JP7060383B2 - アルカリ蓄電池の充電制御方法及びアルカリ蓄電池用充電器 - Google Patents

Description

本発明は、アルカリ蓄電池の充電制御方法及びアルカリ蓄電池用充電器に関する。

アルカリ蓄電池は、電解液としてアルカリ水溶液を用いる蓄電池であり、充電することにより繰り返し使用することができる。

アルカリ蓄電池の充電方法には、定電流充電法が用いられる。この充電方法では、充電開始時から常に一定の電流を供給して充電を行い、当該アルカリ蓄電池が蓄えることができる最大の容量までの充電がされたとみなされたときに電流の供給を停止し、充電を終了させる。ここで、当該アルカリ蓄電池が蓄えることができる最大の容量までの充電がされた、すなわち、満充電されたとみなす方法としては、電池電圧の極大値を検出する方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。また、この方法の他にも、アルカリ蓄電池が満充電された状態に達すると当該電池の電圧が極大値に達した後、数ｍＶ低下するので、電池電圧が極大値を示した後に数ｍＶ低下したことを検出する方法、アルカリ蓄電池が満充電された状態に達すると当該電池の温度が上昇するので、電池温度が所定値に達したことを検出する方法、アルカリ蓄電池を所定電流値で充電した場合に満充電された状態に達する時間を測定し、満充電までの所要時間を予め把握しておき、充電時間が当該所要時間に達したことを検出する方法等が知られている。

ところで、アルカリ蓄電池を充電する場合、電池の温度が０℃以上、６０℃以下の温度範囲で充電を行うことが推奨されている。その理由としては、まず、６０℃を超えると充電効率が低下するとともに、電池を構成する材料の劣化の進み具合が加速するためである。一方、電池の温度が０℃未満となるような低温環境下で充電した場合、電池が満充電状態に近づくと電池内部のガス圧が著しく上昇する。アルカリ蓄電池においては、ガス排出弁が備え付けられているので、電池内部のガス圧が上昇した場合、当該ガス排出弁が作動してガスの排出が行われ、電池が破裂することは回避される。しかしながら、このようにガス排出弁が作動すると、ガスの排出とともにアルカリ電解液もガスと一緒に外部に放出されてしまう。アルカリ電解液が放出されると、電池を搭載している機器内において電池の周囲にある部品を腐食させる不具合や、電池の寿命が短くなる不具合が生じる。このため、電池温度が０℃未満となるような低温環境下での充電は推奨されていない。

特開平５－３４３１０２号公報

ところで、アルカリ蓄電池が搭載される様々な機器においては、近年、用途が拡大している。このような用途の拡大にともない、かかる機器の使用条件もより過酷となっており、低温環境下で使用される状況も増えている。このため、かかる機器に搭載されるアルカリ蓄電池についても低温環境下での使用が増えている。

しかしながら、上記のように、アルカリ蓄電池においては、０℃未満での充電は推奨されておらず、０℃未満の低温環境下での充電は、アルカリ電解液の漏出や電池寿命特性の低下のリスクがある。

このため、アルカリ蓄電池においては、上記のようなリスクを回避することができるように充電制御方法を改良することが望まれている。

本発明は、上記の事情に基づいてなされたものであり、その目的とするところは、従来よりも広い温度範囲での充電に対応できるアルカリ蓄電池の充電制御方法及びアルカリ蓄電池用充電器を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明によれば、電池の温度Ｔが０℃未満であるか否かを判断する温度判断ステップと、前記温度判断ステップにて、前記温度Ｔが０℃以上であると判断した場合には、前記電池へ一定の電流を供給して充電を行う第１の充電ステップと、前記第１の充電ステップで充電が行われている前記電池について、前記電池が蓄えることができる最大の容量まで充電されたとみなされたか否かを判断する満充電判断ステップと、前記温度判断ステップにて、前記温度Ｔが０℃未満であると判断した場合には、前記電池へ一定の電流を供給して充電を行う第２の充電ステップと、前記第２の充電ステップで充電が行われている前記電池の電圧値が、前記電池が蓄えることができる最大の容量まで充電されたとみなされたときの電圧値よりも低い範囲内にて予め設定した規定電圧値に達したか否かを判断する規定電圧値判断ステップと、を備えており、前記満充電判断ステップにて、前記電池が蓄えることができる最大の容量まで充電されたとみなされないと判断した場合には、前記温度判断ステップに戻って前記温度Ｔの判断を再度行い、前記電池が蓄えることができる最大の容量まで充電されたとみなされたと判断した場合には、前記電流の供給を停止して充電を終了させ、前記規定電圧値判断ステップにて、前記電池の電圧値が前記規定電圧値に達していないと判断した場合には、前記温度判断ステップに戻って前記温度Ｔの判断を再度行い、前記電池の電圧値が前記規定電圧値に達したと判断した場合には、前記電流の供給を停止して充電を終了させる、アルカリ蓄電池の充電制御方法が提供される。

