JP2002359012A - 蓄電池及びその制御方法 - Google Patents
蓄電池及びその制御方法Info
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Abstract
び、検出温度に基づいて適切な電池制御を行うことがで
きる制御方法を提供する。 【解決手段】 複数のセルが連接されてなる蓄電池にお
いて、蓄電池の幅方向寸法をWとし、長さ方向寸法をL
としたとき、1/5W〜4/5W、かつ、1/5L〜4
/5Lの位置に蓄電池温度検出手段を設ける。
Description
方法に関するものである。
とともに、高電圧化や電気エネルギーとガソリンとを併
用するハイブリッド化が進められている。高電圧化する
ことでワイヤーハーネスや電気部品を軽量化できる。ハ
イブリッドシステムは、電気エネルギーによりガソリン
エンジンをアシストするため、省エネルギー、低公害化
が達成できる。
は、より小型軽量化が求められており、そのひとつの解
決手段として、従来よりも高電圧のモノブロック電池が
検討されている。公称電圧20V以上のモノブロック電
池は従来ほとんど作られていない。例えば、従来電池は
6セル、12Vモノブロック電池であるが、高電圧電池
として18セル、36V電池がある。
ブロック電池内のセル数が多くなると、1セル単位当た
りの電池比表面積比が小さくなってくるため、放熱しに
くくなり電池内温度が高くなりやすい。温度が高い状態
で電池が使用されると、電流が増加するため減液や格子
腐食が起こりやすくなり、電池劣化が早くなってしま
う。このため温度が高い場合には、電流を低減するよう
な制御を行う必要がある。このように高電圧のモノブロ
ック電池では、電池内温度を正確に検出し、検出温度に
応じて電池制御を行う方法が不可欠である。
るために、電池側面や上面に温度センサを貼り付けただ
けでは、電池内部温度を正確に把握できないという問題
があった。電池内部温度を正確に検出し得る蓄電池及
び、検出温度に基づいて適切な電池制御を行うことがで
きる制御方法を提供することが本発明の課題である。
複数のセルが連接されてなる蓄電池において、蓄電池の
幅方向寸法をWとし、長さ方向寸法をLとしたとき、1
/5W〜4/5W、かつ、1/5L〜4/5Lの位置に
蓄電池温度検出手段が設けられたことを特徴とする。
電池において、蓄電池温度検出手段が、蓄電池内に突出
するよう蓄電池容器に形成された凹状突出部の凹部に収
納されたことを特徴とする。
電池において、凹状突出部の凹部に収納された蓄電池温
度検出手段の周囲には充填剤が充填されたことを特徴と
する。
載の蓄電池において、凹状突出部は、壁面厚が2mm以
下であり、かつ、蓄電池内に収納された極板群との距離
が5mm以下であることを特徴とする。
段で検出された蓄電池温度に基づいて、充電及び放電の
少なくとも一方の制御を行うことを特徴とする、請求項
1、2、3、又は4記載の蓄電池の制御方法である。
電池の制御方法において、制御されるパラメータが充電
電圧であることを特徴とする。
載の蓄電池の制御方法において、蓄電池温度が予め定め
られた値に達したとき、充電もしくは放電を停止させる
ことを特徴とする。
て上述の課題を解決するものである。
のことを行う。複数のセルが連接されてなる蓄電池にお
いて、幅方向寸法W、長さ方向寸法Lとしたとき、1/
5W〜4/5W、1/5L〜4/5Lの位置に、温度検
出手段を設けたことを特徴とする。そして、温度検出手
段は蓄電池内に突出するように形成された凹状突出部の
凹部内に収納する。また、蓄電池温度検出手段の周囲に
は充填剤が充填される。さらに、凹状突出部は、壁面厚
が2mm以下、極板群との距離が5mm以下とすること
が好ましい。この検出された蓄電池温度に基づいて、充
電、放電の少なくとも一方の制御を行う。詳しくは、検
出した温度に基づき充電電圧を変化させる制御方法であ
る。また、蓄電池温度が予め定められた値に達したと
き、充電もしくは放電を停止させるといった機能を持た
せる。
出し、検出温度に基づいた適切な電池制御をおこなうこ
とができるため、高電圧のモノブロック電池であっても
劣化を抑制できる。
