JP3649903B2 - アルカリ亜鉛蓄電池の特性評価方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、アルカリ亜鉛蓄電池の特性評価方法に関する。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
アルカリ亜鉛蓄電池では、負極活物質として亜鉛が使用される。亜鉛は電気化学当量が小さく、しかも電位が卑であるので、これを負極活物質として使用することにより、エネルギー密度の高いアルカリ蓄電池を得ることが可能となる。特に、二酸化マンガンを正極活物質とする円筒形の正極の円筒内に、セパレータを介して、亜鉛を負極活物質とする円筒形又は円柱形の負極を配置する所謂インサイドアウト型電池構造を採用すれば、エネルギー密度の高いアルカリ蓄電池を低コストに得ることができる（特公昭４６−２４５０３号公報等参照）。
【０００３】
上記のアルカリ亜鉛蓄電池には、二酸化マンガンの充放電時の可逆性が良くないという欠点があるが、この欠点は例えば二酸化マンガンの結晶構造の中にジルコニウムを含有せしめることにより改善することができる（特公昭５２−１２８９８号公報参照）。
【０００４】
このように正極の充放電反応の可逆性が改善されて良くなると、電池の寿命が負極により規制されるようになる。負極に起因する電池特性低下の原因には、充電時に負極に析出したデンドライト（樹枝状の電析物）が充放電の繰り返しにより成長し、セパレータを貫通して正極に到達することにより生じる内部短絡と、負極活物質の中の反応サイトへの電解液の供給不足（ドライアウト）による負極の利用率の低下とがある。特に、内部短絡による電池特性の低下に関しては、前サイクルまで正常に作動していた電池が、次サイクルで急に正常に作動しなくなることがあるので、充電時に異常を検知することが望ましい。また、ドライアウトによる電池特性の低下に関しても、劣化の程度が互いに異なる電池を併用した場合、全体としての電池特性が劣化の進んだ電池により規制されるので、充電時に劣化度合いを検知することが望ましい。
【０００５】
ところで、アルカリ亜鉛蓄電池の充電方法には、定電圧充電式（特公昭４６−８３２９号公報、特公昭５２−１２８９８号公報、特開昭６３−２４５５３号公報など参照）と定電流充電式（特公昭４５−３２１０２号公報、特公昭４６−２４５０３号公報、特公昭５０−２２５１号公報、特公昭５７−５７８２２号公報など参照）とがある。定電圧充電式は、電圧を一定に保持して充電する方法であり、定電流充電式は、電流を一定に保持して充電する方法である。定電圧充電式では、正極電位が酸素発生電位より１００ｍＶ程度低くなるように充電電圧を設定して充電することにより、また定電流充電式では、充電終止電圧を制御することにより、それぞれ正極からの酸素の発生を防止することができ、電解液の外部への漏出を抑制することができる。
【０００６】
しかしながら、従来の充電方法では、定電圧充電式及び定電流充電式のいずれの充電方法によっても、充電時に同時に電池特性まで評価することはできない。このことは、充電した電池が異常電池であった場合に、次に放電しなければその事実は判らないことを意味し、充電時に併せて電池特性を評価することができないので、次に示すような問題がある。
【０００７】
（１）充電作業と電池特性の評価を各別に行うことは、時間及び労力の無駄である。
【０００８】
（２）異常電池を機器の電源として使用することは、機器の汚損などにつながる。
【０００９】
そこで、鋭意研究した結果、本発明者らは、アルカリ亜鉛蓄電池の定電圧充電においては、充電中の電流値の経時的変化と電池特性との間に、密接な関係があることを見いだした。
【００１０】
本発明は、斯かる知見に基づきなされたものであって、アルカリ亜鉛蓄電池の特性を定電圧充電時に同時に評価することができる方法を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載のアルカリ亜鉛蓄電池の特性評価方法は、定電圧充電の途中において、電流値が増加した場合に、内部短絡が生じている異常電池と判定する方法である。
【００１２】
請求項２記載の特性評価方法は、定電圧充電において、完全放電状態にある特性評価すべきアルカリ亜鉛蓄電池を所定時間充電した時点での電流値ＩO が、予め設定した電流値ＩP 以上である場合に、内部短絡が生じている異常電池と判定する方法である。
【００１３】
請求項３記載の特性評価方法は、定電圧充電において、完全放電状態にある特性評価すべきアルカリ亜鉛蓄電池を所定時間充電した時点での電流値ＩO が、完全放電状態にある同種の正常なアルカリ亜鉛蓄電池を同じ時間充電した時点での電流値ＩN より所定量以上大きい場合に、内部短絡が生じている異常電池と判定する方法である。
【００１４】
請求項４記載の特性評価方法は、請求項３記載の特性評価方法の好適な実施態様に相当する方法であり、定電圧充電において、完全放電状態にある特性評価すべきアルカリ亜鉛蓄電池に定格容量の８０％の電気量を通電した時点での電流値ＩO が、完全放電状態にある同種の正常なアルカリ亜鉛蓄電池に同じ時間通電した時点での電流値ＩN の１．２倍以上である場合に、内部短絡が生じている異常電池と判定する方法である。
【００１５】
請求項５記載の特性評価方法は、定電圧充電において、完全放電状態にある特性評価すべきアルカリ亜鉛蓄電池を所定時間充電した時点での電流値ＩO が、予め設定した電流値ＩP 以下である場合に、電解液が不足している異常電池と判定する方法である。
【００１６】
請求項６記載の特性評価方法は、定電圧充電において、完全放電状態にある特性評価すべきアルカリ亜鉛蓄電池を所定時間充電した時点での電流値ＩO が、完全放電状態にある同種の正常なアルカリ亜鉛蓄電池を同じ時間充電した時点での電流値ＩN より所定量以上小さい場合に、電解液が不足している異常電池と判定する方法である。
【００１７】
請求項７記載の特性評価方法は、請求項６記載の特性評価方法の好適な実施態様に相当する方法であり、定電圧充電において、完全放電状態にある特性評価すべきアルカリ亜鉛蓄電池に定格容量の１０％の電気量を通電した時点での電流値ＩO が、完全放電状態にある同種の正常なアルカリ亜鉛蓄電池に同じ時間通電した時点での電流値ＩN の７０％以下である場合に、電解液が不足している異常電池と判定する方法である。
【００１８】
請求項８記載の特性評価方法は、定電圧充電において、完全放電状態にある特性評価すべきアルカリ亜鉛蓄電池を電流値が予め設定した電流値ＩP に達するまで充電するのに要した充電電気量Ｃo が、予め設定した充電電気量Ｃp 以下である場合に、電解液が不足している異常電池と判定する方法である。
【００１９】
