JP2000150000A - バックアップ電源の管理方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ニッケル−水素蓄電池の容量を長期にわたっ
て維持することができ、誘導灯、非常用照明、情報通信
システム等のバックアップ電源の管理に適した電源装置
の管理方法を安価で提供する。 【解決手段】 ニッケル酸化物を主体とする正極、水素
吸蔵合金からなる負極、セパレータおよびアルカリ電解
液を備えたニッケル−水素蓄電池を用いたバックアップ
電源の管理において、ニッケル−水素蓄電池を間欠充電
しながら、その充電休止中のニッケル−水素蓄電池の温
度に基づいてニッケル−水素蓄電池の充電休止中の自己
放電量を算出して、得られた自己放電量に基づいてニッ
ケル−水素蓄電池の充電を制御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、誘導灯、非常用照
明、情報通信システム等のバックアップ電源の管理方法
に関するものであって、特にそれに用いられるニッケル
−水素蓄電池の充電方法および劣化判定方法に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】水素の吸蔵・放出が可能な水素吸蔵合金
を負極材料として用いるニッケル−水素蓄電池は、密閉
化が可能であり、ニッケル−カドミウム蓄電池（以下、
ニカド電池という）を凌ぐ高エネルギー密度化が可能で
あることから、これまでのニカド電池に代わって、通信
機、コンピュータ、ビデオ機器等のコードレス機器の電
源として利用されてきている。さらに、近年では、これ
までニカド電池が用いられてきた誘導灯、非常用照明、
コンピュータ、情報通信システム等のバックアップ電源
においても、機器の小型化、環境への配慮等によりニッ
ケル−水素蓄電池を使用したいとの要望が高まってい
る。バックアップ電源は、緊急の非常時に代替電源とし
て用いられるものであるため、充分な放電容量を常に確
保している必要がある。しかしながら、ニッケル−水素
蓄電池は、バックアップ電源用途に適した充電方法が無
いことから、バックアップ電源としては広く利用される
には至ってはいなかった。

【０００３】従来のニカド電池を用いたバックアップ電
源では、常に電池に微小な充電電流を供給するトリクル
充電が採用されている。ニッケル−水素蓄電池にトリク
ル充電を施した場合、容量の低下が激しく、充分な放電
容量を確保することができない。これは、トリクル充電
中に電池が過充電状態になり、負極に含まれる水素吸蔵
合金の酸化が進行して水素吸蔵能力が低下し、さらにこ
の酸化によって電解液が消費されて内部抵抗が増大する
ことによる。

【０００４】そこで、ニッケル−水素蓄電池を用いたバ
ックアップ電源に適した充電方法として、例えば特開平
９−１１７０７４号公報や電子情報通信学会１９９７年
通信ソサイエティ大会（講演論文集２の５３１ページ参
照）において、間欠充電が提案されている。間欠充電と
は、電池を間欠的に充電することにより、充電休止期間
の自己放電分を充電時に補い、電池を常に満充電に近い
状態で維持する方法である。これらの提案によると、電
池の電圧を測定しながら、電池電圧が最大閾値に達する
と充電を停止し、充電停止中に電池電圧が最小閾値まで
低下すると充電を再開する。しかしながら、このような
充電制御は、常時電池電圧を監視する必要があることか
ら、その制御装置が高価になるため、コストの制約が厳
しい誘導灯、非常用照明、情報通信システム等に導入す
るのは困難である。また、寿命末期など内部抵抗が上昇
した電池の場合、自己放電量が設定した値に達しても電
圧は設定値まで低下せず、充電が開始されない場合があ
る。

【０００５】コンピュータや情報通信システムのための
バックアップ電源には、バッテリ−マネージメントユニ
ット（ＢＭＵ）が用いられている。ＢＭＵは、残容量を
検出して電池があとどれくらい使用できるかを判定する
機能を有するとともに、電池の劣化の程度を検出して電
池の交換時期を判定する機能を有する。ＢＭＵは、その
構造上非常に高価なものであり、コンピュータのための
バックアップ電源の管理には適用されるが、比較的本体
の価格が安い誘導灯、非常用照明、情報通信システム等
の管理にはそのコスト的な制約から導入が難しい。上記
公報等には、電池の劣化の判定のために、充電休止直後
の電圧降下値を検出する方法が開示されている。この方
法の場合、小電流で充電すると充電電圧が低くなるた
め、検出しようとする電圧降下の値も小さい。従って、
電圧の検出が難しく、高い精度で劣化を判定することは
困難である。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、以上の問題
点を解決し、ニッケル−水素蓄電池の容量を長期にわた
って維持することができ、誘導灯、非常用照明、情報通
信システム等のバックアップ電源の管理に適した電源装
置の管理方法を安価で提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明では、ニッケル−
水素蓄電池を間欠充電しながら、充電休止中の自己放電
量を温度により補正する。補正して得られた自己放電量
を次回の充電時に補償する。