さ方向寸法Lに対して1/5W〜4/5W、1/5L〜
4/5Lの位置に、電池外装部材からエレメントに向か
って突出した凹状突出部を設け、この中に温度センサを
置く。凹状突出部は、肉厚が2mm以下、かつエレメン
トとの距離が5mm以下とする。
じて、充電電圧を変化させる。また温度が一定値を越え
ると電池の運転を停止する。
き詳述する。 (実施例1)まず、36Vモノブロック鉛蓄電池につい
て電池内の温度分布を測定するための試験を行った。供
試電池は、36V、20Ah/5hRのリテーナ式密閉
鉛蓄電池である。セル要素は、正極板、負極板、微細ガ
ラス繊維セパレータを積層して作られている。18個の
セル要素を電槽に収納する。鉛蓄電池の場合1セルの起
電力が2Vなので、18個のセルを直列接続することで
36V電池となる。セルとセルの間はセル間隔壁で仕切
られている。セル間隔壁に設けられた穴を通じて、各セ
ルの端子部を電気抵抗溶接などの方法で接続し、ふたを
溶着して電池が完成する。
湿度30%の恒温室に電池を入れた。そして放電40A
×1分、充電40A×1.1分の充放電サイクル試験を
繰り返した。この時、電池内のすべてのセル内部の中央
および両端部に温度センサを取り付け、サイクル試験中
の温度を計測した。温度センサには、耐酸性コーティン
グを施した熱電対(Tタイプ)を用いた。電池上部から
貫通口を開けてセンサをセル内に挿入後、貫通口の周囲
を耐酸性樹脂で封口した。
布測定結果を図1に示す。図1は上面図であり、等温線
として示したものである。試験開始時の温度は、いずれ
のセルも60℃である。時間の経過とともに各セルとも
温度が上昇する。電池周辺部は、セル要素からの熱エネ
ルギーが外部へと逃げやすく、温度上昇が小さくなって
いる。それに対し中央部は、外部への放熱経路が少な
く、他セルからの熱エネルギーも受け取るために、温度
が高くなっている。また、中央部では、比較的広い範囲
で同一温度となっていた。幅方向寸法W、長さ方向寸法
Lに対してそれぞれ1/5W〜4/5W、1/5L〜4
/5Lでは、電池内で最も温度の高くなる部分の温度を
示すことがわかる。従って、モノブロック電池内の温度
を測定する場合には、この範囲内の温度を測定すればよ
いことがわかる。 (実施例2)実施例1では、電池に貫通口を開けて温度
センサを挿入後、耐酸性樹脂で封口するということを行
った。しかし、実際に電池を量産する場合、この方法で
温度センサを取り付けることは工数が増えるために困難
である。そこで、電池のふたにエレメントに向かって突
出した凹状突出部を設け、その中に温度センサをおく方
法を検討した。この方法では、電池のふたに凹状突出部
を設けているため、電池に貫通口を開けたり、封口した
りといった工程は不要で通常通りの電池作製工程で生産
できる。図2は本発明蓄電池の温度センサの取付部構造
の一実施例を示す模式図である。温度センサ1としては
熱電対、サーミスタ等を使用可能である。直接セル内に
入らないため温度センサ1に耐酸性コーティング等は不
要である。凹状突出部2内に温度センサ1を入れ、その
周囲をエポキシ樹脂からなる充填剤3で固めた。センサ
周囲に空気層があると断熱され、正確な温度が計測でき
なくなる。これは、充填剤3によって空気層をなくすこ
とで解決できる。従ってエポキシ樹脂以外の例えばPP
樹脂等であっても同様な効果が得られる。また、温度セ
ンサ1を樹脂で固めることで、使用中のセンサのはずれ
を防止するという効果もある。
値とすると、凹状突出部2内の温度センサ1は距離が離
れているために、その指示値には差があり、この差が誤
差と考えられる。電池内温度を検出して制御するために
は、誤差が2℃程度までならその影響は無視できる。誤
差に影響を及ぼす因子としては、凹状突出部2先端から
エレメント4までの距離、および凹状突出部2の肉厚が
あげられる。これらの影響を調査した結果を図3,4に
示す。図3は、凹状突出部の肉厚を1mmと一定にした
ときの凹状突出部先端からエレメントまでの距離と温度
誤差との関係である。距離が5mm以下では2℃以内の
誤差であるが、5mm以上では大きくなっている。図4
は、凹状突出部先端からエレメントまでの距離を2mm
と一定にしたときの凹状突出部の肉厚の影響を調べたも
