JP3136926B2 - 蓄電池の状態管理システム - Google Patents

蓄電池の状態管理システム

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、電気自動車等の移動体
の駆動用電源として用いられるニッケル・水素蓄電池な
どの多数の蓄電池を集合して構成した組電池の状態管理
システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】密閉形ニッケル・水素蓄電池はエネルギ
ー密度、出力特性、サイクル寿命特性などの基本特性に
優れ、電気自動車等の移動体の駆動用モーター等の電源
として実用化への開発が進んでいる。この電池を電気自
動車用として用いる場合、所定の駆動出力を得るために
は電池容量が５０〜１５０Ａｈ程度で、かつ総電圧が１
００〜３５０Ｖ程度の電池が必要となる。
【０００３】密閉形ニッケル・水素蓄電池はその最小単
位である１セルの出力電圧が１．２Ｖ程度であるため、
多数のセルを直列に接続して所定の総電圧を得ている。
【０００４】例えばセルを１０個直列に接続して一つの
モジュール電池とし、このモジュール電池を２４個直列
接続すれば、合計２４０セルの組電池となり、２８８Ｖ
の総電圧が得られる。
【０００５】このような組電池は、電気自動車等の移動
体が常に安定した状態で走行できるように、これに電源
を供給するためには、電池の状態管理が必要である。
【０００６】従来、電気自動車等の移動体の駆動用モー
ター等の電源としては、主に鉛蓄電池が用いられてい
た。また、鉛蓄電池からなる組電池の能力の状態監視は
主として電池の端子電圧の監視により行っており、組電
池全体としての＋端子と−端子との間の電圧、すなわち
総電圧の計測を行い、定電圧充電法による電圧制御およ
び放電圧停止電圧の監視を行っていた。
【０００７】また、電池の安全制御のために、電池の絶
対温度を監視する方法も提案されていた。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】しかし、電気自動車等
の移動体の駆動用モーター等の電源として用いられる密
閉形ニッケル・水素蓄電池は、鉛蓄電池などの従来電池
とは電池特性が大きく異なり、鉛蓄電池で提案されてい
る定電圧制御では、充分に電池の特性を引き出すことが
難しく、電池性能を充分に活かすことができない。
【０００９】本発明ではエネルギー密度、出力特性、サ
イクル寿命特性など基本特性に優れる密閉形ニッケル・
水素蓄電池の特性を充分に活かすことのできる密閉形ニ
ッケル・水素蓄電池の状態管理システムを提供すること
を主たる目的とするものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明による電気自動車
等の移動体の駆動用モーター等の電源として用いられる
蓄電池の状態管理システムは、多数の蓄電池を集合した
組電池と、この組電池に冷却空気を送る送風部と、前記
組電池の近傍に設置されて蓄電池の電圧、温度および圧
力ならびに周囲温度等の電池の状態情報を検出し、得ら
れた検出値をアナログ値からデジタル値に変換するアナ
ログデジタル変換機能と、前記デジタル値を順次シリア
ル方式で信号送出する機能を有する検出ユニットと、電
池の放電電流、充電電流、移動体のブレーキ操作時に発
生する電池への回生電流および移動体の各種情報を制御
する移動体信号制御部と、前記検出ユニットと移動体信
号制御部からの情報により演算処理を行う演算部と、交
流電源を入力源とする充電器に充電制御信号を送出する
充電制御信号部と、表示部に残容量判定信号を送出する
残容量判定信号部と、表示部に寿命判定信号を送出する
寿命判定信号部と、移動体信号制御部に移動体制御信号
を送出する移動体制御信号部とを有する電池状態判別ユ
ニットと、前記電池状態判別ユニットからの充電制御信
号によって制御され、前記組電池を充電する充電器と、
前記電池状態判別ユニットからの残容量判定信号と寿命
判定信号により制御され電池の残容量と寿命判定結果を
表示する表示部とを主構成要素としたものである。
【００１１】
【作用】このシステムにおいて、送風部は前記組電池の
各セルを均一に冷却するためのものであり、また、前記
組電池の近傍には検出ユニットを設置して、これで電池
電圧、電池温度、電池圧力および周囲温度等の電池状態
情報検出し、得られた情報を電池状態判別ユニットに送
出するものであり、また、移動体信号制御部は電池の放
電電流、充電電流、移動体のブレーキ操作時に発生する
電池への回生電流および移動体の各種情報を電池状態判
別ユニットに送出し、充電器は電池状態判別ユニットに
送出される充電制御信号によって制御され、前記組電池
を充電し、前記表示部は電池の残容量と寿命判定結果を
表示するものであるので、移動体の一部、例えば運転席
前方のダッシュボードに表示部を設けることで、システ
ム全般の状態を運転者自体が目視確認して組電池の充電