【０００８】

【発明の実施の形態】本発明のバックアップ電源の管理
方法は、ニッケル酸化物を主体とする正極、水素吸蔵合
金からなる負極、セパレータおよびアルカリ電解液を備
えたニッケル−水素蓄電池を用いたバックアップ電源の
管理方法において、ニッケル−水素蓄電池を間欠充電し
ながら、その充電休止中のニッケル−水素蓄電池の温度
に基づいてニッケル−水素蓄電池の充電休止中の自己放
電量を算出して、得られた自己放電量に基づいてニッケ
ル−水素蓄電池の充電を制御する。上記の充電制御にお
いて、算出された自己放電量相当分を充電することで、
電池の過充電を防ぎ、劣化の進行を抑制することができ
る。ここで、必ずしもニッケル−水素蓄電池の温度を用
いる必要はなく、その変動が小さければ、雰囲気温度で
代用することができる。たとえば、一定の充電休止期間
におけるの自己放電量に基づいて、次に行う間欠充電の
継続時間を決定する。また、算出された自己放電量が所
定値、たとえば蓄電池の容量の１０〜３０％に達したと
きに、ニッケル−水素蓄電池の充電を再開させる。

【０００９】充電休止中の一定時間におけるニッケル−
水素蓄電池の平均温度に基づいて同時間におけるニッケ
ル−水素蓄電池の自己放電量を算出する。算出された自
己放電量が所定値に達していない場合、次に続く一定時
間におけるニッケル−水素蓄電池の平均温度に基づいて
その時間におけるニッケル−水素蓄電池の自己放電量を
算出し、算出された自己放電量の積算値を所定値と比較
する。このように、一定時間（たとえば３〜４８時間）
毎に、電池の自己放電量を算出し、この値が上記の所定
値以上になると充電を再開する。このときの充電電流は
たとえば１／３０Ｃ〜１Ｃとする。これにより、充電休
止中にその時点の電池の自己放電量を把握することがで
きる。また、充電休止中に環境温度等が変動しても、自
己放電量を補正することができ、より精度の高い充電制
御が可能になる。

【００１０】本発明の他のバックアップ電源の管理方法
は、ニッケル酸化物を主体とする正極、水素吸蔵合金か
らなる負極、セパレータおよびアルカリ電解液を備えた
ニッケル−水素蓄電池を用いたバックアップ電源の管理
方法において、ニッケル−水素蓄電池に対して０．２〜
１Ｃで、−ΔＶ制御方式またはｄＴ／ｄｔ制御方式によ
り満充電を検出する間欠充電を行う。上記のような充電
時間を一定にするいわゆるタイマー制御により充電する
場合、常に休止中の自己放電量が一定であれば過充電ま
たは充電不足になる心配はない。しかし、雰囲気温度が
変化すると自己放電量も変わってくる。したがって、タ
イマー制御によると、電池が過充電されてその寿命が短
くなる可能性がある。そこで、電池を確実に満充電状態
まで充電しかつ過充電を防ぐためには、タイマー方式に
代えて、−ΔＶ制御方式またはｄＴ／ｄｔ制御方式によ
り満充電を検出する間欠充電を行う。−ΔＶ制御方式
は、電池を定電流で充電した場合、電池電圧が充電の進
行に伴って上昇していき、満充電に達するとそれ以降は
徐々に降下する特性を用いたものであり、検出した電圧
降下の値（−ΔＶ）をあらかじめ設定された値と比較し
て充電制御を行う方式である。ｄＴ／ｄｔ制御方式は、
電池温度の上昇勾配（ｄＴ／ｄｔ）を検出する制御方式
である。

【００１１】バックアップに用いたときに確実に残容量
を確保するためには、休止中の電池電圧を検出しなが
ら、その値が所定値まで低下すると充電を再開すること
が好ましい。充電制御をより簡易にするためには、タイ
マー制御により所定の間隔（たとえば１〜７日）で定期
的に充電を再開することが好ましい。

【００１２】本発明のさらに他のバックアップ電源の管
理方法は、ニッケル酸化物を主体とする正極、水素吸蔵
合金からなる負極、セパレータおよびアルカリ電解液を
備えたニッケル−水素蓄電池を用いたバックアップ電源
の管理方法において、ニッケル−水素蓄電池を間欠充電
しながら、その充電開始時の環境温度と充電終了時の電
池電圧に基づいてニッケル−水素蓄電池の劣化を判定す
ることを特徴とする。

【００１３】本発明のさらに他のバックアップ電源の管
理方法は、ニッケル酸化物を主体とする正極、水素吸蔵
合金からなる負極、セパレータおよびアルカリ電解液を
備えたニッケル−水素蓄電池を用いたバックアップ電源
の管理方法において、ニッケル−水素蓄電池を間欠充電
しながら、その充電中のニッケル−水素蓄電池の表面温
度と充電中の電池電圧に基づいてニッケル−水素蓄電池
の劣化を判定することを特徴とする。この方法による
と、電池温度と電池電圧からニッケル−水素蓄電池の劣
化を判定する。電池の充電電圧はその内部抵抗及び充電
電流の双方に依存することから、この方法によると、充
電電流値に関わらず電池劣化を判定することができる。

