(57)【要約】【課題】アルカリ水溶液二次電池の簡易で効果的な充電制御方法および充電制御装置ならびに充電制御手段を具備した電池パックを提供すること。【解決手段】アルカリ水溶液二次電池５−１４の充放電を制御しデータを管理するＣＰＵ（中央処理装置）５−１と、二次電池５−１４の充放電を制御する電流電圧制御部５−２と充電器５−３とを有する充電制御装置を用いて二次電池５−１４の充電を制御する方法において、二次電池５−１４が満充電状態から放電し、放電終了時の電池電圧が二次電池５−１４のあらかじめ設定された放電終止電圧に到達せず、かつ、放電開始から終了にいたるまでの放電容量が二次電池５−１４の公称容量の５０％以下であるとき、該放電に引き続く二次電池５−１４の充電を、充電容量が該放電容量の８０％以上１４０％以下の範囲内にあるように制御して実施するアルカリ水溶液二次電池の充電制御方法を構成する。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
アルカリ水溶液二次電池の充電制御方法において、該二次電池が満充電状態から放電し、該放電終了時の電池電圧が該二次電池のあらかじめ設定された放電終止電圧に到達せず、かつ、該放電開始から終了にいたるまでの放電容量が該二次電池の公称容量の５０％以下であるとき、該放電に引き続く該二次電池の充電を、充電容量が該放電容量の８０％以上１４０％以下の範囲内にあるように制御して実施することを特徴とするアルカリ水溶液二次電池の充電制御方法。
【請求項２】
アルカリ水溶液二次電池の充電制御方法において、該二次電池が満充電状態から放電し、該放電終了時の電池電圧が該二次電池のあらかじめ設定された放電終止電圧に到達せず、かつ、該放電開始から終了にいたるまでの放電容量が該二次電池の公称容量の３０％以下であるとき、該放電に引き続く該二次電池の充電を、充電容量が該放電容量の８０％以上１２０％以下の範囲内にあるように制御して実施することを特徴とするアルカリ水溶液二次電池の充電制御方法。
【請求項３】
アルカリ水溶液二次電池の充電制御方法において、該二次電池が満充電状態から放電し、該放電終了時の電池電圧が該二次電池のあらかじめ設定された放電終止電圧に到達せず、かつ、該放電開始から終了にいたるまでの放電容量が該二次電池の公称容量の１０％以下であるとき、該放電に引き続く該二次電池の充電を、充電容量が該放電容量の８０％以上１００％以下の範囲内にあるように制御して実施することを特徴とするアルカリ水溶液二次電池の充電制御方法。
【請求項４】
アルカリ水溶液二次電池の充電制御方法において、該二次電池が満充電状態から該二次電池の公称容量の５０％以下の放電容量で放電し、該放電に引き続き該放電容量の８０％以上の充電容量で充電されて充電状態となり、該充電状態から再放電し、該再放電終了時の電池電圧が該二次電池のあらかじめ設定された放電終止電圧に到達せず、かつ、該再放電開始から終了にいたるまでの放電容量が該二次電池の公称容量の１０％以下であるとき、該再放電に引き続く該二次電池の充電を、充電容量が該再放電容量の１００％以下の範囲内にあるように制御して実施することを特徴とするアルカリ水溶液二次電池の充電制御方法。
【請求項５】
請求項１、２、３または４に記載のアルカリ水溶液二次電池の充電制御方法において、該二次電池の放電電流および充電電流を計測する電流計測手段と該二次電池の端子電圧を計測する電圧計測手段とにおける、サンプリング間隔Ｍが下記式（１）を満足することを特徴とするアルカリ水溶液二次電池の充電制御方法。
０．０００１ｓ  ≦  Ｍ  ≦  Ｘ                              （１）
ここに、Ｘは、該二次電池の公称容量を充電電流で割りさらに６０で割って得る値、該公称容量を放電電流で割りさらに６０で割って得る値および６０ｓのうちの最小のものであるとする。
【請求項６】
請求項５に記載のアルカリ水溶液二次電池の充電制御方法において、上記電圧計測手段によって得た上記端子電圧の測定値の変化の絶対値が１０ｍＶ以下である間は、上記端子電圧および時間の計測以外の計測を実施しないことを特徴とするアルカリ水溶液二次電池の充電制御方法。
【請求項７】
アルカリ水溶液二次電池の充放電を制御しデータを管理する中央処理装置と、該二次電池の充放電を制御する電流電圧制御部と充電器とを有する充電制御装置であって、該二次電池の放電開始から放電終了までの時間区間および充電開始から充電終了までの時間区間における時間を計測するクロックカウンターと、放電電流および充電電流を計測する電流計測手段と、該二次電池の端子電圧を計測する電圧計測手段と、放電・充電を切り替えるための電流回路開閉スイッチとを具備し、請求項１、２、３、４、５または６に記載のアルカリ水溶液二次電池の充電制御方法に従って充電を制御するための演算プログラムを該中央処理装置に搭載していることを特徴とするアルカリ水溶液二次電池の充電制御装置。
【請求項８】
アルカリ水溶液二次電池を構成要素とする電池パックであり、放電開始から放電終了までの時間区間および充電開始から充電終了までの時間区間における時間を計測するクロックカウンターと、放電電流および充電電流を計測する電流計測手段と、該二次電池の端子電圧を計測する電圧計測手段とを内蔵する制御用集積回路を具備し、放電・充電を切り替えるための電流回路開閉スイッチを具備し、請求項１、２、３、４、５または６に記載のアルカリ二次電池の充電制御方法を実現するための演算プログラムを該制御用集積回路に搭載していることを特徴とするアルカリ水溶液二次電池パック。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はアルカリ水溶液二次電池の充電制御方法および充電制御装置ならびに電池パックに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
【特許文献１】特許第０３２６８５９２号公報
【特許文献２】特開平１０−０４０９６７号公報（特願平８−１９７６１２号）
【特許文献３】特願平２０００−２６８８８５号公報（特願平１１−７０１１２号）
【非特許文献１】「“バッテリー技術シンポジウム  ’９７”、竹下秀夫、日本能率協会、１９９７年５月」
【非特許文献２】「論文“最近の電池技術３−通信用バックアップ電池”、平井敏郎、電気学会誌、１９９９年７月」
【非特許文献３】「社団法人電池工業会ホームページ、ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｂａｊ．ｏｒ．ｊｐ／ｒｅｃｙｃｌｅ／ｉｎｄｅｘ．ｈｔｍｌ」
【非特許文献４】「著書“最新実用二次電池”、日本電池株式会社編、日刊工業新聞社（１９９８）、各電池の当該項」
【非特許文献５】「ホームページ、ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｓｂｓ−ｆｏｒｕｍ．ｏｒｇ」
【非特許文献６】「論文、Ｅ．  Ｓｔｅｆａｎａｋｏｓ  ａｎｄ  Ａ．  Ｔｈｅｘｔｏｎ，  Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ  ｏｆ  ＩＮＴＥＬＥＣ  ’９７，  （Ｍｅｌｂｏｕｒｎｅ，  Ａｕｓｔｌａｒｉａ，  ２６−１，  ６５３  （１９９７）」
近年、各種電子機器の小型化、高性能化、携帯型化によって、電池の需要が高まっている。それに応じて電池の改良、開発はますます活発化している。また、電池の新しい適用領域も拡大してきている。
【０００３】
鉛電池、ニッケルカドミウム電池（以下、Ｎｉ／Ｃｄ電池と称す）だけであった民生用の二次電池市場に、１９９０年前後から携帯機器の急速な普及とともに高エネルギー密度であるニッケル水素電池（以下、Ｎｉ／ＭＨ電池と称す）とリチウムイオン電池（以下、Ｌｉイオン電池と称す）が開発され普及して大幅なシェアを占めるに至った（例えば、上記非特許文献１参照）。
