JP2014207151A - 電池の容量回復方法、組電池の容量回復方法、電池の容量回復装置、及び、組電池の容量回復装置 - Google Patents
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Abstract
Description
上記課題を解決するための本発明の一態様は、正極と負極と復帰型の安全弁装置と水系電解液とを備えるニッケル水素蓄電池について、前記負極の放電容量を増加させる電池の容量回復方法であって、前記ニッケル水素蓄電池を充電して、前記正極で前記水系電解液から酸素ガスを発生させると共に、前記安全弁装置を開弁状態とし、発生した酸素ガスの少なくとも一部を前記安全弁装置を通じて電池外部に排出する酸素発生排出ステップを備え、前記酸素発生排出ステップの開始時の電池温度Taが−30〜10℃の範囲内で前記開始時のSOCが(30−Ta)〜100%の範囲内、または、前記開始時の電池温度Taが10〜50℃の範囲内で前記開始時のSOCが20〜100%の範囲内である電池の容量回復方法である。
なお、「SOC(State Of Charge)」は、出荷時初期容量における充電量を言う。
「安全弁装置」は、電池内圧が所定の開弁圧に達したときに開弁し、電池内圧が開弁圧を下回ったときに閉弁する復帰型のものである。そして更に、例えば、電池外部から安全弁を開弁方向に移動させ得る形態としたものが挙げられる。この安全弁装置では、電池外部から安全弁を開弁方向に移動させることで、電池内圧に拘わらず自由なタイミングで開弁及び閉弁を行うことができる。また、電池ケースの外部のうち少なくとも安全弁装置の周囲を減圧して、開弁のタイミング(従って開始時)を調整することもできる。
この電池の容量回復装置によれば、SOC100%以下の状態から充電及び開弁を開始して負極の放電容量を回復させるので、負極の放電容量を目標値まで増加させたときのSOCの値も低くでき、過充電によるニッケル水素蓄電池へのダメージを無くすまたは少なくできる。
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しつつ説明する。図1〜図3に、本実施形態1に係るニッケル水素蓄電池10(以下、単に電池10とも言う)を示す。また、図4及び図5に、この電池10の安全弁装置80を示す。
この電池10は、ハイブリッド自動車や電気自動車等の車両などに搭載される角型で密閉型のニッケル水素蓄電池である。この電池10は、直方体状の電池ケース20と、この電池ケース20内に収容された複数(6つ)の電極体30と、電池ケース20に支持された正極端子部材60及び負極端子部材70等から構成された電池モジュールである(図1〜図3参照)。
放電リザーブ容量BDR=(参照極の電位に対する負極41の電位が−0.7Vになるまでの放電容量)−(参照極に対する正極31の電位が−0.5Vになるまでの放電容量)
次に、負極41の放電容量BDを強制的に減少させた電池10を作製する。具体的には、出荷時初期の未使用の電池10を複数用意し、これらの電池10について電池ケース20に穴をあけ、電池ケース20内に強制的に酸素を注入して、負極41の放電容量BDを減少させる。なお、電池ケース20にあけた穴は酸素注入後に閉塞する。
その後、これらの電池10について、各セル90の負極41の放電容量BDを調査したところ、放電リザーブ容量BDRは無くなっており(BDR=零)、放電容量BDが平均して初期の9.0Ahから2.5Ah減ってBD=6.5Ahであった(図8参照)。
次に、上述の劣化させた(負極41の放電容量BDを減少させた)電池10を複数(88個)用意し、これらについて、負極41の放電容量BDを増加(回復)させる電池の容量回復試験を行った。具体的には、各電池10を充電して、正極31で水系電解液27から酸素ガスを発生させると共に、安全弁装置80を開弁させて、発生した酸素ガスの少なくとも一部を安全弁装置80を通じて電池外部に排出して、負極41の放電容量BDを増加させた。
(正極)OH- → 1/4O2+1/2H2O+e- …(1)
(負極)M+H2O+e- → MH+OH- …(2)
MH+1/4O2 → M+1/2H2O …(3)
例えば、負極41に充電リザーブ容量BCRが再び生じるまで、具体的には、放電リザーブ容量BDRがBDR=2.5Ahに回復するまで、放電容量BDをBD=6.5Ahから2.5Ah増加させてBD=9.0Ahとする。
