JP2004304881A - 密閉型蓄電池用充電器 - Google Patents

Abstract

【課題】密閉型蓄電池を急速充電が可能であって、急速充電したときに、電池温度の上昇を抑制して、充電受け入れ率を高めた充電を可能とする密閉型蓄電池用充電器を提供する。
【解決手段】密閉型蓄電池を装着するための凹部および放熱機能を高めるためのフィンを表面に設けた放熱部材を備えた密閉型蓄電池用充電器とする。さらに、前記放熱部材を配置することに加えて、該放熱部材を空冷するための冷却用ファンを備えた密閉型蓄電池用充電器とする。
【選択図】 なし

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、密閉型蓄電池の充電器に関するものであり、特に密閉型蓄電池を１時間未満の短時間で充電を終了させる急速充電に適用する充電器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
密閉形のアルカリ蓄電池や制御弁式鉛蓄電池等の密閉型蓄電池は、耐過充電特性に優れ、一般ユーザーにとって使い易い電池であるところから、携帯電話、小型電動工具、小型パーソナルコンピュータ等の携帯用小型電子機器用の電源、自動車積載用電源および非常用電源として広く利用されている。
【０００３】
従来、密閉式アルカリ蓄電池においてよく用いられる構成は、図１０に示すように正極、セパレータおよび負極からなる極板群を金属製の有底筒状の電槽内２３内に収容し、電槽の開口端に合成樹脂成形体からなるガスケット２７を介して金属製の蓋２４を載置し電槽２３の開口端を折り曲げて蓋２４とガスケット２７、電槽２３とガスケット２７をおれぞれ気密に当接させ、かつ、端子２５と蓋２４に囲まれた空間に配置した合成ゴムの成形体からなる弾性体２８を蓋２４の上面に押し当て蓋２４の中央に設けた排気用の小孔２９を弾性体２８で塞ぐことにより気密に密閉していた。また、電極（正極）２２と外面に端子２５を接合した蓋２４とをタブ端子２６で接続していた。
【０００４】
図１０に示した従来の密閉式アルカリ蓄電池の場合は、急速充電や過充電などによって電池内に気体が発生し、電池の内圧が異常に高くなったときには、電池の内圧により前記弾性体が上方に押し上げられて透孔２９が開口し電池内の気体は、蓋４に設けた透孔２９および端子２５に設けた透孔３０を経由して外部に排気される（ベント機能の作動。ここでいう電池の内圧が異常に高くなるとは、ベント機能が作動するに至った状況を指す。）。
【０００５】
前記充電によって発生する気体は、電解液を構成する水分子が分解あるいは電池温度が上昇して気化することによって生成したものである。従って、ベント機能が作動して電池内の気体を外部に排出すると電解液量が減少し、電池性能の低下に直結するので好ましくない。
【０００６】
これまでは、急速充電とはいえ、充電完了までに約１時間を要する充電であり、充電中に電池の内圧が異常に上昇してベントが動作することはまれなので、前記従来構造の電池においても問題とはならなかった。しかし、近年３０〜１５分間という極めて短い時間で充電を完了するという従来にない急速な充電に対する要求が高まっており、該要求に対して前記従来の構造の電池で対応することは極めて困難であった。
【０００７】
前記従来になかった急速充電の要求を満たすための方策として、特許文献１には、密閉型電池に圧力スイッチ機能を持たせ、該密閉型蓄電池を例えば定電圧によって急速に充電する充電方法が提案されている。該提案によれば、圧力スイッチ機能を働かせることによって、充電のＯＮ、ＯＦＦを制御し、３０〜１５分間で充電を完了させる急速充電を行ったときにも、電池の内圧が異常に高くなるのを回避し、かつ電池温度が電池にとって好ましい温度範囲の上限を超えて上昇しないように電池温度を制御できるとしている。
【０００８】
【特許文献１】
ＷＯ ０２／３５６１８ Ａ１ 号公報（ＦＩＧ．２Ａ、ＦＩＧ．２Ｂ）
