JPS6255274B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、ニツケル―鉄電池群の作動方法に関
する。

ニツケル―鉄電池は、鉛酸電池に比べ、高容
量、長寿命、高出力、高信頼性などの多くの特長
を持つている。また、ニツケル―カドミウム電池
に比べると、高容量、長寿命のほかにカドミウム
を用いないので、低公害性であり、また安価で、
資源的にも有利な電池系であるといえる。さら
に、最近の工業技術の進歩により従来低利用率と
考えられていた鉄極の放電性能が、鉄粉材料の改
良あるいは鉄粉の焼結技術の進歩などにより大幅
に改善された。その結果、とくに大型の電池とし
て有望と考えられ、電気自動車、据置用、移動用
などの電源として小型化、軽量化が強く要求され
る分野へ広く実用化される可能性がある電池であ
る。言いかえると、たとえば60wh／Kg以上が得
られる高エネルギー密度電池であり、しかも水溶
液を用い、常温で作動できるので取扱い容易な電
池といえる。

しかしながら、ニツケル―鉄電池の実用上の問
題点は、充電末期の電位の立上りが少なく、比較
的なだらかな電位の上昇を示すことである。これ
はニツケル極も鉄極も充電末期の充電電位と酸素
あるいは水素ガスの発生電位が近いことに基づく
ものである。このため、過充電することなく満充
電することが困難であるという欠点がある。たと
えば定電圧充電時においては、設定電位の許容範
囲が小さく、電池の経歴、電池温度、液組成など
の差により、過充電となつたり、また逆に完全充
電以前に充電がとまり、充電不足になつたりす
る。これらの現象は、電池の保守、寿命、性能な
どの点で好ましくない。

このような定電圧充電以外の充電形式に定電流
充電法があるが、この場合にも充電開始時の電池
の充放電状態が明らかでないと、タイマーセツト
の時間数をいくらにするかがきめられない。した
がつて充電不足を心配するあまり必要以上に過充
電になることがある。

以上のように、ニツケル―鉄電池を実用化する
上での大きな問題点である充放電の状態を知り、
充電量をコントロールすること、すなわちある時
点での電池群の残存容量を知ることは、解決を急
がれている問題である。

本発明は、ニツケル―鉄電池の上記欠点を補い
ながら、長所を活用する作動方法を提供するもの
で、一連のニツケル―鉄電池群のなかに、たとえ
ばニツケル―カドミウム電池のような充電末期に
電位の立上りの大きい電池を少なくとも１セル用
いてこれをニツケル―鉄電池と直列に接続し、こ
の電池の充放電電圧によりニツケル―鉄電池群の
充放電をコントロールすることを特徴とする。

本来、ニツケル―鉄電池の充電末期の電圧の上
昇は他の電池に比べて一般的に少なく、たとえば
５時間率（0.2C）充電時で100〜130mVの範囲内
である。これは前にも示したように、ニツケル
極、鉄極とも充電電位とガス発生電位との差が小
さいことに起因するものであり、とくに鉄極の水
素過電圧が他の負極のそれに比べて小さいことが
主な原因である。鉄極の水素過電圧を上げる試み
として、添加剤、鉄粉材料、電極製造法などが古
くから続けられていて、多少の改良には成功して
いるが、現在のところ大幅に向上させることは非
常に因難である。

一方、カドミウム極、亜鉛極、鉛負極などは水
素過電圧が高く、これらを用いた電池では、
0.2C充電時でたとえば250〜400mVの電圧上昇が
充電末期に生じ、この値はニツケル―鉄電池の値
の２〜３倍に相当する。したがつて定電圧充電が
容易にできて、電池を過充電することなく常に完
全充電とすることができる特徴を持つている。

そこで、これらの電池をニツケル―鉄電池群と
併用すれば、両者の長所を活用し、欠点を補うこ
とができることがわかつた。たとえば、すでに示
したように、併用した電池の充電電圧の挙動によ
り電池群全体の充電をコントロールしたり、また
ニツケル―鉄電池より放電容量の小さい併用電池
を用いれば、放電時にこの電池電圧がまず低下、
あるいは転極（―0.2V）するので残存容量を検
知することも可能である。また、かりに併用電池
よりニツケル―鉄電池群の自己放電が大きい場合
には、若干容量の小さい併用電池を用いることに
より、長期間放置後の放電では、併用電池よりニ
ツケル―鉄電池の電圧が先に低下する。この両電
池の放電電圧の挙動より、ニツケル―鉄電池の自
己放電量が検出できるので、この対応も可能とな
ることがわかつた。

以下本発明をその実施例により説明する。

第１図は電池群の充電回路を示すもので、１は
ニツケル―鉄電池の単電池で、これらは79個が直
列に接続されている。２は前記の電池群に直列に
接続したニツケル―カドミウム電池の単電池であ
る。単電池１，２の放電容量は、いずれも0.2C
放電で100Ahである。３は充電器で、図実線のよ
うに、電池１，２と接続されている。なお点線は
電圧検出回路である。

上記の構成で定電流法により20Aで電池を充電
したときの単電池１，２の充電電圧曲線を各々第
２図ａ，ｂに示す。両単電池とも約５時間後に電
位の立上りが生じているが、ニツケル―カドミウ
ム電池の曲線の方がニツケル―鉄電池の充電曲線
より電圧の立上りが急であり、充電がほぼ完了し
たことを明確に示した。そこで、このニツケル―
カドミウム単電池の電圧が1.60Vに達した時点か
ら、さらに充電を完全とするためにタイマー設定
により１時間だけ充電を続けた後、電池群全体の
充電を終了とした。この方法により主電池である
ニツケル―鉄電池の充電が完全に行なわれ、しか
も過充電になつていないことが伴明した。この場
合の電池群の全電圧は主にニツケル―鉄電池で決
定されるので、なだらかな電圧の上昇があるのみ
であり、このトータル電圧で充電をコントロール
することは不可能であつた。

