JP3649655B2 - バックアップ用複数並列アルカリ水溶液二次電池の充電方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はバックアップ用複数並列アルカリ水溶液二次電池の充電方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、各種電子機器の小型化、高性能化、携帯型化によって、電池の需要が高まっている。それに応じて電池の改良、開発はますます活発化している。また、電池の新しい適用領域も拡大してきている。
【０００３】
電池の普及とともに、これら搭載された電池の信頼性向上の要求も高くなってきている。特に、従来の鉛電池やニッケルカドミウム電池（以下、Ｎｉ/Ｃｄ電池と称す）に比べて大幅な高エネルギー密度であるニッケル水素電池（以下、Ｎｉ/ＭＨ電池と称す）やリチウムイオン電池では、事故による被害の程度もより深刻となりうるので、信頼性の確保が重要な課題となっている。
【０００４】
信頼性のひとつとして、電池寿命の伸長が挙げられる。特に停電時のバックアップ用途に使用される二次電池、および電池パックは通常電池を使用している感覚が薄れているため、電池寿命が短いと、いったん停電が発生した際に電池の使用ができなくなって重大事態に陥る危険性がある。ここに、電池パックとは、単電池、あるいは複数個の単電池を直列接続、並列接続、あるいは両者の併用によって接続したものを、安全制御回路あるいは充放電制御回路と一体化したものを意味する。以下、電池と電池パックとをまとめて電池と称す。また、電池寿命が短いと頻繁に取り替えが必要となり、人件費や維持費が高騰して好ましくない。
【０００５】
二次電池の寿命は電池構成材料が経時的な化学劣化を起こしたり、充放電サイクルなどにより電気化学的に劣化することによって容量が減少することに起因する。
【０００６】
化学劣化の原因は、完全に明らかにされているとは言いがたいが、セパレータの材質劣化や、電極を構成する高分子化合物の結着剤に含まれる出発物質のモノマーの劣化がその主要因と考えられている。また、充放電サイクルに伴って生じる副反応によって電池反応に関わる鉛、硫酸鉛、ニッケル化合物、水素吸蔵合金、あるいはカドミウムなどの活物質や活物質の吸蔵物質が消耗したり構造変化したりすることも原因として指摘されている。
【０００７】
化学劣化の抑制には、セパレータ材料を化学劣化の生成しにくいポリエチレン、ポリプロピレンなどのポリオレフィン材料に変更したり、電極、電解液の構成材料から劣化が容易に起こりうる不純物を除去したり、充放電に伴って起こりうる副反応の化学反応を抑制することによって対処している。
【０００８】
一方、電気化学劣化については、充放電サイクルに伴う電極活物質の構造変化、たとえば、Ｎｉ/Ｃｄ電池やＮｉ/ＭＨ電池の正極材料であるβ-ＮｉＯＯＨからγ-ＮｉＯＯＨへの変化などによる密度の変化が電極の膨れと収縮を繰り返し機械的に劣化したり、放電によって変化した活物質が充電によっても完全に元の構造や化合物に回復しなかったり、あるいは、充電の上限、放電の下限電圧の不適切によって過充電、過放電状態となり、副反応として電解液などの電気化学分解が生じたりすることが主要因として考えられる。
【０００９】
電気化学劣化の抑制には、電極の膨張、収縮に耐えられる強固な結着剤の選定、充放電サイクルによる密度変化が小さく、反応可逆性の高い活物質材料の選定、耐過充電、耐過放電特性を向上させる添加剤の採用、電極材料や電解液材料の組成最適化、正極・負極の活物質量バランス最適化などを行うことによって対処している。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
