JP2019050168A - 二次電池および電源システム - Google Patents
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Abstract
Description
図1〜図3に示すように、本実施形態の電源システム30は、鉛電池1と状態検知装置20とを有して構成されている。なお、電源システム30は、状態検知装置20が鉛電池1の電池蓋3上に配され鉛電池1と一体化しており、例えば、ISS車のエンジンルームに搭載されるが、本発明はこれに限定されるものではない。
(1)基本的構成
図1に示すように、鉛電池1は、内部を仕切る隔壁によって6個のセル室が画定された角型モノブロック電槽2を有している。モノブロック電槽2の材質には、例えば、ポリエチレン(PE)、ポリプロピレン(PP)、アクリルブタジエンスチレン(ABS)等の高分子樹脂やエボナイト等のゴムを選択することができる。モノブロック電槽2の側面には鉛電池1の温度を検出するサーミスタ等の温度センサ38(図7参照)が固着している。
a)参照端子RT
鉛電池1の特色の一つは、図1に示すように、電池蓋3上に電解液の電位を検出するための参照端子RTを有することである。参照端子RTは各セルに対応して設けられており、以下では便宜上、セル1〜セル6に対応して設けられた参照端子RTを、それぞれ参照端子RT1、RT2、・・・、RT6という(図8も参照)。
鉛電池1の他の特色は、図1に示すように、電池蓋3上に上述した参照端子RTの電位を基準として電極群10を構成する正極および負極の電位を検出するための検出端子DTを有することである。
また、鉛電池1の別の特色は、電池蓋3上に、参照端子RT1〜RT6、検出端子DT1〜DT5の電位を集結するためのコネクタを有することである。
(1)外部構成
図2に示すように、状態検知装置20は細長矩形状の樹脂製ケーシング21を有している。状態検知装置20はフレキシブル基板14とベント栓8との間に配置されており、下側に形成された3つの矩形状脚部の裏面に接着剤が塗着されることで電池蓋3に固定されている。
図7に示すように、状態検知装置20は、ケーシング21内に、電流検出回路35、温度検出回路36、電圧検出回路34および制御部33を有している。
電流検出回路35はホール素子やシャント抵抗等の電流センサ37に接続されており、差動増幅回路およびA/Dコンバータを有して構成されている。電流検出回路35は、所定時間(例えば、2[ms])ごとに鉛電池1に流れる充放電電流をサンプリングして制御部33に出力する。なお、電流検出回路35には公知の回路を用いることができる。
温度検出回路36は上述した温度センサ38に接続されており、差動増幅回路およびA/Dコンバータを有して構成されている。温度検出回路36は、所定時間(例えば、10[ms])ごとに鉛電池1の温度をサンプリングして制御部33に出力する。温度検出回路36にも公知の回路を用いることができる。
図7および図8に示すように、電圧検出回路34は、正極接続部22を介して正極外部端子4、負極接続部23を介して負極外部端子5に接続されている。また、コネクタ25を介して参照端子RT1〜RT6に、コネクタ26、27を介して検出端子DT1〜DT5にそれぞれ接続されている。さらに、電圧検出回路34は制御部33(の入出力ポート)に接続されている。
制御部33は、マイクロプロセッシングユニット(以下、MPUという。)、通信IC、I/O、入出力ポートを有して構成されている。
図3に示すように、電源システム30(鉛電池1)の上部は樹脂製の化粧カバー31で覆われており、正負極外部端子およびベント栓8が上方に突出する箇所には開口が形成されている。電池蓋3上には化粧カバー31と係合する爪部材、化粧カバー31には受部材がそれぞれ設けられており、両者が嵌合することで化粧カバー31が鉛電池1上部に着脱可能に固定される構成が採られている。
次に、本実施形態の電源システム30の動作について、状態検知装置20の制御部33の動作を中心に説明する。以下では、制御部33の動作把握を容易にするために、車載された状態での電源システム30について説明するとともに、適宜、ISS車(以下、車両ともいう。)側の構成、機能等についても言及する。なお、図7に示すように、鉛電池1の正極外部端子4はISS車のイグニッションスイッチ(以下、IGNという。)の中央端子に接続されており、負極外部端子5はISS車のシャーシと同電位のグランド(GND)に接続されている。
