(57)【要約】【課題】アルカリ二次電池の過充電だけを実施する従来の再生方法よりも優れたアルカリ二次電池の再生方法を提供することを目的とする。【解決手段】電池ケースの内部に電解液とともに発電要素を収容したアルカリ二次電池の再生方法であって、前記アルカリ二次電池を過充電状態に制御して、前記電池ケース内で水素を発生させる水素発生工程と、前記アルカリ二次電池の使用を開始してから、前記過充電状態の制御が終わるまでに減少した電解液の減少量を測定する測定工程と、前記減少量に応じた電解液を補う電解液注入工程であって、加圧雰囲気下で気相状態の電解液が存在する加湿槽内に前記アルカリ二次電池を配置することにより、前記電池ケースの内部に電解液を注入する電解液注入工程と、を有する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電池ケースの内部に電解液とともに発電要素を収容したアルカリ二次電池の再生方法であって、
前記アルカリ二次電池を過充電状態に制御して、前記電池ケース内で水素を発生させる水素発生工程と、
前記アルカリ二次電池の使用を開始してから、前記過充電状態の制御が終わるまでに減少した電解液の減少量を測定する測定工程と、
前記減少量に応じた電解液を補う電解液注入工程であって、加圧雰囲気下で気相状態の電解液が存在する加湿槽内に前記アルカリ二次電池を配置することにより、前記電池ケースの内部に電解液を注入する電解液注入工程と、
を有することを特徴とするアルカリ二次電池の再生方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、使用済のアルカリ二次電池の再生方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
電気自動車、ハイブリッド自動車などには、車両走行用モータに作動電力を供給する車載電池が搭載されている。車載電池として、電槽に正極体、負極体及び電解液を収納した二次電池が知られている。
【０００３】
従来、使用によって劣化した車載電池は、使用済電池として廃棄されていた。そのため、ユーザは、新しい車載電池と使用済の車載電池とを交換しなければならず、ユーザ側の経済的な負担が大きかった。一方、使用済の車載電池を再生させることができれば、ユーザは、新しい車載電池と交換する必要がなくなるため、ユーザ側の経済的負担が軽減される。ここで、電池の再生方法として、電池を過充電する方法が知られている（たとえば、特許文献３参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平０８−３１５８６８号公報
【特許文献２】特開２０１３−０２０８１７号公報
【特許文献３】特開平０８−１９１５４６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、電池を過充電すると、水素が発生して、電解液の液量が減少してしまう。また、電解液は、車載電池の使用中に、圧力弁や、電極端子および電槽の隙間から放出されたり、電槽を透過したりすることなどによって、減少するため、電池再生を行うときに、そもそも電解液が不足している場合が多い。そのため、電池を過充電するだけでは、電解液の量が減少したままであり、電池の再生処理として不十分である。そこで、本願発明は、電池の過充電だけを実施する従来の再生方法よりも優れた電池の再生方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、本願発明は、電池ケースの内部に電解液とともに発電要素を収容したアルカリ二次電池の再生方法であって、前記アルカリ二次電池を過充電状態に制御して、前記電池ケース内で水素を発生させる水素発生工程と、前記アルカリ二次電池の使用を開始してから、前記過充電状態の制御が終わるまでに減少した電解液の減少量を測定する測定工程と、前記減少量に応じた電解液を補う電解液注入工程であって、加圧雰囲気下で気相状態の電解液が存在する加湿槽内に前記アルカリ二次電池を配置することにより、前記電池ケースの内部に電解液を注入する電解液注入工程と、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、アルカリ二次電池の過充電だけを実施する従来の再生方法よりも優れたアルカリ二次電池の再生方法を提供することができる。すなわち、本発明によれば、電解液注入工程によって電解液が注入されるため、従来の再生方法よりも優れたアルカリ二次電池の再生方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】電池再生処理システムの機能ブロック図である。
【図２】電池セルの概略断面図である。
【図３】電池再生処理システムが行う再生処理の手順を示したフローチャートである。
