるとともに、過充電状態を素早く解消する。また、前記蓄電残容量が少なければ所定時間に出力されるパルス数を減らし、鉛蓄電池ＢＴが過放電にならないように、硫酸鉛皮膜除去装置１０の消費電力を抑えるように働く。また、前記演算制御処理装置１０５は鉛蓄電池ＢＴの蓄電残容量が低下し終止電圧に近づくと、前記パルス出力を止め過放電状態への移行を防ぐように働く。なお、蓄電残容量の判定は図９に示す有限の区切られた閾値電圧を用いているが、前記蓄電残容量に対する前記鉛蓄電池の出力電圧を算出する演算式を用いて連続的に前記パルス発生回路の１秒間に出力されるパルス数を可変しても良い。
【００４２】
以下、第２実施形態の一例について、図５に基づいて説明する。なお、第２実施形態では、第１実施形態と異なる部分のみ説明し、同じ部分の説明を省略する。図５は図４のステップ１０２の処理をさらに改良した処理であり、鉛蓄電池の未知の公称電圧を判定するステップを設けたものである。
【００４３】
図５の説明に先立ち、図９の各公称電圧別の終止電圧と充電電圧の範囲をバーグラフで表示した図を図１０に示す。図１０では、一般的に多用されている公称電圧が１２Ｖ、２４Ｖ、４８Ｖとなる鉛蓄電池の充放電に伴う変化し得る電圧範囲を斜線で示している。図１０から分かるように各終止電圧と充電後の過充電状態の電圧の取り得る電圧範囲は、鉛蓄電池が正常であれば互いに重なり合わないことが分かる。
【００４４】
よって鉛蓄電池の電圧を前記ＡＤ変換器により取得し、図９に示すどの公称電圧の終始電圧と過充電状態の電圧の電圧範囲に属しているかを判定することで、硫酸鉛皮膜除去装置１０が取り付けられた鉛蓄電池の公称電圧を判定できる。例えば、前記ステップＳ１０１により得られた電圧Ｖｘが１０．５Ｖ以上かつ１３．０Ｖ未満であれば、前記鉛蓄電池ＢＴの公称電圧は１２Ｖと判定できる。
【００４５】
では、図５の説明を以下に述べる。前記演算制御装置１０５は前記ＥＥＰＲＯＭに記憶された複数の異なる公称電圧値を配列変数Ｖｒｅｆに読み込む（ステップＳ２０１）。パラメータを初期化し（ステップＳ２０２）、どの公称電圧に属するかを判定する（ステップＳ２０３）。なおステップＳ２０３の演算は比較する公称電圧に基づき前記終止電圧と前記過充電状態の電圧を求め、この範囲に属するかどうかを判定する処理である。これを全配列変数Ｖｒｅfに対して順次判定する（ステップＳ２０５、ステップＳ２０６）。電圧ＶｘがステップＳ２０３の条件に合致したとき、鉛蓄電池ＢＴの公称電圧が確定され、これを変数Ｖｂｔへ代入し（ステップＳ２０４）、図４のステップＳ１０３から処理を再開することで、公称電圧Ｖｂｔを持つ鉛蓄電池の蓄電残容量に応じた前述したステップＳ１０３以降の処理を行うことができる。
【００４６】
なお、全配列変数Ｖｒｅｆを判定しても図１０に斜線で示す電圧範囲を検出できなかった場合は、取り付け対象の鉛蓄電池ＢＴは過放電による異常な電圧降下を起こしているか、あるいは予め配列変数Ｖｒｅfとして定められた公称電圧に属さない鉛電池であると判定し、ステップＳ２０６から図４のステップ１１０へ遷移する。
【００４７】
以下、第３実施形態について、図６及び図７に基づいて説明する。なお、第３実施形態では、第１実施形態と異なる部分のみ説明し、同じ部分の説明を省略する。第３実施形態において、前記パルス充放電するための所定時間に出力されるパルス数を減少または固定化する制御について、図６および図７により説明する。図６は図４のステップＳ１００とステップＳ１０１の間に設けた処理で、硫酸鉛皮膜除去装置１０が起動直後に計時を行うタイマーをゼロセット後に計時を開始する処理を行う（ステップＳ３０１）。
【００４８】
図７は図４のステップＳ１０７を置き換えた処理である。まず、前記したタイマー値の経過時間を判定し（ステップＳ３０２）、所定時間を経過していなければ、判定結果に基づき図９の表の最右端列に記載した１秒間に出力されるパルス数でパルス発生回路１０７が駆動されるように、前記演算制御処理装置１０５はパルス発生回路パラメータとなるパルス出力周期Ｔ１をセットする（ステップＳ３０３）。
【００４９】
所定時間を経過したと判定すれば前記タイマーをストップし（ステップＳ３０４）、パルス発生回路パラメータのパルス出力周期Ｔ１を例えば５０マイクロ秒とし、１秒間に出力されるパルス数を２００００に固定セットするように働く。もしくは、パルス発生回路パラメータのパルス出力周期Ｔ１を図９の最右端列に示す１秒間に出力されるパルス数を表に記載の数の１／２にセットするというようにしても良い。
【００５０】
以下、第４実施形態の一例について、図１１に基づいて説明する。なお、第４実施形態では、第１実施形態と異なる部分のみ説明し、同じ部分の説明を省略する。第４実施形態において、図１１の回路は図１の波形整形回路１０２、電流制限回路１０３の内部回路の一実施例を表しており、図１１の回路の動作を図８の波形とともに以下に説明する。
【００５１】
図１１の点線で囲まれた部分１１０は電流制限回路であり、トランジスタＱ４、抵抗Ｒ８により構成されている。抵抗Ｒ８は図１の接続ノードＮ１に接続され、電流検出抵抗Ｒ２に接続される。
【００５２】
図１１の点線で囲まれた部分を除く波形整形回路はＮＰＮトランジスタＱ２、ＰＮＰトランジスタＱ３等によるプッシュプル回路により構成される。ノードＮ２は図１のパルス発生回路に接続されている。
【００５３】
