JP2010011586A - アルカリ蓄電池の充電方法および充電器 - Google Patents

Abstract

【課題】アルカリ蓄電池の充電の制御を簡潔に行なう方法および前記方法を行う充電器を提供する。
【解決手段】本発明の充電方法は、（i）所定の充電電流Ｉの印加および休止を繰り返して、平均電流Ｉ１で、アルカリ蓄電池の電池電圧Ｖｎ₁が所定の電圧Ｖ１に達するまで、前記アルカリ蓄電池の充電を行なう第１のステップ、および（ii）前記電圧Ｖ１を上限値とする充電電圧の印加および休止を繰り返して、前記アルカリ蓄電池の充電を行う第２のステップを含み、かつ、前記第１のステップおよび第２のステップにおいて、アルカリ蓄電池に充電電流および充電電圧を印加していないときのアルカリ蓄電池の電池電圧Ｖｎ₂を測定し、前記電池電圧Ｖｎ₂が経時的に増加しないか、または減少したときに、充電を終了させる。
【選択図】図２Ａ

Description

本発明は、主として、アルカリ蓄電池の充電方法に関し、より詳しくはアルカリ蓄電池の充電方法の改良に関する。

正極活物質として水酸化ニッケルを用いるアルカリ蓄電池は、比較的エネルギー密度が高い上、リチウムイオン二次電池より耐用性が長い。このため、アルカリ蓄電池は、いわゆるタフユース用途のための電源と用いられている。アルカリ蓄電池は、比較的高率かつ長時間の放電が求められる機器、例えば記録媒体の容量が大きいデジタルスチルカメラの電源として用いられている。

一方で、前記機器の高性能化等に伴い、その電源として用いられているアルカリ蓄電池に対し、その放電容量を向上させる試みが行われている。一般的には、正極材料および負極材料のような電極材料を増量することが考えられる。しかし、正極および負極の構成材料の増量により、限りある電池内部空間に占める電解質量が減少するため、寿命特性が劣化する。

このため、電極材料の増量に代わって、充電方法を改良することにより、充電容量および放電容量を増加させる方法が有用と考えられる。ただし、一般的に用いられている定電流充電時、特に急速充電時には、充電末期に充電効率が低下し、発熱が大きくなるとともに、電池内圧が大きく上昇する傾向がある。

そこで、定電流充電と定電圧充電とを併用することにより、効率よく充電容量を増加させる技術が極めて有用と考えられる。
しかしながら、定電流定電圧充電によりアルカリ蓄電池を充電する場合、充電末期に充電電流が増加する場合がある。具体的には、図１に示されるように、アルカリ蓄電池を定電流充電で所定の電池電圧Ｖにまで充電した後、定電圧充電ステップの初期において、充電電流は徐々に減少するものの、定電圧充電の末期に充電電流が増加する場合がある。この充電電流の増加は、正極からの酸素発生反応に起因し、特に充電レートが高いときに生じやすい。

このため、定電流定電圧充電によりアルカリ蓄電池を充電する場合、例えば、電池電圧のピーク値とこのピーク値から低下したΔVと、充電電流の最小値とこの最小値から上昇したΔIのいずれかの検出に応じて、充電を制御することが提案されている（特許文献１参照）。
さらには、電池電圧がピーク値から所定値低下したこと、または電池温度の温度変化が所定値に達したことを検出して、充電を制御することも提案されている（特許文献２参照）。
特開平０６−１３３４６６号報 特開平１０−１７４３０６号報

特許文献１および２に開示される技術により、定電流定電圧充電の制御は可能となる。しかし、前記方法では、電圧検出手段に加えて、別の検出手段を設ける必要がある。具体的には、特許文献１に開示される技術では、電流検出手段をさらに設ける必要がある。特許文献２に開示される技術では、温度検出手段をさらに設ける必要がある。よって、特許文献１および２に開示される技術においては、充電システムが煩雑になり、大きなスペースが必要となる。さらには、電流検出手段、温度検出手段等が必要となるため、コストが増加する。