等の保守を容易に行うことができる。
【００１２】
【実施例】図１は、本発明のシステムの実施例を示すブ
ロック図である。この第１図に示す装置はすべて電気自
動車等の移動体に搭載される。図１において組電池１に
は電池電圧Ｖ、電池温度ＴＢ、周囲温度ＴＥおよび電池
圧力Ｐ等の電池状態情報を検出する検出ユニット２が接
続されている。
【００１３】電池状態判別ユニット３にはこの検出ユニ
ット２と、電池の放電電流、充電電流、移動体のブレー
キ操作時に発生する電池への回生電流および移動体の各
種情報を制御する移動体信号制御部４と、交流電源を入
力として組電池１に充電電流を供給し、電池状態判別ユ
ニット３からの充電制御信号により制御される充電器５
および電池状態判別ユニット３からの信号により電池状
態を表示する表示部６とが接続されている。
【００１４】充電器５は組電池１に接続され、電池状態
判別ユニット３の充電制御信号により制御されて充電時
に組電池１に充電電流を供給する。また、組電池１はそ
の温度を均一化するため、送風部７から送り出される冷
却空気で冷却される。なお、組電池１はモーター等の負
荷８に接続され、そこに電力を供給する。
【００１５】図２は、本実施例における電池状態判別ユ
ニット３の構成を示す図である。電池状態判別ユニット
３はセントラル プロセッシング ユニット（ＣＰＵ）
１０１、検出ユニット２はＣＰＵ１０２、移動体信号制
御部４はＣＰＵ１０３、充電器５はＣＰＵ１０４をそれ
ぞれ備えている。
【００１６】電池状態判別ユニット３は検出ユニット２
と移動体信号制御部４からの情報により演算処理を行う
演算部１１０と、充電器５に充電制御信号を送出する充
電制御信号部１１１と、表示部６に残容量判定信号を送
出する残容量判定信号部１１２と、表示部６に寿命判定
信号を送出する寿命判定信号部１１３と、移動体信号制
御部４に移動体制御信号を送出する移動体制御信号部１
１４とを有する。
【００１７】また、電池状態判別ユニット３と検出ユニ
ット２、移動体信号制御部４、充電器５および表示部６
はそれぞれシリアル信号、デジタル信号、アナログ信号
などの信号線群によって接続され、相互に情報の交換、
制御を行うことができる。
【００１８】図３は組電池１の構成を示す図である。組
電池１は図４で説明する１０個のセル４０１〜４１０か
らなるモジュール電池を２０１〜２２４で示す２４個直
列に接続して構成したものであり、これらは全て電池台
１０５に収納されて固定されている。
【００１９】従って、この組電池１は図５で説明するセ
ル２４０個直列に接続して構成したものであり、組電池
の合計電池電圧は２８８Ｖになる。この組電池１は移動
体の床下や座席後部などに装着され、モーターなどの負
荷の電源に供される。
【００２０】図４はモジュール電池の構成を示す図であ
る。モジュール電池は単セルを１０個直列接続して構成
したもので、金属で構成されたモジュール枠４００内に
固定され、１０セルを機械的に一体化もので、１個の電
池として容易に取り扱うことのできる構造になってい
る。
【００２１】本実施例ではセルを１０個直列接続してモ
ジュール電池を構成したものであるので、モジュール電
池の合計電池電圧は１２Ｖになる。
【００２２】なお、電池の配置スペース等を考慮して９
個、１０個、１１個等の異なるセル数で構成されたモジ
ュール電池を組み合わせて組電池１を構成することもで
きる。
【００２３】図５は本実施例の密閉形ニッケル・水素蓄
電池のセルの構造を示す図である。電槽２１内に、正極
板、負極板およびセパレータからなる電極群２２を収納
し、前記正極板は正極端子２３に、前記負極板は負極端
子２４に接続されている。
【００２４】また、電槽２１の蓋２６には端子２３、２
４のほかに一定圧力以上になると開弁してガスを放出す
る安全弁２５が設けられている。
【００２５】本発明では電圧１．２Ｖ、公称容量１００
Ａｈのセルを作成し、試験を行った。
【００２６】図６（Ａ）は周囲温度が２５℃における密
閉形ニッケル・水素蓄電池のセルを１０Ａの定充電電流
で充電したときの電池電圧（Ｖ／セル）、電池温度
（℃）、電池内圧（ｋｇｆ／ｃｍ2）および毎分当りの
電池昇温速度（ｄＴ／ｄｔ）の関係を示す図である。
【００２７】図６（Ｂ）は同じく周囲温度が４５℃にお
いて、密閉形ニッケル・水素蓄電池のセルを１０Ａの定
充電電流で充電したときの同様の関係を示す図である。
【００２８】図６（Ｃ）は同じく周囲温度が０℃におい
て、密閉形ニッケル・水素蓄電池のセルを１０Ａの定充
電電流で充電したときの同様の関係を示す図である。
【００２９】図６（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）をもとに電池の特
性を説明する。（Ａ）の２５℃での電圧特性は充電開始
時は急激に上昇し、その後緩やかに上昇する。充電完了
を過ぎると、電圧がピークより降下する特性が見られ
る。しかし、（Ｂ）の４５℃では電圧ピークが発生しに
くい特性がある。また、過充電量が大きくなる傾向にな