請求項９記載の特性評価方法は、定電圧充電において、完全放電状態にある特性評価すべきアルカリ亜鉛蓄電池を電流値が予め設定した電流値ＩP に達するまで充電するのに要した充電電気量Ｃo が、完全放電状態にある同種の正常なアルカリ亜鉛蓄電池を電流値が前記電流値ＩP に達するまで充電するのに要する充電電気量ＣN より所定量以上小さい場合に、電解液が不足している異常電池と判定する方法である。
【００２０】
請求項１０記載の特性評価方法は、請求項９記載の特性評価方法の好適な実施態様に相当する方法であり、定電圧充電において、完全放電状態にある特性評価すべきアルカリ亜鉛蓄電池を電流値が予め設定した電流値ＩP に達するまで充電するのに要した充電電気量Ｃo が、完全放電状態にある同種の正常なアルカリ亜鉛蓄電池を電流値が前記電流値ＩP に達するまで充電するのに要する充電電気量ＣN の６０％以下である場合に、電解液が不足している異常電池と判定する方法である。
【００２１】
請求項１１記載の特性評価方法は、定電圧充電において、完全放電状態にある特性評価すべきアルカリ亜鉛蓄電池を所定時間充電するのに要した充電電気量Ｃo が、完全放電状態にある同種の正常なアルカリ亜鉛蓄電池を同じ時間充電するのに要する充電電気量ＣN より所定量以上小さい場合に、電解液が不足している異常電池と判定する方法である。
【００３０】
本発明に係る特性評価方法によれば、充電作業を利用して電池特性を評価するので、作業及び時間の無駄が無い。また、欠陥乃至劣化の程度が著しいことが判明した場合は、これを機器の電源として使用しないことにより、機器の汚損などを防止することができる。
【００３１】
【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。
【００３２】
〔正極の作製〕
硫酸ニッケル０．２モルと硫酸マンガン０．１モルとを溶かした水溶液１リットルに、１０重量％アンモニア水と１０重量％水酸化ナトリウム水溶液を滴下して液のｐＨを１０．０±０．３に調整し、沈殿物を生成せしめた。次いで、この沈殿物をろ過し、室温にて２０重量％水酸化カリウム水溶液中に１週間浸漬した後、上澄み液を除去し、大量の水で洗浄し、ろ過し、乾燥し、粉砕した。Ｘ線回折及び電子プローブ微小分析（ＥＰＭＡ； Electron Probe Microanalyser ）により、得られた粉末がα−Ｎｉ（ＯＨ）2 型結晶構造を有する、α−Ｎｉ（ＯＨ）2 とＭｎとの固溶体であることを確認した。この粉末を、水酸化ナトリウムを添加してｐＨを１２に調整した１０重量％ＮａＣｌＯ水溶液に浸漬して酸化処理し、濾過し、粉砕して、γ−ＮｉＯＯＨとＭｎとの固溶体粉末を作製した。次いで、このγ−ＮｉＯＯＨとＭｎとの固溶体粉末７０重量部と、α−Ｎｉ（ＯＨ）2 とＭｎとの固溶体粉末（γ−ＮｉＯＯＨとＭｎとの固溶体粉末を作製する中間工程で得たもの）２０重量部と、黒鉛１０重量部と、少量の水とを混合して顆粒状とした後、加圧成型して、外径１３．３ｍｍ、内径１０．３ｍｍ、高さ１２ｍｍの円筒状の正極を作製した。電池の製造においては、この正極を３個縦に重ねて１個の円筒状の正極として使用した。
【００３３】
〔負極の作製〕
亜鉛（Ｚｎ）と酸化亜鉛（ＺｎＯ）との重量比２：１の混合物に、三酸化二インジウム（Ｉｎ2 Ｏ3 ）、ＣＭＣ（カルボキシメチルセルロース）、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）及び水を加えて混練してペーストを調製した。直径３ｍｍの芯棒にインジウムめっきした銅製のパンチング板を巻き付け、その上に上記のペーストを塗布し、加圧成形した後、芯棒を抜き取って、外径６．５ｍｍ、内径３ｍｍ、高さ３８ｍｍの円筒状の負極を作製した。亜鉛と酸化亜鉛と三酸化二インジウムとＣＭＣとＰＴＦＥの総量に対する三酸化二インジウム、ＣＭＣ及びＰＴＦＥの各比率は、それぞれ２．５重量％、１．０重量％及び０．５重量％とした。また、亜鉛と酸化亜鉛の総量に対する水の比率は、約１／６とした。
【００３４】
〔電池の作製〕
上記の正極と、負極と、５種類のセパレータを用いて、円筒形の密閉型アルカリ亜鉛蓄電池Ａ１及びＡ２を、それぞれ１０セル作製した。セパレータとして、電池Ａ１では、ビニロン不織布を、電池Ａ２では、セロファンとビニロン不織布の積層セパレータを、それぞれ使用した。電解液としては、４０重量％の水酸化カリウム水溶液を使用し、これを各電池の正極及び負極が完全に浸漬される状態まで注液した。なお、正極と負極との電気化学的な容量比を１：２．５とした（以下の電池も全てこれと同じ容量比にした。）。
【００３５】
〔各電池の充放電サイクル特性〕
セパレータのみが異なる上記の２種の電池Ａ１，Ａ２について、２００ｍＡで電池電圧が１．９５Ｖに達するまで充電した後、２００ｍＡで電池電圧が１．０Ｖに低下するまで放電する工程を１サイクルとする充放電を８０サイクル行って、各電池の充放電サイクル特性を調べた。結果を図１に示す。図１は、各電池の充放電サイクル特性を、縦軸に放電容量（ｍＡｈ）を、横軸に充放電サイクル（回）をとって示したグラフである。但し、充電電気量が直前のサイクルの放電電気量より５０ｍＡｈ以上多くなっても電池電圧が１．９５Ｖに達しない場合は、内部短絡が生じている電池と見做し、その時点で充電を停止して、充放電サイクル試験を終了した。
【００３６】
セパレータの機械的強度が低い電池Ａ１では、１０セル全てが、３サイクル目の充電で電池電圧が１．９５Ｖに達しなくなり、放電容量も短サイクル裡に激減した。内部短絡が生じているためである。一方、セパレータの機械的強度が大きい電池Ａ２では、１０セル全てについて、４０サイクル目に電池電圧が１．９５Ｖに達するまで充電することができた。しかし、一部のセルは、４２サイクル目、５８サイクル目又は６９サイクル目に電池電圧が１．９５Ｖに達するまで充電することができなくなり、最終の８０サイクル目に電池電圧が１．９５Ｖに達するまで充電することができたのは７セルであった。
【００３７】
〔各電池の充電電流特性〕
電池Ａ１の２サイクル目及び３サイクル目の各充電電流特性及び電池Ａ２の２サイクル目、４２サイクル目及び８０サイクル目の各充電電流特性を図２に示す。図２は、各電池の定電圧充電における充電電流特性を、縦軸に電流値（Ａ）を、横軸に充電時間（分）をとって表したグラフである。図２では、２サイクル目の電池Ａ１をサンプル１、３サイクル目の電池Ａ１をサンプル２と記し、また２サイクル目の電池Ａ２をサンプル３、４２サイクル目の電池Ａ２をサンプル４、８０サイクル目の電池Ａ２をサンプル５と記してある。
【００３８】