本発明は、上記問題を解決するものであって、アルカリ蓄電池の充電の制御を簡潔に行なう方法および前記方法を行う充電器を提供することを目的とする。

本発明は、（i）所定の充電電流Ｉの印加および休止を繰り返して、平均電流Ｉ１で、アルカリ蓄電池の電池電圧Ｖｎ₁が所定の電圧Ｖ１に達するまで、前記アルカリ蓄電池の充電を行なう第１のステップ、および
（ii）前記電圧Ｖ１を上限値とする充電電圧の印加および休止を繰り返して、前記アルカリ蓄電池の充電を行う第２のステップ
を含み、
前記第１のステップおよび前記第２のステップにおいて、前記アルカリ蓄電池に充電電流および充電電圧を印加していないときの前記アルカリ蓄電池の電池電圧Ｖｎ₂を測定し、前記電池電圧Ｖｎ₂が経時的に増加しないか、または減少したときに、充電を終了させる、アルカリ蓄電池の充電方法に関する。

前記充電方法において、平均電流Ｉ１は、０．３ItＡ以上、４ItＡ以下とすることが好ましい。

また、本発明は、
（１）外部電源からの電力をアルカリ蓄電池に供給する充電回路と、
（２）前記充電されているアルカリ蓄電池の電池電圧Ｖｎを測定する電圧測定部と、
（３）前記充電回路を制御して、所定の充電電流Ｉの印加および休止を繰り返して、平均電流Ｉ１で、前記アルカリ蓄電池の電池電圧Ｖｎ₁が所定の電圧Ｖ１に達するまで、前記アルカリ蓄電池を充電し、次いで、前記電圧Ｖ１を上限値とする充電電圧の印加および休止を繰り返して、前記アルカリ蓄電池を充電する充電制御部と、
（４）前記電圧測定部からの信号に基づき、前記アルカリ蓄電池の電池電圧Ｖｎ₂が経時的に変化しないか、または減少したときに、前記充電回路を制御して、前記アルカリ蓄電池の充電を終了させる充電終了判定部と、
を備える、アルカリ蓄電池を充電するための充電器に関する。

前記充電制御部は、前記充電回路を制御して、平均電流Ｉ１を、０．３ItＡ以上、４ItＡ以下とすることが好ましい。

前記充電制御部は、前記充電終了判定部を含むことが好ましい。

本発明の充電方法によれば、アルカリ蓄電池の充電の制御を、簡潔な検出手段により行うことが可能となる。また、本発明の充電方法により、アルカリ蓄電池の充電効率を向上させることができる。

以下、本発明を、図面を参照しながら説明する。
本発明のアルカリ蓄電池の充電方法は、
（i）所定の充電電流Ｉの印加および休止を繰り返して、平均電流Ｉ１で、アルカリ蓄電池の電池電圧Ｖｎ₁が所定の電圧Ｖ１に達するまで、前記アルカリ蓄電池の充電を行なう第１のステップ、および
（ii）前記電圧Ｖ１を上限値とする充電電圧の印加および休止を繰り返して、前記アルカリ蓄電池の充電を行う第２のステップ
を含み、かつ、前記第１のステップおよび前記第２のステップにおいて、前記アルカリ蓄電池に電流および電圧を印加していないときの前記アルカリ蓄電池の電池電圧Ｖｎ₂を測定し、前記電圧Ｖｎ₂が経時的に増加しないか、または減少したときに、充電を終了させる。

図２Ａ〜２Ｃに、本発明のアルカリ蓄電池の充電方法における充電電流および充電電圧の変化の一例を示す。図２Ａ〜２Ｃにおいて、横軸は充電時間であり、縦軸は電池電圧または充電電流を示している。図２Ｂは、図２Ａの線Ａで囲まれた部分における充電電流および充電電圧の変化の拡大図であり、図２Ｃは、図２Ａの線Ｂで囲まれた部分における充電電流および充電電圧の変化の拡大図である。

