(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
密閉型ニッケル水素二次電池である単電池が複数個組み合わされた電池モジュールが収容された電池パックを再利用する方法であって、前記電池パックが市場において劣化判定された場合に、前記電池パックを交換対象電池として市場から回収し、
前記電池パックの製造時と回収時における電池重量の減少分に基づいて、前記電解液の再注液量を決定し、劣化判定対象の単電池または電池モジュールに対して電解液を再注液して再生し、電池パックに再度組み付け、交換用電池として使用に供することを特徴とする電池パックの再利用方法。
【請求項２】
前記電池パックの使用時に、前記単電池または電池モジュールの内部抵抗を監視し、前記単電池または電池モジュールの内部抵抗が規定値にまで上昇したことに基づき劣化判定された電池パックを前記交換対象電池とすることを特徴とする請求項１記載の電池パックの再利用方法。
【請求項３】
前記電池パックは、モータおよび発電機を備えて前記モータを走行駆動源として使用する車両に搭載され、正負両極が前記車両に接続されることを特徴とする請求項１記載の電池パックの再利用方法。
【請求項４】
前記電池パックの使用時に、前記電池パック内での残存容量または電圧のばらつきが規定値になったことに基づき劣化判定された電池パックを前記交換対象電池とすることを特徴とする請求項１記載の電池パックの再利用方法。
【請求項５】
前記単電池または電池モジュールは安全弁を有することを特徴とする請求項１記載の電池パックの再利用方法。
【請求項６】
前記単電池または電池モジュールの電槽が樹脂材料からなることを特徴とする請求項１記載の電池パックの再利用方法。
【請求項７】
前記劣化判定対象の単電池または電池モジュールの前記樹脂電槽に注液口を開け、前記注液口から電解液を再注液した後、前記注液口を樹脂で溶着することを特徴とする請求項６記載の電池パックの再利用方法。
【請求項８】
前記劣化判定対象の単電池または電池モジュールの再注液を行なう前または再注液を行なった後に、前記単電池または組電池内部を真空状態にまたは減圧することを特徴とする請求項１記載の電池パックの再利用方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、密閉型ニッケル水素二次電池で構成された電池パックが市場において劣化判定された場合に、当該電池パックを回収して電池再生し再利用する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
密閉型アルカリ二次電池として、液スターブ型のニッケル水素二次電池は、メンテナンスフリーで長寿命な充放電サイクルを有するという利点を有している。この利点により、二次電池に圧倒的な長寿命を必要とする電気自動車（ＰＥＶ）やハイブリッド車両（ＨＥＶ）等の市場において、液スターブ型ニッケル水素二次電池に対する要望が強い。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、液スターブ型ニッケル水素二次電池は、電池内部の電解液が減少して液枯れとなり、それにより内部抵抗が上昇することで寿命となる。このことは、ＰＥＶやＨＥＶ等の用途で、車両寿命よりも電池寿命が短くなった場合、車両寿命が電池寿命に制限されることになり、また新しい電池パックへの交換費用も高価であるという問題がある。
【０００４】
そのため、長寿命化を図るという目的で、例えば、特開２０００−２１５８８２号公報には、電池容器に開閉可能なネジ式の注液部を設け、電池の内部抵抗が初期の１．５倍より大きくなった場合、１．５以下となるまで注液部を介して補液を行なうという方法が開示されている。
【０００５】
しかし、電池容器に開閉可能な注液部を設けると、這い上がり性質のあるアルカリ電解液が注液部から漏液する恐れがあり、この漏液を防止することは困難である。また、開閉可能な注液部を介して、補液をユーザ側で行なう必要があり、メンテナンスフリーという密閉型アルカリ二次電池の利点が生かせないという問題もある。
【０００６】
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、従来のメンテナンスフリーで漏液のない完全密閉型ニッケル水素二次電池の利点を維持しつつ、電池パックを低価格で交換できる電池パックの再利用方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