図２において、サンプル３は正常な電池であり、サンプル３の充電電流特性には、時間経過とともに電流値が徐々に減少するという特徴がある。サンプル１は、充電途中に内部短絡が著しく生じた電池であり、サンプル１の充電電流特性には、内部短絡が著しく生じた時点から電流値が急激に増加し、増加後は、時間が経過しても電流値が減少しないという特徴がある。サンプル２は充電前に既に内部短絡が著しく生じている電池であり、サンプル２の充電電流特性には、充電初期の電流値がサンプル３に比べて大きく、しかも電流値が充電初期から殆ど減少しないという特徴がある。サンプル４は、充電中に内部短絡が若干生じた電池であり、サンプル４の充電電流特性には、充電途中から電流値が徐々に増加するという特徴がある。サンプル５は、ドライアウトが生じている電池であり、サンプル５の充電電流特性には、サンプル３の充電電流特性と同様、時間経過とともに電流値が減少するが、その減少速度がサンプル３に比べて大きいという特徴がある。
【００３９】
上述した充電電流特性と電池特性の関係から、次に示すアルカリ亜鉛蓄電池の特性評価方法が導出される。
【００４０】
（内部短絡の有無）
▲１▼所定時間充電した時点での電流値ＩO が予め設定した電流値Ｉp 以上である場合、又は、所定時間充電した時点での電流値ＩO が正常な電池を同じ時間充電した時点での電流値ＩN より所定量以上大きい場合に、異常電池（欠陥電池乃至劣化電池）と判定する。請求項２〜４記載の各特性評価方法は、この判定方法を利用したものである。例えば、充電開始１０分後に電流値が１．５Ａ以上の電池を異常電池であると判定する方法で、先のサンプル２の異常を検知することができる。また、充電開始２００分後に電流値が０．２Ａ以上の電池は異常電池であると判定する方法で、先のサンプル１，サンプル２，サンプル４の異常を検知することができる。
【００４１】
▲２▼充電途中に電流値が減少から増加に転じた場合に、異常電池と判定する。請求項１記載の特性評価方法は、この判定方法を利用したものである。この方法で、先のサンプル１，サンプル４の異常を検知することができる。
【００４２】
（ドライアウトの有無）
所定時間充電した時点での電流値ＩO が、予め設定した電流値ＩP 以下である場合、又は、正常なアルカリ亜鉛蓄電池を同じ時間充電した時点での電流値ＩN より所定量以上小さい場合に、異常電池と判定する。請求項５〜７記載の各特性評価方法は、この判定方法を利用したものである。例えば、１０％充電した時点での電流値ＩO が、正常な電池を同じ時間充電した時点での電流値ＩN の７０％以下である場合に、異常電池であると判定する方式で、先のサンプル５の異常を検知することができる。電流値ＩO と電流値ＩP を比較する代わりに、それぞれの時点での充電電気量を比較するようにしてもよい。請求項８〜１０記載の各特性評価方法は、この判定方法を利用したものである。
【００４３】
図３は、本発明に係る特性評価方法を実施するための装置を示すブロック図である。図示の特性評価装置Ｍ１は、定電圧電源１と、電流計２と、電流遮断回路３と、比較器４と、比較器４から出力された比較結果を表示する表示器５と、タイマー６と、タイマー７と、スイッチＳＷとを備える。Ｂは特性評価すべきアルカリ亜鉛蓄電池である。一例として、この特性評価装置Ｍ１を使用して、充電開始２００分後における検出電流値ＩO が予め設定した電流値（基準値）ＩP ＝０．２Ａ以上である場合に短絡電池であると判定する方式により、アルカリ亜鉛蓄電池Ｂの電池特性を評価する場合について説明する。なお、比較結果が『ＩO ≧ＩP 』である場合にのみ「電流を遮断せよ」との指令が比較器４から電流遮断回路３に向けて出されるようにしてある。また、比較器４における比較結果が『ＩO ＜ＩP 』である場合にのみタイマー７がセットした時間に動作して、電流遮断回路３に「電流を遮断せよ」との指令が出されるようにしてある。さらに、タイマー６は、セットした時間に動作してスイッチＳＷをオンにし、比較器４と電流遮断回路３とを導通させるようにしてある。この特性評価装置Ｍ１では、タイマー６及びスイッチＳＷを比較器４と電流遮断回路３との間に設けたが、これらを比較器４と電流計２との間に設けてもよい。
【００４４】
比較器４に基準値ＩP として０．２を入力設定した後（電流値の比較は困難であるので、実際には基準値として電圧値ＶP が設定される。）、タイマー６を充電開始後２００分に、タイマー７を充電開始後３００分に、それぞれセットして計時動作を開始させるとともに、定電圧電源１をオンにして充電を開始する。充電開始後２００分に達すると、その時点における電流計２の検出電流値ＩO が比較器４に送られるとともに（実際には検出電圧値ＶO が送られる。）、タイマー６が動作してスィッチＳＷをオンにする。検出電流値ＩO は、比較器４により、基準値０．２との大小が比較され、その比較結果が表示器５に送られる。
【００４５】
例えば、アルカリ亜鉛蓄電池Ｂが先のサンプル２の如き内部短絡が著しく生じている電池である場合は、比較結果は『ＩO ≧ＩP 』である。この場合は、表示器５の表示画面に、この『ＩO ≧ＩP 』なる比較結果が、例えば『異常電池』乃至『短絡電池』なる文字情報又は赤ランプで表示されるとともに、比較器４からの「電流を遮断せよ」との指令を受けた電流遮断回路３が動作し、充電が停止させられる。なお、この場合には、表示器５に、ＩO とＩP との差の大小に応じて、欠陥の程度が表示されるようにしてもよい。このように、特性評価すべきアルカリ亜鉛蓄電池Ｂが短絡電池の場合には、短絡電池であることが判明した時点で充電が停止させられるので、無用な充電作業をしないで済む。
【００４６】
一方、アルカリ亜鉛蓄電池Ｂが先のサンプル３の如き正常電池である場合には、比較器４における比較結果は『ＩO ＜ＩP 』であるから、表示器５に、この『ＩO ＜ＩP 』なる比較結果が、例えば『正常電池』なる文字情報又は青ランプで表示される。なお、表示器５は、異常電池である場合にのみ異常電池であることを表示し、正常電池である場合には、何も表示しないようなものであってもよい。また、表示器５に、ＩO とＩP との差の大小に応じて、予想残存寿命が表示されるようにしてもよい。この場合の比較結果は『ＩO ＜ＩP 』であるから、この時点では電流遮断回路３は動作せず、充電はそのまま続行される。充電開始後３００分に達すると、タイマー７から電流遮断回路３に「電流を遮断せよ」との指令が出され、電流遮断回路３がこの指令を受けて動作し、充電が停止させられる。このように、特性評価すべきアルカリ亜鉛蓄電池Ｂが正常電池の場合には、充電完了まで充電が行われ、充電完了時には充電が停止させられるので、充電器としての使用が可能であるとともに、無用な充電作業をしないで済む。なお、電流遮断回路３、比較器４、表示器５などは、上記の特性評価方法を実施する上で必要不可欠な部材ではないが、自動化を図る上では必要な部材である。
【００４７】
