(57)【要約】【課題】種類の異なる二次電池の再生処理を確実且つ簡単に除去することが可能な二次電池再生装置を提供する。【解決手段】二次電池再生装置は、可変抵抗ＶＲ１，ＶＲ２の抵抗値を変化させることで周期およびパルス幅が調整された出力パルスを出力するパルス発生回路１と、パルス発生回路１から出力されるパルス信号によって駆動される電界効果トランジスタＴｒ１を有し、電界効果トランジスタＴｒ１のオン時に二次電池Ｂに直流パルスを印加するパルス印加回路２を備え、可変抵抗ＶＲ３の抵抗値を変化させることで二次電池Ｂに印加される直流パルスのピーク電圧が調整される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
二次電池の電極間に直流パルスを印加する直流パルス印加手段を具備し、前記電極間に直流パルスを印加することによって前記電極に付着した析出物を除去する二次電池再生装置において、前記直流パルスの周期を調整する周期調整手段と、前記直流パルスのパルス幅を調整するパルス幅調整手段と、前記直流パルスの波高値を調整する波高値調整手段とを設けたことを特徴とする二次電池再生装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、劣化した二次電池を再生するための二次電池再生装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、電車や電動フォークリフトなどの車輌向けの電力源として鉛蓄電池が使用されている。図９は鉛蓄電池Ｂの概略的な構成図であり、正極３０に二酸化鉛（ＰｂＯ２）、負極３１に鉛（Ｐｂ）、電解液３２に希硫酸（Ｈ２ＳＯ４）を用いている。
【０００３】
このような鉛蓄電池を長期間使用すると、充放電の繰り返しによって正極３０および負極３１の表面にサルフェーションが生成される。このサルフェーションは硫酸鉛（ＰｂＳＯ４）が結晶化したもので、電気伝導性およびイオン伝導性を有していないため、鉛蓄電池Ｂの容量の低下をもたらし、また電極板の格子の腐食も促進されるため、鉛蓄電池Ｂの寿命が短くなる要因となっていた。そして、数年間使用した鉛蓄電池Ｂは、サルフェーションの付着によって容量が著しく低下し、寿命と判断されて廃棄されていた。
【０００４】
ところで、近年、資源の有効活用やゴミの減量化に対する要求が高まっており、鉛蓄電池Ｂの電極板に付着したサルフェーションを取り除くことで、鉛蓄電池Ｂを再生させる装置が提供されている。この種の再生装置では、鉛蓄電池Ｂの電極板に予め決められた一定電圧の直流パルスを印加することによって、電極板に付着したサルフェーションを分子分解するとともに、炭素懸濁液を鉛蓄電池Ｂの電解液に用いて直流電圧を印加することにより鉛蓄電池の陽極を電気化学的にドーピングして活性化していた（例えば特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２０００−４０５３７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、鉛蓄電池Ｂの電極板に付着するサルフェーションの付き具合は電池の使用状態によって異なり、また鉛蓄電池Ｂの種類に応じて（容量の違いに応じて）、電極板の大きさが異なり、それによってサルフェーションの付き具合も異なるから、一定電圧の直流パルスを印加する再生装置では、全ての鉛蓄電池に対応できず、再生率が３０％程度と低かった。また鉛蓄電池Ｂの種類の違いによってサルフェーションの付き具合が異なり、それによって印加する直流パルスの電圧値も異なってくるが、直流パルスの電圧値が固定の場合には鉛蓄電池Ｂの種類毎に最適な電圧値の直流パルスを印加する再生装置を用意する必要があり、再生装置の種類が増えてしまうという問題もあった。また直流パルスを印加する工程とは別に、鉛蓄電池Ｂの電解液に炭素懸濁液を添加して、直流電圧を印加する工程が必要になり、さらに添加する炭素懸濁液を別途用意する必要があるから、作業が面倒であった。