図８に示すように、パルス発生回路出力波形がＬＯＷ（０Ｖ）レベルからＨＩ（Ｖｃｃ）レベルへ変化すると図１１のノードＮ２に接続されたトランジスタＱ１、Ｑ２へのベース電圧が入力抵抗Ｒ５、スピードアップコンデンサーＣ４を通じて上昇する。これによりトランジスタＱ２はＯＮになりトランジスタＱ３はＯＦＦになる。
【００５４】
トランジスタＱ２がＯＮになるとトランジスタＱ２のエミッタ電圧が上昇し抵抗Ｒ６からコンデンサーＣ５に向かって電流が流れ、トランジスタＱ１のゲート電圧が上昇する。このとき、トランジスタＱ１のゲート電圧は抵抗Ｒ６およびコンデンサーＣ５で決まる時定数により緩やかに上昇するため、トランジスタＱ１は緩やかにＯＮになり、トランジスタＱ１に直列に接続された鉛蓄電池ＢＴからの放電電流は緩やかに大きくなっていく。
【００５５】
前記放電電流が流れ始めるとトランジスタＱ１に直列に接続された電流検出抵抗Ｒ２の電圧は上昇する。これが図８に示す立ち上がりが緩やかな抵抗Ｒ２の電圧波形となる。放電電流は徐々に増加していくが、抵抗Ｒ２の電圧が図１１に示す電流制限用トランジスタＱ４がＯＮになるベースエミッタ間電圧の約０．６Ｖ（図８のＶ２）に達するとトランジスタＱ４はＯＮになり、トランジスタＱ２のベース電圧を引き下げる方向に働き、これによりトランジスタＱ１のゲート電圧にネガティブなフィードバック制御が働くため、結果として抵抗Ｒ２に流れる電流Ｉ２がＩ２＝約０．６Ｖ／Ｒ２の式で表せる値に達したとき放電電流は一定となる。
【００５６】
上記した回路の動作により、前記放電電流は一定に制限することができるため、短時間で緩やかに、前記ケーブルＬ１、Ｌ２のインダクタ成分に一定の鉛蓄電池ＢＴへの充電のためのパルス発生エネルギーを蓄積することが可能になる。
【００５７】
次に、図８に示すように、パルス発生回路出力波形がＨＩ（Ｖｃｃ）レベルからＬＯＷ（０Ｖ）レベルへ変化すると図１１のノードＮ２に接続されたトランジスタＱ１、Ｑ２へのベース電圧が入力抵抗Ｒ５、スピードアップコンデンサーＣ４を通じて下降する。これによりトランジスタＱ２はＯＦＦになりトランジスタＱ３はＯＮになる。
【００５８】
トランジスタＱ３がＯＮになるとトランジスタＱ３のエミッタ電圧は下降し、トランジスタＱ３のエミッタ出力には抵抗が存在しないのでコンデンサーＣ５に蓄積された電荷を急峻に引き抜くことにより、トランジスタＱ１のゲート電圧が急峻に下降する。このとき、トランジスタＱ１は速やかにＯＦＦになり、トランジスタＱ１に直列に接続されたケーブルＬ１、Ｌ２のインダクタ成分に蓄積されたエネルギーが逆起電圧方向に鉛蓄電池ＢＴを充電するためのパルス電流を発生する。
【００５９】
上述したように図１１の回路構成により鉛蓄電池ＢＴへ安定した高速なパルス電流の充放電が可能となり、かつパルスの充電電流のみを極大化した硫酸鉛皮膜除去に有効なパルスを発生することができる。
【００６０】
次に、第５実施形態の一例について、図１２に基づいて説明する。なお、第５実施形態では、第１実施形態と異なる部分のみ説明し、同じ部分の説明を省略する。第５実施形態において、図１２は前記パルス発生回路１０７を疑似乱数発生回路としたときの出力波形である。前記疑似乱数発生回路は前記周期Ｔ１内に必ず１つのパルスを含み、かつ図１２中に記しているｔ１、ｔ２、ｔ３といったパルス発生時間を前記周期Ｔ１内でランダムにすることができる。これにより、外部へのノイズスペクトルの周波数拡散を行うことが可能になる。
【００６１】
図１の表示器１０４は前記鉛蓄電池の蓄電残容量を表示するためのものであり、液晶表示器として残量数値を表示しても良いし、３原色ＬＥＤとして蓄電残容量に応じて点灯色を変化させても良い。
【００６２】
なお、以上説明した各手段は上述した構成に限定されるものではなく、上記した各機能を有するものであれば、どのような構成や形態であってもよい。
【産業上の利用可能性】
【００６３】
本発明は、鉛蓄電池の電極に形成された硫酸鉛皮膜を除去する硫酸鉛皮膜除去装置に適している。
【符号の説明】
【００６４】
１０・・・ 硫酸鉛皮膜除去装置
１００・・・ マイクロコンピュータ
１０１・・・ 電源回路
１０２・・・ 波形整形回路
１０３、１１０・・・ 電流制限回路
１０４・・・表示器
１０５・・・演算制御処理装置
１０６・・・ＡＤ変換器
１０７・・・パルス発生回路
１２０・・・パルス発生手段
ＢＴ・・・鉛蓄電池
Ｓ１・・・鉛蓄電池の正側出力端子
Ｓ２・・・鉛蓄電池の負側出力端子
Ｐ１・・・硫酸鉛皮膜除去装置の正側接続端子
Ｐ２・・・硫酸鉛皮膜除去装置の負側接続端子
Ｌ１・・・正側ケーブル
Ｌ２・・・負側ケーブル
Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４、Ｒ５、Ｒ６、Ｒ７、Ｒ８・・・抵抗
Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４、Ｃ５・・・コンデンサ
Ｖｃｃ・・・電源回路出力端子
ＧＮＤ・・・硫酸鉛皮膜除去装置の電圧基準端子
Ｄ１・・・ショットキーダイオード
Ｑ１・・・Ｎチャンネル型電界効果トランジスター
Ｑ２、Ｑ３、Ｑ４・・・バイポーラトランジスター
Ｎ１、Ｎ２・・・接続ノード
Ｔｗ・・・パルスＯＮ時間
Ｔ１・・・パルス周期
Ｖ２・・・抵抗Ｒ２に発生する電圧
Ｉ２・・・鉛蓄電池の放電電流値
ＩＰ・・・鉛蓄電池の充電電流の尖頭値
ｔ１、ｔ２、ｔ３・・・パルス発生時間
【技術分野】
【０００１】
本発明は鉛蓄電池の電極に形成された硫酸鉛皮膜を除去するパルス電流発生装置に係り、特に、鉛蓄電池の公称電圧および蓄電残容量に応じて、硫酸鉛皮膜除去速度の最適化と高速化および前記パルス電流の発生に伴うノイズ出力の低減を図ったものに関する。
