JP2006164540A - Device and method for reproducing lead battery - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、駆動用や非常用電源等の用途に多く用いられている鉛電池の容量を回復させる鉛電池再生装置および鉛電池再生方法に関する。 The present invention relates to a lead battery regenerating apparatus and a lead battery regenerating method for recovering the capacity of a lead battery that is often used for applications such as driving and emergency power supplies.
鉛電池は、自動車の始動用をはじめフォークリフトやゴルフカートの駆動用、通信設備やコンピュータ、生産ラインの非常用電源として多く用いられている。鉛電池は、その仕様、使用条件や環境によっても異なるが、2〜5年で寿命と判断される。劣化した鉛電池は廃棄物として処分されるが、大きな環境負荷となっており、また、新品に交換するためのコストも大きく、所有者の負担になっている。 Lead batteries are widely used for starting automobiles, driving forklifts and golf carts, communication equipment, computers, and emergency power supplies for production lines. Lead batteries are judged to have a lifetime of 2 to 5 years, depending on their specifications, usage conditions and environment. Although the deteriorated lead battery is disposed as waste, it has a large environmental load, and the cost for replacing it with a new one is large, which is a burden on the owner.
鉛電池の電極は、表面に多数の細孔を有する海綿状に形成されており、この構造によって表面積を大きくして容量を高めている。鉛電池に充放電を繰り返すと、電極表面に不活性な硫酸鉛(PbSO4)が析出し堆積して硫酸鉛層が形成され、細孔を塞いでしまうため、電極の表面積が小さくなり容量が減少する。この鉛電池の容量を回復させてリサイクルする方法が従来より考案されている。 The electrode of the lead battery is formed in a spongy shape having a large number of pores on the surface, and this structure increases the surface area to increase the capacity. If the lead battery is repeatedly charged and discharged, inactive lead sulfate (PbSO 4 ) is deposited and deposited on the electrode surface to form a lead sulfate layer, which closes the pores. Decrease. Conventionally, a method for recovering the capacity of the lead battery and recycling it has been devised.
従来、鉛電池の容量を回復させる方法として、鉛電池に高周波のパルス電流を流して電極表面の硫酸鉛層を除去する方法が知られている。例えば、特許文献1の鉛蓄電池の再生方法は、直流パルス電流を鉛蓄電池の陽極から陰極に向かって流すことにより電極表面に析出した硫酸鉛を減少させる第1工程と、炭素懸濁液を電解液に用いて鉛蓄電池の陽極を活性化する第2工程とを含んでいる。
Conventionally, as a method of recovering the capacity of a lead battery, a method of removing a lead sulfate layer on the electrode surface by passing a high-frequency pulse current through the lead battery is known. For example, the regeneration method of the lead storage battery of
鉛電池に高周波のパルス電流を加えると、電極表面の硫酸鉛が電解液中に溶け出す。パルス電流を数時間から十数時間通電することにより硫酸鉛層が除去されて、鉛電池が再生される。なお、鉛電池の温度は、通電開始直後から徐々に上昇するが、その後、通電による発熱量と、空気中への放熱量が同じになり、温度は略一定になると考えられる。特許文献1では、2kHz〜12kHz程度の周波数であって、1〜8A程度の直流パルス電流を流すためのパルス電圧を、手動で、または、前記直流パルス電流を目標値とするフィードバック制御によって出力し、前記直流パルス電流を8〜12時間程度流すとしている。そして、炭素懸濁液を用いることにより電極が活性化されるとしている。
When high-frequency pulse current is applied to the lead battery, lead sulfate on the electrode surface dissolves into the electrolyte. By applying a pulse current for several hours to several tens of hours, the lead sulfate layer is removed and the lead battery is regenerated. The temperature of the lead battery gradually increases immediately after the start of energization, but after that, the amount of heat generated by energization and the amount of heat released to the air become the same, and the temperature is considered to be substantially constant. In
しかしながら、特許文献1のバッテリ再生方法は、温度計測手段を有していないため、通電中の温度を測定することができない。従って、十数時間の通電中に鉛電池の温度が徐々に上昇して限界温度を超えると、電解液の沸騰や、電極板の損傷等が発生して鉛電池が劣化して再生不可能になることが考えられる。なお、鉛電池の温度が限界温度を超えることを、初期設定によって防止するために、初期の電流設定値を小さくしておくことも考えられるが、このようにすると、温度上昇による電極板の損傷等は防止できるが、硫酸鉛層の処理効率が悪くなり、処理時間が長くなるという問題がある。現状では鉛電池の再生には非常に長い時間がかかるため、多数の鉛電池の再生処理を効率的に行うためには、処理時間を少しでも短縮する必要がある。電極の再生の度合いは概ねパルス通電量に比例しており、再生の完了までに必要な全通電量を短時間で流すことができれば再生処理は短時間で終了できる。
However, since the battery regeneration method of
そこで本発明が解決しようとする課題は、鉛電池の温度を管理して、再生処理時間を短縮できる鉛電池再生装置および鉛電池再生方法を提供することにある。 Therefore, the problem to be solved by the present invention is to provide a lead battery regenerating apparatus and a lead battery regenerating method capable of managing the temperature of the lead battery and reducing the regeneration processing time.
前記課題を解決するため、本発明の鉛電池再生装置は、鉛電池に直流パルス電流を流して電極表面の硫酸鉛層を除去するパルス電流発生手段を有する鉛電池再生装置において、通電中の前記鉛電池の温度を直接測定する温度計測手段と、前記パルス電流発生手段および前記温度計測手段に接続され、前記温度計測手段により計測された前記鉛電池の温度と設定温度との差に応じて、前記パルス電流発生手段から出力される前記直流パルス電流の波形を変化させ、前記鉛蓄電池の温度を設定温度に収束させる電流制御手段とを備えている。電流制御手段は、直流パルス電流を、例えば、電流ピーク値が1時間充電率の1〜3倍、パルス幅が50μs以下、繰返し周波数が2〜10kHzの範囲で調整することができる。また、電流制御手段は、1間歇周期の通電時間や休止時間の調整も可能である。 In order to solve the above-mentioned problems, a lead battery regenerator according to the present invention is a lead battery regenerator having a pulse current generating means for removing a lead sulfate layer on the electrode surface by passing a direct current pulse current through the lead battery. A temperature measuring means for directly measuring the temperature of the lead battery, and connected to the pulse current generating means and the temperature measuring means, according to the difference between the temperature of the lead battery measured by the temperature measuring means and a set temperature, Current control means for changing the waveform of the direct-current pulse current output from the pulse current generating means to converge the temperature of the lead storage battery to a set temperature. The current control means can adjust the direct current pulse current, for example, in a range where the current peak value is 1 to 3 times the charge rate for one hour, the pulse width is 50 μs or less, and the repetition frequency is 2 to 10 kHz. In addition, the current control means can also adjust the energization time and rest time of one intermittent cycle.