バックアップ用途の電池においては、待機時のほとんどを充電状態におくため、主に化学劣化と過充電による電気化学劣化の程度が電池寿命を左右する。過充電による電気化学劣化としては、アルカリ水溶液系電池においては、充電末期における発生酸素の処理反応による負極活物質（カドミウム、水素）の消耗が挙げられる。過充電による電気化学劣化に対しては、電極構成材料に添加物を混合したり、適当な金属メッキを施したりして耐過充電特性を改善する方策が一般的に採用されている。
【００１１】
しかしながら、これら対策を施しても、充電末期の通電圧による劣化は電池反応機構上避けられない。そのため、特に通電圧による劣化低減を目的の一つとして種々の充電方法が提案されてきた。
【００１２】
バックアップ用アルカリ水溶液系二次電池に対する従来の充電方法としては、一定の電流値で充電を実施する方法が最も一般的に用いられてきた。最も普及している方法としては、電池を負荷から切り放し０.１ＣｍＡ以下（ここに、１ＣｍＡは電池の公称容量を１時間で除して得る電流値である）の微小電流で充電し続けるトリクル充電という方法が知られている。この方法は、充電に関わる装置・部品が単純で安価であることを、その大きな特徴とする。しかしながら、電池の充電電圧は周囲温度や劣化の程度で大きく変わり、過充電による電池の劣化がきわめて深刻になる場合がある。
【００１３】
これに対して、一定期間充電を実施した後、放置し、電池電圧が一定の電圧にまで降下すると再び充電を行う間欠充電方式が提案された。この充電方法によると、一度満充電した後、放置し、自己放電などによって電池電圧があらかじめ設定した電圧にまで低下すると再び一定の電流で一定時間充電し、以後、この放置と再充電とを繰り返して容量を維持するものである。あるいは、再充電を時間ではなく、充電終了の電圧を設定して、この２つの設定電圧値の間で放置と再充電を繰り返す方法も提案されている。また、電圧を設定する代わりに、単純に放置と再充電の時間を設定してこれを経時的に繰り返す方法もある。
【００１４】
しかしながら、これらの方法では上記の単純に充電を続ける方法に比較して過充電に晒される機会は若干改善されるものの、これらの方法においても周囲温度や電池の劣化状態によって充電電圧が変化していく問題は解決されず、根本的な電気化学劣化の抑制はできなかった。
【００１５】
上記とは別に、充電を一定電流で行うのではなく、充電電流をある時間幅を有するパルスとして供給して行う方法も提案されている。この方法では、一定の電流値に比べ、電流パルス間は休止となるため、一定電流での充電に比べて過充電に晒される機会は減少するものの、この方法においても同様に、周囲温度や電池の劣化状態によって充電電圧が変化していく問題は解決されず、根本的な電気化学劣化の抑制はできなかった。
【００１６】
さらに、鉛電池以外の、Ｎｉ/Ｃｄ電池やＮｉ/ＭＨ電池などのアルカリ水溶液系二次電池、Ｌｉイオン電池では鉛電池のように多様な電圧、容量を有する小型から大型までのサイズがなく、限定された電圧、容量範囲内でのサイズに限定され、大容量を必要とする場合には、多数の電池を直列、並列に組み合わせて構成するしか方法がなく、充電方法はいっそう複雑となってくる。
【００１７】
しかも、電池の個数が増加するにつれて必要な充電電流値を確保しようとすれば、これを供給する電源部が大きくなり、高エネルギー密度電池を採用した利点が損なわれるという欠点を有していた。
【００１８】
本発明は上記の現状を改良するためになされたものであり、その目的は、周囲温度の変化や電池の劣化状態に影響されずに、限定された充電電流値で、しかも電池の劣化を極力抑制するように、バックアップ用複数並列アルカリ水溶液二次電池を充電する方法を提供することにある。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明においては、請求項１に記載したように、
