JPH1079263A - 二次電池の充放電方法、それに用いる電池充放電装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 二次電池の一括初期活性化処理時に、電池温
度の上昇を抑制し、温度ばらつきを小さくする充放電方
法とそれに用いる充放電装置を提供する。 【解決手段】 底部に電源端子５ａ用の挿入口４が形成
されている複数個の電池保持孔２を有するパレット１の
前記電池保持孔で二次電池３を保持し、二次電池３の下
端面３ａおよび正極端子３ｂのそれぞれに電源端子５
ａ、５ｂを接続して二次電池３を充放電する際に、電源
端子５ａで二次電池３をパレット１の表面１ａに突出さ
せて二次電池３の表面３ｃを露出させた状態で保持し、
かつその露出表面３ｃに送風しながら充放電する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は二次電池の新規な充
放電方法とそれに用いる電池充放電装置に関し、更に詳
しくは、二次電池を初期活性化するために行う充放電時
における電池間の温度ばらつきを抑制し、そのことによ
り、電池容量を安定化し、かつ高容量化を実現すること
ができる二次電池の充放電方法とそれに用いる電池充放
電装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】ニッケル・水素二次電池やニッケル・カ
ドミウム二次電池のようなアルカリ二次電池には、通
常、組み立てた電池に対して所定の条件下で充放電を反
復する初期活性化処理が行われ、電池容量の安定化と実
使用の初動時における信頼性の確保が企てられる。

【０００３】従来、上記した初期活性化処理は次のよう
にして行われてきた。以下に、その１例を図面に即して
説明する。すなわち、まず図１０で示したようなパレッ
ト１が電池収容治具として用意される。このパレット１
は、プラスチック材や、金属製基材の表面をプラスチッ
ク材で被覆したものから成り、その表面は電気絶縁性に
なっている。そして、このパレット１には、上面１ａか
ら下面１ｂにかけて複数個の有底な電池保持孔２が形成
され、ここに、図の仮想線で示したように組み立てた電
池３が収容され保持されるようになっている。

【０００４】ここで、この電池保持孔２は、その口径が
電池３の直径より若干大径になっており、底部２ａに至
る深さは収容される電池３が倒れることなく電池保持孔
２の中で確実に保持できるような深さ（通常は、電池３
の高さの４０％以上の深さ）になっている。そして、底
部２ａには、パレット１の下面１ｂにまで至る小孔４が
貫通孔として形成されている。この小孔４は、後述する
平板状治具に突設される電源端子の挿入孔として機能す
る。

【０００５】なお、図１０では電池保持孔２の口径を円
形としているが、これは収容する電池３が円筒型電池で
あるからであって、この電池保持孔２の形状は収容する
電池の形状に合わせて形成すればよい。電池保持孔２に
電池３を収容すると、図１１で示したように、電池３は
電池保持孔の底部２ａに載置された状態で電池保持孔２
の中に保持され、小孔４からは電池の下端面（負極端
子）３ａが表出し、またパレット１の上面１ａには電池
の正極端子３ｂが突出した状態で配列する。

【０００６】このようにして電池３が収容されたパレッ
ト１は、充放電工程に搬送される。そして、図１２で示
したように、パレット１の下面１ｂ側に、パレット１の
小孔４に対応する表面位置に電源端子５ａが突設して配
列されている平板状治具５を前記電源端子５ａを前記小
孔４に挿入させて当接する。ここで、電源端子５ａの高
さは、パレット１の小孔４の深さより若干高くなってい
る。また、パレット１の上面１ａ側には、収容されてい
る電池３の正極端子３ｂに対応する表面位置に電源端子
６ａが突設して配列されている平板状治具６を当接し
て、この平板状治具６を下方に押しつける。その結果、
電池３は電池保持孔２の中で若干浮き上がった状態でそ
の下端面３ａが電源端子５ａと圧接して導通状態が形成
され、また電源端子６ａは電池の正極端子３ｂを圧接し
て導通状態が形成される。