【背景技術】
【０００２】
鉛電池の化学反応は図２に示すように、放電時は反応前の負の電極に相当する鉛（Ｐｂ）と正の電極に相当する二酸化鉛（ＰｂＯ２）と、前記負および正の電極間に満たされた硫酸（２Ｈ２ＳＯ４）が放電により反応し、前記電極上に化学反応により生成される硫酸鉛（２ＰｂＳＯ４）と水（Ｈ２Ｏ)に変化する。充電時には前記硫酸鉛は還元され前記反応と逆の反応が起こる。
【０００３】
鉛蓄電池は直列接続された公称電圧２Ｖの単位電池を直列接続したものを一体化した電池として構成され、前記一体化した鉛蓄電池の公称電圧は１２Ｖ、２４Ｖ、３６Ｖ、４８Ｖ、７２Ｖなどと言った系列からなる。
【０００４】
鉛蓄電池は充放電の繰り返しや、過度の放電や、長期放置による自己放電などにより、電極表面に形成された硫酸鉛皮膜は非電導性結晶皮膜となり、通常の定電流や定電圧による充電では反応前の状態へ戻らなくなる。
【０００５】
この結果、前記硫酸鉛皮膜により、鉛蓄電池の内部抵抗の増加と充電後の硫酸濃度の低下により、鉛蓄電池の充放電反応は著しく低下する。
【０００６】
前記硫酸鉛皮膜にパルス電流を印加することにより前記硫酸鉛皮膜を除去する従来技術として特許文献１〜３の硫酸鉛皮膜除去装置がある。
【０００７】
また前記特許文献の従来技術として、１つの閾値電圧と比較することによりパルス出力の動作・非動作を切り替える回路がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００４−３４２５６７号公報
【特許文献２】特許第３９０２２１２号公報
【特許文献３】特開２００３−６８３７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
鉛蓄電池は充電直後には蓄電残容量が適正値よりも増大し過充電状態となり、この結果前記鉛蓄電池内の硫酸濃度が適正値よりも上がり、この状態が長時間続くと鉛蓄電池の電極を剥離させる物理的破損を起こし、鉛蓄電池の充放電反応を低下させる原因になる。特に前記現象は、鉛蓄電池の急速充電や均等充電において顕著となる。
【００１０】
また、逆に鉛蓄電池の使用により蓄電残容量が減少し終止電圧を下回ると、前記硫酸鉛皮膜が非電導性結晶皮膜に急速に変化することが知られている。これも鉛蓄電池の充放電反応を低下させる原因になる。
【００１１】
前記特許文献は硫酸鉛皮膜除去のためのパルス電流の形状や周波数、また１つの閾値比較によるパルス出力の動作・非動作については述べられているが、鉛蓄電池の充電状態や使用状態における蓄電残容量に応じた所定時間に出力されるパルス数の増減について考慮されていなかった。
【００１２】
また、前記特許文献では鉛蓄電池の公称電圧の違いにより前記パルス電流の形状や大さやパルス出力周波数を可変するための回路素子パラメータを個々に製作適用する必要があった。
【００１３】
また、前記特許文献では前記パルス電流のパルス出力周波数を固定化することにより、外部への放射ノイズ出力が前記出力周波数に固定され、前記鉛蓄電池に接続された他の機器や、電磁誘導による電波発生による隣接する電波受信機器等の他の機器等への妨害電磁波ノイズ源となる問題があった。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明はこのような問題を解決するため、本発明に係る第１の発明では、前記演算制御処理装置は、前記電圧検出手段により得られる前記鉛蓄電池の電圧値と前記鉛蓄電池の蓄電残容量を判別するための値を演算比較することで、前記鉛蓄電池の蓄電残容量を判定する。
【００１５】
前記判定結果から前記演算制御処理装置は前記蓄電残容量が大きければ所定時間に出力されるパルス数を増やす。前記パルス数を増やすことで前記硫酸鉛皮膜除去装置の消費電力は増えるが、前記硫酸鉛皮膜の除去速度を速めるとともに前記過充電状態を素早く解消できるという利点をもたらす。また、前記演算制御処理装置は前記蓄電残容量が少なければ所定時間に出力されるパルス数を減らし、前記鉛蓄電池が過放電にならないように前記硫酸鉛皮膜除去装置の消費電力を抑えるように働く。
【００１６】
また、前記演算制御処理装置は前記蓄電残容量が低下し前記鉛蓄電池の終止電圧に近づくと、前記パルス出力を止め、前記硫酸鉛皮膜除去装置の消費電力をほぼゼロとし、前記鉛蓄電池の過放電への移行を防ぐように働く。
【００１７】
また、第２の発明では、前記演算制御処理装置は、前記鉛蓄電池の電圧を検出する電圧検出手段から得られる電圧値と、前記記憶手段に記憶された複数の異なる鉛蓄電池の公称電圧を判別するための値とを演算比較し、鉛蓄電池の未知の公称電圧を自動判別する処理を含み、前述した第１の発明の動作を行う。
【００１８】
また、第３の発明では、前記第１または第２の発明に加え、前記硫酸鉛皮膜除去装置が動作を開始してから所定時間経過後に、前記所定時間毎に出力されるパルス数を減少または固定化することで前記硫酸鉛皮膜の除去速度を落とし、外部へのパルスノイズ発生の抑制や、前記鉛蓄電池の電力消耗を防ぐように働く。
【００１９】
また、第４の発明では、前記パルス発生手段から発生するパルスを時間不均一にすることで、前記パルス発生手段から外部へ放射するノイズスペクトルを周波数拡散させることができ、前記鉛蓄電池に接続された他の機器や、電磁誘導による電波発生による隣接する電波受信機器等の他の機器等へ与える妨害電磁波ノイズの低減を図ることができる。
【００２０】
