JP6542599B2 - 鉛蓄電池管理装置および鉛蓄電池管理方法 - Google Patents

Description

本発明は、鉛蓄電池管理装置および鉛蓄電池管理方法に関するものである。

二次電池である鉛蓄電池は、充放電を繰り返すと、電解液が硫酸と水の層に分かれる成層化が生じ、電気的特性が低下する。このような場合には、鉛蓄電池の充電時に過充電を行い、ガスを発生させることにより、電解液の成層化を緩和することができる。しかしながら、過充電を行うと、成層化は緩和できるが、ガスの発生により電解液が減少するため、補液を行う等のメンテナンスが必要になる。

そこで、特許文献１に開示された技術では、電動フォークリフトの電源である鉛蓄電池の一部を冷却装置により局所的に冷却することで、電解液を熱的に対流させ、電解液に生じた成層化を緩和している。

特開２０１３−２４０１８４号公報

ところで、特許文献１に開示された技術では、フォークリフトの動作中は、鉛蓄電池に蓄積されている電力によって冷却装置を動作させるため、鉛蓄電池の電力が冷却のために消費されてしまい、稼働時間や走行距離等が短縮してしまう。自動車用鉛蓄電池に置き換えると、電池の冷却のために消費された電力の充電のために燃料が消費され、燃費性能が低下するという問題点がある。

本発明は、燃費性能を低下することなく、鉛蓄電池の成層化を緩和することが可能な鉛蓄電池管理装置および鉛蓄電池管理方法を提供することを目的としている。

上記課題を解決するために、本発明は、車両に搭載された鉛蓄電池の状態を管理する鉛蓄電池管理装置において、電力を用いて前記鉛蓄電池に刺激を印加する刺激手段と、オルタネータによって前記鉛蓄電池を回生充電中に、前記オルタネータによって生成された電力のうち、前記鉛蓄電池に充電されない余剰電力の発生を検出する検出手段と、前記回生充電中に、前記検出手段によって前記余剰電力の発生が検出された場合には、前記刺激手段に電力を供給して、前記鉛蓄電池に刺激を印加する制御を実行する制御手段と、を有し、前記制御手段は、前記鉛蓄電池の温度が所定の閾値よりも低い場合には、前記鉛蓄電池の電解液に対して熱を印加する前記刺激手段を使用し、それ以外の場合には、前記鉛蓄電池の電解液に気泡を生じる前記刺激手段および電解液内に配置された磁性部材に対して磁場を印加することで振動または回転させる前記刺激手段の少なくとも一方を使用する、ことを特徴とする。

また、本発明は、前記制御手段は、前記余剰電力に対応する電力の少なくとも一部を前記刺激手段に供給することを特徴とする。
このような構成によれば、余剰電力を有効活用しつつ、鉛蓄電池の状態を回復することができる。

また、本発明は、前記鉛蓄電池の成層化の状況を検出する成層化検出手段をさらに有し、前記制御手段は、前記成層化検出手段の検出結果から成層化の状況が進んでいると判定した場合に、前記刺激手段に電力を供給して、前記鉛蓄電池に刺激を印加することを特徴とする。
このような構成によれば、鉛蓄電池の成層化が進んでいる場合には、刺激を印加することで、成層化を緩和することができる。

また、本発明は、前記刺激手段は、前記鉛蓄電池に対して、刺激を印加することで、前記鉛蓄電池のサルフェーションを緩和することを特徴とする。
このような構成によれば、サルフェーションも併せて緩和することができる。

前記刺激手段は、前記鉛蓄電池に対して、パルス電圧を印加して充電することでサルフェーションを緩和することを特徴とする。
このような構成によれば、パルス電圧によってサルフェーションを効率良く解消することができる。

また、本発明は、前記刺激手段は、前記鉛蓄電池をパルス状に放電させることで、前記鉛蓄電池の分極を解消することを特徴とする。
このような構成によれば、分極も併せて緩和することができる。

また、本発明は、車両に搭載された鉛蓄電池の状態を管理する鉛蓄電池管理方法であって、電力を用いて前記鉛蓄電池に刺激する刺激手段を有する鉛蓄電池管理方法において、オルタネータによって前記鉛蓄電池を回生充電中に、前記オルタネータによって生成された電力のうち、前記鉛蓄電池に充電されない余剰電力の発生を検出する検出ステップと、前記回生充電中に、前記検出ステップにおいて前記余剰電力の発生が検出された場合には、前記刺激手段に電力を供給して、前記鉛蓄電池に刺激を印加する制御を実行する制御ステップと、を有し、前記制御ステップは、前記鉛蓄電池の温度が所定の閾値よりも低い場合には、前記鉛蓄電池の電解液に対して熱を印加する前記刺激手段を使用し、それ以外の場合には、前記鉛蓄電池の電解液に気泡を生じる前記刺激手段および電解液内に配置された磁性部材に対して磁場を印加することで振動または回転させる前記刺激手段の少なくとも一方を使用する、ことを特徴とする。
このような方法によれば、燃費性能を低下することなく、鉛蓄電池の成層化を緩和することが可能になる。