っている。
【００３０】（Ｃ）の０℃での温度特性は充電開始とと
もにゆるやかに上昇し、充電完了が近づくと急激に上昇
している。
【００３１】一方４５℃では充電初期から温度は上昇
し、上昇の割合が２５℃、０℃の場合に比較して異なっ
た傾向を示している。
【００３２】電池内圧は、２５℃、０℃ではともにゆる
やかに上昇し、充電完了が近づくと急激に上昇してい
る。しかし４５℃では充電初期から上昇し、その上昇の
割合が２５℃、０℃に比較して大きい特性を示してい
る。
【００３３】また昇温特性は、２５℃、０℃ではゆるや
かに上昇し、充電完了が近づくと急激に上昇している。
しかし４５℃では充電初期から上昇し、上昇の割合が２
５℃、０℃に比較して大きい特性を示している。
【００３４】このように充電時の諸特性は電池温度によ
って異なるので、充電特性に配慮した充電制御が必要で
ある。
【００３５】従来から充電制御の方法として電池電圧に
注目した、電圧制御方式が提案されている。しかしこの
電圧制御方式は、電池の使用サイクルが進むと電池電圧
が変動するので、密閉形ニッケル・水素蓄電池の充電方
式として適切な方法ではない。
【００３６】また、電池の絶対温度に注目した、温度制
御方式も提案されている。これは電池の周囲温度に対す
る追従性が遅く、また再充電時に過充電となって、密閉
形ニッケル・水素蓄電池の充電方式としてはやはり適切
な方法ではない。
【００３７】また、電池電圧の充電末期に生じる降下特
性に注目した、温度制御方式も提案されているが、これ
は過充電量が大きく密閉形ニッケル・水素蓄電池の充電
方式としては適さない。
【００３８】電池の内圧に注目した、圧力制御方式も提
案されているが、この方法では圧力検出装置が高価であ
り、多数の電池を用いる移動体用の密閉形ニッケル・水
素蓄電池の充電方式としては経済性がよくない。
【００３９】駆動用モーター等の駆動時には、電池から
１００〜３００Ａ程度の大きな電流が流出する。電池の
電圧を正確に測定するにはこの電流の影響を少なくする
ことが重要である。これまでは選定したセルの上部にあ
る正極端子および負極端子の極柱に、電流線と電圧線と
を接続したワッシャを挿入し、上部からナットで締付け
て固定していた。
【００４０】このような構成であるので、電圧線は極柱
とワッシャとの間の接触抵抗による電圧も含めて電池電
圧として検出することになり、電池電圧を正確に測定す
ることができなかった。
【００４１】図７は本実施例の電流線と電圧線の固定部
を示す図である。本実施例ではセル６０の上部にある正
極端子２３および負極端子２４の極柱６１の上部に電圧
線固定用のねじ部６６を設け、電圧線６５はその端末に
設けたワッシャ６８を前記ねじ部６６を利用してビス６
７を用いて極柱６１に固定されている。
【００４２】なお、電流線６４はこれまでと同様の方法
で、ナット６３で線６４末端のワッシャ６２を極柱６１
に締付けることで接続されている。
【００４３】このような構成であれば電圧線６５は極柱
上部にあり、極柱６１とワッシャ６２との間の接触抵抗
による電圧を含めることなく検出することができるの
で、電池電圧を正確に測定することができる。また、ワ
ッシャ６２の錆びによる影響もないので、長期にわたっ
て正確な電池電圧を検出することができる。
【００４４】図８は温度センサー挿入穴７１および圧力
−電圧変換装置取付穴７２を蓋に設けたセルの斜視図で
ある。
【００４５】図９はその温度センサー挿入穴に温度セン
サーを取り付けた状況を示す断面図である。
【００４６】これまで温度センサーを電池の外装部に接
着剤で固定するなどの方法が取られていた。そのため
に、電池の周囲温度や風による影響を受けやすく、正確
な電池温度の測定が困難であった。
【００４７】本実施例では電槽２１の蓋２６に電極群２
２の上面近傍まで達する深さをもった温度センサー挿入
穴７１を設け、ここに温度センサー３０１を挿入し、接
着剤２５で固定している。
【００４８】このような構成であるので、温度センサー
挿入穴７１にセル周囲の空気が入り込むことがなく、周
囲温度や風による影響を受けることがない。温度センサ
ー挿入穴７１の下部は、電極群２２の上面近傍に接近し
ているので、電池内部温度とほぼ等しい温度を測定する
ことができ、正確な電池温度情報を得ることができる。
【００４９】また同時に温度センサーの電池からのはず
れを防止できる。図１０はこの実施例の圧力−電圧変換
装置装着穴と圧力−電圧変換装置の取り付け状況を示す
図である。
【００５０】この例で用いた圧力−電圧変換装置は、半
導体圧力センサを用いたもので、圧力トランスミッタの
商品名で（株）長野製作所より製造、販売されている
（以下、圧力トランスミッタという）が好ましい。これ
は圧力による半導体の歪みに起因した抵抗値変化を利用
して圧力−電圧変換装置を構成したもので、小型化され
ている。
【００５１】実施例ではセルの電槽２１の蓋２６に圧力
トランスミッタ取付用貫通穴７２を設け、電槽２１の内
