JP3332566B2 - 積層密閉型ニッケル−水素組み電池及びその容量回復のためのメンテナンス方法 - Google Patents

積層密閉型ニッケル−水素組み電池及びその容量回復のためのメンテナンス方法

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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
素組み電池に関する。
【0002】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】水素吸
蔵合金電極を負極とするニッケル−水素蓄電池(「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(酸素ガ
ス消費効率)が良くないので、各単電池の充電深度にバ
ラツキが生じ易い。そして、両端の単電池の充電深度が
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。この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】本発明は、かかる積層密閉型ニッケル−水
素組み電池に特有の問題を解決するべくなされたもので
あって、その目的とするところは、容量回復のためのメ
ンテナンスを実施することによりサイクル寿命を長期化
させることが可能な積層密閉型ニッケル−水素組み電池
及びそのメンテナンス方法を提供するにある。
【0006】
【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−水素組み電池(以
下、「本発明電池」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−水素組み電池であって、前記単電
池のそれぞれに、自己放電を促進するためのメンテナン
ス用加熱手段が設けられてなる。
【0007】また、本発明に係る積層密閉型ニッケル−
水素組み電池の容量回復のためのメンテナンス方法(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
を備える単電池が積層され、直列接続されてなり、且つ
前記単電池のそれぞれにメンテナンス用加熱手段が設け
られている積層密閉型ニッケル−水素組み電池の容量回
復のためのメンテナンス方法であって、前記単電池のそ
れぞれを、前記メンテナンス用加熱手段により、加熱保
持して、自己放電を促進する方法である。
【0008】本発明方法における加熱方式としては、各
単電池のそれぞれを、所定の同じ時間、同じ又は異なっ
た温度に加熱保持する方式、及び、所定の同じ電圧にな
るまで同じ又は異なった温度に加熱保持する方式が例示
される。前者の方式によれば、加熱温度が低い場合や加
熱時間が短い場合は単電池間の充電深度のバラツキが十
分に解消されないことがあるが、簡便で、しかもメンテ
ナンス時に各単電池の電圧をモニタリングする必要がな
いという利点がある。一方、後者の方式によれば、メン
テナンス時に各単電池の電圧をモニタリングしなければ
ならない煩雑さはあるものの、各単電池の充電深度を十
分に均一化することができるという利点がある。各単電
池を加熱保持を同時スタートする場合は、メンテナンス
時間を短縮する上で、残存容量の多い単電池は使用せる
水素吸蔵合金が劣化しないことを条件になるべく高温に
加熱保持し、一方残存容量の少ない単電池は比較的低温
に加熱保持して加熱終了時期をほぼ同時期に合わせるこ
とが好ましい。
【0009】
【作用】積層密閉型ニッケル−水素組み電池の各単電池
に設けられたメンテナンス用加熱手段により各単電池を
加熱すると、各単電池の自己放電が促進される。そし
て、所定時間加熱し自己放電がある程度進行した後に
は、各単電池の残存容量がほぼ等しくなる。その結果、
各単電池の充電深度にバラツキが少なくなり、組み電池
の容量が回復する。
【0010】また、メンテナンス前に充電深度が最も深
くなっていた両端の単電池の充電深度が浅くなる(すな
わち放電後の残存容量が減少する)ので、当該両端の単
電池の電池内圧が上昇しにくくなり、安全弁からの電解
液のリークが起こりにくくなる。
【0011】
【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。
【0012】〔単電池の作製〕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電池缶内に収納した後、封口して平
板角型の単電池を作製した。電解液は、電池缶上面に設
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。
【0013】〔組み電池の作製〕上記単電池を10セル
用いて積層密閉型ニッケル−水素組み電池(定格容量:
100Ah)を11個作製した。図1は、作製した積層
密閉型ニッケル−水素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−水素組み電池1は、
直列に接続された10個の単電池2,2,…(左端から
順にC1,C2,…,C10と付して識別する。)、ヒ
ータ(メンテナンス用加熱手段)を内蔵せる放熱板3,
3,…、熱電対4,4,…、支持部材5などからなり、
単電池2,2,…は、放熱板3,3,…を介して積層さ
れて支持部材5内に収納されている。単電池2,2,…
の上部側面には熱電対4,4,…が取り付けられて、単
電池2,2,…の電池温度を各別にモニタリングし得る
ようになっている。なお、熱電対4,4,…は、予め各
単電池に取り付けておいてもよく、またメンテナンスを
実施する際に取り付けるようにしてもよい。
【0014】〔メンテナンスの実施〕単電池C1,C
2,…にコントローラ6,6,…を図2に示すように接
続して、以下に示す容量回復のためのメンテナンスを行
った。図2中、L1は熱電対4により検出された温度を
コントローラ6に入力するための配線、L2は各単電池
の電圧をコントローラ6に入力するための配線、L3は
コントローラ6から放熱板3の中のヒータに電力を供給
するための配線である。
【0015】(実施例1)積層密閉型ニッケル−水素組
み電池1について、2Cで22分間充電した後、2Cで
20分間放電する工程を1サイクルとする充放電サイク
ル試験を行い、200サイクルおきにメンテナンスを実
施した。なお、50サイクルおきに容量確認を行った。
このときの容量確認条件及びメンテナンス条件を次に示
す。メンテナンス条件の異なる積層密閉型ニッケル−水
素組み電池1を電池符号A〜Fを付して識別する。
【0016】(容量確認条件)0.1Cで両端の単電池
の内圧が2気圧になるまで充電した後、0.1Cで10
Vまで放電。
【0017】(メンテナンス条件) 組み電池A:各単電池を30°Cで24時間加熱保持。 組み電池B:各単電池を40°Cで24時間加熱保持。 組み電池C:各単電池を50°Cで24時間加熱保持。 組み電池D:各単電池を60°Cで24時間加熱保持。 組み電池E:各単電池を70°Cで24時間加熱保持。 組み電池F:メンテナンスを実施せず。
【0018】組み電池A〜Fの50サイクルおきの容量
確認による放電容量を図3に、また組み電池A〜Eのサ
イクル寿命及び1000サイクル経過後にメンテナンス
を実施した後の容量確認による放電容量を表1に示す。
図3は、縦軸に組み電池の放電容量(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る。表
1中のサイクル寿命は、メンテナンス後の放電容量が7
0Ah未満になった時点を組み電池の寿命と判断し、そ
の時点までの総サイクル数(回)で示したものである。
【0019】
【表1】
【0020】図3及び表1に示すように、組み電池A〜
Dのサイクル寿命は1000サイクル以上と長いのに対
して、メンテナンスを実施しなかった組み電池Eのサイ
クル寿命は650サイクルと短い。なお、組み電池Aの
メンテナンス後の放電容量が組み電池B〜Dのそれらと
比較して小さいのは、低温(30°C)で自己放電させ
たため、単電池間の充電深度が十分に揃いにくかったた
めである。また、組み電池Eのメンテナンス後の放電容
量が組み電池B〜Dのそれらと比較して小さいのは、メ
ンテナンス時の加熱温度が高過ぎたため負極の水素吸蔵
合金が劣化したためである。
【0021】〔実施例2〕積層密閉型ニッケル−水素組
み電池1について、実施例1と同じ充放電サイクル試験
を行い、次に示す条件で200サイクルおきにメンテナ
ンスを実施した。なお、容量確認のサイクル間隔及び条
件は実施例1と同じである。
【0022】(メンテナンス条件) 組み電池G:各単電池を30°Cで1.18Vになるま
で加熱保持 組み電池H:各単電池を40°Cで1.18Vになるま
で加熱保持 組み電池I:各単電池を50°Cで1.18Vになるま
で加熱保持 組み電池J:各単電池を60°Cで1.18Vになるま
で加熱保持 組み電池K:各単電池を70°Cで1.18Vになるま
で加熱保持
【0023】1000サイクル経過後にメンテナンスを
実施した後の各組み電池の放電容量及び200サイクル
経過後のメンテナンスに要した日数又は時間を表2に示
す。
【0024】
【表2】
【0025】表2より、メンテナンス時の加熱温度が高
くなるほど自己放電が促進されて、メンテナンスの所要
日数が少くて済むことが分かる。組み電池Kのメンテナ
ンス後の放電容量が組み電池G〜Jのそれらと比較して
小さいのは、メンテナンス時の加熱温度が高すぎたため
負極の水素吸蔵合金が酸化劣化したためである。
【0026】
【発明の効果】各単電池にメンテナンス用加熱手段が設
けられている本発明電池は、メンテナンス用加熱手段に
より各単電池を加熱することにより容量回復させること
ができるので、サイクル寿命が長い。
【0027】また、本発明方法によれば、メンテナンス
用加熱手段により各単電池を加熱するだけで簡便にメン
テナンスを行い得る。
【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
み電池を模式的に示す斜視図である。
【図2】メンテナンスのための回路図である。
【図3】実施例で作製した組み電池の50サイクルおき
の放電容量を示すグラフである。
【符号の説明】
1 積層密閉型ニッケル−水素組み電池 2(C1〜C10) 単電池 3 放熱板(メンテナンス用加熱手段内蔵) 4 熱電対 5 支持部材 6 コントローラ L1,L2,L3 配線
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 斎藤 俊彦 大阪府守口市京阪本通2丁目5番5号 三洋電機株式会社内 審査官 高木 正博 (56)参考文献 特開 平3−190062(JP,A) 特開 平5−326024(JP,A) 実開 平2−128368(JP,U) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01M 10/00 - 10/50