本発明によれば、燃費性能を低下することなく、鉛蓄電池の成層化を緩和することが可能な鉛蓄電池管理装置および鉛蓄電池管理方法を提供することが可能となる。

本発明の第１実施形態に係る鉛蓄電池管理装置の構成例を示す図である。 図１に示す鉛蓄電池刺激部の詳細な構成例を示す図である。 図１に示す第１実施形態の動作を説明するための図である。 図１に示す第１実施形態の動作を説明するための図である。 図１に示す第１実施形態で実行される処理の詳細を説明するフローチャートである。 図４のステップＳ１５に示す「降下量に応じて鉛蓄電池刺激部作動処理」の詳細を説明するフローチャートである。 本発明の第２実施形態に係る鉛蓄電池管理装置の構成例を示す図である。 本発明の第３実施形態に係る鉛蓄電池管理装置の構成例を示す図である。 本発明の第４実施形態の動作を説明するためのフローチャートの一例である。

次に、本発明の実施形態について説明する。

（Ａ）第１実施形態の構成の説明
図１は、本発明の第１実施形態に係る電源管理装置を有する車両の電源系統を示す図である。この図に示すように、車両の電源系統は、オルタネータ１０、制御部１１、電圧センサ１２、電流センサ１３、温度センサ１４、鉛蓄電池１５、鉛蓄電池刺激部１６、充放電部１７、および、負荷１８を有している。

ここで、オルタネータ１０は、図示しないエンジンによって駆動され、交流電力を発生して整流回路によって直流電力に変換し、鉛蓄電池１５を充電する。

鉛蓄電池１５は、陽極が二酸化鉛板、陰極が鉛板、電解液が希硫酸によって構成され、オルタネータ１０によって充電され、図示しないスタータモータを駆動してエンジンを始動するとともに、負荷１８に電力を供給する。

電圧センサ１２は、鉛蓄電池１５の端子電圧を検出し、制御部１１に通知する。電流センサ１３は、鉛蓄電池１５に流れる電流を検出し、制御部１１に通知する。温度センサ１４は、鉛蓄電池１５自体または周囲の環境温度を検出し、制御部１１に通知する。

制御部１１は、電圧センサ１２、電流センサ１３、および、温度センサ１４の出力を参照し、鉛蓄電池１５の状態を検出するとともに、オルタネータ１０の発電電圧を制御することで鉛蓄電池１５の充電状態を制御する。また、制御部１１は、鉛蓄電池刺激部１６および充放電部１７を制御することで、鉛蓄電池１５の状態を回復する。

鉛蓄電池刺激部１６は、制御部１１によって制御され、鉛蓄電池１５に対して刺激を印加し、成層化、および、分極等を緩和する。

図２は、鉛蓄電池刺激部１６の構成例を示している。この例では、鉛蓄電池刺激部１６は、導電性部材１６ａ、ヒータ１６ｂ、および、スイッチ１６ｃを有している。なお、図２では、構成要素を分かり易くするために、導電性部材１６ａおよびヒータ１６ｂは鉛蓄電池１５から分離された状態で示しているが、実際には、導電性部材１６ａおよびヒータ１６ｂは鉛蓄電池１５の筐体１５ａの底面に接触するように配置される。ここで、導電性部材１６ａは、例えば、アルミニウムまたは銅等の導電性の板状部材によって構成される。ヒータ１６ｂは、例えば、ニクロム等の線状部材によって構成され、図２に示すように折り返しされて、例えば、導電性部材１６ａの表面（図２の上側の面）または裏面（図２の下側の面）に配置される。スイッチ１６ｃは、鉛蓄電池１５の端子１５ｃとヒータ１６ｂとの間に配置され、制御部１１によって制御される。制御部１１がスイッチ１６ｃをオンの状態にすると、鉛蓄電池１５の端子１５ｂ，１５ｃからヒータ１６ｂに電力が供給され、導電性部材１６ａが加熱される。また、制御部１１がスイッチ１６ｃをオフの状態にすると、鉛蓄電池１５の端子１５ｂ，１５ｃからヒータ１６ｂへの電力が停止される。