【０００７】そして、図示しない電気制御部を作動する
ことにより、パレット１に収容されている電池３の全て
に対し、一括して充放電が行われ、ここに初期活性化処
理が進められる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】一般に、初期活性化処
理の過程で進行する電池内反応は発熱反応であるため、
この初期活性化処理時に電池は発熱しその温度は上昇し
ていく。そして、電池温度が上昇すると、それに応じて
電池内圧も上昇して充電効率は低下するので、得られる
電池の電池容量も低くなってしまう。

【０００９】図１０〜図１２で１例として示した従来の
初期活性化処理の場合、電池３は電池保持孔２の中に収
容された状態で発熱する。そのため、この状態では、電
池３から発生した熱は電池保持孔２の中に滞留して電池
３の放熱性が悪くなり、電池自体の温度上昇は一層進行
して前記した不都合が起こりやすくなる。また、パレッ
ト１には多数の電池３が収容されているので、各電池は
全て同一温度で発熱するわけではなく、各電池間では不
可避的に温度上昇のばらつきが生じる。そして、この温
度上昇のばらつきが大きくなると、初期活性化処理の終
了時点では、得られた電池間で電池容量のばらつきも大
きくなり、品質管理上、好ましくない事態が生じてく
る。

【００１０】このように、従来の初期活性化処理の場合
には、電池温度の上昇が起こりやすく、また各電池間に
おける上昇温度のばらつきも生じやすくなる。そのた
め、高い電池容量の電池を安定した状態で得ることに難
点がある。本発明は、従来の初期活性化処理時における
上記した問題を解決し、電池の温度上昇を抑制し、かつ
上昇温度のばらつきを小さくし、もって高い電池容量の
電池を安定供給することができる二次電池の充放電方法
とそれに用いる電池充放電装置の提供を目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記した目的を達成する
ために、本発明においては、底部に電源端子用の挿入口
が形成されている複数個の電池保持部を有するパレット
の前記電池保持部で二次電池を保持し、前記二次電池の
下端面および正極端子のそれぞれに電源端子を接続して
前記二次電池を充放電する際に、前記二次電池を、前記
パレットの表面に突出させて前記二次電池の表面を露出
させた状態で保持し、前記二次電池の露出表面に送風し
ながら充放電することを特徴とする二次電池の充放電方
法が提供される。

【００１２】また、本発明においては、上面から下面に
かけて貫通する複数個の電源端子用の挿入孔と前記挿入
孔の周縁に立設されたガイド部とから成る複数の電池保
持部を有するパレットと、前記パレットの下面側に配設
され、前記挿入孔に対応する表面位置には上下動可能な
充放電用の電源端子が配列されている下面側充放電治具
と、前記パレットの上面側に配設され、前記電池保持部
で保持されている電池の正極端子に対応する表面位置に
は充放電用の電源端子が配列されている上面側充放電治
具と、前記パレットと前記上面側充放電治具で形成され
る空間に送風する送風手段とを備えていることを特徴と
する電池充放電装置が提供され、また、別の装置として
は、底部に電源端子用の挿入口が形成されている複数個
の電池保持孔を有するパレットと、前記パレットの下面
側に配設され、前記挿入口に対応する表面位置には上下
動可能な充放電用の電源端子が配列されている下面側充
放電治具と、前記パレットの上面側に配設され、前記電
池保持孔で保持されている電池の正極端子に対応する表
面位置には充放電用の電源端子が配列されている上面側
充放電治具と、前記パレットと前記上面側充放電治具で
形成される空間に送風するための送風手段とを備えてい
ることを特徴とする電池充放電装置が提供される。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下に、図１および図２に基づい
て、本発明の充放電装置の１例を充放電方法について詳
細に説明する。まず、図１は本発明の充放電装置の要部
をなすパレットの部分斜視図である。このパレット１
は、少なくともその表面が電気絶縁性であり、上面１ａ
から下面１ｂにかけて複数個の貫通孔４が後述する電源
端子の挿入孔として穿設されている。

