JP2005005162A

JP2005005162A - 二次電池の充電装置

Info

Publication number: JP2005005162A
Application number: JP2003168179A
Authority: JP
Inventors: Yasushi Mori; 靖森; Hideki Miyamoto; 秀樹宮本
Original assignee: Toshiba Battery Co Ltd
Current assignee: FDK Twicell Co Ltd
Priority date: 2003-06-12
Filing date: 2003-06-12
Publication date: 2005-01-06
Anticipated expiration: 2023-06-12
Also published as: JP4417654B2

Abstract

【課題】並行充電される複数の二次電池の温度上昇を効果的に抑え、しかも個々の二次電池の温度を正確に検出して温度による各種充電制御を可能にする。
【解決手段】放熱板６１〜６４を相互に空間的に離間して配置し、かつこれらの放熱板６１〜６４を断熱性及び絶縁性を有する保持部材７，８により一体的に固定保持する。そして、上記各放熱板６１〜６４に形成した凹部に二次電池９１〜９４を当接させ、この状態で温度検出素子４１〜４４により上記各放熱板６１〜６４の温度を検出し、この検出された温度に応じて上記二次電池９１〜９４を充電するように構成している。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、例えばニッケルカドミウム電池や、ニッケル水素電池、リチウムイオン二次電池等の二次電池を充電する装置に係わり、特に電池ホルダに複数の二次電池を装着して並行に充電することが可能な二次電池の充電装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、二次電池を充電する場合には、電池の内部抵抗や電極反応等による発熱が問題となることがある。例えば、ニッケル水素電池を１時間以内に急速充電する場合には、電池の発熱により電池の温度が高温になるため、充電効率の低下や電池特性の劣化を起こしやすい。
【０００３】
そこで、従来では例えば、複数の二次電池セルを並べた状態で２枚の放熱板により上下から挟み込み、これにより各二次電池から発生する熱を上記放熱板により放散させる充電装置が提案されている。放熱板としては、例えばアルミニウム等の熱伝導の優れた金属を一体成形したものが用いられる。このような充電装置によれば、充電中に二次電池から発生された熱は各放熱板に伝わり、これらの放熱板から大気中に放散される。このため、二次電池モジュールの温度上昇を効果的に抑制することができる（例えば、特許文献１を参照。）。
【０００４】
一方、最近二次電池を充電する際に複数の二次電池の温度を個別に検出し、この検出された温度をもとに充電モードの変更や満充電の検出を行う機能を備えた充電装置が提案されている。この種の装置であれば、二次電池の温度に応じて充電動作を常に最適な状態に制御することができ、また満充電を正確に検出することができる。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００２−１２４２２５号公報。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記温度による充電モードの制御機能を備えた充電装置に、先に述べた一体成形された放熱板を設けると、以下のような問題を生じる。すなわち、残存容量が不均一の複数の二次電池を並行して充電しようとした場合に、早期に満充電になった二次電池から発生される熱が放熱板を介して他の二次電池に伝わり、この結果本来ならば温度が上昇していない他の二次電池において温度上昇が発生する。このように二次電池間の温度干渉があると、個々の二次電池の温度を正確に検出することが困難になり、上記した温度による充電モードの制御や温度による満充電の検出を正確に行えなくなる。
【０００７】
この発明は上記事情に着目してなされたもので、その目的とするところは、並行充電される複数の二次電池の温度上昇を効果的に抑え、しかも個々の二次電池の温度を正確に検出できるようにして、温度による各種充電制御を可能にした二次電池の充電装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するためにこの発明は、電池ホルダに装着された複数の二次電池の温度をそれぞれ検出し、この検出された温度に応じて前記各二次電池の充電を行う充電装置にあって、上記電池ホルダに、上記複数の二次電池の各々に個別に当接する複数の放熱部材を設け、かつこれらの放熱部材を、当該放熱部材間を熱的に遮断した状態で保持部材により一体的に保持するように構成したものである。