充放電部１７は、制御部１１によって制御され、鉛蓄電池１５に対してパルス電圧を印加することで鉛蓄電池１５を充電または放電する。これにより、鉛蓄電池１５の電極に蓄積される硫酸鉛被膜（サルフェーション）を剥離したり、分極を緩和したりすることができる。

負荷１８は、例えば、カーオーディオ、カーナビゲーションシステム、エアコンディショナ、ワイパーの駆動モータ、デフォガ、および、ヘッドライト等によって構成され、鉛蓄電池１５から供給される電力によって動作する。

（Ｂ）第１実施形態の動作の説明
つぎに、第１実施形態の動作を説明する。第１実施形態では、車両が走行中に、例えば、ブレーキが操作されて減速状態になると、制御部１１は、オルタネータ１０を制御して、発電電圧を上昇させる。この結果、オルタネータ１０の出力電圧が増加するので、鉛蓄電池１５への充電電流が増加し、車両の運動エネルギが電気エネルギに変換されて鉛蓄電池１５に蓄積される。

図３（Ａ）は、このような回生時における電流の時間的な変化を示している。この図では、時刻ｔ２の直前において車両が減速されるので、制御部１１がオルタネータ１０の発電電圧を増加させると、時刻ｔ２において鉛蓄電池１５への充電電流が増加する。そして、時刻ｔ２〜ｔ４の期間では、回生充電が実行され、車両の運動エネルギが電気エネルギに変換されて鉛蓄電池１５に蓄積される。このようにして鉛蓄電池１５に蓄積された電力は、例えば、回生時以外の期間（例えば、時刻ｔ０〜ｔ１の期間や時刻ｔ５〜ｔ６の期間）において、負荷１８に供給されて使用されるので、車両の燃費性能を向上させることができる。

ところで、鉛蓄電池１５が劣化している場合や、その時点における充電率（ＳＯＣ：State of Charge）が高い場合には、回生時にオルタネータ１０によって発生された電力の全てが鉛蓄電池１５に蓄積されず、例えば、鉛蓄電池１５の内部抵抗によって熱として損失してしまったり、あるいは、オルタネータ１０に十分な制動がかからないことから車両のブレーキが強く制御されることによってブレーキパッドによって熱エネルギに変換されたりすることがある。図３（Ｂ）は、回生によってオルタネータ１０が発生した電力の一部が鉛蓄電池１５に充電されない場合を示している。この例では、時刻ｔ３から充電電流が減少している。このため、時刻ｔ３〜ｔ４の期間においてハッチングを施した領域に対応する電力が、例えば、熱として損失されることになる。

そこで、本発明の第１実施形態では、図３（Ｂ）に示すように、回生時において、充電電流が減少する場合には、鉛蓄電池１５が電力を全て受け入れることができないと判断し、余剰電力（鉛蓄電池１５が受け入れできない電力）の少なくとも一部によって鉛蓄電池刺激部１６を動作させる。より詳細には、制御部１１は、回生時には、鉛蓄電池１５に流れる充電電流を電流センサ１３によって検出し、検出した電流値が図３（Ｂ）に示すＩｒよりも小さくなった場合には、鉛蓄電池１５が受け入れることができないと判断し、スイッチ１６ｃをオフからオンの状態に変化させる。この結果、鉛蓄電池１５に蓄積されている電力がスイッチ１６ｃを介してヒータ１６ｂに供給される。ヒータ１６ｂは、鉛蓄電池１５から供給される電力によって発熱する。ヒータ１６ｂから発せられた熱は、導電性部材１６ａに蓄積されるとともに、鉛蓄電池１５の底面を介して電解液に伝達される。鉛蓄電池１５の底部の電解液に熱が伝わると、電解液の温度が上昇する。この結果、電解液に熱的な対流が生じるので、電解液に生じている成層化が緩和される。このような動作は、回生充電が終了するまで継続される。なお、回生充電中にヒータ１６ｂから発せられた熱は、導電性部材１６ａに蓄積されるので、回生充電が終了した後も電解液に対して熱の印加が所定時間継続する。

