JP2003017142A - 電池パックの再利用方法 - Google Patents

電池パックの再利用方法

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JP2003017142A JP2001203615A JP2001203615A JP2003017142A JP 2003017142 A JP2003017142 A JP 2003017142A JP 2001203615 A JP2001203615 A JP 2001203615A JP 2001203615 A JP2001203615 A JP 2001203615A JP 2003017142 A JP2003017142 A JP 2003017142A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 従来のメンテナンスフリーで漏液のない密閉
型ニッケル水素二次電池の利点を維持しつつ、電池パッ
クを低価格で交換できる電池パックの再利用方法を提供
する。 【解決手段】 密閉型ニッケル水素二次電池である単電
池が複数個組み合わされた電池モジュールを収容した電
池パックを再利用する方法であって、電池パックが市場
において劣化判定された場合に、その電池パックを交換
対象電池として市場から回収し、劣化判定対象の単電池
または電池モジュールに対して電解液を再注液して再生
し、電池パックに再度組み付け、交換用電池として使用
に供する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、密閉型ニッケル水
素二次電池で構成された電池パックが市場において劣化
判定された場合に、当該電池パックを回収して電池再生
し再利用する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】密閉型アルカリ二次電池として、液スタ
ーブ型のニッケル水素二次電池は、メンテナンスフリー
で長寿命な充放電サイクルを有するという利点を有して
いる。この利点により、二次電池に圧倒的な長寿命を必
要とする電気自動車（ＰＥＶ）やハイブリッド車両（Ｈ
ＥＶ）等の市場において、液スターブ型ニッケル水素二
次電池に対する要望が強い。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、液スタ
ーブ型ニッケル水素二次電池は、電池内部の電解液が減
少して液枯れとなり、それにより内部抵抗が上昇するこ
とで寿命となる。このことは、ＰＥＶやＨＥＶ等の用途
で、車両寿命よりも電池寿命が短くなった場合、車両寿
命が電池寿命に制限されることになり、また新しい電池
パックへの交換費用も高価であるという問題がある。
【０００４】そのため、長寿命化を図るという目的で、
例えば、特開２０００−２１５８８２号公報には、電池
容器に開閉可能なネジ式の注液部を設け、電池の内部抵
抗が初期の１．５倍より大きくなった場合、１．５以下
となるまで注液部を介して補液を行なうという方法が開
示されている。
【０００５】しかし、電池容器に開閉可能な注液部を設
けると、這い上がり性質のあるアルカリ電解液が注液部
から漏液する恐れがあり、この漏液を防止することは困
難である。また、開閉可能な注液部を介して、補液をユ
ーザ側で行なう必要があり、メンテナンスフリーという
密閉型アルカリ二次電池の利点が生かせないという問題
もある。
【０００６】本発明は、上記の問題点に鑑みてなされた
ものであり、その目的は、従来のメンテナンスフリーで
漏液のない完全密閉型ニッケル水素二次電池の利点を維
持しつつ、電池パックを低価格で交換できる電池パック
の再利用方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】前記の目的を達成するた
め、本発明に係る電池パックの再利用方法は、密閉型ニ
ッケル水素二次電池である単電池が複数個組み合わされ
た電池モジュールを収容した電池パックを再利用する方
法であって、電池パックが市場において劣化判定された
場合に、その電池パックを交換対象電池として市場から
回収し、劣化判定対象の単電池または電池モジュールに
