JP4135037B1 - 電池パックおよび電池パックの充放電方法 - Google Patents

Abstract

【課題】電池パックが長期間放置され、二次電池が不活性になった場合でもリフレッシュ充放電することが可能となり、二次電池を有効活用できるようにするための技術を提供することを目的とする。
【解決手段】電池群と、複数のセンサーと、電池群の状態を表示する表示手段と、電池群の充放電を制御するスイッチと、複数のセンサーの信号に基づき、電池群の状態を表示手段に表示させ、且つ、スイッチを動作させる信号を発生する演算・制御回路とを備えた電池パックであって、充電開始時から、所定の時間の間は、センサーが検知した電圧に基づきスイッチを動作させる信号を発生しないように制御するタイマーを演算・制御回路に備え、且つ、所定の時間内に電池電圧が所定の設定電圧以上になった回数を演算・制御回路がカウントし、回数が所定の回数以上になると、リフレッシュ充放電が必要であることを表示するためのリフレッシュ要求表示手段を備えた構成とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、アルカリ蓄電池等の二次電池で構成される電池パックと電池パックを有効に使用するための充放電方法等の電池制御方法に関し、特にこのような電池パックに用いられるニッケル−水素蓄電池等のアルカリ蓄電池からなる二次電池で構成される電池パックの充放電時の電池制御方法ならびに、電池パックを構成する二次電池の電池容量を有効に活用させる方法に関するものである。

近年、エレクトロ二クス技術の目覚しい発展により、電子機器の小型、軽量化が可能となり、コードレス化、ポータブル化が急速に進展した。これらの機器の進展に伴い、電子機器用電源も小型、軽量で高エネルギー密度の電池（蓄電池：二次電池）への要望が増大してきている。そして、この電池は、電動工具を中心とするパワー用途や、バックアップ用途などを始めとして、多くの用途の電源に使われてきている。これらの電源に用いる（二次）電池としては、これまでニッケル−カドミウム蓄電池が幅広く使われてきた。しかしながら、高まる高容量化要望と世界的な環境問題への高まりにより、最近ではニッケル−カドミウム蓄電池に代る商品として、ニッケル−水素蓄電池が開発され、市場に浸透してきている。

従来、これらの二次電池を用いて構成した電池パックでは、充放電を繰り返すうちに電池が不活性化することにより電池容量が減少し、十分な電池容量を得ることができなくなることに加え、電池が長期放置されると電池の自己放電等により電池電圧が低下する傾向があった。これらの電池の不活性化の原因は、充放電の繰り返しにより、正極では酸化物が還元され、負極では逆に水素化物が酸化されるためであり、これらの要因による電池の不活性状態を解消するには、リフレッシュ充放電が必要である。

このリフレッシュ充放電をするための各種の方法が考えられている。例を挙げると、充電回数、または放電回数をカウントすることによってリフレッシュ放電を必要とする表示をさせたり、また、電池温度が高くなると電池のメモリ効果が発生しやすくなったりするため、温度によってカウント数を増やし、リフレッシュする充電回数を少なくする方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

図３は、このような従来のリフレッシュ充放電に使用される二次電池の容量表示方法の一例を説明するために示したパック電池のブロック図である。図３において、容量表示方法に使用されるパック電池（または、電池パック）１０１は、充電と放電を繰り返すと、メモリ効果によって、放電できる容量が少なくなるタイプの二次電池１０３と、複数パイロットランプの点灯個数や液晶表示等でパック電池の残存容量を表示する残存容量表示器１１３と、電池の充電電流と放電電流とを検出する電流検出回路１１４と、二次電池１０３に接触するように配設されて二次電池１０３の温度を検知する温度センサー１０４と、ＦＥＴやトランジスター等の半導体スイッチング素子からなって、二次電池１０３と出力端子１０５との間に接続されたスイッチ１０６と、このスイッチ１０６を制御するとともに、残存容量を演算し、さらに、リフレッシュの時期を演算する制御回路１０７と、二次電池１０３のメモリ効果を解消するために二次電池１０３を深く放電させるリフレッシュ回路１０８と、リフレッシュを表示するリフレッシュ表示器１０９とを備えている。

パック電池１０１の温度センサー１０４は、二次電池１０３の温度を検知して、温度信号を制御回路１０７に入力する。スイッチ１０６は、制御回路１０７に制御されて、二次電池１０３を充電するときにオンに切り換えられ、満充電になるとスイッチ１０６はオフ
に切り換えられて二次電池１０３の過充電を防止する。また、スイッチ１０６は、制御回路１０７に制御されて、二次電池１０３を放電するときにもオンに切り換えられるが、二次電池１０３が完全に放電されると、スイッチ１０６は再びオフに切り換えられて二次電池１０３の過放電を防止する。