なお、以上の説明では、電解液に生じた成層化を緩和する場合を例に挙げて説明したが、例えば、分極を緩和するようにしてもよい。図４は、分極を緩和する動作を説明する図である。この例では、制御部１１は、回生充電中に充放電部１７を制御して、鉛蓄電池１５を幅の狭いパルス状に放電させることにより、分極を解消することができる。すなわち、図４に示す通常走行ではオルタネータ１０の発電電圧が抑制されていることから鉛蓄電池１５は充電されないが、回生走行ではオルタネータ１０の発電電圧が高く設定されるため鉛蓄電池１５は充電される。回生走行中に充電している際に、狭いパルス状に放電することで充電分極を解消することができる。このようにして分極を緩和することで、鉛蓄電池１５の充電受け入れ性を高めることができるため、燃費性能を向上させることができる。なお、図４に示す例では、回生走行が通常走行よりも時間的に長くなるように模式的に示しているが、回生走行は実際の車両では数秒程度であり、それ以外は通常走行であるので、通常走行の方が回生走行よりも時間的に長い。

つぎに、図５を参照して、第１実施形態の詳細な動作について説明する。図５に示すフローチャートは、例えば、車両のイグニッションスイッチがオンの状態にされると実行される。図５に示すフローチャートの処理が開始されると、以下のステップが実行される。

ステップＳ１０では、制御部１１は、回生充電が開始されたか否かを判定し、回生充電が開始されと判定した場合（ステップＳ１０：Ｙｅｓ）にはステップＳ１１に進み、それ以外の場合（ステップＳ１０：Ｎｏ）にはステップＳ１０に戻って同様の処理を繰り返す。例えば、アクセルが戻された場合、または、ブレーキが操作された場合には、回生充電が開始されたと判定してステップＳ１１に進む。

ステップＳ１１では、制御部１１は、定電流による充電を実行する。より詳細には、制御部１１は、オルタネータ１０の電圧を通常時よりも上昇させ、定電流による充電を実行させる。

ステップＳ１２では、制御部１１は、電解液に分極が所定量以上発生しているか否かを判定し、所定量以上発生していると判定した場合（ステップＳ１２：Ｙｅｓ）にはステップＳ１３に進み、それ以外の場合（ステップＳ１２：Ｎｏ）にはステップＳ１４に進む。例えば、制御部１１は、鉛蓄電池１５の開回路電圧を推定し、推定した開回路電圧と、その時点における鉛蓄電池１５との電圧の差から分極量を推定し、分極量が所定の閾値以上である場合には分極が所定量以上発生していると判定してステップＳ１３に進む。

ステップＳ１３では、制御部１１は、充放電部１７を制御して、鉛蓄電池１５をパルス放電させる。この結果、充放電部１７は、図４に示すように、所定の周期で鉛蓄電池１５をパルス状に放電させる。これにより、鉛蓄電池１５の分極が緩和され、鉛蓄電池１５の充電受け入れ性が改善される。

ステップＳ１４では、制御部１１は、電流センサ１３によって検出された充電電流を参照し、電流が降下したか否かを判定し、電流が下降したと判定した場合（ステップＳ１４：Ｙｅｓ）にはステップＳ１５に進み、それ以外の場合（ステップＳ１４：Ｎｏ）にはステップＳ１６に進む。例えば、図３（Ａ）に示すように充電電流が一定である場合にはＮｏと判定してステップＳ１６に進み、図３（Ｂ）の時刻ｔ３以降に示すように充電電流が降下した場合にはＹｅｓと判定してステップＳ１５に進む。

ステップＳ１５では、制御部１１は、充電電流の降下量に応じて鉛蓄電池刺激部作動する処理を実行する。なお、このステップＳ１５の詳細は図６を参照して後述する。

ステップＳ１６では、制御部１１は、回生充電が終了したか否かを判定し、回生充電が終了したと判定した場合（ステップＳ１６：Ｙｅｓ）にはステップＳ１７に進み、それ以外の場合（ステップＳ１６：Ｎｏ）にはステップＳ１１に戻って前述の場合と同様の処理を繰り返す。

ステップＳ１７では、制御部１１は、定電流充電を終了する。より詳細には、制御部１１は、オルタネータ１０を制御して、発電電圧を通常の状態に戻し、定電流充電を終了する。

ステップＳ１８では、制御部１１は、イグニッションスイッチがオフの状態にされたか否かを判定し、オフの状態にされたと判定した場合（ステップＳ１８：Ｙｅｓ）には処理を終了し、それ以外の場合（ステップＳ１８：Ｎｏ）にはステップＳ１０に戻って前述の場合と同様の処理を繰り返す。

つぎに、図６を参照して、図５のステップＳ１５に示す詳細な処理の一例を説明する。図６に示す処理が開始されると、以下のステップが実行される。

ステップＳ３０では、制御部１１は、電流センサ１３の出力を参照し、充電電流を検出する。

ステップＳ３１では、制御部１１は、定電流からの降下分を検出する。より詳細には、図３（Ｂ）の例では、電流センサ１３によって検出された電流値を、Ｉｒから減算することで、降下分を検出する。