本発明のアルカリ蓄電池の充電方法においては、まず、所定の充電電流Ｉの印加および休止を繰り返して、アルカリ蓄電池の電池電圧Ｖｎ₁が所定の電圧Ｖ１に増加するまで、アルカリ蓄電池の充電を行なう（第１のステップ）。つまり、図２Ｂに示されるように、大きさＩのパルス電流により、アルカリ蓄電池が充電される。このときの平均電流Ｉ１は、例えば、印加時間と休止時間が同じである場合には、[充電電流の大きさ（Ｉ）]／２で表される。なお、前記電池電圧Ｖｎ₁は、アルカリ蓄電池に充電電流を印加した状態での電池電圧である。

アルカリ蓄電池の電池電圧Ｖｎ₁が、所定の電圧Ｖ１に達したのち、前記電圧Ｖ１を上限値とする充電電圧の印加および休止を繰り返して、前記アルカリ蓄電池の充電を行う（第２のステップ）。つまり、図２Ｃに示されるように、大きさＶ１のパルス電圧により、アルカリ蓄電池の充電が行われる。なお、図２Ｃに示されるように、第２のステップにおいて、Ｖ１のパルス電圧の印加に伴い、充電電流は、電池に通電している時間内で徐々に低下していく。

さらに、本発明においては、前記第１のステップおよび第２のステップにおいて、前記アルカリ蓄電池に充電電流および充電電圧を印加していないときに（つまり、通電していないときに）、前記アルカリ蓄電池の電池電圧Ｖｎ₂を測定し、前記電池電圧Ｖｎ₂が経時的に増加しないか、または減少したときに、充電を終了させる。
従来の充電方法でアルカリ蓄電池の定電流定電圧充電を行なう場合、充電電流値、電池温度などの変化を監視する必要がある。つまり、電圧検出部の他に、電流検出部等の更なる構成要素を、充電器に設ける必要がある。
一方、本発明の充電方法においては、従来の充電方法とは異なり、アルカリ蓄電池の電池電圧Ｖｎ₂を測定できれば、充電電流、電池温度等を測定する必要がない。つまり、本発明の充電方法では、アルカリ蓄電池の電池電圧Ｖｎ₂を測定するだけでよい。

さらに、従来の定電流定電圧充電の場合、充電末期、特に充電電流が大きい場合、充電受入れ性が低下するため、充電効率が低下する。一方、本発明の充電方法では、上記のように、電池に、パルス状の電流および電圧を印加しており、充電末期の充電電流が低下する。よって、充電受入れ性の低下を抑制することができ、充電効率の低下を抑制することができる。

なお、前記第１のステップにおいて、設計容量を超えて充電を行う場合等を除いて、充電が終了することはほとんどない。よって、電池電圧Ｖｎ₂の測定は、第２のステップで行うことが好ましい。

電池電圧Ｖｎ₂の減少により充電を終了させる場合、電池電圧Ｖｎ₂のピーク値からの
低下幅ΔＶは、特に限定されないが、電池の種類等に応じて、適宜決定される。

前記第１のステップにおいて、平均電流Ｉ１は、０．３Itアンペア（Ａ）以上、４Ｉｔアンペア（Ａ）以下とすることが好ましい。ここで、１Itアンペアとは、全電池容量を、１時間で放電してしまうときの電流値のことをいう。
平均電流Ｉ１が４ItＡより大きい場合、充電効率が大きく低下することがある。また、発熱量が大きくなるため、アルカリ蓄電池が劣化する可能性がある。さらに、大きな出力を持つ外部電源が必要となる。
平均電流Ｉ１が０．３ItＡより小さい場合、定電流充電方式を用いても、電池電圧はピーク値に到達した後はほぼ一定値を示す。このため、本発明の効果が十分に得られないことがある。

