JP5050300B2

JP5050300B2 - 蓄電池

Info

Publication number: JP5050300B2
Application number: JP2001166784A
Authority: JP
Inventors: 孝夫大前
Original assignee: GS Yuasa International Ltd
Current assignee: GS Yuasa International Ltd
Priority date: 2001-06-01
Filing date: 2001-06-01
Publication date: 2012-10-17
Anticipated expiration: 2021-06-01
Also published as: JP2002359012A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は蓄電池及びその制御方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
自動車では、省エネルギー要求の高まりとともに、高電圧化や電気エネルギーとガソリンとを併用するハイブリッド化が進められている。高電圧化することでワイヤーハーネスや電気部品を軽量化できる。ハイブリッドシステムは、電気エネルギーによりガソリンエンジンをアシストするため、省エネルギー、低公害化が達成できる。
【０００３】
これらの用途に用いられる電池に対しては、より小型軽量化が求められており、そのひとつの解決手段として、従来よりも高電圧のモノブロック電池が検討されている。公称電圧２０Ｖ以上のモノブロック電池は従来ほとんど作られていない。例えば、従来電池は６セル、１２Ｖモノブロック電池であるが、高電圧電池として１８セル、３６Ｖ電池がある。
【０００４】
電池は充放電に伴って発熱する。特にモノブロック電池内のセル数が多くなると、１セル単位当たりの電池比表面積比が小さくなってくるため、放熱しにくくなり電池内温度が高くなりやすい。温度が高い状態で電池が使用されると、電流が増加するため減液や格子腐食が起こりやすくなり、電池劣化が早くなってしまう。このため温度が高い場合には、電流を低減するような制御を行う必要がある。このように高電圧のモノブロック電池では、電池内温度を正確に検出し、検出温度に応じて電池制御を行う方法が不可欠である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
電池内部温度を検出するために、電池側面や上面に温度センサを貼り付けただけでは、電池内部温度を正確に把握できないという問題があった。電池内部温度を正確に検出し得る蓄電池及び、検出温度に基づいて適切な電池制御を行うことができる制御方法を提供することが本発明の課題である。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明は、複数のセルが短辺方向と長辺方向のそれぞれに連接された、モノブロック電槽を用いてなるリテーナ式蓄電池において、前記蓄電池の短辺方向寸法をＷとし、長辺方向寸法をＬとしたとき、短辺と長辺とが交わる四隅を起点としたふたの、１／５Ｗ〜４／５Ｗ、かつ、１／５Ｌ〜４／５Ｌの位置の一部を蓄電池内に突出させて凹状突出部を形成し、前記凹状突出部の凹部に蓄電池温度検出手段が設けられるとともに、前記温度検出手段の周囲に充填剤を充填したことを特徴とする。
【０００９】
また、凹状突出部は、壁面厚が２ｍｍ以下であり、かつ、蓄電池内に収納された極板群との距離が５ｍｍ以下であることが好ましい。
【００１０】
また、蓄電池温度検出手段で検出された蓄電池温度に基づいて、充電及び放電の少なくとも一方の制御を行うことが好ましい。
【００１１】
また、制御されるパラメータが充電電圧であることが好ましい。
【００１２】
また、蓄電池温度が予め定められた値に達したとき、充電もしくは放電を停止させることが好ましい。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明は、以下に示す手段によって上述の課題を解決するものである。
【００１４】