【０００６】
本発明は上記問題点に鑑みて為されたものであり、その目的とするところは、種類の異なる二次電池の再生処理を確実且つ簡単に除去することが可能な二次電池再生装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明は、二次電池の電極間に直流パルスを印加する直流パルス印加手段を具備し、電極間に直流パルスを印加することによって電極に付着した析出物を除去する二次電池再生装置において、直流パルスの周期を調整する周期調整手段と、直流パルスのパルス幅を調整するパルス幅調整手段と、直流パルスの波高値を調整する波高値調整手段とを設けたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、再生作業を行う作業者が、二次電池の電極間に直流パルスを印加した状態で電極に付着した析出物が除去される様子を見ながら、周期調整手段とパルス幅調整手段と波高値調整手段とを用いて、直流パルスの周期とパルス幅と波高値とを調整することができるから、析出物の付着状態や二次電池の種類の違いに応じた直流パルスを二次電池の電極間に印加することができ、二次電池の再生率を高めることができる。さらに再生対象の二次電池の定格電圧や容量の違いによって、電極自体の大きさや電極に付着する析出物の量が異なるが、直流パルスの周期とパルス幅と波高値とを調整することで、種類の異なる二次電池にも容易に対応できるという効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下に本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。本実施形態の二次電池再生装置は鉛蓄電池やアルカリ蓄電池のような二次電池Ｂの再生に用いられるものであり、図１に全体の回路図を、図２に要部の回路図をそれぞれ示す。
【００１０】
本装置は、パルス発生回路１、パルス印加回路２、電流表示回路３、および電源回路４からなる再生回路部Ａと、ファン５と、ファン用電源６とを筐体の内部に収納してあり、パルス発生回路１とパルス印加回路２とで直流パルス印加手段が構成される。なお図１では再生回路部Ａを１チャンネル分しか図示していないが、本装置に６個の二次電池Ｂを同時に接続して再生処理が行えるように、筐体の内部には６チャンネル分の再生回路部Ａを収納してある。
【００１１】
電源回路４は、パルス発生回路１に電源を供給するＤＣ６Ｖ５Ａの直流電源４ａと、パルス印加回路２に電源を供給するＤＣ２４Ｖ１０Ａの直流電源４ｂとを具備し、各直流電源４ａ，４ｂは装置全体の電源スイッチＳＷ０を介して商用電源に接続される。なお電源スイッチＳＷ０と抵抗Ｒ０とを介してパイロットランプＰＬが商用電源に接続されており、電源スイッチＳＷ０のオン／オフに応じて各系統の再生回路部Ａへの電源供給がオン／オフされると、パイロットランプＰＬが点灯／消灯するようになっている。
【００１２】
図２はパルス発生回路１の回路図であり、パルス発生部１ａと、パルス幅調整部１ｂと、電源部１ｃとで構成される。