面側にナット７３で固定されている。
【００５２】圧力トランスミッタ３０４はその挿入部に
ねじ７５が切ってあり、圧力トランスミッタ３０４の下
にゴムのリング７４をはさみ、ナット７３で電槽２１の
蓋２６に固定する構成になっている。
【００５３】このような構成であるので、電池の密閉性
を確保することができ、電池内部の圧力を精密に検出す
ることができるので、正確に電池内部の圧力情報を得る
ことができる。
【００５４】図１１は本実施例における温度センサーと
圧力トランスミッタの組電池への取付状態を示す図であ
る。
【００５５】温度センサー３０１はモジュール電池２１
０内のセルの一つに、温度センサー３０２はモジュール
電池２０１のうちの一つのセルにそれぞれ取り付けられ
ている。
【００５６】モジュール電池２１０は組電池１の中央部
に位置し、その４辺を他のモジュール電池に囲まれてい
るので、充電および放電時に周囲の電池ブロックからの
発熱の影響を受けやすく、蓄熱しやすいモジュール電池
である。一方、モジュール電池２０１は組電池１の周辺
部に位置してその２辺しか他のモジュール電池に囲まれ
ていないので、充電および放電時に周囲の電池ブロック
からの発熱の影響を受けにくく、蓄熱しにくいモジュー
ル電池である。
【００５７】圧力トランスミッタ３０４はモジュール電
池２１１のうちのセルの一つに、圧力トランスミッタ３
０５はモジュール電池２１５のうちのセルの一つにそれ
ぞれ取り付けられている。モジュール電池２１１および
２１５は、組電池１の中央部に位置してその４辺を他の
電池モジュールに囲まれているので、周囲の電池ブロッ
クからの発熱の影響を受けやすく、昇圧し易い。
【００５８】このような構成であるので、温度センサー
３０１は前述の図５で説明したように、高温時における
昇温速度を検出し易い。また、温度センサー３０２は図
５で説明したように低温時における昇温速度を検出し易
い。
【００５９】従って、前述の２ヵ所に温度センサーを配
置することで、組電池１の全体を代表する充電末期の電
池昇温速度を検出でき、充電制御を的確に行うための電
池温度情報を得ることができる。
【００６０】また、圧力トランスミッタ３０４、３０５
では高温時における電池圧力を検出し易く、組電池１の
全体を代表する充電末期の電池圧力変化を検出できるの
でやはり充電制御を的確に行うための電池温度情報が得
られる。
【００６１】図１２は本実施例の電池１の送風部７の送
風ファン７ａと吸引ファン７ｂで作り出される冷却空気
による冷却の様子と、電池の周囲温度検出用の温度セン
サー１３の装着の様子を示した模式図である。
【００６２】電池１下部の送入口から送り込まれた風
は、電池近傍を通って、上部の送出口から排出される。
【００６３】この送風によって全ての電池の温度は均一
化される。また、電池の周囲温度検出用の温度センサー
１３は、送風入口部付近に装着されている。この実施例
とは反対に、冷却空気は電池上部の送入口から送られ、
電池近傍を通る際に電池を冷却し、下部の送出口から排
出される構造であっても良い。
【００６４】もちろんこの時には周囲温度を検出する温
度センサーの取付け位置は、電池上部の送風入口部付近
に変更されなければならない。
【００６５】このような構成であれば、組電池１を構成
する各セルの温度をほぼ均一に近い状態にすることがで
きる。また、電池の周囲温度検出用の温度センサーは送
風入口部付近に装着されているので、電池温度の影響を
受けることなく周囲温度を検出することができ、充電制
御を的確に行う電池周囲温度情報を得ることができる。
【００６６】図１３は図１に示した検出ユニット２の内
部回路を示す回路図である。図１３において、検出ユニ
ット２はＣＰＵ１０２を備えている。組電池１の各モジ
ュール電池２０１、２０２．．．および２２４の各々の
両端部間には検出ユニット２の電圧検出オペアンプ５０
１、５０２．．．および５２４がそれぞれ接続されてい
る。
【００６７】また、温度に応じた電圧を出力する温度セ
ンサー３０１、３０２、３０３は電圧検出オペアンプ５
２５、５２６、５２７．．．にそれぞれ接続されてい
る。
【００６８】さらに電池の内部圧力に応じた電圧を出力
する圧力トランスミッタ３０４、３０５は電圧検出オペ
アンプ５２８、５２９にそれぞれ接続されている。電圧
検出オペアンプ５０１から５２９はアナログ値からデジ
タル値に変換するアナログデジタル変換部ＡＤ１、ＡＤ
２．．．ＡＤ２９に接続され、その変換結果はシリアル
信号端子を含む信号端子群６０１を介して順次シリアル
信号として電池状態判別ユニット３に送出される。
【００６９】図１４は図１に示した組電池１と検出ユニ
ット２との相互の取付け状況を示す模式図である。
【００７０】これまで電池電圧、電池温度、電池圧力、
電池の周囲温度等の電池情報の信号線は、充電器などに
直接接続していた。
【００７１】しかし本実施例では検出ユニット２は、組
電池１の電池台１０５の近傍に設置されている。図１３