また、第５の発明では、前記パルス発生手段は前記鉛蓄電池に直列接続される前記パルス電流を充放電するためのスイッチ素子を備え、前記スイッチ素子により行われる前記パルス電流の放電電流を緩やかに、充電電流を急峻にするための波形整形回路を設けるとともに、前記放電電流の最大値を所定の電流値に制限するための電流制限回路を具備することにより、前記鉛蓄電池の電源電圧によらず安定した充放電パルスを発生することができる。また、前記パルスの充放電回路はインダクタを含まない回路構成により短時間で放電電流を安定化できるため、所定時間当たりのパルス出力数をインダクタを含む回路よりも増やすことができ、前記硫酸鉛皮膜除去の高速化が可能となる。また、パルスの充電電流のみを極大化した前記硫酸鉛皮膜の除去に有効なパルス電流を発生することができる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、鉛蓄電池の複数の異なる公称電圧および蓄電残容量に応じて、前記鉛蓄電池の電極板上に形成された硫酸鉛皮膜を除去する充放電パルスの所定時間に出力されるパルス数を増減または停止することで、前記硫酸鉛皮膜の除去速度の最適化と高速化を図るとともに、前記鉛蓄電池の過充電や過放電を抑制することができ、また外部へのノイズ出力の低減を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の第１実施形態に係る硫酸鉛皮膜除去装置の内部ブロック図である。
【図２】鉛蓄電池の充放電における化学反応を示す図である。
【図３】本発明の第１実施形態に係る硫酸鉛皮膜除去装置と鉛電池との接続状態の一例を示す図である。
【図４】本発明の第１実施形態に係る硫酸鉛皮膜除去の制御フローの一例を示す図である。
【図５】図４の制御フローの一部を置き換えた、本発明の第２実施形態に係る硫酸鉛皮膜除去の制御フローの一例を示す図である。
【図６】図４の制御フローの一部を置き換えた、本発明の第３実施形態に係る硫酸鉛皮膜除去の制御フローの一例を示す図である。
【図７】図４の制御フローの一部（図６と異なる部分）を置き換えた、本発明の第３実施形態に係る硫酸鉛皮膜除去の制御フローの一例を示す図である。
【図８】本発明の第１実施形態に係る硫酸鉛皮膜除去装置が具備するパルス発生手段におけるパルス発生回路の出力電圧波形、放電時の電流波形および鉛蓄電池への充放電電流波形の一例を示す図である。
【図９】鉛蓄電池の公称電圧別の蓄電残容量と出力電圧の関係および、本発明の第１実施形態に係る蓄電残容量に対するパルス発生手段から１秒間に出力されるパルス数の関係の一例を示す図である。
【図１０】図９の各公称電圧の終止電圧と充電電圧をバーグラフで併記した図である。
【図１１】本発明の第４実施形態に係る硫酸鉛皮膜除去のパルス発生手段となる回路の一例を示す図である。
【図１２】本発明の第５実施形態に係る硫酸鉛皮膜除去のパルス発生手段におけるパルス発生回路を疑似乱数発生回路としたときのパルス出力電圧波形の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
次に、本発明に係る実施形態について、図面を参照しながら説明する。
【００２４】
なお、以下に説明する実施形態は、本発明の実現手段としての一例であり、本発明は、その趣旨を逸脱しない範囲で下記実施形態を修正又は変形したものに適用可能である。
【００２５】
図３は、鉛蓄電池ＢＴに本発明の硫酸鉛皮膜除去装置１０を接続した図である。鉛蓄電池ＢＴは出力端子となる正側端子Ｓ１および負側端子Ｓ２を備えている。正側端子Ｓ１に前記硫酸鉛皮膜除去装置１０の接続端子Ｐ１が、負側端子Ｓ２には接続端子Ｐ２が電気的に接続される。これにより、硫酸鉛皮膜除去装置１０は鉛蓄電池ＢＴから電力を得ることにより動作を開始する。
【００２６】
以下、第１実施形態の一例について説明する。図１に、硫酸鉛皮膜除去装置１０のブロック図を示す。端子Ｐ１、Ｐ２は鉛蓄電池ＢＴの正側端子Ｓ１および負側端子Ｓ２への接続端子、ケーブルＬ１、Ｌ２は硫酸鉛皮膜除去装置１０へ接続された電線ケーブルであり、鉛蓄電池へのパルスを発生するためのインダクタの役割を担う。硫酸鉛皮膜除去装置１０の電力は鉛蓄電池ＢＴから、端子Ｐ１、Ｐ２を通して電源回路１０１より供給される。
【００２７】
図１において、電源回路１０１は安定化した電源Ｖｃｃを得るための昇圧、降圧、または昇降圧を行う回路である。具体的には、３端子レギュレータや、ＤＣ-ＤＣコンバータを含む回路などになる。なお、電源回路１０１には端子Ｐ１、Ｐ２が鉛蓄電池ＢＴに対して逆電圧に接続されたときの保護回路となるダイオードを直列に設けても良い。
【００２８】
硫酸鉛皮膜除去装置１０はマイクロコンピュータ１００を内蔵し、マイクロコンピュータ１００の内部構成は、実行プログラムに従い各種演算や判定や入出力制御などを行う演算制御処理装置１０５、前記演算制御処理装置１０５の実行プログラムを格納したＲＯＭ（Ｒｅａｄ-Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒy）、前記演算制御処理装置１０５の演算結果の一時的な記憶手段となるＲＡＭ（Ｒａｎdａm Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）、鉛蓄電池の公称電圧値や蓄電残容量を判別するための値などを記憶保持するＥＥＰＲＯＭ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ Ｅｒａｓａｂｌｅ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｒｅａｄ-Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒy）、時間の計時手段となるタイマー、鉛蓄電池ＢＴの電圧検出手段となるＡＤ変換器１０６、パルス発生手段の一部となるパルス発生の周期やデューティーや前記パルス発生周期内でのパルス発生時間を変更可能なパルス発生回路１０７、前記パルス発生回路１０７の出力や、前記ＡＤ変換器１０６の入力を行うための入出力端子、マイクロコンピュータ１００をスリープさせ動作停止状態にて消費電力をほぼゼロとし、および所定時間後に動作を再開させるためのスリープタイマー、およびマイクロコンピュータ１００に内蔵された上記デバイスの動作を行うための発振器などを具備する。