【０００４】
一般に携帯機器搭載の新型電池であるＮｉ／ＭＨ電池、Ｌｉイオン電池は本体機器の頻繁なモデルチェンジに伴って廃棄され新品電池に自動的に交換されてきた。一方で、バックアップ電源用として使用されるバックアップ用二次電池は、建物内の温度管理された比較的良好な条件で使用され、これまでの使用実績と研究成果によってある程度の交換時期が明確になっていた。それゆえ、電池の寿命予測や適切な交換時期が問題になることは少なかった。
【０００５】
ところが、特に情報通信分野において、固定電話の飽和とそれに続く微減と対照的に携帯電話の多手段化、情報量の増大と高速化が急速に進み、ＩＳＤＮ、ＡＤＳＬ、ＩＰ電話など情報流通（ＩＴ）化への変貌が顕著になり、通信ネットワークの光化などのインフラ構造の変革が促進され、二次電池の適用分野と適用条件にも大きな変化が起こってきた。バックアップ用途では、これまでの屋内設置だけでなく、屋外、特に電柱などへの設置も行なわれるようになり、地域、設置場所、設置条件による適用環境の多様化が進んで、これまでの経験則やカタログ値だけの情報では二次電池の実際の寿命や取替時期を予測することが困難になりつつある（例えば上記非特許文献２参照）。
【０００６】
また、２０世紀末に近づくにつれて京都議定書（ＣＯＰ３）などに謳われているように地球温暖化が深刻な問題として提起され、また膨大な産業廃棄物の不法投棄やその焼却に伴うダイオキシン類など大気、土壌、河川環境の劣悪化が社会問題としてクローズアップされるようになった。そして、環境保全、環境負荷低減、物質エネルギーの有効利用が叫ばれるようになり、順次義務化されてきている。二次電池に関しても、電池を構成する各種材料のうち、鉛、カドミウムなどの規制対象物質の厳格な管理や当該物質を含む鉛電池、Ｎｉ／Ｃｄ電池の使用規制が求められるようになり、電池構成材料のリサイクル化も要求されるようになってきた（例えば、上記非特許文献３参照）。
【０００７】
さらに、従来の鉛電池やＮｉ／Ｃｄ電池に比べて大幅な高エネルギー密度であるＮｉ／ＭＨ電池、Ｌｉイオン電池は、事故による被害の程度もより深刻となりうるので、これらの電池に関しては信頼性の確保も重要な課題となっている。
【０００８】
こうした環境負荷低減、信頼性の確保のためには、電池劣化の進行を極力抑制し、長寿命化を図って物質エネルギーの有効利用を図ることが重要な対策の一つである。
【０００９】
電池劣化の抑制の根本的な方策は電池材料の改質、電池構成法の最適化などが挙げられる（例えば上記特許文献１および非特許文献４参照）。しかしながら、これらの電池改良は、その方策の複雑さや膨大な確認試験の実施とそれに要する極めて長期の時間経過が必要となる。また、各電池製造メーカにおいて実施されるこれらの改良は統一性を欠いており、例え電池改良が実施され長寿命化しても実際に使用する場合には長寿命化効果を十分に発揮させるために特定の製造メーカの電池に限定されることを余儀なくされたり、多くの製造メーカの電池に対処するために複雑で高価な充放電機器の購入をしなければならなかった。
【００１０】
また、次善の対策としては、電池劣化を極力抑制するための電池状態の監視、管理機能と充放電条件を具備した装置を開発することが挙げられる。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
Ｎｉ／ＭＨ電池やＬｉイオン電池の高エネルギー密度電池に関しては、インテル社とデュラセル社によって１９９４年に提唱されたスマートバッテリーシステム（ＳＢＳ）が充電制御、残存容量判定などを含めたバッテリーマネジメントシステムとして、改良を加えながら普及してきている（例えば上記非特許文献５参照）。しかしながら、電池の劣化状態に対しては、これらの電池制御・管理は、製造メーカ、電池種類などの情報の他、常時電池の電流、電圧、温度などをモニタする膨大な情報データ管理に基づく方法であり、極めて高価な方式で、製品価格の高騰を来していた。
【００１２】
一方、バックアップ用の二次電池に関しては、電話会社などにおいて通信ネットワークを利用した管理システムが導入されている。当該システムでは、多数の直並列に配置された個々の二次電池もしくは電池モジュールごとに電圧、電流、電池温度などをモニタし、それらのデータを通信ネットワークでサーバに収集し、端子電圧や電池容量の管理監視を行なう（例えば、上記特許文献２、３および非特許文献６参照）。しかしながら、当該システムでは、電池あるいは電池モジュールの異常を的確に把握できるものの、電池の劣化抑制を実現するものではなかった。また、当該システムは膨大な量の大容量二次電池を管理監視するためのものであり、その適用範囲は極めて限定されたものに過ぎなかった。
【００１３】
本発明の目的は、上記現状を改良するために、アルカリ水溶液二次電池の簡易で効果的な充電制御方法および充電制御装置ならびに充電制御手段を具備した電池パックを提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明においては、請求項１に記載したように、アルカリ水溶液二次電池の充電制御方法において、該二次電池が満充電状態から放電し、該放電終了時の電池電圧が該二次電池のあらかじめ設定された放電終止電圧に到達せず、かつ、該放電開始から終了にいたるまでの放電容量が該二次電池の公称容量の５０％以下であるとき、該放電に引き続く該二次電池の充電を、充電容量が該放電容量の８０％以上１４０％以下の範囲内にあるように制御して実施することを特徴とするアルカリ水溶液二次電池の充電制御方法を構成する。
【００１５】
また、本発明においては、請求項２に記載したように、
アルカリ水溶液二次電池の充電制御方法において、該二次電池が満充電状態から放電し、該放電終了時の電池電圧が該二次電池のあらかじめ設定された放電終止電圧に到達せず、かつ、該放電開始から終了にいたるまでの放電容量が該二次電池の公称容量の３０％以下であるとき、該放電に引き続く該二次電池の充電を、充電容量が該放電容量の８０％以上１２０％以下の範囲内にあるように制御して実施することを特徴とするアルカリ水溶液二次電池の充電制御方法を構成する。
【００１６】
また、本発明においては、請求項３に記載したように、
アルカリ水溶液二次電池の充電制御方法において、該二次電池が満充電状態から放電し、該放電終了時の電池電圧が該二次電池のあらかじめ設定された放電終止電圧に到達せず、かつ、該放電開始から終了にいたるまでの放電容量が該二次電池の公称容量の１０％以下であるとき、該放電に引き続く該二次電池の充電を、充電容量が該放電容量の８０％以上１００％以下の範囲内にあるように制御して実施することを特徴とするアルカリ水溶液二次電池の充電制御方法を構成する。
【００１７】
また、本発明においては、請求項４に記載したように、
アルカリ水溶液二次電池の充電制御方法において、該二次電池が満充電状態から該二次電池の公称容量の５０％以下の放電容量で放電し、該放電に引き続き該放電容量の８０％以上の充電容量で充電されて充電状態となり、該充電状態から再放電し、該再放電終了時の電池電圧が該二次電池のあらかじめ設定された放電終止電圧に到達せず、かつ、該再放電開始から終了にいたるまでの放電容量が該二次電池の公称容量の１０％以下であるとき、該再放電に引き続く該二次電池の充電を、充電容量が該再放電容量の１００％以下の範囲内にあるように制御して実施することを特徴とするアルカリ水溶液二次電池の充電制御方法を構成する。
【００１８】
また、本発明においては、請求項５に記載したように、
請求項１、２、３または４に記載のアルカリ水溶液二次電池の充電制御方法において、該二次電池の放電電流および充電電流を計測する電流計測手段と該二次電池の端子電圧を計測する電圧計測手段とにおける、サンプリング間隔Ｍが下記式（１）を満足することを特徴とするアルカリ水溶液二次電池の充電制御方法を構成する。
【００１９】
