JP3349215B2 - 据置型ニッケル−水素蓄電池のメンテナンス方法 - Google Patents

据置型ニッケル−水素蓄電池のメンテナンス方法

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JP3349215B2 JP24646493A JP24646493A JP3349215B2 JP 3349215 B2 JP3349215 B2 JP 3349215B2 JP 24646493 A JP24646493 A JP 24646493A JP 24646493 A JP24646493 A JP 24646493A JP 3349215 B2 JP3349215 B2 JP 3349215B2
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晃治 西尾
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    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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    • Y02E60/10Energy storage using batteries

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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、充放電サイクルの繰り
返しにより電池容量が低下した据置型ニッケル−水素蓄
電池の容量回復のためのメンテナンス方法に関する。
【0002】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】ガスメ
ーター等の各種計測機器の電源などに用いられている据
置型ニッケル−水素蓄電池の充電末期には、正極から酸
素ガスが発生する。発生した酸素ガスが負極の水素との
反応で全て消費されれば、電池内部の圧力(内圧)は上
昇せず、また正負両極の容量バランスが崩れることはな
い。
【0003】しかしながら、充電時に発生した酸素ガス
の一部はセパレータなどの易酸化性部材の酸化に消費さ
れるため、負極に水素が残留する。その結果、充放電サ
イクルを繰り返すうちに負極に水素が次第に蓄積し、や
がて充電が負極支配となり、電池容量が低下する。この
ため、電池容量がある程度低下した時点でこれを元に回
復させるために、定期的にメンテナンスを行うことが必
要となる。
【0004】従来、このメンテナンスとして、充放電サ
イクル時の電池内圧の上昇を防止するために電槽上面に
設けられた作動圧3気圧以上の安全弁から、水素吸蔵合
金内に蓄積した水素を水素ガスとして電池系外へ放出さ
せながら過充電(開放過充電)することが行われてい
る。
【0005】図5は、この従来方法の説明図であり、図
5(A)はメンテナンス前の正負両極の容量図、図5
(B)はメンテナンス後の正負両極の容量図である。充
放電サイクルの繰り返しにより負極に水素が蓄積するた
め、図5(A)に示すように、充放電サイクル初期にM
1あった電池容量はメンテナンス前にはM2に低下す
る。
【0006】メンテナンスは、負極に蓄積した水素を電
池系外へ放出して、低下した電池容量M2をM1に回復
させるために行う操作であるが、過充電時に水素ガスの
みならず、酸素ガスをも多量に電池系外へ放出すると、
電解液不足を招き、サイクル寿命の短縮をもたらす。こ
のため、酸素ガスを多量に電池系外に放出しない程度に
過充電する必要がある。それゆえ、従来方法において
は、現実には、酸素ガスが激しく正極から発生し出す前
に過充電を打ち切る必要がある。図5(B)に示すメン
テナンス後の正負両極の充電深度が、等高に描かれてい
るのはこの理由による。なお、図5(A)及び(B)中
のハッチングを施した部分a、bは、それぞれ水素が蓄
積している部分である。
【0007】しかしながら、上記従来方法には、メンテ
ナンス後の充放電サイクルにおいて電池容量が短サイク