【００１４】また、これら貫通孔（電源端子用の挿入
孔）４のそれぞれの周縁には、例えば電気絶縁性の材料
から成る複数本（図では３本）の棒材７がパレット１の
上面１ａから立設・固定されている。このときの棒材７
は、これら棒材７が取り囲む空間部分Ａに電池３を配置
したときに、これら棒材７が当該電池３の側面と接触す
るかまたは若干のクリアランスが形成されるような位置
に立設されている。

【００１５】図１で示したように、電池３が円筒型電池
である場合には、これら棒材７は、挿入孔４の面中心か
ら当該電池３の半径と略等しい距離の位置であって、平
面視したときにそれぞれが正三角形の頂点に相当する位
置に立設される。これら棒材７で形成される空間部分Ａ
の上方からは、図１の仮想線で示したように、電池３を
当該空間部分Ａの中に降下させて電池３がパレット１の
上面に配置される。

【００１６】これら棒材７は電池３を空間部分Ａに配置
するためのガイド部として機能すると同時に、空間部分
Ａに配置された電池３の側面を支持することにより電池
３が倒れることを防止して、ここに、電池３を挿入孔４
の上に保持するための電池保持部が構成される。したが
って、棒材７で構成される電池保持部で保持されている
電池３は全体がパレット１の上面１ａから突出し、その
側面は棒材７で保持されている部分を除いた個所が露出
していることになる。

【００１７】なお、棒材７に代えて、例えば所望の目の
粗さを有するネット状の絶縁材で所定径の筒体を形成
し、それを挿入孔４の周囲に立設してもよい。この場合
も、ネットの目の部分から配置された電池３の側面が露
出することになる。そして、図２で示したように、パレ
ット１の下面１ｂに下面側充放電治具５が当接される。

【００１８】下面側充放電治具５は、図１２で示したも
のと同じように、その表面にはパレット１の挿入孔４の
位置に相当する個所に、前記挿入孔４の深さより若干高
い寸法をした充放電用の電源端子５ａが配列されてい
る。したがって、この下面側充放電治具５を配置する
と、各電源端子５ａのそれぞれは、対応する挿入孔４に
挿入され、電池３の下端面３ａと接触して当該電池３を
若干浮き上がらせる。

【００１９】また、パレット１の上面１ａ側には上面側
充放電治具６が配設される。この上面側充放電治具６
は、図１２で示したように、その表面には電池３の正極
端子３ｂの位置に相当する個所に前記電源端子５ａと対
をなす充放電用の電源端子６ａが配列されている。この
上面側充放電治具６を下方に押しつけることにより、こ
の上面側充放電治具６とパレット１の間には周囲が開放
している空間Ｂが形成され、その空間Ｂの中に、電池３
が、電源端子６ａと正極端子３ｂ、および電池の下端面
３ａと電源端子５ａの間に導通状態を形成した状態で配
置される。

【００２０】そして、図示しない電気制御部を作動する
ことにより、電池３の充放電が行われる。このとき、パ
レット１から突出した棒材７で保持されている電池３の
ぞれぞれは、空間Ｂにおいて、その側面の一部が露出し
ているので、その露出表面３ｃが放熱面となり、図１２
で示した従来の場合に比べれば、放熱性は向上する。

【００２１】しかしながら、空間Ｂにおいて、パレット
１の中央部では周縁部に比べて空気の対流が悪いため、
そこに保持されている電池の放熱性は、パレット１の周
縁部で保持されている電池の放熱性よりも悪くなる。そ
の結果、電池間の温度上昇のばらつきは生じ、そのこと
によって得られた電池の放電容量にもばらつきが生じて
くる。