０．０００１ｓ  ≦  Ｍ  ≦  Ｘ                              （１）
ここに、Ｘは、該二次電池の公称容量を充電電流で割りさらに６０で割って得る値、該公称容量を放電電流で割りさらに６０で割って得る値および６０ｓのうちの最小のものであるとする。
【００２０】
また、本発明においては、請求項６に記載したように、
請求項５に記載のアルカリ水溶液二次電池の充電制御方法において、上記電圧計測手段によって得た上記端子電圧の測定値の変化の絶対値が１０ｍＶ以下である間は、上記端子電圧および時間の計測以外の計測を実施しないことを特徴とするアルカリ水溶液二次電池の充電制御方法を構成する。
【００２１】
また、本発明においては、請求項７に記載したように、
アルカリ水溶液二次電池の充放電を制御しデータを管理する中央処理装置と、該二次電池の充放電を制御する電流電圧制御部と充電器とを有する充電制御装置であって、該二次電池の放電開始から放電終了までの時間区間および充電開始から充電終了までの時間区間における時間を計測するクロックカウンターと、放電電流および充電電流を計測する電流計測手段と、該二次電池の端子電圧を計測する電圧計測手段と、放電・充電を切り替えるための電流回路開閉スイッチとを具備し、請求項１、２、３、４、５または６に記載のアルカリ水溶液二次電池の充電制御方法に従って充電を制御するための演算プログラムを該中央処理装置に搭載していることを特徴とするアルカリ水溶液二次電池の充電制御装置を構成する。
【００２２】
また、本発明においては、請求項８に記載したように、
アルカリ水溶液二次電池を構成要素とする電池パックであり、放電開始から放電終了までの時間区間および充電開始から充電終了までの時間区間における時間を計測するクロックカウンターと、放電電流および充電電流を計測する電流計測手段と、該二次電池の端子電圧を計測する電圧計測手段とを内蔵する制御用集積回路を具備し、放電・充電を切り替えるための電流回路開閉スイッチを具備し、請求項１、２、３、４、５または６に記載のアルカリ二次電池の充電制御方法を実現するための演算プログラムを該制御用集積回路に搭載していることを特徴とするアルカリ水溶液二次電池パックを構成する。
【００２３】
【発明の実施の形態】
本発明の目的を達成するために、本発明は、アルカリ水溶液を電解液として含む二次電池（以下、アルカリ水溶液二次電池あるいは単に電池と称す）の充放電において、当該電池を放電した際に端子電圧（電池電圧）があらかじめ設定された放電終止電圧に到達せず、かつ、算定された放電容量（放電電流を時間について積分して算定する）が、当該電池の公称容量に到達しない、いわゆる「浅い放電」もしくは「中途での放電終了」の場合の引き続く充電の制御方法および装置を提案するものである。
【００２４】
すなわち、本発明において、電池を放電した際の端子電圧があらかじめ設定された放電終止電圧に到達せず、かつ、その放電容量が公称容量の５０％以下である場合、当該放電に引き続く充電において、充電容量（充電電流を時間について積分して算定する）が当該放電容量の８０％以上、１４０％以下の範囲内にあるように充電制御を行う。
【００２５】
好ましくは、この場合の放電容量が３０％以下である場合には、当該放電容量の８０％以上、１２０％以下の容量範囲に収まるように充電を制御する。
【００２６】
さらに好ましくは、この場合の放電容量が、１０％以下である場合には、当該放電容量の８０％以上、１００％以下の充電容量に収まるように充電を制御することを提案する。
【００２７】
また、放電容量が公称容量の１０％以下であり、かつ、その前回の放電において公称容量の５０％以下の放電容量であって、その後の充電がこの放電容量の８０％以上の充電容量となるよう実施されている場合は、引き続く充電は実施された最新の放電の容量の１００％以下の容量となるよう制御することを提案するものである。
【００２８】
このように浅い放電後の充電を制御することによって、その後の放電容量を確保し、かつ放電の端子電圧の低下を防止できるだけでなく、電池の劣化を抑制し、電池の寿命の短縮化を防止できる効果を示す。
【００２９】
本発明の充電制御方法が効果的となる理由としては、以下のように解釈できる。
【００３０】
すなわち、アルカリ水溶液二次電池の一例としてニッケル水素電池（以下、Ｎｉ／ＭＨ電池と称す）を対象とし、図２を用いて説明する。図２は、Ｎｉ／ＭＨ電池の電池反応機構の概略を示した図である。
【００３１】
図２において、電池を放電すると、正極活物質であるβ−ＮｉＯＯＨが還元されβ−Ｎｉ（ＯＨ）２になる（反応（３））。一方、負極ではニッケル水素合金（以下、ＭＨｘと称す）が酸化され、ＭＨｘ中に含有されている水素が脱離する（反応（５））。浅い放電では、一部のβ−ＮｉＯＯＨは還元されずにそのまま残存し、引き続く充電を実施した場合、還元されたβ−Ｎｉ（ＯＨ）２が酸化されてβ−ＮｉＯＯＨとなると同時に、残存しているβ−ＮｉＯＯＨが過充電されγ型に変質する（反応（３）の左辺  →（４）の左辺）。過充電が起こると、副反応によって酸素が生成し（反応（６））、この酸素は負極上での吸収反応により吸収されるが、あらかじめ酸素ガスの吸収のために充填した負極の充電リザーブ量を消費する（反応（８））ことになり、寿命の短縮につながる。また、このγ−ＮｉＯＯＨの残存量が多くなった場合、放電では端子電圧の低下が起こり、放電終止電圧に短時間で到達することになって放電容量（使用時間）が短縮される。
【００３２】
本発明の充電制御方法に従って充電を実施することにより、β−ＮｉＯＯＨが残存しても、過充電と放電端子電圧の低下を抑制でき、電池寿命と放電容量の確保を実現できる。
【００３３】
本発明のアルカリ水溶液二次電池の充電制御方法を図を用いてさらに詳しく説明する。
【００３４】
図３は、アルカリ水溶液二次電池の一例であるニッケル水素電池の充放電電圧曲線を示す。図の縦軸は電池の端子電圧を表し、横軸は時間を表す。
【００３５】
すなわち、図３は、公称容量６８００ｍＡｈのＮｉ／ＭＨ電池を放電電流１．４Ａ、放電終止電圧１．０Ｖ／単電池で放電し、３０分の休止の後、充電電流２．０Ａ、−△Ｖ＝−５０ｍＶの−△Ｖ方式（充電電圧が最大値を示したのを検出して充電を完了する方式）の充電をし、３０分休止する充放電サイクルを行った場合の、放電、休止、充電、休止の端子電圧の時間変化を示した図である。ここで、−△Ｖ＝−５０ｍＶの−△Ｖ方式とは、充電中の充電電圧を測定し、充電電圧が、最大となった後、最大値−５０ｍＶになった時点で充電を終止する方式を意味する。このような−△Ｖ方式の充電によって、電池は満充電状態となる。
【００３６】
図３における放電容量は、６５７３ｍＡｈ、充電容量は７７７９ｍＡｈであり、放電容量に対する充電容量は１１８％であった。すなわち、規定の放電容量を確保するための充電容量は、放電容量の１２０％程度である。
【００３７】
ところが、「浅い充放電」を行う場合は、上述した条件とは異なる充電／放電容量比率になる。図４に一例を示す。
【００３８】
すなわち、図４はアルカリ水溶液電池の「浅い充放電」の一例として、公称容量６８００ｍＡｈのＮｉ／ＭＨ電池を満充電から放電電流１．４Ａで１０％程度となる容量の６４２ｍＡｈ放電し、３０分の休止の後、図３と同様の条件によって充電し、その後休止した場合の放電、休止、充電、休止の端子電圧の時間変化を示した図である。図４において、曲線Ａの場合には、充電容量が１９８３ｍＡｈであり、放電容量の３０９％となり、曲線Ｂの場合には、充電容量が６３００ｍＡｈであり、放電容量の９８１％となった。
【００３９】
図４に示した例のように、「浅い充放電」を実施すると、通常の充電器では、１００％放電を実施する場合に比べて充電容量の比率が極めて大きくなる。これを繰り返すと、過充電を重ねることになり、充電リザーブ量の消粍をきたし、電池寿命を短縮化することになって好ましくない。
【００４０】