なお、前記パルス発生回路１０７は所定時間に設定された数のパルスを出力する回路であればよいので、前記演算処理に基づくソフトウェアによるパルス発生やＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｒａｔｉｏｎ）回路やカウンター回路や疑似乱数発生回路であってもよい。
【００２９】
鉛蓄電池ＢＴの電圧は、抵抗素子Ｒ３およびＲ４により、前記ＡＤ変換器１０６の入力電圧範囲に対応可能なように分圧され、前記分圧された電圧を平滑化および安定化させるためのコンデンサーＣ３を設けている。前記分圧された電圧は、前記ＡＤ変換器１０６へ入力される。
【００３０】
パルス発生手段１２０は、前記パルス発生回路１０７を含む、波形整形回路１０２、電流制限回路１０３、ダイオードＤ１、パルス出力抵抗Ｒ１、スイッチング素子となるＮチャンネル型電界効果トランジスターＱ１、鉛蓄電池の放電電流を検出するための電流検出抵抗Ｒ２、パルスをバイパスするためのコンデンサーＣ１およびＣ２から構成される。
【００３１】
図８は、前記パルス発生回路１０７の出力波形、電流検出抵抗Ｒ２の電圧波形、鉛蓄電池ＢＴへの充放電電流波形を示している。前記パルス発生回路１０７の出力波形および電流検出抵抗Ｒ２の電圧波形は、硫酸鉛皮膜除去装置１０の電圧基準となるＧＮＤ（グランド）端子を０Ｖとして表している。また、前記充放電電流波形は、鉛蓄電池ＢＴから放電時の電流をマイナス方向、充電時の電流をプラス方向の波形として表している。
【００３２】
図９の表は鉛蓄電池の公称電圧別の蓄電残容量と鉛蓄電池の出力電圧の関係の一例を示している。例えば公称電圧１２Ｖの鉛蓄電池の場合、蓄電残容量１０％のときの出力電圧は１１．６Ｖ、蓄電残容量１００％のときの出力電圧は１２．８Ｖ、また、鉛蓄電池の充電直後の過充電状態における出力電圧は１３．０Ｖになることを表している。なお、図９の蓄電残容量と各鉛蓄電池の公称電圧に基づく出力電圧の関係は鉛蓄電池の公称電圧や鉛蓄電池の特性により適宜変更されるものである。
【００３３】
図８に示す前記パルス発生回路１０７の出力波形であるパルス出力周期Ｔ１秒とパルス幅Ｔｗ秒は、前記演算制御処理装置１０５により可変制御可能である。図９の表の最右端列に示すように公称電圧別の蓄電残容量に応じて１秒間に出力されるパルス数が変更制御される。この制御の過程を、図９の一例の公称電圧１２Ｖの鉛蓄電池の場合について以下に説明する。
【００３４】
図４は前記演算制御処理装置１０５の処理フローを示している。端子Ｐ１、Ｐ２が１２Ｖの鉛蓄電池ＢＴに接続されると、硫酸鉛皮膜除去装置１０へ電力が供給されることにより処理を開始する（ステップＳ１００）。
【００３５】
前記演算制御処理装置１０５は前記ＡＤ変換器１０６より鉛蓄電池の分圧された電圧Ｖｘを読み込む。前記電圧Ｖｘは所定の計算により分圧前の鉛蓄電池ＢＴの出力電圧に変換される（ステップＳ１０１）。ここでは、鉛蓄電池ＢＴの公称電圧を既知の１２Ｖとしているので、変数Ｖｂｔを１２に設定する（ステップＳ１０２）。
【００３６】
前記変数Ｖｂｔに設定する値は鉛蓄電池ＢＴの蓄電残容量を判別するための値となる。前記変数Ｖｂｔは図１に示す回路素子のバラツキを含む電圧降下分を補正した電圧値、例えば前記ケーブルＬ１、Ｌ２の持つ抵抗等による電圧降下等を含んだ電圧値をＶｂｔの校正値として前記ＡＤ変換器から読込後、ＥＥＰＲＯＭに記憶および読み出し使用することも可能である。
【００３７】
前記演算制御処理装置１０５は前記ＲＡＭに図９の表に基づく蓄電残容量に対応する出力電圧を閾値電圧として配列変数Ｖｋに作成する（ステップＳ１０３）。ステップＳ１０３に示すように、この配列変数Ｖｋは前記変数Ｖｂｔを所定の倍率演算により求めることで、ＲＯＭまたはＥＥＰＲＯＭの記憶容量を削減することができる。
【００３８】
次にパラメータの初期化を行い（ステップＳ１０４）、前記電圧Ｖｘが蓄電残容量１０％未満かを判定する（ステップＳ１０５）。前記蓄電残容量が１０％未満と判定した場合、パルス発生回路出力を停止し（ステップＳ１１０）、マイクロコンピュータ１００は前記スリープタイマー以外の全ての機能を停止して所定時間のスリープモードへ移行し、硫酸鉛皮膜除去装置１０の消費電力を最小にした後、再び動作を開始する（ステップＳ１１１）。なお、ステップＳ１０１からステップＳ１１０までの処理は短時間で行われるため、パルス発生回路停止時の消費電力を大幅に削減できる。
【００３９】
前記電圧Ｖｘが蓄電残容量１０％以上であると判定した場合、図９に示す閾値電圧として算出した前記配列変数Ｖｋのどの範囲内であるかを判定する（ステップＳ１０６）。判定結果に基づき図９の表の最右端列に記載した１秒間に出力されるパルス数でパルス発生回路が駆動されるように、前記演算制御処理装置１０５はパルス発生回路パラメータとなる周期Ｔ１をセットする（ステップＳ１０７）。