では図の繁雑化をさけるため図示を省略しているが、図
１に示したように検出ユニット２と組電池１とは電圧
Ｖ、温度Ｔ、圧力Ｐを検出するそれぞれの信号線で接続
されている。
【００７２】このような構成であれば、電池電圧は２４
個のモジュール電池で、電池温度は２ヵ所、電池の周囲
温度は１ヵ所、電池圧力は２ヵ所で測定すれば、信号線
は＋、−線をそれぞれ独立線とすると５８本必要になる
が、検出ユニット２は組電池１の電池台１０５の近傍に
設置されているので、配線は短くでき、効率的な配線が
できる。
【００７３】図１５は本実施例による単セルの充電動作
を示し、図１６は本実施例の充電の流れを示すフローチ
ャートである。
【００７４】図１５と図１６を参照しながら図１、図２
に示す構成での充電動作について説明する。
【００７５】単セルの充電動作も、組電池１の充電動作
も、電圧が組電池１を構成する単セルの倍数になるだけ
で、充電動作に差がないことが実験の結果確認された。
従ってここでは単セルの充電動作について説明する。
【００７６】充電は第１充電期間と第２充電期間の二つ
のパートからなっている。充電が開始されると第１充電
期間が始まる。この第１充電期間では、０．１Ｃ〜０．
２Ｃ前後（この実施例では１３Ａ前後）の大きな充電電
流で充電がなされる。
【００７７】充電が進行すると、電池電圧は上昇する。
このとき充電電流と充電電圧の積、即ち充電電力が一定
になるよう（この実施例では４．５ｋＷに設定）充電器
４は電池状態判別ユニット３からの充電制御信号により
制御される。
【００７８】第１充電期間は第１の残容量判定の結果が
規定値未満（この実施例では当初容量の９０％未満に設
定）、または電池の昇温速度の判定結果が規定値（この
実施例では０．２℃／分未満に設定）未満の期間継続さ
れ、第１の残容量判定の結果が規定値に、または電池の
昇温速度判定の結果が規定値に達したとき完了する。
【００７９】前記の昇温速度判定値の規定値は、電池状
態判別ユニット３のＣＰＵ内の記憶部に予め記憶されて
設定されている充電電流および電池温度によって補正さ
れるので、正確な判定が行われる。
【００８０】第２充電期間は、０．０２Ｃ前後（この実
施例では３Ａ）の小さな充電電流で充電を行う。この第
２充電期間は、第２の残容量判定の結果が規定値（この
実施例では１１０％未満に設定）未満か、または第２充
電期間の時間が規定値（この実施例では３時間未満に設
定）の期間継続され、第２の残容量判定結果が規定値ま
たは第２充電期間の時間が規定値に達したときに完了す
る。
【００８１】このように本実施例によれば、第１充電期
間は定電力で充電を行うので、契約電力の最大値に近い
最大の電力で充電を行うことができ、第１充電期間を１
３Ａの定電流で充電した時に比較して約１時間充電時間
を短縮できる。
【００８２】また、第２充電期間は規定残容量または規
定時間で充電を停止するので、無駄な充電電力を使用し
なく、充電効率の高い充電が行える。
【００８３】図１７（Ａ）〜（Ｄ）はこの実施例の残容
量判定機能を示す図である。また、図１８はこの実施例
の残容量判定のフローチャートである。
【００８４】図１７（Ａ）は定電流で放電を行ったとき
の電池電圧特性を示している。図１７（Ｂ）は電池から
の放電電気量、電池への充電電気量および電池の自己放
電電気量を加算および加減して電池の残存容量を判定す
る第１の残存容量判定による残容量の変化を示してい
る。
【００８５】図１７（Ｃ）は電池放電時おける電池電圧
をそのときの放電電流で補正し、一定負荷時の電池電圧
を推定して残存容量を判定する第２の残存容量判定によ
る残容量の変化を示している。
【００８６】図１７（Ｄ）はこの実施例の残存容量判定
機能による電池の残容量の変化を示している。
【００８７】これまでは、前記第１の残存容量判定また
は第２の残存容量判定によって電池の残容量を判定して
いたので、全期間にわたって電池の正確な残容量判定は
できなかった。
【００８８】さらに第１の残存容量判定は電池からの放
電電気量、電池への充電電気量および電池の自己放電電
気量を加算および加減して電池の残容量判定を行ってい
るので、メモリー効果による電池の残容量変化を捕らえ
にくい欠点があった。
【００８９】特に残容量が２０％付近から０％迄におい
ては正確な残存容量の表示が困難であった。
【００９０】一方、電池放電時おける電池電圧をその時
の放電電流で補正し、一定負荷時の電池電圧を推定し残
存容量判定を行っているので、特に残容量が１００％付
近から２０％付近迄においては電池電圧の変化が少ない
ため、電池の残存容量変化を捕らえにくく、正確な残容
量の表示が困難であった。
【００９１】しかし図１８に示すように本実施例では、
第１の残存容量判定と第２の残存容量判定の２つの方法
によって残容量判定を行い残容量が当初容量の１００％
から２０％付近迄は第１の残存容量判定による残容量を
採用し、第１の残存容量判定による残容量が当初の２０
％近くまで低下した後の２０％から０％迄は第２の残存