本発明のアルカリ水溶液二次電池の充電制御方法では、「浅い充放電」を実施した場合にも、深い放電深度で充放電を実施した場合と同程度の充電／放電容量比率を維持し、ひきつづく放電を実施した場合の十分な放電容量を確保し、かかる過充電の発生を抑制する。
【００４１】
本発明の充電制御方法では、十分な放電容量の確保と過充電の抑制を実現するために、放電容量が公称容量の５０％以下となる放電を実施した後の充電を、充電容量が放電容量の８０％以上１４０％以下の範囲となるように制御して実施し、放電容量が３０％以下となる放電を実施した後の充電を、充電容量が放電容量の８０％以上１２０％以下の範囲となるように制御して実施し、放電容量が１０％以下となる放電を実施した後の充電を、充電容量が放電容量の８０％以上１００％以下の範囲となるように制御して実施する。また、放電容量が公称容量の１０％以下となる放電を実施した場合で、その前回の放電が放電容量５０％以下であり、かつそれに続く充電がこの放電容量の８０％以上の容量で実施された場合、当該放電の後の充電では、充電容量が当該放電容量の１００％以下となるよう制御して実施する。
【００４２】
上述した条件の充電容量範囲より小さな充電容量では、過充電の発生は抑制されるが、充電の後に実施される放電において十分な容量を確保できない恐れがあり好ましくない。また、上述した充電容量範囲を超える容量となる充電を実施した場合、充電の後に実施される放電において十分な容量を確保できる可能性は大きいが、逆に過充電の抑制が十分でなく、電池の寿命の短命化につながり、同様に好ましくない。
【００４３】
以上の充電制御方法を実施するために、本発明では電池の充放電を制御し、充電制御に必要となるデータを管理するための中央処理装置（以下、ＣＰＵと記す）と、当該ＣＰＵの指示信号に従って充放電を制御するための電流電圧制御部と充電器とを有し、これにＣＰＵの指示信号に従って電池の放電開始から放電終了まで、および充電開始から充電終了までの時間を計測するクロックカウンターと、放電電流および充電電流を計測する電流計測手段と、電池の端子電圧を計測する手段と、放電・充電を切り替えるための電流回路開閉スイッチとを具備し、ＣＰＵには上述した本発明の充電制御方法に従って充電を制御するための演算プログラムを収納する充電制御装置を併せて提案する。このような構成の装置を実現することによって、上述した本発明の充電制御方法を電池に実施できる。
【００４４】
本発明のアルカリ水溶液二次電池用の充電制御装置には、上述した構成に加え、必要ならば充電制御、放電制御の一部もしくは全体の演算式とその演算プログラムをあらかじめ入力するリードオンリーメモリ（以下、ＲＯＭと記す）、計測電流値、計測端子電圧値によって充放電制御の作業を行なう作業用ランダムアクセスメモリ（以下、ＲＡＭと記す）などを装備することも可能である。さらに、当該充電制御装置によって電池状態の管理・監視を行い、電池の状況に応じて人為的に具体的な措置を講じることを想定して、表示部、プリンタ、キーボードを装備することもできる。
【００４５】
当該充電制御装置は、原則として対象となる電池、もしくは組電池の外部近傍に設置し、必要な配線を施して機能するが、条件によっては、当該充電制御装置を組電池内部の収納可能なスペースを確保して組電池モジュール化することも可能である。
【００４６】
また、当該充電制御装置は、原則として対象となる電池、もしくは組電池の充放電の実施のために使用されるが、必要となる、あるいは条件が調えば安全制御手段、電池状態監視手段、表示部、操作キーボード、警告音・警告表示手段などを当該装置に併せて搭載することも可能である。
【００４７】
ただし、上述した充電制御装置は、本発明の目的が実現されればよく、何らこれらに限定されない。
【００４８】
本発明では上述した充電制御装置とともに、当該充電制御方法を実現するための機構を電池パックとして内部一体型とする装置を提案する。すなわち、上述したアルカリ水溶液二次電池の充電制御方法を実施するために、本発明では電池とともに、電池の充放電を制御し、充電制御に必要となるデータを管理するための制御用ＩＣを搭載し、これに制御用ＩＣの指示信号に従って電池の放電開始から放電終了まで、および充電開始から充電終了までの時間を計測するクロックカウンターと、放電電流および充電電流を計測する電流計測手段と、電池の端子電圧を計測する手段と、放電・充電を切り替えるための電流回路開閉スイッチとを具備し、上述した本発明のアルカリ水溶液二次電池の充電制御方法を実現するための演算プログラムを制御用ＩＣに収納して構成する電池パックを併せて提案する。
【００４９】
当該電池パックは、本発明の充電制御方法を実現する充電制御手段を具備しているが、必要ならばこれに加えて安全制御回路や残存容量表示手段、電池劣化診断手段などを具備してもよい。また、本発明の充電制御方法を実施するための演算プログラムを収納する制御用ＩＣは、安全制御回路用など、別の用途のために搭載してある制御用ＩＣの空きメモリに当該演算プログラムを収納して使用することも可能である。当該充電制御方法を実施するためのクロックカウンター、電流計測手段および電圧計測手段なども同様に、残存容量表示手段などの別用途に使用している当該手段をそのまま、あるいは改変し必要な配線を施して使用することも可能である。ただし、上述した電池パックの構成はあくまでも本発明の実施例の一例に過ぎず、本発明の目的を実現すればよく、何らこれらに限定されない。
【００５０】
上述した本発明のアルカリ水溶液二次電池の充電制御方法、および当該充電方法を具現する充電制御装置、電池パックの電池の放電電流および充電電流を計測する電流計測手段と、電池の端子電圧を計測する手段とについて、計測を時間間隔Ｍ（以下、サンプリング間隔と称す）で実施することとし、サンプリング間隔Ｍが下記式（１）を満足することを特徴とするアルカリ水溶液二次電池の充電制御方法を提案する。
【００５１】
０．０００１ｓ  ≦  Ｍ  ≦  Ｘ                              （１）
ここに、Ｘは、該二次電池の公称容量を充電電流で割りさらに６０で割って得る値、該公称容量を放電電流で割りさらに６０で割って得る値および６０ｓのうちの最小のものであるとする。
【００５２】
式（１）の条件のサンプリング間隔Ｍで端子電圧、放電電流および充電電流を計測することにより、高信頼の充電制御が可能となる。上記の値Ｘの最大値は６０ｓであり、サンプリング間隔Ｍがこの最大値（６０ｓ）より大きいと、サンプリング間隔が大きくなすぎて、的確な端子電圧と電流値の計測が不可能となり、確実な充電制御を実施することが不可能となる恐れがある。一方、サンプリング間隔Ｍが０．０００１ｓ、すなわち０．１ｍｓより短いと、計測値のノイズなどで誤った制御をする恐れが生じるとともに、上述する充電制御装置や電池パックのコストが上昇することになり、同様に好ましくない。
【００５３】
本発明では、これとともに、電池の端子電圧の計測において上記式（１）に示すサンプリング間隔Ｍで実施する計測のうち、計測した端子電圧の測定値の変化の絶対値が１０ｍＶ以下である間は、上記端子電圧および時間の計測以外の計測および制御を実施しないことを特徴とするアルカリ水溶液二次電池の充電制御方法を提案する。このようにすれば、上記端子電圧および時間の計測と充電容量または放電容量の算出とを除けば、本発明の充電制御方法の具体的な実施行為は皆無であるので、計測不履行により消費電力を低減できるメリットがある。
【００５４】
【実施例】
以下に実施例によって本発明の充電制御方法、充電制御装置および電池パックを説明するが、本発明は何らこれに限定されるものではない。
【００５５】
（実施例１）