通電中に温度計測手段により鉛電池温度を直接測定すると、電流や電圧の測定値から温度を算出する場合に比べて、鉛電池の内部抵抗の変化等の電気的な状態の変化を考慮しなくてもよく、鉛電池の温度を正確に測定できる。 When the lead battery temperature is measured directly by the temperature measurement means during energization, it does not take into account changes in the electrical state such as changes in the internal resistance of the lead battery, compared to the case where the temperature is calculated from measured values of current and voltage The temperature of the lead battery can be measured accurately.
また、温度上昇しやすい部位を特定して温度計測手段を設置できるため精度よく測定でき、鉛電池が部分的に限界温度に達して損傷することが防止される。 In addition, since the temperature measuring means can be installed by specifying the part where the temperature is likely to rise, it can be measured with high accuracy, and the lead battery is prevented from partially reaching the limit temperature and being damaged.
また、温度計測手段を用いて、鉛電池の温度計測を精度よく行うことができるので、パルス電流の初期設定値を、調整可能な範囲で最大限大きくすることができ、硫酸鉛層の除去を効率よく行うことができる。 In addition, since the temperature of the lead battery can be accurately measured using the temperature measuring means, the initial setting value of the pulse current can be maximized within the adjustable range, and the lead sulfate layer can be removed. It can be done efficiently.
平均電流とは、1間歇周期の電流の大きさを平均した値をいう。設定温度は、鉛電池の電極の損傷等が発生する限界温度より低く設定しておく。 The average current means a value obtained by averaging the magnitudes of currents in one intermittent cycle. The set temperature is set lower than the limit temperature at which the lead battery electrode is damaged.
電流制御手段は、アナログ式、デジタル式のいずれの方式でもよい。温度計測手段は、電流制御手段の方式によって、鉛電池の温度を連続的または定期的(離散的)に測定することができる。 The current control means may be either an analog type or a digital type. The temperature measuring means can measure the temperature of the lead battery continuously or periodically (discretely) by the method of the current control means.
また、電流制御手段は、温度計測手段により測定した温度と設定温度との差に応じて、前記直流パルス電流の波形を変化させ、前記鉛蓄電池の温度を設定温度に収束させる。電流制御手段が行う制御方法としては、例えば、PID制御を用いて、測定した温度と設定温度の差を入力し、出力値を設定温度に収束するように設定する。すなわち、制御式の比例項、積分項および微分項の各定数を、測定温度が設定温度に収束するように設定し、また、オーバーシュートが発生する場合には、オーバーシュート量が限界温度と設定温度との差を超えないように設定する。電流制御手段をこのように構成することにより、初期の平均電流を増加させることができるとともに、鉛電池が限界温度に達して電極の損傷等が発生することがなくなる。なお、PID制御以外にPI制御やI制御を用いることも可能である。また、比例制御を用いて、鉛蓄電池の温度を設定温度の近傍に収束させることも可能である。 Further, the current control means changes the waveform of the DC pulse current according to the difference between the temperature measured by the temperature measurement means and the set temperature, and converges the temperature of the lead storage battery to the set temperature. As a control method performed by the current control means, for example, a difference between the measured temperature and the set temperature is input using PID control, and the output value is set to converge to the set temperature. In other words, the proportional term, integral term, and derivative term constants of the control equation are set so that the measured temperature converges to the set temperature, and if overshoot occurs, the overshoot amount is set to the limit temperature. Set so as not to exceed the temperature difference. By configuring the current control means in this way, the initial average current can be increased, and the lead battery does not reach the limit temperature and the electrode is not damaged. In addition to PID control, PI control and I control can also be used. It is also possible to converge the temperature of the lead storage battery near the set temperature using proportional control.
電解液の温度を上げると、電解液中の硫酸鉛の溶解度が向上するため、電極に付着している硫酸鉛層が電解液に溶解しやすい状態になるので、初期の平均電流を大きくすると、電解液が短時間で設定温度に達する。その後、平均電流を設定温度に収束させることにより、鉛電池の高温状態を維持しながらパルス電流を流し続けることができ、硫酸鉛層の除去を効率よく連続して行うことができる。 Increasing the temperature of the electrolyte improves the solubility of lead sulfate in the electrolyte, so the lead sulfate layer attached to the electrode is easily dissolved in the electrolyte, so increasing the initial average current, The electrolyte reaches the set temperature in a short time. Thereafter, by converging the average current to the set temperature, the pulse current can be kept flowing while maintaining the high temperature state of the lead battery, and the lead sulfate layer can be removed efficiently and continuously.
前記電流制御手段に、前記パルス電流の電流ピーク値、パルス幅、繰返し周波数または間歇周期を変化させる機能を設けると、平均電流を小さくするためのパラメータを自由に選択できるという作用を有する。前記のパラメータを単独で用いた場合、電流ピーク値を小さくする、パルス幅を狭くする、繰り返し周波数を小さくする、または1間歇周期の通電時間に対する休止時間の比を大きくすることによって、平均電流は小さくなる。また、例えば、電流ピーク値を2倍にするとともに休止時間を3倍にする、等の様に2以上のパラメータを組み合わせて変化させても平均電流を小さくすることができる。 Providing the current control means with a function of changing the current peak value, pulse width, repetition frequency, or intermittent period of the pulse current has the effect that a parameter for reducing the average current can be freely selected. When the above parameters are used alone, the average current is reduced by reducing the current peak value, reducing the pulse width, reducing the repetition frequency, or increasing the ratio of the pause time to the energization time of one intermittent cycle. Get smaller. Also, for example, the average current can be reduced by changing two or more parameters in combination, such as doubling the current peak value and triple the pause time.