充放電休止時(車両駐車時)における制御部33の主要動作は基準SOCを算出することであるが、詳しくは以下のとおりである。
充放電時(車両走行前および走行時)における制御部33の主要動作は、鉛電池1の電池状態の検知、現在の鉛電池1のSOCの把握、鉛電池1のSOHの把握および更新、鉛電池1の劣化判定、並びに、鉛電池1の状態情報および劣化判定結果のECUへの報知である。以下、詳述する。
車両駐車後の車両走行前には、ドライバによりIGNにイグニッションキーが挿入され、IGNはOFF位置からON/ACC位置に位置付けられ、さらにON/ACC位置からSTART位置に位置付けられた後、再度ON/ACC位置に位置付けられる。ECUはイグニッションキーが挿入されたときに、その旨を制御部33に報知する。この報知を受けると、状態検知装置20は省エネモータから作動モードへ移行する。
充放電時に、制御部33は、所定時間ごとに(上述したように、電圧および電流については2[ms]ごとに、温度については10[ms]ごとに)、鉛電池1の電池状態を検知する。すなわち、電圧検出回路34で検出した鉛電池1の(総)電圧、電流検出回路35で検出した鉛電池1に流れる電流および温度検出回路36で検出した鉛電池1の温度の値をRAMに格納する。
エンジン始動時における制御部33の主要動作はSOHを算出することである。エンジン始動時には、鉛電池1に蓄電された電力がIGNのSTART端子を介してスタータ(セルモータ)に供給されエンジンが始動する。その際、鉛電池1には例えば200[A]以上の大電流が流れる(高率放電がなされる)が、それに伴い鉛電池1の外部端子間電圧は大きく降下する。このときの電流および電圧変化は、スタータに電流が流れ始めた直後に、鋭いピーク状の大電流が流れ、同時に鉛電池1は鋭い谷状の電圧降下を示す。
a)通常走行時
上述したように、通常走行時に制御部33は、鉛電池1の電池状態の検知、現在の鉛電池1のSOCの把握および鉛電池1の状態情報のECUへの報知を行う。車両がインストールメントパネルに鉛電池1の状態を表示可能なタイプのものであれば、ドライバは表示された鉛電池1の状態を参照して、例えば、車両走行後、鉛電池1を所望のレベルとなるまで充電するようにしてもよい。
ECUは、ブレーキ、速度、加速度等の車両状態並びに鉛電池1の状態情報を参照してアイドリングストップするか否かを判断する。アイドリングストップをすると判断したときは、通信線50を介してその旨を制御部33に報知するとともに、車両走行時にIGNがON/ACC位置に位置付けられていても(ドライバがIGNをOFF位置等への位置付けなくても)、車両が停止するとエンジンを停止させる。
ECUは、アイドリングストップ後アクセルが踏まれると、直ちにエンジンを再始動するように制御する。制御部33は、エンジン再始動時にも、上述したエンジン始動時と同様に、鉛電池1の内部抵抗Riの算出契機を得るため、鉛電池1の直近のSOHを更新することができる。
1.作用効果
次に、本実施形態の電源システム30の作用効果等について説明する。
本実施形態の電源システム30を構成する鉛電池1は、参照端子RT1〜RT6、検出端子DT1〜DT5および正極外部端子4、負極外部端子5が電池蓋3上に露出している。このため、参照端子RT1〜RT6の電位を基準として検出端子DT1〜DT5および正極外部端子4、負極外部端子5の電位、すなわち、鉛電池1を構成するセル1〜セル6の正極および負極電位を検出することで(鉛電池1全体よりもさらに細かなレベルで電池状態を把握することで)、鉛電池1の総電圧や内部抵抗(SOH)に反映されづらい泥状化や正負極板間の微小短絡等によるセルレベルでの劣化に対しても鉛電池1の状態を正確に把握することができる。
本実施形態の電源システム30を構成する状態検知装置20は、コネクタ25〜27を介して参照端子RT1〜RT6および検出端子DT1〜DT5に接続されている。このため、状態検知装置20は、参照端子RT1〜RT6の電位と、検出端子DT1〜DT5および正極外部端子4、負極外部端子5の電位とから各セル(電極群10)を構成する正極および負極電位を検出することができる(S6)。
