JP5972209B2 - 負極放電容量回復方法、及び、負極放電容量回復装置 - Google Patents
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Description
そこで、本発明者が実験を重ねて調査した結果、充電(過充電に限られない)による負極の放電容量の容量増加量は、回復前後でのニッケル水素蓄電池の質量減少量との間に、高い相関があることが判明した。
また、「放電容量増加ステップ」は、後述するように、ニッケル水素蓄電池の質量を継続的に測定し、質量減少量を継続的に算出しながら行ってもよいし、ニッケル水素蓄電池の質量を例えば所定時間毎に断続的に測定し、質量減少量を所定時間毎に断続的に算出しながら行ってもよい。
また、「放電容量増加ステップ」において、発生させた酸素ガスを安全弁装置を通じて電池外部に排出する方法としては、充電(過充電)により上昇した電池内圧が開弁圧に達することで、安全弁装置を自動的に開弁させて、酸素ガスの少なくとも一部を排出させる方法が挙げられる。また、電池内圧が開弁圧に達する前に安全弁装置を強制的に開弁させて、酸素ガスの少なくとも一部を排出させてもよい。
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等から構成されている(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。
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(14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)させる負極放電容量回復試験を行った。具体的には、各電池10を充電(本試験では過充電)して正極31から酸素ガスを発生させ、その少なくとも一部を、開弁した安全弁装置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)
なお、これら図8及び図9に示した例では、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が出荷時初期と同じBDR=2.5Ahに回復するまで、放電容量BDをBD=3.5Ahから5.5Ah増加させてBD=9.0Ahとした場合を示している。なお、図8及び図9では、正極31及び負極41の充電部分の容量をハッチングで示している。
このうち充電回路120は、接続ケーブル121,123を通じて、電池10の正極端子部材60及び負極端子部材70に接続されている。これにより、充電回路120によって電池10を充電できる。
質量測定装置140は、電子天秤であり、電池10の質量(回復前の初期の質量Wa及び現在の質量Wb)を測定できる。この質量測定装置140は、充電装置110の充電制御装置130に接続されており、電池10を充電している間も電池10の現在の質量Wbを継続的に測定して、その質量情報を充電制御装置130に送信できる。
なお、図11では、充電開始時の電池温度を0℃とした電池の結果を「○」、充電開始時の電池温度を25℃とした電池の結果を「△」、充電開始時の電池温度を30℃とした電池の結果を「□」で示してある。
次に、前述の強制劣化させた(負極41の放電容量BDを減少させた)電池10を5個用意し、これらについて、充電開始時の電池温度を−30℃、0℃、25℃、30℃または35℃として、充電(本試験では過充電)により負極41の放電容量BDを増加させる負極放電容量回復試験を行った。なお、充電電流値は、いずれの電池10についても3.0Cの一定電流値とした。
また、試験後の各電池10について、負極41の放電容量BDの容量回復効率(Ah/g)をそれぞれ求めた。ここで言う容量回復効率(Ah/g)とは、質量減少量(g)と容量増加量(Ah)の割合である。
次に、前述の強制劣化させた(負極41の放電容量BDを減少させた)電池10を4個用意し、これらについて、充電電流値を1.5C、3.0C、5.4Cまたは7.7Cの一定電流値として、充電(本試験では過充電)により負極41の放電容量BDを増加させる負極放電容量回復試験を行った。なお、充電開始時の電池温度は、いずれの電池10についても25℃とした。
図13から明らかなように、負極放電容量回復試験において、充電電流値を6.0C以下にすると、負極41の放電容量BDの容量回復効率を高くできることが判る。一方、充電電流値が6.0Cを越えると、容量回復効率が低下することが判る。従って、負極放電容量回復試験は、充電電流値を6.0C以下にして行うのが好ましい。
次に、回復前後の電池10の質量減少量ΔWと負極41の放電容量BDの容量増加量ΔBDとの相関(具体的には、ΔBD=0.68×ΔW)に基づいて、設定された目標容量増加量BDtに対応する目標質量減少量Wtを設定する(例えば目標容量増加量BDt=5.5Ahとした場合には、目標質量減少量WtをWt=8.1gに設定する)。
次いで、本実施形態に係る負極放電容量回復装置100を用いた負極放電容量回復方法について、図14及び図15を参照しつつ説明する。この負極放電容量回復方法を行うにあたり、図11に示した回復前後の電池10の質量減少量ΔWと負極41の放電容量BDの容量増加量ΔBDとの相関(具体的には、ΔBD=0.68×ΔW)を、予め把握しておく。