商用電源の停止時に動作するバックアップ用複数並列アルカリ水溶液二次電池の充電方法であり、
単電池１個から、あるいは電気的に接続された複数個の単電池からなる電池列をｎ列（ここに、２≦ｎ≦５とする）並列接続してなるモジュールを構成要素として該二次電池を構成し、
周囲温度Ｔ℃において、該各モジュール中の該電池列を１列ずつ、順次、一定時間ｔずつ充電し、
該時間ｔを関係式
ｔ＝Ａ×ｅｘｐ（ＢＴ） （１）
（ここに、ＡおよびＢは該二次電池に対応して定められる定数である）によって設定するバックアップ用複数並列アルカリ水溶液二次電池の充電方法であって、上記関係式（１）における定数Ａを定める方法として、上記モジュール中の電池と同種類の電池を用い、該電池を周囲温度０℃において充電時間７日間以上で充電した後、放電電流値０．２ＣｍＡ以上（ここに、１ＣｍＡは該電池の公称容量を１時間で除して得る電流値である）で放電させる操作を繰り返す充放電サイクル試験を行い、３サイクル目までに、該電池の容量の該電池の初期容量に対する割合が６０％以上に保たれているような充電電流値Ｉ _０ を求め、定数Ａが関係式
２ . ７８×１０ ^−４ ≦ Ａ /( １時間）≦Ｉ _０ /( １ＣｍＡ ) （２）
を満足するように定数Ａを定め、上記モジュール１個当たりの充電電流値Ｉ _Ｍ を、上記定数Ａを定める方法において求めた充電電流値Ｉ _０ と該モジュール１個中の上記電池列の列数ｎとから、関係式
Ｉ _Ｍ ＝Ｉ _０ ｎ （３）
によって設定し、
上記関係式（１）における定数Ｂを定める方法として、上記関係式（２）によって定めた定数Ａを用い、関係式
Ｂ＝Ｄ×ｌｎ ( Ａ /( １時間 )) ＋０ . ０４ （４）
および関係式
−０ . ０２５ ≦ Ｄ ≦ −０ . ０２０ （５）
（ここに、Ｄは定数である）が成立するように定数Ｂを定めることを特徴とするバックアップ用複数並列アルカリ水溶液二次電池の充電方法を構成する。
【００２１】
【発明の実施の形態】
本発明は、多数電池の並列で構成されるアルカリ水溶液二次電池について、限定された充電電流値で周囲温度の変化に対応して確実に、しかも電池の劣化を極力抑制するように、充電する方法を提供するものである。
【００２２】
本発明の実施の形態においては、単電池１個から、あるいは電気的に接続された複数個の単電池からなる電池列（単電池１個からなっていても、それを電池列とみなす）をｎ列（ここに、２≦ｎ≦５とする）並列接続してなるモジュールを構成要素として上記二次電池を構成し、それぞれのモジュールにおける電池列を１列ずつ、順次、一定時間ｔずつ充電する。
【００２３】
充電に際しては、各モジュール中の電池を１電池列ずつ、順次、一定時間ずつ充電する。このように充電を行うことで、１個のモジュール中の１つの電池列はそのモジュール中の他の電池列が充電される間は放置されていることになり、この放置期間を挟むことにより充電に伴う副反応や通電圧の電気化学劣化を抑制することができ、かつ過充電に晒される期間を根絶するとともに使用に必要な容量を確保する。
【００２４】
一般的に、室温以下の低温環境下では、最適な充電電流であっても、３５℃以上の高温下では自己放電速度が大きくなり充電不足に陥ることになり、逆に高温下で妥当な充電電流値であっても、低温下では深刻な過充電状態になって電池の劣化による容量低下が激しくなる。その具体的一例を図を用いて示す。
【００２５】
図１、図２は、ニッケル水素電池（Ａサイズ、公称容量２３００ｍＡｈ）を、充電電流値２３０ｍＡ（０.１ＣｍＡ）、充電時間１５時間、放電電流値４６０ｍＡ（０.２ＣｍＡ）、放電終止電圧１.１Ｖで初期容量を確認した後、充電電流値７７ｍＡ（０.０３３ＣｍＡ）、および２３０ｍＡ（０.１ＣｍＡ）、充電時間２８日間、放電電流値２３００ｍＡ（１.０ＣｍＡ）、放電終止電圧１.１Ｖで充放電サイクル試験を行ったときの各サイクルにおいて測定された容量の公称容量に対する割合（図中、初期容量比と表示）の変化を示した図である。