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、前記特許文献１に記載の充電方法をもってしても、例えばＡＡサイズの密閉型ニッケル水素蓄電池を２０℃の雰囲気において１．６０Ｖの定電圧で１５分間充電を行ったときの充電受け入れ率は８０％未満であり、急速充電をおこなったときの充電受け入れ率の更なる向上が求められている。本発明は、前記従来の密閉型蓄電池充電方法の欠点に鑑みてなされたものであって、充電受け入れ率の高い急速充電を可能とするものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る密閉型蓄電池の充電器は、密閉型蓄電池を装着するための凹部と放熱機能を高めるためのフィンを設けた放熱部材を備えた密閉型蓄電池用充電器である。また、前記放熱部材を空冷するための冷却用ファンを備えた密閉型蓄電池用充電器である。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、前記圧力スイッチ機能を備えた円筒型ニッケル水素蓄電池に本発明に係る充電器を適用した例を提示することによって本発明の詳細を説明する。
（実施例１）
（充電器）
図１は、本発明の１実施例に係る密閉型蓄電池用の充電器と前記円筒型ニッケル水素蓄電池を模式的に示す斜視図である。前記充電器は、定電圧の直流出力機能を備える充電器本体３１とアルミニウム製の放熱部材３２および合成樹脂製の蓋３３からなる。充電器本体３１には正極出力端子３４および負極出力端子（図示せず）と前記放熱部材３２を装着するための凹部および入力コード３５を備える。
【００１２】
前記放熱部材３２は、円筒型蓄電池３６を装着するための凹部３７と放熱機能を高めるための櫛の歯状に並んだ複数のアルミニウム製のフィン３８を備える。放電部材の本体は、長さ４６ｍｍ、幅３６ｍｍ、高さ９ｍｍとし、その上面に断面形状が直径１５ｍｍの半円形の凹部３７を２本設けた。また、放電部材の本体の両側面に高さ８ｍｍ、幅３ｍｍ、厚さ１ｍｍのフィンを２ｍｍ間隔で片側に１６個づつ、放電部材の本体の下面に長さ３６ｍｍ、高さ４ｍｍ、厚さ１ｍｍのフィンを２ｍｍ間隔で１６個形成した。前記円筒型蓄電池３６の側面は、合成樹脂製の電気絶縁性フィルムで被覆されている。充電に際しては、蓄電池３６を放熱部材３２の凹部３７に装着した後、該放熱部材に蓄電池を装着したまま充電器本体３１に装着する。前記凹部３７の断面形状は前記のように円弧状であって、該凹部に円筒型蓄電池３６を装着した状態において凹部３７の壁面は蓄電池３６の側壁に隙間なく当接する。
【００１３】
（供試電池）
ＡＡサイズ（単３サイズ）の密閉型ニッケル水素蓄電池であって、作動圧力２メガパスカル（ＭＰａ）の圧力スイッチを備えた電池を１２個用意した。
【００１４】
図９に該実施例電池の圧力スイッチ機能を説明するための電池要部の断面図をを示す。捲回式極板群を構成する正極板１０と正極端子を兼ねるキャップ６との間には帯状ニッケル板製のタブ端子９、該タブ端子９に接合したニッケル製の接続部材３、接続部材３に接合したニッケル製の金属製リング４、ナイロンの成形体からなる封口部材１によって周縁部を固定され、且つ前記キャップ６と接合したニッケル製封口板５によって電気回路が構成されている。前記封口部材１は、可撓性を有しており、該封口部材の透孔に嵌着された接続部材３およびそれに接合したニッケル製リング４は封口部材１が撓むことによって図の上下に移動可能である。接続部材３と復興部材１に設けた透孔２の壁面は気密に当接しており、金属製電槽１８と封口部材１及び接続部材３によって仕切られた電池の内部空間は気密に密閉されている。
【００１５】
電池の内圧が規定値（本実施例の場合２ＭＰａ）以下のときは接続部材３の頂部が合成ゴム製の弾性体７によって図の下方に押圧され、前記ニッケル製リング４とニッケル製封口板５が当接して正極板と正極端子を結ぶ回路が導通している。電池の内圧が前記規定値を超えているときは接続部材３およびニッケル製リング４が図の上方に移動してニッケル製リング４とニッケル製封口板が離れて回路が遮断される。
【００１６】
（試験）
前記供試電池の表面に電池の温度を測定するための温度センサーを取り付けた。定められた方法で電池を化成した後、２０℃の雰囲気において、充電電流０．２ＩｔＡにて６時間充電し、１時間放置した後同温度雰囲気で放電電流０．２ＩｔＡにて放電終止電圧を１．０Ｖとして放電した。該放電で得られた放電容量をＡｍＡｈとする。