所定の電圧Ｖ１は、電池の種類、充電電流等に応じて、適宜決定される。

充電電流および充電電圧の印加時間は、特に限定されない。また、印加時間と休止時間とは、同じであってもよいし、異なってもよい。

本発明のアルカリ蓄電池の充電方法は、例えば、
（１）外部電源からの電力をアルカリ蓄電池に供給する充電回路と、
（２）前記充電されているアルカリ蓄電池の電池電圧Ｖｎを測定する電圧測定部と、
（３）前記充電回路を制御して、所定の充電電流Ｉの印加および休止を繰り返して、平均電流Ｉ１で、前記アルカリ蓄電池の電池電圧Ｖｎ₁が所定の電圧Ｖ１に達するまで、前記アルカリ蓄電池を充電し、次いで、前記電圧Ｖ１を上限値とする電圧の印加および休止を繰り返して、前記アルカリ蓄電池を充電する充電制御部と、
（４）前記電圧測定部からの信号に基づき、充電電流および充電電圧の印加を休止しているときの前記アルカリ蓄電池の電池電圧Ｖｎ₂が経時的に変化しないか、または減少したときに、前記充電回路を制御して、前記アルカリ蓄電池の充電を終了させる充電終了判定部と、
を備える充電器を用いて行いことができる。なお、充電制御部は、充電終了判定部を含んでいてもよい。つまり、充電制御部と充電終了判定部とは、一体化されていてもよい。

図３に、本発明の一実施形態に係るアルカリ蓄電池の充電器のブロック図を示す。なお、図３の充電器においては、充電制御部が、充電終了判定部を含む場合を示している。

図３の充電器１０は、充電回路１１、電圧測定部１２、電圧判定部（図示せず）を含む充電制御部１３、およびデータ処理部１４を備える。
充電回路１１は、外部電源２２からの電力をアルカリ蓄電池２１に供給する。充電回路１１の制御は、充電制御部１３により行われる。
充電制御部１３は、充電回路１１を制御して、所定の電流Ｉのアルカリ蓄電池への印加および休止を繰り返して、平均電流Ｉ１で、前記アルカリ蓄電池の電池電圧Ｖｎ₁が所定の電圧Ｖ１に達するまで、前記アルカリ蓄電池を充電する（第１のステップ）。次いで、前記電圧Ｖ１を上限値とする充電電圧の印加および休止を繰り返して、前記アルカリ蓄電池を充電する（第２のステップ）。

アルカリ蓄電池２１には、電圧測定部１２が並列に接続されており、電圧測定部１２により、アルカリ蓄電池２１の電池電圧Ｖｎ₁が測定される。前記第１のステップにおいて、充電制御部１３は、電圧測定部１２からの信号に基づいて、アルカリ蓄電池の電池電圧Ｖｎ₁が所定の電圧Ｖ１に達するまで、所定の充電電流Ｉのアルカリ蓄電池への印加および休止が繰り返されるように、充電回路１１を制御する。次いで、電池電圧Ｖｎ₁が、所定の電圧Ｖ１に達した後は（つまり前記第２のステップにおいては）、充電制御部１３は、前記電圧Ｖ１を上限値とする充電電圧のアルカリ蓄電池への印加および休止が繰り返されるように、充電回路１１を制御する。

さらに、前記第１のステップおよび第２のステップにおいて、充電電流および充電電圧の印加が休止されているときの電池電圧Ｖｎ₂が、電圧測定部１２により測定される。電圧測定部１２からの信号は、データ処理部１４を介して、充電制御部１３に出力されている。充電制御部１３において、充電電流および充電電圧の印加が休止されているときの電池電圧Ｖｎ₂が、経時的に変化しないか、または減少したと判断された場合、充電制御部１３からの信号に基づいて、充電回路１１からのアルカリ蓄電池２１への電力の供給が停止される。

充電制御部と充電終了判定部とが別個に設けられている図４の充電器４０の場合、電圧測定部１２からのデータが、データ処理部１４を介して充電制御部４１および充電終了判定部４２に出力される。充電制御部４１および充電終了判定部４２が、電圧測定部１２からのデータに基づいて、それぞれ充電回路１１を制御する。図４において、図３と同じ構成要素には、同じ番号を付している。