【０００９】
したがってこの発明によれば、各二次電池から発生された熱は、それぞれ二次電池に対し個別に設けられかつ相互に熱的に遮断された放熱部材に伝わり、これらの放熱部材からそのまま放熱される。このため、各二次電池の温度をそれぞれ独立して検出することが可能となり、これにより例えば残存容量が不均一の複数の二次電池を並行して充電しようとした場合にも、二次電池間の温度干渉の影響を受けることなく、二次電池ごとにそれぞれ温度に応じた正確な充電制御を行うことが可能となる。
【００１０】
上記保持部材は、複数の放熱部材間を電気的に絶縁する性質を有する材料により構成するとよい。このように構成すると、仮に複数の二次電池の外装チューブが損傷して電池の外装缶むき出しになり、この外装缶が放熱部材と接触したとしても、放熱部材間は電気的に絶縁されているので二次電池間が短絡を起こす不具合は防止される。このため、短絡による異常な発熱等が起きる心配がなくなり、装置の信頼性を高めることができる。
【００１１】
また、上記各放熱部材の各々に放熱のための凹凸部を設けるとさらに好適である。このようにすると上記凹凸部がいわゆるヒートシンクとして作用し、これにより各放熱部材の熱放散効率が高められて、電池の充電時間を短縮することが可能となる。
【００１２】
さらに、上記各放熱部材間に空隙部を形成すると共に、送風手段を設ける。そして、この送風手段により上記各放熱部材の一方の面側から上記空隙部を通して放熱部材の他方の面に配置された二次電池に対し冷却風を送り込むようにするとよい。このように構成すると、各二次電池を効率良く強制冷却することが可能となり、これにより各二次電池の温度上昇をさらに抑制して充電効率を高めることができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
図１は、この発明に係わる充電装置の一実施形態を示す斜視図であり、図中１は下側ケース、２は上側カバーを示している。
【００１４】
下側ケース１には印刷配線板３が収容される。この印刷配線板３の一方の面（図示せず）には、充電装置の回路部分を構成する回路素子や集積回路が装着され、他方の面には４対の金属端子３ａ１〜３ａ４，３ｂ１〜３ｂ４と、温度検出素子４１〜４４がそれぞれ植設される。
【００１５】
一方、上側カバー２は枠形に構成されており、枠内の空間部には電池ホルダ５が収容される。電池ホルダ５は、短冊状をなす４個の放熱板６１〜６４を相互に一定の間隔を隔てた状態で配列し、この状態で上記放熱板６１〜６４の両端部を保持部材７，８により固定保持したものである。上記放熱板６１〜６４はアルミニウム板からなり、その表面にはそれぞれ円弧状の凹部６ａ１〜６ａ４が形成してある。これらの凹部６ａ１〜６ａ４はその形状が二次電池９１〜９４の周面形状と一致するように定められており、二次電池９１〜９４の支持受部として機能する。
【００１６】
保持部材７，８は断熱性及び絶縁性を有する素材、例えば強化プラスチック（ＡＢＳ樹脂）からなる。保持部材７，８にはそれぞれ、仕切部７ａ，８ａにより隔てられた４つの支持受部７ｂ１〜７ｂ４，８ｂ１〜８ｂ４が設けられており、これらの支持受部７ｂ１〜７ｂ４，８ｂ１〜８ｂ４において上記放熱板６１〜６４の両端部が支持される。また上記支持受部７ｂ１〜７ｂ４の上端部には、電極用孔部７ｃ１〜７ｃ４が設けられており、これらの電極用孔部７ｃ１〜７ｃ４に上記金属端子３ａ１〜３ａ４が挿通される。なお、金属端子３ｂ１〜３ｂ４は、保持部材８の背面側において屈曲形成された先端部が二次電池の電極に弾性接触するように配置される。
【００１７】
図２（ａ）は、組み立て後の電池ホルダの構成を示す平面図であり、図２（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ矢視断面図である。組み立て後の状態において上記温度検出素子４１〜４４は、図２（ｂ）に示すように上記各放熱板６１〜６４の裏面に当接する。
【００１８】
温度検出素子４１〜４４は例えばサーミスタからなり、それぞれ上記放熱板６１〜６４の温度に対応する電圧値を出力する。なお、上記温度検出素子４１〜４４は、放熱板６１〜６４の裏面に対しシリコン等により固定するとよい。このようにすると、放熱板６１〜６４に対し温度検出素子４１〜４４を熱的に良好な状態に結合させることができる。
【００１９】
このような構成であるから、充電対象の二次電池９１〜９４は、電池ホルダ５の金属端子３ａ１〜３ａ４と金属端子３ｂ１〜３ｂ４との間に装着される。その際、二次電池９１〜９４の底面湾曲部が各放熱板６１〜６４の凹部６ａ１〜６ａ４に当接するように配置される。
【００２０】
電池ホルダ５に二次電池９１〜９４が装着されると、図示しない充電回路により上記二次電池９１〜９４に対する充電動作が開始される。充電動作は例えば、先ず充電電源に対し二次電池９１〜９４を直列接続し、直列充電モードにより充電を行う。そして、この直列充電モードによる充電期間中に、定期的に温度検出素子４１〜４４により各放熱板６１〜６４の温度を検出し、この検出された温度をしきい値と比較する。