ステップＳ３２では、制御部１１は、ステップＳ３１で検出した降下分に応じた電流を鉛蓄電池刺激部１６に供給して鉛蓄電池１５を刺激する。より詳細には、例えば、図２に示す例では、スイッチ１６ｃを、例えば、ＰＷＭ（Pulse Width Modulation）によって制御することで、図３（Ｂ）の時刻ｔ３〜ｔ４の期間におけるハッチングが施された部分に対応する電流を、鉛蓄電池刺激部１６に供給する。この結果、ハッチングが施された部分に対応する電力が鉛蓄電池刺激部１６に供給される。そして、元の処理に復帰（リターン）する。なお、ヒータ１６ｂの抵抗は一定であり、また、オルタネータ１０の発電電圧も略一定であるので、電流の降下分に応じてスイッチングのデューティ比を制御することで、ヒータ１６ｂに余剰電力を供給することができる。もちろん、これ以外の方法でもよい。

以上に説明したように、本発明の第１実施形態によれば、回生充電時において、オルタネータ１０によって発電された電力のうち、鉛蓄電池１５に充電できない余剰電力については、鉛蓄電池刺激部１６に供給し、鉛蓄電池１５を刺激するようにしたので、電力を有効利用しつつ、鉛蓄電池１５の状態を改善することができる。また、成層化を緩和することで、鉛蓄電池１５の劣化を防ぐとともに、鉛蓄電池１５のＳＯＣ等の状態をより正確に検出することができる。

（Ｃ）第２実施形態の説明
つぎに、本発明の第２実施形態について説明する。図７は第２実施形態の構成例を示す図である。第２実施形態では、第１実施形態と比較すると鉛蓄電池と鉛蓄電池刺激部の構成が異なっている。これら以外は、第１実施形態と同様であるので、その説明は省略する。図７に示す例では、その断面を示すように鉛蓄電池１５は、６つの電槽１５ｄを有する筐体１５ａを有し、筐体１５ａの上部には端子１５ｂ，１５ｃが配置されている。また、各電槽１５ｄ内には、電極１５ｆが配置され、電解液１５ｅが満たされている。また、各電槽１５ｄの下部には、撹拌子１５ｇが１つずつ配置されている。撹拌子１５ｇは、例えば、円柱形状等を有するテフロン（登録商標）等の化学変化しにくい樹脂の内部に鉄等の磁性部材の小片が封入されて構成されている。筐体１５ａの底面を介して撹拌子１５ｇと対向する位置には、駆動部１６０ｂが撹拌子１５ｇに対して１つずつ配置されている。駆動部１６０ｂの内部には、回転磁場を発生するコイルが内蔵されている。駆動部１６０ｂは、本体部１６０ａの上面に配置されている。本体部１６０ａの内部には、回転磁場を生成するための駆動回路が内蔵されている。なお、駆動回路は、図２と同様のスイッチ１６ｃを介して、端子１５ｂ，１５ｃに接続される。

つぎに、第２実施形態の動作について説明する。第２実施形態では、図３（Ｂ）に示す回生充電中のハッチングが施されている期間（時刻ｔ３〜ｔ４）になると、制御部１１はスイッチ１６ｃをオンの状態に制御し、この結果、鉛蓄電池刺激部１６０に対してオルタネータ１０から電力が供給される。鉛蓄電池刺激部１６０は、本体部１６０ａに内蔵されている駆動回路が駆動部１６０ｂに対して交流電流を印加し、駆動部１６０ｂに回転磁場を発生させる。このようにして、各駆動部１６０ｂによって発生された回転磁場は、筐体１５ａの底部を貫通して、撹拌子１５ｇに作用し、撹拌子１５ｇを回転または振動させる。これにより、電解液１５ｅが撹拌されるので、電解液１５ｅに生じた成層化が緩和される。

なお、第２実施形態において実行される処理は、図５および図６に示すフローチャートと同様である。

以上に説明したように、本発明の第２実施形態によれば、回生時に鉛蓄電池１５に充電できない余剰電力を用いて鉛蓄電池刺激部１６０を駆動するようにしたので、電力を有効利用しつつ、鉛蓄電池１５の成層化を解消することができる。また、成層化を緩和することで、鉛蓄電池１５の劣化を防ぐとともに、鉛蓄電池１５のＳＯＣ等の状態をより正確に検出することができる。