なお、図３および図４の充電器において、データ処理部１４は、電圧測定部１２からのデータを演算処理するために設けられているが、電圧測定部１２がデータ処理機能を有すれば、データ処理部１４は設けず、電圧測定部１２からのデータをそのまま充電制御部１３に出力してもよい。

充電制御部は、０．３ItＡ以上４ItＡ以下である平均電流Ｉ１を記憶しており、充電回路を制御して、第１のステップにおいて、アルカリ蓄電池を充電するときの平均電流Ｉ１を、０．３ItＡ以上４ItＡ以下とすることが好ましい。

充電回路としては、充電制御部からの信号に基づいてアルカリ蓄電池に電力を供給できる回路を、特に限定されることなく用いることができる。
電圧測定部としては、アルカリ蓄電池の電圧を測定可能な当該分野で公知の装置を用いることができる。
充電制御部としては、電圧測定部からの信号に基づいて、アルカリ蓄電池を充電するときに、所定の充電電流または所定の充電電圧の印加および休止を所定のパターンで繰り返すように、充電回路を制御できる回路等を、特に限定することなく用いることができる。
電圧判定部としては、電圧測定部からの信号に基づいて、通電されていないときのアルカリ蓄電池の電池電圧が経時的に変化しないか、または減少したときに、充電回路を制御して、アルカリ蓄電池の充電を終了させることができる回路等を、特に限定することがなく用いることができる。
外部電源としては、特に限定されないが、商用電源、ならびに燃料電池、太陽電池、発電機などの電力供給手段を用いることができる。

このように、図３および図４に示されるような充電器を用いることにより、本発明の充電方法を行うことができる。

本発明の充電方法により充電されるアルカリ蓄電池には、ニッケル水素蓄電池、ニッケルカドミウム蓄電池等が挙げられる。

以下の実施例では、ニッケル水素蓄電池を、本発明の充電方法により充電した。

（正極の作製）
水酸化ニッケルと、水酸化コバルトと、酸化亜鉛と、所定の分散媒とを混合して、正極ペーストを調製した。得られたペーストを、ニッケルからなる三次元多孔体に、充填し、乾燥し、ロールプレス機で圧延した。こうして、正極を作製した。

（負極の作製）
水素吸蔵合金（組成式ＭｍＮｉ_3.55Ｃｏ_0.75Ａｌ_0.3Ｍｎ_0.4（Ｍｍは軽希土類元素の混合物））と、結着剤と、所定の分散媒とを混合して、負極ペーストを調製した。得られた負極ペーストを、パンチングメタルに、塗布し、乾燥し、ロールプレス機で圧延した。こうして、負極を作製した。なお、パンチングメタルは、ニッケルをメッキした鋼板を、穿孔することにより得た。

（ニッケル水素蓄電池の組立）
得られた正極と負極との間に、セパレータを配置して、積層体を得た。得られた積層体を、渦巻状に捲回して、電極群を得た。セパレータとしては、スルホン化処理されたポリプロピレン不織布を用いた。
得られた電極群を、金属製有底ケース（径１４ｍｍ、高さ５０ｍｍ）の中に収容した。次いで、前記ケース内に、電解液である、水酸化カリウムを主成分とする比重１．３のアルカリ水溶液を注入した。この後、ケースの開口端を封口板によって封止した。こうして、ニッケル水素蓄電池（理論容量２Ａｈ）を作製した。

得られたニッケル水素蓄電池の活性化を以下のようにして行った。まず、得られた電池を、０．１ItＡの電流で１５時間充電した。次に、充電後の電池を、０．５ItＡの電流で、電池電圧が１Ｖに低下するまで放電した。このような充放電サイクルを３回繰り返して、ニッケル水素蓄電池の活性化を行なった。