対して電解液を再注液して再生し、電池パックに再度組
み付け、交換用電池として使用に供することを特徴とす
る。
【０００８】この電池パックの再利用方法において、電
池パックの使用時に、単電池または電池モジュールの内
部抵抗を監視し、単電池または電池モジュールの内部抵
抗が規定値にまで上昇したことに基づき劣化判定された
電池パックを交換対象電池とすることが好ましい。
【０００９】また、電池パックは、モータおよび発電機
を備えてモータを走行駆動源として使用する車両に搭載
され、正負両極が前記車両に接続されるものである。
【００１０】また、電池パックの使用時に、電池パック
内での残存容量または電圧のばらつきが規定値になった
ことに基づき劣化判定された電池パックを交換対象電池
とすることが好ましい。
【００１１】また、単電池または電池モジュールは液ス
ターブ密閉電池であることが好ましい。
【００１２】また、単電池または電池モジュールは安全
弁を有するか、単電池または電池モジュールを構成する
電槽が樹脂材料からなることが好ましい。この場合、電
池パックの製造時と回収時における電池重量の減少分に
基づいて、電解液の再注液量を決定することが、安全
弁、樹脂電槽を用いた電池の場合、寿命末期における開
弁により、また樹脂を通して水分が外部に排出されるの
で、再注液量を容易に決定できる点で好ましい。
【００１３】さらに、劣化判定対象の単電池または電池
モジュールの樹脂電槽に注液口を開け、注液口から電解
液を再注液した後、注液口を樹脂で溶着することが、樹
脂電槽の場合、新たに注液口を容易に開けることがで
き、また再注液した単電池に対して樹脂により完全密閉
を施すことができる点で好ましい。
【００１４】また、本発明に係る電池パックの再利用方
法において、劣化判定対象の単電池または電池モジュー
ルの再注液を行なう前または再注液を行なった後に、単
電池または電池モジュール内部を真空状態にまたは減圧
することが、劣化して液枯れが激しいセパレータの奥に
まで電解液を十分に浸透させることができる点で好まし
い。
【００１５】上記の構成によれば、従来のメンテナンス
フリーで漏液のない完全密閉型ニッケル水素二次電池の
利点を維持しつつ、劣化した電池パックを回収して再生
した電池パックと低価格で交換し、ＰＥＶやＨＥＶ等用
として再利用することができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】以下、本発明の好適な実施の形態
について、図面を参照して説明する。
【００１７】まず、図１から図６を参照して、本発明の
一実施形態による再利用方法が適用される電池パックに
並列配置して組み付けられる電池モジュールの構造につ
いて説明する。
【００１８】本実施形態の電池モジュール１は、ＰＥＶ
やＨＥＶ用の駆動電源として好適に用いることができる
ニッケル・水素二次電池であり、図１から図３に示すよ
うに、幅の狭い短側面と幅の広い長側面とを有する上面
開口の直方体状の複数（図示例では６個）の電槽３を、
その短側面を共用して相互に一体的に連結して成る一体
電槽２にて構成され、かつ各電槽３の上面開口は一体の
蓋体４にて一体的に閉鎖されている。
【００１９】各電槽３内には、後述するが、電槽３の長
側面と平行な多数の正極板と負極板をセパレータを介し
て短側面方向に積層して成る極板群５がアルカリ電解液
とともに収納され、単電池６が構成されている。
【００２０】一体電槽２の両端の電槽３の外側の短側面
および電槽３、３間の短側面の上端部には接続穴７が形
成され、両端の電槽３の外側の短側面の接続穴７には、
正極または負極の接続端子８が装着され、中間の電槽
３、３間の短側面の接続穴には、両側の単電池６、６を
直列接続する接続金具９が装着されている。
【００２１】蓋体４の上面には、互いに隣り合う電槽
３、３の隣接部において通孔３５が形成されるととも
に、蓋体４上にこれら通孔３５、３５間を連通する連通
路３７を形成した連通蓋３６が溶着されている。３６ａ
は、連通蓋３６の内面中央部に突設された補強突起で、
連通路３７を閉じない大きさでかつその先端が蓋体４の
上面に当接して溶着され、連通蓋３６の耐圧強度を確保
している。一体電槽２と蓋体４と連通蓋３６は、ＰＰ／
ＰＰＥアロイなどの合成樹脂材料にて構成されており、