アルカリ水溶液二次電池である公称容量６８００ｍＡｈのＮｉ／ＭＨ電池をいったん満充電にした後、放電電流１．４Ａで放電終止電圧１．０Ｖまで放電し、３０分間の休止し、充電電流２．０Ａ、−△Ｖ＝−５０ｍＶの−△Ｖ方式で充電し、３０分間休止するという充放電（以下、完全充放電と称す）を３サイクル行なって、電池を満充電状態とした後、放電電流１．４Ａで、放電開始から終了にいたるまでの放電容量（放電電流を時間について積分して得る電気量）が３４００ｍＡｈとなる放電を行なった後、３０分間の休止をし、充電電流２．０Ａで充電容量（充電電流を時間について積分して得る電気量）が表１に示す、当該放電容量（３４００ｍＡｈ）の一定の割合となるよう制御して充電をし、３０分間の休止を行なうという放電深度（放電容量／公称容量）５０％の充放電（以下、浅い充放電と称す）を２０サイクルを行い、この完全充放電サイクルと、浅い充放電サイクルとを５回繰り返した後で完全充放電サイクルを実施した。ただし、浅い充放電サイクルの充電は−△Ｖ方式（−△Ｖ＝−５０ｍＶ）を組み合わせ、設定した充電容量に達する前に充電電圧が最大値を示し、最大電圧から−５０ｍＶ低下した端子電圧に達した場合は充電を終了する条件で実施した。比較例として、浅い充放電サイクルにおいて充電容量による規制を行なわず、−△Ｖ方式（−△Ｖ＝−５０ｍＶ）のみで制御し、その他の条件は他の試験と同様の試験を実施した。なお、本実施例の試験に用いた試験機の電流、電圧計測時間間隔は１分間であった。
【００５６】
なお、上記浅い充放電において、放電終了時の電池電圧があらかじめ設定された放電終止電圧（１．０Ｖ）に到達することはなかった。
【００５７】
実施した表１に示す各試験について、完全充放電サイクルと浅い充放電サイクルとを５回実施した後の完全充放電サイクルの１、５０、１００、１５０サイクル目の放電容量を結果として併せて表１に示した。
【００５８】
【表１】
2004319336.tif 000003
表１で明らかなように、本発明の充電制御方法に従って、充電容量が８０％以上１４０％以下となるように制御して充電を実施した場合、Ｎｉ／ＭＨ試験電池は良好な放電容量を維持することがわかった。
【００５９】
これに対して、上記充電容量範囲より小さい７０％に充電容量を規制して浅い充放電サイクルを実施した試験Ｎｏ．１−１の場合では、完全充放電１サイクル目の容量が他に比べて小さくなり好ましくない。また、上記充電容量範囲より大きな１５０％の充電容量に規制した試験Ｎｏ．１−５では、サイクルとともに容量の減少が大きくなって同様に好ましくなかった。また、浅い充放電の充電に容量規制を実施しない比較例では、試験Ｎｏ．１−３に比べてサイクルとともに容量の減少が大きくなり好ましくないことがわかった。
【００６０】
なお、浅い充放電における放電深度（放電容量／公称容量）を５０％よりも小さくしても、充電容量が放電容量の８０％以上１４０％以下となるように制御して充電を実施すれば、放電終了時の電池電圧があらかじめ設定された放電終止電圧（１．０Ｖ）に到達することはなく、かつ、良好な放電容量が維持される。
【００６１】
（実施例２）
アルカリ水溶液二次電池である公称容量６００ｍＡｈのニッケルカドミウム電池（以下、Ｎｉ／Ｃｄ電池と称す）をいったん満充電状態にした後、放電電流６００ｍＡで放電終止電圧１．０Ｖまで放電し、３０分問の休止し、充電電流２００ｍＡ、−△Ｖ＝−５０ｍＶの−△Ｖ方式で充電し、３０分間休止するという充放電（以下、完全充放電と称す）を３サイクル行なって、電池を満充電状態とした後、放電電流６００ｍＡで放電開始から終了にいたるまでの放電容量が１８０ｍＡｈとなる放電を行なった後、３０分間の休止をし、その後充電電流２００ｍＡで充電容量が表２に示す、当該放電容量（１８０ｍＡｈ）の一定の割合となるよう制御して充電をし、３０分間の休止を行なうという放電深度３０％の充放電（以下、浅い充放電と称す）を１０サイクルを行い、この完全充放電サイクルと、浅い充放電サイクルとを５回繰り返した後で完全充放電サイクルを実施した。ただし、浅い充放電サイクルの充電は−△Ｖ方式（−△Ｖ＝−５０ｍＶ）を組み合わせ、設定した充電容量に達する前に充電電圧が最大値を示し、最大電圧から−５０ｍＶ低下した端子電圧に達した場合は充電を終了する条件で実施した。比較例として、浅い充放電サイクルにおいて充電容量による規制を行なわず、−△Ｖ方式（−△Ｖ＝−５０ｍＶ）のみで制御し、その他の条件は他の試験と同様の試験を実施した。なお、本実施例の試験に用いた試験機の電流、電圧計測時間間隔は１分間であった。
【００６２】
なお、上記浅い充放電において、放電終了時の電池電圧があらかじめ設定された放電終止電圧（１．０Ｖ）に到達することはなかった。
【００６３】
実施した表２に示す各試験について、完全充放電サイクルと浅い充放電サイクルとを５回実施した後の完全充放電サイクルの１、５０、１００、１５０サイクル目の放電容量を結果として併せて表２に示した。
【００６４】
【表２】
2004319336.tif 000004
表２で明らかなように、本発明の充電制御方法に従って、充電容量が８０％以上１２０％以下となるように制御して充電を実施した場合、Ｎｉ／Ｃｄ試験電池は良好な放電容量を維持することがわかった。
【００６５】
これに対して、上記充電容量範囲より小さい７０％に充電容量を規制して浅い充放電サイクルを実施した試験Ｎｏ．２−１の場合では、完全充放電１サイクル目の容量が他に比べて小さくなり好ましくない。また、上記充電容量範囲より大きな１３０％の充電容量に規制した試験Ｎｏ．２−５では、サイクルとともに容量の減少が大きくなって同様に好ましくなかった。また、浅い充放電の充電に容量規制を実施しない比較例では、試験Ｎｏ．２−３に比べてサイクルとともに容量の減少が大きくなり好ましくないことがわかった。
【００６６】
なお、浅い充放電における放電深度（放電容量／公称容量）を３０％よりも小さくしても、充電容量が放電容量の８０％以上１４０％以下となるように制御して充電を実施すれば、放電終了時の電池電圧があらかじめ設定された放電終止電圧（１．０Ｖ）に到達することはなく、かつ、良好な放電容量が維持される。
【００６７】
（実施例３）
アルカリ水溶液二次電池である公称容量１８００ｍＡｈのＮｉ／ＭＨ電池をいったん満充電状態にした後、放電電流３６０ｍＡで放電終止電圧１．０Ｖまで放電し、３０分間の休止し、充電電流５００ｍＡ、−△Ｖ＝−５０ｍＶの−△Ｖ方式で充電し、３０分間休止するという充放電（以下、完全充放電と称す）を３サイクル行なって、電池を満充電状態とした後、放電電流３６０ｍＡで放電開始から終了にいたるまでの放電容量が１８０ｍＡｈとなる放電を行なった後、３０分間の休止をし、その後充電電流５００ｍＡで充電容量が当該放電容量（１８０ｍＡｈ）の７０％、８０％、１００％および１１０％となるよう制御して充電をし、３０分間の休止を行なうという放電深度１０％の充放電（以下、浅い充放電と称す）を２０サイクルを行い、この完全充放電サイクルと、浅い充放電サイクルとを５回繰り返した後で完全充放電サイクルを実施した。ただし、浅い充放電サイクルの充電は−△Ｖ方式（−△Ｖ＝−５０ｍＶ）を組み合わせ、設定した充電容量に達する前に充電電圧が最大値を示し、最大電圧から−５０ｍＶ低下した端子電圧に達した場合は充電を終了する条件で実施した。比較例として、浅い充放電サイクルにおいて充電容量による規制を行なわず、−△Ｖ方式（−△Ｖ＝−５０ｍＶ）のみで制御し、その他の条件は他の条件と同様の試験を実施した。なお、本実施例の試験に用いた試験機の電流、電圧計測時間間隔は１分間であった。
【００６８】
なお、上記浅い充放電において、放電終了時の電池電圧があらかじめ設定された放電終止電圧（１．０Ｖ）に到達することはなかった。
【００６９】
実施した各試験について、完全充放電サイクルと浅い充放電サイクルとを５回実施した後の完全充放電サイクルの１、５０、１００、１５０サイクル目の放電容量の結果を図５に示した。
【００７０】