【００１３】
パルス発生部１ａは、Ｃ−ＭＯＳインバータＧ１，Ｇ２，Ｇ３と、抵抗Ｒ１，Ｒ２と、コネクタＣＮ１を介して接続される可変抵抗ＶＲ１と、コンデンサＣ１，Ｃ２とを用いた周知の無安定マルチバイブレータであり、その出力端子間（インバータＧ１，Ｇ２の接続点と回路のグランドとの間）にはコンデンサＣ３及び抵抗Ｒ３の直列回路が接続されている。ここで、パルス発生部１ａから出力される出力パルスＳ１の周期Ｔは、抵抗Ｒ２及び可変抵抗ＶＲ１の合成抵抗値とコンデンサＣ２の静電容量値とで決定され、周期調整手段としての可変抵抗ＶＲ１の抵抗値を変化させることで周期Ｔを変化させることができる。図７（ａ）〜（ｄ）は二次電池Ｂに印加される直流パルスの波形図を示し、可変抵抗ＶＲ１の抵抗値を変化させることによって、直流パルスの周期Ｔが４１μＳ（同図（ａ））、５７μＳ（同図（ｂ））、３３μＳ（同図（ｃ））、２８μＳ（同図（ｄ））のように調整される。直流パルスの周波数（つまり周期Ｔ）の調整範囲は再生する二次電池Ｂの種類や容量に応じて適宜設定すれば良く、抵抗Ｒ２、可変抵抗ＶＲ１、およびコンデンサＣ２の回路定数の設定により、例えば周波数ｆを０Ｈｚ＜ｆ≦３００ｋＨｚの範囲で調整可能とし、周期Ｔを３．３μＳ以上の範囲で調整可能とするのが好ましい。なお周波数の下限値は０よりも大きい適宜の値であり、回路定数の設定により実現可能な範囲でできるだけ小さい値に設定するのが好ましい。
【００１４】
またパルス幅調整部１ｂは、ワンショットマルチバイブレータＩＣ１と、抵抗Ｒ４と、コネクタＣＮ２を介して接続される可変抵抗ＶＲ２と、コンデンサＣ４と、ワンショットマルチバイブレータＩＣ１の出力端子に接続されたＣ−ＭＯＳインバータＧ４と、入力端子間および出力端子間がそれぞれ短絡されるとともに、入力端子がインバータＧ４の出力端子に接続されたＣ−ＭＯＳインバータＧ５〜Ｇ８と、Ｃ−ＭＯＳインバータＧ５〜Ｇ８の出力端子と回路のグランドとの間に接続された抵抗Ｒ５とを備え、抵抗Ｒ５の両端間に発生するパルス信号がコネクタＣＮ３を介してパルス印加回路２に出力される。ここで、パルス発生回路１ａからコンデンサＣ３を介してワンショットマルチバイブレータＩＣ１にパルス信号Ｓ１が入力されると、このパルス信号Ｓ１の立ち上がりをトリガとして、ワンショットマルチバイブレータＩＣ１の出力端からパルス幅Ｗが調整されたパルス信号Ｓ２が出力される。ここで、パルス信号Ｓ２のパルス幅Ｗは、ワンショットマルチバイブレータＩＣ１の調整端子に接続された抵抗Ｒ４および可変抵抗ＶＲ２の合成抵抗値とコンデンサＣ４の静電容量とで決定され、パルス幅調整手段としての可変抵抗ＶＲ２の抵抗値を変化させることでパルス幅Ｗを変化させることができる。図８（ａ）〜（ｄ）は二次電池Ｂに印加される直流パルスの波形図であり、可変抵抗ＶＲ２の抵抗値を変化させることでパルス幅Ｗを１μＳ（同図（ａ））、２μＳ（同図（ｂ））、４μＳ（同図（ｃ））、１０μＳ（同図（ｄ））のように変化させることができる。なお直流パルスＳ２のパルス幅は、再生する二次電池Ｂの種類や容量に応じて適宜設定すれば良く、抵抗Ｒ４、可変抵抗ＶＲ２、およびコンデンサＣ４の回路定数の設定によって、パルス幅Ｗを例えば０＜Ｗ≦１５μＳの範囲で調整可能とするのが好ましい。なおパルス幅Ｗの下限値は０よりも大きい適宜の値であり、回路定数の設定により実現可能な範囲でできるだけ小さい値に設定するのが好ましい。
【００１５】