図４は、本発明に係る特性評価方法を実施するための別の装置を示すブロック図である。図示の特性評価装置Ｍ２は、定電圧電源１と、電流遮断回路３と、比較器４と、比較器４から出力された比較結果を表示する表示器５と、タイマー６と、タイマー７と、スイッチＳＷと、コンデンサなどを内蔵する積分回路８とを備える。Ｂは特性評価すべきアルカリ亜鉛蓄電池である。積分回路８は、充電開始と連動して直前に蓄積されている電荷がある場合、瞬時に放電されるようになっている。また、積分回路８には、アルカリ亜鉛蓄電池Ｂの充電電流ＩO に比例した微小な検出電流ｉO が充電回路から分岐して流入するようになっている。なお、図４中、図３と同じ符号の部材は、図３中の対応する符号の部材と実質的に同じ機能を有する部材である。一例として、この特性評価装置Ｍ２を使用して、完全放電状態にある特性評価すべきアルカリ亜鉛蓄電池を５０分間充電したときの充電電気量ＣO が、正常電池を同じ時間充電したときの充電電気量（基準値）ＣN の７０％以下である場合に、電解液が不足している異常電池であると判定する方式により、アルカリ亜鉛蓄電池Ｂの電池特性を評価する場合について説明する。なお、比較結果が『ＣO ≦０．７ＣN 』である場合にのみ「電流を遮断せよ」との指令が比較器４から電流遮断回路３に向けて出されるようになっている。また、比較器４における比較結果が『ＣO ＞０．７ＣN 』である場合にのみタイマー７がセットした時間に動作して、電流遮断回路３に「電流を遮断せよ」との指令が出されるようになっている。タイマー６は、セットした時間に動作して、スイッチＳＷをオンにして比較器４と電流遮断回路３とを導通させるためのタイマーである。この特性評価装置Ｍ２では、タイマー６及びスイッチＳＷを比較器４と電流遮断回路３との間に設けたが、これらを比較器４と積分回路８との間に設けてもよい。
【００４８】
比較器４に基準値として０．７ＣN を入力設定した後（但し、充電回路から分岐して積分回路に流入する検出電流は微小電流ｉO であるので、実際には０．７ＣN ×ｉO ／ＩO が基準値として入力設定される。）、タイマー６を充電開始後５０分に、タイマー７を正常電池の場合に充電が完了する充電開始後３００分に、それぞれセットして計時動作を開始させるとともに、定電圧電源１をオンにして充電を開始する。充電開始後５０分経過すると、その時点における検出電流値ｉO が比較器４に送られるとともに、タイマー６が動作してスィッチＳＷをオンにする。比較器４により、充電開始５０分後の充電電気量ＣO と基準値０．７ＣN の大小が比較され（実際には、ＣO ×ｉO ／ＩO と０．７ＣN ×ｉO ／ＩO の大小が比較される。）、比較結果が表示器５に送られる。
【００４９】
例えば、アルカリ亜鉛蓄電池Ｂが先のサンプル５の如き電解液が不足している異常電池である場合は、比較結果は『ＣO ≦０．７ＣN 』である。この場合は、表示器５の表示画面に、この『ＣO ≦０．７ＣN 』なる比較結果が、例えば『異常電池』乃至『ドライアウト電池』なる文字情報又は赤ランプで表示されるとともに、比較器４からの「電流を遮断せよ」との指令を受けた電流遮断回路３が動作し、充電が停止させられる。このように、特性評価すべきアルカリ亜鉛蓄電池Ｂがドライアウト電池の場合には、ドライアウト電池であることが判明した時点で充電が停止させられるので、無用な充電作業をしないで済む。
【００５０】
一方、アルカリ亜鉛蓄電池Ｂが先のサンプル３の如き正常電池である場合には、比較器４における比較結果は『ＣO ＞０．７ＣN 』であるから、表示器５に、この『ＣO ＞０．７ＣN 』なる比較結果が、例えば『正常電池』なる文字情報又は青ランプで表示される。比較結果は『ＣO ＞０．７ＣN 』であるから、この時点では電流遮断回路３は動作せず、充電はそのまま続行される。正常電池の場合に充電が完了する充電開始後３００分後に、タイマー７から電流遮断回路３に「電流を遮断せよ」との指令が出され、電流遮断回路３がこの指令を受けて動作し、充電が停止させられる。このように、特性評価すべきアルカリ亜鉛蓄電池Ｂが正常電池の場合には、充電完了まで充電が行われ、充電完了時には充電が停止させられるので、充電器としての使用が可能であるとともに、無用な充電作業をしないで済む。
【００５１】
【発明の効果】
本発明に係る特性評価方法によれば、充電作業を利用して電池特性を評価するので、時間及び労力に無駄が無い。また、異常電池であることが判明した場合は、これを機器の電源として使用しないことにより、機器の汚損などを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 正常電池及び異常電池の充放電サイクル特性を示すグラフである。
【図２】 正常電池及び異常電池の充電電流特性を示すグラフである。
【図３】 本発明に係る特性評価方法を実施するための装置のブロック図である。
【図４】 本発明に係る特性評価方法を実施するための装置のブロック図である。
【符号の説明】
Ｍ１ 特性評価装置
Ｍ２ 特性評価装置
Ｂ 特性評価すべきアルカリ亜鉛蓄電池
ＳＷ スイッチ
１ 定電圧電源
２ 電流計
３ 電流遮断回路
４ 比較器
５ 表示器
６ タイマー
７ タイマー
８ 積分回路
【発明の属する技術分野】
本発明は、アルカリ亜鉛蓄電池の特性評価方法に関する。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
アルカリ亜鉛蓄電池では、負極活物質として亜鉛が使用される。亜鉛は電気化学当量が小さく、しかも電位が卑であるので、これを負極活物質として使用することにより、エネルギー密度の高いアルカリ蓄電池を得ることが可能となる。特に、二酸化マンガンを正極活物質とする円筒形の正極の円筒内に、セパレータを介して、亜鉛を負極活物質とする円筒形又は円柱形の負極を配置する所謂インサイドアウト型電池構造を採用すれば、エネルギー密度の高いアルカリ蓄電池を低コストに得ることができる（特公昭４６−２４５０３号公報等参照）。
【０００３】
上記のアルカリ亜鉛蓄電池には、二酸化マンガンの充放電時の可逆性が良くないという欠点があるが、この欠点は例えば二酸化マンガンの結晶構造の中にジルコニウムを含有せしめることにより改善することができる（特公昭５２−１２８９８号公報参照）。
【０００４】
このように正極の充放電反応の可逆性が改善されて良くなると、電池の寿命が負極により規制されるようになる。負極に起因する電池特性低下の原因には、充電時に負極に析出したデンドライト（樹枝状の電析物）が充放電の繰り返しにより成長し、セパレータを貫通して正極に到達することにより生じる内部短絡と、負極活物質の中の反応サイトへの電解液の供給不足（ドライアウト）による負極の利用率の低下とがある。特に、内部短絡による電池特性の低下に関しては、前サイクルまで正常に作動していた電池が、次サイクルで急に正常に作動しなくなることがあるので、充電時に異常を検知することが望ましい。また、ドライアウトによる電池特性の低下に関しても、劣化の程度が互いに異なる電池を併用した場合、全体としての電池特性が劣化の進んだ電池により規制されるので、充電時に劣化度合いを検知することが望ましい。
【０００５】