ル裡に低下するという問題の他、サイクル寿命が短いと
いう問題があった。このため、より優れたメンテナンス
方法の開発が要望されていた。
【0008】本発明は、かかる要望に応えるべくなされ
たものであって、その目的とするところは、メンテナン
ス時に電池系内に発生する水素ガスを電池系外へ放出す
るために用いる弁の作動圧を改良することにより、上述
した問題の無い新規且つ有用なメンテナンス方法を提供
するにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の本発明に係る据置型ニッケル−水素蓄電池のメンテナ
ンス方法(以下、「本発明方法」と称する。)は、3気
圧よりも低い作動圧で開弁する弁から電池系内に発生す
る水素ガスを電池系外へ放出させながら過充電する方法
である。
【0010】上記弁は、充放電サイクル時の電池内圧の
異常上昇防止のための安全弁とは別に設けられたもので
あってもよく、また安全弁の充放電サイクル時の作動圧
(3気圧以上)をメンテナンス用として3気圧より低く
調整したものであってもよい。
【0011】本発明方法における上記弁の好適な作動圧
は1.5〜2.5気圧である。作動圧のあまり低い弁を
用いると、放出すべき水素ガスの他に酸素ガスも電池系
外へ放出されるため、結果的に電解液不足が生じて、サ
イクル寿命の短縮を招く。一方、作動圧のあまり高い弁
を用いると、電池内部の平衡水素圧が高くなるため、メ
ンテナンスにおける過充電時に多量の水素が負極に吸蔵
され易くなる。その結果、蓄積した水素の負極からの抜
き取りが不充分となり、容量回復の割合が低下するとと
もに、サイクル寿命が短くなる。
【0012】
【作用】本発明方法においては、メンテナンスに使用す
る弁の作動圧を充放電サイクル時の安全弁の作動圧(3
気圧以上)よりも低くして過充電するため、充放電サイ
クル時の安全弁をそのまま用いて過充電していた従来方
法に比べて、過充電時の水素の吸蔵量が少なくなる。そ
の結果、負極に蓄積せる水素が多量に水素ガスとして電
池系外へ放出されることとなり、メンテナンス後の充放
電サイクルにおける電池容量の低下が緩やかになる。以
下に本発明方法の原理を説明する。
【0013】メンテナンスは負極に蓄積せる水素を電池
系外へ水素ガスとして放出する操作であるから、過充電
時の負極の水素吸蔵量が少なくなる条件、すなわち電池
内部の平衡水素圧を低くして過充電することが好ましい
筈である。
【0014】かかる知見に基づき開発されたのが本発明
方法である。すなわち、本発明方法は、メンテナンスに
用いる弁の作動圧を、従来方法の弁の作動圧、すなわち
安全弁の作動圧(3気圧以上)よりも低くして過充電
(開放過充電)することにより、メンテナンス後の放電
後に負極に残留する水素(蓄積水素)の量が、従来方法
に比し少なくなるようにしたものである。
【0015】図1は、本発明方法の説明図であり、図1
(A)はメンテナンス前の正負両極の容量図、図1
(B)はメンテナンス後の正負両極の容量図である。図
1(B)に示すように、低下した電池容量M2がメンテ
ナンス後にM1に回復する点は、従来方法による場合と
略同様であるが、本発明方法では、メンテナンス後の充
電時に余分の容量Sが負極に生じるため、従来方法に比
し、負極の充電深度を浅くすることができる。
【0016】このため、この余分の容量Sに水素が完全
に蓄積されるまでは、充電は正極支配でなされることと
なり、その間は殆ど容量低下しない。余分の容量Sに水
素が完全に蓄積された後は、同時支配の充電となり、や
がて負極支配の充電に移行するので容量低下するが、殆
ど容量低下しない期間が存在するので、従来方法に比べ
て、メンテナンス後の容量低下が緩やかとなり、メンテ
ナンス間隔を長くすることが可能となる。
【0017】また、従来方法では、各メンテナンスにお
いて高々正負両極の充電深度が等高になる程度までしか
蓄積水素を放出させることができないことに起因して、
メンテナンスを繰り返すうちにメンテナンスによっても
放出させることができない多量の水素が次第に蓄積す
る。このため、従来方法には、蓄電池のサイクル寿命が
短いという問題がある。
【0018】これに対して、本発明方法では、弁の作動
