特開 2024-149567 硫酸鉛被膜除去装置、硫酸鉛被膜除去システム、及び、硫酸鉛被膜除去方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024149567

(43)【公開日】2024-10-18

(54)【発明の名称】硫酸鉛被膜除去装置、硫酸鉛被膜除去システム、及び、硫酸鉛被膜除去方法

(51)【国際特許分類】

   H01M 10/42 20060101AFI20241010BHJP

【ＦＩ】

H01M10/42 P

【審査請求】未請求

【請求項の数】4

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2024123337

(22)【出願日】2024-07-30

(62)【分割の表示】P 2024502606の分割

【原出願日】2024-01-15

(31)【優先権主張番号】P 2023010376

(32)【優先日】2023-01-26

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(71)【出願人】

【識別番号】322007453

【氏名又は名称】株式会社アルファブライト

(71)【出願人】

【識別番号】596139122

【氏名又は名称】株式会社パワーサポート

(74)【代理人】

【識別番号】100166372

【弁理士】

【氏名又は名称】山内 博明

(72)【発明者】

【氏名】久保 高士

(72)【発明者】

【氏名】五十嵐 克史

(57)【要約】

【課題】低消費電力で、かつ、鉛蓄電池の電極にダメージを与えることのない硫酸鉛被膜除去装置を提供することを課題とする。
【解決手段】硫酸鉛被膜除去装置、鉛蓄電池の電極に生じる硫酸鉛被膜を除去するＡＳＩＣによって実現される硫酸鉛被膜除去装置において、前記鉛蓄電池から取り出した信号に基づいて、ピーク値が５５０ｍＡ～１０００ｍＡであり、パルス幅が５ｎｓｅｃ～１００ｎｓｅｃであり、周波数が５ｋＨｚ～５０ｋＨｚである、硫酸鉛被膜の除去信号を生成する生成部と、前記生成部によって生成された除去信号を前記鉛蓄電池の電極に供給する供給部と、を備える。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

鉛蓄電池の電極に生じる硫酸鉛被膜を除去する特定用途向けディジタル集積回路によって実現される硫酸鉛被膜除去装置において、
前記鉛蓄電池から取り出した信号に基づいて、ピーク値が５５０ｍＡ～１０００ｍＡであり、パルス幅が５ｎｓｅｃ～１００ｎｓｅｃであり、周波数が５ｋＨｚ～５０ｋＨｚである、硫酸鉛被膜の除去信号を生成する生成部と、
前記生成部によって生成された除去信号を前記鉛蓄電池の電極に供給する供給部と、
を備える、硫酸鉛被膜除去装置。

【請求項2】

前記ディジタル集積回路は、
Ｐ_ＴＡＴ信号を生成する基準電源回路と、
前記基準電源回路によって生成されるＰ_ＴＡＴに基づいてＣ_ＴＡＴ信号を生成する定電流回路と、
前記基準電源回路によって生成されるＰ_ＴＡＴ信号と前記定電流回路によって生成されるＣ_ＴＡＴ信号との合流信号の出力のオン／オフの切り替えを制御する制御回路と、
前記制御回路によって出力のオン／オフの切り替え制御がされる合流電流に基づいて前記鉛蓄電池の第１電極端子と第２電極端子との電気的接続をスイッチングする端子間スイッチ回路と、
前記基準電源回路によって生成されるＰ_ＴＡＴ信号と前記定電流回路によって生成されるＣ_ＴＡＴ信号とに基づくパルス信号を生成する発振回路と、
前記発振回路によって生成されるパルス信号を分周する分周回路と、
前記分周回路によって分周されるパルス信号に基づいて電源電圧のレベルをシフトするレベルシフト回路と、
前記レベルシフト回路によってレベルシフトされる電圧に基づいて後記パルスドライバ回路の駆動信号を生成する駆動回路と、
前記分周回路によって分周されるパルス信号に基づいて前記駆動信号の出力の有無を切り替える駆動スイッチ回路と、
前記駆動スイッチ回路によって出力の有無が切り替えられる駆動信号に基づいて前記除去信号を生成するためのパルスドライバ回路と、
を備える、請求項１記載の硫酸鉛被膜除去装置。

【請求項3】

請求項１記載の硫酸鉛被膜除去装置と、
前記硫酸鉛被膜除去装置が接続される鉛蓄電池の性能を示す計測を行う計測装置と、
前記計測装置によって計測された計測結果を送信する送信装置と、
を備える硫酸鉛被膜除去システム。

【請求項4】

鉛蓄電池の電極に生じる硫酸鉛被膜を除去する特定用途向けディジタル集積回路によって実現される硫酸鉛被膜除去装置を用いた硫酸鉛被膜除去方法において、
前記鉛蓄電池から取り出した信号に基づいて、ピーク値が５５０ｍＡ～１０００ｍＡであり、パルス幅が５ｎｓｅｃ～１００ｎｓｅｃであり、周波数が５ｋＨｚ～５０ｋＨｚである、硫酸鉛被膜の除去信号を生成するステップと、
前記生成した除去信号を前記鉛蓄電池の電極に供給するステップと、
を含む、硫酸鉛被膜除去方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、硫酸鉛被膜除去装置、硫酸鉛被膜除去システム、及び、硫酸鉛被膜除去方法に関し、特に、鉛蓄電池の負極電極で生じる硫酸鉛被膜を除去する、硫酸鉛被膜除去装置、硫酸鉛被膜除去システム、及び、硫酸鉛被膜除去方法に関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１には、鉛蓄電池の正極電極及び負極電極に発生する硫酸鉛被膜の除去時における発熱を抑制しつつ、硫酸鉛被膜の除去に要する時間の短縮させることを課題とした硫酸鉛被膜除去装置が開示されている。この硫酸鉛被膜除去装置は、パルス幅１．６μｓｅｃ（１６０００ｎｓｅｃ）、周波数２００００Ｈｚのパルス波形駆動信号を用いてスイッチング回路を駆動し、スイッチング回路がオンすると、抵抗Ｒ１を介して５００ｍＡの電流がバッテリ（鉛蓄電池）から取り出され、スイッチング回路がオフすると、電流の取り出しは停止し、スイッチング回路がオフすると、鉛蓄電池に対して逆起電力および５００ｍＡのネガティブなスパイク状の逆電流が供給され、この電流が鉛蓄電池の電極に作用することによって、鉛蓄電池の電極に析出した硫酸鉛被膜が除去される、とされている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１２－４８８８６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかし、特許文献１に開示されている硫酸鉛被膜除去装置は、相対的に高消費電力であり、ＳＤＧｓ（Sustainable Development Goals）に掲げられているエネルギー目標を達成するためには、低消費電力化が不可欠である。

