JP4172531B2 - 劣化電池の検出センサー - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電気自動車、運搬車、ＡＧＶ用など、多数個の電池をシリ−ズに接続し、高電圧の電源として使用する組電池の劣化電池の検出センサ−に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
使用される電池には補水の必要な液式電池と補水不要の密閉電池がある。いずれの電池も充放電を繰り返すことにより、劣化するので、電池の容量は低下し、車両の走行性能は低下する。そして電池は寿命として交換されることになる。多数個の電池がほぼ一様に劣化し、容量低下する場合には車両の走行性能も徐々に低下するため、電池の寿命を車両に取付けられた容量計から把握でき、計画的な電池交換が可能である。
【０００３】
しかし、１セル、２セルが極端に劣化し、全体の組電池に影響を及ぼす場合の劣化検出法は現存しない。
【０００４】
液式電池の場合、月１回程度の補水を必要とするが、補水作業の不備の為１〜２セルに補水されず、液を切らしてしまうことがある。また、極板群の劣化等で極板群が短絡するとそのセルのみ極端に液減りが速くなり、液を切らしてしまうことがある。液を切らしたセルは極板の反応面積が減るため内部抵抗が上昇し、充放電により異常に大きな発熱をし更なる液減りと発熱を繰り返す。このような電池は、大きな電圧降下をきたし車両性能に影響を及ぼすこととなるが、場合によっては異常発熱のため、電池破損に至ることもある。
【０００５】
一方、密閉電池では、正負極板間に微細繊維のガラスマットを配置し、そのマットに所定量の電解液を保持させて、充電時に正極から発生する酸素ガスを負極で反応吸収することにより、補水不要としている。これらの密閉電池も組電池として使用すると製造及び使用環境等のバラツキから、ある１〜２セルが他のセルに比べて、異常に液が減るドライアップという現象が生じることがある。この場合、セルは内部抵抗が極端に増大し、異常発熱を起こすと共に、やがて内部抵抗は無限大となり車両は走行不能となる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
以上のことから、特定セルの異常を検出することは車両を安全に使用する上で重要であるが、セル数が多い組電池にあって１セルの異常な電圧降下も、全体の組電池電圧からみればわずかで検出することはできなかった。また、全電池に電圧線を引きだしモニタ−すれば、不具合電池を検出できるが、引出し線が多く信頼性に欠けると共に、構成が複雑となり費用も増大する欠点があった。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、簡易に、確実な車両用電池の劣化検出センサーを供給するものであり、多数のモノブロック電池からなる組電池を複数個のモノブロック電池のブロックに分割し、組電池の総電圧を検出することにより電池の放電深さを検出し、その放電深さが０〜約６０％である領域であって、ブロックの電圧が、一定値以下になった時にブザー等の音声で警報を出すことを特徴とする。
【０００８】
また、放電深さの領域を組電池の総電圧が一定値以下になる時間を積算しその積算値が一定時間になるまでとすること、異常警報をブザー等の音で出すようにすると共にセンサーを電池収納部に取り付けたこと、放電深さが０〜約６０％である領域を過ぎたことを保持し、充電することにより解除・再セットすること、異常警報を出した状態においては、充電や放電をできなくする、または制限する信号を送ることを特徴とする。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明による劣化電池の検出センサーは、組電池電圧より、電池の放電深さが０〜約６０％の領域であることを検出し、組電池を複数のブロックに分割し、ブロックの電圧値が一定値以下に低下したとき、劣化セルを含む電池が存在すると見なして警報を発するものである。１ブロック内の１２Ｖモノブロック電池の数は、少ないほど、検出精度は上がるものの、電圧線の数が増すと共に回路が複雑となるので、実用的には、１ブロック内の１２Ｖモノブロック電池は複数個、ブロックの数は８個程度までが適当である。このようにすることにより、劣化セルを確実に簡単に安価に検出でき、液切れ等異常セルによる走行不良や電池破損がなくなり、安全に安心して組電池を使用することができる。
【００１０】
【実施例】
複数個のモノブロック電池からなる組電池を分割したブロック電圧が一定値以下に低下したときに、異常セルが含まれる電池であると規定する上で電池の放電深さが０〜約６０％と浅い放電領域であることが必要である。これは、新しい正常な電池であっても、過放電を行えば電池電圧は低下するからである。電池の放電深さを検出する方法としては、放電時の電池電圧、無負荷時の開路電圧を見る方法がある。