ところで、アルカリ亜鉛蓄電池の充電方法には、定電圧充電式（特公昭４６−８３２９号公報、特公昭５２−１２８９８号公報、特開昭６３−２４５５３号公報など参照）と定電流充電式（特公昭４５−３２１０２号公報、特公昭４６−２４５０３号公報、特公昭５０−２２５１号公報、特公昭５７−５７８２２号公報など参照）とがある。定電圧充電式は、電圧を一定に保持して充電する方法であり、定電流充電式は、電流を一定に保持して充電する方法である。定電圧充電式では、正極電位が酸素発生電位より１００ｍＶ程度低くなるように充電電圧を設定して充電することにより、また定電流充電式では、充電終止電圧を制御することにより、それぞれ正極からの酸素の発生を防止することができ、電解液の外部への漏出を抑制することができる。
【０００６】
しかしながら、従来の充電方法では、定電圧充電式及び定電流充電式のいずれの充電方法によっても、充電時に同時に電池特性まで評価することはできない。このことは、充電した電池が異常電池であった場合に、次に放電しなければその事実は判らないことを意味し、充電時に併せて電池特性を評価することができないので、次に示すような問題がある。
【０００７】
（１）充電作業と電池特性の評価を各別に行うことは、時間及び労力の無駄である。
【０００８】
（２）異常電池を機器の電源として使用することは、機器の汚損などにつながる。
【０００９】
そこで、鋭意研究した結果、本発明者らは、アルカリ亜鉛蓄電池の定電圧充電においては、充電中の電流値の経時的変化と電池特性との間に、密接な関係があることを見いだした。
【００１０】
本発明は、斯かる知見に基づきなされたものであって、アルカリ亜鉛蓄電池の特性を定電圧充電時に同時に評価することができる方法を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載のアルカリ亜鉛蓄電池の特性評価方法は、定電圧充電の途中において、電流値が増加した場合に、内部短絡が生じている異常電池と判定する方法である。
【００１２】
請求項２記載の特性評価方法は、定電圧充電において、完全放電状態にある特性評価すべきアルカリ亜鉛蓄電池を所定時間充電した時点での電流値ＩO が、予め設定した電流値ＩP 以上である場合に、内部短絡が生じている異常電池と判定する方法である。
【００１３】
請求項３記載の特性評価方法は、定電圧充電において、完全放電状態にある特性評価すべきアルカリ亜鉛蓄電池を所定時間充電した時点での電流値ＩO が、完全放電状態にある同種の正常なアルカリ亜鉛蓄電池を同じ時間充電した時点での電流値ＩN より所定量以上大きい場合に、内部短絡が生じている異常電池と判定する方法である。
【００１４】
請求項４記載の特性評価方法は、請求項３記載の特性評価方法の好適な実施態様に相当する方法であり、定電圧充電において、完全放電状態にある特性評価すべきアルカリ亜鉛蓄電池に定格容量の８０％の電気量を通電した時点での電流値ＩO が、完全放電状態にある同種の正常なアルカリ亜鉛蓄電池に同じ時間通電した時点での電流値ＩN の１．２倍以上である場合に、内部短絡が生じている異常電池と判定する方法である。
【００１５】
請求項５記載の特性評価方法は、定電圧充電において、完全放電状態にある特性評価すべきアルカリ亜鉛蓄電池を所定時間充電した時点での電流値ＩO が、予め設定した電流値ＩP 以下である場合に、電解液が不足している異常電池と判定する方法である。
【００１６】
請求項６記載の特性評価方法は、定電圧充電において、完全放電状態にある特性評価すべきアルカリ亜鉛蓄電池を所定時間充電した時点での電流値ＩO が、完全放電状態にある同種の正常なアルカリ亜鉛蓄電池を同じ時間充電した時点での電流値ＩN より所定量以上小さい場合に、電解液が不足している異常電池と判定する方法である。
【００１７】
請求項７記載の特性評価方法は、請求項６記載の特性評価方法の好適な実施態様に相当する方法であり、定電圧充電において、完全放電状態にある特性評価すべきアルカリ亜鉛蓄電池に定格容量の１０％の電気量を通電した時点での電流値ＩO が、完全放電状態にある同種の正常なアルカリ亜鉛蓄電池に同じ時間通電した時点での電流値ＩN の７０％以下である場合に、電解液が不足している異常電池と判定する方法である。
【００１８】
請求項８記載の特性評価方法は、定電圧充電において、完全放電状態にある特性評価すべきアルカリ亜鉛蓄電池を電流値が予め設定した電流値ＩP に達するまで充電するのに要した充電電気量Ｃo が、予め設定した充電電気量Ｃp 以下である場合に、電解液が不足している異常電池と判定する方法である。
【００１９】
請求項９記載の特性評価方法は、定電圧充電において、完全放電状態にある特性評価すべきアルカリ亜鉛蓄電池を電流値が予め設定した電流値ＩP に達するまで充電するのに要した充電電気量Ｃo が、完全放電状態にある同種の正常なアルカリ亜鉛蓄電池を電流値が前記電流値ＩP に達するまで充電するのに要する充電電気量ＣN より所定量以上小さい場合に、電解液が不足している異常電池と判定する方法である。
【００２０】
請求項１０記載の特性評価方法は、請求項９記載の特性評価方法の好適な実施態様に相当する方法であり、定電圧充電において、完全放電状態にある特性評価すべきアルカリ亜鉛蓄電池を電流値が予め設定した電流値ＩP に達するまで充電するのに要した充電電気量Ｃo が、完全放電状態にある同種の正常なアルカリ亜鉛蓄電池を電流値が前記電流値ＩP に達するまで充電するのに要する充電電気量ＣN の６０％以下である場合に、電解液が不足している異常電池と判定する方法である。
【００２１】
請求項１１記載の特性評価方法は、定電圧充電において、完全放電状態にある特性評価すべきアルカリ亜鉛蓄電池を所定時間充電するのに要した充電電気量Ｃo が、完全放電状態にある同種の正常なアルカリ亜鉛蓄電池を同じ時間充電するのに要する充電電気量ＣN より所定量以上小さい場合に、電解液が不足している異常電池と判定する方法である。
【００３０】
本発明に係る特性評価方法によれば、充電作業を利用して電池特性を評価するので、作業及び時間の無駄が無い。また、欠陥乃至劣化の程度が著しいことが判明した場合は、これを機器の電源として使用しないことにより、機器の汚損などを防止することができる。
【００３１】
【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。
【００３２】
〔正極の作製〕