【００２６】
図１は周囲温度２５℃での試験であり、図中、１-１は充電電流値が０.０３３ＣｍＡの初期容量比の変化を示した曲線であり、１-２は充電電流値が０.１ＣｍＡのときの初期容量比の変化を示した曲線である。また、図２は周囲温度４５℃での試験の結果であり、図中、２-１は充電電流値が０.０３３ＣｍＡのときの初期容量比の変化を示した曲線であり、２-２は充電電流値が０.１ＣｍＡのときの初期容量比の変化を示した曲線である。
【００２７】
図１および図２から明らかなように、２５℃においては、充電電流値０.０３３ＣｍＡでは安定した容量変化を示しているのに対して、０.１ＣｍＡでは過充電による電池の劣化が原因となり、容量がまったく確保できていない。これに対して、４５℃では０.０３３ＣｍＡの充電電流値では自己放電に対処できず充電不足による容量の低下が著しい。
【００２８】
このような周囲温度の変化に対処して、過充電を回避し、確実な充電を実現するためには置かれた周囲温度下での最適な充電電流値を確保するため充電電流値を低温では小さく、高温では大きくすることで対処するのが一般的である。
【００２９】
しかし、このように高温での充電電流値を確保しようとすれば、本発明の充電方法の対象となる多数のバックアップ用二次電池を搭載する電源機器では大がかりな電源部分を必要として、せっかく高エネルギー密度電池を搭載しても機器の小型化が不可能となり利点が大きく損なわれてくる。
【００３０】
これに対して、本発明における複数並列の構成になるバックアップ用アルカリ水溶液二次電池の充電方法によると、１電池列当たりの充電時間を調節するだけでよく、高温充電に際して充電電流値を大きくする必要が全くない。
【００３１】
本発明における充電方法に従うと、各モジュールでの、１電池列ごとの順次充電の充電時間ｔを、電池の周囲温度がＴ℃である場合に、関係式
ｔ＝Ａ×ｅｘｐ(ＢＴ） （１）
（ここに、ＡおよびＢは該二次電池に対応して定められる定数である）で示される条件に従って設定する。ここに、関数ｅｘｐ(ｘ）は指数関数ｅ^ｘである。
【００３２】
本発明では、さらに、上記関係式（１）を構成する定数Ａ、およびＢを以下の方法によって決定することを提案する。
【００３３】
すなわち、定数Ａは、周囲温度０℃における１電池列当たりの充電時間ｔを示すから、０℃における１電池列当たりの充電時間を１秒（２.７８×１０^−４時間）以上、Ｉ_０/(１ＣｍＡ）時間以下とすることを本発明では提案する。ここで、Ｉ_０は１モジュール当たりの時間平均充電電流値であり、それは、１モジュール当たりの充電電流値Ｉ_Ｍを１モジュールを構成する電池列数ｎで除して得られる。また、Ｉ_０/(１ＣｍＡ）は無次元数であるが、この場合には、充電時間を１時間単位で表したときの数値であるとする。このように０℃での１電池列当たりの充電時間ｔを設定することにより、過充電を極力抑え電池の劣化を防ぐことができる。
【００３４】
上記の０℃における時間平均充電電流値Ｉ_０を求めるために、以下の充放サイクル電試験の実施を提案する。
【００３５】
すなわち、本発明の対象となる電源機器に複数並列で搭載されている二次電池または電池パックと同種類の電池を用い、周囲温度０℃で充電時間７日間以上とし、放電電流値を０.２ＣｍＡ以上とする条件で充放電を繰り返す充放電サイクル試験を行い、３サイクル目までに該電池の容量の該電池の初期容量に対する割合が６０％以上に保たれるような充電電流値を求め、これを時間平均充電電流値Ｉ_０とする。
【００３６】
充電時間を７日間とする理由は、これ以下の短期間の充電時間であると過充電による電池の劣化を早急に把握できないからである。具体的結果を図３に示す。
【００３７】