容量判定による残容量を表示するよう構成されている。
【００９２】このように本実施例によれば、充放電電気
量を基礎とした第１の残存容量判定と放電電圧を基礎と
した第２の残存容量判定とを組み合わせることにより、
精度の高い残容量判定を行うことができる。
【００９３】図１９は本実施例の寿命判定のフローチャ
ートである。組電池の各モジュール電池毎に得られた電
池状態情報、すなわち電池電圧、残容量を集計し、次に
集計データの平均値を求める。
【００９４】ここで求めた平均値とそのモジュール電池
の電池状態情報とを比較し、その値に所定以上の差があ
る時には劣化したと判定する。
【００９５】たとえば、平均値と比較するモジュール電
池の電圧が、平均値である電圧値に対して１Ｖ程度の差
があるときは、そのモジュール電池内に短絡した電池が
あると推定し、寿命と判定する。
【００９６】また、比較のモジュール電池の残容量が平
均残容量値に対して２０％程度の差があるときは、その
モジュール電池内に容量劣化の電池があると推定し、寿
命と判定する。
【００９７】このような判定結果に基づいて前記電池状
態判別ユニットからの信号によって、表示部６で寿命表
示が行われる。
【００９８】このようにモジュール電池毎の電池状態情
報に基づいて状態判定を行うので、短絡や容量低下した
電池などの不良および寿命に至った電池の判定が、正確
に行える。
【００９９】
【発明の効果】本発明による電気自動車等の移動体の駆
動用モーター等の電源として用いられる蓄電池の状態管
理システムは、複数のモジュール電池からなる組電池
と、これに冷却空気を送り出す送風部と、この組電池の
近傍に設置した検出ユニットにより、蓄電池の情報を検
出し、検出ユニットと移動体信号制御部の情報を基に電
池状態判別ユニットの演算機能により、充電器の充電制
御を適切に行うとともに、電池の残容量、電池寿命を的
確に表示部で表示することができる。
【０１００】従って、蓄電池の状態把握や保守が容易に
行える。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例における蓄電池の状態管理シス
テムを示すブロック図
【図２】本実施例における電池状態判別ユニットの構成
と関連装置との接続を示すブロック図
【図３】組電池の構成を示す図
【図４】モジュール電池の構成を示す図
【図５】セルである密閉形ニッケル・水素蓄電池の構造
を示す図
【図６】（Ａ）セルである密閉形ニッケル・水素蓄電池
を２５℃の周囲温度下で１０Ａの定充電電流で充電した
ときの電池電圧、電池温度、電池内圧および電池昇温速
度との関係を示す図 （Ｂ）同セルを４５℃の周囲温度下で同条件で充電した
ときの関係を示す図 （Ｃ）同セルを０℃の周囲温度下で同条件で充電したと
きの関係を示す図
【図７】電圧検出線の極柱への取り付けを示す図
【図８】温度センサーを取り付けるセルの電槽蓋を示す
斜視図
【図９】温度センサーを電槽蓋に取り付けた部分断面図
【図１０】圧力−電圧変換装置を電槽蓋に取り付けた部
分断面図
【図１１】組電池と温度センサーと圧力トランスミッタ
の取付位置の関係を示す図
【図１２】送風部による電池の冷却の様子の電池の周囲
温度検出用の温度センサーの取り付け状態の関係を示す
模式図
【図１３】図１で示した検出ユニットの内部回路と組電
池との関係を示す回路ブロック図
【図１４】図１で示した組電池と検出ユニットとの配置
状況を示す模式図
【図１５】セルの充電時の特性を示す図
【図１６】充電の状況を示すフローチャート
【図１７】（Ａ）電池を定電流で放電したときの電池電
圧特性を示す図 （Ｂ）第１の残容量判定による判定特性を示す図 （Ｃ）第２の残容量判定による判定特性を示す図 （Ｄ）本実施例の残容量判定機能を示す特性図
【図１８】本実施例の残容量判定機能のフローチャート
【図１９】本実施例の電池寿命判定機能のフローチャー
ト
【符号の説明】
１ 組電池 ２ 検出ユニット ３ 電池状態判別ユニット ４ 移動体信号制御部 ５ 充電器 ６ 表示部 ７ 送風部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 伊藤 登 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 ▲高▼田 寛治 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電 器産業株式会社内 (56)参考文献 特開 昭55−151773（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−276677（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−222374（ＪＰ，Ａ) 欧州特許出願公開444997（ＥＰ，Ａ １) 米国特許4907223（ＵＳ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H02J 7/00 - 7/36 H01M 10/42 - 10/48