【００１４】

【実施例】以下、本発明のバックアップ電源の管理方法
として、電池の充電方法および劣化判定方法の好ましい
実施例を詳細に説明する。

【００１５】《実施例１》水酸化ニッケル粉末と導電剤
としてのコバルト化合物粉末を主体とするペーストを調
製した。ついで、このペーストを発泡ニッケルからなる
基体に充填した。このペーストを充填された基体をプレ
スによって所定の厚さにし、さらにＡＡサイズ用の寸法
に裁断して正極板を得た。一方、穿孔を有するＮｉめっ
き鋼鈑の両面に水素吸蔵合金粉末を主体とするペースト
を塗布した。このＮｉめっき鋼鈑をプレスによって押圧
し、さらに所定の寸法に裁断して負極板を得た。

【００１６】以上のようにして得られた正極板および負
極板を、両者の間にポリプロピレン製の不織布からなる
セパレータを挟んで重ね合わせたのち、渦巻状に巻回し
て電極群を得た。得られた電極群を外装缶に収納したの
ち、外装缶に比重が１．３０のＫＯＨ水溶液に３０ｇ／
ｌの水酸化リチウムを溶解して得られたアルカリ電解液
を所定量注入した。ついで、これを雰囲気温度２５℃で
１２時間放置し、さらに初充放電（充電は０．１Ｃの電
流で１５時間、放電は０．２Ｃの電流で４時間）を行
い、定格容量が１２００ｍＡｈのＡＡサイズのニッケル
−水素蓄電池を得た。得られたニッケル−水素蓄電池を
６本直列に接続して電池パックを組み立てた。これを電
池パックＡとする。一方、定格容量が６００ｍＡｈのニ
ッケル−カドミウム蓄電池を６本直列に接続して電池パ
ックを組み立てた。これを電池パックＢとする。

【００１７】以上のようにして得られた電池パックＡお
よびＢを、２５℃の雰囲気下で以下のようにして間欠充
電した。充電休止中に電池電圧が予め設定した電圧値
（１．３Ｖ／セル）まで降下したときにタイマー制御に
よる充電を開始した。また、充電休止時における電池パ
ックの自己放電量（電池容量の約２０％）及び充電時の
充電効率を考慮して、電池パックをその充電電気量が電
池容量の２５％になるように、１／２ＣｍＡの充電電流
で３０分間充電した。上記の間欠充電を繰り返しなが
ら、６ヶ月に一度、セル当たりの電圧が１．０Ｖに低下
するまで放電させ、電池容量を求めた。その結果を図１
に示す。図１から明らかなように、間欠充電ではニッケ
ル−水素蓄電池を用いた電池パックＡの容量は殆んど低
下しない。一方、ニッケル−カドミウム蓄電池を用いた
電池パックＢの容量は、間欠充電を繰り返すにつれて大
きく低下することがわかる。

【００１８】次に、電池パックＡおよびＢを、それぞれ
トリクル充電により充電した。このとき、バックアップ
用ニッケル−カドミウム蓄電池の代表的な充電条件にし
たがって、２５℃の雰囲気下で、１／２０ＣｍＡの充電
電流で充電した。電池パックＡおよびＢは、いずれも６
ヶ月に一度、電圧が１．０Ｖ／セルに低下するまで放電
させ、そのときの放電量より電池容量を求めた。電池パ
ックＡおよびＢの電池容量の変化を図２に示す。図１お
よび図２より明らかなように、ニッケル−水素蓄電池
は、間欠充電により長期にわたってその容量が保持され
る。間欠充電によると、過充電量やそれに比例する酸素
発生量を、トリクル充電を行ったときのそれらの約１／
４０に抑制することができる。したがって、水素吸蔵合
金負極の酸化が抑制され、電解液もほとんど減少しない
と考えられる。

【００１９】一方で、ニッケル−水素蓄電池は、トリク
ル充電では容量を長期にわたって維持することができな
い。劣化したニッケル−水素蓄電池を解析したところ、
容量低下の主な原因は、トリクル充電によって正極から
連続的に発生した酸素によって負極の水素吸蔵合金が酸
化されたことによって、水素吸蔵合金の水素吸蔵能力が
低下したことと、さらに電解液が消費されて減少して内
部抵抗の上昇したことであることが明らかになった。こ
れに対して、ニッケル−カドミウム蓄電池は、間欠充電
によるとその容量の低下が大きいのに対して、トリクル
充電を行った場合には、容量の低下が抑制される。これ
は、微小電流で連続的に充電するよりも、充放電を繰り
返すことにより、電池の負極に用いられているカドミウ
ムのデンドライトが生成されやすくなることによると考
えられる。