蓄電池内温度を正確に検出するために以下のことを行う。複数のセルが連接されてなる蓄電池において、幅方向寸法Ｗ、長さ方向寸法Ｌとしたとき、１／５Ｗ〜４／５Ｗ、１／５Ｌ〜４／５Ｌの位置に、温度検出手段を設けたことを特徴とする。そして、温度検出手段は蓄電池内に突出するように形成された凹状突出部の凹部内に収納する。また、蓄電池温度検出手段の周囲には充填剤が充填される。さらに、凹状突出部は、壁面厚が２ｍｍ以下、極板群との距離が５ｍｍ以下とすることが好ましい。この検出された蓄電池温度に基づいて、充電、放電の少なくとも一方の制御を行う。詳しくは、検出した温度に基づき充電電圧を変化させる制御方法である。また、蓄電池温度が予め定められた値に達したとき、充電もしくは放電を停止させるといった機能を持たせる。
【００１５】
本発明により、蓄電池内部温度を正確に検出し、検出温度に基づいた適切な電池制御をおこなうことができるため、高電圧のモノブロック電池であっても劣化を抑制できる。
【００１６】
【実施例】
３６Ｖモノブロック電池の幅方向寸法Ｗ、長さ方向寸法Ｌに対して１／５Ｗ〜４／５Ｗ、１／５Ｌ〜４／５Ｌの位置に、電池外装部材からエレメントに向かって突出した凹状突出部を設け、この中に温度センサを置く。凹状突出部は、肉厚が２ｍｍ以下、かつエレメントとの距離が５ｍｍ以下とする。
【００１７】
この温度センサにより検出された温度に応じて、充電電圧を変化させる。また温度が一定値を越えると電池の運転を停止する。
【００１８】
以下、本発明蓄電池をその一実施例に基づき詳述する。
（実施例１）
まず、３６Ｖモノブロック鉛蓄電池について電池内の温度分布を測定するための試験を行った。供試電池は、３６Ｖ、２０Ａｈ／５ｈＲのリテーナ式密閉鉛蓄電池である。セル要素は、正極板、負極板、微細ガラス繊維セパレータを積層して作られている。１８個のセル要素を電槽に収納する。鉛蓄電池の場合１セルの起電力が２Ｖなので、１８個のセルを直列接続することで３６Ｖ電池となる。セルとセルの間はセル間隔壁で仕切られている。セル間隔壁に設けられた穴を通じて、各セルの端子部を電気抵抗溶接などの方法で接続し、ふたを溶着して電池が完成する。
【００１９】
試験条件は次のようにした。温度６０℃、湿度３０％の恒温室に電池を入れた。そして放電４０Ａ×１分、充電４０Ａ×１．１分の充放電サイクル試験を繰り返した。この時、電池内のすべてのセル内部の中央および両端部に温度センサを取り付け、サイクル試験中の温度を計測した。温度センサには、耐酸性コーティングを施した熱電対（Ｔタイプ）を用いた。電池上部から貫通口を開けてセンサをセル内に挿入後、貫通口の周囲を耐酸性樹脂で封口した。
【００２０】
各部の温度が飽和に達した時点での温度分布測定結果を図１に示す。図１は上面図であり、等温線として示したものである。試験開始時の温度は、いずれのセルも６０℃である。時間の経過とともに各セルとも温度が上昇する。電池周辺部は、セル要素からの熱エネルギーが外部へと逃げやすく、温度上昇が小さくなっている。それに対し中央部は、外部への放熱経路が少なく、他セルからの熱エネルギーも受け取るために、温度が高くなっている。また、中央部では、比較的広い範囲で同一温度となっていた。幅方向寸法Ｗ、長さ方向寸法Ｌに対してそれぞれ１／５Ｗ〜４／５Ｗ、１／５Ｌ〜４／５Ｌでは、電池内で最も温度の高くなる部分の温度を示すことがわかる。従って、モノブロック電池内の温度を測定する場合には、この範囲内の温度を測定すればよいことがわかる。
（実施例２）
実施例１では、電池に貫通口を開けて温度センサを挿入後、耐酸性樹脂で封口するということを行った。しかし、実際に電池を量産する場合、この方法で温度センサを取り付けることは工数が増えるために困難である。そこで、電池のふたにエレメントに向かって突出した凹状突出部を設け、その中に温度センサをおく方法を検討した。この方法では、電池のふたに凹状突出部を設けているため、電池に貫通口を開けたり、封口したりといった工程は不要で通常通りの電池作製工程で生産できる。図２は本発明蓄電池の温度センサの取付部構造の一実施例を示す模式図である。温度センサ１としては熱電対、サーミスタ等を使用可能である。直接セル内に入らないため温度センサ１に耐酸性コーティング等は不要である。凹状突出部２内に温度センサ１を入れ、その周囲をエポキシ樹脂からなる充填剤３で固めた。センサ周囲に空気層があると断熱され、正確な温度が計測できなくなる。これは、充填剤３によって空気層をなくすことで解決できる。従ってエポキシ樹脂以外の例えばＰＰ樹脂等であっても同様な効果が得られる。また、温度センサ１を樹脂で固めることで、使用中のセンサのはずれを防止するという効果もある。