また電源部１ｃは、コネクタＣＮ４を介して直流電源４ａから入力される直流電圧を、パルス発生部１ａおよびパルス幅調整部１ｂの動作に必要な直流電圧に変換するＤＣ−ＤＣコンバータＩＣ２を有し、ＤＣ−ＤＣコンバータＩＣ２の出力電圧はコネクタＣＮ５を介して電流表示回路３に供給される。なお直流電源４ａの出力端子間とコネクタＣＮ４との間には電源スイッチＳＷ１が電気的に接続されており、電源スイッチＳＷ１をオン／オフすることで、電源部１ｃへの電源供給がオン／オフされる。またコネクタＣＮ４の両端間には抵抗Ｒ５を介してパイロットランプＰＬ１が接続されており、電源スイッチＳＷ１のオン／オフに応じてパイロットランプＰＬ１が点灯又は消灯し、電源部１ｃへの通電状態を表示するようになっている。
【００１６】
一方、パルス印加回路２は、直流電源４ｂの正極に入力端子が接続されるとともに、グランド端子が抵抗Ｒ７を介して直流電源４ｂの負極に接続された３端子レギュレータＩＣ３と、抵抗Ｒ７の両端間に並列接続された可変抵抗ＶＲ３と、３端子レギュレータＩＣ３の出力端子とグランド端子との間に接続された抵抗Ｒ６と、３端子レギュレータＩＣ３の出力端子に電流検出用の抵抗Ｒ８を介して一端が接続された電界効果トランジスタＴｒとを備え、電界効果トランジスタＴｒ１の他端側に二次電池Ｂの正極が接続される端子Ｐ１を電気的に接続するとともに、直流電源４ｂの負極にヒューズＦとダイオードＤ１とを介して二次電池Ｂの負極が接続される端子Ｐ２を電気的に接続してある。ここで、電源スイッチＳＷ０がオンになると、電源スイッチＳＷ０を介して直流電源４ｂに商用電源が供給され、直流電源４ｂからパルス印加回路２に電源が供給される。そして、パルス発生回路１のパルス幅調整部１ｂからトランジスタＴｒ１のゲートにパルス信号Ｓ２が入力されると、トランジスタＴｒ１がオン／オフし、トランジスタＴｒ１のオン時に３端子レギュレータＩＣ３→抵抗Ｒ８→トランジスタＴｒ１→端子Ｐ１→二次電池Ｂ→端子Ｐ２→ヒューズＦ→３端子レギュレータＩＣ３の経路でパルス信号Ｓ２と周期およびパルス幅が等しい直流パルスＳ３が印加される。なお直流パルスＳ３の波高値（電流および電圧）は、３端子レギュレータＩＣ３のグランド端子と回路のグランドとの間に接続された抵抗Ｒ７及び可変抵抗ＶＲ３の合成抵抗によって決定され、波高値調整手段としての可変抵抗ＶＲ３の抵抗値を変化させることで直流パルスＳ３の波高値（電流および電圧）を変化させることができる。図７（ａ）（ｃ）（ｄ）は二次電池Ｂに印加される直流パルスの波形図であり、可変抵抗ＶＲ３の抵抗値を変化させることによって直流パルスのピーク電圧Ａを１５０ｍＶ（同図（ａ））、１１５ｍＶ（同図（ｃ））、１７０ｍＶ（同図（ｄ））のように変化させることができる。なお直流パルスＳ３の波高値Ａは、再生する二次電池Ｂの種類や容量に応じて適宜設定すれば良く、抵抗Ｒ７および可変抵抗ＶＲ３の回路定数の設定によって、例えば直流パルスのピーク電圧Ａを０＜Ａ≦２Ｖの範囲で調整可能とし、ピーク電流を０〜３Ａの範囲で調整可能とするのが好ましい。なお直流パルスのピーク電圧Ａの下限値およびピーク電流の下限値はそれぞれ０よりも大きい適宜の値であり、回路定数の設定により実現可能な範囲でできるだけ小さい値に設定するのが好ましい。
【００１７】
また電流表示回路３は、３端子レギュレータＩＣ３の出力端子とトランジスタＴｒ１との間に接続された電流検出用の抵抗Ｒ８と、この抵抗Ｒ８の両端間にダイオードＤ２を介して接続された調整用の可変抵抗ＶＲ４とコンデンサＣ５からなる並列回路と、可変抵抗ＶＲ４の一端側と中間端子との間の電圧から直流パルスＳ３の電流値を検出して、ＬＥＤ或いはＬＣＤからなる表示部に表示させるパネルメータ１５とを備え、パネルメータ１５はパネル発生回路１の電源部１ｃから電源供給を受けて動作する。