制御回路１０７は、二次電池１０３の充電回数をカウントするカウンター１１０と演算回路１１１とを備えている。演算回路１１１はカウンター１１０のカウント値を設定値と比較してリフレッシュする時期を演算するとともに、二次電池１０３の充電状態と放電状態を検出してスイッチ１０６を制御し、さらに、充電電流と放電電流から残存容量を演算する。カウンター１１０は、充電するときにカウント値に１をプラスして充電回数をカウントし、二次電池１０３をリフレッシュするときはカウント値を０にリセットする。また、カウンター１１０は、充電器（図示せず）等を接続して充電するときは、出力端子１０５の電圧変化を検出して充電状態を検出する。二次電池１０３と出力端子１０５との間に電流検出回路１１４を接続し、この電流検出回路１１４の両端に発生する電圧で充電電流と放電電流を検出する。演算回路１１１は、パック電池１０１の充電回数、即ち、カウンター１１０のカウント値を設定値と比較して、カウント値が設定値以上になると、リフレッシュの時期であることを知らせる。ただし、二次電池１０３は一般に、温度が高くなるとメモリ効果が発生しやすく、温度が低くなるとメモリ効果は発生し難くなるので、演算回路１１１がカウンター１１０のカウント値を直接には設定値と比較せず、電池温度によってカウント値を補正してリフレッシュ時期を判定するようにプログラムして制御される。

このような従来の二次電池の容量表示方法では、リフレッシュ放電の間において、二次電池が満充電された状態から放電停止電圧まで放電されるときには、放電電流の積算値から満充電容量を演算し、演算された満充電容量から残存容量を補正し、その後カウント値で残存容量を補正している。また、二次電池の充電回数をカウントし、充電回数が所定の回数になると二次電池のリフレッシュ表示をしている。さらに、電池の温度を検出して、電池温度が高くなると、二次電池をリフレッシュする充電回数を少なくしている。
特開２００１−１２６７７６号公報

しかしながらこのような充電回数をカウントする方法では、電池の真の充放電状態に関係なく、充・放電の回数によりリフレッシュ充・放電するため、長期放置され、電池が不活性になった場合には、リフレッシュ充・放電の表示がなされないという課題があった。少し具体的に説明すると、充・放電回数が５０回でリフレッシュ充・放電される充放電システムの場合、例えば、２５回充・放電した後に、充電も放電もされない状態のままで長期間放置されて電池が不活性になった場合には、充電回数が５０回に満たないため、リフレッシュ充・放電されずに通常の充・放電がされることにより、電池がメモリ効果を起こしたり、電池が不活性な状態であったりするために内部抵抗が高くなって大電流放電が十分にできずに電池を有効に活用できないという解決すべき課題である。

本発明は、電池パックを構成する上記のような従来の二次電池のリフレッシュ充放電の方法における課題を解決するためになされ、長期間放置され、不活性になった二次電池の場合でもリフレッシュ充放電することが可能となり、二次電池を有効活用できるようにするための技術を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の電池パックは、単位電池となる二次電池を複数接続した電池群と、温度および電圧を検知する複数のセンサーと、電池群の状態を表示する
表示手段と、電池群の充放電を制御するスイッチと、複数のセンサーの信号に基づき、電池群の状態を表示手段に表示させ、且つ、スイッチを動作させる信号を発生する演算・制御回路とを備えた電池パックであって、充電開始時から、所定の時間の間は、センサーが検知した電圧に基づき前記スイッチを動作させる信号を発生しないように制御するタイマーを演算・制御回路に備え、且つ、所定の時間内に電池電圧が所定の設定電圧以上になった回数を演算・制御回路がカウントし、回数が所定の回数以上になると、リフレッシュ充放電が必要であることを表示するためのリフレッシュ要求表示手段を備えた構成を有している。

また、本発明の電池パックは、単位電池となる二次電池を複数接続した電池群と、温度および電圧を検知する複数のセンサーと、電池群の状態を表示する表示手段と、電池群の充放電を制御するスイッチと、複数のセンサーの信号に基づき、電池群の状態を表示手段に表示させ、且つ、スイッチを動作させる信号を発生する演算・制御回路とを備えた電池パックであって、充電開始時から、所定の時間の間は、センサーが検知した電圧に基づき前記スイッチを動作させる信号を発生しないように制御するタイマーを演算・制御回路に備え、且つ、所定の時間内に電池電圧が所定の設定電圧以上になった回数を演算・制御回路がカウントし、回数が所定の回数以上になるか、または、電池が、放電終止電圧に至ってから、所定時間経過後の回復電圧が所定電圧以下になった場合に、リフレッシュ充放電が必要であることを表示するためのリフレッシュ要求表示手段を備えた構成を有している。

