JP3721690B2

JP3721690B2 - ２次電池の保護装置

Info

Publication number: JP3721690B2
Application number: JP03975397A
Authority: JP
Inventors: 雄児丹上
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1997-02-10
Filing date: 1997-02-10
Publication date: 2005-11-30
Anticipated expiration: 2017-02-10
Also published as: JPH10224998A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、２次電池の保護装置に関し、特に２次電池が放置されたときの性能低下を抑制する保護装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、携帯電子機器の小型、軽量化に伴い、それらの電源として使用される電池として、繰り返し充放電可能な２次電池の需要が高まっている。また、環境問題やエネルギーの有効利用の観点から、電気自動車の実用化が進められ、その駆動源である２次電池の小型化および大容量化の努力が続けられている。
２次電池が幅広く使用されるようになると、使用条件も広範囲に及ぶようになり、悪条件下においても高性能を維持するための保護装置が必要になってきている。
例えば、非水系２次電池の場合は、高温下に長時間放置されたときに、電池の電解質や活物質の劣化により、容量劣化を引き起こし、再充電を十分に行っても、もとの容量まで回復しないという問題がある。
【０００３】
このような容量劣化を防ぐための対策として、特開平４−１３７３７１号公報には、電池に放電抵抗を接続する保護回路を設け、高温下では電池の端子電圧を低下させる方法が提案されている。
この容量劣化現象は、放置されている間の電池の端子電圧と相関し、電池の端子電圧が低い状態で放置された場合には容量劣化が少なく、放置後に再充電されたときの容量回復率が向上する。そこでこの保護回路では、電池近傍の温度を測定し、所定温度以上のときには、放電抵抗を端子間に接続し、電池の放電を行い、端子電圧を低下させて容量劣化を防止しようとしている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような従来の２次電池の保護装置では、高温下において電池に放電抵抗を接続し、電池を放電させて電池の端子電圧を低下させるため、放置後に電池を使用するときには、電池容量が低下しており、放電量が多いときには再充電しなければならないという問題があった。
したがって本発明は上記従来の問題点に鑑み、高温下に長時間放置しても容量劣化が発生せず、また容量低下も抑制できる２次電池の保護装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１記載の本発明は、２次電池の保護装置であって、２次電池の近傍の温度を検出する温度検出手段と、２次電池の端子電圧を検出する電圧検出手段と、２次電池を残存容量の低下を抑えかつ満充電容量の低下を避ける所定範囲内であらかじめ設定した微小電流で放電させる放電手段と、温度検出手段の検出値と電圧検出手段の検出値が前記２次電池の容量劣化領域に入ったときに、放電手段を制御して２次電池を上記微小電流で放電させる制御手段とを有するものとした。
【０００６】
上記２次電池は複数の単電池が直列に接続されている組電池でもよい。
また、上記微小電流の電流値は、１×１０^-5ＣＡ以上１×１０^-4ＣＡ以下であることが好ましい。
【０００７】
請求項３記載の発明は、２次電池が複数の単電池を直列に接続した組電池からなる場合において、上記の温度検出手段、電圧検出手段、放電手段および制御手段が、各単電池ごとに設けられているものとした。
【０００８】
【作用】
本発明においては、２次電池の電池温度と端子電圧を検出して、その値が予め記憶された容量劣化領域に入るときに、２次電池を所定範囲内であらかじめ設定した微小電流で放電させることにより、容量劣化の原因となる電極表面での電解液の分解を抑制する。
また、微小電流の電流値を１×１０^-5ＣＡ以上１×１０^-4ＣＡ以下に制御することにより、長時間放置された場合でも、容量の低下を少なくできる。
さらに、組電池において、個々の単電池ごとに温度検出手段、電圧検出手段、放電手段および制御手段を設けることにより、それぞれの単電池の状態に応じてその放電を個別に制御することができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
発明の実施の形態を実施例により説明する。図１は本発明の第１の実施例を示す図である。
電池に接続される保護装置１は、電圧検出部２と温度検出部３と電流検出部４と制御部５とスイッチ７と放電部８から構成される。