鉛電池再生装置に通電中の前記鉛電池を冷却する冷却手段を設けると、通電による温度上昇幅が小さくなり、限界温度を超えない範囲で、多くの電流を流すことができる。冷却手段は、例えば、鉛電池を常時冷却するものであってもよく、また、電流制御手段により動作を制御して、温度が所定の設定値に達したときに作動するものでもよい。 If the lead battery regenerator is provided with a cooling means for cooling the lead battery that is being energized, the temperature rise width due to the energization is reduced, and a large amount of current can flow in a range that does not exceed the limit temperature. For example, the cooling means may be one that constantly cools the lead battery, or one that operates when the temperature reaches a predetermined set value by controlling the operation by the current control means.
前記温度計測手段を、前記鉛電池のセル内の電解液に浸漬される温度センサまたはセルの外側に取り付けられる温度センサとすると、鉛電池の温度を直接測定でき、より正確な温度を測定することができる。温度センサとしては、例えば、抵抗線、熱電対やサーミスタ等を用いることができ、それぞれ電気的な絶縁性を確保するために被覆を設けたり、ケーシングで覆ったりしている。なお、これらの被覆やケーシングは、電解液による腐食を防止するため希硫酸に溶解しない程度の耐酸性を有するものであることが好ましい。 When the temperature measuring means is a temperature sensor immersed in the electrolyte solution in the cell of the lead battery or a temperature sensor attached to the outside of the cell, the temperature of the lead battery can be directly measured, and a more accurate temperature can be measured. Can do. As the temperature sensor, for example, a resistance wire, a thermocouple, a thermistor, or the like can be used, and each is provided with a coating or covered with a casing to ensure electrical insulation. In addition, it is preferable that these coating | coated and casings have the acid resistance of the grade which does not melt | dissolve in dilute sulfuric acid in order to prevent the corrosion by electrolyte solution.
本発明の鉛電池再生方法は、鉛電池に直流パルス電流を流して電極表面の硫酸鉛層を除去するパルス電流発生手段と、通電中の前記鉛電池の温度を直接測定する温度計測手段と、前記パルス電流発生手段および前記温度計測手段に接続された電流制御手段とを有する鉛電池再生装置を用いた鉛電池再生方法であって、前記温度計測手段を用いて前記鉛電池の温度を連続的または定期的に測定し、測定した温度と設定温度との差に応じて、前記直流パルス電流の波形を変化させ、前記鉛蓄電池の温度を設定温度に収束させる。測定温度が設定温度より低い場合に、平均電流を大きくすると、鉛電池の電解液の温度上昇の割合が大きくなり、電解液の温度が早く上昇する。一方、設定温度より高い場合に、平均電流を小さくすると、温度上昇が防止されるとともに、設定温度が維持される。硫酸鉛層は、電解液中の硫酸鉛が固化したもので、温度が高い方が電解液中に溶出しやすくなるので、電解液の温度を高温に維持しながらパルス電流を流し続けることにより、硫酸鉛層の除去効率がよくなる。 The lead battery regeneration method of the present invention comprises a pulse current generating means for removing a lead sulfate layer on the electrode surface by passing a direct current pulse current through the lead battery, a temperature measuring means for directly measuring the temperature of the lead battery during energization, A lead battery regeneration method using a lead battery regeneration device having the pulse current generation means and a current control means connected to the temperature measurement means, wherein the temperature of the lead battery is continuously increased using the temperature measurement means. Or it measures regularly and changes the waveform of the said DC pulse current according to the difference of the measured temperature and preset temperature, and converges the temperature of the said lead acid battery to preset temperature. If the average temperature is increased when the measurement temperature is lower than the set temperature, the rate of increase in the temperature of the electrolyte solution of the lead battery increases, and the temperature of the electrolyte solution increases quickly. On the other hand, if the average current is reduced when the temperature is higher than the set temperature, the temperature rise is prevented and the set temperature is maintained. The lead sulfate layer is a solidified lead sulfate in the electrolyte, and the higher the temperature, the easier it will be to elute in the electrolyte, so by continuing to flow the pulse current while keeping the temperature of the electrolyte high, The removal efficiency of the lead sulfate layer is improved.
本発明によれば次の効果を奏する。
(1)鉛電池の温度を直接測定する温度計測手段と、温度計測手段により計測された鉛電池の温度と設定温度との差に応じて、パルス電流発生手段から出力される直流パルス電流の波形を変化させ、鉛蓄電池の温度を設定温度に収束させる電流制御手段とを有しているので、再生処理中の温度を正確に測定することができ、電極の損傷等を防止すると共に、高温状態を維持して硫酸鉛層の除去を連続して行うことができ、電池の再生時間を短縮することができる。
(2)電流制御手段に、パルス電流の電流ピーク値、パルス幅、繰返し周波数または間歇周期を変化させる機能を設けると、平均電流を小さくするためのパラメータを自由に選択でき、適切なパラメータを選択して制御することにより電池の再生時間を短縮することができる。
(3)通電中の鉛電池を冷却する冷却手段を設けると、通電による温度上昇幅が小さくなり、限界温度を超えない範囲で、多くの電流を流すことができ、硫酸鉛層の除去を効率よく行って電池の再生時間を短縮することができる。
(4)温度計測手段を、鉛電池のセル内の電解液に浸漬される温度センサまたはセルの外側に取り付けられる温度センサとすると、鉛電池の温度を直接測定でき、より正確な温度を測定するので、設定温度を限界温度に近づけて制御することができ、硫酸鉛層の除去を効率よく行って電池の再生時間を短縮することができる。
(5)温度計測手段を用いて鉛電池の温度を測定し、測定した温度と設定温度との差に応じて、前記直流パルス電流の波形を変化させ、前記鉛蓄電池の温度を設定温度に収束させるので、電解液の温度を高温に維持しながらパルス電流を流し続けることにより、硫酸鉛層の除去効率がよくなり、電池の再生時間を短縮することができる。
The present invention has the following effects.
(1) A temperature measuring means for directly measuring the temperature of the lead battery, and a waveform of a direct current pulse current output from the pulse current generating means in accordance with the difference between the temperature of the lead battery measured by the temperature measuring means and the set temperature. And a current control means for converging the temperature of the lead storage battery to the set temperature, so that the temperature during the regeneration process can be measured accurately, preventing damage to the electrodes, etc. The lead sulfate layer can be continuously removed while maintaining the above, and the regeneration time of the battery can be shortened.