【0005】

また、特許文献１に開示されている硫酸鉛被膜除去装置は、鉛蓄電池の電極に供給される逆電流の電流量乃至レベルが相対的に過多乃至高く、鉛蓄電池の電極にダメージを与えていた。特許文献１に開示されている硫酸鉛被膜除去装置を用いることで、鉛蓄電池の寿命が短くなるのでは本末転倒である。

【0006】

さらに、鉛蓄電池の電極に生じる硫酸鉛被膜の除去効率を向上するためには、鉛蓄電池から取り出した信号に基づいて生成する硫酸鉛被膜の除去信号の電流のピーク値を高くすることが望ましいが、ピーク値を高くすると硫酸鉛被膜除去装置の消費電力も高くなってしまう。そして、発明者らの知見によれば、硫酸鉛被膜除去装置をアナログ回路で構成した場合、硫酸鉛被膜除去装置の消費電力を踏まえた当該ピーク値の上限はせいぜい１０００ｍＡであった。

【0007】

そこで、本発明は、硫酸鉛被膜除去装置をアナログ回路で構成するというアプローチを採用せずに、硫酸鉛被膜除去装置の消費電力を許容範囲内として、硫酸鉛被膜の除去信号のピーク値を高めることを課題とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明者らは、上記課題を解決するために、鉛蓄電池の電極に生じる硫酸鉛被膜を除去するための除去信号について誠意研究した結果、そのピーク値が相対的に大きいほど、そのパルス幅が相対的に広いほど、その周波数が相対的に高いほど、硫酸鉛被膜の除去に寄与し、加えて、硫酸鉛被膜除去装置を特定用途向けディジタル集積回路によって実現すると、硫酸鉛被膜の除去信号のピーク値を高められることを見出した。

【0009】

具体的には、鉛蓄電池の電極に生じる硫酸鉛被膜を除去する特定用途向けディジタル集積回路によって実現される硫酸鉛被膜除去装置において、
前記鉛蓄電池から取り出した信号に基づいて、ピーク値が５５０ｍＡ～１０００ｍＡであり、パルス幅が５ｎｓｅｃ～１００ｎｓｅｃであり、周波数が５ｋＨｚ～５０ｋＨｚである、硫酸鉛被膜の除去信号を生成する生成部と、
前記生成部によって生成された除去信号を前記鉛蓄電池の電極に供給する供給部と、
を備える。

【0010】

なお、前記ディジタル集積回路は、
Ｐ_ＴＡＴ（Proportional To Absolute Temperature）信号を生成する基準電源回路と、
前記基準電源回路によって生成されるＰ_ＴＡＴに基づいてＣ_ＴＡＴ（Complementary To Absolute Temperature）信号を生成する定電流回路と、
前記基準電源回路によって生成されるＰ_ＴＡＴ信号と前記定電流回路によって生成されるＣ_ＴＡＴ信号との合流信号の出力のオン／オフの切り替えを制御する制御回路と、
前記制御回路によって出力のオン／オフの切り替え制御がされる合流電流に基づいて前記鉛蓄電池の第１電極端子と第２電極端子との電気的接続をスイッチングする端子間スイッチ回路と、
前記基準電源回路によって生成されるＰ_ＴＡＴ信号と前記定電流回路によって生成されるＣ_ＴＡＴ信号とに基づくパルス信号を生成する発振回路と、
前記発振回路によって生成されるパルス信号を分周する分周回路と、
前記分周回路によって分周されるパルス信号に基づいて電源電圧のレベルをシフトするレベルシフト回路と、
前記レベルシフト回路によってレベルシフトされる電圧に基づいて後記パルスドライバ回路の駆動信号を生成する駆動回路と、
前記分周回路によって分周されるパルス信号に基づいて前記駆動信号の出力の有無を切り替える駆動スイッチ回路と、
前記駆動スイッチ回路によって出力の有無が切り替えられる駆動信号に基づいて前記除去信号を生成するためのパルスドライバ回路と、
を備えることができる。

【0011】

また、本発明は、鉛蓄電池の電極に生じる硫酸鉛被膜を除去する特定用途向けディジタル集積回路によって実現される硫酸鉛被膜除去装置を用いた硫酸鉛被膜除去方法において、
前記鉛蓄電池から取り出した信号に基づいて、ピーク値が５５０ｍＡ～１０００ｍＡであり、パルス幅が５ｎｓｅｃ～１００ｎｓｅｃであり、周波数が５ｋＨｚ～５０ｋＨｚである、硫酸鉛被膜の除去信号を生成するステップと、
前記生成した除去信号を前記鉛蓄電池の電極に供給するステップと、
を含む。

【0012】

ここで、例えば、パルス幅及び周波数の条件を上記範囲として、ピーク値を５５０ｍＡ～１０００ｍＡとした場合には、良い結果が得られることを確認した。具体的には、鉛蓄電池負極端子に対する硫酸鉛被膜の発生量よりも硫酸鉛被膜の除去量が上回り、効果的に硫酸鉛被膜を除去することができたし、その一方で鉛蓄電池電極にダメージが見受けられなかった。

【0013】

同様に、周波数及びピーク値の条件を上記範囲として、パルス幅を５ｎｓｅｃ～１００ｎｓｅｃとした場合にも、良い結果が得られることを確認した。この場合にも、鉛蓄電池負極端子に対する硫酸鉛被膜の発生量よりも硫酸鉛被膜の除去量が上回り、効果的に硫酸鉛被膜を除去することができたし、その一方で鉛蓄電池電極にダメージが見受けられなかった。