【００２２】そのため、本発明においては、図２で示し
たように、空間Ｂの周囲に例えばファンのような送風手
段８を配置し、この送風手段８から空間Ｂの中へ強制的
に送風して電池の露出表面３ｃに吹き当てることにより
その放熱性を高め、もってパレット１の中央部における
熱の滞留を防止して、空間Ｂ内における電池温度の上昇
とそのばらつきの発生を抑制する。

【００２３】このときの電池の放熱性は、空間Ｂ内に配
置されている電池３の個数や配置密度、電池３の露出表
面３ｃの多少、送風手段８の送風量の大小、送風手段８
の配置個所と配置台数などの因子によって影響を受け
る。例えば、電池３の露出表面３ｃについていえば、全
表面の４０％以上が露出していることが好ましい。そし
て、この露出表面３ｃの多少は、立設する棒材７の太さ
（表面積）や本数を適宜に選定して決めることができ
る。また、送風量が少なすぎると、パレット１の中央部
にまで確実に送風されないことがあるので、他の因子に
よっても変動するが、通常は、0.５m³/min以上に設定す
ることが好ましい。更には、送風手段８の配置個所や配
置台数に関していえば、図２で示したように１台で一方
向の送風に限定されるものではなく、空間Ｂの四周に複
数台を配置して多方向から送風する態様であってもよ
い。

【００２４】次に、本発明の別の電池充放電装置の例を
図３と図４に示す。この装置の場合、まず、パレット１
には図１０で示した従来のパレットと同じように、複数
個の有底な電池保持孔２が形成されている。電池保持孔
２の底部２ａには同じくパレット１の下面１ｂにまで至
る電源端子用の挿入孔４が形成されており、そして、こ
の電池保持孔２の中に電池３が挿入されてそこに保持さ
れるようになっている。

【００２５】このパレット１の下面１ｂに配設される下
面側充放電治具５の電源端子５ａは、全体として所定長
さの棒形状をなし、前記挿入孔４の位置に対応する個所
に駆動機構９によって上下動可能な状態で配列されてい
る。そして、上面側充放電治具６は図１２で示した治具
と同じ構造になっている。充放電に際しては、図４で示
したように、駆動機構９により下面側充放電治具５の電
源端子５ａを上方に駆動させ、下面側充放電治具５の上
面の両端に配設された部材５ｂをパレット１の下面１ｂ
に当接させる。電源端子５ａは電池保持孔２に保持され
ている電池３を上方に押し上げる。その結果、電池３は
パレット１の上面１ａから突出して、その正極端子３ｂ
が上面側充放電治具６の電源端子６ａと接触する。

【００２６】したがって、パレット１と上面側充放電治
具６で形成された空間Ｂの中には、側面３ｃの上部を露
出させた状態で電池３が配置されることになる。この状
態で、送風手段８から空間Ｂの中に送風しながら全ての
電池３に一括して充放電が行われる。このとき、部材５
ｂの高さを変化させることにより、空間Ｂ内における電
池３の露出表面３ｃの広さを適宜に調節することができ
る。

【００２７】

【実施例】

(1)充電時における送風の効果 直径１４mm、高さ４８mmで、定格容量１１００mAhの円
筒型ニッケル・水素二次電池を常法に従って製造した。
一方、図１０で示したようなパレットを用意した。その
面内には直径１6.５mm、深さ３５mmの電池保持孔２が格
子点状に１００個形成されているパレットである。

【００２８】このパレット１の電池保持孔２に前記した
電池３を収容した。このとき、収容された電池は、その
３０％の表面積が露出している。ついで、図１２で示し
たように、パレット１の上面側と下面側に充放電用の治
具６、５を配設し、室温（２３℃）下において１Ｃで１
１０％の充電を行った。充電終了時点における各電池の
温度を測定し、その結果を図５に示した（比較例）。