さらに、本発明の電池パックは、二次電池が放電終止電圧に至ってから、１日以上経過した後の回復電圧が１．１５Ｖ以下の場合、リフレッシュ充放電が必要であると表示するためのリフレッシュ要求表示手段を備えた構成、二次電池が、ニッケル酸化物を主体とする正極と、負極と、セパレータ、およびアルカリ電解液を備えたアルカリ蓄電池である構成、負極が水素吸蔵合金からなる構成とともに、温度を検知するセンサーは、二次電池の温度を検知し、且つ演算・制御回路は、検知された温度により温度変化率を演算し、温度変化率が設定した所定の範囲を越えると、電池群の充放電を制御するスイッチにより充電を停止させる信号を生成する構成をも有している。

また上記目的を達成するために、本発明の電池パックの充放電方法は、単位電池となる二次電池を複数接続した電池群と、温度および電圧を検知する複数のセンサーと、電池群の状態を表示する表示手段と、電池群の充放電を制御するスイッチと、複数のセンサーの信号に基づき、電池群の状態を表示手段に表示させ、且つ、スイッチを動作させる信号を発生する演算・制御回路とを備えた電池パックにおいて、演算・制御回路が備えるタイマーにより、センサーが検知した電圧に基づき前記スイッチを動作させる信号を発生しないように制御し、充電開始時から、所定の時間内に電池電圧が所定の設定電圧以上になった回数を演算・制御回路にカウントさせ、回数が所定の回数以上になると、リフレッシュ充放電を行なう構成を有している。

また、本発明の電池の充放電方法は、単位電池となる二次電池を複数接続した電池群と、温度および電圧を検知する複数のセンサーと、電池群の状態を表示する表示手段と、電池群の充放電を制御するスイッチと、複数のセンサーの信号に基づき、電池群の状態を表示手段に表示させ、且つ、スイッチを動作させる信号を発生する演算・制御回路とを備えた電池パックにおいて、演算・制御回路が備えるタイマーにより、センサーが検知した電圧に基づき前記スイッチを動作させる信号を発生しないように制御し、充電開始時から、所定の時間内に電池電圧が所定の設定電圧以上になった回数を演算・制御回路にカウントさせ、回数が所定の回数以上になるか、または、二次電池が、放電終止電圧に至ってから、所定時間経過後の回復電圧が所定電圧以下になった場合に、リフレッシュ充放電を行なう構成を有している。

また、本発明の電池の充放電方法は、二次電池が放電終止電圧に至ってから、１日以上経過した後の回復電圧が１．１５Ｖ以下になった場合に、リフレッシュ充放電を行なう構成を有している。

また、本発明の電池の充放電方法は、リフレッシュ充放電のとき、電池の定格容量を表す値をＩｔとして、５．０Ｉｔ以下で初期容量の９０〜１２０％まで充電し、さらに１５０〜２００％まで演算・制御回路が備えるタイマー機能により、２．０Ｉｔ以下で時間管理充電する構成、二次電池の温度をセンサーが検知し、且つ演算・制御回路が検知された温度により温度変化率を演算し、温度変化率にて設定した所定の範囲を越えると、電池群の充放電を管理するスイッチに充電を停止させる信号を送るように制御する構成、温度変化率を０．５〜４．０℃／ｍｉｎに設定した構成、温度変化率を１．０〜３．０℃／ｍｉｎに設定した構成に加え、定電流充放電方法、定電圧充放電方法、あるいは定電流充放電方法と定電圧充放電方法を併用する方法の内のいずれかの方法により充放電を行なう構成も有している。

これらの構成により、電池パックに含まれる二次電池を構成する単位電池の電池電圧が１．１５Ｖ以下で不活性状態の場合、電池電圧が低下したり、内部抵抗が増加する。これは極板の反応性が低下したり、電池内の液分布が均一でなくなったりするため生ずる現象であり、本来の充放電反応の他に副反応として、水の分解反応が生じ、酸素や水素ガスが発生し、このガスにより電池の劣化が加速し、短寿命になってしまう。このとき、リフレッシュ充放電を実施することにより、極板の活性化が図れ、酸素、水素ガスの発生を抑制できるため、電池を長寿命化することが可能になる。