【００２０】ここで、充電を一定時間で停止するいわゆ
るタイマー制御によると、電池電圧を検出しながら充放
電を制御する方法と比べて、装置の構成が簡易になる。
また、雰囲気温度が安定している場合には高い精度で充
電量を制御することができる。ただし、タイマー制御に
よると、いわゆる見込みの容量低下量を補充することに
なるため、雰囲気温度の変動等によっては、電池が満充
電されない場合や過充電される場合もある。また、単純
に一定時間充電するようなタイマー制御によると、実際
に電池がバックアップ電源として用いられた場合、放電
直後の充電においては満充電されない。したがって、放
電後しばらくは、バックアップ電源として充分な機能を
発揮することができない。

【００２１】そこで、より確実に電池を満充電するため
には、いわゆる−ΔＶ制御方式での充電が望ましい。−
ΔＶ制御方式は、電池を定電流で充電した場合、電池電
圧が充電の進行に伴って上昇してゆき、満充電に達する
とそれ以降は徐々に降下する特性を利用したものであ
り、この電池電圧のピーク値からの電圧降下の値（−Δ
Ｖ）を検出して充電制御を行う方式である。したがっ
て、−ΔＶ制御方式によると、過充電を防ぎながら、電
池を満充電状態まで充電することができる。なお、−Δ
Ｖ制御方式の場合、小電流で充電すると、高温下では−
ΔＶ値を検出しにくくなるため、１／５Ｃ〜１Ｃで充電
することが望ましい。電池を満充電状態まで充電するた
めの充電制御方式としては、上記のほか、電池温度の上
昇勾配（ｄＴ／ｄｔ）を検出する制御方式、電池温度の
上限値（ＴＣＯ）を検出して制御する方式を用いてもよ
い。以上のように、ニッケル−水素蓄電池をバックアッ
プ用電源として用いる場合、間欠充電が好ましい。

【００２２】《実施例２》実施例１のように、ある自己
放電量に相当する電圧値を設定し、休止時にその電圧値
まで電圧が低下した場合に充電を開始するような機能に
することによっても雰囲気温度による過充電や、充電不
足を解決することが可能である。但し、電池の寿命末期
など内部抵抗が上昇した場合、自己放電量が設定した値
に達しても電圧値は設定値まで低下せず、充電が開始さ
れない場合がある。そこで、本実施例では、電池の内部
抵抗に関わらず安定して動作する充電制御方法について
説明する。実施例１で用いたものと同様のニッケル−水
素蓄電池を用いた電池パックＡ及びニッケル−カドミウ
ム蓄電池を用いた電池パックＢを、以下のようにして間
欠充電した。電池パックＡおよびＢを１／２ＣｍＡで１
８分間充電し、３日間充電を休止するサイクルを繰り返
した。ここで、２５℃の雰囲気下における３日間の保存
で電池の容量は約１０％程度低下する。この容量低下分
を１８分間の充電で補うものである。ここで、６ヶ月に
一度、電池電圧が１．０Ｖ／セルに低下するまで完全放
電させ、電池容量を求めた。

【００２３】このときの電池容量の変化を図３に示す。
図３から明らかなように、電池パックＢの容量が大きく
低下するのに対して、電池パックＡの容量は、長期にわ
たってほとんど低下しない。間欠充電時によると、過充
電量や、過充電により正極で発生する酸素の量がトリク
ル充電の場合のそれらの約１／２４に抑制されるため、
負極中の水素吸蔵合金の酸化／劣化や電解液の消費が抑
制されることによる。したがって、間欠充電によると長
期の保存においてもニッケル−水素蓄電池の容量の低下
を抑制することができる。電池パックＢの容量が大きく
低下したのは、この蓄電池の負極に用いられているカド
ミウムが、充放電の繰り返しによってデンドライトを生
成し易くなり、内部短絡が起こったためと考えられる。

【００２４】《実施例３》電池パックＡおよびＢを１／
１０ＣｍＡで３８分間充電し、１２時間充電を休止する
サイクルを繰り返した。ここで、２５℃の雰囲気下にお
ける１２時間の保存で電池の残容量は約４％程度低下す
る。そこで、充電により電池容量の６％を充電する。こ
こで、６ヶ月に一度、電池電圧が１．０Ｖ／セルに低下
するまで完全放電させ、電池容量を求めた。このときの
電池容量の変化を図４に示す。図４から明らかなよう
に、電池パックＢの容量が大きく低下するのに対して、
電池パックＡの容量は、長期にわたってほとんど低下し
ない。ニッケル−水素蓄電池を用いた電池パックＡは、
間欠充電により過充電量（酸素発生量）が約１／７に抑
制され、負極の水素吸蔵合金の劣化が抑制されたためと
考えられる。またニッケル−カドミウム蓄電池を用いた
電池パックＢは、充放電の繰り返しによって負極に用い
られているカドミウムのデンドライトが生成し、内部短
絡が起こったためと考えられる。