【００１８】
次に図３及び図４を参照して二次電池再生装置の構造を説明する。二次電池再生装置の筐体１０は横長の直方体状であって、この筐体１０の内部には上述の再生回路部Ａが複数組（例えば６組分）収納されるとともに、ファン５と、ファン用電源６などが収納されている。そして筐体１０の前面パネルには、各組の再生回路部Ａに対応してトグルスイッチからなる電源スイッチＳＷ１の摘み１１と、回転型の可変抵抗器からなる可変抵抗ＶＲ１，ＶＲ２，ＶＲ３の回転子に被せた回転摘み１２，１３，１４と、電流値を表示するパネルメータ１５の表示部とが、左右に並べて６組分配置されている。また筐体１０の背面には、各組の再生回路部Ａに対応して出力端子Ｐ１，Ｐ２とヒューズＦとが左右に並べて６組分配置されている。また筐体１０の側面には把手１６が取着されている。尚、図１において点線ＦＰで囲んだ部品が前面パネルに配置される部品を示し、点線ＲＰで囲んだ部品が背面パネルに配置される部品を示している。また、図３及び図４ではパイロットランプＰＬ、ＰＬ１を省略して図示しているが、パイロットランプＰＬ，ＰＬ１は外部より目視可能な位置に配置してある。
【００１９】
また図５は二次電池再生装置を収容するラック２０の外観斜視図を示しており、ラック２０には３段の棚板２１が設けられ、各棚板２１に上述の二次電池再生装置や、バッテリＢを充電する後述の充電装置（図示せず）が載せられる。またラック２０の脚部２２にはキャスター２３が取り付けられており、キャスター２３が転がることによって、ラック２０を所望の場所まで移動させて作業を行えるようになっている。
【００２０】
次にこの二次電池再生装置を用いて二次電池を再生する手順について図６を参照して説明する。容量の低下した二次電池が持ち込まれると、先ず外観検査を行って機械的な損傷の有無を検査するとともに、使用中に付着した塵埃の清掃処理を行う（ステップＳ１０）。次に、二次電池の現在の状態をチェックするために、充電装置により二次電池を充電して（ステップＳ１１）、各セル毎の比重、電圧、放電可能時間、ＣＣＡなどの検査を行う。そして、これらの検査結果をもとに、作業者はどの程度の周期、パルス幅、ピーク電圧の直流パルスを印加するべきかを判断し、二次電池再生装置の出力端子Ｐ１，Ｐ２に二次電池Ｂを接続し、筐体１０前面の回転摘み１２，１３，１４を用いて直流パルスの周期、パルス幅、ピーク電圧を所望の値に調整した後、直流パルスを印加して電極に付着したサルフェーションを分子分解させる（ステップＳ１２）。その後、二次電池Ｂを約６０分間静置して（ステップＳ１３）、放電させることで（ステップＳ１４）、放電時間率に対する電圧値を測定する（ステップＳ１５）。さらに、二次電池Ｂを充電して、その時の電圧値と比重とを測定し（ステップＳ１６）、これらの結果をもとに良否判定を行う。そして、結果が良好であれば、二次電池Ｂの清掃や各種の性能検査を行い（ステップＳ１７）、検査成績表を添付して納品する（ステップＳ１８）。なお、ステップＳ１６の判定結果が不良であれば、ステップＳ１２に戻って上述の処理を繰り返し行い、再度サルフェーションの除去処理を行う。
【００２１】