硫酸ニッケル０．２モルと硫酸マンガン０．１モルとを溶かした水溶液１リットルに、１０重量％アンモニア水と１０重量％水酸化ナトリウム水溶液を滴下して液のｐＨを１０．０±０．３に調整し、沈殿物を生成せしめた。次いで、この沈殿物をろ過し、室温にて２０重量％水酸化カリウム水溶液中に１週間浸漬した後、上澄み液を除去し、大量の水で洗浄し、ろ過し、乾燥し、粉砕した。Ｘ線回折及び電子プローブ微小分析（ＥＰＭＡ； Electron Probe Microanalyser ）により、得られた粉末がα−Ｎｉ（ＯＨ）2 型結晶構造を有する、α−Ｎｉ（ＯＨ）2 とＭｎとの固溶体であることを確認した。この粉末を、水酸化ナトリウムを添加してｐＨを１２に調整した１０重量％ＮａＣｌＯ水溶液に浸漬して酸化処理し、濾過し、粉砕して、γ−ＮｉＯＯＨとＭｎとの固溶体粉末を作製した。次いで、このγ−ＮｉＯＯＨとＭｎとの固溶体粉末７０重量部と、α−Ｎｉ（ＯＨ）2 とＭｎとの固溶体粉末（γ−ＮｉＯＯＨとＭｎとの固溶体粉末を作製する中間工程で得たもの）２０重量部と、黒鉛１０重量部と、少量の水とを混合して顆粒状とした後、加圧成型して、外径１３．３ｍｍ、内径１０．３ｍｍ、高さ１２ｍｍの円筒状の正極を作製した。電池の製造においては、この正極を３個縦に重ねて１個の円筒状の正極として使用した。
【００３３】
〔負極の作製〕
亜鉛（Ｚｎ）と酸化亜鉛（ＺｎＯ）との重量比２：１の混合物に、三酸化二インジウム（Ｉｎ2 Ｏ3 ）、ＣＭＣ（カルボキシメチルセルロース）、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）及び水を加えて混練してペーストを調製した。直径３ｍｍの芯棒にインジウムめっきした銅製のパンチング板を巻き付け、その上に上記のペーストを塗布し、加圧成形した後、芯棒を抜き取って、外径６．５ｍｍ、内径３ｍｍ、高さ３８ｍｍの円筒状の負極を作製した。亜鉛と酸化亜鉛と三酸化二インジウムとＣＭＣとＰＴＦＥの総量に対する三酸化二インジウム、ＣＭＣ及びＰＴＦＥの各比率は、それぞれ２．５重量％、１．０重量％及び０．５重量％とした。また、亜鉛と酸化亜鉛の総量に対する水の比率は、約１／６とした。
【００３４】
〔電池の作製〕
上記の正極と、負極と、５種類のセパレータを用いて、円筒形の密閉型アルカリ亜鉛蓄電池Ａ１及びＡ２を、それぞれ１０セル作製した。セパレータとして、電池Ａ１では、ビニロン不織布を、電池Ａ２では、セロファンとビニロン不織布の積層セパレータを、それぞれ使用した。電解液としては、４０重量％の水酸化カリウム水溶液を使用し、これを各電池の正極及び負極が完全に浸漬される状態まで注液した。なお、正極と負極との電気化学的な容量比を１：２．５とした（以下の電池も全てこれと同じ容量比にした。）。
【００３５】
〔各電池の充放電サイクル特性〕
セパレータのみが異なる上記の２種の電池Ａ１，Ａ２について、２００ｍＡで電池電圧が１．９５Ｖに達するまで充電した後、２００ｍＡで電池電圧が１．０Ｖに低下するまで放電する工程を１サイクルとする充放電を８０サイクル行って、各電池の充放電サイクル特性を調べた。結果を図１に示す。図１は、各電池の充放電サイクル特性を、縦軸に放電容量（ｍＡｈ）を、横軸に充放電サイクル（回）をとって示したグラフである。但し、充電電気量が直前のサイクルの放電電気量より５０ｍＡｈ以上多くなっても電池電圧が１．９５Ｖに達しない場合は、内部短絡が生じている電池と見做し、その時点で充電を停止して、充放電サイクル試験を終了した。
【００３６】
セパレータの機械的強度が低い電池Ａ１では、１０セル全てが、３サイクル目の充電で電池電圧が１．９５Ｖに達しなくなり、放電容量も短サイクル裡に激減した。内部短絡が生じているためである。一方、セパレータの機械的強度が大きい電池Ａ２では、１０セル全てについて、４０サイクル目に電池電圧が１．９５Ｖに達するまで充電することができた。しかし、一部のセルは、４２サイクル目、５８サイクル目又は６９サイクル目に電池電圧が１．９５Ｖに達するまで充電することができなくなり、最終の８０サイクル目に電池電圧が１．９５Ｖに達するまで充電することができたのは７セルであった。
【００３７】
〔各電池の充電電流特性〕
電池Ａ１の２サイクル目及び３サイクル目の各充電電流特性及び電池Ａ２の２サイクル目、４２サイクル目及び８０サイクル目の各充電電流特性を図２に示す。図２は、各電池の定電圧充電における充電電流特性を、縦軸に電流値（Ａ）を、横軸に充電時間（分）をとって表したグラフである。図２では、２サイクル目の電池Ａ１をサンプル１、３サイクル目の電池Ａ１をサンプル２と記し、また２サイクル目の電池Ａ２をサンプル３、４２サイクル目の電池Ａ２をサンプル４、８０サイクル目の電池Ａ２をサンプル５と記してある。
【００３８】
図２において、サンプル３は正常な電池であり、サンプル３の充電電流特性には、時間経過とともに電流値が徐々に減少するという特徴がある。サンプル１は、充電途中に内部短絡が著しく生じた電池であり、サンプル１の充電電流特性には、内部短絡が著しく生じた時点から電流値が急激に増加し、増加後は、時間が経過しても電流値が減少しないという特徴がある。サンプル２は充電前に既に内部短絡が著しく生じている電池であり、サンプル２の充電電流特性には、充電初期の電流値がサンプル３に比べて大きく、しかも電流値が充電初期から殆ど減少しないという特徴がある。サンプル４は、充電中に内部短絡が若干生じた電池であり、サンプル４の充電電流特性には、充電途中から電流値が徐々に増加するという特徴がある。サンプル５は、ドライアウトが生じている電池であり、サンプル５の充電電流特性には、サンプル３の充電電流特性と同様、時間経過とともに電流値が減少するが、その減少速度がサンプル３に比べて大きいという特徴がある。
【００３９】
上述した充電電流特性と電池特性の関係から、次に示すアルカリ亜鉛蓄電池の特性評価方法が導出される。
【００４０】
（内部短絡の有無）
▲１▼所定時間充電した時点での電流値ＩO が予め設定した電流値Ｉp 以上である場合、又は、所定時間充電した時点での電流値ＩO が正常な電池を同じ時間充電した時点での電流値ＩN より所定量以上大きい場合に、異常電池（欠陥電池乃至劣化電池）と判定する。請求項２〜４記載の各特性評価方法は、この判定方法を利用したものである。例えば、充電開始１０分後に電流値が１．５Ａ以上の電池を異常電池であると判定する方法で、先のサンプル２の異常を検知することができる。また、充電開始２００分後に電流値が０．２Ａ以上の電池は異常電池であると判定する方法で、先のサンプル１，サンプル２，サンプル４の異常を検知することができる。
【００４１】
▲２▼充電途中に電流値が減少から増加に転じた場合に、異常電池と判定する。請求項１記載の特性評価方法は、この判定方法を利用したものである。この方法で、先のサンプル１，サンプル４の異常を検知することができる。
【００４２】
（ドライアウトの有無）
所定時間充電した時点での電流値ＩO が、予め設定した電流値ＩP 以下である場合、又は、正常なアルカリ亜鉛蓄電池を同じ時間充電した時点での電流値ＩN より所定量以上小さい場合に、異常電池と判定する。請求項５〜７記載の各特性評価方法は、この判定方法を利用したものである。例えば、１０％充電した時点での電流値ＩO が、正常な電池を同じ時間充電した時点での電流値ＩN の７０％以下である場合に、異常電池であると判定する方式で、先のサンプル５の異常を検知することができる。電流値ＩO と電流値ＩP を比較する代わりに、それぞれの時点での充電電気量を比較するようにしてもよい。請求項８〜１０記載の各特性評価方法は、この判定方法を利用したものである。