すなわち図５は、本実施例の各試験における完全充放電と浅い充放電を５回繰り返した後の完全充放電の容量とサイクル数との関係を示す図であり、曲線４−１は浅い充放電サイクルにおいて充電容量を放電容量の７０％に制御して実施した場合を示し、曲線４−２は８０％に制御して実施した場合を示し、曲線４−３は１００％に制御して実施した場合を示し、曲線４−４は１１０％に制御して実施した場合を示す。なお、曲線４−５は本実施例の比較例を示す曲線である。
【００７１】
図５で明らかなように、本発明の充電制御方法に従って、充電容量が８０％以上１００％以下となるように制御して充電を実施した場合、Ｎｉ／ＭＨ試験電池は良好な放電容量を維持することがわかった。
【００７２】
これに対して、上記充電容量範囲より小さい７０％に充電容量を規制して浅い充放電サイクルを実施した試験では、完全充放電１サイクル目の容量が他に比べて小さくなり好ましくない。また、上記充電容量範囲より大きな１１０％の充電容量に規制した試験では、サイクルとともに容量の減少が大きくなって同様に好ましくなかった。また、浅い充放電の充電に容量規制を実施しない比較例では、同様にサイクルとともに容量の減少が大きくなり好ましくないことがわかった。
【００７３】
なお、浅い充放電における放電深度（放電容量／公称容量）を３０％よりも小さくしても、充電容量が放電容量の８０％以上１４０％以下となるように制御して充電を実施すれば、放電終了時の電池電圧があらかじめ設定された放電終止電圧（１．０Ｖ）に到達することはなく、かつ、良好な放電容量が維持される。
【００７４】
（実施例４）
アルカリ水溶液二次電池である公称容量１８００ｍＡｈのＮｉ／ＭＨ電池をいったん満充電状態にした後、放電電流３６０ｍＡで、放電開始から終了にいたるまでの放電容量が９００ｍＡｈとなるよう放電し、３０分の休止をした後、充電電流３６０ｍＡ、−△Ｖ＝−５０ｍＶの−△Ｖ方式で充電し、３０分間休止するという充放電サイクル（充放電Ａとする）を５回繰り返して、電池を充電状態とした後、放電電流３６０ｍＡで、放電開始から終了にいたるまでの放電容量が１８０ｍＡｈとなるように放電し、３０分間の休止の後、充電電流３６０ｍＡで、−△Ｖ＝−５０ｍＶの−△Ｖ方式と、充電容量が１８０ｍＡｈ（放電容量の１００％）以下に制御する方式とを両立させる充電を行い、休止するという充放電（充放電Ｂとする）を実施し、その後に放電電流３６０ｍＡ、放電終止電圧１．０Ｖで放電し、放電容量Ｃを測定した。充放電Ａにおける放電深度（放電容量／公称容量）は５０％であり、充放電Ｂにおける放電深度は１０％である。
【００７５】
比較例として、充放電Ｂの充電を−△Ｖ＝−５０ｍＶの−△Ｖ方式のみで制御して充電する以外は同じ条件で従来の条件の充放電試験を実施し同様に放電容量Ｃを測定した。なお、本実施例の試験に用いた試験機の電流、電圧計測時間間隔は１秒間であった。
【００７６】
上記の制御法に従って実施した試験の場合の放電容量Ｃは１７９６．３ｍＡｈであった。これに対して、充放電Ｂの充電に充電容量制限を設けない比較例では、放電容量Ｃは１７６５．８ｍＡｈであった。
【００７７】
このように、上記の制御法に従った充放電を実施した場合、従来の充放電制御方法に従った比較例に比べて放電容量が大きく、十分な放電容量の確保が可能であることがわかった。
【００７８】
なお、充放電Ａおよび充放電Ｂにおける充放電条件を変えて、充放電Ａにおける放電深度を５０％以下とし、充放電Ｂにおける放電深度を１０％以下とし充電容量を公称容量の８０％以上としても、充放電Ｂにおける充電を、−△Ｖ＝−５０ｍＶの−△Ｖ方式と、充電容量が充放電Ｂにおける放電容量の１００％以下であるように制御する方式とを両立させる制御を行えば、充放電Ｂにおける放電終了時の電池電圧があらかじめ設定された放電終止電圧（１．０Ｖ）に到達することはなく、かつ、十分な放電容量の確保が可能である。
【００７９】
（実施例５）
図１に示す充電制御装置を作製し、これを用いて、アルカリ水溶液二次電池であるＮｉ／ＭＨ電池の試験を実施した。
【００８０】
図１に示したように、本充電制御装置は、アルカリ水溶液二次電池の充放電を制御しデータを管理する中央処理装置（ＣＰＵ）５−１と、該二次電池の充放電を制御する電流電圧制御部５−２と、充電器５−３と、放電・充電を切り替えるための電流回路開閉スイッチ５−４とを装備した充電制御部５−５を具備している。
【００８１】
これに加えて、充放電制御条件を入力するリードオンリーメモリ（ＲＯＭ）５−６と、電池の電流および端子電圧の状態によって充放電制御の作業を行なう作業用ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）５−７と、電池の充放電、端子電圧および電流の確認を行なうための表示部５−８と、これにさらにキーボード５−９を接続端子５−１０を介して装着して充電制御装置を内部に含む試験用充放電試験機５−１１を作製した。
【００８２】
充電制御部５−５には、二次電池の放電開始から放電終了までの時間区間および充電開始から充電終了までの時間区間における時間を計測するクロックカウンター、放電電流および充電電流を計測する電流計測手段、端子電圧計測手段を付与し、さらに請求項１、２、３または４に記載のアルカリ水溶液二次電池の充電制御方法を実施するための演算プログラムをＣＰＵ５−１に入力し、搭載した。
【００８３】
商用電源５−１２を作製した試験機５−１１に設置した接続端子５−１０に接続し、実験に用いた。試験機５−１１に搭載する充電制御部５−５の制御用計測計測値サンプリングは１秒間に設定した。また、試験電池として公称容量７０００ｍＡｈのＮｉ／ＭＨ電池５−１４と、これに接続して電池５−１４の容量を調節するための負荷５−１５を実験に使用した。なお、負荷５−１５には、電気抵抗体と電源ＯＮ／ＯＦＦのスイッチが装備され、電池５−１４の放電容量をコントロールできるようにした。
【００８４】
図６〜８に、本実施例の試験を実施した充放電制御の手順を示す。
【００８５】
すなわち、図６〜８はＮｉ／ＭＨ電池の充放電制御の手順のフローであり、まず、手順Ｐ１において、負荷５−１５を接続した試験電池であるＮｉ／ＭＨ電池５−１４を試験機５−１１の端子５−１３に装着した。装着の確認は、ＣＰＵ５−１が作業用ＲＡＭ５−７によって試験電池５−１４の端子電圧を計測して確認した。次に、手順Ｐ２において、試験条件に必要な初期データをキーボード５−９によって入カした。すなわち、Ｎｉ／ＭＨ電池の公称容量Ｃ０、直列数ｎ、並列数ｐ、総セル数ｎｔ＝ｎ×ｐ、放電電流Ｉｄ（Ｉｄ／ｐ）、充電電流Ｉｃ（Ｉｃ／ｐ）、放電終止電圧Ｖｄｅ（Ｖｄｅ／ｎ）、充電制御電圧Ｖｃｅ（Ｖｃｅ／ｎ）、充電規制−△Ｖ０（−△Ｖ０／ｎ）、休止時間ｔＲ、電流のブレの許容値α、および充放電サイクル数ｍを入力する。本実施例においては、Ｃ０＝７０００ｍＡｈ、ｎ＝１、ｐ＝１、ｎｔ＝１、Ｉｄ  ＝１４００ｍＡ、Ｉｃ  ＝２０００ｍＡ、Ｖｄｅ  ＝１．０Ｖ、Ｖｃｅ＝１．９５Ｖ、−△Ｖ＝−１０ｍＶ、ｔＲ＝３０ｍｉｎ、α＝０．１ｍＡ、ｍ＝１０を入力した。入力したデータはＣＰＵ５−１を介して作業用ＲＡＭ５−７に収納した。
【００８６】