【００２１】
この比較の結果、検出温度がしきい値を超えると、次に充電モードを直列充電モードから例えば並列充電モード又は間欠充電モードに切り替え、二次電池９１〜９４に対し並列充電又はパルス充電を行う。並列充電は、充電電源に対し二次電池９１〜９４を並列接続することによりなされる。パルス充電は、充電電源に対する二次電池９１〜９４の接続を一定の周期で間欠的にオンオフすることによりなされる。
【００２２】
上記並列充電又はパルス充電期間中に、温度検出素子４１〜４４により各放熱板６１〜６４の温度をそれぞれ検出する。そして、この検出された温度をもとに温度上昇率を算出し、この算出された温度上昇率をしきい値と比較する。この比較の結果、温度上昇率がしきい値を超えたことが検出されたときに、該当する二次電池が満充電になったと判断し、当該二次電池を充電電源から切り離す。そして、すべての二次電池６１〜６４が満充電になると充電動作を終了する。
【００２３】
ところで、上記充電動作中に二次電池９１〜９４では熱が発生する。この熱はそれぞれ放熱板６１〜６４に伝達され、この放熱板６１〜６４から放散される。したがって、二次電池９１〜９４の温度上昇は抑えられる。
【００２４】
また、上記放熱板６１〜６４は相互に空間的に離間して配置されており、しかもこれらの放熱板６１〜６４を一体的に保持する保持部材７，８は断熱性を有する樹脂により形成されている。このため、上記各二次電池９１〜９４及び放熱板６１〜６４は相互に熱的にほぼ独立した状態を保つ。この結果、各二次電池９１〜９４の温度はそれぞれ他の二次電池の発熱の影響を受けずに独立して変化するようになり、温度検出素子４１〜４４から出力される検出電圧値もそれぞれ二次電池９１〜９４の温度に対応したものとなる。したがって、各二次電池９１〜９４ごとにそれぞれ温度に応じた正確な充電制御を行うことが可能となる。
【００２５】
図４は、本実施形態の構成をもとに試作した充電装置の温度変化特性の測定結果を示すものである。試作した装置は、放熱板としてアルミニウム板を使用すると共に保持部材としてＡＢＳ樹脂を使用し、さらに温度検出素子としてサーミスタを使用している。そして、残存容量がそれぞれ５０％及び０％の２個の単三型ニッケル水素蓄電池を上記放熱板に当接させた状態でセットし、上記各電池に対し１ＣｍＡの充電電流を供給して試験充電を行いながら、上記放熱板の裏面温度を上記サーミスタにより測定すると共に、比較のために電池表面に直接熱電対を装着して電池自体の表面温度を測定したものである。なお、電池電圧がピーク値からΔＶ低下したことを以て満充電と判定した。
【００２６】
図４中のＢ１，Ｂ２はそれぞれ残存容量が５０％及び０％の電池の電池電圧を示し、またＣ１，Ｃ２はそれぞれ上記各電池に対応する各放熱板の検出温度を、Ｄ１，Ｄ２は上記各電池の表面温度をそれぞれ示している。この温度変化特性から明らかなように、本実施形態の構成を採用した充電装置では、各放熱板の温度は対応する各電池の表面温度とほぼ一致する。したがって、サーミスタにより上記各放熱板の温度を検出し、この検出された温度に応じて充電制御を行うことにより、電池ごとに互いに独立して高精度の充電制御を行える。
【００２７】
ちなみに、特許文献１に示される充電装置のように一枚板からなる放熱板を使用した装置において、上記図４と同一の条件で測定を行うと温度変化特性は図５に示すようになる。同図において、Ｂ１′，Ｂ２′はそれぞれ残存容量が５０％及び０％の電池の電池電圧を示し、またＣ１′，Ｃ２′はそれぞれ上記各電池に対応する各放熱板の検出温度を、Ｄ１′，Ｄ２′は上記各電池の表面温度をそれぞれ示している。この温度変化特性から明らかなように、放熱板の温度は電池の表面温度と一致しない。このため、放熱板の検出温度をもとに各電池を充電制御すると、実際の電池の温度とは対応しない充電制御が行われてしまう。
【００２８】
以上述べたようにこの実施形態によれば、放熱板６１〜６４を相互に空間的に離間して配置し、かつこれらの放熱板６１〜６４を断熱性及び絶縁性を有する保持部材７，８により一体的に固定保持するようにしている。したがって、各二次電池９１〜９４から発生された熱は、個別に対応する放熱板６１〜６４に伝わり、これらの放熱板６１〜６４から放熱される。このため、各二次電池９１〜９４の温度をそれぞれ独立して検出することが可能となり、これにより例えば残存容量が不均一の複数の二次電池を並行して充電しようとした場合にも、二次電池間の温度干渉の影響を受けることなく、二次電池ごとにそれぞれ温度に応じた正確な充電制御を行うことが可能となる。
【００２９】