(2) When the current control means is provided with a function to change the current peak value, pulse width, repetition frequency or intermittent cycle of the pulse current, the parameters for reducing the average current can be freely selected, and appropriate parameters can be selected. Thus, the battery regeneration time can be shortened.
(3) Providing a cooling means to cool the lead battery during energization reduces the temperature rise due to energization, allowing a large amount of current to flow within a range that does not exceed the limit temperature, and removing the lead sulfate layer efficiently It can be performed frequently to shorten the battery regeneration time.
(4) If the temperature measuring means is a temperature sensor immersed in the electrolyte in the cell of the lead battery or a temperature sensor attached to the outside of the cell, the temperature of the lead battery can be directly measured, and a more accurate temperature is measured. Therefore, the set temperature can be controlled close to the limit temperature, and the lead sulfate layer can be efficiently removed to shorten the battery regeneration time.
(5) Measure the temperature of the lead battery using temperature measuring means, change the waveform of the DC pulse current according to the difference between the measured temperature and the set temperature, and converge the temperature of the lead storage battery to the set temperature Therefore, by continuing to flow the pulse current while maintaining the temperature of the electrolytic solution at a high temperature, the removal efficiency of the lead sulfate layer is improved and the regeneration time of the battery can be shortened.
以下、本発明の実施の形態について説明する。
図1は本発明の第1の実施の形態の鉛電池再生装置の構成図である。
図1に示すように、本発明の第1の実施の形態の鉛電池再生装置10は、鉛電池11に直流パルス電流を流して電極12,13の表面の硫酸鉛層を除去するパルス電流発生手段14を有している。また、鉛電池再生装置10は、通電中の鉛電池11の温度を直接測定する温度計測手段の一例である温度センサ15と、パルス電流発生手段14および温度センサ15に接続された電流制御手段16を備えている。以下、詳しく説明する。
Embodiments of the present invention will be described below.
FIG. 1 is a configuration diagram of a lead battery regenerator according to a first embodiment of the present invention.
As shown in FIG. 1, the lead battery regenerator 10 according to the first embodiment of the present invention generates a pulse current that causes a DC pulse current to flow through the
鉛電池11は、密閉蓋17を備えたケーシング18内に希硫酸(H2SO4)を主体とする電解液19を貯留している。また、鉛電池11の1セルあたりの電極12,13間の端子電圧は約2Vで、例えば自動車用に用いられるものであれば、6セルで約12Vの端子電圧を有している。電極12,13は、鉛(Pb)を主体とする材料で構成されており、表面に多数の細孔を有する海綿状に形成されている。
The
温度センサ15は、鉛電池11の密閉蓋17に形成されている電解液注入口27を通してセル内の電解液19に浸漬される。温度センサ15を複数用意して、各セルごとに配置して使用することも可能であるが、一番温度が上昇しやすい中央付近のセルのみに配置して使用することも可能である。なお、温度センサ15は、セルの外側に取り付けて使用することも可能である。
The
パルス電流発生手段14は、電流ピーク値を1時間充電率の1〜3倍、パルス幅を50μs以下、繰返し周波数を2〜10kHzの範囲で出力でき、パルス電流発生手段14の出力端子20,21は、一対だけ設けられている。パルス電流発生手段14の出力端子20,21を鉛電池11の両端の接続端子22,23にそれぞれ接続することにより、電極12,13間に直流パルス電流を流すことができる。
The pulse current generating means 14 can output a current peak value in the range of 1 to 3 times the charge rate for one hour, a pulse width of 50 μs or less, and a repetition frequency of 2 to 10 kHz. The
鉛電池11は、冷却手段の一例である水槽24内に浸漬される。水槽24は、内部に冷却水を貯留しており、底部内側に鉛電池11を載置する突起部25,26を備えている。突起部25,26によって、鉛電池11の底部と水槽24の底部とが直接接触することが防止され、鉛電池11の底面に冷却水が接触するため、冷却効率が向上する。
The
電流制御手段16は、温度センサ15からの信号を入力して測定温度に変換することができ、また、複数の設定温度を設定することができる。電流制御手段16は、温度センサ15からの信号入力と、測定温度への変換とを行い、さらに測定温度と設定温度との差分を算出する演算を、定期的に行うことができる。なお、電流制御手段16は、温度センサ15から入力される信号のデジタル処理を行っているが、温度センサからアナログ信号を入力して処理する構成の場合には、温度センサから入力された連続的な測定値を処理することができる。
The current control means 16 can input a signal from the
また、電流制御手段16は、各測定温度と設定温度との差に対応させて、電流ピーク値、パルス幅、繰返し周波数および間歇周期をそれぞれ変数として設定することができる。電流制御手段16は、通電中の鉛電池11の温度が上昇し、温度センサ15から入力された信号を変換して得た測定温度と設定温度との差が変化したとき、パルス電流発生手段14の直流パルス電流の波形を、設定温度に収束させるように変化させる。
Further, the current control means 16 can set the current peak value, the pulse width, the repetition frequency, and the intermittent cycle as variables, corresponding to the difference between each measured temperature and the set temperature. When the temperature of the
本実施の形態においては、PID制御によって、制御を行っている。操作量(平均電流値の変化量)は、操作量=kp×偏差(比例項)+ki×偏差(積分項)+kd×前回偏差との差(微分項)によって計算される。ここで、偏差には、設定温度と測定温度との差を入力し、各項の定数kp、kiおよびkdは、予め実験により、測定温度が設定温度に収束するように定めている。操作量である平均電流を小さくするときには、例えば、電流ピーク値を小さく、パルス幅を狭く、繰返し周波数を小さく、また、間歇周期の通電時間に対する休止時間の比を大きくすることにより実現することができる。なお、電流制御手段16に、予め設定温度と測定温度との温度差に応じた平均電流の設定値、またはパルス電流の波形の設定値を記憶させておき、この設定値を呼び出して使用することも可能である。 In the present embodiment, control is performed by PID control. The operation amount (amount of change in the average current value) is calculated by the operation amount = kp × deviation (proportional term) + ki × deviation (integral term) + kd × difference (derivative term) from the previous deviation. Here, the difference between the set temperature and the measured temperature is input as the deviation, and the constants kp, ki, and kd of each term are determined in advance by experiments so that the measured temperature converges to the set temperature. When reducing the average current, which is the manipulated variable, for example, it can be realized by reducing the current peak value, narrowing the pulse width, reducing the repetition frequency, and increasing the ratio of the pause time to the energization time of the intermittent cycle. it can. The current control means 16 stores in advance the set value of the average current or the set value of the waveform of the pulse current according to the temperature difference between the set temperature and the measured temperature, and calls and uses this set value. Is also possible.