圧を過度に低圧にならない程度に設定して、酸素ガスを
殆ど放出させずに水素ガスのみを放出させることによ
り、電解液不足に因るサイクル寿命の短縮を招かずにメ
ンテナンスを行うことができる。
【0019】図2は、本発明方法及び従来方法による各
メンテナンスを行った後の、電池容量の充放電サイクル
の進行に伴う変化の様子を、縦軸に電池容量(Ah)
を、また横軸にサイクル数(回)をとって模式的に示し
たグラフである。図中のLはメンテナンスを行った時点
である。
【0020】図2に示すように、本発明方法によるメン
テナンスを行った後の充放電サイクル(実線で示す)
においては、先に述べた余分の容量Sに水素が蓄積され
て満杯になるまでは、充電が正極支配で行われるため電
池容量は殆ど低下しない。これに対して、従来方法によ
るメンテナンスを行った後の充放電サイクル(破線で
示す)においては、メンテナンス後に負極に余分の容量
Sが存在しないため、その後の充電がメンテナンス直後
の同時支配から速やかに負極支配に移行する。それゆ
え、電池容量が速く低下する。
【0021】
【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。
【0022】〔メンテナンス前後の電池内圧及び電池容
量〕図3に外観を示す角型の単電池A1〜A8、及び、
メンテナンス用の弁を有しないことを除いては単電池A
1〜A8と同様の構造の単電池B(図示せず)を作製し
た(定格容量:100Ah)。図示の単電池A1〜A8
には、電槽31の上面に、正極端子32、負極端子3
3、安全弁34及びメンテナンス用の弁35が設けられ
ている。安全弁34の作動圧はいずれも3気圧であり、
また単電池A1〜A8のメンテナンス用の各弁の作動圧
は表1に示すとおりである。
【0023】
【表1】
【0024】これらの単電池について、1Cで1時間充
電した後、1Cで放電終止電圧1V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、1000
サイクル経過後に充電容量150Ahで過充電してメン
テナンスを行った。なお、充放電サイクル時にはメンテ
ナンス用の弁35は作動しないようにした。これらのメ
ンテナンスのうち、単電池A1〜A8のメンテナンスは
本発明方法に相当し、また安全弁34をメンテナンス用
の弁として代用する単電池Bのメンテナンスは従来方法
に相当する。メンテナンス前後の電池容量及び内圧を先
の表1に示す。なお、メンテナンス前後の内圧は、0.
1Cで内圧が3気圧に達するまで充電し、さらに1時間
放置した後の内圧である。また、メンテナンス前後の電
池容量(Ah)は、0.1Cで充電終止圧力3気圧まで
充電した後、0.1Cで放電終止電圧1Vまで放電した
ときの電池容量である。
【0025】表1に示すように、本発明方法によりメン
テナンスを行った単電池A1〜A8は、従来の方法によ
りメンテナンスを行った単電池Bに比し、メンテナンス
後の内圧が低く、また容量回復の割合が大きい。
【0026】内圧が低いのは、水素の蓄積量が少ないた
めメンテナンス後の充電末期に発生する水素ガスが少な
いからである。また、容量回復の割合が大きいのは、次
の理由による。すなわち、従来方法によるメンテナンス
後においては正負両極の充電深度が等高である。このた
め、充電末期になると正極からは酸素ガスが、負極から
は水素ガスが発生する。その結果、内圧が3気圧に達す
るまでの時間が短くなり、満充電されなくなる。これに
対して、本発明方法では、充電末期になると正極から同
様に酸素ガスが発生するが、余分な容量Sが存在するた
め、負極からの水素ガスの発生量は少ない。その結果、
安全弁34の作動圧たる3気圧に達するまでの時間が長
く、より多くの充電がなされたのである。
【0027】〔サイクル寿命〕単電池A1〜A8及び単
電池Bについて、先と同じ条件のサイクル試験を行い、
300サイクルおきに充電容量150Ahで過充電する
メンテナンスを繰り返し行って、サイクル寿命を調べ
た。比較のために、単電池Bについては、メンテナンス
を全く行わない場合のサイクル寿命についても調べた。
【0028】サイクル寿命は、50サイクルおきに0.