【００２５】《実施例４》上記実施例で用いたものと同
様の電池パックＡを、以下の充電条件Ａ１およびＡ２で
それぞれ間欠充電した。 Ａ１： ０℃の雰囲気下で、充電電流１／１０ＣｍＡで
１９分間充電（電池容量の３％に相当）し、１２時間充
電を休止するサイクルを繰り返す。０℃の雰囲気下、１
２時間保存で２％程度容量低下が見込まれる。そこでそ
の自己放電量を充電により補うものである。 Ａ２： ０℃の雰囲気下で、上記実施例で行った充電方
法に対応するものであって、充電電流１／１０ＣｍＡで
３８分間充電（電池容量の６％に相当）し、１２時間充
電を休止するサイクルを繰り返す。

【００２６】ここで、６ヶ月に一度、電池電圧が１．０
Ｖ／セルに低下するまで完全放電させ、電池容量を求め
た。このときの電池容量の変化を図５に示す。図５に示
すように、条件Ａ２で充電した電池パックは、条件Ａ１
で充電した電池パックと比べてその容量が早期に低下す
る。条件Ａ１では、電池温度に基づいて推定した自己放
電量に見合った充電により、正極が過充電にならなかっ
たのに対して、条件Ａ２では、正極が過充電になって、
正極中にγ型ＮｉＯＯＨが生成され、電池の内部抵抗が
上昇したために、容量が低下したと推定される。

【００２７】《実施例５》上記実施例で用いたものと同
様の電池パックＡを、以下の充電条件Ａ３およびＡ４で
それぞれ間欠充電した。 Ａ３： ５５℃の雰囲気下で、充電電流１／１０ＣｍＡ
で１時間３０分間充電（電池容量の１５％に相当）し、
１２時間充電を休止するサイクルを繰り返す。５５℃の
雰囲気下、１２時間保存で１０％程度の容量低下が見込
まれる。そこでその自己放電量を補うように充電する。 Ａ４： ５５℃の雰囲気下で、上記実施例で行った充電
方法に対応するものであって、充電電流１／１０ＣｍＡ
で３８分間充電（電池容量の６％に相当）し、１２時間
充電を休止するサイクルを繰り返す。

【００２８】ここで、６ヶ月に一度、電池電圧が１．０
Ｖ／セルに低下するまで完全放電させ、電池容量を求め
た。このときの電池容量の変化を図６に示す。図６に示
すように、条件Ａ３で充電した電池パックの方が、Ａ４
で充電した電池パックよりも容量が大きい。これは、条
件Ａ３によると、電池温度より求めた自己放電量に相当
する量を充電したため、正極が満充電状態になり、十分
な残容量を確保されたためである。一方、条件Ａ４によ
ると、実際の自己放電分よりも少量の２５℃における自
己放電相当分しか充電されず、充電不足によって正極が
満充電状態にならなかったためと推定される。

【００２９】なお、時間率に換算して１／３０Ｃ〜１Ｃ
で間欠充電することが好ましい。休止時間は、たとえば
３時間〜７日間とする。以上のように、バックアップ電
源用ニッケル−水素蓄電池の間欠充電において、充電休
止期間中の電池温度により算出された自己放電量を充電
することにより、広い温度領域において充電特性及び寿
命特性を向上させることができる。

【００３０】《実施例６》本実施例では、実際に電池温
度を検出し、充電条件を設定する方法の一例について説
明する。上記実施例で用いたものと同様の電池パックＡ
を用い、その充電休止期間を７２時間とする。充電休止
から２４時間の電池の平均温度を測定する。さらに、そ
の後の２４時間の電池の平均温度、および続いた２４時
間の電池の平均温度を求める。ここで、各電池温度にお
ける電池の残容量と充電休止中の自己放電量は、たとえ
ば図８に示すようになる。したがって、図８より充電休
止中の電池の自己放電量が求められる。たとえば、図７
に示すように、満充電状態で充電を休止した直後から２
４時間の電池の平均温度が３５℃であり、その後の２４
時間およびさらに後の２４時間の電池の平均温度がそれ
ぞれ２５℃および４５℃であったとする。

【００３１】図８によると、電池平均温度が３５℃であ
った最初の２４時間の電池の自己放電量は１３％であ
る。続く２４時間（電池平均温度が２５℃）の電池の自
己放電量は、そのときの電池の残容量が８７％であるか
ら、１％である。さらに次の２４時間（電池平均温度が
４５℃）の電池の自己放電量は、そのときの電池の残容
量が８６％であるから、４％である。これらを積算する
と、７２時間の充電休止中の電池の自己放電量は１８％
となる。したがって、このように算出された自己放電量
に相当する量を充電すると、電池は満充電状態になる。
したがって、その充電休止期間の直後の充電時間を、こ
の自己放電量に基づいて決定する。このように、電池の
温度を測定して次の充電条件を決定することにより、ニ
ッケル−水素蓄電池の過充電による劣化を低減すること
ができる。特に、充電休止期間を複数の期間に区分し、
各期間毎にその期間中の平均温度から自己放電量を求め
ることにより、電池温度や雰囲気温度が変化しても、長
期にわたって電池の容量を維持することができる。