また、本発明によれば、電池の温度を測定する温度測定部と、前記電池の電圧を測定する電圧測定部と、前記電池に充電のための電流を供給する電源部と、前記電源部の動作を制御する制御部と、を備えており、前記制御部は、前記温度測定部によって測定された前記電池の温度Ｔの情報を基に、前記温度Ｔが０℃未満か否かを判断する処理と、前記温度Ｔが０℃以上であると判断した場合には、前記電池へ一定の電流を供給するよう前記電源部に指令を送って充電を行わせ、前記電池が蓄えることができる最大の容量まで充電されたとみなされたか否かを判断する処理と、前記電池が蓄えることができる最大の容量まで充電されたとみなされないと判断した場合には、前記温度Ｔが０℃未満か否かを再度判断する処理と、前記電池が蓄えることができる最大の容量まで充電されたとみなされたと判断した場合には、前記電流の供給を停止するよう前記電源部へ指令を送る処理と、前記温度Ｔが０℃未満であると判断した場合には、前記電池へ一定の電流を供給するよう前記電源部に指令を送って充電を行わせ、前記電圧測定部によって測定された前記電池の電圧値が、前記電池が蓄えることができる最大の容量まで充電されたとみなされたときの電圧値よりも低い範囲内にて予め設定した規定電圧値に達したか否かを判断する処理と、前記電池の電圧値が、前記規定電圧値に達していないと判断した場合には、前記温度Ｔが０℃未満か否かを再度判断する処理と、前記電池の電圧値が、前記規定電圧値に達したと判断した場合には、前記電流の供給を停止するよう前記電源部へ指令を送る処理と、を実行する、アルカリ蓄電池用充電器が提供される。

本発明に係るアルカリ蓄電池の充電制御方法は、０℃未満のような低温環境下での充電の際に、電池の電圧値が規定電圧値に達した時点で充電のための電流の供給を停止して充電を終了させる。このため、電池の内部のガス圧が著しく上昇してガス排出弁が作動する前に充電が停止されるので、低温環境下での充電に際し、ガス排出弁は開かれない。その結果、アルカリ電解液の漏出にともなうリスクの発生は抑制される。

よって、本発明によれば、低温環境下でもリスクの発生を抑制した状態で良好な充電を行うことができるので、従来よりも広い温度範囲での充電に対応できるアルカリ蓄電池の充電制御方法及びアルカリ蓄電池用充電器を提供することができる。

本発明の実施形態に係るアルカリ蓄電池用充電器の構成を概略的に示したブロック図である。 本発明に係るアルカリ蓄電池の充電制御方法のフローチャートである。 －３０℃、－２０℃、－１０℃、－５℃、０℃、２５℃及び６０℃の各温度の環境下でそれぞれ充電を行った場合の電池の電圧と充電時間との関係を示したグラフである。 －３０℃及び－２０℃の環境下で充電を行った場合の電池の電圧と充電時間との関係を示したグラフである。 －３０℃及び－２０℃の環境下で充電を行った場合の電池の電圧と放電容量との関係を示したグラフである。 実施例３の電池に係る電池の電圧と充電時間との関係を示したグラフである。 実施例３及び比較例１の電池に係る質量減少量とサイクル回数との関係を示したグラフである。 比較例１の電池に係る電池の電圧と充電時間との関係を示したグラフである。

本発明に係るアルカリ蓄電池の充電制御方法を用いたアルカリ蓄電池用充電器（以下、充電器１という）によりアルカリ蓄電池を充電する手順について図面を参照しながら以下に説明する。

まず、充電の対象としてアルカリ蓄電池の一種であるニッケル水素蓄電池を準備する。このニッケル水素蓄電池としては、特に限定されるものではなく、一般的なニッケル水素蓄電池が用いられる。

準備したニッケル水素蓄電池（以下、電池２という）は、本発明に係る充電器１にセットされる。

ここで、本発明に係る充電器１は、図１に示すように、電池２を保持する電池ホルダ４と、電池ホルダ４に保持された電池２を充電するために当該電池２に充電のための電流を供給する電源部６と、電源部６の動作を制御する制御部８と、電池２の電圧値を測定する電圧計（電圧測定部）１０と、電池２の温度を測定する温度センサ（温度測定部）１２と、を備えている。