【００２９】一方、パレット１と上面側治具６との間
に、送風量６m³/minで一方向送風を行いながら充電を進
め、充電終了時点における電池の温度を測定した。その
結果を図６に示した（実施例）。図５と図６から明らか
なように、送風を行わない従来の充電の場合は、電池は
４５℃以上にまで温度上昇し、しかも配置個所によって
電池温度が異なり、そのばらつきは大きくなっている。

【００３０】しかし、本発明の場合のように、送風操作
を行うと、電池温度の上昇は大幅に抑制され、しかも配
置個所による電池温度のばらつきも小さくなっている。
このように、充電時に送風操作を行うことは、電池温度
の上昇を抑制し、かつそのばらつきを小さくできるとい
う点で好適であることがわかる。ついで、充電終了後の
電池につき、室温（２３℃）下において0.２Ｃで放電
し、電池全数につきその電池容量を測定した。

【００３１】充電時に送風しない比較例の場合を図７
に、充電時に送風した実施例の場合を図８にそれぞれ示
した。なお、比較例の場合、電池容量の平均値は１１４
９mAh、その偏差は２８mAhであり、実施例の場合、電池
容量の平均値は１１６４mAh、その偏差は２４mAhであっ
た。図７と図８から明らかなように、本発明方法で初期
活性化処理を行った電池は、電池容量が高くなり、しか
も容量のばらつきも小さくなっている。

【００３２】このように、パレットに配置された電池を
一括して充電するときに送風操作を行うと、電池温度の
上昇は抑制され、しかも温度ばらつきが小さくなり、そ
の結果、高容量の電池を安定して製造することができ
る。 (2)充電時における電池の露出表面積の影響 前記した仕様のニッケル・水素二次電池を図３と図４で
示したパレット１の電池保持孔２に収容した。なお、パ
レット１の寸法形状は前記したパレットと同じであり、
また１００個の電池を収容できるものであることも同じ
である。

【００３３】そして、図４で示したように、パレット１
の下面１ｂに本発明の下面側充放電治具５を配設し、電
源端子５ａを上方に駆動させた。このときの部材５ｂの
高さを変化させることにより、空間Ｂにおける電池３の
露出表面３ｃの面積を変化させた。その状態で、室温
（２３℃）下において１Ｃで充電を行いながら電池温度
を測定した。その結果を、充電時間と電池温度との関係
として図９に示した。なお、ここで示した電池温度は、
平均値である。

【００３４】図中、線ａは、露出表面３ｃの割合を全表
面に対し、２０％とし、空間Ｂに６m³/minの送風量で送
風した場合、線ａ'は、露出表面の割合を全表面に対し
２０％とし、空間Ｂに送風しなかった場合、線ｂは、露
出表面３ｃの割合を全表面に対し、４０％とし、空間Ｂ
に６m³/minの送風量で送風した場合、線ｂ'は、露出表
面の割合を全表面に対し４０％とし、空間Ｂに送風しな
かった場合、線ｃは、露出表面３ｃの割合を全表面に対
し、６０％とし、空間Ｂに６m³/minの送風量で送風した
場合、線ｃ'は、露出表面の割合を全表面に対し６０％
とし、空間Ｂに送風しなかった場合をそれぞれ示す。

【００３５】図中、線ａと線ａ'、線ｂと線ｂ'、線ｃと
線ｃ'を比較して明らかなように、充電時に空間Ｂへ送
風する本発明方法の場合、いずれも電池温度の上昇が抑
制されている。そして、線ａ，線ｂ，線ｃを比較して明
らかなように、空間Ｂ内における電池の露出表面の割合
が大きくなるにつれて、電池温度は低くなる。これは、
電池の放熱性が向上している結果である。

【００３６】

【発明の効果】以上の説明で明らかなように、本発明の
充放電方法によれば、パレットに配置された電池に一括
して初期活性化処理を行うときに、これら電池の温度上
昇は抑制され、かつ温度ばらつきも小さくなる。その結
果、電池容量が高くしかも容量ばらつきが小さい電池を
安定して製造することができる。