【0014】

さらに、パルス幅及びピーク値の条件を上記範囲として、周波数を５ｋＨｚ～５０ｋＨｚとした場合にも、良い結果が得られることを確認した。この場合にも、鉛蓄電池負極端子に対する硫酸鉛被膜の発生量よりも硫酸鉛被膜の除去量が上回り、効果的に硫酸鉛被膜を除去することができたし、その一方で鉛蓄電池電極にダメージが見受けられなかった。

【0015】

したがって、本発明は、除去信号のピーク値、パルス幅、及び、周波数を最適化することによって、低消費電力で、かつ、鉛蓄電池の電極にダメージを与えることのない硫酸鉛被膜除去装置を提供することができる。

【0016】

また、本発明の硫酸鉛被膜除去装置は、その小型化という副次的効果も得られた。特許文献１の特許権者の販売品の大きさは、筐体ベースで、約１１ｃｍ×約５．５ｃｍ×約２ｃｍであるが、これを、約３．５ｃｍ×約６．０ｃｍ×約１．５ｃｍにまで小型化できた。

【0017】

さらに、本発明の硫酸鉛被膜除去装置は、低消費電力化を図ることによって特許文献１が課題としていた温度上昇の抑制効果も大幅に上回る硫酸鉛被膜除去装置を実現できた。

【0018】

さらにまた、本発明の硫酸鉛被膜除去システムは、
前記硫酸鉛被膜除去装置と、
前記硫酸鉛被膜除去装置が接続される鉛蓄電池の性能を示す計測を行う計測装置と、
前記計測装置によって計測された計測結果を送信する送信装置と、
を備える。

【0019】

本発明の硫酸鉛被膜除去システムによれば、山間部などで用いられる通信基地局の鉛蓄電池に生じる硫酸鉛被膜除去をすることに加えて、例えば遠隔地にいる管理者に鉛蓄電池の交換目安の判断材料となる計測結果を送信することができる。

【図面の簡単な説明】

【0020】

【図1】本発明の実施形態の硫酸鉛被膜除去装置１０の概念的な使用例を示す説明図である。

【図2】図１に示す硫酸鉛被膜除去装置１０の回路構成を一部機能的に示すブロック図である。

【図3】図２に示す硫酸鉛被膜除去装置１０の回路トポロジーを示す図である。

【図4】図１に示すように硫酸鉛被膜除去装置１０を鉛蓄電池２０に接続した状態で計測した「ピーク電流値」の計測結果、及び、その計測結果と対比するためにアナログ回路によって実現される比較例の硫酸鉛被膜除去装置を鉛蓄電池２０に接続した状態で計測した「ピーク電流値」に相当する電圧値及び電流値の計測結果を示す図である。

【図5】車両等に搭載されている鉛蓄電池２０に対する硫酸鉛被膜除去装置１０の回復前後の鉛蓄電池電圧値等の計測結果を示す図である。

【符号の説明】

【0021】

１０ 硫酸鉛被膜除去装置
１１ 基準電源回路
１２ 定電流回路
１３Ａ 制御回路
１３Ｂ 端子間スイッチ回路
１４ 発振回路
１５ 第１分周回路
１６ 第２分周回路
１７ レベルシフト回路
１８Ａ 駆動回路
１８Ｂ パルスドライバ回路
１９ 駆動スイッチ回路
１００Ａ 基板正極端子
１００Ｂ 基板負極端子
１１０ 電源ユニット
１２０ ドライブ抵抗
１３０，１４０ 分圧抵抗
１５０ スイッチング回路
１６０ 信号生成部
１７０ パルスドライバ回路

【発明の実施の形態】

【0022】

以下、本発明の実施形態の硫酸鉛被膜除去装置、方法及びシステムについて、図面を参照しつつ説明する。

【0023】

図１は、本発明の実施形態の硫酸鉛被膜除去装置１０の概念的な使用例を示す説明図である。図１には、硫酸鉛被膜除去装置１０と鉛蓄電池２０とが、接続線４０及び接続線５０によって接続され、また、鉛蓄電池２０と電源３０とが、接続線６０及び接続線７０によって接続された状態を示している。

【0024】

なお、硫酸鉛被膜除去装置１０を実際に使用する際にユーザが用意するものは、硫酸鉛被膜除去装置１０と接続線４０及び接続線５０とに留まり、その他のものを態々用意するというわけではない点に留意されたい。換言すると、鉛蓄電池２０及び電源３０については、自動車等に搭載されているものを意図している。

【0025】

硫酸鉛被膜除去装置１０は、特定用途向けディジタル集積回路（Application Specific Integrated Circuit以下、「ＡＳＩＣ」という。）によって実現されている。その具体的な回路構成については、図２，図３を用いて後述する。

【0026】

鉛蓄電池２０は、乗用車などの自動車、ゴルフカートなどの電動車両、フォークリフトなどの作業車、防災無線などの無線機に搭載され、例えば自動車の場合でいうと、そのエンジン始動の他に、ライトなどの電装品への電力供給、各種コンピュータ機器へのバックアップをするなどの役割を担っている。鉛蓄電池２０自体は、本発明の実施形態の硫酸鉛被膜除去装置１０の構成等とは無関係であるので、ここでは詳述しない。

【0027】

電源３０は、鉛蓄電池２０に対する電力供給源であり、例えば自動車の場合でいうと、オルタネータに相当する。電源３０自体は、本発明の実施形態の硫酸鉛被膜除去装置１０の構成等とは無関係であるので、ここでは詳述しない。

【0028】

接続線４０は、硫酸鉛被膜除去装置１０の基板正極端子１００Ａ（図２）と鉛蓄電池２０の鉛蓄電池正極端子２２とを接続するものである。接続線５０は、硫酸鉛被膜除去装置１０の基板負極端子１００Ｂ（図２）と鉛蓄電池２０の鉛蓄電池負極端子２４とを接続するものである。接続線４０，５０は、硫酸鉛被膜除去装置１０と鉛蓄電池２０とを電気的に接続できるものであれば、特段の制限なく用いることができる。