このようにして試験条件の初期データを入力した後、手順Ｐ３において、試験電池５−１４が満充電状態にあるかどうかを作業用ＲＡＭ５−７を介して測定した電池５−１４の端子電圧によって判断し、もし、満充電状態にない場合は手順Ｐ４において電流回路開閉スイッチ５−４を切り替え、まず試験電池５−１４を満充電状態にした。試験電池５−１４が満充電状態になったことを確認し、手順Ｐ５において電流回路開閉スイッチ５−４を再び切り替えて放電を開始した。なお、手順Ｐ４およびＰ５において、予備充電から放電に切り替える際には休止をはさんでもよい。手順Ｐ６において放電を実施した。放電は、あらかじめＣＰＵ５−１とＲＯＭ５−６に入力しておいた充放電制御演算プログラムと参照しながらＣＰＵ５−１が制御し実施した。手順Ｐ７において、あらかじめＣＰＵ５−１に入力した充放電制御演算プログラムにおいて規定した一定時間ごとに試験電池５−１４の電流Ｉを作業用ＲＡＭ５−７を介して計測し、設定した放電電流Ｉｄであるかどうかを確認した。もし、電流値ＩがＩｄと異なる場合は、手順Ｐ８において、放電電流Ｉが（Ｉｄ  −α）≦Ｉ≦（Ｉｄ  ＋α）であるかどうかを判断する。当該範囲内であればＣＰＵ５−１、ＲＯＭ５−６の演算プログラムに従って放電を継続し、範囲から逸脱すれば何らかの異常ありと判断し、試験を停止する。放電の実施においては手順Ｐ９において、作業用ＲＡＭを介して試験電池５−１４の端子電圧を計測し、作業用ＲＡＭ５−７にあらかじめ入力した放電終止電圧Ｖｄｅに達しているかどうかを判断した。もし、端子電圧が当該放電終止電圧Ｖｄｅに達していなければ、手順Ｐ１０において、電圧Ｖが放電終止電圧Ｖｄｅ以下であるかどうかを判断する。Ｖ＜Ｖｄｅならば、試験機５−１１もしくは試験電池５−１４に何らかの異常があると判断して試験を停止する。電圧Ｖが終止電圧Ｖｄｅより高いと放電を継続する。また、電圧Ｖが終止電圧Ｖｄｅに達した場合は、ＣＰＵ５−１、ＲＯＭ５−６の演算プログラムに従って手順Ｐ１２における休止となる。
【００８７】
手順Ｐ１１において、試験電池５−１４に接続した負荷５−１５の状態などによって放電を終了した場合、ＣＰＵ５−１、ＲＯＭ５−６の演算プログラムに従って電流回路開閉スイッチ５−４を切り替えて手順Ｐ１２における休止に移行する。放電を終了した時点で、ＣＰＵ５−１、ＲＯＭ５−６の演算プログラムに従って作業用ＲＡＭを介して放電容量Ｃｄを算定する。
【００８８】
手順Ｐ１３において、ＣＰＵ５−１、ＲＯＭ５−６の演算プログラムに従って作業用ＲＡＭを介して休止時間の計測を行い、設定した休止時間ｔＲに達しているかどうかを算定し、規定時間ｔＲに達した場合には手順Ｐ１４の制御充電容量の算定をし、手順Ｐ１５の充電に移行する。手順Ｐ１４の制御充電容量Ｃｃ０は、手順Ｐ１１において算定した放電容量Ｃｄに基づいて決定した。すなわち、当該演算プログラムに入力した条件は、放電容量Ｃｄが公称容量Ｃ０に対して、
（１）  Ｃｄ  ＜０．５Ｃ０  の場合、Ｃｃ０  ＝  １．２Ｃｄ
（２）  Ｃｄ  ＜０．３Ｃ０  の場合、Ｃｃ０  ＝  １．０Ｃｄ
（３）  Ｃｄ  ＜０．１Ｃ０  の場合で、前回のＣｄがＣｄ  ≧  ０．５Ｃ０  の場合、
Ｃｃ０＝  １．０Ｃｄ
（４）  Ｃｄ  ＜０．１Ｃ０  の場合で、前回のＣｄがＣｄ  ＜  ０．５Ｃ０  の場合、
Ｃｃ０＝  ０．７Ｃｄ
であった。
【００８９】
充電中手順Ｐ１６において、あらかじめＣＰＵ５−１に入力した充放電制御演算プログラムにおいて規定した一定時間ごとに試験電池５−１４の電流Ｉを作業用ＲＡＭ５−７を介して計測し、設定した充電電流Ｉｃであるかどうかを確認した。もし、電流値ＩがＩｃと異なる場合は、手順Ｐ１７において、充電電流Ｉが（Ｉｃ  −α）≦Ｉ≦（Ｉｃ  ＋α）であるかどうかを判断する。当該範囲内であればＣＰＵ５−１、ＲＯＭ５−６の演算プログラムに従って充電を継続し、範囲から逸脱すれば何らかの異常ありと判断し、試験を停止する。
【００９０】
充電の実施においては手順Ｐ１８において、作業用ＲＡＭを介して試験電池５−１４の端子電圧を計測し、作業用ＲＡＭ５−７にあらかじめ入力した充電制御電圧Ｖｃｅに達しているかどうかを判断した。もし、端子電圧Ｖが当該充電制御電圧Ｖｃｅに達していなければ、手順Ｐ１９において、電圧Ｖが充電制御電圧Ｖｃｅ超であるかどうかを判断する。Ｖ＞Ｖｃｅ  ならば、試験機５−１１もしくは試験電池５−１４に何らかの異常があると判断して試験を停止する。電圧Ｖが充電制御電圧Ｖｃｅより低いと充電を継続する。電圧Ｖが充電制御電圧Ｖｃｅに達した場合は、ＣＰＵ５−１、ＲＯＭ５−６の演算プログラムに従って手順Ｐ２０における−△Ｖの大きさの判断に移る。手順Ｐ２０においては、ＣＰＵ５−１、ＲＯＭ５−６の演算プログラムに従って作業用ＲＡＭを介し試験電池５−１４の端子電圧を計測し、充電制御電圧Ｖｃｅから−△Ｖの大きさの電圧低下に達すると電流開閉スイッチ５−４を切り替え手順Ｐ２２の休止に移行する。
【００９１】
一方、手順Ｐ１９において端子電圧Ｖが充電制御電圧Ｖｃｅに到達しない場合、あるいは手順Ｐ２０において電圧ＶがＶｃｅに達して−△Ｖの大きさの電圧低下に達する前に、手順Ｐ２１においてＣＰＵ５−１、ＲＯＭ５−６の演算プログラムに従って作業用ＲＡＭを介し試験電池５−１４の充電電流と時間の計測を行い、充電容量Ｃｃを算定し、上述した手順Ｐ１４において決定した制御充電容量Ｃｃ０に達したら電流回路開閉スイッチ５−４を切り替え手順Ｐ２２の休止に移行した。
【００９２】
手順Ｐ２３において、ＣＰＵ５−１、ＲＯＭ５−６の演算プログラムに従って作業用ＲＡＭを介して休止時間の計測を行い、設定した休止時間ｔＲに達しているかどうかを算定し、規定時間ｔＲに達した場合には休止を終了した。
【００９３】
以上の放電、休止、充電、休止のサイクルを完了した後、手順Ｐ２４においてあらかじめ設定したサイクル数ｍに達しているかどうかを判定する。サイクル数がｍに達していれば当該試験は完了となる。もし、サイクル数がｍに到達しない場合は電流回路開閉スイッチ５−４を切り替え、再び手順Ｐ６における試験電池５−１４の放電を行なった。試験結果を表３に示す。
【００９４】
【表３】
2004319336.tif 000005
表３において、作製した充電制御装置を含む本実施例の試験機によると、３サイクル目では、放電容量が公称容量の５０％以下であり、この場合には充電容量が放電容量に対して１２０％となっている。また、７サイクル目では放電容量が公称容量の３０％以下であり、充電容量は当該放電容量に対して１００％となっている。
【００９５】
１０サイクル目では、放電容量が公称容量の１０％以下であり、充電容量は当該放電容量に対して１００％となった。８サイクル目の放電容量も同様に、公称容量の１０％以下であったが、その前の７サイクル目の放電容量が５０％以下であり、このため充電容量は当該放電容量に対して７０％となった。
【００９６】
なお、４サイクル目の放電容量は公称容量の５０％以下だったが、充電容量は当該放電容量の１２０％の規制の前に制御充電電圧Ｖｃｅに達し、−△Ｖ規制によって１１７．３％の充電容量となって充電が終了した。
【００９７】
表３に示す結果に明らかなように、本発明の充電制御装置の概念に従って作製した充電制御部を搭載した試験機によると、本発明の充電制御が達成できる。
【００９８】
（実施例６）
充電制御部を有するニッケル水素電池パックを作製した。
【００９９】
図９に作製した電池パックの構成概念を示す。
【０１００】
図９において、電池パック７−１は、制御用集積回路（ＩＣ）７−２を具備し、アルカリ水溶液二次電池である公称容量１８００ｍＡｈのＮｉ／ＭＨ電池７−３を２個直列に配置して搭載し、さらに放電・充電を切り替えるための電流回路開閉スイッチ部７−４を具備し、これを電気配線してプラス端子７−５とマイナス端子７−６に接続して主な構成とした。制御用ＩＣ７−２は、放電開始から放電終了までの時間区間および充電開始から充電終了までの時間区間における時間を計測するクロックカウンターに加えて、放電電流および充電電流を計測し制御する手段、端子電圧を計測する電圧計測手段を内蔵している。充電制御を行なうために、上記の構成要素に加えて、図９に示すように、ＦＥＴ、コンデンサＣ、抵抗Ｒを使用して電池パック７−１を構成した。請求項１、２、３または４に記載のアルカリ水溶液二次電池の充電制御方法を実施するための演算プログラムは制御用ＩＣ７−２に搭載されている。
【０１０１】
また、電池パック７−１は併せて安全制御手段も有し、上述したＦＥＴ、コンデンサＣ、抵抗Ｒによってこれを実施するとともに、異常大電流に対する対処のために電流ヒューズを搭載した。電池パック７−１は、プラス端子７−５とマイナス端子７−６を、別途用意した電流値、電圧値を測定し、その結果に基づいて電池容量を算出する手段を有する試験装置の端子接続部に接続して電池試験に用いた。