（Ｄ）第３実施形態の説明
つぎに、本発明の第３実施形態について説明する。図８は第３実施形態の構成例を示す図である。第３実施形態では、第１実施形態と比較すると鉛蓄電池と鉛蓄電池刺激部の構成が異なっている。これら以外は、第１実施形態と同様であるので、その説明は省略する。図８に示す例では、電槽１５ｄの底部に小孔１５ｈがそれぞれ形成され、この小孔１５ｈに対して、鉛蓄電池刺激部２６０の本体部２６０ａから伸出する中空の導管２６０ｂが接続されている。本体部２６０ａ内には、空気を各導管２６０ｂの中空部に対して送出する空気ポンプが内蔵されている。このような空気ポンプにより、導管２６０ｂを介して電槽１５ｄに空気を送ることで、電解液１５ｅに気泡１５ｉを発生する。なお、空気ポンプは、図２と同様のスイッチ１６ｃを介して、端子１５ｂ，１５ｃに接続される。

つぎに、第３実施形態の動作について説明する。第３実施形態では、図３（Ｂ）に示す回生充電のハッチングが施されている期間になると、制御部１１はスイッチ１６ｃをオンの状態に制御し、この結果、鉛蓄電池刺激部１６０に対してオルタネータ１０から電力が供給される。オルタネータ１０から電力が供給されると、本体部２６０ａに内蔵されている空気ポンプが動作を開始する。空気ポンプから出力された空気は、導管２６０ｂを介して、電槽１５ｄの底部の小孔１５ｈから電解液１５ｅ内に送出される。この結果、電解液１５ｅ内には、気泡１５ｉが発生し、この気泡１５ｉは、電解液１５ｅ中を上昇するので、その際に、電解液１５ｅに生じている成層化が緩和される。

なお、第３実施形態において実行される処理は、図５および図６に示すフローチャートと同様である。

以上に説明したように、本発明の第３実施形態によれば、回生時に鉛蓄電池１５に充電できない余剰電力を用いて鉛蓄電池刺激部２６０を駆動するようにしたので、電力を有効利用しつつ、鉛蓄電池１５の成層化を解消することができる。また、成層化を緩和することで、鉛蓄電池１５の劣化を防ぐとともに、鉛蓄電池１５のＳＯＣ等の状態をより正確に検出することができる。

（Ｅ）第４実施形態の説明
つぎに、本発明の第４実施形態について説明する。なお、第４実施形態では、鉛蓄電池刺激部としては、図２に示す構成と、図８の構成の双方を有している。なお、図２と図８とを組み合わせて構成する方法としては、例えば、図２に示す導電性部材１６ａのヒータ１６ｂが配置されていない領域に、図８に示す導管２６０ｂを挿通させ、電槽１５ｄの底部の小孔１５ｈに接続するようにすればよい。

つぎに、図９を参照して、第４実施形態の動作について説明する。なお、図９に示す処理は、図５に示すステップＳ１５の処理として実行される。図９に示す処理が開始されると、以下のステップが実行される。

ステップＳ５０では、制御部１１は、電流センサ１３の出力を参照し、充電電流を検出する。

ステップＳ５１では、制御部１１は、定電流からの降下分を検出する。より詳細には、図３（Ｂ）の例では、電流センサ１３によって検出された電流値を、Ｉｒから減算することで、降下分を検出する。

ステップＳ５２では、制御部１１は、温度センサ１４の出力を参照し、鉛蓄電池１５の温度Ｔを検出する。

ステップＳ５３では、制御部１１は、鉛蓄電池１５の成層化の状況を検出する。より詳細には、制御部１１は、鉛蓄電池１５の開回路電圧と、その時点における電圧との差分値から成層化の状況を検出する。なお、これ以外の方法によって成層化の状況を検出するようにしてもよい。

ステップＳ５４では、制御部１１は、鉛蓄電池１５のサルフェーションの状況を検出する。より詳細には、制御部１１は、充放電部１７によって鉛蓄電池１５をパルス状に放電させ、そのときの電圧および電流を電圧センサ１２および電流センサ１３によって検出し、内部インピーダンスを求める。そして、内部インピーダンスの変化から、サルフェーションの状況を検出する。なお、オルタネータ１０によってエンジンを始動する際の電圧と電流から内部インピーダンスを求めるようにしてもよい。

ステップＳ５５では、制御部１１は、ステップＳ５３で求めた成層化の状況に応じて、成層化が進んでいるか否かを判定し、成層化が進んでいると判定した場合（ステップＳ５５：Ｙｅｓ）にはステップＳ５６に進み、それ以外の場合（ステップＳ５５：Ｎｏ）にはステップＳ５９に進む。