前記の目的を達成するため、本発明に係る電池パックの再利用方法は、密閉型ニッケル水素二次電池である単電池が複数個組み合わされた電池モジュールを収容した電池パックを再利用する方法であって、電池パックが市場において劣化判定された場合に、その電池パックを交換対象電池として市場から回収し、電池パックの製造時と回収時における電池重量の減少分に基づいて、電解液の再注液量を決定し、劣化判定対象の単電池または電池モジュールに対して電解液を再注液して再生し、電池パックに再度組み付け、交換用電池として使用に供することを特徴とする。
【０００８】
この電池パックの再利用方法において、電池パックの使用時に、単電池または電池モジュールの内部抵抗を監視し、単電池または電池モジュールの内部抵抗が規定値にまで上昇したことに基づき劣化判定された電池パックを交換対象電池とすることが好ましい。
【０００９】
また、電池パックは、モータおよび発電機を備えてモータを走行駆動源として使用する車両に搭載され、正負両極が前記車両に接続されるものである。
【００１０】
また、電池パックの使用時に、電池パック内での残存容量または電圧のばらつきが規定値になったことに基づき劣化判定された電池パックを交換対象電池とすることが好ましい。
【００１２】
また、単電池または電池モジュールは安全弁を有するか、単電池または電池モジュールを構成する電槽が樹脂材料からなることが好ましい。
【００１３】
さらに、劣化判定対象の単電池または電池モジュールの樹脂電槽に注液口を開け、注液口から電解液を再注液した後、注液口を樹脂で溶着することが、樹脂電槽の場合、新たに注液口を容易に開けることができ、また再注液した単電池に対して樹脂により完全密閉を施すことができる点で好ましい。
【００１４】
また、本発明に係る電池パックの再利用方法において、劣化判定対象の単電池または電池モジュールの再注液を行なう前または再注液を行なった後に、単電池または電池モジュール内部を真空状態にまたは減圧することが、劣化して液枯れが激しいセパレータの奥にまで電解液を十分に浸透させることができる点で好ましい。
【００１５】
上記の構成によれば、従来のメンテナンスフリーで漏液のない完全密閉型ニッケル水素二次電池の利点を維持しつつ、劣化した電池パックを回収して再生した電池パックと低価格で交換し、ＰＥＶやＨＥＶ等用として再利用することができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施の形態について、図面を参照して説明する。
【００１７】
まず、図１から図６を参照して、本発明の一実施形態による再利用方法が適用される電池パックに並列配置して組み付けられる電池モジュールの構造について説明する。
【００１８】
本実施形態の電池モジュール１は、ＰＥＶやＨＥＶ用の駆動電源として好適に用いることができるニッケル・水素二次電池であり、図１から図３に示すように、幅の狭い短側面と幅の広い長側面とを有する上面開口の直方体状の複数（図示例では６個）の電槽３を、その短側面を共用して相互に一体的に連結して成る一体電槽２にて構成され、かつ各電槽３の上面開口は一体の蓋体４にて一体的に閉鎖されている。
【００１９】
各電槽３内には、後述するが、電槽３の長側面と平行な多数の正極板と負極板をセパレータを介して短側面方向に積層して成る極板群５がアルカリ電解液とともに収納され、単電池６が構成されている。
【００２０】
一体電槽２の両端の電槽３の外側の短側面および電槽３、３間の短側面の上端部には接続穴７が形成され、両端の電槽３の外側の短側面の接続穴７には、正極または負極の接続端子８が装着され、中間の電槽３、３間の短側面の接続穴には、両側の単電池６、６を直列接続する接続金具９が装着されている。
【００２１】
蓋体４の上面には、互いに隣り合う電槽３、３の隣接部において通孔３５が形成されるとともに、蓋体４上にこれら通孔３５、３５間を連通する連通路３７を形成した連通蓋３６が溶着されている。３６ａは、連通蓋３６の内面中央部に突設された補強突起で、連通路３７を閉じない大きさでかつその先端が蓋体４の上面に当接して溶着され、連通蓋３６の耐圧強度を確保している。一体電槽２と蓋体４と連通蓋３６は、ＰＰ／ＰＰＥアロイなどの合成樹脂材料にて構成されており、電解液に対して撥液性を有している。