電池ホルダ４には、電池２の正極端子１４と接触する正極側接触端子１６と、電池２の負極端子１８と接触する負極側接触端子２０と、が配設されている。正極側接触端子１６は、電源部６の正極側出力端子２２とリード線を介して電気的に接続されており、負極側接触端子２０は、電源部６の負極側出力端子２４とリード線を介して電気的に接続されている。これにより、電源部６は、電池ホルダ４に保持された電池２に対し、充電のための電流を供給することができる。ここで、電源部６には、その動作を制御するための制御信号を制御部８から受け取るための制御信号入力端子５０を有している。

また、電池ホルダ４には、電池２の電圧を測定するために、電池２の正極端子１４と接触する正極側プローブ２６と、電池２の負極端子１８と接触する負極側プローブ２８とが、所定位置に配設されている。そして、正極側プローブ２６は、電圧計１０の正極側入力端子３０にリード線を介して電気的に接続されており、負極側プローブ２８は、電圧計１０の負極側入力端子３２とリード線を介して電気的に接続されている。

電圧計１０としては、電池２の電圧を測定できるものであれば特に限定されるものではなく、一般的な電圧計が用いられる。この電圧計１０は、測定された電池２の電圧値の情報を出力する電圧値出力端子３４を有している。

また、電池ホルダ４の内部には、電池２の温度を測定するために、例えば、電池２の側面に接触する測温プローブ３８が配設されている。測温プローブ３８は、温度センサ１２の温度入力端子４０にリード線を介して電気的に接続されている。

温度センサ１２としては、電池２の温度を測定できるものであれば特に限定されるものではなく、一般的な温度センサが用いられる。この温度センサ１２は、測定された電池２の温度の情報を出力する温度出力端子４２を有している。

制御部８は、電圧計１０の電圧値出力端子３４とリード線を介して電気的に接続されている電圧値入力端子３６と、温度センサ１２の温度出力端子４２とリード線を介して電気的に接続されている温度入力端子４４と、電源部６の制御信号入力端子５０とリード線を介して電気的に接続されている制御信号出力端子４６であって、電源部６の動作を制御するための制御信号を出力する制御信号出力端子４６と、温度センサ１２からの電池２の温度の情報及び電圧計１０からの電池２の電圧値の情報を基に演算処理を行う演算処理部５２と、を含んでいる。なお、制御部８においては、電池２の充電時間を計測し、充電時間のデータを算出するタイマ４８を更に含む態様とすることが好ましい。

次に、本発明に係る充電器１を用いて電池２を充電する際の充電制御方法について、図２のフローチャートを用いて説明する。

図２に示すように、充電器１に電池２がセットされた状態で、制御が開始され、ステップＳ１にて、温度センサ１２で測定した電池２の温度Ｔの値を基に電池２の温度Ｔが所定の温度範囲内にあるか否かを制御部８が判断する。ここで、所定の温度範囲の上限は、６０℃以下とすることが好ましい。これは、６０℃を超えると、アルカリ蓄電池の充電効率が低下するとともに、電池を構成する材料の劣化の進み具合が加速するためである。ステップＳ１では、電池２の温度Ｔが、Ｔ≦６０℃の範囲内にあるか否かが判断される。電池２の温度Ｔがこの温度範囲内にない場合は、ステップＳ２に進み、充電作業は待機状態とされる。なお、所定時間経過した毎にステップＳ１での判断が繰り返し行われる。

ステップＳ１にて、電池２の温度ＴがＴ≦６０℃の範囲内にあると判断した場合は、ステップＳ３に進む。このステップＳ３では、電池２の温度Ｔが、Ｔ＜０℃の低温領域にあるか否かが判断される。そして、制御部８は、電池２の温度ＴがＴ＜０℃の範囲内にないと判断した場合にはステップＳ４に進む。

ステップＳ４では、一定電流での充電が行われる。具体的には、一定の電流を電池２へ供給するよう指令する制御信号が制御部８から電源部６に出力され、一定電流での充電が行われる。

次に、ステップＳ５で電池２が蓄えられる最大の容量までの充電がされたとみなされたか否かが判断される。

電池２が蓄えられる最大の容量までの充電がされたとみなされたか否かを判断する方法としては、以下のような方法が挙げられる。

電池２を一定電流で充電していくと、電池２が蓄えることができる最大の容量まで充電されたところで電池２の電圧値は極大を示し、その後、数ｍＶ低下する。そこで、電池２の電圧値が極大を示した現象及び極大を示してから低下する現象をとらえることにより、電池２が蓄えられる最大の容量までの充電がされたとみなすことができる。具体的には、電圧計１０により電池２の電圧を測定して電圧値の推移を把握し、電池２の電圧が最大値に達した後、この最大値から５～１０ｍＶ低下したことを検出することにより、電池２においては、蓄えられる最大の容量までの充電がされたとみなすことができる。