次に、ステップS32に進み、充電装置110により電池10の充電(過充電)を開始する。その際、本実施例では、充電開始時の電池10の温度を25℃とする。また、充電電流値を3.0Cの一定電流値とする。
次に、ステップS33において、再び質量測定装置140により電池10の現在の質量Wb(g)を測定する。次に、ステップS34に進み、現在の質量減少量ΔW(g)を算出する。具体的には、ΔW=Wa−Wbにより質量減少量ΔWを算出する。
また、放電容量増加ステップS3は、充電開始時の電池10の温度を30℃以下にして行っているので、負極41の放電容量BDの容量回復効率を向上させることができる。また、この放電容量増加ステップS3は、充電電流値を6.0C以下にして行っているので、負極41の放電容量BDの容量回復効率を向上させることができる。
例えば、実施形態では、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、負極の放電容量を増加させることができる。
また、実施形態では、1つの電池10を対象として、負極41の放電容量BDを増加(回復)させたが、これに限られない。例えば、複数の電池10を内蔵する電池パックについて、負極41の放電容量BDを増加(回復)させることもできる。
20 電池ケース
30 電極体
31 正極
41 負極
80 安全弁装置
90 セル
100 負極放電容量回復装置
110 充電装置
120 充電回路
130 充電制御装置(増加量設定手段、質量減少量設定手段、放電容量増加手段)
140 質量測定装置
150 強制開弁装置
160 ガス流量計
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
Claims (9)
- 正極と負極と復帰型の安全弁装置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負極放電容量回復方法であって、
前記負極の前記放電容量について目標容量増加量を設定する増加量設定ステップと、
回復前後の前記ニッケル水素蓄電池の質量減少量と前記負極の前記放電容量の容量増加量との相関に基づいて、設定された前記目標容量増加量に対応する目標質量減少量を設定する質量減少量設定ステップと、
前記ニッケル水素蓄電池を充電して前記正極から酸素ガスを発生させ、当該酸素ガスの少なくとも一部を、開弁した前記安全弁装置を通じて電池外部に排出して、前記負極の前記放電容量を増加させる放電容量増加ステップと、を備え、
前記放電容量増加ステップは、
前記質量減少量が前記目標質量減少量に達するまで、前記ニッケル水素蓄電池の充電を行う
負極放電容量回復方法。 - 請求項1に記載の負極放電容量回復方法であって、
前記放電容量増加ステップは、
前記ニッケル水素蓄電池の質量を継続的に測定し、前記質量減少量を継続的に算出しながら行う
負極放電容量回復方法。 - 請求項1または請求項2に記載の負極放電容量回復方法であって、
前記放電容量増加ステップは、
前記安全弁装置の開弁を強制的に行って、発生させた前記酸素ガスの少なくとも一部を排出する
負極放電容量回復方法。 - 請求項1〜請求項3のいずれか一項に記載の負極放電容量回復方法であって、
前記放電容量増加ステップは、
充電開始時の前記ニッケル水素蓄電池の温度を30℃以下にして行う
負極放電容量回復方法。 - 請求項1〜請求項4のいずれか一項に記載の負極放電容量回復方法であって、
前記放電容量増加ステップは、
充電電流値を6.0C以下にして行う
負極放電容量回復方法。 - 正極と負極と復帰型の安全弁装置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負極放電容量回復装置であって、
前記ニッケル水素蓄電池を充電する充電回路と、
前記充電回路による前記ニッケル水素蓄電池の充電を制御する充電制御装置と、
前記ニッケル水素蓄電池の質量を測定する質量測定装置と、を備え、
前記充電制御装置は、
前記負極の前記放電容量について目標容量増加量を設定する増加量設定手段と、
回復前後の前記ニッケル水素蓄電池の質量減少量と前記負極の前記放電容量の容量増加量との相関に基づいて、設定された前記目標容量増加量に対応する目標質量減少量を設定する質量減少量設定手段と、
前記充電回路で前記ニッケル水素蓄電池を充電して前記正極から酸素ガスを発生させ、当該酸素ガスの少なくとも一部を、開弁した前記安全弁装置を通じて電池外部に排出して、前記負極の前記放電容量を増加させる放電容量増加手段であって、前記質量測定装置による測定で得られる前記質量減少量が前記目標質量減少量に達するまで、前記ニッケル水素蓄電池の充電を行う放電容量増加手段と、を有する
負極放電容量回復装置。 - 請求項6に記載の負極放電容量回復装置であって、
前記質量測定装置は、前記ニッケル水素蓄電池を充電しながら前記ニッケル水素蓄電池の質量を継続的に測定可能とされてなり、
前記放電容量増加手段は、前記質量減少量を継続的に算出する
負極放電容量回復装置。 - 請求項6または請求項7に記載の負極放電容量回復装置であって、
前記安全弁装置を強制的に開弁させる強制開弁装置を備える
負極放電容量回復装置。 - 請求項6〜請求項8のいずれか一項に記載の負極放電容量回復装置であって、
前記充電回路は、
6.0C以下の充電電流値で前記ニッケル水素蓄電池を充電する
負極放電容量回復装置。
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