【００２２】
また、蓋体４の上面には、各電槽３の内部圧力が一定以上になったときに圧力を解放するための安全弁１０が配設される。また、単電池６の温度を検出する温度センサを装着するセンサ装着穴１１が、適当な単電池６の極板群５の上端に接するように凹入形成されている。
【００２３】
各電槽３の長側面が一平面を成す一体電槽２の長側面には、各電槽３の両側端に対応する位置に上下方向に延伸するリブ１３が突設されており、かつリブ１３、１３間には、適当なピッチ間隔でマトリックス状に多数の比較的小さな円形の突部１４が突設されている。これらリブ１３と突部１４は同じ高さである。さらに、電槽３の上端部と蓋体４の側面には、リブ１３および突部１４と同じ高さの連結リブ１５ａおよび１５ｂが形成されている。また、一体電槽２の長側面の両端近傍の２つのリブ１３の外面の上部と下部に、一体電槽２をその長側面で互いに重ねた時に相互に嵌合する複数の位置決め用の突部１６と凹部１７が設けられている。これらリブ１３、突部１４および連結リブ１５ａ、１５ｂは、一体電槽２を並列配置したときにそれらの間に、各電槽３を効率的かつ均一に冷却するための冷媒通路を形成する。
【００２４】
次に、上記極板群５について、図４および図５を参照して説明する。Ｎｉの発泡メタルから成る多数枚の正極板１８とＮｉのパンチングメタルに活物質を塗着して成る多数枚の負極板１９とを交互に配置するとともに、各正極板１８に横方向に開口部を有するセパレータ２０を被せることにより、正極板１８と負極板１９との間にセパレータ２０を介装した状態で積層して極板群５が構成されている。図4で、斜線で示した領域は正極板１８と負極板１９とがセパレータ２０を介して対向して発電作用を発揮する領域を示している。これら正極板１８群と負極板１９群は互いに反対側の側縁部が外側に突出されていてその突出側縁部がリード部１８ａ、１９ａとして構成され、その側縁部にそれぞれ集電板２１、２２が溶接されている。各集電板２１、２２は、その両側縁を内側に折り曲げ、極板１８、１９と集電板２１、２２の溶接時に加圧しても外側に広がらないように寸法規制している。２３は、極板群５の集電板２１、２２間の外面に配設された外周セパレータである。
【００２５】
２９は、リード部１８ａ、１９ａにそれぞれ上下に適当間隔あけて形成された一対の位置決め穴で、この位置決め穴２９に位置決めピンを挿通してリード部１８ａ、１９ａの側端縁を押圧することにより、リード部１８ａ、１９ａの側端縁を揃え、この側端縁と集電板２１、２２を確実にかつ均等に溶接できるようにしている。
【００２６】
また、単電池６、６を直列接続する接続金具９は、図６に示すように、互いに隣接する単電池６の集電板２１、２２の上端部をそれぞれの基端面に溶接した一対のコマ金具２５にて構成され、このコマ金具２５の軸芯部に突設された突出軸部２６を電槽３の短側面に形成された接続穴７に両側から挿入して、その先端面同士を当接させて溶接することによって接続している。なお、集電板２１、２２の上端部とコマ金具２５の基端面との溶接および突出軸部２６の先端面同士の溶接は、それらを組み付けた状態で一括して抵抗溶接される。また、これらコマ金具２５の突出軸部２６の周囲には環状溝２７が形成され、これらの環状溝２７に装着されたＯリング２８にて接続穴７は２重にシールされている。
【００２７】
以上のように構成された電池モジュールが複数個並列配置されて、電池パックに組み付けられる。組み立てられた電池パックは、市場での使用による電解液の減少分を算出するためにその初期重量が測定され、活性化処理工程、検査工程等の工程を経て出荷される。出荷された電池パックはＨＥＶ等の車両に搭載され、ユーザの使用状態に応じて充放電が繰り返されることになる。
【００２８】
電池パックの充放電による電池状態を監視するために、電池パックは、電池の電圧、電流、温度を測定し、それらに基づいて電池の残存容量や内部抵抗を算出し、それらの電池情報を車両側の制御部に送信する。単電池または電池モジュール毎に算出した内部抵抗が規定値よりも大きくなった場合、あるいは単電池間または電池モジュール間の残存容量や電圧のばらつきが規定値よりも大きくなった場合、電池パックは、劣化して寿命末期にあると判定し、警告信号を車両側の制御部に送信する。
【００２９】
次に、劣化判定された電池パックを市場から回収して再生し、交換用電池として再利用する方法について、図７を参照して説明する。