また、充電初期に急激な電圧上昇をしたときや、急激に放電させたとき等のように、大電流で充放電されると電池内部で副反応が促進され、ガス発生量が増え、電池の劣化が加速されることになり、二次電池はさらに短寿命となる。このため、当初は５．０Ｉｔ以下で初期容量の９０〜１２０％まで充電し、その後さらに、２．０Ｉｔ以下の低電流で１５０〜２００％まで充電してから放電することにより、ガス発生を抑制でき、極板を活性化できるため、二次電池の長寿命化が可能となる。

さらに、二次電池のリフレッシュ充放電をする毎に、残存容量をリセットすることにより、極板の不活性化による電池パックの充電効率の低下が要因となる容量低下を補正することができ、効率のよい充放電が可能となる。

本発明における二次電池のリフレッシュ充放電方法によれば、マイコン等で構成した演算・制御回路を用いてリフレッシュ要求表示手段等の各種表示手段やスイッチ素子等からなるリフレッシュ充放電を行なう機能を用いることにより、ニッケル−水素蓄電池等のアルカリ蓄電池を含めて各種二次電池の不活性化を解消し、電池を有効に活用できる。また電池パックに入力される充電用の電源の性質種類としては定電流充電でも、定電圧充電でも、また定電流と定電圧を併用する方法でも可能であるので、本発明における二次電池のリフレッシュ充放電方法はアルカリ蓄電池等の二次電池を備えるさまざまな機器への適用が可能となる。

以下、本発明の実施形態における二次電池を用いた電池パックおよびそのリフレッシュ充放電方法について図面を参照しながら説明する。

図１に本発明の二次電池のリフレッシュ充放電に使用される容量表示方法を説明するた
めに示したパック電池のブロック図を示す。図１においてパック電池（電池パックとも称する）１０１には、パック電池１０１を構成する二次電池１２の電圧を読み取る電池電圧検知部１と、二次電池１２に接続されるシャント抵抗１１により、電流を検知して電池が充放電されたかどうかの判定をする充放電電流検知部２と、例えばサーミスタ等の温度検知用の温度センサー３等のセンサー群が含まれている。これらのセンサー群からの検知信号をマイコンＩＣ等の半導体素子を用いて構成される演算・制御回路４に入力してこの演算・制御回路４からＦＥＴ等のスイッチ素子からなる充電遮断制御部５に信号を送り、やはり、ＦＥＴ等のスイッチ素子からなる充電電流遮断手段６により充電電流を制御する。また、演算・制御回路４は温度検知用の温度センサー３からの電池温度やその温度の変化率などの情報に基づき、温度異常などが検知されたときに、この異常を表示するため、例えばＬＥＤ等で構成される異常表示手段７に信号を出力する。

また、演算・制御回路４は、電池電圧検知部１で読み取った電池電圧と所定の電池電圧とを比較し、設定値より低い場合には、リフレッシュ充放電が必要であることを表示するため、例えばＬＥＤ等で構成されたリフレッシュ要求表示手段１３に信号を出力する。そしてこの表示に基づき、リフレッシュスイッチ１５をオンさせて演算・制御回路４からの信号を充電遮断制御部５に送り、充電電流遮断手段６のスイッチング制御により、リフレッシュ充電を行なう。この他に、リフレッシュ放電を行なうリフレッシュ放電回路１４と演算・制御回路４からの信号により、放電を遮断するためのスイッチング素子で構成される放電回路遮断手段８とを、パック電池１０１は備えている。

さらに、二次電池が不活性の場合、充電開始直後は、急激な電圧上昇が発生し、充電が進むとこの急激な上昇は解消され、緩やかな電圧上昇になるのであるが、本発明の実施の形態における二次電池のリフレッシュ充放電に使用されるパック電池１０１は、このような充電初期に急激な電圧上昇が起こった時に、電圧および電圧変化率などを電池電圧検知部１が検知して演算・制御回路４の電圧制御によって充電が停止するのを防ぐために、一定時間の間は、充電開始時の二次電池の急激な電圧の上昇をセンサーが検知してもその電圧に基づきスイッチを動作させる信号を発生しないようにするタイマー（図示せず）を演算・制御回路４に備えている。

この一定時間の間に電池電圧検知部１で読み取った電池電圧と所定の電池電圧を比較し、設定値より高い場合には、この設定値より高い電池電圧を電池電圧検知部１で読み取った回数を演算・制御回路４でカウントし、その回数が設定値以上になった場合には、リフレッシュ充放電が必要であることを表示するためのＬＥＤ等で構成されたリフレッシュ要求表示手段１３に信号を出力する。そしてこの場合にも、リフレッシュ要求表示手段１３の表示に基づき、リフレッシュ放電回路１４および放電回路遮断手段８により、リフレッシュ放電を行なう。