【００３２】以下、本充電制御方法の一例を説明する。
実施例１で用いた電池パックＡおよびＢに対して、充電
休止期間を２４時間とし、前半の１２時間および後半の
１２時間の電池の平均温度から、上記と同様に電池パッ
クの自己放電量を算出した。ついで、１／１０ＣｍＡで
その自己放電量を充当するようにして決定された時間電
池パックを充電した。以上のサイクルを繰り返しなが
ら、６ヶ月に一度、電池電圧が１．０Ｖ／セルに低下す
るまで完全放電させ、電池容量を求めた。このときの電
池容量の変化を図９に示す。図９より明らかなように、
ニッケル−カドミウム蓄電池を用いた電池パックＢはそ
の容量が早期に低下するのに対して、ニッケル−水素蓄
電池を用いた電池パックＡは、長期にわたってその容量
が維持される。

【００３３】なお、充電休止期間は、上記実施例のよう
に２４時間とする必要はなく、実用上３時間〜７日間と
することが望ましい。また、電池の平均温度を求める期
間も、上記実施例のように１２時間に限られるものでな
く、実用上３〜４８時間とすることが望ましい。充電電
流量は、１／１０Ｃに限られるものでなく、１／３０Ｃ
〜１Ｃであることが望ましい。以上のように、バックア
ップ電源用ニッケル−水素蓄電池の充電において、充電
休止期間（たとえば３時間〜７日間）を一定期間ごとに
区分し、区分された各期間中の電池の平均温度を用いて
電池の残容量を算出し、この自己放電相当分を次の充電
により補うことにより、広い温度領域において充電特性
及び寿命特性を向上させることができる。

【００３４】《実施例７》それぞれニッケル−水素蓄電
池を６本直列に接続して、電池パックＣおよびＤを得
た。得られた電池パックＣおよびＤを、０℃の環境下で
以下のようにしてそれぞれ間欠充電した。電池パックＣ
は、充電休止中に２４時間間隔で区分された各時間内に
おいて電池パックの平均温度を測定し、その時間内の電
池パックの自己放電量を算出した。算出された自己放電
量の積算値が電池容量の２０％に達すると、この自己放
電量相当分を１／１０ＣｍＡで間欠充電した。一方、電
池パックＤは、実施例６の電池パックＡと同様に、１２
時間の充電休止と１／１０ＣｍＡで３８分間の充電（電
池容量の６％に相当）を繰り返した。なお、６ヶ月に一
度、電池電圧が１．０Ｖ／セルに低下するまで完全放電
させ、電池容量を測定した。

【００３５】このときの充電期間と電池容量との関係を
図１０に示す。図１０から明らかなように、電池パック
Ｃは、電池パックＤよりも長期にわたって容量が維持さ
れていることがわかる。すなわち、電池パックＣは、温
度による自己放電の影響を考慮に入れた間欠充電によ
り、正極が過充電にならなかったのに対し、電池パック
Ｄは、実際の自己放電量よりも大きい２５℃における自
己放電量を充電したため、充電時に過充電されて正極で
γ型ＮｉＯＯＨが生成されて電池の内部抵抗が上昇し、
容量が低下したと推定される。

【００３６】《実施例８》それぞれニッケル−水素蓄電
池を６本直列に接続して、電池パックＥおよびＦを得
た。得られた電池パックＥおよびＦを、５５℃の環境下
で以下のようにしてそれぞれ間欠充電した。電池パック
Ｅは、充電休止中に２４時間間隔でその区分された時間
内の電池パックの平均温度を測定し、その時間内の電池
パックの自己放電量を算出した。算出された自己放電量
の積算値が電池容量の２０％に達すると、この自己放電
量相当分を１／１０ＣｍＡで間欠充電した。一方、電池
パックＦは、実施例６の電池パックＡと同様に、１２時
間の充電休止と１／１０ＣｍＡで３８分間の充電（電池
容量の６％に相当）を繰り返した。なお、６ヶ月に一
度、電池電圧が１．０Ｖ／セルに低下するまで完全放電
させ、電池容量を求めた。

【００３７】このときの充電期間と電池容量との関係を
図１１に示す。図１１から明らかなように、電池パック
Ｅは、電池パックＦよりも容量が大きいことがわかる。
すなわち、電池パックＥは、温度による自己放電の影響
を考慮に入れた間欠充電により、満充電されたのに対
し、電池パックＦは、充電量が不足して電池容量が低下
したものと推定される。