【図４】ステップＳ１０３の処理の詳細を示したフローチャートである。
【図５】ステップＳ１０４の処理の詳細を示したフローチャートである。
【図６】ステップＳ１０３ｂの処理の詳細を示したフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明の実施例について説明する。
【００１０】
図１は、電池再生処理システムの機能ブロック図である。図２は、電池セル（単電池）の概略断面図である。本実施例で再生処理される電池セルは、車両走行用モータに電力を供給する車載電池である。車載電池は、電池セル２を複数個直列に接続した組電池であり、たとえば、ニッケル水素電池などのアルカリ二次電池を用いることができる。ただし、電池セルではなく、複数の単電池を含む電池モジュールを用いることもできる。
【００１１】
電池再生処理システム１は、判定装置１１、電解液注入用加湿槽１２及び電池重量計測器１３を含む。判定装置１１は、電池セル２の劣化レベルを判定したり、過充電による電池セル２の回復処理を実施したりする。電解液注入用加湿槽１２は、電解液が減少した電池セル２に電解液を注入する処理を実施する。電解液注入用加湿槽１２は、加湿槽内部の空間を加湿／除湿したり、加湿槽内部の温度を調節したりする機能を備えている。電池重量計測器１３は、電池セル２の重量を測定する。これらの処理の詳細は、後述する。
【００１２】
電池セル２は、電槽（電池ケースに相当する）２１を有し、この電槽２１の内部には発電要素が収められている。電槽２１には、樹脂を用いることができる。発電要素は、正極２２及び負極２３を、セパレータ２４を介して積層することにより構成されている。セパレータ２４には、電解液が含浸されている。電槽２１の一方の側面には、正極端子（電極端子）２５が形成されており、他方の側面には、負極端子（電極端子）２６が形成されている。正極端子２５は、正極２２に対して電気的に接続されており、負極端子２６は、負極２３に対して電気的に接続されている。電槽２１の上壁部には、圧力弁２７が設けられている。圧力弁２７は、電槽２１の内圧が作動圧に達すると開き、電槽２１の内圧が上昇することを抑制する。圧力弁２７には、破壊式の弁、あるいはスプリング式の自動復帰弁を用いることができる。
【００１３】
次に、図３乃至図６のフローチャートを参照しながら、電池再生処理について説明する。図３のフローチャートは、電池再生処理システム１が行う再生処理の手順を示している。図４のフローチャートは、図３に示すステップＳ１０３の処理の詳細である。図５のフローチャートは、図３に示すステップＳ１０４の処理の詳細である。図６のフローチャートは、図４に示すステップＳ１０３ｂの処理の詳細である。
【００１４】
図３を参照して、ステップＳ１０１において、判定装置１１を用いて電池セル２の劣化レベルを判定する。劣化レベルは、例えば電池セル２の開放電圧値と、内部抵抗値と、満充電容量とを判定パラメータとして用いて、判定することができる。ステップＳ１０２において、劣化レベルを改善するか否かを判別する。劣化レベルを改善するか否かは、判定装置１１の判定結果に基づき、ユーザが判別してもよいし、劣化レベルと閾値とを判定装置１１が比較することで判別してもよい。劣化レベルを改善するときには、ステップＳ１０３の処理が行われ、劣化レベルを改善しないときには、図３に示す処理を終了する。
【００１５】
ステップＳ１０３において、第１の回復処理を実施する。具体的には、判定装置１１を用いて電池セル２を過充電し、電槽２１内の水素量を増加させことにより、各電池セル２の劣化レベルを改善する。ステップＳ１０３の処理の詳細は、後述する。
【００１６】
ステップＳ１０４において、第２の回復処理を実施する。具体的には、まず、加圧雰囲気下で気相状態の電解液が存在する電解液注入用加湿槽１２内に電池セル２を収める。ここで、電解液注入用加湿槽１２の内圧は、電槽２１の内圧よりも高いため、各電池セル２の電槽２１内部に向かって電解液を強制的に注入することができ、電槽２１内における電解液の液量を回復させることができる。電解液は、電池セル２の使用中に減少しており、さらに、第１の回復処理によっても減少するため、これらの減少量を補うように第２の回復処理が実施される。ステップＳ１０４の処理の詳細は、後述する。
【００１７】
ステップＳ１０５において、判定装置１１を用いて劣化レベルが改善されたか否かを判別する。今回の劣化レベルが前回の劣化レベルよりも改善している場合には、処理はステップＳ１０６に進み、改善していない場合には、回復処理が不可能とみなして処理を終了する。ステップＳ１０６において、判定装置１１は、電池セル２の劣化レベルを繰り返して改善する必要があるか否かを判別する。劣化レベルを繰り返して改善する必要がある場合、処理はステップＳ１０３に戻り、繰り返して改善する必要が無い場合、処理を終了する。