【００１７】
前記放電終了後の電池を６個ずつ２組に分け、一方の組の６個を前記図１に示した充電器を用い、２０℃の雰囲気において充電電圧１．６０Ｖの定電圧で１５分間充電した。他の組の６個を同じ充電器を用い、４５℃の雰囲気において、充電電圧１．６０Ｖの定電圧で１５分間充電した。充電停止後２０℃の雰囲気において１時間放置した後に同温度において放電電流０．２ＩｔＡにて放電終止電圧を１．０Ｖとして放電した。該放電で得られた放電容量をＢｍＡｈとし、ＢｍＡｈの前記ＡｍＡｈに対する比率Ｂ／Ａを、定電圧充電を行ったときの充電受け入れ率とした。
【００１８】
（実施例２）
（充電器）
図２は、本発明に係る密閉型蓄電池用の充電器と前記円筒型ニッケル水素蓄電池を模式的に示す斜視図である。実施例２の基本的な構成は、前記図１に示した実施例１の構成と同じであるが、充電器本体３１に小形のファン３９を設けた点で構成において実施例１のと異なる。該ファン３９を作動させることにより前記放熱部材３２の表面に強制的に空気の対流を起こさせて放熱機能を高めることができる。
【００１９】
（供試電池）
前記実施例１と同様正極にニッケル電極を、負極に水素吸蔵合金電極を備えた容量２０００ｍＡｈ、ＡＡサイズ（単３サイズ）の密閉型ニッケル水素蓄電池であって、作動圧力２メガパスカルＭＰａの圧力スイッチを備えた電池を１２個用意し、各々の電池の表面に電池の温度を測定するための温度センサーを取り付けた。
【００２０】
（試験）
前記供試電池を定められた方法で電池を化成した後、２０℃の雰囲気において、充電電流０．２ＩｔＡにて６時間充電し、１時間放置した後同温度雰囲気で放電電流０．２ＩｔＡにて放電終止電圧を１．０Ｖとして放電した。該放電で得られた放電容量をＡｍＡｈとする。前記放電終了後の電池を６個ずつ２組に分け、一方の組の６個を図２に示した充電器を用い、２０℃の雰囲気において充電電圧１．６０Ｖの定電圧で１５分間充電した。他の組の６個を同じ充電器を用いて、４５℃の雰囲気において充電電圧１．６０Ｖの定電圧で１５分間充電した。充電停止後２０℃の雰囲気において１時間放置した後に同温度雰囲気において放電電流０．２ＩｔＡにて放電終止電圧を１．０Ｖとして放電した。該放電で得られた放電容量をＢｍＡｈとし、ＢｍＡｈの前記ＡｍＡｈに対する比率Ｂ／Ａを、定電圧充電を行ったときの充電受け入れ率とした。
【００２１】
（比較例１）
（充電器）
図３は、従来の密閉型蓄電池用の充電器と前記円筒型ニッケル水素蓄電池を模式的に示す斜視図である。前記充電器は、定電圧の直流出力機能を備える充電器本体３１と蓋３３からなり、充電器本体１には正極出力端子３４および負極出力端子（図示せず）と前記円筒型ニッケル水素蓄電池を装着するための凹部および入力コード３５を備える。
【００２２】
（供試電池）
前記実施例１と同様正極にニッケル電極を、負極に水素吸蔵合金電極を備えた容量２０００ｍＡｈ、ＡＡサイズ（単３サイズ）の密閉型ニッケル水素蓄電池であって、作動圧力２メガパスカルＭＰａの圧力スイッチを備えた電池を１２個用意し、各々の電池の表面に電池の温度を測定するための温度センサーを取り付けた。
【００２３】
（試験）
前記供試電池を定められた方法で電池を化成した後、２０℃の雰囲気において、充電電流０．２ＩｔＡにて６時間充電し、１時間放置した後同温度雰囲気で放電電流０．２ＩｔＡにて放電終止電圧を１．０Ｖとして放電した。該放電で得られた放電容量をＡｍＡｈとする。前記放電終了後の電池を６個ずつ２組に分け、一方の組の６個を２０℃の雰囲気において、充電電圧１．６０Ｖの定電圧で１５分間充電した。他の組の６個を４５℃の雰囲気において、充電電圧１．６０Ｖの定電圧で１５分間充電した。充電停止後２０℃の雰囲気において１時間放置した後に同温度雰囲気において放電電流０．２ＩｔＡにて放電終止電圧を１．０Ｖとして放電した。該放電で得られた放電容量をＢｍＡｈとし、ＢｍＡｈの前記ＡｍＡｈに対する比率Ｂ／Ａを、定電圧充電を行ったときの充電受け入れ率とした。
【００２４】
表１に試験結果を示す。なお、充電受け入れ率は、６個の電池の平均値で示した。
【表１】