Claims (4)

    (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
    素組み電池であって、前記単電池のそれぞれに、自己放
    電を促進するためのメンテナンス用加熱手段が設けられ
    ていることを特徴とする積層密閉型ニッケル−水素組み
    電池。
  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単電池が積層さ
    れ、直列接続されてなり、且つ前記単電池のそれぞれに
    メンテナンス用加熱手段が設けられている積層密閉型ニ
    ッケル−水素組み電池の容量回復のためのメンテナンス
    方法であって、前記単電池のそれぞれを、前記メンテナ
    ンス用加熱手段により、加熱保持して、自己放電を促進
    することを特徴とする積層密閉型ニッケル−水素組み電
    池の容量回復のためのメンテナンス方法。
  3. 【請求項3】前記単電池のそれぞれを、前記メンテナン
    ス用加熱手段により、所定の同じ時間、加熱保持する請
    求項2記載の積層密閉型ニッケル−水素組み電池の容量
    回復のためのメンテナンス方法。
  4. 【請求項4】前記単電池のそれぞれを、前記メンテナン
    ス用加熱手段により、前記単電池のそれぞれの電圧が互
    いに等しくなるまで、加熱保持する請求項2記載の積層
    密閉型ニッケル−水素組み電池の容量回復のためのメン
    テナンス方法。
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