【0029】

接続線６０は、鉛蓄電池２０の鉛蓄電池正極端子２２と電源１０の正極端子（図示せず）とを接続するものである。接続線７０は、鉛蓄電池２０の鉛蓄電池負極端子２４と電源１０の負極端子（図示せず）とを接続するものである。接続線６０，７０は、鉛蓄電池２０と電源１０とを電気的に接続できるものであれば、特段の制限なく用いることができる。

【0030】

図２は、図１に示す硫酸鉛被膜除去装置１０の回路構成を一部機能的に示すブロック図である。硫酸鉛被膜除去装置１０は、既述のとおりＡＳＩＣで実現されるが、その一部を機能的に示すと、以下説明する、基板正極端子１００Ａ及び基板負極端子１００Ｂと、電源ユニット１１０と、ドライブ抵抗１２０と、分圧抵抗１３０，１４０と、スイッチング回路１５０と、信号生成部１６０と、パルスドライバ回路１７０と、を備えるというように整理できる。

【0031】

基板正極端子１００Ａ及び基板負極端子１００Ｂは、鉛蓄電池２０の鉛蓄電池正極端子２２及び鉛蓄電池負極端子２４に対して、接続線４０及び接続線５０を通じてそれぞれ電気的に接続されるものである。基板正極端子１００Ａは、ドライブ抵抗１２０と分圧抵抗１３０，１４０及び電源ユニット１１０とに並列に接続されている。

【0032】

基板正極端子１００Ａを流れる電流（鉛蓄電池２０から取り出した信号）は、その一部が、ドライブ抵抗１２０を通じて、その下流に位置するパルスドライバ回路１７０に向けて流れる。また、当該電流の一部は、分圧抵抗１３０，１４０のうち分圧抵抗１３０を通じて、信号生成部１６０に向けて流れる。当該電流の残りは、電源ユニット１１０に向けて流れる。

【0033】

電源ユニット１１０は、例えば、相対的に高圧の前段電源回路及び相対的に低圧の後段電源回路を備え、それらは直列に接続されている。このため、鉛蓄電池２０を電源として生成される、前段電源回路の相対的に高圧の出力電圧Ｖ_Ｈがスイッチング回路１５０を介して間接的に信号生成部１６０に印加され、後段電源回路の相対的に低圧の出力電圧Ｖ_Ｌが直接的に信号生成部１６０に印加される。もちろん、物理的には一つの電源回路を分圧して、出力電圧Ｖ_Ｈ及び出力電圧Ｖ_Ｌを得るという構成としてもよい。

【0034】

ドライブ抵抗１２０は、パルスドライバ回路１７０に流れる電流値を規定するものである。ドライブ抵抗１２０の抵抗値は、鉛蓄電池２０の電圧値、分圧抵抗１３０，１４０の抵抗値、及び、電源ユニット１１０の入力抵抗値等に応じて決定すればよい。ただし、これらを後述する条件とする場合には、１０Ω～３０Ω程度（例えば約１５Ω）とすればよい。

【0035】

分圧抵抗１３０，１４０は、信号生成部１６０に向けて流れる電流の値を規定するものである。分圧抵抗１３０，１４０の各抵抗値は、鉛蓄電池２０の電圧、ドライブ抵抗１２０の抵抗値、及び、電源ユニット１１０の入力抵抗値等に応じて決定すればよいが、分圧抵抗１３０の抵抗値は０Ω～２０ｋΩ程度（例えば約０Ω）、分圧抵抗１４０の抵抗値は１００Ω～３００ｋΩ程度（約２００ｋΩ）とすることができる。

【0036】

スイッチング回路１５０は、この例ではＦＥＴなどのトランジスタによって実現され、信号生成部１６０から出力される後述のオン／オフ信号に従ったスイッチング動作を実行する。スイッチング回路１５０がオン状態のときには、電源ユニット１１０の前段電源回路の出力電圧Ｖ_Ｈが信号生成部１６０に印加され、スイッチング回路１５０がオフ状態のときには、信号生成部１６０に対する出力電圧Ｖ_Ｈの印加は停止される。

【0037】

信号生成部１６０は、出力電圧Ｖ_Ｈ，Ｖ_Ｌに基づいてスイッチング回路１５０に供給する前掲のオン／オフ信号を生成するものである。このオン／オフ信号は、スイッチング回路１５０に供給される。また、信号生成部１６０は、定電流源出力回路、発振器及び分周回路等を備えており、電圧Ｖ_Ｈ，Ｖ_Ｌに基づいて除去信号を生成するための制御信号を生成するものである。この制御信号は、のこぎり波形をしており、パルスドライバ回路１７０のゲートに出力されるゲート電流となる。

【0038】

ここで、信号生成部１６０は、最終的に鉛蓄電池２０の電極に供給する除去信号を、ピーク値が５５０ｍＡ～１０００ｍＡであり、パルス幅が５ｎｓｅｃ～１００ｎｓｅｃであり、周波数が５ｋＨｚ～５０ｋＨｚである、のこぎり波形をしたパルス信号となるように、例えば、以下の条件で動作させる。

【0039】

すなわち、電源ユニット１１０の前段電源回路の出力電圧Ｖ_Ｈを９．０Ｖ～１１．０Ｖ程度（例えば１０．０Ｖ）、後段電源回路の出力電圧Ｖ_Ｌを５．０Ｖ～６．０Ｖ程度（例えば５．５Ｖ）、信号生成部１６０の発振器の発振周波数を約１．０ＭＨｚ～約５．０ＭＨｚ程度（例えば約２．５ＭＨｚ）、分周回路を例えば２分周回路と例えば同期型の６２分周回路とによって構成し、前者によって周波数を約０．６ＭＨｚ～約２．５ＭＨｚ程度（例えば約１．２５ＭＨｚ）、後者によって周波数を約９．６７ｋＨｚ～約４０．３２ｋＨｚ程度（例えば約２０．１６ｋＨｚ）とする。この結果、鉛蓄電池２０の電圧が、分周後の周波数によってパルス幅が約５ｎｓｅｃ～約１００ｎｓｅｃのパルス信号を生成することができる。