また、別な方法としては、電池２の温度により判断する方法が挙げられる。

電池２を一定電流で充電していくと、電池２が蓄えることができる最大の容量まで充電された付近で電池２の温度が上昇し始める。そこで、電池２の温度の変化をとらえることにより、電池２が蓄えられる最大の容量までの充電がされたとみなすことができる。具体的には、温度センサ１２により電池２の温度を測定して温度の推移を把握し、電池２の温度の上昇率が高くなる点を検出することにより、電池２においては、蓄えられる最大の容量までの充電がされたとみなすことができる。

更に、別な方法としては、充電の経過時間により判断する方法が挙げられる。

電池２を一定電流で充電していき、電池２が蓄えることができる最大の容量まで充電されるのに要する充電完了時間を予め把握しておき、充電の経過時間がこの充電完了時間に達したことを検出することにより、電池２が蓄えられる最大の容量までの充電がされたとみなすことができる。具体的には、タイマ４８により充電開始からの経過時間を計測し、当該経過時間が上記した充電完了時間に達した時点で、電池２においては、蓄えられる最大の容量までの充電がされたとみなすことができる。

以上のようにして、ステップＳ５で電池２が蓄えられる最大の容量までの充電がされたとみなされたか否かが判断される。

ステップＳ５で、電池２が蓄えられる最大の容量までの充電がされたとみなされないと判断した場合は、ステップＳ１に戻り、再度電池２の温度Ｔが判断された上で、一定電流での充電が行われる。

その後、充電が進み、ステップＳ５にて、電池２が蓄えられる最大の容量までの充電がされたとみなされたと判断した場合には、ステップＳ８に進み、電流の供給が停止される。具体的には、電池２へ供給していた電流を停止するよう指令する制御信号が制御部８から電源部６に出力され、電流の供給が停止される。その結果、充電は終了する。なお、ステップＳ５での判断は、所定時間が経過する毎に繰り返し行われる。

一方、ステップＳ３にて、電池２の温度ＴがＴ＜０℃の範囲内にあると判断した場合にはステップＳ６に進む。そして、ステップＳ６では、一定電流での充電が行われる。具体的には、一定の電流を電池２へ供給するよう指令する制御信号が制御部８から電源部６に出力され、一定電流での充電が行われる。

次に、ステップＳ７で電池２の電圧値が予め設定した規定電圧値に達しているか否かが判断される。

具体的には、電圧計１０から得られた電池２の電圧値の情報が制御部８へもたらされ、電池２の電圧値が予め設定した規定電圧値と比較されることにより、規定電圧値に達しているか否かが判断される。

ステップＳ７にて、電池２の電圧値が規定電圧値に達していないと判断した場合は、ステップＳ１に戻り、再度電池２の温度Ｔが判断された上で、一定電流での充電が行われる。

その後、充電が進み、ステップＳ７で電池２の電圧値が規定電圧値に達したと判断された場合には、ステップＳ８に進み、電流の供給が停止される。具体的には、電池２へ供給していた電流を停止するよう指令する制御信号が制御部８から電源部６に出力され、電流の供給が停止される。その結果、充電は終了する。なお、ステップＳ７での判断は、所定時間が経過する毎に繰り返し行われる。

ここで、規定電圧値の設定の方法について説明する。

まず、予め電池２について、０℃未満の低温環境下で充電を行い、その際の電池２の電圧値と充電時間との関係を求め、その結果から電圧推移のカーブを求める。電圧推移のカーブは、一般的には、第１段階として、充電初期に急傾斜で上昇し、その後、第２段階として、充電初期よりも緩やかな傾斜でしばらく推移する。その後、電池２が蓄えることができる最大の容量まで充電される、いわゆる満充電の状態に近づくと、第３段階として、電圧推移のカーブは再度傾斜が急になる。その後、充電末期となると、第４段階として、電圧推移のカーブの傾斜は再度緩やかになる。

規定電圧値は、上記した電圧推移のカーブの傾斜が再度緩やかになった第４段階の領域における最大の電圧値よりも低い値に設定される。この最大の電圧値よりも低い電圧値の状態であれば、電池２が蓄えることができる最大の容量まで充電された状態よりも前の状態であるので、電池２の内部でガス圧が著しく上昇することもなく、ガス排出弁が作動することもない。

また、この規定電圧値は、上記した第３段階としての電圧推移のカーブが、再度傾斜が急になる領域に対応する電圧値に設定することが好ましい。この領域であれば、確実に満充電前の状態であり、しかも、満充電には達しないものの、ある程度充電は進行しており、電池２を使用するのにある程度の容量を確保できるからである。