電解液に対して撥液性を有している。
【００２２】また、蓋体４の上面には、各電槽３の内部
圧力が一定以上になったときに圧力を解放するための安
全弁１０が配設される。また、単電池６の温度を検出す
る温度センサを装着するセンサ装着穴１１が、適当な単
電池６の極板群５の上端に接するように凹入形成されて
いる。
【００２３】各電槽３の長側面が一平面を成す一体電槽
２の長側面には、各電槽３の両側端に対応する位置に上
下方向に延伸するリブ１３が突設されており、かつリブ
１３、１３間には、適当なピッチ間隔でマトリックス状
に多数の比較的小さな円形の突部１４が突設されてい
る。これらリブ１３と突部１４は同じ高さである。さら
に、電槽３の上端部と蓋体４の側面には、リブ１３およ
び突部１４と同じ高さの連結リブ１５ａおよび１５ｂが
形成されている。また、一体電槽２の長側面の両端近傍
の２つのリブ１３の外面の上部と下部に、一体電槽２を
その長側面で互いに重ねた時に相互に嵌合する複数の位
置決め用の突部１６と凹部１７が設けられている。これ
らリブ１３、突部１４および連結リブ１５ａ、１５ｂ
は、一体電槽２を並列配置したときにそれらの間に、各
電槽３を効率的かつ均一に冷却するための冷媒通路を形
成する。
【００２４】次に、上記極板群５について、図４および
図５を参照して説明する。Ｎｉの発泡メタルから成る多
数枚の正極板１８とＮｉのパンチングメタルに活物質を
塗着して成る多数枚の負極板１９とを交互に配置すると
ともに、各正極板１８に横方向に開口部を有するセパレ
ータ２０を被せることにより、正極板１８と負極板１９
との間にセパレータ２０を介装した状態で積層して極板
群５が構成されている。図4で、斜線で示した領域は正
極板１８と負極板１９とがセパレータ２０を介して対向
して発電作用を発揮する領域を示している。これら正極
板１８群と負極板１９群は互いに反対側の側縁部が外側
に突出されていてその突出側縁部がリード部１８ａ、１
９ａとして構成され、その側縁部にそれぞれ集電板２
１、２２が溶接されている。各集電板２１、２２は、そ
の両側縁を内側に折り曲げ、極板１８、１９と集電板２
１、２２の溶接時に加圧しても外側に広がらないように
寸法規制している。２３は、極板群５の集電板２１、２
２間の外面に配設された外周セパレータである。
【００２５】２９は、リード部１８ａ、１９ａにそれぞ
れ上下に適当間隔あけて形成された一対の位置決め穴
で、この位置決め穴２９に位置決めピンを挿通してリー
ド部１８ａ、１９ａの側端縁を押圧することにより、リ
ード部１８ａ、１９ａの側端縁を揃え、この側端縁と集
電板２１、２２を確実にかつ均等に溶接できるようにし
ている。
【００２６】また、単電池６、６を直列接続する接続金
具９は、図６に示すように、互いに隣接する単電池６の
集電板２１、２２の上端部をそれぞれの基端面に溶接し
た一対のコマ金具２５にて構成され、このコマ金具２５
の軸芯部に突設された突出軸部２６を電槽３の短側面に
形成された接続穴７に両側から挿入して、その先端面同
士を当接させて溶接することによって接続している。な
お、集電板２１、２２の上端部とコマ金具２５の基端面
との溶接および突出軸部２６の先端面同士の溶接は、そ
れらを組み付けた状態で一括して抵抗溶接される。ま
た、これらコマ金具２５の突出軸部２６の周囲には環状
溝２７が形成され、これらの環状溝２７に装着されたＯ
リング２８にて接続穴７は２重にシールされている。
【００２７】以上のように構成された電池モジュールが
複数個並列配置されて、電池パックに組み付けられる。
組み立てられた電池パックは、市場での使用による電解
液の減少分を算出するためにその初期重量が測定され、
活性化処理工程、検査工程等の工程を経て出荷される。
出荷された電池パックはＨＥＶ等の車両に搭載され、ユ
ーザの使用状態に応じて充放電が繰り返されることにな
る。
【００２８】電池パックの充放電による電池状態を監視
するために、電池パックは、電池の電圧、電流、温度を
測定し、それらに基づいて電池の残存容量や内部抵抗を
算出し、それらの電池情報を車両側の制御部に送信す
る。単電池または電池モジュール毎に算出した内部抵抗
が規定値よりも大きくなった場合、あるいは単電池間ま