【0040】

このパルス信号を、電圧Ｖ_Ｈ，Ｖ_Ｌが供給されるＰＭＯＳトランジスタで構成した定電流源出力回路及びＮＭＯＳで構成したスイッチに供給すれば、ピーク値が約５５０ｍＡ～約１０００ｍＡであり、パルス幅が約５ｎｓｅｃ～約１００ｎｓｅｃであり、周波数が約５ｋＨｚ～約５０ｋＨｚである、のこぎり波形の制御信号を生成することができる。

【0041】

パルスドライバ回路１７０は、信号生成部１６０から出力される制御信号に従って、除去信号を生成するものである。パルスドライバ回路１７０は、例えばＦＥＴなどのトランジスタによって実現することができる。この構成の場合、理論上、除去信号は当該制御信号と同じパルス幅及び同じ周波数となる。この除去信号は、基板正極端子１１０Ａ及び基板負極端子１００Ｂを通じて鉛蓄電池２０に供給され、鉛蓄電池負極電極２４の硫酸鉛被膜を除去することができる。

【0042】

図３は、図２に示す硫酸鉛被膜除去装置１０の回路トポロジーを示す図である。硫酸鉛被膜除去装置１０は、既述のように、ＡＳＩＣによって実現されるが、このＡＳＩＣは、以下説明する、基準電源回路１１と、定電流回路１２と、制御回路１３Ａと、端子間スイッチ回路１３Ｂと、発振回路１４と、第１分周回路１５と、第２分周回路１６と、レベルシフト回路１７と、駆動回路１８Ａと、パルスドライバ回路１８Ｂと、駆動スイッチ回路１９と、を備えている。

【0043】

ここで、図２に示す部分と図３に示す部分との関係は、各図における対応部分の全てを示しているわけではなく、また、必ずしも１：１で対応するわけではないため、概念的に整理したものとなるが、大凡以下のようになる。すなわち、
・図２に示す電源ユニット１１０は、図３には直接的には現れていないが、高電源電圧Ｖ_ＤＤＨ（図２を用いて説明した「出力電圧Ｖ_Ｈ」に相当。）及び低電源電圧Ｖ_ＤＤＬ（図２を用いて説明した「出力電圧Ｖ_Ｌ」に相当。）を生成する部分に、
・図２に示すドライブ抵抗１２０は、図３に示す駆動回路１８Ｂに接続される部分（図示せず）、
・図２に示す分圧抵抗１３０，１４０は、図３に示す駆動回路１８Ａに、
・図２に示すスイッチング回路１５０は、図３に示す駆動スイッチ回路１９に、
・図２に示す信号生成部１６０は、図３に示す基準電源回路１１と定電流回路１２と制御回路１３Ａと端子間スイッチ回路１３Ｂと発振回路１４と第１分周回路１５と第２分周回路１６とに、
・図２に示すパルスドライバ回路１７０は、図３に示すパルスドライバ回路１８Ｂに、
それぞれ相当する。

【0044】

基準電源回路１１は、いわゆるＢＧＲ（Bandgap Reference）回路によって構成することができ、低電源電圧Ｖ_ＤＤＬが供給され、基準信号（基準電流）となるＰ_ＴＡＴ信号を生成して、当該Ｐ_ＴＡＴ信号を定電流回路１２と制御回路１３Ａと発振回路１４とに出力するものである（なお、基準信号として用いるものについては、図３において「Ｉ_ｒｅｆ」と付記している。以下同じ。）。

【0045】

定電流回路１２は、低電源電圧Ｖ_ＤＤＬが供給され、基準電源回路１１から出力されるＰ_ＴＡＴ信号を入力し、当該Ｐ_ＴＡＴ信号に基づいてＣ_ＴＡＴ信号を生成し、当該Ｃ_ＴＡＴ信号を制御回路１３Ａと発振回路１４と駆動回路１８Ａとに出力するものである。

【0046】

制御回路１３Ａは、低電源電圧Ｖ_ＤＤＬが供給され、基準電源回路１１から出力されるＰ_ＴＡＴ信号と定電流回路１２から出力されるＣ_ＴＡＴ信号とを入力し、当該Ｐ_ＴＡＴ信号と当該Ｃ_ＴＡＴ信号との合流信号を生成するとともに当該合流信号の出力のオン／オフの切り替えを制御するものである。具体的には、制御回路１３Ａには、低電源電圧Ｖ_ＤＤＬと比較される閾値Ｓ_Ｌ及び閾値Ｓ_Ｈが設定されていて、閾値Ｓ_Ｌ≦低電源電圧Ｖ_ＤＤＬ≦閾値Ｓ_Ｈならば端子間スイッチ回路１３Ｂに合流信号を出力し、それ以外の場合には端子間スイッチ回路１３Ｂに合流信号を出力しないといった制御を行う。

【0047】

端子間スイッチ回路１３Ｂは、例えばＮＭＯＳトランジスタによって構成することができ、制御回路１３Ａからの合流信号が入力されるゲートと、鉛蓄電池２０の鉛蓄電池負極端子２４に接続されるソースと、鉛蓄電池２０の鉛蓄電池正極端子２２に電圧電流調整用の抵抗やダイオードなどの素子を介して接続されるドレインと、を備え、合流信号の出力の有無に従って鉛蓄電池正極端子２２と鉛蓄電池負極端子２４との電気的接続をスイッチングするものである。

【0048】

発振回路１４は、低電源電圧Ｖ_ＤＤＬが供給され、基準電源回路１１から出力されるＰ_ＴＡＴ信号と定電流回路１２から出力されるＣ_ＴＡＴ信号とを入力し、これらの信号に基づくパルス信号を生成し、当該パルス信号を第１分周回路１５に出力するものである。発振回路１４は、発振周波数が例えば２．５ＭＨｚのパルス信号を生成するようにしている。

【0049】

第１分周回路１５は、低電源電圧Ｖ_ＤＤＬが供給され、発振回路１４から出力される発振周波数が例えば２．５ＭＨｚのパルス信号を入力し、当該パルス信号の発振周波数を１／２に分周すなわち例えば１．２５ＭＨｚに分周し、第２分周回路１６に出力するものである。