ここで、一般的なニッケル水素蓄電池の場合、０℃未満の低温環境下での充電においては、規定電圧値は、１．５０Ｖ以上、１．５５Ｖ以下に設定することが好ましい。この範囲内であれば、満充電に達しないものの、ある程度の容量を確保できるだけの充電が進行した状態となるからである。

本発明は、上記のように、電池の温度が、０℃以上の場合と、０℃未満の場合とで、充電方法を切り替える充電制御方法及びこの充電制御方法を用いた充電器を提供する。電池の温度が０℃以上の場合は、充電に際し、満充電状態に近づいても電池の内部でのガス圧の著しい上昇は起こり難い。このため、通常の満充電まで充電を行う充電制御方法が採用される。一方、電池の温度が０℃未満の低温環境下の場合、充電に際し、満充電状態に近づくと電池の内部でのガス圧の著しい上昇が起こり、ガス排出弁の作動にともなうアルカリ電解液の漏出が起こり寿命特性の低下を招く。しかし、本発明の充電制御方法によれば、電池の温度が０℃未満の場合、満充電まで充電するのではなく、満充電状態となる前に予め設定した規定電圧値に達した時点で充電を終了する。これにより、低温環境下でもガス排出弁の作動にともなうアルカリ電解液の漏れやそれにともなう寿命特性の低下といったリスクの発生を抑制した状態で良好な充電を行うことができる。このため、本発明によれば、従来よりも広い温度範囲での充電に対応できる。

また、本発明に係る充電制御方法によれば、上記したように、ステップＳ５において電池２が蓄えられる最大の容量までの充電がされたとみなされないと判断した場合は、ステップＳ１に戻り、ステップＳ１及びステップＳ３にて、再度電池２の温度Ｔが判断され、また、ステップＳ７にて、電池２の電圧値が規定電圧値に達していないと判断した場合は、ステップＳ１に戻り、ステップＳ１及びステップＳ３にて、再度電池２の温度Ｔが判断される。このため、仮に、充電作業の途中で環境温度の変動などにより、電池２の温度Ｔが変化したとしても、ステップＳ１の判断により待機状態とされたり、ステップＳ３の判断により充電方法が変更される。例えば、ステップＳ３にて、電池２の温度Ｔが０℃以上であると判断し、満充電されたとみなされるまで一定電流を供給する充電方法を選択した場合、温度Ｔが変化しなければ、充電が完了するまで、ステップＳ５、ステップＳ１、ステップＳ３、ステップＳ４、ステップＳ５の順で制御が繰り返され、最後にステップＳ５で満充電されたとみなされたと判断されたときに、ステップＳ８に進み、充電が終了する。ここで、仮に、充電作業の途中で環境温度が低下し、電池２の温度Ｔが０℃未満となった場合、ステップＳ３にて、ステップＳ６、ステップＳ７への流れに制御が変更される。これにより、電池２の電圧値が規定電圧値に達した時点で充電を停止することができ、低温環境下での充電におけるリスクの発生を回避できる。

このように、本発明は、充電中も電池２の温度を監視し、環境温度の変動などにより、電池２の温度に変化があった場合であっても、ステップＳ３の判断に従い充電方法を変更することができる。つまり、本発明によれば、従来の充電方法よりも広い温度範囲でより柔軟に対応できる、アルカリ蓄電池の充電制御方法及びこの充電制御方法を用いたアルカリ蓄電池用充電器を提供することができる。

[実施例]

（１）規定電圧値の設定

５／４ＳＣサイズのニッケル水素蓄電池（公称容量３２５０ｍＡｈ）を準備した。この電池につき、－３０℃、－２０℃、－１０℃、－５℃、０℃、２５℃及び６０℃の各温度の環境下で、０．０５Ｃの充電電流で３２時間充電を行った。その際の電池の電圧と充電時間との関係を求めた。その結果のグラフを図３に示した。この図３から、各温度条件での電圧推移のカーブが得られた。

０℃未満の低温環境下で充電を行った－３０℃、－２０℃、－１０℃及び－５℃の各電圧推移のカーブを観察した。これらの電圧推移のカーブから、充電末期となる第４段階であって、傾斜が再度緩やかになる第４段階に対応する電池の電圧は、－５℃の条件が一番低く、１．５５Ｖである。このため、上記した低温環境下においては、１．５５Ｖよりも低い電圧値の状態であれば、電池２が蓄えることができる最大の容量まで充電された状態よりも前の状態であるので、電池２の内部でガス圧が著しく上昇することもなく、ガス排出弁が作動することを回避することができる。

また、満充電の状態に近づく第３段階であって、電圧推移のカーブの傾斜が再度急になる第３段階に対応する電圧は、－３０℃、－２０℃、－１０℃及び－５℃の各条件を通して１．５０Ｖである。このため、上記した低温環境下においては、１．５０Ｖ以上の電圧値の状態であれば、満充電には達していないものの、ある程度充電が進行しており、電池２を使用するための容量が確保できる。