【００１８】
次に、図４のフローチャートを参照しながら、図３のステップＳ１０３に示す第１の回復処理の詳細を述べる。ステップＳ１０３ａにおいて、電池セル２の電解液の減少量Ｄｊ（ｇ）を算出する。具体的には、電池重量計測器１３を用いて電池セル２の現在の重量Ｇｊ（ｇ）を測定し、予め測定された新品時の電池セル２の重量Ｓｊ（ｇ）から現在の重量Ｇｊ（ｇ）を減じることで、減少量Ｄｊ（ｇ）を算出する。
【００１９】
ステップＳ１０３ｂにおいて、判定装置１１は、電池セル２毎のＳＯＣ計測と設定を行う。ステップＳ１０３ｂの処理の詳細は、後述する。ステップＳ１０３ｃにおいて、判定装置１１は、各電池セル２を個別に過充電する。電池セル２が過充電されると、電槽２１内に収容された電解液が電気分解することで水素が発生し、電池セル２の劣化レベルが改善される。なお、この過充電処理は、複数の電池セル２を一纏めにしたブロック単位、あるいは、上述した組電池全体で実施してもよい。
【００２０】
ステップＳ１０３ｄにおいて、判定装置１１は、電池セル２の電圧を検出し、電池セル２の電圧が所定電圧に到達したか否かを判別する。所定電圧は、充電終止電圧よりも高い過充電領域の電圧である。なお、充電を行っている間の電流積算値（Ａｈ）が大きくなるほど、発生する水素が増大するため、注入する水素の目標量に応じた値の電圧に前記所定電圧は設定される。電池セル２の電圧が所定電圧に到達することによって、目標量の水素が発生する。
【００２１】
電池セル２の電圧が所定電圧に到達していない場合には、処理はステップＳ１０３ｅに進む。電池セル２の電圧が所定電圧に到達した場合には、処理はステップＳ１０３ｆに進む。ステップＳ１０３ｅにおいて、判定装置１１は、電池セル２の温度を検出し、電池セル２の温度が所定温度に到達したか否かを判別する。電池セル２の温度が所定温度に到達していない場合には、処理はステップＳ１０３ｃに戻る。電池セル２の温度が所定温度に到達した場合には、処理はステップＳ１０３ｆに進む。
【００２２】
ステップＳ１０３ｆにおいて、電池重量計測器１３を用いて上述の過充電処理に伴う電解液の減少量を特定する。具体的には、電解液の減少量は、水素発生量（上述した目標量）に対応付けられたマップから特定することができる。ステップＳ１０３ｇにおいて、全ての電池セル２について過充電が実施されたか否かを判別する。上述の過充電処理は、全ての電池セル２について実施される。全ての電池セル２について過充電処理が実施された場合には、処理はステップＳ１０３ｈに進む。ステップＳ１０３ｈにおいて、判定装置１１は、上述の処理で取得された全ての電池セル２のデータ（ステップＳ１０３ａ，Ｓ１０３ｆで取得した電解液の減少量）を図示しない記憶部に記憶する
【００２３】
次に、図５を参照しながら、図３のステップＳ１０４に示す第２の回復処理の詳細を述べる。本実施例では、電池セル２毎に第２の回復処理を実施しているが、複数の電池セル２を一纏めにしたブロック単位、あるいは、上述した組電池全体で実施してもよい。ステップＳ１０４ａにおいて、電解液の注入量Ｈ（ｃｃ）を算出する。ここで、電解液の注入量Ｈ（ｃｃ）は、電池セル２の新品時からの電解液減少量（つまり、ステップＳ１０３ａで算出した電解液の減少量と、ステップＳ１０３eで特定された電解液の減少量との総和）に相当する。ここで、全ての電池セル２において、電解液減少量にバラツキが発生しているときには、全ての電池セル２における電解液減少量の総和量を電池セル２の個数で除することで、電解液の注入量Ｈ（ｃｃ）を算出することができる。つまり、電解液の注入量Ｈ（ｃｃ）は、各電池セル２の電解液減少量の平均値である。
【００２４】
ステップＳ１０４ｂにおいて、電解液注入用加湿槽１２に注入する電解液（気相状態）の量を設定する。具体的には、電解液（気相状態）の注入量は、電解液（液相状態）の注入量Ｈ（ｃｃ）に対応付けられたマップから、決定することができる。
【００２５】
ステップＳ１０４ｃにおいて、電解液注入用加湿槽１２内の圧力および温度を設定する。これらの圧力および温度は、電解液の注入量Ｈ（ｃｃ）に対応付けられたマップから、決定することができる。一般的に、電解液の注入量Ｈ（ｃｃ）が多くなるほど、圧力、温度は高く設定される。
【００２６】
ステップＳ１０４ｄにおいて、電解液注入用加湿槽１２内に電池セル２を放置する放置時間を決定する。放置時間は、電解液の注入量Ｈ（ｃｃ）に対応付けられたマップから、決定することができる。一般的に、電解液の減少量Ｈ（ｃｃ）が多くなるほど、放置時間は長く設定される。
【００２７】