図３は、ニッケル水素電池（Ａサイズ、公称容量２３００ｍＡｈ）を、充電電流値を２３０ｍＡ（０.１ＣｍＡ）とし、放電電流値を２３００ｍＡ（１.０ＣｍＡ）とし、放電終止電圧を１.０Ｖとして充放電を繰り返す充放電サイクル試験の結果を示す図であり、図中、３-１は充電期間を３日間、３-２は充電期間を７日間、３-３は充電期間を３０日間に設定した場合の、積算充電時間に対する容量の変化を示した曲線である。設定した充電電流値が過充電を引き起こす好ましくない電流値であることが判明するまでに３-２、３-３で示す曲線の場合の充電期間が７日間以上であると２サイクル目で十分であるのに対して、３-１に示す充電期間が３日間と短い場合には１０サイクル以上待たなければならず、上記定数Ａの最適値を求めるために長期間を要し好ましくないことがわかる。
【００３８】
また、放電電流値を０.０２ＣｍＡ以上とする理由は、通常、容量を求める条件が一般的にこの電流値であることによる。これ以下でも容量を求めることができるが、実際に電池を使用（放電）する場合には０.０２ＣｍＡ以上であることがほとんどであり、実使用上との対比で利便性が高く、かつ放電が完了するまでの期間が短縮化できる利点があり本発明の方法を実現するうえで有効である。
【００３９】
また、上記周囲温度下での最適な充電電流値を求める上で、初期容量比を６０％以上とする理由は、一般に電池寿命を６０％とするため、この値を下回る容量を示すような充電電流値の条件は短期間で電池寿命に至る恐れがあり適当ではない。
【００４０】
このようにして、上記関係式（１）の定数Ａを、関係式
２.７８×１０^−４ ≦ Ａ/(１時間）≦Ｉ_０/(１ＣｍＡ) （２）
が満足されるように定める。
【００４１】
また、上記二次電池、または電池パックを搭載する電源装置から各モジュールに供給されるモジュール当たりの充電電流値Ｉ_Ｍを、周囲温度に関係なく、上記で求めた充電電流値Ｉ_０とモジュール内電池列数ｎとの積に等しいとする関係式
Ｉ_Ｍ ＝Ｉ_０ｎ （３）
によって設定しておく。
【００４２】
次に、上記関係式（１）における定数Ｂについては、適用温度範囲内の最高温度、便宜的に４５℃の周囲温度における１電池列当たりの充電時間ｔが５時間以上１０時間以下、好ましくは６時間以上８時間以下となるようにする。４５℃における１電池列当たりの充電時間をこの条件に設定すれば、充電電流値を大きくすることなく確実な充電を実現できる。
【００４３】
上記条件を満たすために、上記関係式（１）における定数Ｂは、上記方法によって定めた定数Ａを用い、関係式
Ｂ＝Ｄ×ｌｎ(Ａ/(１時間))＋０.０４ （４）
（ここに、Ｄは定数である）および関係式
−０.０２５ ≦ Ｄ ≦ −０.０２０ （５）
（ここに、Ｄは定数である）が成立するように定める。ここに、関数ｌｎ(ｘ)はｅを底とする自然対数関数ｌｏｇ_ｅｘである。
【００４４】
上記関係式（１）で表された１電池列あたりの充電時間ｔは、電池の適用温度範囲内での充電に際して、過充電を回避するとともに、該適用温度下におけるアルカリ水溶液二次電池の自己放電による容量の低下を補う充電を保証する。
【００４５】
本発明における複数並列で構成されるバックアップ用アルカリ水溶液二次電池の充電方法において、モジュール当たりの電池並列数ｎを２≦ｎ≦５にする。６並列以上の並列数であると、他の電池の充電中の放置期間が長くなり、適用温度範囲内の３５℃以上の温度での確実な充電が不可能となり大幅な容量低下を起こすので好ましくない。
【００４６】
本発明におけるバックアップ用アルカリ水溶液二次電池の充電方法は、これを具体的に使用する場合、上記に示した機能を充足しうる構成の充電制御回路として装置電源部に搭載したり、あるいは、上記機能を充足しうる構成の充電制御回路を制御対象の電池とともに電池パック内に収納する。
【００４７】
図４に、本発明における充電方法の機能を満たす充電制御回路のブロック概念の一例を示した。