ステップＳ５６では、制御部１１は、温度Ｔと所定の閾値Ｔｈを比較し、Ｔ＜Ｔｈが成立するか否かを判定し、成立すると判定した場合（ステップＳ５６：Ｙｅｓ）にはステップＳ５７に進み、それ以外の場合（ステップＳ５６：Ｎｏ）にはステップＳ５８に進む。例えば、鉛蓄電池１５の温度が４０℃未満の場合には、Ｙｅｓと判定してステップＳ５７に進むことができる。

ステップＳ５７では、制御部１１は、定電流からの降下分に応じた電流をヒータ１６ｂに供給する。この結果、第１実施形態で説明したように、鉛蓄電池１５の底部の電解液が温められて対流が生じるので、成層化が緩和される。

ステップＳ５８では、制御部１１は、定電流からの降下分に応じた電流を本体部２６０ａの空気ポンプに供給する。この結果、第３実施形態で説明したように、鉛蓄電池１５の底部の小孔１５ｈから電解液１５ｅ内に気泡が送り込まれるので、この気泡の上昇に伴って、成層化が緩和される。

ステップＳ５９では、制御部１１は、ステップＳ５４で求めた結果を参照し、サルフェーションが進行しているか否かを判定し、サルフェーションが進行していると判定した場合（ステップＳ５９：Ｙｅｓ）にはステップＳ６０に進み、それ以外の場合（ステップＳ５９：Ｎｏ）には元の処理に復帰（リターン）する。

ステップＳ６０では、制御部１１は、定電流からの降下分に応じた電流を充放電部１７に供給する。この結果、充放電部１７は、鉛蓄電池１５に対して幅の狭いパルス状の電圧を印加する。これにより、鉛蓄電池１５の極板に生じたサルフェーションを剥離等することにより、緩和することができる。そして、元の処理に復帰（リターン）する。

以上に説明したように、本発明の第４実施形態によれば、回生時に鉛蓄電池１５に充電できない余剰電力を用いて鉛蓄電池刺激部１６または鉛蓄電池刺激部２６０を駆動するようにしたので、電力を有効利用しつつ、鉛蓄電池１５の成層化を解消することができる。

また、第４実施形態では、鉛蓄電池１５の温度Ｔが閾値Ｔｈ（例えば、４０℃）未満である場合には鉛蓄電池刺激部１６を用い、温度Ｔが閾値Ｔｈ以上である場合には鉛蓄電池刺激部２６０を用いて成層化を緩和するようにしたので、例えば、鉛蓄電池１５の温度が高い場合には、温度変化が少ない鉛蓄電池刺激部２６０を用いることで、鉛蓄電池１５の温度が、例えば、動作保証範囲を外れてしまうことを防止できる。また、成層化を緩和することで、鉛蓄電池１５の劣化を防ぐとともに、鉛蓄電池１５のＳＯＣ等の状態をより正確に検出することができる。

また、第４実施形態では、回生時に鉛蓄電池１５に充電できない余剰電力を用いて充放電部１７を駆動し、鉛蓄電池１５にパルス状の電圧を印加し、サルフェーションを緩和するようにしたので、電力を有効利用しつつ、鉛蓄電池１５のサルフェーションを緩和することができる。

（Ｆ）変形実施形態の説明
以上の実施形態は一例であって、本発明が上述したような場合のみに限定されるものでないことはいうまでもない。例えば、以上の各実施形態では、回生時に鉛蓄電池１５に充電できない余剰電力を用いて成層化を緩和するようにしたが、成層化の進行の度合いが深刻である場合には、回生時に鉛蓄電池１５に充電できる場合に実行するようにしてもよい。

また、以上の各実施形態では、スイッチ１６ｃによって、鉛蓄電池１５から鉛蓄電池刺激部１６，１６０，２６０に供給される電力をオン／オフ制御するようにしたが、例えば、鉛蓄電池１５から鉛蓄電池刺激部１６，１６０，２６０に供給される電流を測定する電流センサを設け、この電流センサの値に応じてスイッチ１６ｃをＰＷＭ制御するようにしてもよい。そのような構成によれば、回生時に鉛蓄電池１５に充電できない余剰電力を、鉛蓄電池刺激部１６，１６０，２６０に確実に供給することができる。

また、以上の第１実施形態では、ヒータ１６ｂによって鉛蓄電池１５の底部を加熱するようにしたが、例えば、冷却素子であるペルチェ素子を用いて、鉛蓄電池１５の上部を冷却するようにしてもよい。このような構成によっても、成層化を緩和することができる。