ステップＳ１０４ｅにおいて、ステップＳ１０４ｂ〜Ｓ１０４ｄで定められた条件に従い、電解液を注入する処理を実施する。電解液注入用加湿槽１２内に注入された電解液（気相状態）は、圧力弁２７や、電極端子２５，２６および電槽２１の隙間を通ったり、電槽２１を透過したりすることで、電槽２１の内部に流入する。これにより、電槽２１内の電解液は徐々に増加する。ステップＳ１０４ｆにおいて、放置時間が経過したときに、注入処理を終了する。ステップＳ１０４ｇにおいて、電解液注入用加湿槽１２内の雰囲気を加湿状態から除湿状態に変更して、電池セル２を乾燥させる。これにより、電槽２１の外面に付着している水滴などを除去することができる。
【００２８】
ステップＳ１０４ｈにおいて、電解液注入用加湿槽１２内の温度を、電解液注入前の温度に戻す。ステップＳ１０４ｉにおいて、電池重量計測器１３を用いて電池セル２の重量を測定し、測定した重量が目標値に到達したか否かを判別する。電池セル２の重量が目標値に到達していない場合には、処理はステップＳ１０４ｊに進む。ステップＳ１０４ｊにおいて、測定した電池セル２の重量と目標値との差分を補正情報として取得する。この補正情報は、それ以降の電解液注入処理の際に用いられ、補正情報を考慮した電解液量が残りの電池セル２に注入される。ステップＳ１０４ｋにおいて、全ての電池セル２について、電解液の注入が実施されたか否かを判別する。全ての電池セル２について、電解液の注入が実施されていない場合には、ステップＳ１０４ｅに戻る。
【００２９】
上述の処理によれば、電池セル２の使用中に減少した電解液とともに、上述の過充電処理によって減少した電解液を補うことができる。これにより、電池セル２の回復処理として過充電処理のみを実施していた従来の方法よりもすぐれた二次電池の回復方法を提供することができる。回復処理された電池セル２は、再び車載電池として用いることができる。これにより、車載電池の寿命を実質的に延ばすことができる。また、回復処理された電池セル２は、他の用途（例えば、家庭用電源等の定置用電池）に用いることができる。これにより、使用済の車載電池を様々な用途に用いることができる。
【００３０】
次に、図６のフローチャートを参照しながら、図４のステップＳ１０３ｂの処理の詳細を説明する。ステップＳ１０３ｂ１において、判定装置１１を用いることにより、車載電池（組電池）を放電する。ここで、判定装置１１は、各電池セル２を個別に充放電する機能を有している。すなわち、判定装置１１は、バイパス回路を有しており、特定の電池セル２を選択的に充放電する機能を有している。
【００３１】
ステップＳ１０３ｂ２において、判定装置１１は、車載電池（組電池）の各電池セル２の電圧を検出し、いずれかの電池セル２の電圧が下限電圧に到達したか否かを判別する。いずれかの電池セル２の電圧が下限電圧に到達した場合には、処理はステップＳ１０３ｂ３に進む。ステップＳ１０３ｂ３において、判定装置１１は、バイパス回路を切り替え、下限電圧に到達した電池セル２の放電を禁止する処理を行う。ここで、下限電圧に到達していない電池セル２については、放電が継続される。ステップＳ１０３ｂ４において、判定装置１１は、全ての電池セル２の電圧が下限電圧に到達したか否かを判別する。全ての電池セル２の電圧が下限電圧に到達した場合には、処理はステップＳ１０３ｂ５に進み、全ての電池セル２のＳＯＣを０％に設定する処理が完了したと判定する。
【００３２】
ステップＳ１０３ｂ６において、判定装置１１は、車載電池（組電池）を充電する。ステップＳ１０３ｂ７において、判定装置１１は、車載電池（組電池）の各電池セル２の電圧を検出し、いずれかの電池セル２の電圧が上限電圧に到達したか否かを判別する。いずれかの電池セル２の電圧が上限電圧に到達した場合には、処理はステップＳ１０３ｂ８に進む。ステップＳ１０３ｂ８において、判定装置１１は、バイパス回路を切り替え、この電池セル２の充電を禁止する処理を行う。ここで、上限電圧に到達していない電池セル２については、充電が継続される。ステップＳ１０３ｂ９において、全ての電池セル２の電圧が上限電圧に到達したか否かを判別する。全ての電池セル２の電圧が上限電圧に到達した場合には、処理はステップＳ１０３ｂ１０に進み、全ての電池セル２のＳＯＣを１００％に設定する処理が完了したと判定する。ステップＳ１０３ｂ１１において、ＳＯＣ計測値を記憶する。
【符号の説明】
【００３３】
１  電池再生処理システム      ２  電池セル      １１  判定装置      
１２  電解液注入用加湿槽      １３  電池重量計測器      ２１  電槽
２２  正極      ２３  負極      ２４  セパレータ      ２５  正極端子
２６  負極端子      ２７  圧力弁
【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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