その結果を表1に示す。なお、負極41の放電容量BDの回復効率が80%以上であった電池10を特に良好(表1中に「○」で示す)、回復効率が50〜80%であった電池10を良好(表1中に「△」で示す)、回復効率が50%未満しかなかった電池10を不良(表1中に「×」で示す)と評価した。
また、電池温度Taが−30〜10℃の範囲内では、SOCが30−Ta(%)で、負極41の放電容量BDの回復効率が良好(△印)であった。また、電池温度Taが10〜50℃の範囲内では、SOCが20%でも、良好(△印)であった。
次いで、本実施形態1に係る電池の容量回復装置100を用いた電池の容量回復方法について、図12及び図13を参照しつつ説明する。前述のように負極41の放電容量BDが減少した電池10を用意し、これを前述の電池の容量回復装置100にセットする。具体的には、電池10の正極端子部材60及び負極端子部材70を、接続ケーブル121,123により充電制御装置110の充放電部120に接続する。また、電池10に温度センサ133を取り付け、温度センサ133を充電制御装置110の温度検知部本体131に接続する。更に、電池10の安全弁装置80にボルト85を取り付け、ボルト85とモータ161をワイヤ163を介して接続する。
次に、ステップS12に進み、電池10の現在のSOCを測定する。このSOCは、前述のように、充電制御装置110のSOC測定部140で算出される。
次に、ステップS15に進み、電池10のSOCを調整する。即ち、充放電部120により電池10を充電しまたは放電させて、電池10のSOCが前述の範囲に含まれるように調整する。その後、ステップS11に戻る。
ここで、YES、即ち、現在の充電量が目標充電量に達したと判断された場合には、ステップS27に進み、充電を終了すると共に閉弁する。一方、NO、即ち、現在の充電量がまだ目標充電量に達していないと判断された場合には、引き続き充電を行う。かくして、負極41の放電容量BDを所望の容量増加(回復)させることができる。
一方で、電池温度Taが−30〜10℃の範囲内では、SOC=30−Ta(%)以上の範囲で、或いは、電池温度Taが10〜50℃の範囲内では、SOC20%以上の範囲で充電を開始することにより、開始時以降、正極31で酸素ガスを確実に発生させる共に、負極41の水素吸蔵合金に水素を吸蔵させることができる。従って、この範囲で充電を開始すると共に、安全弁装置80を開弁させ続けて発生した酸素ガスを電池外部に排出すれば、リコンビネーション反応を抑え、水素を負極41の水素吸蔵合金に吸蔵させることができ、負極41の放電容量BDの回復を効率良く行うことができる。
次いで、第2の実施の形態について説明する。本実施形態2に係る組電池の容量回復方法は、複数の電池10を備える組電池200の各々の電池10について、負極41の放電容量BDを増加させる点が、1つの電池10について負極41の放電容量BDを増加させる実施形態1の電池の容量回復方法と異なる。また、本実施形態2に係る組電池の容量回復装置300は、冷却装置310及び加熱装置320を備える点が、実施形態1の電池の容量回復装置100と異なる。それ以外は、実施形態1と同様であるので、実施形態1と同様な部分の説明は、省略または簡略化する。
また、加熱装置320は、ヒータであり、組電池200の列置方向BHの外側、具体的には、エンドプレート211,211に接してそれぞれ外側に配置されている。これにより、加熱装置320によって、組電池200をなす電池10のうち、これらの外側部SBに配置された複数の電池10(電池10B)を加熱できる。
例えば、実施形態1,2では、樹脂製の電池ケース20を備える電池10を対象にして、負極41の放電容量BDを増加(回復)させたが、電池ケースが樹脂以外の材質からなるニッケル水素蓄電池についても同様に、負極の放電容量BDを増加させることができる。
このように、電池10毎に、開弁すべき最適なSOCが判る。そのため、例えば、車両に搭載している電池10の負極41の放電容量BDを、温度条件の調整し難い場所(屋外等)で回復させたいときでも、開弁すべきSOCが判るため、好適に回復させることができる。
20 電池ケース
27 水系電解液
30 電極体
31 正極
41 負極
80 安全弁装置
90 セル
100 電池の容量回復装置
110 充電制御装置
120 充放電部(充電部)
130 温度検知部
140 SOC測定部
150 制御部
160 開弁部
200 組電池
300 組電池の容量回復装置
310 冷却装置
320 加熱装置
AE 正極容量