【0050】

第２分周回路１６は、第１分周回路１５から出力される発振周波数が例えば１．２５ＭＨｚのパルス信号を入力し、当該パルス信号の発振周波数を例えば１／６２すなわち２０．１６ｋＨｚに分周し、レベルシフト回路１７と駆動スイッチ回路１９とに出力する、同期型のものである。

【0051】

なお、第１分周回路１５及び第２分周回路１６の分周条件は、第２分周回路１６から出力するパルス信号のパルス幅がこの例では８００ｎｓｅｃとなるようにすればよく、したがって、「１／２」分周或いは「１／６２」分周に限定されるものではなく、また、分周回路の数も「２」限定されるものではない点に留意されたい。

【0052】

レベルシフト回路１７は、低電源電圧Ｖ_ＤＤＬと高電源電圧Ｖ_ＤＤＨとが供給され、第２分周回路１６から出力される例えばパルス幅が８００ｎｓｅｃのパルス信号を入力し、当該パルス信号に基づいて低電源電圧Ｖ_ＤＤＬと高電源電圧Ｖ_ＤＤＨとのレベルをシフトし、レベルシフト後の電圧信号を駆動回路１８Ａに出力するものである。

【0053】

駆動回路１８Ａは、例えばＰＭＯＳトランジスタによって構成することができ、高電源電圧Ｖ_ＤＤＨが供給され、レベルシフト回路１７から出力される電圧信号と定電流回路１２から出力されるＣ_ＴＡＴ信号と駆動スイッチ回路１９から出力されるスイッチ信号とを入力し、当該電圧信号と当該Ｃ_ＴＡＴ信号とに基づいて駆動信号を生成し、当該駆動信号を当該スイッチ信号に従ってパルスドライバ回路１８Ｂに出力するものである。

【0054】

駆動スイッチ回路１９は、例えばＮＭＯＳトランジスタによって構成することができ、低電源電圧Ｖ_ＤＤＬが供給され、第２分周回路１６から出力される例えばパルス幅が８００ｎｓｅｃのパルス信号を入力するゲートと、当該パルス信号に基づいて上記スイッチ信号を駆動回路１８Ａに出力するソースと及びドレインと、を備えるものである。

【0055】

パルスドライバ回路１８Ｂは、例えばＮＭＯＳトランジスタによって構成することができ、駆動回路１８Ａから出力される駆動信号を入力するゲートと、ドライブ抵抗１２０を介して基板正極端子１００に接続されるドレインと、基板負極端子１００Ｂに接続されるソースと、を備えるものである。

【0056】

図４（ａ）は、図１に示すように硫酸鉛被膜除去装置１０を鉛蓄電池２０に接続した状態で計測した「ピーク電流値」の計測結果を示す図である。ここでいう「ピーク電流値」とは、鉛蓄電池正極端子２２から硫酸鉛被膜除去装置１０を介して鉛蓄電池負極端子２４に流れる電流値のことである。

【0057】

図４（ａ）に示す各計測結果を得るために用意したものは、以下のとおりである。

【0058】

硫酸鉛被膜除去装置１０は、その各素子のスペックを、図２を用いてした説明のうちかっこ書きで例示した値を採用した。すなわち、ドライブ抵抗１２０を例にすれば、約１５Ωという値を採用とした。

【0059】

鉛蓄電池２０は、Ｐａｎａｓｏｎｉｃ ｃａｏｓ社製の型番「１００Ｄ２３Ｒ／Ｃ６密閉型」という、いわゆる「１２Ｖ鉛蓄電池」と称される鉛蓄電池２０とした。鉛蓄電池２０の鉛蓄電池正極端子２２と鉛蓄電池負極端子２４との距離は１８０ｍｍである。なお、図４（ａ）及び図４（ｂ）に示す各計測結果を得る前に測定した鉛蓄電池２０自体の電圧値／抵抗値は１２．６７Ｖ／６．４９ｍΩであった。

【0060】

電源３０は、ＩＴＥＣＨ社製の型番「ＩＴ６７２０」という電源を用意した。この電源３０は、出力電圧を０～６０Ｖ、出力電流を０～５ａ、出力電力を０～１００Ｗの範囲で設定できるものであり、電源３０の出力電圧は、鉛蓄電池正極端子２４と鉛蓄電池負極端子２６との間の「鉛蓄電池電圧値」を、１１．９Ｖ，１２．９Ｖ，１３．９Ｖと可変設定した。

【0061】

接続線４０，５０は、それらの長さが６０ｃｍで、それらの線幅が０．５ｓｑ（ＡＷＧ２０相当）の黄銅製の汎用的なものとした。接続線４０，５０は、硫酸鉛被膜除去装置１０の基板正極端子１００Ａ及び基板負極端子１００Ｂから約４８ｃｍとなる位置までの部分は直線的かつ相互に略密着させて配置し、そこから分岐させた残り約１２ｃｍの部分は鉛蓄電池２０の鉛蓄電池正極端子２２及び鉛蓄電池負極端子２４に向けてそれぞれ向けて相互に斜めに向けて延びるように配置した。

【0062】

接続線６０，７０は、それらの長さが５ｃｍで、それらのインダクタが４７０μＨ／３Ａある黄銅製の汎用的なものを用いた。

【0063】

図４（ｂ）は、図４（ａ）に示す計測結果と対比するためにアナログ回路によって実現される比較例の硫酸鉛被膜除去装置を鉛蓄電池２０に接続した状態で計測した「ピーク電流値」に相当する電圧値及び電流値の計測結果を示す図である。

【0064】

図４（ｂ）に示す各計測結果を得るための、鉛蓄電池２０と、電源３０と、接続線６０，７０とについては、図４（ａ）に示す各計測結果を得るために用意したものと同一のもの用意し、同一の条件で用いた。その他のものは以下のとおりである。

【0065】

比較例の硫酸鉛被膜除去装置は、本実施形態の硫酸鉛被膜除去装置１０がＡＳＩＣによって実現されるものであるのに対して、アナログ回路によって実現されるものである。比較例の硫酸鉛被膜除去装置を構成する各素子のスペックは、硫酸鉛被膜除去装置１０と同じく、図２を用いてした説明のうちかっこ書きで例示した値を採用した。したがって、両装置の実質的な相違は、既述のようにピーク電流の上限のみである。