【００２５】
表１に示す如く、本発明に係る実施例１および実施例２は、比較例に比べて２０℃、４５℃の雰囲気共に高い充電受け入れ率を示し、殊に２０℃の雰囲気において充電した場合は、充電受け入れ率が８０％を超えている。２０℃の雰囲気での充電における充電受け入れ率が高いのは、４５℃に比べて雰囲気温度が低いので放熱効果が高く、電池の温度上昇が抑制されるために充電効率が高いこと、および内圧の上昇速度が遅く、充電開始時点から圧力スイッチ作動に至るまでの時間が長くなったためと考えられる。
【００２６】
図４に実施例１、図５に実施例２、図６に比較例１の２０℃の雰囲気において充電したときの充電電流、電池温度を示した。該図において充電電流が鋸歯状に上下に変動しているのは、蓄電池に設けた圧力スイッチ機能が動作して充電回路のＯＮとＯＦＦが交互に繰り返されたことを示している。図６を図４と図５を比較して分るごとく、比較例１の場合、実施例１、実施例２に比べて電池温度の上昇が大きく、そのために充電に際して電池内でのガス発生が促進され、充電電流がガス発生反応に消費されたと推察される。また、比較例１においては、充電時にガス発生が促進された結果電池内圧の上昇が速まり、図６に示すように実施例１、実施例２に比べて、充電を開始してから短時間で圧力スイッチが動作している。比較例１においては、以上２つの理由によって充電受け入れ率が低くなったと考えられる。
【００２７】
図７に実施例２、図８に比較例１の４５℃の雰囲気において充電したときの充電電流、電池温度を示した。４５℃の雰囲気における充電においても、２０℃の雰囲気における充電と同様、比較例１は実施例２と比較して、充電時の電池温度の上昇が大きく、圧力スイッチが早期に動作開始している。また、実施例１と実施例２を比較すると実施例２の方が、充電受け入れ率が高い。これは、充電器にファンを配置し、該ファンを作動させることによって前記放熱部材の空冷機能を高めた効果によるものと考えられる。
【００２８】
前記放熱部材を充電器本体に対して着脱自在とすることによって、蓄電池を充電器に装着したり、充電器から取り出すことが簡便になる。また、蓄電池を放熱部材と一体として機器内に装着することによって、蓄電池を電源として機器を動作させたときの蓄電池からの放熱効果を高め、蓄電池の温度上昇を抑制できる利点がある。
【００２９】
以上、ＡＡサイズの円筒型のニッケル水素蓄電池であって、圧力スイッチ機能を設けた蓄電池に適用する充電器を例に採って説明したが、本発明に係る充電器が対象とする蓄電池の種類、形状、大きさはこれに限定されるものではなく、圧力スイッチ機能を設けない蓄電池に適用することも有効である。また、充電様式も前記実施例に示した定電圧充電に限定されるものではなく、例えば定電流充電、定電力充電なども適用かのうである。
【００３０】
また、前記放熱部材は、熱伝導性に優れたものであればよく、アルミニウムに限定されるものではない。例えば、銅、ニッケルなどの金属製、アルミナなどのセラミック製も適用可能である。これらのうちアルミニウムは、熱伝導性に優れ、且つ軽量であって好適な材料である。また、放熱部材に設けるフィンの数、形状、大きさ、配置の仕方は特に限定されるものではないが、図２や図３に示した如く、複数のフィンを櫛歯状に整然と配置することによって放熱部材の表面にスムースな空気の流れを起こさせることができるので好ましい。
【発明の効果】
【００３１】
本発明の請求項１および請求項３によれば、蓄電池を急速充電したときの蓄電池の温度上昇を抑制し、充電受け入れ率を高める効果がある。
【００３２】
本発明の請求項２によれば、蓄電池を急速充電したときの蓄電池の温度上昇を抑制して充電受け入れ率を高め、さらに蓄電池を充電器に装着するあるいは蓄電池を充電器から取り出すことを簡便にする効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の１実施例に係る充電器と円筒型蓄電池を模式的に示す斜視図である。
【図２】本発明の１実施例に係る充電器と円筒型蓄電池を模式的に示す斜視図である。
【図３】従来の充電器と円筒型蓄電池を模式的に示す斜視図である。
【図４】本発明の１実施例に係る充電器を用いて円筒型ニッケル水素蓄電池を充電したときの充電電流と電池温度を示すグラフである。
【図５】本発明の１実施例に係る充電器を用いて円筒型ニッケル水素蓄電池を充電したときの充電電流と電池温度を示すグラフである。
【図６】従来の充電器を用いて円筒型ニッケル水素蓄電池を充電したときの充電電流と電池温度を示すグラフである。
【図７】本発明の１実施例に係る充電器を用いて円筒型ニッケル水素蓄電池を充電したときの充電電流と電池温度を示すグラフである。
【図８】従来の充電器を用いて円筒型ニッケル水素蓄電池を充電したときの充電電流と電池温度を示すグラフである。
【図９】圧力スイッチ機能付きの円筒型アルカリ蓄電池の要部断面図である。
【図１０】円筒型アルカリ蓄電池の要部断面図である。
【符号の説明】
３１ 充電器本体
３２ 放熱部材
３７ 凹部
３８ フィン
３９ ファン

Claims (3)

1. 密閉型蓄電池を装着するための凹部と放熱機能を高めるためのフィンを設けた放熱部材を備えた密閉型蓄電池用充電器。
2. 前記放熱部材を充電器本体に対して着脱自在とした請求項１記載の密閉型蓄電池用充電器。
3. 前記放熱部材を空冷するための冷却用ファンを備えることを特徴とする請求項１記載の密閉型蓄電池用充電器。

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