以上より、規定電圧値は、１．５０Ｖ以上、１．５５Ｖ以下（図３において、網掛けで示した範囲）に設定することが好ましいと把握した。なお、この規定電圧値は電池の構成材料等によっては異なる場合がある。

（２）規定電圧値を１．５０Ｖとした充電制御方法による充電

（i）実施例１

５／４ＳＣサイズのニッケル水素蓄電池（公称容量３２５０ｍＡｈ）を準備した。この電池につき、－３０℃の環境下にて、０．０５Ｃの充電電流で充電を行い、電池の電圧が１．５０Ｖに達した時点で電流の供給を停止し、充電を終了させた。この充電の際の電圧と充電時間との関係を求め、電圧推移のカーブを得た。その結果を図４に示した。

充電が終了した電池につき、－３０℃の環境下にて、１Ａの放電電流で電池の電圧が０．６Ｖになるまで放電させた。このときの電池の電圧と放電容量との関係を図５に示した。

（ii）実施例２

－２０℃の環境下にて充電及び放電を行ったことを除いて、実施例１と同様にして電圧推移のカーブ、及び、電池の電圧と放電容量との関係を求めた。その結果を図４、図５に併せて示した。

（iii）考察

図４より、実施例１及び実施例２の電圧推移のカーブにおいては、充電末期となる第４段階よりも前に充電が終了していることがわかる。

図５より、－２０℃の環境下にて充放電した実施例２の放電容量は約１１００ｍＡｈを確保できており、－３０℃の環境下にて充放電した実施例１の放電容量でも約６５０ｍＡｈを確保できていることがわかる。

このことから、充電末期まで充電せず、規定電圧値（１．５０Ｖ）に達した時点で充電を終了させても、電池を使用するための容量をある程度確保できているといえる。

（３）低温環境下でのサイクル試験

（i）実施例３

５／４ＳＣサイズのニッケル水素蓄電池（公称容量３２５０ｍＡｈ）を準備した。

まず、準備した電池の質量を測定し、初期質量値を求めた。

次に、この電池につき、－２０℃の環境下にて、０．１６３Ａの充電電流で充電を行い、電池の電圧が１．５０Ｖに達した時点で電流の供給を停止して充電を終了させた後、１時間放置して休止状態とした。次いで、－２０℃の環境下にて、１Ａの放電電流で９０分間の放電を行った後、１時間放置して休止状態とした。

ここで、上記した充電の際の電池の電圧と充電時間との関係から電圧推移のカーブを求めた。この電圧推移のカーブを図６に示した。

上記した充放電のサイクルを１サイクルとして充放電を繰り返し、各サイクルの終了時に電池の質量を測定して各サイクルにおける質量値を求めた。そして、初期質量値から各サイクルにおける質量値を減算し、各サイクルの質量減少量を求めた。

電池の質量減少量と、サイクル回数との関係を求め、その結果を図７に示した。

（ii）比較例１

電池の電圧が１．５０Ｖに達した時点で電流の供給を停止して充電を終了させることを行わず、充電開始から２０時間経過した時点で充電を終了させたことを除いて、実施例３と同様にしてサイクル試験を行った。ここで、比較例１の電圧推移のカーブは図８に示した。また、比較例１の電池の質量減少量の結果についても、図７に併せて示した。

（iii）考察

図６より、実施例３の電圧推移のカーブにおいては、充電末期の第４段階となる前に充電が終了しており、実施例３の電池が蓄えられる最大の容量までの充電がされてはいないことがわかる。

一方、図８より、比較例１の電圧推移のカーブにおいては、充電末期の第４段階まで充電が継続されており、比較例１の電池が蓄えられる最大の容量までの充電がされたとみなすことができる。

次に、図７より、実施例３の電池は、質量減少量が０ｍｇであり、電池の質量減が発生していないことがわかる。これは、実施例３の電池では、蓄えられる最大の容量までの充電がされてはいないので、電池の内部でガス圧が著しく上昇する前に充電が終了していることから、ガス排出弁が作動することはなく、アルカリ電解液が外部に放出されていないためであると考えられる。

一方、比較例１の電池は、サイクル回数が増えるに従って質量減少量が増えており、電池の質量減が発生していることがわかる。これは、比較例１の電池では、蓄えられる最大の容量までの充電がなされていることから、電池の内部でガス圧が著しく上昇することが起こっており、ガス排出弁が作動し、アルカリ電解液が外部に放出されたためであると考えられる。つまり、低温環境下においても従来のように電池が蓄えられる最大の容量までの充電がされたとみなされるまで充電を行う充電制御を行うと、アルカリ電解液の漏出が起こり、電池の寿命も短くなることがわかる。