【００３７】これは、充放電時に電池表面を露出させ、
しかもその露出表面に強制的に送風して電池の放熱性を
高めたことによって得られる効果である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の充放電装置に組み込まれるパレットの
１例を示す部分斜視図である。

【図２】本発明の充放電装置を作動させている状態を示
す一部切欠断面図である。

【図３】本発明の別の充放電装置の要部を示す一部切欠
断面図である。

【図４】本発明の別の充放電装置を作動させている状態
を示す一部切欠断面図である。

【図５】従来方法で充電したときに、パレットに配置さ
れた電池の温度を示す温度分布図である。

【図６】本発明方法で充電したときに、パレットに配置
された電池の温度を示す温度分布図である。

【図７】従来の充電方法で得られた電池の容量と個数と
の関係を示すグラフである。

【図８】本発明の充電方法で得られた電池の容量と個数
との関係を示すグラフである。

【図９】充電時間と電池温度との関係を示すグラフであ
る。

【図１０】電池の収容治具（パレット）を示す一部切欠
斜視図である。

【図１１】図１０のパレットに電池を収容した状態を示
す一部切欠断面図である。

【図１２】従来の充放電装置を作動させている状態を示
す一部切欠断面図である。

【符号の説明】

１ パレット １ａ パレット１の上面 １ｂ パレット１の下面 ２ 電池保持孔 ２ａ 電池保持孔２の底部 ３ 二次電池 ３ａ 二次電池３の下端面（負極端子） ３ｂ 二次電池３の正極端子 ３ｃ 二次電池３の露出表面 ４ 電源端子の挿入孔 ５ 下面側充放電治具 ５ａ 電源端子 ５ｂ 部材 ６ 上面側充放電治具 ６ａ 電源端子 ７ 棒材（ガイド部） ８ ファン（送風手段） ９ 駆動機構 Ａ 棒材７で取り囲まれた空間 Ｂ パレット１と上面側充放電治具６で形成された空
間

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 底部に電源端子用の挿入口が形成されて
   いる複数個の電池保持部を有するパレットの前記電池保
   持部で二次電池を保持し、前記二次電池の下端面および
   正極端子のそれぞれに電源端子を接続して前記二次電池
   を充放電する際に、 前記二次電池を、前記パレットの表面に突出させて前記
   二次電池の表面を露出させた状態で保持し、前記二次電
   池の露出表面に送風しながら充放電することを特徴とす
   る二次電池の充放電方法。
2. 【請求項２】 上面から下面にかけて貫通する複数個の
   電源端子用の挿入孔と前記挿入孔の周縁に立設されたガ
   イド部とから成る複数の電池保持部を有するパレット
   と、 前記パレットの下面側に配設され、前記挿入孔に対応す
   る表面位置には充放電用の電源端子が配列されている下
   面側充放電治具と、 前記パレットの上面側に配設され、前記電池保持部で保
   持されている電池の正極端子に対応する表面位置には充
   放電用の電源端子が配列されている上面側充放電治具
   と、 前記パレットと前記上面側充放電治具で形成される空間
   に送風する送風手段とを備えていることを特徴とする電
   池充放電装置。
3. 【請求項３】 底部に電源端子用の挿入口が形成されて
   いる複数個の電池保持孔を有するパレットと、 前記パレットの下面側に配設され、前記挿入口に対応す
   る表面位置には上下動可能な充放電用の電源端子が配列
   されている下面側充放電治具と、 前記パレットの上面側に配設され、前記電池保持孔で保
   持されている電池の正極端子に対応する表面位置には充
   放電用の電源端子が配列されている上面側充放電治具
   と、 前記パレットと前記上面側充放電治具で形成される空間
   に送風するための送風手段とを備えていることを特徴と
   する電池充放電装置。