また必要に応じ、ＬＥＤで構成した残量表示手段９や劣化検知手段１０に信号を送り、各種の表示処理を行なう。なお、充電遮断制御部５、充電電流遮断手段６や放電回路遮断手段８を構成するスイッチング素子にはＦＥＴ等の半導体素子あるいはリレーを使うことも可能である。

本発明におけるアルカリ蓄電池等の二次電池で構成される電池パックのリフレッシュ充放電の方法は、不活性化した二次電池を、リフレッシュ機能を有する充放電制御回路を用いて管理するものである。以下に、その管理方法について、具体的に説明する。

ここでは、アルカリ蓄電池等の二次電池１２として容量３．５Ａｈ、電圧１．２Ｖの単位電池を１０本直列にして、容量３．５Ａｈ、全電池定格電圧が１２Ｖとなるように構成した電池パック１０１を例に挙げる。この電池パック１０１に含まれる二次電池１２の単
位電池としては、図２に示す構造のアルカリ蓄電池を用いた。図２（ａ）は本発明における電池パックに含まれるアルカリ蓄電池の正極端子の中心を通る平面で縦方向に切断した断面図、図２（ｂ）は図２（ａ）におけるＡ−Ａ‘線で切断した断面図である。

図２において、ニッケル酸化物を主体とする帯状の正極板２３と、帯状の負極板２４とを、この両者間に介在して電気的に絶縁する帯状のセパレータ２５で挟み極板群２０を構成し、極板群２０を所定の直径の巻芯で渦巻状に巻回して形成後、絶縁性のテープで極板群２０の周囲を巻いて固定し、正・負極板の突起部２７に略円形状の金属集電体を銅製溶接棒で抵抗溶接した。金属ケース２６に金属集電体を溶接、接合した極板群２０を挿入後、巻芯を抜いた極板群２０の空孔部から銅製溶接棒を挿入して負極板２４下部にある突起部２７に溶接した底部金属集電体２８と金属ケース２６の底部を電気的に接合し、金属ケース２６の上部開口部からアルカリ電解液が所定量注入される。その後、キャップ状の正極端子３１を備えた金属製の封口板２２を金属ケース２６の上部開口部から挿入し、集電タブであるリード３０と金属製の封口板２２の下面が接合され、最後に、金属ケース２６の上部開口部と金属製の封口板２２の周縁部がガスケット３３を介して密閉され、本発明の実施の形態における図２に示した構造のアルカリ蓄電池となる。なお、本発明における電池パックに単位電池として含まれる二次電池の構造は、図２に示したアルカリ蓄電池に限定されるものではなく、水素吸蔵合金粉末を芯材に塗着した負極板４を用いたニッケル−水素蓄電池としてもよい。

再び図１に戻ると、電池電圧検知部１は常に電池パック１０１に含まれる全二次電池を加算した電圧全体を監視している。電池パック１０１に含まれる二次電池が放電終止に至ると、電池電圧は放電終了後に放電終止電圧から緩やかに上昇して回復電圧まで回復する。回復に要する時間は早い場合は２〜３時間程度であり、二次電池の状態によっては１日以上かかる場合もある。今、電池パック１０１に含まれる二次電池１２を構成する単位電池の電池電圧、即ち、回復電圧が放電終了して所定時間経過した後に１．１５Ｖ以下で不活性状態の場合、電池電圧が低下し、内部抵抗が増加する。これは極板の反応性が低下し、電池内の液分布が均一でなくなるため、本来の充放電反応の他に副反応として、水の分解反応が生じ、酸素や水素ガスが発生し、このガスにより電池の劣化が加速し、短寿命になってしまう。このため、リフレッシュ充放電を実施することにより、極板の活性化が図れ、酸素、水素ガスの発生を抑制できるため、電池を長寿命化することを可能にならしめるのである。

具体的には、この単位電池の電池電圧（回復電圧）が放電終了して、１日以上経過した後に仮に１．１５Ｖ／ｃｅｌｌ以下になると、電池電圧検知部１からマイコン等で構成された演算・制御回路４に信号が送られ、演算・制御回路４からリフレッシュ要求表示手段１３に信号を送り表示させる。この電池容量が低下してリフレッシュ充電が必要であることを示す表示を見て、演算制御回路４に接続したリフレッシュスイッチ１５が押されると、演算制御回路４はリフレッシュ充電の開始のための信号をＦＥＴ等のスイッチ素子からなる充電遮断制御部５に伝える。これにより充電遮断制御部５がやはりＦＥＴ等のスイッチ素子からなる充電電流遮断手段６のスイッチをオンとし充電を開始する。