また、以上の第３実施形態では、空気ポンプによって鉛蓄電池１５の底部から気泡を送り込むようにしたが、例えば、微小なヒータを電解液１５ｅ内に配置し、この微小なヒータに瞬間的に通電することで、電解液１５ｅを沸騰状態として気泡を発生するようにしてもよい。あるいは、超音波発振器によって、電解液１５ｅにキャビテーションによる気泡を発生させたり、電気分解によって気泡を発生させたりするようにしてもよい。

また、図９に示すフローチャートでは、温度が高い場合には図８に示す鉛蓄電池刺激部２６０に示す本体部２６０ａに内蔵されている空気ポンプによって気泡を発生するようにしたが、図７に示す鉛蓄電池刺激部１６０によって撹拌するようにしてもよい。あるいは、これらの双方を具備しておき、少なくとも一方を駆動するようにしてもよい。

１０ オルタネータ
１１ 制御部（制御手段）
１２ 電圧センサ
１３ 電流センサ（検出手段）
１４ 温度センサ
１５ 鉛蓄電池
１５ｂ 撹拌子
１５ｈ 小孔
１６，１６０，２６０ 鉛蓄電池刺激部（刺激手段）
１６ａ 導電性部材
１６ｂ ヒータ
１６ｃ スイッチ
１７ 充放電部（刺激手段）
１８ 負荷
１６０ａ 本体部
１６０ｂ 駆動部
２６０ａ 本体部
２６０ｂ 導管

Claims (7)

1. 車両に搭載された鉛蓄電池の状態を管理する鉛蓄電池管理装置において、
   電力を用いて前記鉛蓄電池に刺激を印加する刺激手段と、
   オルタネータによって前記鉛蓄電池を回生充電中に、前記オルタネータによって生成された電力のうち、前記鉛蓄電池に充電されない余剰電力の発生を検出する検出手段と、
   前記回生充電中に、前記検出手段によって前記余剰電力の発生が検出された場合には、前記刺激手段に電力を供給して、前記鉛蓄電池に刺激を印加する制御を実行する制御手段と、を有し、
   前記制御手段は、前記鉛蓄電池の温度が所定の閾値よりも低い場合には、前記鉛蓄電池の電解液に対して熱を印加する前記刺激手段を使用し、それ以外の場合には、前記鉛蓄電池の電解液に気泡を生じる前記刺激手段および電解液内に配置された磁性部材に対して磁場を印加することで振動または回転させる前記刺激手段の少なくとも一方を使用する、
   ことを特徴とする鉛蓄電池管理装置。
2. 前記制御手段は、前記余剰電力に対応する電力の少なくとも一部を前記刺激手段に供給することを特徴とする請求項１に記載の鉛蓄電池管理装置。
3. 前記鉛蓄電池の成層化の状況を検出する成層化検出手段をさらに有し、
   前記制御手段は、前記成層化検出手段の検出結果から成層化の状況が進んでいると判定した場合に、前記刺激手段に電力を供給して、前記鉛蓄電池に刺激を印加することを特徴とする請求項１または２に記載の鉛蓄電池管理装置。
4. 前記刺激手段は、前記鉛蓄電池に対して、刺激を印加することで、前記鉛蓄電池のサルフェーションを緩和することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の鉛蓄電池管理装置。
5. 前記刺激手段は、前記鉛蓄電池に対して、パルス電圧を印加して充電することでサルフェーションを緩和することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の鉛蓄電池管理装置。
6. 前記刺激手段は、前記鉛蓄電池をパルス状に放電させることで、前記鉛蓄電池の分極を解消することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の鉛蓄電池管理装置。
7. 車両に搭載された鉛蓄電池の状態を管理する鉛蓄電池管理方法であって、電力を用いて前記鉛蓄電池に刺激する刺激手段を有する鉛蓄電池管理方法において、
   オルタネータによって前記鉛蓄電池を回生充電中に、前記オルタネータによって生成された電力のうち、前記鉛蓄電池に充電されない余剰電力の発生を検出する検出ステップと、
   前記回生充電中に、前記検出ステップにおいて前記余剰電力の発生が検出された場合には、前記刺激手段に電力を供給して、前記鉛蓄電池に刺激を印加する制御を実行する制御ステップと、を有し、
   前記制御ステップは、前記鉛蓄電池の温度が所定の閾値よりも低い場合には、前記鉛蓄電池の電解液に対して熱を印加する前記刺激手段を使用し、それ以外の場合には、前記鉛蓄電池の電解液に気泡を生じる前記刺激手段および電解液内に配置された磁性部材に対して磁場を印加することで振動または回転させる前記刺激手段の少なくとも一方を使用する、
   ことを特徴とする鉛蓄電池管理方法。
   

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