電池９は、負極活物質に炭素材料を、正極活物質にLiCoO2を用い、電解液として、炭酸プロピレンと1-2-ジメトキシエタンとの混合溶液に六フッ化リン酸リチウムを１モル／ｌ溶解させて得られた非水電解液を用いた非水系２次電池である。
【００１０】
電圧検出部２は、電池９の端子電圧を検出する。温度検出部３は、電池９の近傍に配置され、電池の雰囲気温度を検出する。電流検出部４は、放電電流値を検出する。
制御部５はＣＰＵ６とメモリ１０を含む。ＣＰＵ６は、電池の端子電圧と電池温度をメモリ１０に格納された記憶値と照合して保護動作の必要性の有無を判断する。制御部５は、このＣＰＵ６の判断結果に基ずいて、電池９と放電部８の間に設けられたスイッチ７のオン、オフを制御する。またＣＰＵ６は、電流検出部４で検出した放電電流値が所定の範囲内に入っているか否かをチェックし、制御部５はこのチェック結果に基ずいて放電部８を制御し、所定の放電電流値で放電を行わせる。
【００１１】
次に動作について説明する。電圧検出部２は電池９の端子電圧を検出し、制御部５へその検出値を送る。また、温度検出部３も電池９近傍の温度を検出し、その検出値を制御部５へ送る。
制御部５のメモリ１０には、長時間放置した場合に電池の容量劣化が起こる電池端子電圧と電池温度の範囲、すなわち容量劣化領域があらかじめ記憶されている。
【００１２】
図２に示すように、残存電池容量が多くて端子電圧が高い場合と、温度が高い場合に、容量劣化がおこりやすい。ＣＰＵ６では、検出された端子電圧と電池近傍温度とをメモリ１０に記憶している容量劣化領域と照合する。制御部５では、容量劣化領域に入っているという照合結果が出た場合には、スイッチ７をオンにする。
スイッチ７がオンにされると、電池９の端子は放電部８と接続され、放電が始まる。
電流検出部４は放電電流値を検出し、その検出値を制御部５へ送る。
【００１３】
図３は、満充電された電池を、微小電流で放電しながら、温度６０℃で１ヶ月間放置したときの、放電微小電流の電流値と、残存容量と電池の再充電後の満充電容量の関係を示す図である。
実線は残存容量を示し、破線は再充電後の電池の満充電容量を示している。ここで、１ＣＡは、１時間で電池容量を完全放電できる電流値である。
１×１０^-6ＣＡで放電した場合には、十分に再充電しても、満充電容量はもとの容量の９５％にしかならず、容量が劣化していることがわかる。この容量劣化は、１×１０^-5ＣＡ以下の放電電流のときに発生している。
また、１×１０^-4ＣＡ以上の電流で放電した場合には、再充電時の容量劣化は少ないが、放電量が大きく残存容量が少ない。
以上から、容量劣化が少なく、残存容量も十分に大きくなる放電電流値として、１×１０^-5ＣＡ以上１×１０^-4ＣＡ以下の電流値が適していることがわかる。
【００１４】
ＣＰＵ６には、あらかじめ上記放電電流の適正範囲が記憶されている。ＣＰＵ６では、メモリ１０に記憶している適正放電電流値１×１０^-5ＣＡ以上１×１０^-4ＣＡ以下と電流検出部４で検出された放電電流値を比較照合し、制御部５では、適正放電電流値範囲に入っていないという照合結果が出た場合には、放電電流値が適正放電電流値範囲に入るように放電部８を制御する。
このようにして、電池９は、高温下に放置されているときや、端子電圧が高い状態で放置されているときには、微小電流で放電される。
【００１５】
図４は電池９を６０℃下で放置したときの放置時間と再充電後の満充電容量の関係を示す。放電をしなかったときの破線で示す電流容量に比べて、微小電流の放電を行った本実施例による実線で示した再充電後の電流容量は大きくなっている。すなわち、微小電流で放電することにより電極表面で起こる電解液の分解が抑制され、容量劣化が防止されるものと考えられる。これにより、２次電池の寿命が延びることがわかる。
【００１６】
本実施例は以上のように構成され、電池９を放置するときに、電池９の端子電圧と温度を検出し、その値が予め記憶された容量劣化領域に入るときに２次電池を微小電流で放電させることにより、容量劣化を防止することができる。
また、微小電流の電流値を１×１０^-5ＣＡ以上１×１０^-4ＣＡ以下に制御することにより、長時間放置された場合でも、容量の低下を少なくできる。
したがって、２次電池を長時間放置しても、容量劣化が防止でき、また容量低下も抑制される。
【００１７】
次に、本発明を電気自動車の電源として使用される組電池適用した第２の実施例を図５に示す。
電気自動車では、組電池１７がメインリレー１８を介して負荷であるモータ１９と接続されている。組電池１７は、複数の非水系の単電池を直列に接続したものであり、組電池１７にバッテリーコントローラ１６が接続されている。
バッテリーコントローラ１６は、電圧検出部１２、制御部１３および放電部１４を含んでいる。そして、組電池１７の近傍に配置された温度検出部１５が、バッテリーコントローラ１６の制御部１３に接続されている。制御部１３はとくに図示しないがＣＰＵとメモリを備えている。
【００１８】