【００４８】
図４において、１は本発明の充電方法を具体的機能として示す充電制御回路であり、２は充電制御の対象となるバックアップ電池であり、この場合、バックアップ電池２は、電池列２-１、２-２、２-３、２-４よりなる４電池列構成となっている。３は充電制御回路１に搭載された本発明における充電方法に基づいて充電制御を実施する充電制御用マイコンであり、４は商用電源あるいは装置本体側から端子１０および１１によって供給される電力を制御するための電源マイコンであり、５は充電制御用マイコン３によって制御される電源のスイッチであり、充電が開始されると、充電制御用マイコン３は回路１２によって電池側のスイッチ群Ｓの制御も併せて行い、スイッチ群Ｓを構成するスイッチＳ-１、Ｓ-２、Ｓ-３およびＳ-４を順次一定時間ごとにＯＮさせて１電池列ごとに電池を充電する。また、放電の際には、充電制御用マイコン３によって、条件により、スイッチ群ＳのスイッチＳ-１、Ｓ-２、Ｓ-３およびＳ-４の全てまたは一部を閉回路にして必要な放電電気量を供給する。６は電気回路における温度異常を検知するためのサーミスタであり、これら温度異常を含めて充電制御用マイコン３による出力異常の検出結果を端子７によって本体側に送出する。これらの部品を搭載した上記充電制御回路１は、端子８、および９によって制御対象の電池２に連結される。
【００４９】
図４は本発明における充電方法を実施するための充電制御回路の一概念を示したものであるが、本発明の充電方法を実現することができれば何らこれに限定されることはない。
【００５０】
本発明における充電方法の制御対象となるバックアップ用アルカリ水溶液二次電池は、電解液にアルカリ水溶液を用いた電池であり、具体的にはＮｉ/Ｃｄ電池、Ｎｉ/ＭＨ電池が考えられ、特にＮｉ/ＭＨ電池において効果を発揮するが、上述の条件に適合すればこれ以外の電池も制御可能である。
【００５１】
本発明における複数並列になるバックアップ用アルカリ水溶液二次電池の充電方法は、特に高信頼性を必要とする機器が考えられ、該充電方法によって必要な使用時間の確保と電池の長寿命化とを実現することによって、停電時の動作を確実のものにする。しかしながら、アルカリ水溶液二次電池をバックアップ電池として搭載する機器であれば何ら使用上問題なく、しかも従来を上回る使用時間と長寿命を実現することができるため使用する利点はきわめて大きい。
【００５２】
【実施例】
以下に本発明における複数並列のバックアップ用アルカリ水溶液二次電池の充電方法について具体的実施例によって説明するが、本発明は何らこれに限定されることはない。
［実施例１］
Ｎｉ/ＭＨ電池（４/３ＦＡサイズ、公称容量３３００ｍＡｈ、適用温度範囲−１０℃〜５５℃）が１５個直列接続されている電池パックを電池列とし、該電池列を４列並列してなるバックアップ用電池（モジュール数１）を搭載する電源装置において、１電池列ごとに一定時間ずつ各電池列、すなわち電池パックを順次充電していく方法の充電条件を検討した。
【００５３】
請求項１に記載の関係式（１）における定数Ａを決定するために、同じ種類のＮｉ/ＭＨ電池を用いて０℃で充電電流値をいくつか設定し、充電時間７日間、放電電流値３３００ｍＡ（１.０ＣｍＡ）、放電終止電圧１.０Ｖで充放電サイクルを３サイクル実施し、最適充電電流値Ｉ_０として１１０ｍＡ（０.０３３ＣｍＡ）を決定した。これにより、定数Ａを
Ａ＝０.０３３時間 （６）
とした。
【００５４】
また、４５℃での１電池列当たりの充電時間ｔを６時間となるように上記関係式（１）における定数Ｂを
Ｂ＝−０.０２２×ｌｎ(Ａ/(１時間)）＋０.０４＝０.１１６ （７）
として、上記関係式（１）に代入し
ｔ＝０.０３３時間×ｅｘｐ（０.１１６Ｔ） （８）
を得た。
【００５５】
さらに、上記電源装置からの供給充電電流値Ｉ_Ｍを
