JP3332562B2 - 積層密閉型ニッケル−水素化物組み電池装置の充電方法及び積層密閉型ニッケル−水素化物組み電池装置 - Google Patents

積層密閉型ニッケル−水素化物組み電池装置の充電方法及び積層密閉型ニッケル−水素化物組み電池装置

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JP3332562B2 JP07272294A JP7272294A JP3332562B2 JP 3332562 B2 JP3332562 B2 JP 3332562B2 JP 07272294 A JP07272294 A JP 07272294A JP 7272294 A JP7272294 A JP 7272294A JP 3332562 B2 JP3332562 B2 JP 3332562B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は積層密閉型ニッケル−水
素化物組み電池装置の充電方法及びそれを実施するため
の積層密閉型ニッケル−水素化物組み電池装置に関す
る。
【0002】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】ニッケ
ル−水素化物蓄電池(「単電池」と称する。)を多数積
層し、各単電池を直列に接続してなる積層密閉型ニッケ
ル−水素化物組み電池(以下、「組み電池」と略記する
ことがある。)が、高電圧電源として実用されている。
【0003】かかる組み電池においては、各単電池に同
じ充電電気量が通電されることとなるが、中央部の単電
池は、その両側に多数の単電池が位置しているので放熱
が十分になされにくく、そのため両端の単電池よりも温
度が高くなり易い。
【0004】ところが、正極の水酸化ニッケルは高温に
なるほど酸化されにくくなるので、中央部付近の単電池
ほど充電効率が悪い。そのため、充放電を繰り返し行う
と、両端の単電池の充電深度が次第に深くなり、各単電
池の充電深度にバラツキが生じる。特に、積層密閉型ニ
ッケル−水素化物組み電池は、積層密閉型ニッケル−カ
ドミウム組み電池に比べて負極でのガス吸収性(ガス消
費効率)が良くないので、単電池間の充電深度に大きな
バラツキが生じる。そして、両端の単電池の充電深度が
ある程度深くなると、組み電池の充電末期又は過充電時
に両端の単電池の内圧上昇に伴い安全弁から電解液がリ
ーク(漏洩)し易くなる。電解液のリークを防止するた
めには、組み電池の充電量を制限する必要が生じ、結果
的に組み電池の放電容量が減少する。このようなことか
ら、従来の積層密閉型ニッケル−水素化物組み電池に
は、サイクル寿命が短いという問題があった。
【0005】なお、組み電池における上述した各単電池
間の充電深度のバラツキは、例えば冷却水を各単電池の
外周に循環させて各単電池の温度を均一に保持すること
により解消されるが、そのための設備コストが高くつ
き、実用的な対策とは言えない。
【0006】本発明は、以上の事情に鑑みなされたもの
であって、その目的とするところは、この種の組み電池
のサイクル寿命を長くするための充電方法及びその方法
の実施に用いる積層密閉型ニッケル−水素化物組み電池
装置を提供するにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の本発明に係る積層密閉型ニッケル−水素化物組み電池
装置の充電方法(以下、「本発明方法」と称する。)
は、水酸化ニッケルを主成分とする正極と、水素吸蔵合
金を主成分とする負極とを備える複数の単電池が積層さ
れ、直列接続されてなる積層密閉型ニッケル−水素化物
組み電池装置の充電方法であって、前記複数の単電池の
それぞれに、各単電池の充電効率と充電電流値との積が
等しくなるような抵抗値を有する抵抗器を並列接続して
充電することを特徴とする。
【0008】また、上記目的を達成するための本発明に
係る積層密閉型ニッケル−水素化物組み電池装置(以
下、「本発明装置」と称する。)は、水酸化ニッケルを
主成分とする正極と、水素吸蔵合金を主成分とする負極
とを備える複数の単電池が積層され、直列接続されてな
る積層密閉型ニッケル−水素化物組み電池装置であっ
て、前記複数の単電池のそれぞれに、各単電池の充電効
率と充電電流値との積が等しくなるような抵抗値を有す
るON/OFF切替え可能な抵抗器が並列接続されてな
る。
【0009】上記抵抗器としては、固定抵抗器を用いて
もよいが、可変抵抗器を用いることにより次の利点が生
じる。すなわち、各単電池の充電効率は充放電条件や周
囲の温度などに依存し、それらが変化すると変動するの
で、当初の各単電池の充電効率は、その後の充放電サイ
クルにおいて変動するのが一般的である。すなわち、当
初設定した抵抗値を有する抵抗器をそのまま用いたので