Claims (10)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】移動体の駆動用電源として用いられる多数
    の蓄電池を集合した組電池と、 この組電池に冷却空気を送る送風部と、 前記組電池の近傍に設置されて蓄電池の電圧、温度およ
    び圧力ならびに周囲温度等の電池の状態情報を検出し、
    得られた検出値をアナログ値からデジタル値に変換する
    アナログデジタル変換機能と、前記デジタル値を順次シ
    リアル方式で信号送出する機能を有する検出ユニット
    と、 電池の放電電流、充電電流、移動体のブレーキ操作時に
    発生する電池への回生電流および移動体の各種情報を制
    御する移動体信号制御部と、 前記検出ユニットと移動体信号制御部からの情報により
    演算処理を行う演算部と、交流電源を入力源とする充電
    器に充電制御信号を送出する充電制御信号部と、表示部
    に残容量判定信号を送出する残容量判定信号部と、表示
    部に寿命判定信号を送出する寿命判定信号部と、移動体
    信号制御部に移動体制御信号を送出する移動体制御信号
    部とを有する電池状態判別ユニットと、 前記電池状態判別ユニットからの充電制御信号によって
    制御され、前記組電池を充電する充電器と、 前記電池状態判別ユニットからの残容量判定信号と寿命
    判定信号により制御され電池の残容量と寿命判定結果を
    表示する表示部とからなる蓄電池の状態管理システム。
  2. 【請求項２】組電池は、多数のセルからなるモジュール
    電池の複数個から構成されていて、 電池の電圧はすべてのモジュール電池毎に検出し、 電池の温度は少なくとも蓄熱しやすい電池モジュールま
    たはその近傍の電池モジュール内のセルの一つ、および
    少なくとも蓄熱しにくい電池モジュールまたはその近傍
    の電池モジュール内のセルの一つにそれぞれ設けられた
    少なくとも２個の温度センサーで検出し、 電池の圧力は少なくとも蓄熱しやすい電池モジュールま
    たはその近傍の電池モジュール内のセルの一つに設けた
    圧力センサーで検出し、 周囲温度は送風部の送風入口付近に装着された温度セン
    サーで検出する請求項１記載の蓄電池の状態管理システ
    ム。
  3. 【請求項３】組電池を構成するセルの極柱は電流供給用
    の電流線固定部と電池電圧測定線の固定部とからなり、 前記電池電圧測定線の固定部は、前記電流線固定部とは
    独立してセルの極柱上部に設けたねじ部に電池電圧測定
    線を取り付けて、電池電圧の検出を可能にしている請求
    項１記載の蓄電池の状態管理システム。
  4. 【請求項４】組電池を構成するセルの電槽の蓋に電池の
    極板上部に接近するまでの深さを持つ凹部溝を設け、こ
    こに温度センサー取り付けて電池温度を検出する請求項
    ２記載の蓄電池の状態管理システム。
  5. 【請求項５】組電池を構成するセルの電槽の蓋に貫通穴
    を設け、ここに圧力−電圧変換装置を取り付けて電池圧
    力を検出する請求項２記載の蓄電池の状態管理システ
    ム。
  6. 【請求項６】組電池を構成する複数のモジュール電池の
    多数のセルは密閉形ニッケル・水素蓄電池からなる請求
    項１〜５のいずれかに記載の蓄電池の状態管理システ
    ム。
  7. 【請求項７】移動体の駆動源用電源として用いられる多
    数のセルからなるモジュール電池の複数個を集合した組
    電池と、 この組電池に冷却空気を送る送風部と、 前記組電池の近傍に設置されて電池の電圧、温度および
    圧力ならびに周囲温度等の電池の状態情報を検出し、得
    られた検出値をアナログ値からデジタル値に変換するア
    ナログデジタル変換機能と、前記デジタル値を順次シリ
    アル方式で信号送出する機能を有する検出ユニットと、 電池の放電電流、充電電流、移動体のブレーキ操作時に
    発生する電池への回生電流および移動体の各種情報を制
    御する移動体信号制御部と、 前記検出ユニットと移動体信号制御部からの情報により
    演算処理を行う演算部と、交流電源を入力源とする充電
    器に充電制御信号を送出する充電制御信号部と、表示部
    に残容量判定信号を送出する残容量判定信号部と、表示
    部に寿命判定信号を送出する寿命判定信号部と、移動体
    信号制御部に移動体制御信号を送出する移動体制御信号
    部とを有する電池状態判別ユニットと、 前記電池状態判別ユニットからの充電制御信号によって
    制御され、前記組電池を充電する充電器と、 前記電池状態判別ユニットからの残容量判定信号と寿命
    判定信号により制御され電池の残容量と寿命判定結果を