【００４０】
前記パルス発生回路１０７が停止中かどうかを判定する（ステップＳ１０８）。停止中ならばパルス発生回路１０７をスタートし（ステップＳ１０９）、パルス発生回路１０７から上述した処理過程でセットされた１秒間に出力されるパルス数で図８に示すパルス発生回路１０７の出力波形を出力させる。
【００４１】
以上のように、前記演算制御処理装置１０５は前記蓄電残容量から鉛蓄電池ＢＴをパルス充放電するための所定時間に出力されるパルス数を蓄電残容量が大きければパルス数を増やし、前記硫酸鉛皮膜の除去速度を上げるとともに、過充電状態を素早く解消する。また、前記蓄電残容量が少なければ所定時間に出力されるパルス数を減らし、鉛蓄電池ＢＴが過放電にならないように、硫酸鉛皮膜除去装置１０の消費電力を抑えるように働く。また、前記演算制御処理装置１０５は鉛蓄電池ＢＴの蓄電残容量が低下し終止電圧に近づくと、前記パルス出力を止め過放電状態への移行を防ぐように働く。なお、蓄電残容量の判定は図９に示す有限の区切られた閾値電圧を用いているが、前記蓄電残容量に対する前記鉛蓄電池の出力電圧を算出する演算式を用いて連続的に前記パルス発生回路の１秒間に出力されるパルス数を可変しても良い。
【００４２】
以下、第２実施形態の一例について、図５に基づいて説明する。なお、第２実施形態では、第１実施形態と異なる部分のみ説明し、同じ部分の説明を省略する。図５は図４のステップ１０２の処理をさらに改良した処理であり、鉛蓄電池の未知の公称電圧を判定するステップを設けたものである。
【００４３】
図５の説明に先立ち、図９の各公称電圧別の終止電圧と充電電圧の範囲をバーグラフで表示した図を図１０に示す。図１０では、一般的に多用されている公称電圧が１２Ｖ、２４Ｖ、４８Ｖとなる鉛蓄電池の充放電に伴う変化し得る電圧範囲を斜線で示している。図１０から分かるように各終止電圧と充電後の過充電状態の電圧の取り得る電圧範囲は、鉛蓄電池が正常であれば互いに重なり合わないことが分かる。
【００４４】
よって鉛蓄電池の電圧を前記ＡＤ変換器により取得し、図９に示すどの公称電圧の終始電圧と過充電状態の電圧の電圧範囲に属しているかを判定することで、硫酸鉛皮膜除去装置１０が取り付けられた鉛蓄電池の公称電圧を判定できる。例えば、前記ステップＳ１０１により得られた電圧Ｖｘが１０．５Ｖ以上かつ１３．０Ｖ未満であれば、前記鉛蓄電池ＢＴの公称電圧は１２Ｖと判定できる。
【００４５】
では、図５の説明を以下に述べる。前記演算制御装置１０５は前記ＥＥＰＲＯＭに記憶された複数の異なる公称電圧値を配列変数Ｖｒｅｆに読み込む（ステップＳ２０１）。パラメータを初期化し（ステップＳ２０２）、どの公称電圧に属するかを判定する（ステップＳ２０３）。なおステップＳ２０３の演算は比較する公称電圧に基づき前記終止電圧と前記過充電状態の電圧を求め、この範囲に属するかどうかを判定する処理である。これを全配列変数Ｖｒｅfに対して順次判定する（ステップＳ２０５、ステップＳ２０６）。電圧ＶｘがステップＳ２０３の条件に合致したとき、鉛蓄電池ＢＴの公称電圧が確定され、これを変数Ｖｂｔへ代入し（ステップＳ２０４）、図４のステップＳ１０３から処理を再開することで、公称電圧Ｖｂｔを持つ鉛蓄電池の蓄電残容量に応じた前述したステップＳ１０３以降の処理を行うことができる。
【００４６】
なお、全配列変数Ｖｒｅｆを判定しても図１０に斜線で示す電圧範囲を検出できなかった場合は、取り付け対象の鉛蓄電池ＢＴは過放電による異常な電圧降下を起こしているか、あるいは予め配列変数Ｖｒｅfとして定められた公称電圧に属さない鉛電池であると判定し、ステップＳ２０６から図４のステップ１１０へ遷移する。
【００４７】
以下、第３実施形態について、図６及び図７に基づいて説明する。なお、第３実施形態では、第１実施形態と異なる部分のみ説明し、同じ部分の説明を省略する。第３実施形態において、前記パルス充放電するための所定時間に出力されるパルス数を減少または固定化する制御について、図６および図７により説明する。図６は図４のステップＳ１００とステップＳ１０１の間に設けた処理で、硫酸鉛皮膜除去装置１０が起動直後に計時を行うタイマーをゼロセット後に計時を開始する処理を行う（ステップＳ３０１）。
【００４８】
図７は図４のステップＳ１０７を置き換えた処理である。まず、前記したタイマー値の経過時間を判定し（ステップＳ３０２）、所定時間を経過していなければ、判定結果に基づき図９の表の最右端列に記載した１秒間に出力されるパルス数でパルス発生回路１０７が駆動されるように、前記演算制御処理装置１０５はパルス発生回路パラメータとなるパルス出力周期Ｔ１をセットする（ステップＳ３０３）。
【００４９】
所定時間を経過したと判定すれば前記タイマーをストップし（ステップＳ３０４）、パルス発生回路パラメータのパルス出力周期Ｔ１を例えば５０マイクロ秒とし、１秒間に出力されるパルス数を２００００に固定セットするように働く。もしくは、パルス発生回路パラメータのパルス出力周期Ｔ１を図９の最右端列に示す１秒間に出力されるパルス数を表に記載の数の１／２にセットするというようにしても良い。
【００５０】
以下、第４実施形態の一例について、図１１に基づいて説明する。なお、第４実施形態では、第１実施形態と異なる部分のみ説明し、同じ部分の説明を省略する。第４実施形態において、図１１の回路は図１の波形整形回路１０２、電流制限回路１０３の内部回路の一実施例を表しており、図１１の回路の動作を図８の波形とともに以下に説明する。