Ｉ_Ｍ＝０.０３３ＣｍＡ×４＝０.１３２ＣｍＡ
すなわち、４４０ｍＡとした。
【００５６】
これらの充電条件を決定し、電源装置の充電制御用マイコンにプログラム入力して、４５℃での充電状態を確認した。３０日間上記条件で充電し、放電電流１.０ＣｍＡ（３３００ｍＡ）、放電終止電圧１.０Ｖで放電し、放電容量を確認した。
【００５７】
比較のため、同種類のＮｉ/ＭＨ電池パックを用い、４５℃で平均充電電流値に相当する電流値４４０ｍＡで３０日間連続トリクル充電し、上記と同様の条件で放電を行い、放電容量を検討した。
【００５８】
さらに参考例として、４５℃における１電池列当たりの充電時間を１分間（０.１６７時間）、１.０時間に設定した他は同様の条件で放電容量を検討した。
【００５９】
結果を図５に示す。図５は、各充電条件における放電容量の公称容量に対する割合（図中、公称容量比と表示）を比較して示した図であり、図中、「実施例」は本実施例の場合の結果を、「比較例」は４４０ｍＡの連続トリクル充電の場合の結果を、「参考例１」は１電池列当たりの充電時間を０.１６７時間に設定した充電の場合の結果を、「参考例２」は１電池列当たりの充電時間を１時間とした充電の場合の結果を、それぞれ、示している。
【００６０】
図５から、本発明における充電条件では、公称容量に対する比容量（図中、公称容量比と表示）が８８％であり、高温においても十分な容量を確保できることが明らかになった。
【００６１】
一方、比較として検討した連続トリクル充電では、比容量は５４％に留まり、実用上最低必要な比容量である６０％以下となった。
【００６２】
また参考例１、２では、それぞれ４３％、７４％の比容量にとどまり、いずれも本発明の充電条件の結果には及ばなかった。
【００６３】
ちなみに、連続トリクル充電の電流値を変えて容量を別に検討した結果では、本発明における結果として得られた８８％の比容量を確保するためには０.１５ＣｍＡ以上、すなわち５００ｍＡ以上を必要とすることがわかった。
【００６４】
この結果から明らかなように、本発明における複数並列の電池の充電方法によれば、限定された充電電流値で、効率よく充電が可能であることがわかった。
［実施例２］
実施例１に用いたのと同様のＮｉ/ＭＨ電池（４/３ＦＡサイズ、公称容量３３００ｍＡｈ、適用温度範囲−１０℃〜５５℃）を対象とする図４に示す構造の充電制御回路を作製して、これを充放電試験装置に接続し、充放電サイクル試験を行った。
【００６５】
充電は、１サイクル当たりの総充電時間を２８日間とし、充電電流値を４４０ｍＡ（０.１３２ＣｍＡ）とし、放電は、放電電流値を３３００ｍＡ（１.０ＣｍＡ）とし、放電終止電圧を１.０Ｖとした。
【００６６】
１電池列ごとの充電時間ｔは、上記実施例１に示す関係式（８）に従って表１に示す設定となるように充電制御用マイコンにプログラムを入力した。
【００６７】
結果を表１に示す。
【００６８】
【表１】

表１には本実施例における充電制御回路を用いて実施した充放電サイクル試験の結果として、３サイクル目の公称容量に対する比容量を示した。表１より明らかなように、本発明における充電方法によると周囲温度の変化による影響が少なくなり、安定した良好な容量維持を示すことがわかった。
【００６９】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明の実施により、周囲温度の変化や電池の劣化状態に影響されずに、限定された充電電流値で、しかも電池の劣化を極力抑制するように、バックアップ用複数並列アルカリ水溶液二次電池を充電する方法を提供することができる。このように、複数並列のバックアップ用アルカリ水溶液二次電池を充電し、容量を維持しておく場合、本発明における充電方法を用いることにより、周囲温度の影響を最小限におさえ、より小さな電流値で電池劣化を少なくして充電することができ、バックアップ用二次電池の使用においてきわめて大きな貢献を果たすことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明におけるバックアップ用アルカリ水溶液二次電池の充電方法の概念を説明するために用いた周囲温度２５℃におけるＮｉ/ＭＨ電池の初期容量比の充放電サイクル数に伴う変化を示した図である。