    表示する表示部とからなり前記電池状態判別ユニットか
    らの充電制御信号により制御される充電器による組電池
    の充電は、第１充電期間と第２充電期間の２つのパート
    からなり、 その第１充電期間は充電電力によって第１の残容量判定
    の結果が当初容量の９０％〜１００％近傍に達するまで
    充電し、これに続いて第２充電期間に移行し、ここで微
    小の充電電流で第２の残容量の判定結果が当初容量の１
    ００％〜１１０％近傍まで充電し、その後充電を完了す
    る蓄電池の充電方法。
  8. 【請求項８】前記電池状態判別ユニットからの充電制御
    信号により制御される充電器によって行なわれる組電池
    の充電は、前記第１充電期間から第２充電期間への移行
    を電池の昇温速度の判定の結果が規定値以上に達したこ
    とを検知して行い、前記の昇温速度を判定する規定値は
    充電電流および電池温度によって補正される請求項７記
    載の蓄電池の充電方法。
  9. 【請求項９】移動体の駆動源用電源として用いられる多
    数のセルからなるモジュール電池の複数個を集合した組
    電池と、 この組電池に冷却空気を送る送風部と、 前記組電池の近傍に設置されて電池の電圧、温度および
    圧力ならびに周囲温度等の電池の状態情報を検出し、得
    られた検出値をアナログ値からデジタル値に変換するア
    ナログデジタル変換機能と、前記デジタル値を順次シリ
    アル方式で信号送出する機能を有する検出ユニットと、 電池の放電電流、充電電流、移動体のブレーキ操作時に
    発生する電池への回生電流および移動体の各種情報を制
    御する移動体信号制御部と、 前記検出ユニットと移動体信号制御部からの情報により
    演算処理を行う演算部と、交流電源を入力源とする充電
    器に充電制御信号を送出する充電制御信号部と、表示部
    に残容量判定信号を送出する残容量判定信号部と、表示
    部に寿命判定信号を送出する寿命判定信号部と、移動体
    信号制御部に移動体制御信号を送出する移動体制御信号
    部とを有する電池状態判別ユニットと、 前記電池状態判別ユニットからの充電制御信号によって
    制御され、前記組電池を充電する充電器と、 前記電池状態判別ユニットからの残容量判定信号と寿命
    判定信号により制御され電池の残容量と寿命判定結果を
    表示する表示部とからなり前記電池状態判別ユニットの
    残容量判定は、充放電電気量を基礎とした第１の残存容
    量判定と放電電圧を基礎とした第２の残存容量判定を組
    み合わせ、 第１の残存容量判定による残容量が当初容量の１００％
    から２０％付近迄はこの第１の残存容量判定による結果
    を採用し、第１の残存容量判定による結果が当初容量の
    ２０％付近に低下した後の２０％付近から０％迄は第２
    の残存容量判定による結果を採用する蓄電池の残容量判
    定システム。
  10. 【請求項１０】移動体の駆動源用電源として用いられる
    多数のセルからなるモジュール電池の複数個を集合した
    組電池と、 この組電池に冷却空気を送る送風部と、 前記組電池の近傍に設置されて電池の電圧、温度および
    圧力ならびに周囲温度等の電池の状態情報を検出し、得
    られた検出値をアナログ値からデジタル値に変換するア
    ナログデジタル変換機能と、前記デジタル値を順次シリ
    アル方式で信号送出する機能を有する検出ユニットと、 電池の放電電流、充電電流、移動体のブレーキ操作時に
    発生する電池への回生電流および移動体の各種情報を制
    御する移動体信号制御部と、 前記検出ユニットと移動体信号制御部からの情報により
    演算処理を行う演算部と、交流電源を入力源とする充電
    器に充電制御信号を送出する充電制御信号部と、表示部
    に残容量判定信号を送出する残容量判定信号部と、表示
    部に寿命判定信号を送出する寿命判定信号部と、移動体
    信号制御部に移動体制御信号を送出する移動体制御信号
    部とを有する電池状態判別ユニットと、 前記電池状態判別ユニットからの充電制御信号によって
    制御され、前記組電池を充電する充電器と、 前記電池状態判別ユニットからの残容量判定信号と寿命
    判定信号により制御され電池の残容量と寿命判定結果を
    表示する表示部とからなり前記電池状態判別ユニットの
    寿命判定は、モジュール電池毎に得られた電池状態情報
    にもとづく集計データの平均値を求め、前記平均値とそ
    のモジュール電池との比較を行い、その値が所定以上に
    差がある時は容量低下電池、短絡などの不良および寿命
    に至った電池として判定する蓄電池の寿命判定システ
    ム。
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