以上より、低温環境下の充電においては、規定電圧値に達した時点で充電を停止する充電制御を行うことが、アルカリ電解液の漏出を防止し、電池の長寿命化を図ることができ、低温環境下での充電に適していることがわかる。このため、０℃以上の環境下では、電池が蓄えられる最大の容量までの充電がされたとみなされるまで充電を行う充電制御を行い、０℃未満の低温環境下では、規定電圧値に達した時点で充電を停止する充電制御を行うというように、電池の温度により充電方法を切り替える本発明に係る充電制御方法は、従来よりも広い温度範囲での充電に対応できる、優れた充電制御方法であるといえる。

なお、本発明は、上記した実施形態及び実施例に限定されるものではなく、種々の変形が可能であり、アルカリ蓄電池としては、ニッケル水素蓄電池のほか、ニッケルカドミウム蓄電池であってもよい。

＜本発明の態様＞

本発明の第１の態様は、電池の温度Ｔが０℃未満であるか否かを判断する温度判断ステップと、前記温度判断ステップにて、前記温度Ｔが０℃以上であると判断した場合には、前記電池へ一定の電流を供給して充電を行う第１の充電ステップと、前記第１の充電ステップで充電が行われている前記電池について、前記電池が蓄えることができる最大の容量まで充電されたとみなされたか否かを判断する満充電判断ステップと、前記温度判断ステップにて、前記温度Ｔが０℃未満であると判断した場合には、前記電池へ一定の電流を供給して充電を行う第２の充電ステップと、前記第２の充電ステップで充電が行われている前記電池の電圧値が、前記電池が蓄えることができる最大の容量まで充電されたとみなされたときの電圧値よりも低い範囲内にて予め設定した規定電圧値に達したか否かを判断する規定電圧値判断ステップと、を備えており、前記満充電判断ステップにて、前記電池が蓄えることができる最大の容量まで充電されたとみなされないと判断した場合には、前記温度判断ステップに戻って前記温度Ｔの判断を再度行い、前記電池が蓄えることができる最大の容量まで充電されたとみなされたと判断した場合には、前記電流の供給を停止して充電を終了させ、前記規定電圧値判断ステップにて、前記電池の電圧値が前記規定電圧値に達していないと判断した場合には、前記温度判断ステップに戻って前記温度Ｔの判断を再度行い、前記電池の電圧値が前記規定電圧値に達したと判断した場合には、前記電流の供給を停止して充電を終了させる、アルカリ蓄電池の充電制御方法である。

本発明の第２の態様は、電池の温度を測定する温度測定部と、前記電池の電圧を測定する電圧測定部と、前記電池に充電のための電流を供給する電源部と、前記電源部の動作を制御する制御部と、を備えており、前記制御部は、前記温度測定部によって測定された前記電池の温度Ｔの情報を基に、前記温度Ｔが０℃未満か否かを判断する処理と、前記温度Ｔが０℃以上であると判断した場合には、前記電池へ一定の電流を供給するよう前記電源部に指令を送って充電を行わせ、前記電池が蓄えることができる最大の容量まで充電されたとみなされたか否かを判断する処理と、前記電池が蓄えることができる最大の容量まで充電されたとみなされないと判断した場合には、前記温度Ｔが０℃未満か否かを再度判断する処理と、前記電池が蓄えることができる最大の容量まで充電されたとみなされたと判断した場合には、前記電流の供給を停止するよう前記電源部へ指令を送る処理と、前記温度Ｔが０℃未満であると判断した場合には、前記電池へ一定の電流を供給するよう前記電源部に指令を送って充電を行わせ、前記電圧測定部によって測定された前記電池の電圧値が、前記電池が蓄えることができる最大の容量まで充電されたとみなされたときの電圧値よりも低い範囲内にて予め設定した規定電圧値に達したか否かを判断する処理と、前記電池の電圧値が、前記規定電圧値に達していないと判断した場合には、前記温度Ｔが０℃未満か否かを再度判断する処理と、前記電池の電圧値が、前記規定電圧値に達したと判断した場合には、前記電流の供給を停止するよう前記電源部へ指令を送る処理と、を実行する、アルカリ蓄電池用充電器である。

１ アルカリ蓄電池用充電器（充電器）
２ 電池
４ 電池ホルダ
６ 電源部
８ 制御部
１０ 電圧測定部（電圧計）
１２ 温度測定部（温度センサ）

Claims (4)