また、保持部材７，８は絶縁部材により形成されるため、たとえ二次電池９１〜９４の外装チューブが損傷して電池の外装缶むき出しになり、この外装缶が放熱板６１〜６４と接触したとしても、二次電池９１〜９４間で短絡を起こす不具合は防止される。このため、短絡による異常な発熱等が起きる心配がなくなり、充電装置の信頼性を高めることができる。
【００３０】
なお、この発明は上記実施形態に限定されるものではない。例えば、図３に示すように各放熱板６１〜６４の裏面に凹凸部６ｂ１〜６ｂ４を一体成形又は接合により設けてもよい。このように構成すると、上記凹凸部６ｂ１〜６ｂ４がいわゆるヒートシンクとして作用し、これにより各放熱板６１〜６４の熱放散効率が高められ、二次電池９１〜９４の充電時間を短縮することが可能となる。
【００３１】
また、前記実施形態のように各放熱板６１〜６４をその両端部で保持部材７，８により固定することにより各放熱板６１〜６４間に空隙を形成し、かつ図３に示すように放熱板６１〜６４の裏面側に送風機１０を設ける。そして、この送風機１０により放熱板６１〜６４の裏面を強制冷却すると共に、上記送風機１０から上記放熱板６１〜６４間の空隙を通して二次電池９１〜９４に対し冷却風を送ることにより、二次電池９１〜９４を強制冷却するようにしてもよい。このように構成すると、二次電池９１〜９４の温度上昇をさらに抑制することができ、これにより充電時間をさらに短縮することができる。なお、上記送風機１０を循環ポンプとし、ヒートシンク部に管を配して水を循環させる水冷方式を採用してもよい。
【００３２】
さらに前記実施形態では、放熱部材を板状に形成してその表面に凹部６ａ１〜６ａ４を形成した場合について示したが、放熱部材を円筒又は半円筒状に形成し、この円筒又は半円筒内に電池を挿入するように構成してもよい。すなわち、放熱部材の断面形状は、電池の断面形状に対応する形成するとよい。その他、保持部材の材質や構成、放熱板の材質や構成、電池を装着するスロットの数、各二次電池に対する充電制御手順とその内容等についても、この発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施できる。
【００３３】
要するに、この発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合せにより種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。更に、異なる実施形態に亘る構成要素を適宜組み合せてもよい。
【００３４】
【発明の効果】
以上詳述したようにこの発明によれば、電池ホルダに、上記複数の二次電池の各々に個別に当接する複数の放熱部材を設け、かつこれらの放熱部材を、当該放熱部材間を熱的に遮断した状態で保持部材により一体的に保持するように構成したことによって、並行充電される複数の二次電池の温度上昇を効果的に抑えることができ、しかも個々の二次電池の温度を正確に検出できるようにして温度による各種充電制御を可能にした二次電池の充電装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明に係わる充電装置の一実施形態を示す斜視図。
【図２】図１に示した充電装置の電池ホルダ部分の構成を示す平面図と、当該平面図のＡ−Ａ矢視断面図。
【図３】この発明に係わる充電装置の他の実施形態を示す断面図。
【図４】図１に示した充電装置の効果を説明するための温度変化特性を示す図。
【図５】従来装置の温度変化特性を示す図。
【符号の説明】
１…下側ケース、２…上側カバー、３…印刷配線板、３ａ１〜３ａ４，３ｂ１〜３ｂ４…金属端子、４１〜４４…温度検出素子、５…電池ホルダ、６１〜６４…放熱板、６ａ１〜６ａ４…電池保持用の凹部、６ｂ１〜６ｂ４…凹凸部、７，８…保持部材、７ａ，８ａ…仕切部、７ｂ１〜７ｂ４，８ｂ１〜８ｂ４…支持受部、７ｃ１〜７ｃ４…電極用孔部、９１〜９４…二次電池、１０…送風機。

Claims

電池ホルダに装着された複数の二次電池の温度をそれぞれ検出し、この検出された温度に応じて前記各二次電池の充電を行う充電装置であって、
前記電池ホルダに設けられ、前記複数の二次電池の各々に個別に当接する複数の放熱部材と、
前記複数の放熱部材を、当該放熱部材間を熱的に遮断した状態で一体的に保持する保持部材と
を具備することを特徴とする二次電池の充電装置。
前記保持部材は、前記複数の放熱部材間を電気的に絶縁する性質を有することを特徴とする請求項１記載の二次電池の充電装置。
前記複数の放熱部材の各々は、放熱のための凹凸部を備えることを特徴とする請求項１又は２記載の二次電池の充電装置。
前記複数の放熱部材間に設けられる空隙部と、
前記放熱部材の一方の面側から他方の面に配置される前記二次電池に対し、前記空隙部を通して冷却風を送り込む送風手段と
を、さらに具備することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の二次電池の充電装置。