は、各単電池の充電量に次第にバラツキが生じるように
なる。抵抗器に可変抵抗器を用いれば、各可変抵抗器の
抵抗値を各単電池の充電効率と充電電流値との積が等し
くなるように適宜変えることにより、各単電池の充電量
を再び等しくすることができ、これにより充電深度のバ
ラツキを無くすことができる。
【0010】
【作用】各単電池に、これらの各単電池の充電効率と充
電電流値との積が等しくなるような抵抗値を有する抵抗
器が並列接続されているので、各単電池の充電量が等し
くなり、充電深度のバラツキが解消される。
【0011】特に、抵抗器として可変抵抗器を用いた場
合は、充放電条件や周囲の温度などが変化して各単電池
の充電効率が変化したときでも、各可変抵抗器の抵抗値
を各単電池の充電効率と充電電流値との積が等しくなる
ように設定し直して各単電池の充電量が再び等しくなる
ようにすることにより、充電深度のバラツキが解消され
る。
【0012】
【実施例】以下、本発明を実施例に基づいてさらに詳細
に説明するが、本発明は下記実施例により何ら限定され
るものではなく、その要旨を変更しない範囲において適
宜変更して実施することが可能なものである。
【0013】〔積層密閉型ニッケル−水素化物組み電池
装置の作製〕負極としての水素吸蔵合金電極(水素吸蔵
合金:MmNi3.1 Co0.9 Al0.2 Mn0.5 )と、正
極としての公知の焼結式ニッケル極とをセパレータを介
して対向配置させて電極体とし、この電極体を平板角型
のステンレス製の電槽内に収納した後、封口して単電池
(理論容量:120Ah)を作製した。電解液は、電槽
上面に設けられている安全弁を取り外し、その際にでき
た孔を注液口として注液した。
【0014】上記単電池を、室温(25°C)にて、1
0Aで13時間充電した後、10Aで1.0Vまで放電
して単電池の放電容量を求めたところ、114Ahであ
った。すなわち、このときの単電池の充電効率は95
(%)であった。なお、充電後の単電池の温度は35°
Cであった。
【0015】次いで、上記単電池を10セル用いて、積
層密閉型ニッケル−水素化物組み電池(理論容量:12
0Ah)を作製した。図1は、作製した積層密閉型ニッ
ケル−水素化物組み電池を模式的に示す斜視図であり、
図示の積層密閉型ニッケル−水素化物組み電池1は、1
0個の単電池C(左端から順にC1,C2,…,C9,
C10の電池符号を付して各単電池を識別することとす
る。)、放熱板2,2,…、支持部材3などからなり、
単電池C1,C2,…は、放熱板2,2,…を介して積
層され、直列接続されて支持部材3内に収納されてい
る。各単電池には熱電対4が取り付けられて各別に電池
温度を測定し得るようになっている。
【0016】次いで、この積層密閉型ニッケル−水素化
物組み電池1を、室温(25°C)にて、10Aで13
時間充電した後、10Aで組み電池のいずれかの単電池
が1.0Vになるまで放電して、その放電容量を求めた
ところ、108Ahであった。そこで、さらに各単電池
を、各別に、10Aで1.0Vまで放電して各単電池の
残存容量を求めるとともに、この値に先に求めた108
Ahを加えて各単電池の全放電容量を算出した。各単電
池の充電終了時の温度及び全放電容量を表1に示す。
【0017】
【表1】
【0018】表1より、組み電池の放電終了時に、単電
池C5では残存容量が0(零)となっているのに対して
その他の単電池では容量が残存していたことが分かる。
例えば、単電池C1では、6Ah(114−108=
6)の残存容量があったことが分かる。この結果から、
この組み電池の放電容量は、温度が最も高くなる単電池
C5の放電容量に規制されることが分かった。
【0019】次に、各単電池のI−V特性を求めて、各
単電池の内部抵抗を調べたところ、1mΩであった。な
お、I−V特性は、各単電池に5〜200Aの所定の電
流を30秒間通電した後の電圧Vで評価した。
【0020】各単電池に並列接続すべき抵抗器の抵抗値
Rは、下式(2)より算出される単電池に通電すべき電
流iを下式(1)に代入することにより求めることがで
きる。
【0021】 i×r=(10−i)×R(∵並列接続) …(1) Ecn×i= Ec5×I(∵充電量は各単電池で同じ) …(2)
【0022】〔但し、式中、iは単電池に通電されるべ
き電流(A)、rは単電池の内部抵抗(mΩ)、Rは単
電池に接続すべき抵抗器の抵抗値(mΩ)、Ecn(cn
=C1〜C4及びC6〜C10)は予め求めた単電池の
充電効率(%)、Ec5は予め求めた単電池C5の充電効
率、Iは組み電池の充電電流である。〕
【0023】例えば、10A(=I)で組み電池を充電
する場合の単電池C1に接続すべき抵抗器R1の抵抗値
は次のようにして求めることができる。すなわち、先の
表1より、Ec1=95、Ec5=90であるから、これら
の値を式(2)に代入すると、i=9.47(A)が求