作製したニッケル水素蓄電池を、以下のようにして充電した。ニッケル水素蓄電池の充電は、図３に示される充電器を用いて行った。

（実施例１）
得られたニッケル水素蓄電池を、通電時（充電電流を印加した状態）の電池電圧Ｖｎ₁が、１．６４V（電圧Ｖ１）に到達するまで、４Ａの充電電流で１０秒の通電と１０秒の休止とを繰り返して、パルス充電を行なった（第１のステップ）。平均電流Ｉ１は、２Ａ（１ItＡ）であった。
この後、前記１．６４Ｖを上限値とする充電電圧（つまり、１．６４Ｖの充電電圧）で、１０秒の通電と１０秒の休止とを繰り返して、パルス充電を行なった（第２のステップ）。

充電中、通電していないときのニッケル水素蓄電池の電池電圧Ｖｎ₂を測定したところ、充電の進行に伴いＶｎ₂値が上昇したのち、ピークに到達し、その後、低下した。

電池電圧のピーク値からの低下ΔＶｎ₂が５ｍＶとなったときに、充電を終了した。その結果、充電電気量は２．２７Ａｈであった。
１時間の休止の後に、充電後の電池を、０．２ItＡの電流で、電池電圧が１Ｖに低下するまで放電した。その結果、放電容量は、１．９５Ａｈであった。

（実施例２）
第１のステップにおいて、通電時の電池電圧Ｖｎ₁が１．９Ｖに到達するまで、１６Ａの充電電流で１０秒の通電と１０秒の休止とを繰り返して、パルス充電を行なった。平均電流Ｉ１は８Ａ（４ItＡ）であった。
第２のステップにおいて、前記１．９８Ｖを上限値とする充電電圧で、１０秒の通電と１０秒の休止とを繰り返して、パルス充電を行なった。
前記以外は、実施例１と同様にして、ニッケル水素蓄電池の充電を行なった。本実施例２において、充電電気量は、１．９８Ａｈであった。

１時間の休止の後に、充電後の電池を、０．２ItＡの電流で、電池電圧が１Ｖに低下するまで放電した。その結果、放電容量は、１．５８Ａｈであった。

（実施例３）
第１のステップにおいて、通電時の電池電圧Ｖｎ₁が１．５４Ｖに到達するまで、１．２Ａの電流で１０秒の通電と１０秒の休止とを繰り返して、パルス充電を行なった。平均電流Ｉ１は、０．６Ａ（０．３ItＡ）であった。
第２のステップにおいて、前記１．５４Ｖを上限値とする充電電圧で、１０秒の通電と１０秒の休止とを繰り返して、パルス充電を行なった。
前記以外は、実施例１と同様にして、ニッケル水素蓄電池の充電を行なった。本実施例３において、充電電気量は、２．２４Ａｈであった。

１時間の休止の後に、充電後の電池を、０．２ItＡの電流で、電池電圧が１Ｖに低下するまで放電した。その結果、放電容量は、１．９３Ａｈであった。

なお、充電電流が大きくなると、内部抵抗の増加、反応の過電圧等によって、充電中の電圧が上昇する。このため、実施例１〜３において、充電電流によって、Ｖ１の値を変化させた。

（比較例１）
上記のようにして作製したニッケル水素蓄電池を、従来の定電流定電圧充電に供した。図５に、比較例１で用いた充電器のブロック図を示す。図５において、図４と同じ構成要素には、同じ番号を付している。
図５の充電器５０は、アルカリ蓄電池（ニッケル水素蓄電池）２１に直列に接続された電流測定部５１をさらに備える。