【００４３】
図３は、本発明に係る特性評価方法を実施するための装置を示すブロック図である。図示の特性評価装置Ｍ１は、定電圧電源１と、電流計２と、電流遮断回路３と、比較器４と、比較器４から出力された比較結果を表示する表示器５と、タイマー６と、タイマー７と、スイッチＳＷとを備える。Ｂは特性評価すべきアルカリ亜鉛蓄電池である。一例として、この特性評価装置Ｍ１を使用して、充電開始２００分後における検出電流値ＩO が予め設定した電流値（基準値）ＩP ＝０．２Ａ以上である場合に短絡電池であると判定する方式により、アルカリ亜鉛蓄電池Ｂの電池特性を評価する場合について説明する。なお、比較結果が『ＩO ≧ＩP 』である場合にのみ「電流を遮断せよ」との指令が比較器４から電流遮断回路３に向けて出されるようにしてある。また、比較器４における比較結果が『ＩO ＜ＩP 』である場合にのみタイマー７がセットした時間に動作して、電流遮断回路３に「電流を遮断せよ」との指令が出されるようにしてある。さらに、タイマー６は、セットした時間に動作してスイッチＳＷをオンにし、比較器４と電流遮断回路３とを導通させるようにしてある。この特性評価装置Ｍ１では、タイマー６及びスイッチＳＷを比較器４と電流遮断回路３との間に設けたが、これらを比較器４と電流計２との間に設けてもよい。
【００４４】
比較器４に基準値ＩP として０．２を入力設定した後（電流値の比較は困難であるので、実際には基準値として電圧値ＶP が設定される。）、タイマー６を充電開始後２００分に、タイマー７を充電開始後３００分に、それぞれセットして計時動作を開始させるとともに、定電圧電源１をオンにして充電を開始する。充電開始後２００分に達すると、その時点における電流計２の検出電流値ＩO が比較器４に送られるとともに（実際には検出電圧値ＶO が送られる。）、タイマー６が動作してスィッチＳＷをオンにする。検出電流値ＩO は、比較器４により、基準値０．２との大小が比較され、その比較結果が表示器５に送られる。
【００４５】
例えば、アルカリ亜鉛蓄電池Ｂが先のサンプル２の如き内部短絡が著しく生じている電池である場合は、比較結果は『ＩO ≧ＩP 』である。この場合は、表示器５の表示画面に、この『ＩO ≧ＩP 』なる比較結果が、例えば『異常電池』乃至『短絡電池』なる文字情報又は赤ランプで表示されるとともに、比較器４からの「電流を遮断せよ」との指令を受けた電流遮断回路３が動作し、充電が停止させられる。なお、この場合には、表示器５に、ＩO とＩP との差の大小に応じて、欠陥の程度が表示されるようにしてもよい。このように、特性評価すべきアルカリ亜鉛蓄電池Ｂが短絡電池の場合には、短絡電池であることが判明した時点で充電が停止させられるので、無用な充電作業をしないで済む。
【００４６】
一方、アルカリ亜鉛蓄電池Ｂが先のサンプル３の如き正常電池である場合には、比較器４における比較結果は『ＩO ＜ＩP 』であるから、表示器５に、この『ＩO ＜ＩP 』なる比較結果が、例えば『正常電池』なる文字情報又は青ランプで表示される。なお、表示器５は、異常電池である場合にのみ異常電池であることを表示し、正常電池である場合には、何も表示しないようなものであってもよい。また、表示器５に、ＩO とＩP との差の大小に応じて、予想残存寿命が表示されるようにしてもよい。この場合の比較結果は『ＩO ＜ＩP 』であるから、この時点では電流遮断回路３は動作せず、充電はそのまま続行される。充電開始後３００分に達すると、タイマー７から電流遮断回路３に「電流を遮断せよ」との指令が出され、電流遮断回路３がこの指令を受けて動作し、充電が停止させられる。このように、特性評価すべきアルカリ亜鉛蓄電池Ｂが正常電池の場合には、充電完了まで充電が行われ、充電完了時には充電が停止させられるので、充電器としての使用が可能であるとともに、無用な充電作業をしないで済む。なお、電流遮断回路３、比較器４、表示器５などは、上記の特性評価方法を実施する上で必要不可欠な部材ではないが、自動化を図る上では必要な部材である。
【００４７】
図４は、本発明に係る特性評価方法を実施するための別の装置を示すブロック図である。図示の特性評価装置Ｍ２は、定電圧電源１と、電流遮断回路３と、比較器４と、比較器４から出力された比較結果を表示する表示器５と、タイマー６と、タイマー７と、スイッチＳＷと、コンデンサなどを内蔵する積分回路８とを備える。Ｂは特性評価すべきアルカリ亜鉛蓄電池である。積分回路８は、充電開始と連動して直前に蓄積されている電荷がある場合、瞬時に放電されるようになっている。また、積分回路８には、アルカリ亜鉛蓄電池Ｂの充電電流ＩO に比例した微小な検出電流ｉO が充電回路から分岐して流入するようになっている。なお、図４中、図３と同じ符号の部材は、図３中の対応する符号の部材と実質的に同じ機能を有する部材である。一例として、この特性評価装置Ｍ２を使用して、完全放電状態にある特性評価すべきアルカリ亜鉛蓄電池を５０分間充電したときの充電電気量ＣO が、正常電池を同じ時間充電したときの充電電気量（基準値）ＣN の７０％以下である場合に、電解液が不足している異常電池であると判定する方式により、アルカリ亜鉛蓄電池Ｂの電池特性を評価する場合について説明する。なお、比較結果が『ＣO ≦０．７ＣN 』である場合にのみ「電流を遮断せよ」との指令が比較器４から電流遮断回路３に向けて出されるようになっている。また、比較器４における比較結果が『ＣO ＞０．７ＣN 』である場合にのみタイマー７がセットした時間に動作して、電流遮断回路３に「電流を遮断せよ」との指令が出されるようになっている。タイマー６は、セットした時間に動作して、スイッチＳＷをオンにして比較器４と電流遮断回路３とを導通させるためのタイマーである。この特性評価装置Ｍ２では、タイマー６及びスイッチＳＷを比較器４と電流遮断回路３との間に設けたが、これらを比較器４と積分回路８との間に設けてもよい。
【００４８】
比較器４に基準値として０．７ＣN を入力設定した後（但し、充電回路から分岐して積分回路に流入する検出電流は微小電流ｉO であるので、実際には０．７ＣN ×ｉO ／ＩO が基準値として入力設定される。）、タイマー６を充電開始後５０分に、タイマー７を正常電池の場合に充電が完了する充電開始後３００分に、それぞれセットして計時動作を開始させるとともに、定電圧電源１をオンにして充電を開始する。充電開始後５０分経過すると、その時点における検出電流値ｉO が比較器４に送られるとともに、タイマー６が動作してスィッチＳＷをオンにする。比較器４により、充電開始５０分後の充電電気量ＣO と基準値０．７ＣN の大小が比較され（実際には、ＣO ×ｉO ／ＩO と０．７ＣN ×ｉO ／ＩO の大小が比較される。）、比較結果が表示器５に送られる。