【００３０】
図７は、本発明の一実施形態による電池パックの再利用方法における電池再生処理ルーチンを示すフローチャートである。図７において、まず、市場で劣化判定された電池パックを交換対象電池として市場から回収する（Ｓ７０１）。次に、回収した電池パックを電池モジュール１毎に解体し（Ｓ７０２）、劣化判定対象の電池モジュール１の重量を測定する（Ｓ７０３）。電池モジュール１の製造工程において、初期重量を測定しているので、初期重量からの現在の重量の減少分を算出して、その減少分に基づいて再注液量を算出する（Ｓ７０４）。
【００３１】
例えば、市場における充放電サイクルのシミュレーションであるが、残存容量が２０％から８０％の間で、２Ｃ充電と２Ｃ放電の充放電サイクルを、温度３５℃の環境で４０００サイクル実施した場合に、電池モジュール１の重量が９ｇ減少した。これは、樹脂電槽３の水分透過、内圧上昇による開弁が理由と考えられる。
【００３２】
次に、劣化判定対象の単電池６に対して、その電槽３上部の樹脂を溶融させることで注液口を開ける（Ｓ７０５）。ステップＳ７０４で算出した再注液量だけ電解液を再注液し（Ｓ７０６）、再注液した電池モジュール１を密閉容器に入れ、真空状態にまたは減圧する（Ｓ７０７）。次に、電池モジュール１を密閉容器から取り出し大気中に開放して、再注液した電解液を電極群５のセパレータ２０の奥まで浸透させる（Ｓ７０８）。
【００３３】
次に、樹脂電槽３の上部に開けた注液口に樹脂板を溶着して蓋をし、電池モジュールを再び密閉し（Ｓ７０９）、電池パックに再び組み付け（Ｓ７１０）、活性化処理工程、検査工程を実施して（Ｓ７１１）、電池パックが再生される。再生された電池パックは、交換用電池として出荷され、再びＨＥＶ等の車両に搭載される。
【００３４】
図８に、電池モジュール１（６個の単電池６）の充放電サイクルの初期（５０サイクル後）、寿命末期（４０００サイクル後）、および再注液後の内部抵抗と自己放電量を比較して示す。なお、測定条件として、内部抵抗は、ＳＯＣ６０％で５秒間の充放電パルス（２５Ａ、５０Ａ、７５Ａ）により測定し、また自己放電量は、ＳＯＣ６０％から温度４５℃で１週間放置した時の残存容量測定により求めた。図８に示すように、再注液後には、内部抵抗と自己放電量が初期状態にまでほぼ回復し、電池モジュール１が再生されている。
【００３５】
なお、上記の実施形態においては、６個の単電池を一体電槽内に収容した電池モジュールを並列配置した電池パックについて説明したが、各単電池を並列配置した電池パックにおいても、同様な電池パックの再利用方法が適用できる。
【００３６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、従来のメンテナンスフリーで漏液のない完全密閉型ニッケル水素二次電池の利点を維持しつつ、劣化した電池パックを回収して再生した電池パックと低価格で交換し、ＰＥＶやＨＥＶ等用として再利用することが可能になる、という格別な効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の一実施形態による電池パックの再利用方法が適用される電池モジュールの構造を示す正面図（ａ）および平面図（ｂ）
【図２】  図１の電池モジュールの部分縦断側面図
【図３】  図２のＡ−Ａ矢視断面図
【図４】  図２の電極群５の正面図
【図５】  図４のＢ−Ｂ矢視断面図
【図６】  図２の接続金具９の詳細構成を示す縦断面図
【図７】  本発明の一実施形態による電池パックの再利用方法における電池再生処理ルーチンを示すフローチャート
【図８】  充放電サイクルの初期状態（５０サイクル後）、寿命末期（４０００サイクル後）、および再注液後の電池モジュールの内部抵抗と自己放電量を示す図
【符号の説明】
１  電池モジュール
２  一体電槽
３  電槽
４  蓋体
５  極板群
６  単電池
１０  安全弁
【図１】
0004354130.tif 000002
【図２】
0004354130.tif 000003
【図３】
0004354130.tif 000004
【図４】
0004354130.tif 000005
【図５】
0004354130.tif 000006
【図６】
0004354130.tif 000007
【図７】
0004354130.tif 000008
【図８】
0004354130.tif 000009