水槽24は、温度制御手段の一部として構成することも可能であるが、本実施の形態においては、冷却水により鉛電池を常時冷却しており、水槽24の温度は制御していない。なお、冷却手段として、水槽24内に熱交換器を設けて水槽24内の冷却水を冷却したり、水槽24の代わりに、ペルチェ等の熱電素子を用いて冷却を行うことも可能であり、これらの熱交換器や熱電素子を、温度制御手段で制御する構成にすることも可能である。
Although the
次に、鉛電池再生装置10を用いた鉛電池再生方法について説明する。図2(A)は、低温時に鉛電池再生装置のパルス電流発生手段から発生する直流パルス電流の波形を示したグラフであり、(B)は、高温時に鉛電池再生装置のパルス電流発生手段から発生する直流パルス電流の波形を示したグラフである。(A)、(B)の横軸は時間、縦軸は電流の大きさを示している。図3は、第1の実施の形態の鉛電池再生装置を用いた鉛電池再生方法の温度上昇と時間との関係を示すグラフである。T1は処理開始時の温度、T2は設定温度、T3は限界温度を示している。 Next, a lead battery regeneration method using the lead battery regeneration device 10 will be described. FIG. 2A is a graph showing a waveform of a DC pulse current generated from the pulse current generating means of the lead battery regenerating apparatus at a low temperature, and FIG. 2B is a graph showing the waveform of the pulse current generating means of the lead battery regenerating apparatus at a high temperature. It is the graph which showed the waveform of the direct current | flow pulse current to generate | occur | produce. The horizontal axes of (A) and (B) indicate time, and the vertical axis indicates the magnitude of current. FIG. 3 is a graph showing a relationship between temperature rise and time in the lead battery regenerating method using the lead battery regenerating apparatus of the first embodiment. T 1 is the temperature at the start of processing, T 2 is the set temperature, and T 3 is the limit temperature.
図1に示すように、まず、再生しようとしている鉛電池11を水槽24内の冷却水に浸漬し、鉛電池11の中央付近のセルの電解液注入口27から温度センサ15を挿入し、電解液19内に浸漬する。そして、鉛電池の両端のセルの接続端子22,23に鉛電池再生装置10のパルス電流発生手段14の出力端子20,21をそれぞれ接続する。
As shown in FIG. 1, first, the
図2(A)、図3に示すように、電流制御手段16には、初期の電流ピーク値I1、パルス幅p、繰返し周波数f、間歇周期ts1、通電時間tt1および休止時間tp1がそれぞれ設定されている。このときの平均電流はIav1となっている。なお、本実施の形態においては、パルス電流発生手段14が発生する最大平均電流をIav1に設定している。
As shown in FIGS. 2A and 3, the current control means 16 includes an initial current peak value I 1 , a pulse width p, a repetition frequency f, an intermittent period t s1 , an energization time t t1, and a pause time t p1. Are set respectively. The average current at this time is Iav1 . In the present embodiment, the maximum average current generated by the pulse
電流制御手段16は、PID制御による操作量が減少したときには、前記操作量に比例する平均電流を算出し、所定の平均電流になるようにパルス電流の波形を変える。すなわち、図2(B)に示すように、電流ピーク値I1、パルス幅pおよび繰返し周波数fを保持した状態で、間歇周期ts2および休止時間tp2を長くする。このとき、平均電流Iav2は初期設定時の平均電流Iav1より小さくなる。 When the operation amount by PID control decreases, the current control means 16 calculates an average current proportional to the operation amount, and changes the waveform of the pulse current so as to be a predetermined average current. That is, as shown in FIG. 2B, the intermittent cycle t s2 and the pause time t p2 are lengthened while maintaining the current peak value I 1 , the pulse width p, and the repetition frequency f. At this time, the average current Iav2 is smaller than the average current Iav1 at the time of initial setting.
図3に示すように、鉛電池再生装置10を作動させると、パルス電流発生手段14は図2(A)に示す波形のパルスを発生し、鉛電池11の電極12,13間には直流パルス電流が流れる。この直流パルス電流によって、電極12および電極13に形成されている硫酸鉛層が徐々に除去されて電解液中に溶け出すとともに、電解液及び電極12,13の発熱による温度上昇が始まる。設定温度が測定温度に比べて非常に高い状態では、PID制御による操作量は100%のまま推移し、平均電流の最大値であるIav1を流し続ける。なお、発生した熱の一部は、水槽24に貯留されている冷却水に吸収されるので、冷却手段が設けられていない場合に比べて、温度上昇の割合は小さくなる。
As shown in FIG. 3, when the lead battery regenerator 10 is operated, the pulse current generating means 14 generates a pulse having the waveform shown in FIG. 2A, and a direct current pulse is generated between the
測定温度が上昇して設定温度に近づいていくと、温度センサ15によって計測される鉛電池11の測定温度と設定温度の差から算出されるPID制御の操作量は100%から減少しはじめ、休止時間tp1が徐々に長くなり、tp2に近づいていく。この間、電流制御手段16は、温度センサ15によって、鉛電池11の温度を監視している。
As the measured temperature rises and approaches the set temperature, the operation amount of PID control calculated from the difference between the measured temperature of the
鉛電池再生装置10を作動させてから時間t1が経過して、鉛電池11の温度がT2になった後、測定温度はさらに上昇し、いわゆるオーバーシュートが発生する。電流制御手段16は、オーバーシュートを考慮して操作量を決定しているので、測定温度が限界温度に達することはない。なお、オーバーシュートが発生しないように操作量の定数を設定することにより、設定温度を限界温度に近づけ、より高温で再生処理を行うことも可能である。
Lead battery reproducing apparatus 10 is operated with time t 1, and after the temperature of the
測定温度は、オーバーシュートが発生した後、徐々に下降をはじめ、多少の振動を繰り返しながら設定温度に収束する。その後、鉛電池再生装置10は、鉛電池11の温度を略一定に保持した状態で、再生処理を行う。電流制御手段16は、再生処理が終了するまで、鉛電池11の温度を監視しているので、外気温の変動等の外乱により鉛電池11の温度が急激に変化した場合でも、再度設定温度に収束させることができる。
After the overshoot occurs, the measured temperature starts to gradually decrease and converges to the set temperature while repeating some vibrations. Thereafter, the lead battery regenerating apparatus 10 performs the regenerating process while keeping the temperature of the
例えば、温度センサ15および電流制御手段16が設けられていない場合、初期設定時のパルス電流を流し続けると、鉛電池11の温度が限界温度T3に達して電極12,13の損傷や電解液19の沸騰等の現象が発生する。また、当初から平均電流の大きさを小さく設定すると、図3に二点鎖線で示すように、処理温度が低くなり、硫酸鉛層の除去効率が低下するので、長時間の通電が必要になる。本実施の形態においては、設定温度T2に短時間で達して収束させるので、設定温度を保持したまま効率よく処理が行われ、処理時間が短縮される。なお、電流制御手段16に限界温度T3を設定しておき、測定温度が限界温度に達したことを検知したときには、通電を完全に停止するように構成しておくことが好ましい。