【００４９】
例えば、アルカリ亜鉛蓄電池Ｂが先のサンプル５の如き電解液が不足している異常電池である場合は、比較結果は『ＣO ≦０．７ＣN 』である。この場合は、表示器５の表示画面に、この『ＣO ≦０．７ＣN 』なる比較結果が、例えば『異常電池』乃至『ドライアウト電池』なる文字情報又は赤ランプで表示されるとともに、比較器４からの「電流を遮断せよ」との指令を受けた電流遮断回路３が動作し、充電が停止させられる。このように、特性評価すべきアルカリ亜鉛蓄電池Ｂがドライアウト電池の場合には、ドライアウト電池であることが判明した時点で充電が停止させられるので、無用な充電作業をしないで済む。
【００５０】
一方、アルカリ亜鉛蓄電池Ｂが先のサンプル３の如き正常電池である場合には、比較器４における比較結果は『ＣO ＞０．７ＣN 』であるから、表示器５に、この『ＣO ＞０．７ＣN 』なる比較結果が、例えば『正常電池』なる文字情報又は青ランプで表示される。比較結果は『ＣO ＞０．７ＣN 』であるから、この時点では電流遮断回路３は動作せず、充電はそのまま続行される。正常電池の場合に充電が完了する充電開始後３００分後に、タイマー７から電流遮断回路３に「電流を遮断せよ」との指令が出され、電流遮断回路３がこの指令を受けて動作し、充電が停止させられる。このように、特性評価すべきアルカリ亜鉛蓄電池Ｂが正常電池の場合には、充電完了まで充電が行われ、充電完了時には充電が停止させられるので、充電器としての使用が可能であるとともに、無用な充電作業をしないで済む。
【００５１】
【発明の効果】
本発明に係る特性評価方法によれば、充電作業を利用して電池特性を評価するので、時間及び労力に無駄が無い。また、異常電池であることが判明した場合は、これを機器の電源として使用しないことにより、機器の汚損などを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 正常電池及び異常電池の充放電サイクル特性を示すグラフである。
【図２】 正常電池及び異常電池の充電電流特性を示すグラフである。
【図３】 本発明に係る特性評価方法を実施するための装置のブロック図である。
【図４】 本発明に係る特性評価方法を実施するための装置のブロック図である。
【符号の説明】
Ｍ１ 特性評価装置
Ｍ２ 特性評価装置
Ｂ 特性評価すべきアルカリ亜鉛蓄電池
ＳＷ スイッチ
１ 定電圧電源
２ 電流計
３ 電流遮断回路
４ 比較器
５ 表示器
６ タイマー
７ タイマー
８ 積分回路
Claims (11)
- 定電圧充電の途中において、電流値が増加した場合に、内部短絡が生じている異常電池と判定する、アルカリ亜鉛蓄電池の特性評価方法。
- 定電圧充電において、完全放電状態にある特性評価すべきアルカリ亜鉛蓄電池を所定時間充電した時点での電流値ＩO が、予め設定した電流値ＩP 以上である場合に、内部短絡が生じている異常電池と判定する、アルカリ亜鉛蓄電池の特性評価方法。
- 定電圧充電において、完全放電状態にある特性評価すべきアルカリ亜鉛蓄電池を所定時間充電した時点での電流値ＩO が、完全放電状態にある同種の正常なアルカリ亜鉛蓄電池を同じ時間充電した時点での電流値ＩN より所定量以上大きい場合に、内部短絡が生じている異常電池と判定する、アルカリ亜鉛蓄電池の特性評価方法。
- 定電圧充電において、完全放電状態にある特性評価すべきアルカリ亜鉛蓄電池に定格容量の８０％の電気量を通電した時点での電流値ＩO が、完全放電状態にある同種の正常なアルカリ亜鉛蓄電池に同じ時間通電した時点での電流値ＩN の１．２倍以上である場合に、内部短絡が生じている異常電池と判定する、アルカリ亜鉛蓄電池の特性評価方法。
- 定電圧充電において、完全放電状態にある特性評価すべきアルカリ亜鉛蓄電池を所定時間充電した時点での電流値ＩO が、予め設定した電流値ＩP 以下である場合に、電解液が不足している異常電池と判定する、アルカリ亜鉛蓄電池の特性評価方法。
- 定電圧充電において、完全放電状態にある特性評価すべきアルカリ亜鉛蓄電池を所定時間充電した時点での電流値ＩO が、完全放電状態にある同種の正常なアルカリ亜鉛蓄電池を同じ時間充電した時点での電流値ＩN より所定量以上小さい場合に、電解液が不足している異常電池と判定する、アルカリ亜鉛蓄電池の特性評価方法。
- 定電圧充電において、完全放電状態にある特性評価すべきアルカリ亜鉛蓄電池に定格容量の１０％の電気量を通電した時点での電流値ＩO が、完全放電状態にある同種の正常なアルカリ亜鉛蓄電池に同じ時間通電した時点での電流値ＩN の７０％以下である場合に、電解液が不足している異常電池と判定する、アルカリ亜鉛蓄電池の特性評価方法。
- 定電圧充電において、完全放電状態にある特性評価すべきアルカリ亜鉛蓄電池を電流値が予め設定した電流値ＩP に達するまで充電するのに要した充電電気量Ｃo が、予め設定した充電電気量Ｃp 以下である場合に、電解液が不足している異常電池と判定する、アルカリ亜鉛蓄電池の特性評価方法。
- 定電圧充電において、完全放電状態にある特性評価すべきアルカリ亜鉛蓄電池を電流値が予め設定した電流値ＩP に達するまで充電するのに要した充電電気量Ｃo が、完全放電状態にある同種の正常なアルカリ亜鉛蓄電池を電流値が前記電流値ＩP に達するまで充電するのに要する充電電気量ＣN より所定量以上小さい場合に、電解液が不足している異常電池と判定する、アルカリ亜鉛蓄電池の特性評価方法。
- 定電圧充電において、完全放電状態にある特性評価すべきアルカリ亜鉛蓄電池を電流値が予め設定した電流値ＩP に達するまで充電するのに要した充電電気量Ｃo が、完全放電状態にある同種の正常なアルカリ亜鉛蓄電池を電流値が前記電流値ＩP に達するまで充電するのに要する充電電気量ＣN の６０％以下である場合に、電解液が不足している異常電池と判定する、アルカリ亜鉛蓄電池の特性評価方法。
- 定電圧充電において、完全放電状態にある特性評価すべきアルカリ亜鉛蓄電池を所定時間充電するのに要した充電電気量Ｃo が、完全放電状態にある同種の正常なアルカリ亜鉛蓄電池を同じ時間充電するのに要する充電電気量ＣN より所定量以上小さい場合に、電解液が不足している異常電池と判定する、アルカリ亜鉛蓄電池の特性評価方法。
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|---|---|---|---|
| JP09686498A JP3649903B2 (ja) | 1998-03-24 | 1998-03-24 | アルカリ亜鉛蓄電池の特性評価方法 |
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