のである。肉厚2mm以上では誤差が2℃以上になって
いる。従って、凹状突出部は、肉厚が2mm以下、かつ
エレメントとの距離が5mm以下とするのが望ましい。 (実施例3)次に電池に温度センサを取り付け、検出温
度による充電制御を行いながら電池試験をおこなった。
位置は、実施例1で適当と考えた範囲内である、0.3
9L、0.22Wとした。電池ふたに凹状突出部を設
け、その中に温度センサを置き、センサ周囲にエポキシ
樹脂を充填した。凹状突出部とエレメントとの距離は
1.5mm、肉厚は1mmとした。
湿度30%の恒温室に電池を入れた。そして放電40A
×1分、初期充電電圧45V(最大電流40A)×2分
の充放電サイクル試験を繰り返した。充電電圧は、検出
温度に応じて−0.1V/℃で変化するように設定し
た。例えば60℃での充電電圧は、41Vとなる。比較
用として、充電電圧の温度制御を行わない電池について
も同時に試験を行った。
電電圧を温度制御した電池では、30℃付近で飽和し、
一定となった。充電電圧の温度制御を行わなかった電池
は、温度が上昇し、45℃程度にまで達した。一般に電
池は、温度が上がるほど電池内部での酸素発生反応およ
び負極吸収反応が増加し、それに費やされる電流が増加
する。この際の発熱でさらに温度上昇が加速される。充
電電圧の温度制御を行わなかった電池では、電流が増え
たため温度が高くなったものと考えられる。一方、充電
電圧の温度制御を行った電池では、温度が上がると充電
電圧を下げているため、充電電流の増加が抑えられる。
その結果、温度上昇を抑制できたものと考えられる。
検出し、電池の制御を行うことは、電池劣化を防止する
上で非常に効果的である。そして、温度センサには電池
内の最も温度が高くなる部分の温度を正確に検出するこ
とが求められるため、本発明は効果的である。
れ続けた際においては、通常の電池では温度の異常上昇
が起こってしまう。本発明電池では、温度を検出し、一
定温度以上になると電池を回路から除外する機構を備え
ることが可能である。こうすることで、最悪の場合にお
いても電池の異常発熱を未然に防止することができる。
出することが可能である。また、検出温度に応じて電池
を適切に制御することができるので、電池の劣化を防止
し、信頼性の高いシステムを得ることができる。
施例を示す模式図
度誤差の関係を示した図
Claims (7)
- 【請求項1】 複数のセルが連接されてなる蓄電池にお
いて、蓄電池の幅方向寸法をWとし、長さ方向寸法をL
としたとき、1/5W〜4/5W、かつ、1/5L〜4
/5Lの位置に蓄電池温度検出手段が設けられたことを
特徴とする、蓄電池。 - 【請求項2】 蓄電池温度検出手段が、蓄電池内に突出
するよう蓄電池容器に形成された凹状突出部の凹部に収
納されたことを特徴とする、請求項1記載の蓄電池。 - 【請求項3】 凹状突出部の凹部に収納された蓄電池温
度検出手段の周囲には充填剤が充填されたことを特徴と
する、請求項2記載の蓄電池。 - 【請求項4】 凹状突出部は、壁面厚が2mm以下であ
り、かつ、蓄電池内に収納された極板群との距離が5m
m以下であることを特徴とする、請求項2又は3記載の
蓄電池。 - 【請求項5】 蓄電池温度検出手段で検出された蓄電池
温度に基づいて、充電及び放電の少なくとも一方の制御
を行うことを特徴とする、請求項1、2、3、又は4記
載の蓄電池の制御方法。 - 【請求項6】 制御されるパラメータが充電電圧である
ことを特徴とする、請求項5記載の蓄電池の制御方法。 - 【請求項7】 蓄電池温度が予め定められた値に達した
とき、充電もしくは放電を停止させることを特徴とす
る、請求項5又は6記載の蓄電池の制御方法。
Priority Applications (1)
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---|---|---|---|
JP2001166784A JP5050300B2 (ja) | 2001-06-01 | 2001-06-01 | 蓄電池 |
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