For example, if the
電流制御手段16に積算電流計を設けておくと、通電量が予め設定された通電量に達したときに、通電が停止される。なお、電流制御手段16にCCA(Cold Cranking Ampere:低温始動電流)テスターを内蔵するとともに、良品と判断されるレベルのCCA値を設定しておき、所定時間おきにCCA値を測定して、この測定値が設定値に達したときに通電を停止するように構成してもよい。このようにして鉛電池再生装置10を使用することにより、所定時間内に効率よく硫酸鉛層の除去を行うことができる。 If an integrated ammeter is provided in the current control means 16, the energization is stopped when the energization amount reaches a preset energization amount. The current control means 16 incorporates a CCA (Cold Cranking Ampere) tester, sets a CCA value at a level that is judged as a non-defective product, measures the CCA value every predetermined time, You may comprise so that electricity supply may be stopped when a measured value reaches a set value. By using the lead battery regenerator 10 in this way, the lead sulfate layer can be efficiently removed within a predetermined time.
次に、本発明の第2の実施の形態の鉛電池再生装置28を用いた鉛電池再生方法について説明する。第2の実施の形態の鉛電池再生装置28は、第1の実施の形態の鉛電池再生装置10と同じ構成であり、電流制御手段16の機能が一部異なるだけであるため、同一の構成については同一番号を付して説明は省略する。 Next, a lead battery regeneration method using the lead battery regeneration device 28 according to the second embodiment of the present invention will be described. The lead battery regenerator 28 of the second embodiment has the same configuration as that of the lead battery regenerator 10 of the first embodiment, and has the same configuration because the current control means 16 is only partially different. Are given the same numbers and their explanation is omitted.
図4は、第2の実施の形態の鉛電池再生装置を用いた鉛電池再生方法の温度上昇と時間との関係を示すグラフである。T4は処理開始時の温度、T5、T6は設定温度、T7は限界温度を示している。また、t3は設定温度T5に達した時間、t4は設定温度T6に達した時間、t5は処理終了時間を示している。本鉛電池再生方法においては、2種類の設定温度T5、T6を設定して直流パルス電流を制御し、温度を管理している。 FIG. 4 is a graph showing the relationship between the temperature rise and time of the lead battery regenerating method using the lead battery regenerating apparatus of the second embodiment. T 4 is the temperature at the start of processing, T 5 and T 6 are set temperatures, and T 7 is the limit temperature. Also, t 3 is the time to reach the set temperature T 5, t 4 is the time to reach the set temperature T 6, t 5 indicates the processing end time. In this lead battery regeneration method, two types of set temperatures T 5 and T 6 are set to control the DC pulse current to manage the temperature.
電流制御手段16には、測定温度が、設定温度T4未満であるときの電流ピーク値、パルス幅、繰返し周波数、間歇周期、通電時間および休止時間等の直流パルス電流の設定値がそれぞれ設定され、このときの平均電流をIav3としている。また、設定温度がT4であるときの平均電流Iav4、設定温度がT5であるときの平均電流Iav5を、Iav3>Iav4>Iav5となるように直流パルス電流の設定値を設定している。平均電流Iav4の大きさは、第1の実施の形態の鉛電池再生方法の平均電流Iav2より少し大きく設定されており、平均電流Iav4を流すと鉛電池11の温度は徐々に上昇する。また、平均電流Iav5の大きさは、第1の実施の形態の鉛電池再生方法の平均電流Iav2より少し小さく設定されており、平均電流Iav5を流すと鉛電池11の温度は徐々に下降する。
The current control unit 16, the measured temperature is, the current peak value when less than the set temperature T 4, the pulse width, repetition frequency, intermittent period setting value of the DC pulse current of such energization time and pause time are set respectively The average current at this time is I av3 . The average current I AV4 when the set temperature is T4, the average current I AV5 when the set temperature is T5, set the I av3> I av4> set value of the DC pulse current so that I AV5 ing. The magnitude of the average current I AV4 is set slightly larger than the average current I av2 lead battery regeneration method of the first embodiment, the temperature of the
鉛電池11に鉛電池再生装置28を接続して作動させると、鉛電池11の測定温度がT4からT5に上昇するまでは、平均電流Iav3の大きさの直流パルス電流が流される。温度が上昇して、測定温度がT5になると、電流制御手段16の設定が変更され、パルス電流発生手段14から平均電流Iav4の直流パルス電流が流される。
When the lead battery regenerator 28 is connected to the
平均電流Iav4のときの温度上昇の割合は、平均電流Iav3のときの温度上昇の割合より小さくなるが、測定温度は徐々に上昇してT6に達する。温度が上昇してT6になると、電流制御手段16の設定が変更され、パルス電流発生手段14から平均電流Iav5の直流パルス電流が流され、鉛電池11の温度は徐々に下降する。
Ratio of temperature rise when the average current I AV4 is the average current I becomes smaller than the rate of temperature rise when the av3, measured temperature reaches T 6 gradually rises to. When the temperature is T 6 rises, the setting of the current control means 16 is changed, the DC pulse current of the average current I AV5 is passed from the pulse
そして、鉛電池11の温度が再度T5になると、平均電流がIav5からIav4となるように設定が変更され、鉛電池11の温度は再度上昇する。このように再生処理が終了するまで、鉛電池11の温度が、T5〜T6の範囲内となり、温度制御を精度よく行うことができる。
When the temperature of the
次に、本発明の第3の実施の形態の鉛電池再生装置29を用いた鉛電池再生方法について説明する。第2の実施の形態の鉛電池再生装置29は、第1の実施の形態の鉛電池再生装置10と同じ構成であり、電流制御手段16の機能が一部異なるだけであるため、同一の構成については同一番号を付して説明は省略する。 Next, a lead battery regeneration method using the lead battery regeneration device 29 according to the third embodiment of the present invention will be described. The lead battery regenerator 29 of the second embodiment has the same configuration as that of the lead battery regenerator 10 of the first embodiment, and has the same configuration because the current control means 16 is only partially different. Are given the same numbers and their explanation is omitted.