【００１１】
図１は本発明に係る劣化電池の検出センサーの一実施例を示す回路図であり、電気自動車の組電池に応用したもので、放電時の組電池の総電池電圧、または無負荷時の開路総電池電圧を総電圧センサー１により検出し、放電深度０〜６０％の電池の検出領域を定め、ユニット電圧センサー２により、ブロック電圧を検出し、検出した総電圧およびブロック電圧を処理装置３で処理し、ブロック電圧が一定値以下になったものを、処理装置３を通して異常電池として検出するセンサーである。
【００１２】
１２Ｖモノブロック電池８個からなる組電池をある車両に搭載したときの一例を示すと、放電時の電圧を検出に用いるときには、８５Ｖ以上を検出領域とし、また、組電池の無負荷時の開路電圧を検出に用いるときには、９８Ｖ以上を検出領域とすることにより、３０℃の常温では０〜約６０％の放電深度を検出領域とすることができる。ただし、放電時の電圧は、電池の温度に左右されるので、精度を上げるためには温度の補正などが必要である。そこで、温度への影響をできる限り少なくした簡易に確実に検出領域を設ける方法として考案したものを図２に示す。
【００１３】
図２は本発明劣化電池の検出センサーの他の一実施例を示す回路図であり、１２Ｖモノブロック電池８個からなる組電池電圧が一定値、例えば９０Ｖ以下に低下した時間をタイマー４により積算し、積算値が例えば５分間になるまでの間を検出領域とすると、前記の５分間は電池の放電している時間であり、電気自動車の走行時間にすると約３０分間となり、温度変化に関わらず約３０分間は確実に検出領域を設けることができる。
【００１４】
１２Ｖモノブロック電池２個からなるブロックの電圧が１８Ｖになったとき、警報を出す設定の本発明のセンサーを液式１２Ｖモノブロック電池８個積みの軽バンタイプの電気自動車に設置し、電池１個の１セルのみ過充電を行うことにより液枯れ状態とし、電気自動車の走行試験を行いセンサーの動作の状況を調べた結果が図３である。
【００１５】
組電池電圧が９０Ｖより低下した時間の積算が５分に達するのは市街地走行後５３分目で、全走行時間１１０分の約５０％で放電深さ約５０％までの状態が検出領域であった。ブロック電圧は１８Ｖを４５分目に切り、劣化電池として検出し警報を出した。劣化電池を含むブロック電圧が１８Ｖの時、他の正常な電池は、２１Ｖを示した。
【００１６】
本センサーは、総電圧センサーとタイマーにより、検出領域を限定し、検出領域を過ぎた場合には検出領域を過ぎた信号を保持し異常電池検出信号を受け付けなくしている。また、図４は、検出領域を過ぎた信号の保持を解除・再セットする回路例で、充電電圧がある値に到達したときに総電圧センサーＨによりタイマーを解除するものである。
【００１７】
図５は、劣化電池の検出警報をを出すと共に、充電器６や電気自動車に検出信号を出力し、劣化電池を検出後は、充電をできなくしたり車両を動けなくする、もしくは車両の速度を制限するものである。
【００１８】
【発明の効果】
以上説明したとおり、劣化セルを確実に簡単に安価に検出できることにより、液切れ等異常セルによる走行不良や電池破損がなくなり、安全に安心して組電池を使用でき、電気自動車への効果は絶大である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明劣化電池検出センサーの一実施例を示す回路図
【図２】本発明劣化電池検出センサーの他の一実施例を示す回路図
【図３】液枯れ電池を搭載して実車走行時の組電池総電圧とブロック電圧の推移を示した図
【図４】警報発生後に、充電時の総電圧を監視して一定値を越えたら警報を解除する本発明劣化電池検出センサーの回路図
【図５】組電池電圧が一定値より下回っている時間を積算して警報を出し、充電を受け付けなくする信号を発信する本発明劣化電池検出センサーの回路図
【符号の説明】
１ 総電圧センサー
２ ユニット電圧センサー
３ 処理装置
４ タイマー
５ 総電圧センサー
６ 充電器

Claims (3)

1. 多数のモノブロック電池からなる組電池を複数個のモノブロック電池のブロックに分割し、組電池の総電圧を検出することにより放電深さを検出し、その放電深さが０〜６０％である領域であって、ブロックの電圧が一定値以下になったときに、異常警報を出すことを特徴とする劣化電池の検出センサー。
2. 放電深さが０〜６０％である領域を、組電池の総電圧が一定値以下になる時間を積算しその積算値が一定時間になるまでとすることを特徴とする請求項１に記載の劣化電池の検出センサー。
3. 異常警報を音声で出すようにすると共にセンサーを電池収納部に取り付けたことを特徴とする請求項１または２に記載の劣化電池の検出センサー。

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