また、本実施形態の電源システム30では、鉛電池1の上方に化粧カバー31が配置されている。このため、電源システム30の安全性が確保されるとともに、電源システム30の上部が外圧で損傷することを防止することができる。
本実施形態では、ベント型(液式)の鉛電池1について例示したが、本発明はこれに制約されることなく、シール型(ドライ式)の鉛電池にも適用可能である。この場合には、電極群10の位置を避けて参照極6の一側(下側)を延出させ電解液を保持するリテーナに浸漬されるようにすればよい。また、本実施形態では、ペーストタイプの正負極板を例示したが、本発明はこれに限らず、クラッドタイプの鉛電池にも適用可能である。
2 モノブロック電槽(電池容器の一部、電槽)
3 電池蓋(電池容器の一部)
6 参照極
10 電極群
11 導電部材
15、16、17 コネクタ
18 接続部材
20 状態検知装置
30 電源システム
RT、RT1、RT2、RT3、RT4、RT5、RT6 参照端子
DT、DT1、DT2、DT3、DT4、DT5 検出端子
Claims (11)
- 電池容器と、
電解液に浸潤された電極群と、
前記電解液の電位を参照するための参照極と、
を備え、
前記参照極に接続された参照端子を前記容器外に有することを特徴とする二次電池。 - 複数のセル室を有する電槽と、
前記セル室内に配設され水系電解液に浸潤された電極群と、
前記電解液の電位を参照するための参照極と、
前記電極群間を接続する導電部材と、
を備え、
前記参照極に接続された参照端子と、
前記導電部材に接続され、前記電極群を構成する正極および負極の電位を検出するための検出端子と、
を前記電槽外に有することを特徴とする二次電池。 - 前記電槽の開口が電池蓋で覆われており、前記電池蓋上に前記参照端子および前記検出端子が露出したことを特徴とする請求項2に記載の二次電池。
- 前記参照端子は前記セル室のうち少なくとも一つのセル室内に配された前記参照極から前記電槽外に導出され、前記検出端子は前記導電部材のうち少なくとも二つの導電部材からそれぞれ前記電槽外に導出されたことを特徴とする請求項2または請求項3に記載の二次電池。
- 前記参照極の一側端が、前記電極群を構成するセパレータの上方、かつ、最低液面線の下方に位置付けられたことを特徴とする請求項2ないし請求項4のいずれか一項に記載の二次電池。
- 前記参照端子および前記検出端子の電位を集結するためのコネクタを前記電池蓋上に設けたことを特徴とする請求項4または請求項5に記載の二次電池。
- 請求項2ないし請求項6のいずれか一項に記載の二次電池と、
前記参照端子および前記検出端子に接続され、前記電池の電池状態を検知する状態検知装置と、
を備え、
前記状態検知装置は、前記参照端子の電位と前記検出端子の電位とから前記正極および負極の電位を検出することを特徴とする電源システム。 - 前記状態検知装置は、前記電池の放電時に、前記正極および負極の電位を検出することを特徴とする請求項7に記載の電源システム。
- 前記状態検知装置は、前記検出した正極および負極の電位に基づいて前記電池の劣化判定を行うことを特徴とする請求項7または請求項8に記載の電源システム。
- 前記状態検知装置は、前記正極の電位の絶対値と前記負極の電位の絶対値とを加算することで得られるセル電圧と、前記正極および負極の電位のうち少なくとも正極の電位とに基づいて前記電池が劣化したか否かを判定することを特徴とする請求項9に記載の電源システム。
- 前記状態検知装置は、前記正極の電位の絶対値と前記負極の電位の絶対値とを加算することで得られるセル電圧と、前記正極の電位の絶対値を前記負極の電位の絶対値で割ることで表される電位比とから前記電池を構成する少なくとも一つのセルが劣化したか否かを判断し、この判断結果に応じて前記電池が劣化したか否かを判定することを特徴とする請求項9または請求項10に記載の電源システム。
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