たは電池モジュール間の残存容量や電圧のばらつきが規
定値よりも大きくなった場合、電池パックは、劣化して
寿命末期にあると判定し、警告信号を車両側の制御部に
送信する。
【００２９】次に、劣化判定された電池パックを市場か
ら回収して再生し、交換用電池として再利用する方法に
ついて、図７を参照して説明する。
【００３０】図７は、本発明の一実施形態による電池パ
ックの再利用方法における電池再生処理ルーチンを示す
フローチャートである。図７において、まず、市場で劣
化判定された電池パックを交換対象電池として市場から
回収する（Ｓ７０１）。次に、回収した電池パックを電
池モジュール１毎に解体し（Ｓ７０２）、劣化判定対象
の電池モジュール１の重量を測定する（Ｓ７０３）。電
池モジュール１の製造工程において、初期重量を測定し
ているので、初期重量からの現在の重量の減少分を算出
して、その減少分に基づいて再注液量を算出する（Ｓ７
０４）。
【００３１】例えば、市場における充放電サイクルのシ
ミュレーションであるが、残存容量が２０％から８０％
の間で、２Ｃ充電と２Ｃ放電の充放電サイクルを、温度
３５℃の環境で４０００サイクル実施した場合に、電池
モジュール１の重量が９ｇ減少した。これは、樹脂電槽
３の水分透過、内圧上昇による開弁が理由と考えられ
る。
【００３２】次に、劣化判定対象の単電池６に対して、
その電槽３上部の樹脂を溶融させることで注液口を開け
る（Ｓ７０５）。ステップＳ７０４で算出した再注液量
だけ電解液を再注液し（Ｓ７０６）、再注液した電池モ
ジュール１を密閉容器に入れ、真空状態にまたは減圧す
る（Ｓ７０７）。次に、電池モジュール１を密閉容器か
ら取り出し大気中に開放して、再注液した電解液を電極
群５のセパレータ２０の奥まで浸透させる（Ｓ７０
８）。
【００３３】次に、樹脂電槽３の上部に開けた注液口に
樹脂板を溶着して蓋をし、電池モジュールを再び密閉し
（Ｓ７０９）、電池パックに再び組み付け（Ｓ７１
０）、活性化処理工程、検査工程を実施して（Ｓ７１
１）、電池パックが再生される。再生された電池パック
は、交換用電池として出荷され、再びＨＥＶ等の車両に
搭載される。
【００３４】図８に、電池モジュール１（６個の単電池
６）の充放電サイクルの初期（５０サイクル後）、寿命
末期（４０００サイクル後）、および再注液後の内部抵
抗と自己放電量を比較して示す。なお、測定条件とし
て、内部抵抗は、ＳＯＣ６０％で５秒間の充放電パルス
（２５Ａ、５０Ａ、７５Ａ）により測定し、また自己放
電量は、ＳＯＣ６０％から温度４５℃で１週間放置した
時の残存容量測定により求めた。図８に示すように、再
注液後には、内部抵抗と自己放電量が初期状態にまでほ
ぼ回復し、電池モジュール１が再生されている。
【００３５】なお、上記の実施形態においては、６個の
単電池を一体電槽内に収容した電池モジュールを並列配
置した電池パックについて説明したが、各単電池を並列
配置した電池パックにおいても、同様な電池パックの再
利用方法が適用できる。
【００３６】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
従来のメンテナンスフリーで漏液のない完全密閉型ニッ
ケル水素二次電池の利点を維持しつつ、劣化した電池パ
ックを回収して再生した電池パックと低価格で交換し、
ＰＥＶやＨＥＶ等用として再利用することが可能にな
る、という格別な効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の一実施形態による電池パックの再利
用方法が適用される電池モジュールの構造を示す正面図
（ａ）および平面図（ｂ）
【図２】 図１の電池モジュールの部分縦断側面図
【図３】 図２のＡ−Ａ矢視断面図
【図４】 図２の電極群５の正面図
【図５】 図４のＢ−Ｂ矢視断面図
【図６】 図２の接続金具９の詳細構成を示す縦断面図
【図７】 本発明の一実施形態による電池パックの再利
用方法における電池再生処理ルーチンを示すフローチャ
ート
【図８】 充放電サイクルの初期状態（５０サイクル
後）、寿命末期（４０００サイクル後）、および再注液
後の電池モジュールの内部抵抗と自己放電量を示す図
【符号の説明】
１ 電池モジュール ２ 一体電槽 ３ 電槽 ４ 蓋体 ５ 極板群 ６ 単電池 １０ 安全弁
フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０１Ｍ 10/48 １０１ Ｈ０１Ｍ 10/48 １０１ (72)発明者 藤岡 徳之 静岡県湖西市境宿555番地 パナソニック ＥＶエナジー株式会社内 (72)発明者 木村 忠雄 静岡県湖西市境宿555番地 パナソニック ＥＶエナジー株式会社内 (72)発明者 山下 晴義 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動 車株式会社内 (72)発明者 高橋 泰博 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動 車株式会社内 Ｆターム(参考） 5H012 AA07 FF01 GG01 JJ02 5H023 AA03 AA10 AS01 AS10 BB01 CC11 DD06 5H028 CC01 EE01 EE05 5H030 AA00 AS08 FF00 FF01 FF41 FF44 5H031 AA02 AA09 CC07 RR04

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 密閉型ニッケル水素二次電池である単電
    池が複数個組み合わされた電池モジュールが収容された
    電池パックを再利用する方法であって、前記電池パック
    が市場において劣化判定された場合に、前記電池パック
    を交換対象電池として市場から回収し、劣化判定対象の
    単電池または電池モジュールに対して電解液を再注液し
    て再生し、電池パックに再度組み付け、交換用電池とし
    て使用に供することを特徴とする電池パックの再利用方
    法。
  2. 【請求項２】 前記電池パックの使用時に、前記単電池
    または電池モジュールの内部抵抗を監視し、前記単電池
    または電池モジュールの内部抵抗が規定値にまで上昇し
    たことに基づき劣化判定された電池パックを前記交換対
    象電池とすることを特徴とする請求項１記載の電池パッ
    クの再利用方法。
  3. 【請求項３】 前記電池パックは、モータおよび発電機
    を備えて前記モータを走行駆動源として使用する車両に
    搭載され、正負両極が前記車両に接続されることを特徴
    とする請求項１記載の電池パックの再利用方法。
  4. 【請求項４】 前記電池パックの使用時に、前記電池パ
    ック内での残存容量または電圧のばらつきが規定値にな
    ったことに基づき劣化判定された電池パックを前記交換
    対象電池とすることを特徴とする請求項１記載の電池パ
    ックの再利用方法。
  5. 【請求項５】 前記単電池または電池モジュールは液ス
    ターブ密閉電池であることを特徴とする請求項１記載の
    電池パックの再利用方法。
  6. 【請求項６】 前記単電池または電池モジュールは安全
    弁を有することを特徴とする請求項１記載の電池パック
    の再利用方法。
  7. 【請求項７】 前記単電池または電池モジュールの電槽
    が樹脂材料からなることを特徴とする請求項１記載の電
    池パックの再利用方法。
  8. 【請求項８】 前記電池パックの製造時と回収時におけ
    る電池重量の減少分に基づいて、前記電解液の再注液量
    を決定することを特徴とする請求項６または７記載の電
    池パックの再利用方法。
  9. 【請求項９】 前記劣化判定対象の単電池または電池モ
    ジュールの前記樹脂電槽に注液口を開け、前記注液口か
    ら電解液を再注液した後、前記注液口を樹脂で溶着する
    ことを特徴とする請求項７記載の電池パックの再利用方
    法。
  10. 【請求項１０】 前記劣化判定対象の単電池または電池
    モジュールの再注液を行なう前または再注液を行なった
    後に、前記単電池または組電池内部を真空状態にまたは
    減圧することを特徴とする請求項１記載の電池パックの
    再利用方法。
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