【０１０２】
制御用ＩＣ７−２には、当該電池７−３の充電制御条件として、ｎサイクル目の放電容量Ｃｄｎが公称容量Ｃ０に対する割合によって以下の通り充電容量Ｃｃｎ０を制御して充電を行なうような演算プログラムをあらかじめ入力しておいた。すなわち、
（１）  Ｃｄｎ  ＜０．５Ｃ０の場合、Ｃｃｎ０＝１．４Ｃｄｎ
（２）  Ｃｄｎ  ＜０．３Ｃ０の場合、Ｃｃｎ０＝１．２Ｃｄｎ
（３）  Ｃｄｎ  ＜０．１Ｃ０の場合で、前回の放電容量Ｃｄｎ−１がＣｄｎ−１  ≧０．５Ｃ０の場合、
Ｃｃｎ０＝１．０Ｃｄｎ
（４）  Ｃｄｎ  ＜０．１Ｃ０の場合で、前回の放電容量Ｃｄｎ−１がＣｄｎ−１  ＜０．５Ｃ０の場合、
Ｃｃｎ０＝０．８Ｃｄｎ
であった。また、当該制御用ＩＣ７−２には、放電終止電圧Ｖｄｅ  −０．９Ｖ／セル、充電規制電圧Ｖｃｅ  ＝  ２．０Ｖ／セルを設定し、電池電圧Ｖ（Ｖ／セル）が、０．９≦Ｖ≦２．０の範囲外になると異常として充放電を行なわないようにする演算プログラムを入力した。同時に、最大許容電流ＩＬ＝５０００ｍＡを設定し、これ以上の電流値が流れると電流ヒューズが切れるようにした。
【０１０３】
入力した演算プログラムでは、制御用ＩＣ７−２の電流、電圧計測は１０ｍｓに設定した。結果を表４に示す。すなわち、表４は作製した電池パック７−１を試験装置によって１０サイクル試験した結果であり、放電容量Ｃｄ、充電容量Ｃｃ、およびＣｃ／Ｃｄの比を示してある。
【０１０４】
【表４】
2004319336.tif 000006
表４において、２サイクル目および３サイク目の放電容量は公称容量の５０％以下であり、充電容量は当該放電容量の１４０％に制御されている。６サイクル目および７サイクル目の放電容量はいずれも公称容量の１０％以下であり、６サイクル目の充電容量は５サイクル目の放電容量が公称容量の５０％以上であるから充電容量は当該サイクル放電容量の１００％に、７サイクル目の充電容量は、６サイクル目の放電容量が公称容量の５０％以下となるから８０％に制御されている。さらに、９サイクル目の放電容量は公称容量の３０％以下であり、充電容量は当該放電容量の１２０％に制御された。
【０１０５】
表４に明らかなように、本実施例において作製した電池パックでは、本発明の充電制御を良好に実現していることがわかる。
【０１０６】
（実施例７）
公称容量１８００ｍＡｈのＮｉ／ＭＨ電池を用い、実施例４と同様の試験機を用い、同様の条件の試験を実施した。当該試験の実施において、使用した試験機とは別に、ボルトアンメータを４台用意し、計測のサンプリング間隔をそれぞれ０．０１ｍｓ、０．１ｍｓ、１ｍｉｎ、２ｍｉｎに設定し、試験電池の電圧、電流計測を行なって同時に電池容量を測定した。これらの装置により測定したデータ値はインターフェースを介してコンピュータに収納するようにした。試験機を含めた各装置の計測値はあらかじめ比較補正を行なって同様の測定値を得られるように設定した。
【０１０７】
実施した試験結果として、あるサイクルの放電容量を表５に示す。
【０１０８】
【表５】
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表５において、サンプリング間隔を０．１ｍｓ以上１ｍｉｎに設定した場合、放電容量はいずれも１７９６ｍＡｈと同じ値を示した。これに対して、サンプリング間隔を０．０１ｍｓに設定したボルトアンメータ１では、該当測定時間中に２回の放電を示し、それぞれ８３３ｍＡｈ、９６１ｍＡｈであった。電圧、電流をチェックした結果、放電中途で電流低下のノイズが発生していた。一方、サンプリング間隔を２ｍｉｎに設定したボルトアンメータ４では、１７９１ｍＡｈとなり、低い値を示した。
【０１０９】
表５に示すように、サンプリング間隔Ｍが
０．０００１ｓ  ≦  Ｍ  ≦  Ｘ                              （１）
（ここに、Ｘは、該二次電池の公称容量を充電電流の６０倍で割って得る値、該公称容量を放電電流の６０倍で割って得る値および６０ｓのうちの最小のものであるとする）の範囲内にある場合には、信頼性の高い充電制御が可能になることがわかった。これに対して、サンプリング間隔が極端に短すぎるとノイズなどの不要な情報によって誤動作する恐れがあり好ましくない。一方で、サンプリング間隔が長すぎると、充電制御に遅れが生じるなど、同様に信頼性が低下することがわかった。
【０１１０】
なお、上記実施例１〜５においては、Ｘ＝６０ｓとなっている。
【０１１１】
本実施例の電池の端子電圧の計測において、上記式（１）に示すサンプリング間隔Ｍで実施する計測のうち、計測した端子電圧の測定値の変化の絶対値が１０ｍＶ以下である間は、上記端子電圧および時間の計測以外の計測および制御を実施しないことにすれば、上記端子電圧および時間の計測と充電容量または放電容量の算出とを除けば、本発明の充電制御方法の具体的な実施行為は皆無であるので、計測不履行により消費電力を低減できるメリットがある。
【０１１２】
以上述べたように本発明によれば、メモリー効果および電池劣化を抑制し、確実な放電容量を確保するアルカリ水溶液二次電池の高信頼の充電制御方法、装置および電池パックを実現でき、環境保全とエネルギー有効利用に大きな貢献を果たすことになる。
【０１１３】
【発明の効果】
本発明の実施により、アルカリ水溶液二次電池の簡易で効果的な充電制御方法および充電制御装置ならびに充電制御手段を具備した電池パックを提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例５において作製した充電制御装置を含む試験機の構成概念を示した図である。
【図２】本発明の充電制御方法の対象電池であるアルカリ水溶液二次電池の一例としてニッケル水素電池の反応機構を概説した図である。
【図３】本発明の充電制御方法の対象電池のアルカリ水溶液二次電池の一例であるニッケル水素電池の充放電電圧曲線を示した図である。
【図４】本発明の充電制御方法の対象であるアルカリ水溶液二次電池の一例であるニッケル水素電池について「浅い充放電」を行なった場合の端子電圧の変化の一例を示した図である。
【図５】本発明の充電制御方法に関わるアルカリ水溶液二次電池に関して、放電深度１００％の完全充放電サイクルと放電深度が浅い充放電サイクルとを５回実施した後の完全充放電サイクルの１、５０、１００、１５０サイクル目の放電容量の推移を示した図である。
【図６】本発明の実施例５において、本発明の充電制御方法を含む充放電制御を行なう手順を示すフロー図（その１）である。
【図７】本発明の実施例５において、本発明の充電制御方法を含む充放電制御を行なう手順を示すフロー図（その２）である。
【図８】本発明の実施例５において、本発明の充電制御方法を含む充放電制御を行なう手順を示すフロー図（その３）である。
【図９】本発明の実施例６において、本発明の充電制御方法を適用する電池パックの構成概念を示した図である。
【符号の説明】
５−１…中央処理装置（ＣＰＵ）、５−２…電流電圧制御部、５−３…充電器、５−４…電流回路開閉スイッチ、５−５…充電制御部、５−６…リードオンリーメモリ（ＲＯＭ）、５−７…作業用ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、５−８…表示部、５−９…キーボード、５−１０…接続端子、５−１１…試験用充放電試験機、５−１２…商用電源、５−１３…端子、５−１４…試験電池であるＮｉ／ＭＨ電池、５−１５…負荷、７−１…電池パック、７−２…制御用集積回路（ＩＣ）、７−３…Ｎｉ／ＭＨ電池、７−４…充放電の切り替えスイッチ部、７−５…プラス端子、７−６…マイナス端子。
【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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