1Cで充電終止圧力3気圧まで充電した後、0.1Cで
放電終止電圧1Vまで放電して、電池容量を測定し、電
池容量が初期容量の50%に低下した時点までの総サイ
クル数で評価した。結果を表2に示す。
【0029】
【表2】
【0030】表2に示すように、本発明方法によりメン
テナンスを行った単電池A1〜A8は、従来方法により
メンテナンスを行った単電池Bに比し、サイクル寿命が
総じて長い。
【0031】これは、各メンテナンスにおいて蓄積水素
の放出が比較的良好になされたため、メンテナンスによ
っても放出させることができない水素の蓄積速度が遅く
なったからである。
【0032】なお、弁35の作動圧が低い単電池A1及
びA2のサイクル寿命が短いのは、酸素ガスの放出によ
る電解液不足によるものであり、また弁35の作動圧が
単電池Bのメンテナンス用の弁(安全弁)34の作動圧
に近い単電池A8のサイクル寿命が短いのは、上述した
単電池Bのサイクル寿命が短い理由と同理由によるもの
である。表2に示す結果より、弁35の作動圧は1.5
〜2.5気圧とすることが好ましいことが分かる。
【0033】上記実施例では、充放電サイクル時の電池
内圧の異常上昇防止のための安全弁とは別にメンテナン
ス用の弁を設ける方法を例に挙げて説明したが、安全弁
の作動圧を3気圧より低く調整したものを使用した場合
にも同様の優れた効果が得られる。
【0034】また、実施例では本発明方法を単電池の容
量回復方法に適用する場合を例に挙げて説明したが、本
発明方法は複数対の正極及び負極が直列に接続されてな
る集合電池の容量回復方法にも同様に適用し得るもので
ある。図4は、この集合電池の一例を示し、図示の集合
電池Gには、電槽41の上面に、正極端子42、負極端
子43、安全弁44及びメンテナンス用の弁45が設け
られている。電槽41の内部には、直列接続された複数
対の正極及び負極(図示せず)が収納されている。
【0035】
【発明の効果】本発明方法によれば、メンテナンス後に
おける容量低下が緩やかであり、メンテナンス間隔を長
くすることが可能である。また、メンテナンスに用いる
弁の作動圧を酸素ガスを殆ど放出しない程度に設定する
ことにより、電解液不足に因るサイクル寿命の短縮を招
くことなくメンテナンスを行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明方法の説明図であり、(A)はメンテナ
ンス前の正負両極の容量図、(B)はメンテナンス後の
正負両極の容量図である。
【図2】本発明方法及び従来方法による各メンテナンス
を行った後の充放電サイクルにおける電池容量の変化の
様子を示したグラフである。
【図3】実施例で作製した単電池の斜視図である。
【図4】集合電池の斜視図である。
【図5】従来方法の説明図であり、(A)はメンテナン
ス前の正負両極の容量図、(B)はメンテナンス後の正
負両極の容量図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平5−36442(JP,A) 特開 昭61−49384(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01M 10/00 - 10/48

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】3気圧よりも低い作動圧で開弁する弁から
    電池系内に発生する水素ガスを電池系外へ放出させなが
    ら過充電することを特徴とする据置型ニッケル−水素蓄
    電池のメンテナンス方法。
  2. 【請求項2】前記弁が、充放電サイクル時の電池内圧の
    異常上昇防止のための安全弁とは別に設けられたもので
    ある請求項1記載の据置型ニッケル−水素蓄電池のメン
    テナンス方法。
  3. 【請求項3】前記弁が、充放電サイクル時の作動圧が3
    気圧以上の安全弁の作動圧を3気圧より低く調整したも
    のである請求項1記載の据置型ニッケル−水素蓄電池の
    メンテナンス方法。
  4. 【請求項4】前記弁の作動圧が1.5〜2.5気圧であ
    る請求項1〜3のいずれかに記載の据置型ニッケル−水
    素蓄電池のメンテナンス方法。
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