【００５１】
図１１の点線で囲まれた部分１１０は電流制限回路であり、トランジスタＱ４、抵抗Ｒ８により構成されている。抵抗Ｒ８は図１の接続ノードＮ１に接続され、電流検出抵抗Ｒ２に接続される。
【００５２】
図１１の点線で囲まれた部分を除く波形整形回路はＮＰＮトランジスタＱ２、ＰＮＰトランジスタＱ３等によるプッシュプル回路により構成される。ノードＮ２は図１のパルス発生回路に接続されている。
【００５３】
図８に示すように、パルス発生回路出力波形がＬＯＷ（０Ｖ）レベルからＨＩ（Ｖｃｃ）レベルへ変化すると図１１のノードＮ２に接続されたトランジスタＱ１、Ｑ２へのベース電圧が入力抵抗Ｒ５、スピードアップコンデンサーＣ４を通じて上昇する。これによりトランジスタＱ２はＯＮになりトランジスタＱ３はＯＦＦになる。
【００５４】
トランジスタＱ２がＯＮになるとトランジスタＱ２のエミッタ電圧が上昇し抵抗Ｒ６からコンデンサーＣ５に向かって電流が流れ、トランジスタＱ１のゲート電圧が上昇する。このとき、トランジスタＱ１のゲート電圧は抵抗Ｒ６およびコンデンサーＣ５で決まる時定数により緩やかに上昇するため、トランジスタＱ１は緩やかにＯＮになり、トランジスタＱ１に直列に接続された鉛蓄電池ＢＴからの放電電流は緩やかに大きくなっていく。
【００５５】
前記放電電流が流れ始めるとトランジスタＱ１に直列に接続された電流検出抵抗Ｒ２の電圧は上昇する。これが図８に示す立ち上がりが緩やかな抵抗Ｒ２の電圧波形となる。放電電流は徐々に増加していくが、抵抗Ｒ２の電圧が図１１に示す電流制限用トランジスタＱ４がＯＮになるベースエミッタ間電圧の約０．６Ｖ（図８のＶ２）に達するとトランジスタＱ４はＯＮになり、トランジスタＱ２のベース電圧を引き下げる方向に働き、これによりトランジスタＱ１のゲート電圧にネガティブなフィードバック制御が働くため、結果として抵抗Ｒ２に流れる電流Ｉ２がＩ２＝約０．６Ｖ／Ｒ２の式で表せる値に達したとき放電電流は一定となる。
【００５６】
上記した回路の動作により、前記放電電流は一定に制限することができるため、短時間で緩やかに、前記ケーブルＬ１、Ｌ２のインダクタ成分に一定の鉛蓄電池ＢＴへの充電のためのパルス発生エネルギーを蓄積することが可能になる。
【００５７】
次に、図８に示すように、パルス発生回路出力波形がＨＩ（Ｖｃｃ）レベルからＬＯＷ（０Ｖ）レベルへ変化すると図１１のノードＮ２に接続されたトランジスタＱ１、Ｑ２へのベース電圧が入力抵抗Ｒ５、スピードアップコンデンサーＣ４を通じて下降する。これによりトランジスタＱ２はＯＦＦになりトランジスタＱ３はＯＮになる。
【００５８】
トランジスタＱ３がＯＮになるとトランジスタＱ３のエミッタ電圧は下降し、トランジスタＱ３のエミッタ出力には抵抗が存在しないのでコンデンサーＣ５に蓄積された電荷を急峻に引き抜くことにより、トランジスタＱ１のゲート電圧が急峻に下降する。このとき、トランジスタＱ１は速やかにＯＦＦになり、トランジスタＱ１に直列に接続されたケーブルＬ１、Ｌ２のインダクタ成分に蓄積されたエネルギーが逆起電圧方向に鉛蓄電池ＢＴを充電するためのパルス電流を発生する。
【００５９】
上述したように図１１の回路構成により鉛蓄電池ＢＴへ安定した高速なパルス電流の充放電が可能となり、かつパルスの充電電流のみを極大化した硫酸鉛皮膜除去に有効なパルスを発生することができる。
【００６０】
次に、第５実施形態の一例について、図１２に基づいて説明する。なお、第５実施形態では、第１実施形態と異なる部分のみ説明し、同じ部分の説明を省略する。第５実施形態において、図１２は前記パルス発生回路１０７を疑似乱数発生回路としたときの出力波形である。前記疑似乱数発生回路は前記周期Ｔ１内に必ず１つのパルスを含み、かつ図１２中に記しているｔ１、ｔ２、ｔ３といったパルス発生時間を前記周期Ｔ１内でランダムにすることができる。これにより、外部へのノイズスペクトルの周波数拡散を行うことが可能になる。
【００６１】
図１の表示器１０４は前記鉛蓄電池の蓄電残容量を表示するためのものであり、液晶表示器として残量数値を表示しても良いし、３原色ＬＥＤとして蓄電残容量に応じて点灯色を変化させても良い。
【００６２】
なお、以上説明した各手段は上述した構成に限定されるものではなく、上記した各機能を有するものであれば、どのような構成や形態であってもよい。
【産業上の利用可能性】
【００６３】
本発明は、鉛蓄電池の電極に形成された硫酸鉛皮膜を除去する硫酸鉛皮膜除去装置に適している。
【符号の説明】
【００６４】
１０・・・ 硫酸鉛皮膜除去装置
１００・・・ マイクロコンピュータ
１０１・・・ 電源回路
１０２・・・ 波形整形回路
１０３、１１０・・・ 電流制限回路
１０４・・・表示器
１０５・・・演算制御処理装置
１０６・・・ＡＤ変換器
１０７・・・パルス発生回路
１２０・・・パルス発生手段
ＢＴ・・・鉛蓄電池
Ｓ１・・・鉛蓄電池の正側出力端子
Ｓ２・・・鉛蓄電池の負側出力端子
Ｐ１・・・硫酸鉛皮膜除去装置の正側接続端子
Ｐ２・・・硫酸鉛皮膜除去装置の負側接続端子
Ｌ１・・・正側ケーブル
Ｌ２・・・負側ケーブル
Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４、Ｒ５、Ｒ６、Ｒ７、Ｒ８・・・抵抗
Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４、Ｃ５・・・コンデンサ
Ｖｃｃ・・・電源回路出力端子