また、充電初期に急激な電圧上昇をしたときや、急激に放電させたとき等のように、大電流で充放電されると電池内で副反応が促進され、ガス発生量が増え、二次電池の劣化が加速されることになり、二次電池はさらに短寿命となる。換言すると、電池は過充電になるとガス発生量が急激に増大し、また、この増大量は充電電流の大きさにも影響することになる。一般的に、１２０％までは大電流で充電し、それ以上（１２０％以上）については、充電の電流を下げて充電を続けることが行なわれる。電池設計にもよるが、通常大電流充電できるのは、１２０％以下までである。過充電量が少ない場合は、極板の活性を十分に図ることが難しくなる。特に、負極は正極容量の１．５倍あるので、充電電気量を正
極の１．５倍（１５０％）以上充電しないと、極板の活性を図るのが難しい。２倍（２００％）以上充電すると、電池の劣化が著しくなるので避ける。

このため、好ましくは５．０Ｉｔ以下で初期容量の９０〜１２０％まで充電し、さらに２．０Ｉｔ以下の低電流で１５０〜２００％まで充電してから放電することが望ましい。この方法により、ガス発生を抑制しながら、極板を活性化でき、長寿命化が可能となる。ここで、Ｉｔとは、電池の定格容量を表す値であり、一般に充放電電流はこの倍数で表され、例えば、電池容量が１Ａｈの場合、１Ａが１．０Ｉｔとなり、２Ａが、２．０Ｉｔとなる。

なお、図１には電池パック１０１の端子１６に接続する充電用の電源を示していないが、本発明の電池パック１０１においては、入力される充電用の電源の性質種類としては定電流充電でも、定電圧充電でも、また定電流と定電圧を併用する方法でも可能である。

電池周辺部に設けられた例えばサーミスタ等の温度検知用センサー３は電池の温度を常に監視している。この温度検知用センサー３には通常、ＮＴＣ（Ｎｅｇａｔｉｖｅ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｃｏｅｆｉｃｉｅｎｔ）タイプのサーミスタが使用される。本発明においては、電池温度の温度変化率が、ある一定値を超えると電池電圧検知部１からマイコンＩＣ等で構成した演算・制御回路４に信号が送られ、演算・制御回路４は充電停止をＦＥＴ等のスイッチ素子からなる充電遮断制御部５に伝える。これによりやはりＦＥＴ等のスイッチ素子からなる充電電流遮断手段６のスイッチが遮断され、充電が停止される。充電を停止する電池温度の温度変化率ΔＴは、０．５℃／ｍｉｎより小さいと充放電に長時間を要することにつながり、４．０℃／ｍｉｎより大きいと電池の劣化を極端に早めるので、０．５〜４．０℃／ｍｉｎであることが好ましい。さらに好ましくは、適切な充放電の作業時間と電池寿命を考慮して、充電を停止する電池温度の温度変化率ΔＴが１．０〜３．０℃／ｍｉｎであることが望ましい。充電を停止する電池温度の温度変化率ΔＴがこの値以上の場合、即ち、５．０Ｉｔ以上で充放電することになり、上記で過充電とガス発生量増加の関係を説明したように充電容量が初期容量の１２０％を超え過充電するため、二次電池内のガス発生が大きくなり、二次電池が劣化し、寿命特性が低下する恐れがある。このため、前述の過充電とガス発生量の関係の説明のように充電電流を２．０Ｉｔに変え、初期容量の１５０〜２００％までマイコン等で構成した演算・制御回路４が備えるタイマー機能を利用して時間管理充電（タイマー充電とも称する）を行なう。タイマー充電により、不活性になった電池に過充電を行って電池の活性を図ることが可能になる。実際に、図１に示した電池パック１０１においては、演算・制御回路４は充電時間をカウントしており、例えば充電時間を３０分に設定すれば、３０分経過するとマイコン等で構成した演算・制御回路４より再度信号がＦＥＴ等のスイッチ素子からなる充電遮断制御部５に送られ、やはりＦＥＴ等のスイッチ素子からなる充電電流遮断手段６のスイッチが遮断され、充電が停止される。

またマイコン等で構成した演算・制御回路４でリフレッシュ放電回路１４を操作することによって自動的にリフレッシュ充放電を行なわせるリフレッシュ機能を利用することにより、製造工程における作業工数の軽減を図ることが可能である。