以上の定電流充電に代わり、ニツケル―カドミ
ウム単電池の電圧を基準にして、定電圧充電に準
じた充電もできる。この場合は特徴的なことは、
充電器から流れる電流値は、ニツケル―カドミウ
ム電池の両端の電圧を1.60Vの定電圧となるよう
に常に制御されていることであり、通常の定電圧
充電器のように充電器の両出力間の電圧を一定に
保つものではない。したがつて、電池群のなかの
１セルの電圧を基準にして、電池群全体に流れる
電流値を制御するシステムになつているので、こ
の充電システムの特徴は、１個の電池の電圧のみ
によつて、全セルの充電電流が決まることであ
る。したがつて、多くのニツケル―鉄電池の電圧
の立上り程度、温度による影響などには全く影響
されない。したがつて、あたかもすべての電池が
ニツケル―カドミウム電池であるかのように、容
易に充電できることがわかつた。

つぎに充放電結果を第３図に示す。図中曲線Ａ
は上記ニツケル―カドミウム電池１個を併用した
電池群を、ニツケル―カドミウム電池の充電電圧
を1.55V／セルに設定して、電池群全体を定電圧
法に準じた方法で充電し、ついで20Aの定電流放
電を行なつたときの放電容量である。1000サイク
ル以上にわたり安定した放電容量を示しているこ
とがわかる。これに反し、曲線Ｂ，Ｃは電池群全
体がニツケル―鉄電池で構成された通常の電池群
の結果であり、曲線Ｂは128V（単電池当たり
1.60V）、曲線Ｃは127.2V（単電池当たり1.59V）
の設定電圧の場合の結果である。前者はやゝ過充
電気味で、充放電サイクルを重ねるとセパレータ
および電極が過充電によつて劣化して容量減少が
大きくなつている。また逆に曲線Ｃの場合には完
全充電ができていないので放電容量が低く、充放
電サイクルを重ねると容量低下が大きくなるのは
鉄極の劣化に基づくと考えられる。したがつて両
者の中間の設定電圧が好ましいと考えられるが、
充電器の設定電圧の精度が不充分である。また温
度補正されている充電器を用いても補正は不充分
であり、さらにその電池の経時変化によつても充
電電圧は多少異なるので、通常の方法による定電
圧充電は、このニツケル―鉄電池には適していな
い。

以上の実施例ではニツケル―カドミウム電池を
併用電池として用いたが、鉛酸電池でもよい。酸
化銀―カドミウム電池、ニツケル―亜鉛電池、酸
化銀―亜鉛電池なども原理的には使うことができ
る。寿命の短かい併用電池の場合には、充放電サ
イクル途中で、この電池のみを取り換えればよ
い。また、これら併用する電池の単電池の放電容
量については、ニツケル―鉄電池と同等かあるい
は若干大きいことが、ニツケル―鉄電池の高性能
を充分活用できるので好ましい。また、併用電池
を２個以上用い、容量の大きい電池のほかに容量
が小さい電池を直列に結び、容量の小さい電池の
放電電圧から、電池群全体の残存容量あるいはニ
ツケル―鉄電池の自己放電容量を推定すること
も、前に示したように可能である。

ニツケル―鉄電池に併用して用いる電池は、単
セルでもよく、また２セル以上のモジユール電池
でもよく、要は併用電池としてその放電容量がニ
ツケル―鉄電池のそれと同等以上を有するもので
あればよい。

以上のように、本発明はニツケル―鉄電池の充
電特性にまつわる問題点を実用上解決するもの
で、高容量で長寿命の電池を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はニツケル―鉄電池とニツケル―カドミ
ウム電池からなるモジユール電池群の構成と充電
器との結線を示す図、第２図は両単電池の定電流
充電時の充電曲線の例を示す図、第３図は電池群
の充放電に伴う容量の変化を示す。 １……ニツケル―鉄電池、２……異種電池、３
……充電器。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ ニツケル―鉄電池を主体とする電池群に対し
   て、充電完了時に電位が急上昇し、かつ放電容量
   が前記ニツケル―鉄電池のそれと同等以上の異種
   の少なくとも１つの単電池を直列に接続し、前記
   異種電池の充電電圧の挙動により電池群全体の充
   電状態を検知して充放電を制御することを特徴と
   するニツケル―鉄電池群の作動方法。 ２ 前記異種電池が、ニツケル―カドミウム電
   池、酸化銀―カドミウム電池、ニツケル―亜鉛電
   池、酸化銀―亜鉛電池および鉛酸電池よりなる群
   から選択された電池である特許請求の範囲第１項
   記載のニツケル―鉄電池群の作動方法。 ３ 前記異種電池の充電々圧を一定に保つことを
   基準として、この電池の充電々流と同じ電流で群
   電池全体を充電する特許請求の範囲第１項記載の
   ニツケル―鉄電池群の作動方法。 ４ 定電流充電末期において前記異種電池の電圧
   の急上昇後、タイマー設定により一定時間経過後
   充電を終了とする特許請求の範囲第１項記載のニ
   ツケル―鉄電池群の作動方法。