【図２】本発明におけるバックアップ用アルカリ水溶液二次電池の充電方法の概念を説明するために用いた周囲温度４５℃におけるＮｉ/ＭＨ電池の初期容量比の充放電サイクル数に伴う変化を示した図である。
【図３】本発明におけるバックアップ用アルカリ水溶液二次電池の充電方法の概念を説明するために用いた充電時間の影響を示すＮｉ/ＭＨ電池の容量の積算充電時間に伴う変化を示した図である。
【図４】本発明におけるバックアップ用二次電池の充電方法を具体的に適用する充電制御回路構成の概念ブロック図である。
【図５】本発明の実施例１における試験結果を参考例および比較例の結果と比較して示した図である。
【符号の説明】
１…充電制御回路、２…バックアップ電池、２-１、２-２、２-３、２-４…バックアップ電池を構成する各電池列、３…充電制御用マイコン、４…電源マイコン、５…スイッチ、６…サーミスタ、７…異常出力検出端子、８…電池接続プラス端子、９…電池接続マイナス端子、１０…電源接続プラス端子、１１…電源接続マイナス端子、１２…スイッチＳを制御するための回路、Ｓ…バックアップ電池の充放電制御スイッチ群、Ｓ-１、Ｓ-２、Ｓ-３、Ｓ-４…各電池列の充電、放電を制御するスイッチ。

Claims (1)

1. 商用電源の停止時に動作するバックアップ用複数並列アルカリ水溶液二次電池の充電方法であり、
   単電池１個から、あるいは電気的に接続された複数個の単電池からなる電池列をｎ列（ここに、２≦ｎ≦５とする）並列接続してなるモジュールを構成要素として該二次電池を構成し、
   周囲温度Ｔ℃において、該各モジュール中の該電池列を１列ずつ、順次、一定時間ｔずつ充電し、
   該時間ｔを関係式
   ｔ＝Ａ×ｅｘｐ（ＢＴ） （１）
   （ここに、ＡおよびＢは該二次電池に対応して定められる定数である）によって設定するバックアップ用複数並列アルカリ水溶液二次電池の充電方法であって、
   上記関係式（１）における定数Ａを定める方法として、
   上記モジュール中の電池と同種類の電池を用い、該電池を周囲温度０℃において充電時間７日間以上で充電した後、放電電流値０．２ＣｍＡ以上（ここに、１ＣｍＡは該電池の公称容量を１時間で除して得る電流値である）で放電させる操作を繰り返す充放電サイクル試験を行い、３サイクル目までに、該電池の容量の該電池の初期容量に対する割合が６０％以上に保たれているような充電電流値Ｉ _０ を求め、定数Ａが関係式
   ２ . ７８×１０ ^−４ ≦ Ａ /( １時間）≦Ｉ _０ /( １ＣｍＡ ) （２）
   を満足するように定数Ａを定め、
   上記モジュール１個当たりの充電電流値Ｉ _Ｍ を、上記定数Ａを定める方法において求めた充電電流値Ｉ _０ と該モジュール１個中の上記電池列の列数ｎとから、関係式
   Ｉ _Ｍ ＝Ｉ _０ ｎ （３）
   によって設定し、
   上記関係式（１）における定数Ｂを定める方法として、
   上記関係式（２）によって定めた定数Ａを用い、関係式
   Ｂ＝Ｄ×ｌｎ ( Ａ /( １時間 )) ＋０ . ０４ （４）
   および関係式
   −０ . ０２５ ≦ Ｄ ≦ −０ . ０２０ （５）
   （ここに、Ｄは定数である）が成立するように定数Ｂを定めることを特徴とするバックアップ用複数並列アルカリ水溶液二次電池の充電方法。

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