【００３８】《実施例９》本実施例では、間欠充電にお
ける電池の劣化判定の一例について説明する。水酸化ニ
ッケル粉末と導電剤としてのコバルト化合物粉末を主体
とするペーストを調製した。ついで、このペーストを発
泡ニッケルからなる基体に充填した。この基体をプレス
によって所定の厚さにし、さらにＡＡサイズ用の寸法に
裁断して正極板を得た。一方、ニッケルめっきされたス
テンレス鋼からなるパンチングメタル基板の両面に水素
吸蔵合金（ＭｍＮｉ₅タイプ）の粉末を主体とするペー
ストを塗布した。このパンチングメタル基板をプレスに
よって押圧し、さらに所定の寸法に裁断して負極板を得
た。得られた正極板および負極板を、両者の間にポリプ
ロピレン製の不織布からなるセパレータを挟んで重ね合
わせたのち、渦巻状に巻回して電極群を得た。得られた
電極群を外装缶に収納したのち、外装缶に比重が１．３
０のＫＯＨ水溶液に３０ｇ／ｌの水酸化リチウムを溶解
して得られたアルカリ電解液を所定量注入した。つい
で、これを周囲温度２５℃で１２時間放置後、初充放電
（充電は０．１Ｃの電流で１５時間、放電は０．２Ｃの
電流で４時間）を行い、定格容量１２００ｍＡｈのＡＡ
サイズのニッケル−水素蓄電池を得た。

【００３９】以上のようにして得られたニッケル−水素
蓄電池の初充電直後（内部インピーダンス：１６．１ｍ
Ω）の間欠充電時の電圧挙動と、サイクル寿命試験（温
度４０℃，充電を１ＣｍＡで１２０％，１ＣｍＡで１Ｖ
まで放電）を４００サイクル終了後（内部インピーダン
ス：１６１ｍΩ）の間欠充電時の電圧挙動を図１２に示
す。図中、初充電直後の電池を電池Ｇで表し、４００サ
イクル終了後の電池を電池Ｈで表している。なお、いず
れも、３５℃の温度雰囲気下で、０．１ＣｍＡで充電し
たものである。内部インピーダンスが１６１ｍΩまで上
昇した電池Ｈは、初充電直後の電池Ｇよりも充電終了電
圧が約０．１Ｖ高い。この試験では、単電池での試験を
しているため充電終了電圧の差はわずかであるが、実際
使用される誘導灯、非常灯、情報通信システム等のバッ
クアップ電源においては、複数の単電池を直列に接続し
た電池パックとして使用することから、この充電終了時
の電圧差は数倍となって現れ、容易に劣化を判定でき
る。

【００４０】また、上述の電池Ｇと電池Ｈを用いて、充
電開始時の電池温度と充電終了時の電圧との関係を求め
た。その結果を図１３に示す。図１３より明らかなよう
に、充電開始時の電池温度と充電終了時の電圧には、相
関関係がある。したがって、電池に充電開始時の電池温
度を測定するための温度モニターを装備し、その温度に
対応した充電終了時の電池電圧を見ることで、さらに高
精度の劣化判定が可能になる。以上のように、充電開始
時の電池温度と充電終了時の電池電圧を検出することに
より、精度の高い電池の寿命劣化の判定が可能になる。
さらに、モニターを用いて、充電中の電池温度と充電中
の電池電圧を常に監視することによって、高精度の寿命
劣化の判定が可能になる。

【００４１】

【発明の効果】本発明によると、ニッケル−水素蓄電池
の容量を長期にわたって維持することができ、誘導灯、
非常用照明、情報通信システム等のバックアップ電源の
管理に適した電源装置の管理方法を安価で提供すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例において、ニッケル−水素蓄
電池およびニッケル−カドミウム蓄電池を間欠充電した
ときの電池容量の変化を示す特性図である。