この実施例では、温度検出部１５が組電池１７近傍の温度を検出し、その検出値を制御部１３へ送る。電圧検出部１２は組電池１７の端子電圧を検出し、制御部１３へその検出値を送る。制御部１３には、長時間放置した場合に電池の容量劣化が起こる電池端子電圧と電池温度の範囲および放電電流の適正範囲がメモリに予め記憶されている。制御部１３は、検出された端子電圧と電池温度を記憶している容量劣化領域とＣＰＵで照合し、劣化領域に入っているという結果が出た場合には、放電部１４を制御し、１×１０^-5ＣＡ以上１×１０^-4ＣＡ以下の微小電流で組電池１７の端子間を放電する。
【００１９】
これにより、第１の実施例と同様の効果が得られるとともに、２次電池に接続されている負荷の暗電流を放電電流の一部として使用し、必要な放電電流から暗電流を差し引いた電流値を放電部での放電電流値として設定することができ、放電部を小型化することができる。
【００２０】
次に、第３の実施例を図６により説明する。これは、組電池の個々の単電池に保護装置を設けたものである。
組電池２３が非水系の単電池２２ａ、２２ｂおよび２２ｃから構成されている。そして、保護装置２１ａ、２１ｂおよび２１ｃが単電池２２ａ、２２ｂおよび２２ｃのそれぞれの端子に接続されている。
各保護装置２１ａ、２１ｂおよび２１ｃは、それぞれ第１の実施例の図１に示される保護回路１と同じ構成を有する。
【００２１】
この実施例においては、それぞれの保護装置２１ａ、２１ｂおよび２１ｃは単電池２２ａ、２２ｂおよび２２ｃ近傍の温度と単電池２２ａ、２２ｂおよび２２ｃの端子電圧とを検出し、その検出値を、予め記憶している容量劣化領域と照合し、劣化領域に入っているという照合結果が出た場合には、１×１０^-5ＣＡ以上１×１０^-4ＣＡ以下の電流値の微小電流でそれぞれの単電池２２ａ、２２ｂおよび２２ｃの端子間を放電する。
すなわち、それぞれの単電池２２ａ、２２ｂおよび２２ｃごとに放電を行うか否かの判断が、それぞれの保護回路２１ａ、２１ｂおよび２１ｃで個別に行われる。
【００２２】
これにより、第１の実施例と同様の効果が得られるとともに、各単電池の放電を個別に制御するので、各単電池の容量ばらつきを低減することができる。
なお、非水系２次電池では、通常、上下限電圧を管理するために各単電池に制御回路が取り付けられているから、この制御回路に上記保護装置を内蔵させることにより、独立の保護装置を別個に設けなくても済み、回路規模の増大を抑えることができる。
【００２３】
【発明の効果】
以上のとおり、本発明は、２次電池を放置するときに、電池の端子電圧と温度を検出し、その値が予め記憶された容量劣化領域に入るときに電池を微小電流で放電させることにより、容量劣化の原因となる電極表面での電解液の分解を抑制し、容量劣化を防止することができる。したがって、高温下に長時間放置しても、容量劣化が発生せず、また容量低下も抑制できる。
また、微小電流の電流値を１×１０^-5ＣＡ以上１×１０^-4ＣＡ以下に制御することにより、長時間放置された場合でも、容量の低下を少なくできる。
【００２４】
さらに、２次電池に接続されている負荷の暗電流を放電電流の一部として使用し、必要な放電電流から暗電流を差し引いた電流値を放電部での電流値として設定することにより、放電部を小型化することができる。
【００２５】
複数の単電池を直列に接続した組電池の場合、各単電池にそれぞれ保護装置を接続し、放電を個別に制御することにより、各単電池の容量ばらつきを低減することできる。そして、上下限電圧を管理するために各単電池に取り付けられている制御回路に、保護装置を内蔵させることができ、回路規模を増大させずに実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例を示す図である。
【図２】容量劣化領域を示す図である。
【図３】放電電流値と再充電後の満充電容量および残存容量の関係を示す図である。
【図４】放置時間と再充電後の満充電容量の関係を示す図である。
【図５】第２の実施例を示す図である。
【図６】第３の実施例を示す図である。
【符号の説明】
１、２１ａ、２１ｂ、２１ｃ保護装置
２、１２電圧検出部
３、１５温度検出部
４電流検出部
５、１３制御部
６ＣＰＵ
７スイッチ
８、１４放電部
９電池
１０メモリ
１６バッテリコントローラ
１７、２３組電池
１８メインリレー
１９モータ
２２ａ、２２ｂ，２２ｃ単電池

Claims

２次電池の保護装置であって、前記２次電池の近傍の温度を検出する温度検出手段と、前記２次電池の端子電圧を検出する電圧検出手段と、前記２次電池を残存容量の低下を抑えかつ満充電容量の低下を避ける所定範囲内であらかじめ設定した微小電流で放電させる放電手段と、前記温度検出手段の検出値と前記電圧検出手段の検出値が前記２次電池の容量劣化領域に入ったときに、前記放電手段を制御して前記２次電池を前記微小電流で放電させる制御手段とを有することを特徴とする２次電池の保護回路。
前記２次電池が複数の単電池がそれぞれ直列に接続されている組電池であることを特徴とする請求項１記載の２次電池の保護回路。
前記温度検出手段、電圧検出手段、放電手段および制御手段が、前記各単電池ごとに設けられていることを特徴とする請求項２記載の２次電池の保護回路。
前記微小電流の電流値が、１×１０^-5ＣＡ以上１×１０^-4ＣＡ以下であることを特徴とする請求項１、２または３記載の２次電池の保護回路。