例えば、鉛電池再生装置29を屋外で使用する場合のように、気温が変動する場合には、通電中の鉛電池再生装置29から空気中への放熱量が予測しにくいため、温度を一定にする平均電流の設定が困難となる場合がある。本実施の形態においては、温度センサ15を用いて鉛電池11の温度を定期的に測定し、測定した温度が設定温度T2より低い場合は、直流パルス電流の波形を、平均電流が大きくなるように変化させ、測定した温度が設定温度T2より高い場合は、直流パルス電流の波形を、平均電流が小さくなるように変化させている。
For example, when the temperature fluctuates, such as when the lead battery regenerator 29 is used outdoors, the amount of heat released from the lead battery regenerator 29 being energized into the air is difficult to predict, so the temperature is kept constant. It may be difficult to set the average current. In the present embodiment, the temperature of the
電流制御手段16は、図2(A)に示すように、測定温度が設定温度T2未満であるときの電流ピーク値I1、パルス幅p、繰返し周波数f、間歇周期ts1、通電時間tt1および休止時間tp1が、平均電流をIav1とするようにそれぞれ設定されている。 As shown in FIG. 2A, the current control means 16 has a current peak value I 1 , a pulse width p, a repetition frequency f, an intermittent period t s1 , an energization time t when the measured temperature is less than the set temperature T 2. t1 and dwell time t p1 are set such that the average current is I av1 .
また、電流制御手段16は、測定温度が設定温度T2に達した後は、次のように設定を変更する。すなわち、単位時間おきに測定した鉛電池11の温度が、設定温度T2より高いときは、間歇周期ts1および休止時間tp1を1秒ずつ長くし、設定温度T2より低いときは、間歇周期ts1および休止時間tp1を1秒ずつ短くする。
The current control means 16, after the measured temperature has reached the set temperature T 2, changes the setting as follows. That is, the temperature of the
図5は、第3の実施の形態の鉛電池再生装置を用いた鉛電池再生方法の温度上昇と時間との関係を示すグラフである。鉛電池11に鉛電池再生装置29を接続して作動させると、鉛電池11の測定温度がT1からT2に上昇するまでは、平均電流Iav3の大きさの直流パルス電流が流される。測定温度がT2以上になったときは、休止時間tp1を1秒ずつ長くして、平均電流を徐々に小さくするので、発熱量が抑えられ、単位時間Δtあたりの温度上昇ΔT1、ΔT2は、徐々に小さくなり、次いで、温度が徐々に下がってくる。
FIG. 5 is a graph showing the relationship between the temperature rise and time of the lead battery regenerating method using the lead battery regenerating apparatus of the third embodiment. When the lead battery regenerator 29 is connected to the
その後、測定温度がT2未満になったときは、休止時間tp1を1秒ずつ短くして、平均電流を徐々に大きくするので、発熱量が大きくなり、単位時間Δtあたり温度の下降幅ΔT3、ΔT4が徐々に小さくなり、次いで、温度が再上昇する。このような制御を行うことにより、鉛電池11の温度は、雰囲気温度が変化しても、常時T2付近に保持されることになる。
Then, when the measured temperature is less than T 2 are, in short by pause times t p1 one second, so gradually increasing the average current, the heating value is increased, lowering the width ΔT of the temperature per unit time Δt 3 , ΔT 4 gradually decreases, and then the temperature rises again. By performing such control, the temperature of the
なお、温度制御をさらに精度よく行うために、単位時間あたりの温度上昇の割合を考慮して電流制御手段16の設定を変更することも可能である。例えば、まず、単位時間あたりの温度上昇の割合が、正負のいずれかであるかを検知する。そして、測定温度が設定温度以上で、かつ温度上昇の割合が正である場合には、休止時間を長くし、測定温度が設定温度以上で、かつ温度上昇の割合が負である場合には、そのときの設定条件を保持する。また、測定温度が設定温度未満で、かつ温度上昇の割合が負である場合には、休止時間を短くし、測定温度が設定温度未満で、かつ温度上昇の割合が正である場合には、そのときの設定条件を保持する。このように設定することにより、鉛電池11の温度の上下動を小さくしてより精度良く制御することができる。
In order to perform the temperature control with higher accuracy, it is possible to change the setting of the current control means 16 in consideration of the rate of temperature increase per unit time. For example, first, it is detected whether the rate of temperature rise per unit time is positive or negative. When the measured temperature is equal to or higher than the set temperature and the rate of temperature rise is positive, the pause time is lengthened, and when the measured temperature is equal to or higher than the set temperature and the rate of temperature rise is negative, The setting conditions at that time are held. If the measured temperature is less than the set temperature and the rate of temperature rise is negative, the pause time is shortened, and if the measured temperature is less than the set temperature and the rate of temperature rise is positive, The setting conditions at that time are held. By setting in this way, the vertical movement of the temperature of the
以上、本発明の実施の形態について説明してきたが、本発明は前記実施の形態に限られるものではなく、例えば、電流ピーク値、パルス幅、繰返し周波数、間歇周期の範囲については、前記実施の形態に記載した範囲外となってもよい。また、水槽内の冷却水と、外気温とを測定するセンサをそれぞれ設け、これらの測定結果を電流制御手段にフィードバックして温度を制御することも可能である。この場合、電流制御手段には、冷却水の温度と鉛電池の温度差ΔTx、外気温と鉛電池の温度差ΔTyを設定できる機能を設けておき、冷却水の温度と鉛電池の温度差が、ΔTx以下、またはΔTy以下になったときは、直流パルス電流の休止時間を長くして、平均電流が小さくなるように設定しておく。 Although the embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to the above-described embodiments. For example, the ranges of the current peak value, the pulse width, the repetition frequency, and the intermittent period are described above. It may be outside the range described in the form. It is also possible to provide sensors for measuring the cooling water in the aquarium and the outside air temperature, respectively, and control the temperature by feeding back these measurement results to the current control means. In this case, the current control means is provided with a function capable of setting the temperature difference ΔT x between the cooling water and the lead battery, and the temperature difference ΔT y between the outside air temperature and the lead battery. When the difference becomes ΔT x or less or ΔT y or less, the pause time of the DC pulse current is lengthened and the average current is set to be small.