ニッケル水素蓄電池を、１ItＡの電流で、電池電圧が１．５７Ｖに達するまで充電し、次いで、１．７５Ｖの定電圧で充電した。具体的には、外部電源２２からの電力を、充電回路１１を介して、電池２１に供給した。このとき、充電電流は、１ItＡとした。電池２１を、１ItＡの電流で充電しながら、電池２１の電圧を電圧測定部１２で測定した。測定データは、電圧測定部１２から電圧データ処理部５３を介して充電制御部４１に送られ、充電制御部４１において、電池２１の電圧が１．７５Ｖになったと判断されると、充電制御部４１から信号に基づいて、充電回路１１が制御され、電池２１が、１．７５Ｖの定電圧で充電された。電池２１を、１．７５Ｖの定電圧で充電しながら、充電電流の変化を、電流測定部５１で測定した。測定データは、電流測定部５１から電流データ処理部５２を介して充電終了判定部４２送られ、充電終了判定部４２において、充電電流が最小となり、充電電流が増加し始めた（ｄＩ/ｄｔ＞０）と判断されると、充電終了判定部４２からの信号に基づいて、充電回路１１が制御されて、充電が終了された。
本比較例１において、充電電気量は、２．３０Ａｈであった。

１時間の休止の後に、充電後の電池を、０．２ItＡの電流で、電池電圧が１Ｖに低下するまで放電した。その結果、放電容量は、１．９２Ａｈであった。

（実施例４）
第１のステップにおいて、通電時の電池電圧Ｖｎ₁が２Ｖに到達するまで、２０Ａの電流で１０秒の通電と１０秒の休止とを繰り返して、パルス充電を行なった。平均電流Ｉ１は１０Ａ（５ItＡ）であった。
第２のステップにおいて、前記２Ｖを上限値とする充電電圧で、１０秒の通電と１０秒の休止とを繰り返して、パルス充電を行なった。
前記以外は、実施例１と同様にして、ニッケル水素蓄電池の充電を行なった。本実施例４において、充電電気量は、１．７８Ａｈであった。

１時間の休止の後に、充電後の電池を、０．２ItＡの電流で、電池電圧が１Ｖになるまで放電した。その結果、放電容量は、１．３０Ａｈであった。

（参考例１）
第１のステップにおいて、０．４ItＡの電流で１０秒の通電と１０秒の休止とを繰り返して、パルス充電を行なった。平均電流Ｉ１は、０．２ItＡ（０．４Ａ）とした。
本参考例においては、充電電気量が理論電池容量の１１０％に到達した時点で充電を終了した。充電中、通電していないときに、ニッケル水素蓄電池の電池電圧Ｖｎ₂を測定したところ、充電の進行に従い、充電電圧は上昇した。充電末期の酸素発生領域に到達すると、電池電圧Ｖｎ₂はほとんど変化しなかった。

１時間の休止の後に、充電後の電池を、０．２ItＡの電流で、電池電圧が１Ｖに低下するまで放電した。その結果、放電容量は、１．９８Ａｈであった。

比較例１に示されるように、従来の方法でアルカリ蓄電池の定電流定電圧充電を行なう場合、充電電流値などの変化を監視する必要がある。つまり、電圧検出部の他に、電流検出部等の更なる構成要素を、充電器に設ける必要がある。
一方、実施例１〜４に示されるように、本発明の充電方法によれば、アルカリ蓄電池で一般的に用いられている−ΔＶ検出制御のみにより、アルカリ蓄電池の充電を行なうことができる。よって、比較例１の充電方法に代表されるような従来の方法とは異なり、本発明の充電方法においては、電圧検出部を設けておけば、電流検出部等の更なる構成要素を設ける必要がない。
さらには、実施例１と比較例１との比較から、本発明の充電方法に充電されたアルカリ蓄電池は、従来の定電流定電圧充電法により充電されたアルカリ蓄電池と同等の充放電容量が得られることがわかる。

なお、第１のステップにおける平均電流Ｉ１を４ItＡよりも大きい場合（実施例４）、充電効率が大きく低下することがある。さらに、大きな出力を持つ外部電源が必要になる。
平均電流Ｉ１を０．３ItＡより小さな電流値とした場合（参考例１）、充電末期の電圧低下が認められない。これは、充電中の電池の発熱量が小さくなるためである。このような場合は、定電流定電圧充電を行なう必要性が低くなる。
このことから、第１のステップにおいて、平均電流Ｉ１は、０．３ItＡ以上、４ItＡ以下であることが好ましい。