1. 電池の温度Ｔが０℃未満であるか否かを判断する温度判断ステップと、
   前記温度判断ステップにて、前記温度Ｔが０℃以上であると判断した場合には、前記電池へ一定の電流を供給して充電を行う第１の充電ステップと、
   前記第１の充電ステップで充電が行われている前記電池について、前記電池が蓄えることができる最大の容量まで充電されたとみなされたか否かを判断する満充電判断ステップと、
   前記温度判断ステップにて、前記温度Ｔが０℃未満であると判断した場合には、前記電池へ一定の電流を供給して充電を行う第２の充電ステップと、
   前記第２の充電ステップで充電が行われている前記電池の電圧値が、前記電池が蓄えることができる最大の容量まで充電されたとみなされたときの電圧値よりも低い範囲内にて予め設定した規定電圧値に達したか否かを判断する規定電圧値判断ステップと、を備えており、
   前記満充電判断ステップにて、前記電池が蓄えることができる最大の容量まで充電されたとみなされないと判断した場合には、前記温度判断ステップに戻って前記温度Ｔの判断を再度行い、前記電池が蓄えることができる最大の容量まで充電されたとみなされたと判断した場合には、前記電流の供給を停止して充電を終了させ、
   前記規定電圧値判断ステップにて、前記電池の電圧値が前記規定電圧値に達していないと判断した場合には、前記温度判断ステップに戻って前記温度Ｔの判断を再度行い、前記電池の電圧値が前記規定電圧値に達したと判断した場合には、前記電流の供給を停止して充電を終了させる、アルカリ蓄電池の充電制御方法。
2. 前記電池について、予め０℃未満の低温環境下で充電を行い、その際の前記電池の電圧値と充電時間との関係から電圧推移のカーブを求めて、前記電圧推移のカーブの傾斜が第１の傾斜で上昇する充電初期の第１段階と、その後、前記第１の傾斜よりも緩やかな第２の傾斜となる第２段階と、その後、前記電池が蓄えることができる最大の容量まで充電される状態に近づき前記第２の傾斜よりも急な第３の傾斜となる第３段階と、その後、充電末期となり、前記第３の傾斜よりも緩やかな第４の傾斜となる第４段階と、を把握しておき、前記規定電圧値を、前記第３段階に対応する電圧値に設定している、請求項１に記載のアルカリ蓄電池の充電制御方法。
3. 電池の温度を測定する温度測定部と、前記電池の電圧を測定する電圧測定部と、前記電池に充電のための電流を供給する電源部と、前記電源部の動作を制御する制御部と、を備えており、
   前記制御部は、
   前記温度測定部によって測定された前記電池の温度Ｔの情報を基に、前記温度Ｔが０℃未満か否かを判断する処理と、
   前記温度Ｔが０℃以上であると判断した場合には、前記電池へ一定の電流を供給するよう前記電源部に指令を送って充電を行わせ、前記電池が蓄えることができる最大の容量まで充電されたとみなされたか否かを判断する処理と、
   前記電池が蓄えることができる最大の容量まで充電されたとみなされないと判断した場合には、前記温度Ｔが０℃未満か否かを再度判断する処理と、
   前記電池が蓄えることができる最大の容量まで充電されたとみなされたと判断した場合には、前記電流の供給を停止するよう前記電源部へ指令を送る処理と、
   前記温度Ｔが０℃未満であると判断した場合には、前記電池へ一定の電流を供給するよう前記電源部に指令を送って充電を行わせ、前記電圧測定部によって測定された前記電池の電圧値が、前記電池が蓄えることができる最大の容量まで充電されたとみなされたときの電圧値よりも低い範囲内にて予め設定した規定電圧値に達したか否かを判断する処理と、
   前記電池の電圧値が、前記規定電圧値に達していないと判断した場合には、前記温度Ｔが０℃未満か否かを再度判断する処理と、
   前記電池の電圧値が、前記規定電圧値に達したと判断した場合には、前記電流の供給を停止するよう前記電源部へ指令を送る処理と、を実行する、アルカリ蓄電池用充電器。
4. 前記電池について、予め０℃未満の低温環境下で充電を行い、その際の前記電池の電圧値と充電時間との関係から電圧推移のカーブを求めて、前記電圧推移のカーブの傾斜が第１の傾斜で上昇する充電初期の第１段階と、その後、前記第１の傾斜よりも緩やかな第２の傾斜となる第２段階と、その後、前記電池が蓄えることができる最大の容量まで充電される状態に近づき前記第２の傾斜よりも急な第３の傾斜となる第３段階と、その後、充電末期となり、前記第３の傾斜よりも緩やかな第４の傾斜となる第４段階と、を把握しておき、前記規定電圧値を、前記第３段階に対応する電圧値に設定している、請求項３に記載のアルカリ蓄電池用充電器。

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