【図２】同実施例において、ニッケル−水素蓄電池およ
びニッケル−カドミウム蓄電池をトリクル充電したとき
の電池容量の変化を示す特性図である。

【図３】本発明の他の実施例において、ニッケル−水素
蓄電池およびニッケル−カドミウム蓄電池を間欠充電し
たときの電池容量の変化を示す特性図である。

【図４】本発明のさらに他の実施例において、ニッケル
−水素蓄電池およびニッケル−カドミウム蓄電池を間欠
充電したときの電池容量の変化を示す特性図である。

【図５】本発明のさらに他の実施例のバックアップ電源
の管理方法によりニッケル−水素蓄電池を間欠充電した
ときの電池容量の変化を示す特性図である。

【図６】本発明のさらに他の実施例のバックアップ電源
の管理方法によりニッケル−水素蓄電池を間欠充電した
ときの電池容量の変化を示す特性図である。

【図７】本発明のさらに他の実施例におけるバックアッ
プ電源の管理方法の概要を示すモデル図である。

【図８】ニッケル−水素蓄電池の残容量と自己放電量の
関係を示す特性図である。

【図９】本発明のさらに他の実施例のバックアップ電源
の管理方法によりニッケル−水素蓄電池を間欠充電した
ときの電池容量の変化を示す特性図である。

【図１０】本発明のさらに他の実施例のバックアップ電
源の管理方法によりニッケル−水素蓄電池を間欠充電し
たときの電池容量の変化を示す特性図である。

【図１１】本発明のさらに他の実施例のバックアップ電
源の管理方法によりニッケル−水素蓄電池を間欠充電し
たときの電池容量の変化を示す特性図である。

【図１２】本発明のさらに他の実施例のバックアップ電
源の管理方法によりニッケル−水素蓄電池を間欠充電し
たときの電池電圧の挙動を示す特性図である。

【図１３】充電開示時の電池温度と充電終了時の電池電
圧の関係を示す特性図である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (31)優先権主張番号 特願平10−136385 (32)優先日 平成10年５月19日(1998．5．19) (33)優先権主張国 日本（ＪＰ） (31)優先権主張番号 特願平10−246786 (32)優先日 平成10年９月１日(1998．9．1) (33)優先権主張国 日本（ＪＰ） (31)優先権主張番号 特願平10−252406 (32)優先日 平成10年９月７日(1998．9．7) (33)優先権主張国 日本（ＪＰ） (72)発明者 鈴木 達彦 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 増井 基秀 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 小西 始 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 Ｆターム(参考） 5G003 AA01 BA01 CA06 CA17 CA20 CB01 DA05 DA07 EA05 EA09 5H028 AA01 FF00 5H030 AA03 AA08 AS03 AS11 AS15 BB01 FF22

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ニッケル酸化物を主体とする正極、水素
   吸蔵合金からなる負極、セパレータおよびアルカリ電解
   液を備えたニッケル−水素蓄電池を用いたバックアップ
   電源の管理方法において、前記ニッケル−水素蓄電池を
   間欠充電しながら、その充電休止中の前記ニッケル−水
   素蓄電池の温度に基づいて前記ニッケル−水素蓄電池の
   充電休止中の自己放電量を算出して、得られた自己放電
   量に基づいて前記ニッケル−水素蓄電池の充電を制御す
   るバックアップ電源の管理方法。
2. 【請求項２】 算出された自己放電量に基づいて、次の
   充電継続時間を決定する請求項１記載のバックアップ電
   源の管理方法。
3. 【請求項３】 算出された自己放電量が所定値に達した
   ときに、前記ニッケル−水素蓄電池の充電を再開する請
   求項１記載のバックアップ電源の管理方法。
4. 【請求項４】 前記所定値が、前記ニッケル−水素蓄電
   池の放電容量の１０〜３０％である請求項３記載のバッ
   クアップ電源の管理方法。
5. 【請求項５】 充電休止中の一定時間における前記ニッ
   ケル−水素蓄電池の平均温度に基づいて同時間における
   前記ニッケル−水素蓄電池の自己放電量を算出する請求
   項３記載のバックアップ電源の管理方法。
6. 【請求項６】 算出された自己放電量が所定値に達して
   いない場合、前記一定時間に続く次の一定時間における
   前記ニッケル−水素蓄電池の平均温度に基づいてその時
   間における前記ニッケル−水素蓄電池の自己放電量を算
   出し、算出された自己放電量の積算値を前記所定値と比
   較する請求項５記載のバックアップ電源の管理方法。
7. 【請求項７】 前記所定時間が３〜４８時間である請求
   項５記載のバックアップ電源の管理方法。
8. 【請求項８】 ニッケル酸化物を主体とする正極、水素
   吸蔵合金からなる負極、セパレータおよびアルカリ電解
   液を備えたニッケル−水素蓄電池を用いたバックアップ
   電源を間欠充電することにより、前記ニッケル水素蓄電
   池の残容量を確保するバックアップ電源の管理方法にお
   いて、前記ニッケル−水素蓄電池に対して０．２〜１Ｃ
   の充電電流で、−ΔＶ制御方式またはｄＴ／ｄｔ制御方
   式により満充電を検出する間欠充電を行うバックアップ
   電源の管理方法。
9. 【請求項９】 充電休止中の前記ニッケル−水素蓄電池
   の電圧が所定の値まで低下すると充電を再開する請求項
   ８記載のバックアップ電源の管理方法。
10. 【請求項１０】 １〜７日の間隔で定期的に充電を再開
    する請求項８記載のバックアップ電源の管理方法。
11. 【請求項１１】 ニッケル酸化物を主体とする正極、水
    素吸蔵合金からなる負極、セパレータおよびアルカリ電
    解液を備えたニッケル−水素蓄電池を用いたバックアッ
    プ電源の管理方法において、前記ニッケル−水素蓄電池
    を間欠充電しながら、その充電開始時の環境温度と充電
    終了時の電池電圧に基づいて前記ニッケル−水素蓄電池
    の劣化を判定することを特徴とするバックアップ電源の
    管理方法。
12. 【請求項１２】 ニッケル酸化物を主体とする正極、水
    素吸蔵合金からなる負極、セパレータおよびアルカリ電
    解液を備えたニッケル−水素蓄電池を用いたバックアッ
    プ電源の管理方法において、前記ニッケル−水素蓄電池
    を間欠充電しながら、その充電中の前記ニッケル−水素
    蓄電池の表面温度と充電中の電池電圧に基づいて前記ニ
    ッケル−水素蓄電池の劣化を判定することを特徴とする
    バックアップ電源の管理方法。