上記実施例では、通電時間を１０秒間とし、休止時間を１０秒間としたが、通電時間および休止時間を１０秒以外とした場合にも、本発明の効果が得られることが確認された。

本発明により、アルカリ蓄電池を、簡潔な制御方法で充電する充電を提供することができる。例えば、本発明の充電方法により、アルカリ蓄電池の充電効率を向上させることができる。また、本発明の充電方法は、例えば、急速充電へも適用することができる。

ニッケル水素蓄電池を定電流定電圧充電した場合の電圧および電流特性図の一例を示す。 本発明の充電方法における充電電流および充電電圧の変化の一例を示す。 図２Ａの線Ａで囲まれた部分の充電電流および充電電圧の変化の拡大図である。 図２Ａの線Ｂで囲まれた部分の充電電流および充電電圧の変化の拡大図である。 本発明の一実施形態に係る充電器を示すブロック図である。 本発明の別の実施形態に係る充電器を示すブロック図である。 比較例１で用いた充電器を示すブロック図である。

符号の説明

１０、４０、５０ 充電器
１１ 充電回路
１２ 電圧測定部
１３ 充電制御部
１４ データ処理部
２１ アルカリ蓄電池
２２ 外部電源
４１ 充電制御部
４２ 充電終了判定部
５１ 電流測定部
５２ 電流データ処理部
５３ 電圧データ処理部

Claims (5)

1. アルカリ蓄電池の充電方法であって、
   （i）所定の充電電流Ｉの印加および休止を繰り返して、平均電流Ｉ１で、アルカリ蓄電池の電池電圧Ｖｎ₁が所定の電圧Ｖ１に達するまで、前記アルカリ蓄電池の充電を行なう第１のステップ、および
   （ii）前記電圧Ｖ１を上限値とする充電電圧の印加および休止を繰り返して、前記アルカリ蓄電池の充電を行う第２のステップ
   を含み、
   前記第１のステップおよび前記第２のステップにおいて、前記アルカリ蓄電池に充電電流および充電電圧を印加していないときの前記アルカリ蓄電池の電池電圧Ｖｎ₂を測定し、前記電池電圧Ｖｎ₂が経時的に増加しないか、または減少したときに、充電を終了させる、アルカリ蓄電池の充電方法。
2. 前記平均電流Ｉ１を、０．３ItＡ以上、４ItＡ以下とする、請求項１記載のアルカリ蓄電池の充電方法。
3. アルカリ蓄電池を充電するための充電器であって、
   （１）外部電源からの電力をアルカリ蓄電池に供給する充電回路と、
   （２）前記充電されているアルカリ蓄電池の電池電圧Ｖｎを測定する電圧測定部と、
   （３）前記充電回路を制御して、所定の充電電流Ｉの印加および休止を繰り返して、平均電流Ｉ１で、前記アルカリ蓄電池の電池電圧Ｖｎ₁が所定の電圧Ｖ１に達するまで、前記アルカリ蓄電池を充電し、次いで、前記電圧Ｖ１を上限値とする充電電圧の印加および休止を繰り返して、前記アルカリ蓄電池を充電する充電制御部と、
   （４）前記電圧測定部からの信号に基づき、前記アルカリ蓄電池の電池電圧Ｖｎ₂が経時的に変化しないか、または減少したときに、前記充電回路を制御して、前記アルカリ蓄電池の充電を終了させる充電終了判定部と、
   を備える、アルカリ蓄電池の充電器。
4. 前記充電制御部が、前記充電回路を制御して、前記平均電流Ｉ１を、０．３ItＡ以上、４ItＡ以下とする、請求項３記載のアルカリ蓄電池の充電器。
5. 前記充電制御部が、前記充電終了判定部を含む、請求項３または４記載のアルカリ蓄電池の充電器。

Images