【0066】

接続線４０，５０に相当するものは、それらの長さが５４ｃｍ、それらの線幅が１．２５ｓｑ（ＡＷＧ１６相当）の黄銅製の汎用的なものとした。比較例の硫酸鉛被膜除去装置に接続線４０，５０を接続しなかった理由は、当該装置の端子の大きさが、基板正極端子１００Ａ及び基板負極端子１００Ｂと異なっていることによる。

【0067】

ただ、接続線４０，５０とそれに相当するものとの電気抵抗等が実質的に同一となる条件で、接続線４０，５０に相当するものを選定した。接続線４０，５０に相当するものは、比較例の硫酸鉛被膜除去装置側から約４２ｃｍとなる位置までの部分は直線的かつ平行に相互に約２ｃｍ離間させて配置し、そこから分岐させた残り約１２ｃｍの部分は、それぞれ鉛蓄電池２０の鉛蓄電池正極端子２２及び鉛蓄電池負極端子２４に向けて相互に斜めに向けて延びるように配置した。

【0068】

なお、図４に示す計測結果及び後述の図５に示す計測結果のいずれにおいても、種々の計測をする際には、鉛蓄電池２０を充電完了直後のものとし、周囲の環境温度などの条件はほぼ同一とし、計測結果に影響を及ぼす要因は可能な限り排除した。

【0069】

図４（ａ）に示すように、本実施形態の硫酸鉛被膜除去装置１０の場合には、電源３０の供給電圧を「鉛蓄電池電圧値」を１１．９Ｖ，１２．９Ｖ，１３．９Ｖと可変した場合に、「ピーク電流値」はそれぞれ６７５ｍＡ，７３３ｍＡ，７９３ｍＡであった。

【0070】

図４（ａ）に示す計測結果によれば、ピーク電流が６７５ｍＡ～７９３ｍＡとなることがわかる。なお、当業者にとって、ドライブ抵抗１２０、分圧抵抗１３０，１４０のいずれかの抵抗値を変更することによって、ピーク電流の値を容易に制御できることは自明である。

【0071】

また、ここでは「１２Ｖ鉛蓄電池」を前提とした測定結果を示しているが、「１２Ｖ鉛蓄電池」に代えて例えば「２４Ｖ鉛蓄電池」を用いた場合には、「鉛蓄電池電圧値」の増加に伴って「ピーク電流値」も増加することは当業者であれば容易に理解し得る。本実施形態では、そのような場合に「ピーク電流値」の上限が１０００ｍＡとなるように設計している。

【0072】

一方、比較例の硫酸鉛被膜除去装置の場合には、電源３０の供給電圧を「鉛蓄電池電圧値」が１１．９Ｖ，１２．９Ｖ，１３．９Ｖと可変した場合に、「ピーク電流値」はそれぞれ５４０ｍＡ，５７０ｍＡ，６００ｍＡにしかならなかった。

【0073】

本発明者らは、ピーク電流を５５０ｍＡ～１０００ｍＡの範囲で検証したところ、鉛蓄電池負極端子２２に対する硫酸鉛被膜の発生量よりも硫酸鉛被膜の除去量が上回り、効果的に硫酸鉛被膜を除去することができたし、その一方で鉛蓄電池２０の電極にダメージが見受けられなかった。

【0074】

なお、信号生成部１６０における、定電流源出力回路、発振器及び分周回路等のスペックを適宜変更することによって、パルス信号のパルス幅や周波数を容易に制御することができることも当業者にとって自明である。周波数及びピーク値の条件を上記範囲として、パルス幅を５ｎｓｅｃ～１００ｎｓｅｃとした場合、ピーク値及びパルス幅の条件を上記範囲として、周波数を５ｋＨｚ～５０ｋＨｚにした場合にも、鉛蓄電池負極端子２４に対する硫酸鉛被膜の発生量よりも硫酸鉛被膜の除去量が上回り、効果的に硫酸鉛被膜を除去することができたし、その一方で鉛蓄電池２０の電極にダメージが見受けられなかった。

【0075】

図５は、車両等に搭載されている鉛蓄電池２０に対する硫酸鉛被膜除去装置１０の回復前後の鉛蓄電池電圧値等の計測結果を示す図である。この電圧値は、鉛蓄電池正極端子２２及び鉛蓄電池負極端子２４の近傍で計測したものであり、硫酸鉛被膜除去装置１０は図２を用いて説明したスペックの素子を用いた。

【0076】

また、硫酸鉛被膜除去装置１０の接続先の種別によって、計測項目が異なっている場合がある（例えば、ＣＣＡ（Cold Cranking Ampere）値を示す場合もあれば、「比重値」の計測結果を示す場合もある。）。このことは、計測対象によって、硫酸鉛被膜の除去効果の評価可能な計測項目が異なったり、そもそも計測対象については特定の計測項目の計測結果を得ることが困難或いは不可であったりなどの理由による。

【0077】

まず、２台のゴルフカートａ，ｂに搭載された鉛蓄電池２０に関して説明する。ゴルフカートａ，ｂの鉛蓄電池２０は、いずれも１２Ｖの鉛蓄電池２０（ＧＳ ＹＵＡＳＡ社製「ＳＥＲ３８－１２」）を６個搭載したものである。図５に示す計測結果は、６個の鉛蓄電池２０の各々の計測値の平均としている。

【0078】

ゴルフカートａ，ｂの内部抵抗値は、鉛蓄電池２０の開放電圧と負荷抵抗との間の電圧降下に基づいて計測したものである。内部抵抗値は、鉛蓄電池２０の使用期間が長くなるにつれて上昇していき、これに比例して鉛蓄電池２０の能力は低下していく。内部抵抗値は、一概にメルクマールとなる絶対的な値はなく、相対的な値の大小によって硫酸鉛被膜の除去効果を評価できる。

【0079】

ゴルフカートａ，ｂの各抵抗差は、鉛蓄電池２０の内部抵抗値の最大値から最小値を差し引いた値である。したがって、この値が小さいほど、鉛蓄電池２０の間での抵抗差のバラつきが小さく、鉛蓄電池２０の状態が良好であることを意味する。