残存容量検知については、残存容量には放電途中の閉路電圧で見る方法と、時間と充放電時の電流の積算による電流積算方式の２種類の方法があるが、前者の閉路電圧で検知する方法ではメモリ効果と同様の現象が発生しやすく、電池の容量が継続して正しく得られないことから、本発明における二次電池の充放電方法においては、電流積算方式を採用することが好ましい。

電池が不活性化した状態で充電を行なう場合、電池の内部抵抗が上昇し、電池の温度上
昇が大きくなるため、充電効率が低下し、みかけの容量（残存容量）が低下して、充電制御が早く作動し、満充電にならないうちに充電が終了する。このため実際の容量と、みかけの容量（残存容量）の差が大きくなる。このような場合には、極板の不活性化による電池パックの充電効率の低下が要因となる容量低下を補正するため、リフレッシュをした後に残存容量をリセットして、再度容量表示を行なう必要があり、注意を要する。即ち、電池を活性化（リフレッシュ充放電＝リセット）することにより、充電制御を正常に作動させ、満充電した時点で充電を終了させればよい。そこで、本発明における二次電池の充放電方法においては、パック電池１０１に備わる各種の表示手段を利用することにより容易に管理することが可能である。表示手段として、図１における、ＬＥＤで構成した残量表示手段９に、例えば、残容量を５段階のＬＥＤで表示する残容量メータ等を用いることができる。

本発明における二次電池のリフレッシュ充放電方法によれば、マイコン等で構成した演算・制御回路を用いてリフレッシュ要求表示手段等の各種表示手段やスイッチ素子等からなるリフレッシュ充放電を行なう機能を用いることにより、ニッケル−水素蓄電池等のアルカリ蓄電池を含めて各種二次電池の不活性化を解消し、電池を有効に活用できる。また電池パックに入力される充電用の電源の性質種類としては定電流充電でも、定電圧充電でも、また定電流と定電圧を併用する方法でも可能であるので、本発明における二次電池のリフレッシュ充放電方法はアルカリ蓄電池等の二次電池を備えるさまざまな機器への適用が可能となる。

本発明の二次電池のリフレッシュ充放電に使用される容量表示方法を説明するために示したパック電池のブロック図 （ａ）は本発明における電池パックに含まれるアルカリ蓄電池の正極端子の中心を通る平面で縦方向に切断した断面図、（ｂ）は（ａ）に示した本発明における電池パックに含まれるアルカリ蓄電池をＡ−Ａ‘線で切断した断面図 従来のリフレッシュ充放電に使用される二次電池の容量表示方法の一例を説明するために示したパック電池のブロック図

符号の説明

１ 電池電圧検知部
２ 充放電電圧検知部
３ 温度センサー
４ 演算・制御回路
５ 充電遮断制御部
６ 充電電流遮断手段
７ 異常表示手段
８ 放電回路遮断手段
９ 残量表示手段
１０ 劣化検知手段
１１ シャント抵抗
１２ 二次電池
１３ リフレッシュ要求表示手段
１４ リフレッシュ放電回路
１５ リフレッシュスイッチ
１６ 端子
２３ 正極板
２４ 負極板
２５ セパレータ
１０１ 電池パック

Claims (14)