水槽内の冷却水の温度は、鉛電池再生装置の作動直後は、鉛電池の温度と略同じであるが、鉛電池の温度が上昇するにつれて、徐々に上昇する。水槽内の冷却水による冷却能力は、鉛電池の温度と冷却水の温度差ΔTxが大きい程高いが、この温度差ΔTxが設定値以下になったときは、冷却能力が不足していると考えられるので、平均電流が小さくなるように設定変更することにより、鉛電池の温度が短時間に過度に上昇することを防止して、電極板の損傷等を防止することができる。 The temperature of the cooling water in the water tank is substantially the same as the temperature of the lead battery immediately after the operation of the lead battery regenerating apparatus, but gradually increases as the temperature of the lead battery increases. The cooling capacity by the cooling water in the water tank is higher as the temperature difference ΔT x of the lead battery and the cooling water is larger, but the cooling capacity is insufficient when the temperature difference ΔT x becomes less than the set value. Therefore, by changing the setting so as to reduce the average current, it is possible to prevent the temperature of the lead battery from rising excessively in a short time and to prevent damage to the electrode plate.
また、鉛電池再生装置を屋外で使用する場合等には、気温の変動があり、夏季や昼間には気温が上昇し、冬季や夜間には気温が下降する。気温が低いときには、鉛電池の放熱量は大きくなるが、気温が高いときには放熱量が小さくなる。このため、外気温と鉛電池の温度差がΔTy以下になった場合には、放熱量が小さくなっていると考えられるので、平均電流が小さくなるように設定変更することにより、鉛電池の温度が短時間に過度に上昇することを防止して、電極板の損傷等を防止することができる。 In addition, when the lead battery regenerator is used outdoors, the temperature fluctuates, and the temperature rises during summer and daytime, and falls during winter and nighttime. When the temperature is low, the heat dissipation amount of the lead battery increases, but when the temperature is high, the heat dissipation amount decreases. For this reason, when the temperature difference between the outside air temperature and the lead battery is equal to or less than ΔT y , it is considered that the heat dissipation amount is small. Therefore, by changing the setting so that the average current becomes small, It is possible to prevent the temperature from rising excessively in a short time and to prevent damage to the electrode plate.
本発明は、駆動用や非常用電源として多く用いられている鉛電池の容量を回復させる鉛電池再生装置および鉛電池再生方法に関し、特に、自動車の始動用をはじめフォークリフトやゴルフカートの駆動用、通信設備やコンピュータ、生産ラインの非常用電源として多く用いられる。 The present invention relates to a lead battery regenerating apparatus and a lead battery regenerating method for recovering the capacity of a lead battery that is often used as a drive or emergency power source, and in particular, for driving a forklift or golf cart including starting an automobile, It is often used as an emergency power source for communication equipment, computers, and production lines.
10 鉛電池再生装置(第1の実施の形態)
11 鉛電池
12 電極
13 電極
14 パルス電流発生手段
15 温度センサ(温度計測手段)
16 電流制御手段
17 密閉蓋
18 ケーシング
19 電解液
20,21 出力端子
22,23 接続端子
24 水槽(冷却手段)
25,26 突起部
27 電解液投入口
28 鉛電池再生装置(第2の実施の形態)
29 鉛電池再生装置(第3の実施の形態)
10 Lead battery regenerating apparatus (first embodiment)
11
16 Current control means 17 Sealing
25, 26
29 Lead battery regenerator (third embodiment)
Claims (5)
通電中の前記鉛電池の温度を直接測定する温度計測手段と、
前記パルス電流発生手段および前記温度計測手段に接続され、前記温度計測手段により計測された前記鉛電池の温度と設定温度との差に応じて、前記パルス電流発生手段から出力される前記直流パルス電流の波形を変化させ、前記鉛蓄電池の温度を設定温度に収束させる電流制御手段とを備えていることを特徴とする鉛電池再生装置。 In a lead battery regeneration device having a pulse current generation means for removing a lead sulfate layer on the electrode surface by passing a direct current pulse current through the lead battery,
Temperature measuring means for directly measuring the temperature of the lead battery during energization;
The direct current pulse current output from the pulse current generation means, connected to the pulse current generation means and the temperature measurement means, according to the difference between the temperature of the lead battery measured by the temperature measurement means and a set temperature. And a current control means for converging the temperature of the lead storage battery to a set temperature.
前記温度計測手段を用いて前記鉛電池の温度を連続的または定期的に測定し、測定した温度と設定温度との差に応じて、前記直流パルス電流の波形を変化させ、前記鉛蓄電池の温度を設定温度に収束させることを特徴とする鉛電池再生方法。
Pulse current generating means for removing a lead sulfate layer on the electrode surface by applying a direct current pulse current to the lead battery, temperature measuring means for directly measuring the temperature of the lead battery being energized, the pulse current generating means, and the temperature measurement A lead battery regeneration method using a lead battery regeneration device having current control means connected to the means,
The temperature of the lead battery is continuously or periodically measured using the temperature measuring means, and the waveform of the DC pulse current is changed according to the difference between the measured temperature and the set temperature, and the temperature of the lead storage battery The lead battery regeneration method characterized in that the battery is converged to a set temperature.
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