ＧＮＤ・・・硫酸鉛皮膜除去装置の電圧基準端子
Ｄ１・・・ショットキーダイオード
Ｑ１・・・Ｎチャンネル型電界効果トランジスター
Ｑ２、Ｑ３、Ｑ４・・・バイポーラトランジスター
Ｎ１、Ｎ２・・・接続ノード
Ｔｗ・・・パルスＯＮ時間
Ｔ１・・・パルス周期
Ｖ２・・・抵抗Ｒ２に発生する電圧
Ｉ２・・・鉛蓄電池の放電電流値
ＩＰ・・・鉛蓄電池の充電電流の尖頭値
ｔ１、ｔ２、ｔ３・・・パルス発生時間
【特許請求の範囲】
【請求項１】
鉛蓄電池にパルス電流を充放電して、パルス鉛蓄電池の電極に形成された硫酸鉛皮膜を除去する装置であって、前記鉛蓄電池の電圧を検出するための電圧検出手段と、前記鉛蓄電池にパルス電流を充放電するためのパルス発生手段と、前記パルス発生手段を制御するための演算制御処理装置と、前記鉛蓄電池の蓄電残容量を判別するための値を記憶した記憶手段を具備し、前記演算制御処理装置は、前記鉛蓄電池の電圧値と前記鉛蓄電池の蓄電残容量を判別するための値を演算比較し、比較結果から判定される結果に応じて前記パルス発生手段から所定時間に出力されるパルス数を増減または停止することを特徴とする硫酸鉛皮膜除去装置。
【請求項２】
前記記憶手段には複数の異なる鉛蓄電池の公称電圧を判別するための値が記憶され、前記演算制御処理装置は、前記鉛蓄電池の電圧値と前記複数の異なる鉛蓄電池の公称電圧を判別するための値を演算比較し、前記鉛蓄電池の公称電圧を自動判別することを特徴とする請求項１に記載の硫酸鉛皮膜除去装置。
【請求項３】
前記硫酸鉛皮膜除去装置は時間を計時する計時手段を具備し、前記硫酸鉛皮膜除去装置は所定時間後に、前記所定時間に出力されるパルス数を減少または固定化することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の硫酸鉛皮膜除去装置。
【請求項４】
前記パルス発生手段から発生するパルスは時間不均一に発生するパルスであることを特徴とする請求項１及至請求項３のいずれか１項に記載の硫酸鉛皮膜除去装置。
【請求項５】
前記パルス発生手段は前記鉛蓄電池に直列接続される前記パルス電流を充放電するためのスイッチ素子を備え、前記スイッチ素子により行われる前記パルス電流の放電電流を緩やかに、充電電流を急峻にするための波形整形回路を具備するとともに、前記放電電流の最大値を所定の電流値に制限するための電流制限回路を具備することを特徴とする請求項１及至請求項４のいずれか１項に記載の硫酸鉛皮膜除去装置。
【請求項１】
鉛蓄電池にパルス電流を充放電して、パルス鉛蓄電池の電極に形成された硫酸鉛皮膜を除去する装置であって、前記鉛蓄電池の電圧を検出するための電圧検出手段と、前記鉛蓄電池にパルス電流を充放電するためのパルス発生手段と、前記パルス発生手段を制御するための演算制御処理装置と、前記鉛蓄電池の蓄電残容量を判別するための値を記憶した記憶手段を具備し、前記演算制御処理装置は、前記鉛蓄電池の電圧値と前記鉛蓄電池の蓄電残容量を判別するための値を演算比較し、比較結果から判定される結果に応じて前記パルス発生手段から所定時間に出力されるパルス数を増減または停止することを特徴とする硫酸鉛皮膜除去装置。
【請求項２】
前記記憶手段には複数の異なる鉛蓄電池の公称電圧を判別するための値が記憶され、前記演算制御処理装置は、前記鉛蓄電池の電圧値と前記複数の異なる鉛蓄電池の公称電圧を判別するための値を演算比較し、前記鉛蓄電池の公称電圧を自動判別することを特徴とする請求項１に記載の硫酸鉛皮膜除去装置。
【請求項３】
前記硫酸鉛皮膜除去装置は時間を計時する計時手段を具備し、前記硫酸鉛皮膜除去装置は所定時間後に、前記所定時間に出力されるパルス数を減少または固定化することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の硫酸鉛皮膜除去装置。
【請求項４】
前記パルス発生手段から発生するパルスは時間不均一に発生するパルスであることを特徴とする請求項１及至請求項３のいずれか１項に記載の硫酸鉛皮膜除去装置。
【請求項５】
前記パルス発生手段は前記鉛蓄電池に直列接続される前記パルス電流を充放電するためのスイッチ素子を備え、前記スイッチ素子により行われる前記パルス電流の放電電流を緩やかに、充電電流を急峻にするための波形整形回路を具備するとともに、前記放電電流の最大値を所定の電流値に制限するための電流制限回路を具備することを特徴とする請求項１及至請求項４のいずれか１項に記載の硫酸鉛皮膜除去装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２０１３−７７３９３（Ｐ２０１３−７７３９３Ａ）
【公開日】平成２５年４月２５日（２０１３．４．２５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２１５２６４（Ｐ２０１１−２１５２６４）
【出願日】平成２３年９月２９日（２０１１．９．２９）
【出願人】（５１１２３６１０９）センシンテクノ株式会社 (1)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年４月２５日（２０１３．４．２５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年９月２９日（２０１１．９．２９）
【出願人】（５１１２３６１０９）センシンテクノ株式会社 (1)
【Ｆターム（参考）】
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