AC (正極の)充電容量
AD (正極の)放電容量
BE 負極容量
BC (負極の)充電容量
BCR 充電リザーブ容量
BD (負極の)放電容量
BDR 放電リザーブ容量
GA ガス
CB 中央部
SB 外側部
Ta 電池温度
Claims (6)
- 正極と負極と復帰型の安全弁装置と水系電解液とを備えるニッケル水素蓄電池について、前記負極の放電容量を増加させる電池の容量回復方法であって、
前記ニッケル水素蓄電池を充電して、前記正極で前記水系電解液から酸素ガスを発生させると共に、前記安全弁装置を開弁状態とし、発生した酸素ガスの少なくとも一部を前記安全弁装置を通じて電池外部に排出する酸素発生排出ステップを備え、
前記酸素発生排出ステップの開始時の電池温度Taが−30〜10℃の範囲内で前記開始時のSOCが(30−Ta)〜100%の範囲内、または、前記開始時の電池温度Taが10〜50℃の範囲内で前記開始時のSOCが20〜100%の範囲内である
電池の容量回復方法。 - 請求項1に記載の電池の容量回復方法であって、
前記酸素発生排出ステップの開始時の電池温度Taが−30〜10℃の範囲内で前記開始時のSOCが(40−Ta)〜100%の範囲内、または、前記開始時の電池温度Taが10〜50℃の範囲内で前記開始時のSOCが30〜100%の範囲内である
電池の容量回復方法。 - 複数の前記ニッケル水素蓄電池を備える組電池の各々の前記ニッケル水素蓄電池について、請求項1または請求項2に記載の電池の容量回復方法を行う組電池の容量回復方法であって、
前記組電池をなす複数の前記ニッケル水素蓄電池のうち、これらの中央部に配置された一又は複数のニッケル水素蓄電池を冷却する、及び、
前記組電池をなす複数の前記ニッケル水素蓄電池のうち、これらの外側部に配置された一又は複数のニッケル水素蓄電池を加熱する、の少なくともいずれかを行いつつ、前記酸素発生排出ステップを行う
組電池の容量回復方法。 - 正極と負極と復帰型の安全弁装置と水系電解液とを備えるニッケル水素蓄電池について、前記負極の放電容量を増加させる電池の容量回復装置であって、
前記ニッケル水素蓄電池を充電して、前記正極で前記水系電解液から酸素ガスを発生させる充電部と、
前記ニッケル水素蓄電池の前記安全弁装置を開弁させる開弁部と、
前記ニッケル水素蓄電池の電池温度Taを検知する温度検知部と、
前記ニッケル水素蓄電池のSOCを測定するSOC測定部と、
前記ニッケル水素蓄電池の電池温度及びSOCに基づいて、前記充電部による充電及び前記開弁部による開弁を制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、
前記温度検知部で検知した電池温度Taが−30〜10℃の範囲内で、かつ、前記SOC測定部で測定したSOCが(30−Ta)〜100%の範囲内であることを開始条件とし、前記充電部で前記ニッケル水素蓄電池を充電すると共に、前記開弁部で前記安全弁装置を開弁状態にする、または、
電池温度Taが10〜50℃の範囲内で、かつ、SOCが20〜100%の範囲内であることを開始条件とし、前記充電部で前記ニッケル水素蓄電池を充電すると共に、前記開弁部で前記安全弁装置を開弁状態にする
電池の容量回復装置。 - 請求項4に記載の電池の容量回復装置であって、
前記制御部は、
電池温度Taが−30〜10℃の範囲内で、かつ、SOCが(40−Ta)〜100%の範囲内であることを開始条件とし、前記充電部で前記ニッケル水素蓄電池を充電すると共に、前記開弁部で前記安全弁装置を開弁状態にする、または、
電池温度Taが10〜50℃の範囲内で、かつ、SOCが30〜100%の範囲内であることを開始条件とし、前記充電部で前記ニッケル水素蓄電池を充電すると共に、前記開弁部で前記安全弁装置を開弁状態にする
電池の容量回復装置。 - 複数の前記ニッケル水素蓄電池を備える組電池の各々の前記ニッケル水素蓄電池について、前記負極の放電容量を増加させる組電池の容量回復装置であって、
請求項4または請求項5に記載の電池の容量回復装置と、
前記組電池をなす複数の前記ニッケル水素蓄電池のうち、これらの中央部に配置された一又は複数のニッケル水素蓄電池を冷却する冷却装置、及び、前記組電池をなす複数の前記ニッケル水素蓄電池のうち、これらの外側部に配置された一又は複数のニッケル水素蓄電池を加熱する加熱装置の少なくともいずれかと、を備える
組電池の容量回復装置。
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