1. 単位電池となる二次電池を複数接続した電池群と、温度および電圧を検知する複数のセンサーと、前記電池群の状態を表示する表示手段と、前記電池群の充放電を制御するスイッチと、複数の前記センサーの信号に基づき、電池群の状態を前記表示手段に表示させ、且つ、前記スイッチを動作させる信号を発生する演算・制御回路とを備えた電池パックであって、
   充電開始時から、所定の時間の間は、前記センサーが検知した電圧に基づき前記スイッチを動作させる信号を発生しないように制御するタイマーを前記演算・制御回路に備え、且つ、前記、所定の時間内に電池電圧が所定の設定電圧以上になった回数を前記演算・制御回路がカウントし、前記回数が所定の回数以上になると、リフレッシュ充放電が必要であることを表示するためのリフレッシュ要求表示手段を備えていることを特徴とする電池パック。
2. 単位電池となる二次電池を複数接続した電池群と、温度および電圧を検知する複数のセンサーと、前記電池群の状態を表示する表示手段と、前記電池群の充放電を制御するスイッチと、複数の前記センサーの信号に基づき、電池群の状態を前記表示手段に表示させ、且つ、前記スイッチを動作させる信号を発生する演算・制御回路とを備えた電池パックであって、
   充電開始時から、所定の時間の間は、前記センサーが検知した電圧に基づき前記スイッチを動作させる信号を発生しないように制御するタイマーを前記演算・制御回路に備え、且つ、前記、所定の時間内に電池電圧が所定の設定電圧以上になった回数を前記演算・制御回路がカウントし、前記回数が所定の回数以上になるか、または、前記電池が、放電終止電圧に至ってから、所定時間経過後の回復電圧が所定電圧以下になった場合に、リフレッシュ充放電が必要であることを表示するためのリフレッシュ要求表示手段を備えていることを特徴とする電池パック。
3. 前記二次電池が前記放電終止電圧に至ってから、１日以上経過した後の前記回復電圧が１．１５Ｖ以下の場合、リフレッシュ充放電が必要であると表示するためのリフレッシュ要求表示手段を備えていることを特徴とする請求項２に記載の電池パック。
4. 前記二次電池が、ニッケル酸化物を主体とする正極と、負極と、セパレータ、およびアルカリ電解液を備えたアルカリ蓄電池であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の電池パック。
5. 前記負極が水素吸蔵合金からなることを特徴とする請求項４に記載の電池パック。
6. 温度を検知する前記センサーは、二次電池の温度を検知し、且つ、前記演算・制御回路は、検知された前記温度により温度変化率を演算し、前記温度変化率が設定した所定の範囲を越えると、前記電池群の充放電を制御する前記スイッチにより充電を停止させる信号を生成することを特徴とする請求項１または２に記載の電池パック。
7. 単位電池となる二次電池を複数接続した電池群と、温度および電圧を検知する複数のセンサーと、前記電池群の状態を表示する表示手段と、前記電池群の充放電を制御するスイッチと、複数の前記センサーの信号に基づき、電池群の状態を前記表示手段に表示させ、且つ、前記スイッチを動作させる信号を発生する演算・制御回路とを備えた電池パックにおいて、
   前記演算・制御回路が備えるタイマーにより、前記センサーが検知した電圧に基づき前記スイッチを動作させる信号を発生しないように制御し、充電開始時から、所定の時間内に電池電圧が所定の設定電圧以上になった回数を前記演算・制御回路にカウントさせ、前
   記回数が所定の回数以上になると、リフレッシュ充放電を行なうことを特徴とする電池パックの充放電方法。
8. 単位電池となる二次電池を複数接続した電池群と、温度および電圧を検知する複数のセンサーと、前記電池群の状態を表示する表示手段と、前記電池群の充放電を制御するスイッチと、複数の前記センサーの信号に基づき、電池群の状態を前記表示手段に表示させ、且つ、前記スイッチを動作させる信号を発生する演算・制御回路とを備えた電池パックにおいて、
   前記演算・制御回路が備えるタイマーにより、前記センサーが検知した電圧に基づき前記スイッチを動作させる信号を発生しないように制御し、充電開始時から、所定の時間内に電池電圧が所定の設定電圧以上になった回数を前記演算・制御回路にカウントさせ、前記回数が所定の回数以上になるか、または、前記二次電池が、放電終止電圧に至ってから、所定時間経過後の回復電圧が所定電圧以下になった場合に、リフレッシュ充放電を行なうことを特徴とする電池パックの充放電方法。
9. 前記二次電池が前記放電終止電圧に至ってから、１日以上経過した後の前記回復電圧が１．１５Ｖ以下になった場合に、リフレッシュ充放電を行なうことを特徴とする請求項８に記載の電池パックの充放電方法。
10. リフレッシュ充放電のとき、電池の定格容量を表す値をＩｔとして、５．０Ｉｔ以下で初期容量の９０〜１２０％まで充電し、さらに１５０〜２００％まで前記演算・制御回路が備えるタイマー機能により、２．０Ｉｔ以下で時間管理充電することを特徴とする請求項７〜９のいずれかに記載の電池パックの充放電方法。
11. 二次電池の温度を前記センサーが検知し、且つ、前記演算・制御回路が検知された前記温度により温度変化率を演算し、前記温度変化率にて設定した所定の範囲を越えると、前記電池群の充放電を管理する前記スイッチに充電を停止させる信号を送るように制御することを特徴とする請求項７〜９のいずれかに記載の電池パックの充放電方法。
12. 前記温度変化率を０．５〜４．０℃／ｍｉｎに設定したことを特徴とする請求項１１に記載の電池パックの充放電方法。
13. 前記温度変化率を１．０〜３．０℃／ｍｉｎに設定したことを特徴とする請求項１２に記載の電池パックの充放電方法。
14. 定電流充放電方法、定電圧充放電方法、あるいは定電流充放電方法と定電圧充放電方法を併用する方法の内のいずれかの方法により充放電を行なうことを特徴とする請求項７〜９のいずれかに記載の電池パックの充放電方法。

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