まる。そこで、このi=9.47と、r=1(mΩ)と
を式(1)に代入すると、単電池C1に接続すべき抵抗
器R1の抵抗値RがR=17.9(mΩ)と求まる。他
の単電池に接続すべき抵抗器の抵抗値についても同様に
して求めることができる。このようにして求めた各単電
池に接続すべき抵抗器の抵抗値を次の表2にまとめて示
す。
【0024】
【表2】
【0025】そこで、図2に示すように、表2に示す各
抵抗値を有する抵抗器R1、R2、…、R10にそれぞ
れ切替えスイッチSW1,SW2,…,SW10を直列
に接続し、それらをそれぞれ単電池C1、C2、…、C
10に並列接続して本発明装置Aを作製した。
【0026】本発明装置Aについて、10Aで13時間
充電し、各抵抗器を各単電池から切り離した後、10A
で1.0Vまで放電した。その結果、全ての単電池の放
電容量が108Ahとなり、単電池間の充電深度にバラ
ツキが無くなった。
【0027】〔充放電サイクル試験〕本発明装置A及び
各単電池に抵抗器を接続しなかった比較装置Bについ
て、10A(0.1C)で13時間充電した後、10A
で10Vまで放電する工程を1サイクルとする充放電サ
イクル試験を行い、各組み電池装置の充放電サイクル特
性を比較した。結果を図3に示す。
【0028】図3は、各組み電池装置の充放電サイクル
特性を、縦軸に組み電池装置の放電容量(Ah)を、ま
た横軸にサイクル数(回)をとって示したグラフであ
り、本発明装置Aは比較装置Bに比し、優れたサイクル
特性を発現することが分かる。
【0029】上記実施例では、抵抗器として固定抵抗器
を用いる場合を例に挙げて説明したが、可変抵抗器を用
いれば、充放電条件や周囲の温度などの変化に応じて各
単電池の当初求めた充電効率が変化した場合でも、抵抗
値を容易に設定しなおすことができることは、先に述べ
たとおりである。
【0030】また、上記実施例では、中央部の単電池C
5を基準にして他の単電池の抵抗器の抵抗値を設定した
が、放電容量が最も低い単電池を基準にして他の単電池
の抵抗器の抵抗値を設定すればよく、必ずしも中央部の
単電池が基準とされるものではない。
【0031】さらに、上記実施例では、各単電池の内部
抵抗の変化を考慮しないで接続すべき抵抗器の抵抗値を
求めたが、これらを考慮することにより、より一層単電
池間の充電深度のバラツキを解消することができる。
【0032】
【発明の効果】本発明方法によれば、充電時の単電池間
の充電深度のバラツキを解消することができるので、サ
イクル寿命の長期化が実現される。
【0033】本発明装置は、充電時の単電池間の充電深
度のバラツキが少ないので、サイクル寿命が長い。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施例で作製した積層密閉型ニッケル−水素組
み電池の斜視図である。
【図2】本発明装置の説明図である。
【図3】本発明装置及び比較装置の充放電サイクル特性
を示したグラフである。
【符号の説明】
A 本発明装置 R1〜R10 抵抗器 C1〜C10 単電池 SW1〜SW10 スイッチ
フロントページの続き 審査官 高木 正博 (56)参考文献 特開 平6−253463(JP,A) 特開 平5−15076(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01M 10/42 - 10/48 H02J 7/00 - 7/12

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】水酸化ニッケルを主成分とする正極と、水
    素吸蔵合金を主成分とする負極とを備える複数の単電池
    が積層され、直列接続されてなる積層密閉型ニッケル−
    水素化物組み電池装置の充電方法であって、前記複数の
    単電池のそれぞれに、各単電池の充電効率と充電電流値
    との積が等しくなるような抵抗値を有する抵抗器を並列
    接続して充電することを特徴とする積層密閉型ニッケル
    −水素化物組み電池装置の充電方法。
  2. 【請求項2】水酸化ニッケルを主成分とする正極と、水
    素吸蔵合金を主成分とする負極とを備える複数の単電池
    が積層され、直列接続されてなる積層密閉型ニッケル−
    水素化物組み電池装置であって、前記複数の単電池のそ
    れぞれに、各単電池の充電効率と充電電流値との積が等
    しくなるような抵抗値を有するON/OFF切替え可能
    な抵抗器が並列接続されていることを特徴とする積層密
    閉型ニッケル−水素化物組み電池装置。
  3. 【請求項3】前記抵抗器が可変抵抗器である請求項2記
    載の積層密閉型ニッケル−水素化物組み電池装置。
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