以上のような方法で二次電池Ｂの再生処理を行うのであるが、二次電池Ｂの容量の違いや使用状況の違いによって、サルフェーションの付着状況が異なるため、個々の二次電池Ｂ毎に直流パルスの周期とパルス幅と波高値を変化させることが好ましく、本実施形態では周期調整手段とパルス幅調整手段と波高値調整手段とを設けることによって直流パルスの周期とパルス幅と波高値（ピーク電圧、ピーク電流）を所望の値に調整可能とし、個々の二次電池Ｂに対応できるようにしている。
【００２２】
なお、直流パルスの周期、パルス幅、およびピーク電圧の調整範囲は、二次電池Ｂの容量によってある程度調整範囲が定まり、例えば１２Ｖの鉛蓄電池の場合、容量が２６Ａの小型のものでは直流パルスの電圧を３５０ｍＶ〜４５０ｍＶ、周期を２０ｋＨｚ〜２２ｋＨｚ、パルス幅を１０μＳ前後の値とするのが好ましく、容量が８５Ａの中型のものでは直流パルスの電圧を４５０ｍＶ〜５００ｍＶ、周期を２０ｋＨｚ〜２５ｋＨｚ、パルス幅を１０μＳ前後の値とするのが好ましく、さらに容量が１５５Ａの大型のものでは直流パルスの電圧を４５０ｍＶ〜５００ｍＶ、周期を２０ｋＨｚ〜２５ｋＨｚ、パルス幅を１０μＳ前後の値とするのが好ましい。また２Ｖや６Ｖの鉛蓄電池の場合は、直流パルスの電圧を４００ｍＶ〜７００ｍＶ、周期を２０ｋＨｚ〜２５ｋＨｚ、パルス幅を１０μＳ前後の範囲で調整すれば良く、本実施形態の二次電池再生装置を用いれば、電圧や容量の違う二次電池の再生処理を１台の二次電池再生装置で行うことが可能である。
【００２３】
なお、上記の説明では本実施形態を用いた鉛蓄電池の再生処理について説明を行ったが、本実施形態の二次電池再生装置を用いれば、電解液にアルカリ溶液を用いる二次電池（アルカリ蓄電池）の再生処理を行うことも可能である。例えば負極活物質にＦｅを、正極活物質にＮｉＯＯＨをそれぞれ用い、電解液にＫＯＨ水溶液を用いた鉄−ニッケル蓄電池の場合、長期間の使用によって電極にＦｅ（ＯＨ）２及びＮｉ（ＯＨ）２がそれぞれ析出して、蓄電池の容量が低下するのであるが、このアルカリ蓄電池を再生するために上記の二次電池再生装置を用いて鉛蓄電池の場合と同程度の大電流を流して充電したとしても、短時間で自然放電してしまい、またアルカリ蓄電池が熱を持つために電解液が蒸発してしまうという問題があった。そこで、本発明者らは、充電時にアルカリ蓄電池が熱を持たないように、上記の二次電池再生装置を用いて微電流（約３Ａ）を２０時間程度の長時間印加すれば良いことを発見し、上述と同様に直流パルスの周期、パルス幅、およびピーク電圧を適宜調整することで、１台の二次電池再生装置により鉛蓄電池とアルカリ蓄電池の両方の再生処理を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本実施形態の二次電池再生装置の全体回路図である。
【図２】同上の要部回路図である。
【図３】同上の外観斜視図である。
【図４】同上を示し、（ａ）は正面図、（ｂ）は背面図である。
【図５】同上を載せるラックの外観斜視図である。
【図６】同上を用いた再生処理方法を説明するフロー図である。
【図７】（ａ）〜（ｄ）は直流パルスの波形図である。
【図８】（ａ）〜（ｄ）は直流パルスの波形図である。
【図９】鉛蓄電池の概略構成図である。
【符号の説明】
【００２５】
１  パルス発生回路
２  パルス印加回路
Ｔｒ１  電界効果トランジスタ
ＶＲ１  可変抵抗
ＶＲ２  可変抵抗
ＶＲ３  可変抵抗
Ｂ  二次電池
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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