【0080】

まず、ゴルフカートａに搭載されている鉛蓄電池２０の計測結果について考察する。電圧値は、回復前に１３．０５Ｖであったものが、回復後には１３．０３Ｖとなり大きな変化は見られない。内部抵抗値は、回復前に８．７６ｍΩであったものが、回復後には８．２９ｍΩとなり、改善したことがわかる。

【0081】

つぎに、ゴルフカートｂに搭載されている鉛蓄電池２０の計測結果について考察する。電圧値は、回復前に１３．０１Ｖであったものが、回復後には１３．００Ｖとなり、これは測定誤差であると見受けられる。内部抵抗値は、回復前に８．８６ｍΩであったものが、回復後には８．４１ｍΩとなり、改善したことがわかる。

【0082】

考察結果をまとめると、ゴルフカートａに搭載されている鉛蓄電池２０の計測結果によれば、内部抵抗値が改善されたので、硫酸鉛被膜除去装置１０を使用したことによる、塩被膜の除去効果があるといえる。

【0083】

一方、ゴルフカートｂに搭載されている鉛蓄電池２０の計測結果によれば、若干の除去効果が認められるが、ゴルフカートｂの鉛蓄電池負極電極２４に硫酸鉛がそれほど付着していなかったと推測される。

【0084】

つぎに、２台の自動車ｃ，ｄに搭載され鉛蓄電池２０に関して説明する。自動車ｃの鉛蓄電池２０は、１２Ｖの鉛蓄電池２０（ＢＯＳＣＨ社製「ＢＬＡ－９５－Ｌ５」）を１個搭載したものである。自動車ｄの鉛蓄電池２０は、１２Ｖの鉛蓄電池２０（ＧＳユアサ社製Ｍ－４２ ＬＢ３１４）を１個搭載したものである。

【0085】

自動車ｃのＣＣＡ値は、鉛蓄電池２０にエンジンを始動させる能力を示す性能基準値である。ＣＣＡ値は、その鉛蓄電池のメーカ、種類などによって基準値が異なるので、一概にメルクマールとなる絶対的な値はなく、相対的な値の大小によって硫酸鉛被膜の除去効果を評価できる。

【0086】

自動車ｃ，ｄに搭載されている鉛蓄電池２０の内部抵抗値に対する評価は、ゴルフカートａ，ｂのものに対して説明したとおりであり、したがって、内部抵抗値は、相対的に小さい値になるほど硫酸鉛被膜の除去効果が高いという評価ができる。

【0087】

まず、自動車ｃに搭載されている鉛蓄電池２０の計測結果について考察する。電圧値は、回復前に１２．６４Ｖであったものが、回復後には１３．０７Ｖとなり大きな変化は見られない。ＣＣＡ値は、回復前に７１１であったものが、回復後には８２６となり、大きく改善したことがわかる。内部抵抗値は、回復前に３．２５ｍΩであったものが、回復後には２．８０ｍΩとなり改善したことがわかる。

【0088】

自動車ｄに搭載されている鉛蓄電池２０の計測結果について考察する。電圧値は、回復前に１３．２９Ｖであったものが、回復後には１３．４２Ｖとなり大きな変化は見られない。鉛蓄電池２０を構成する６つのセルの比重値平均は、回復前に１．００であったものが、回復後には１．２０となり、改善したことがわかる。内部抵抗値は、回復前に６．９４ｍΩであったものが、回復後には６．０３ｍΩとなり改善したことがわかる。

【0089】

考察結果をまとめると、自動車ｃに搭載されている鉛蓄電池２０の計測結果によれば、ＣＣＡ値及び内部抵抗値が改善され、硫酸鉛被膜除去装置１０を使用したことによる、塩被膜の除去効果は大きいであるといえる。

【0090】

一方、自動車ｄに搭載されている鉛蓄電池２０の計測結果によれば、比重値平均及び内部抵抗値が改善され、硫酸鉛被膜除去装置１０を使用したことによる、塩被膜の除去効果は大きいであるといえる。

【0091】

以上説明した硫酸鉛被膜除去装置１０は、それが接続される鉛蓄電池２０の性能を示す計測を行う計測装置と、計測装置によって計測された計測結果を送信する送信装置とともに、これらを備えた硫酸鉛被膜除去システムとすることもできる。

【0092】

当該計測装置が計測を行う鉛蓄電池２０の性能を示す計測対象としては、図５に示すピーク電流、図５に示す内部抵抗値が典型例として挙げられる。さらに、内部抵抗値は温度による影響を受けやすいので温度も考慮した評価が可能なように周辺温度も含めることができる。したがって、当該計測装置は、これらの幾つかを計測するセンサーなどを有するものとすればよい。

【0093】

当該送信装置が送信する計測結果の送信先は、鉛蓄電池２０が搭載された電気機器の管理者及び／又は本実施形態の硫酸鉛被膜除去システムの管理者などのいくつか考えられる。また、計測結果は、これらの者に直接送信してもよいし、図示しないクラウドサーバに一度送信し、その後にクラウドサーバからそれらの者に間接送信してもよい。送信技術としてはＬＰＷＡ（Low Power Wide Area）などの通信規格を用い、送信媒体としては無線や光ファイバ等を用い、送信頻度としては例えば毎月１回とすることが一法であるが、これらに限定されるものではない。

【0094】

本実施形態の硫酸鉛被膜除去システムによれば、山間部などで用いられる通信基地局の鉛蓄電池２０に硫酸鉛被膜除去装置１０を接続すれば、その鉛蓄電池２０に生じる硫酸鉛被膜除去をすることもできるし、例えば遠隔地にいる管理者がその鉛蓄電池２０の交換目安の判断材料となる計測結果を得ることができる。

【0095】

以上、本実施形態では、鉛蓄電池負極電極２４に付着する硫酸鉛被膜を除去する場合を例に説明したが、鉛蓄電池２０には複数のセルから構成されているものもあり、その場合にそれらの各セルの負極電極に付着した硫酸鉛被膜を除去することも可能である。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】