【００２１】
エレメント４内部の温度センサ指示値を真値とすると、凹状突出部２内の温度センサ１は距離が離れているために、その指示値には差があり、この差が誤差と考えられる。電池内温度を検出して制御するためには、誤差が２℃程度までならその影響は無視できる。誤差に影響を及ぼす因子としては、凹状突出部２先端からエレメント４までの距離、および凹状突出部２の肉厚があげられる。これらの影響を調査した結果を図３，４に示す。図３は、凹状突出部の肉厚を１ｍｍと一定にしたときの凹状突出部先端からエレメントまでの距離と温度誤差との関係である。距離が５ｍｍ以下では２℃以内の誤差であるが、５ｍｍ以上では大きくなっている。図４は、凹状突出部先端からエレメントまでの距離を２ｍｍと一定にしたときの凹状突出部の肉厚の影響を調べたものである。肉厚２ｍｍ以上では誤差が２℃以上になっている。従って、凹状突出部は、肉厚が２ｍｍ以下、かつエレメントとの距離が５ｍｍ以下とするのが望ましい。
（実施例３）
次に電池に温度センサを取り付け、検出温度による充電制御を行いながら電池試験をおこなった。
【００２２】
温度センサ取り付け位置を図５に示した。位置は、実施例１で適当と考えた範囲内である、０．３９Ｌ、０．２２Ｗとした。電池ふたに凹状突出部を設け、その中に温度センサを置き、センサ周囲にエポキシ樹脂を充填した。凹状突出部とエレメントとの距離は１．５ｍｍ、肉厚は１ｍｍとした。
【００２３】
試験条件は次のようにした。温度２０℃、湿度３０％の恒温室に電池を入れた。そして放電４０Ａ×１分、初期充電電圧４５Ｖ（最大電流４０Ａ）×２分の充放電サイクル試験を繰り返した。充電電圧は、検出温度に応じて−０．１Ｖ／℃で変化するように設定した。例えば６０℃での充電電圧は、４１Ｖとなる。比較用として、充電電圧の温度制御を行わない電池についても同時に試験を行った。
【００２４】
図６に試験中の電池温度推移を示した。充電電圧を温度制御した電池では、３０℃付近で飽和し、一定となった。充電電圧の温度制御を行わなかった電池は、温度が上昇し、４５℃程度にまで達した。一般に電池は、温度が上がるほど電池内部での酸素発生反応および負極吸収反応が増加し、それに費やされる電流が増加する。この際の発熱でさらに温度上昇が加速される。充電電圧の温度制御を行わなかった電池では、電流が増えたため温度が高くなったものと考えられる。一方、充電電圧の温度制御を行った電池では、温度が上がると充電電圧を下げているため、充電電流の増加が抑えられる。その結果、温度上昇を抑制できたものと考えられる。
【００２５】
このように温度センサにより電池内温度を検出し、電池の制御を行うことは、電池劣化を防止する上で非常に効果的である。そして、温度センサには電池内の最も温度が高くなる部分の温度を正確に検出することが求められるため、本発明は効果的である。
【００２６】
また、充電器の故障等が発生し、電流が流れ続けた際においては、通常の電池では温度の異常上昇が起こってしまう。本発明電池では、温度を検出し、一定温度以上になると電池を回路から除外する機構を備えることが可能である。こうすることで、最悪の場合においても電池の異常発熱を未然に防止することができる。
【００２７】
【発明の効果】
本発明によると、電池内温度を正確に検出することが可能である。また、検出温度に応じて電池を適切に制御することができるので、電池の劣化を防止し、信頼性の高いシステムを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】３６Ｖモノブロック電池内の温度分布図
【図２】本発明蓄電池の温度センサの取付部構造の一実施例を示す模式図
【図３】凹状突出部先端からエレメントまでの距離と温度誤差の関係を示した図
【図４】凹状突出部肉厚と温度誤差の関係を示した図
【図５】温度センサ取付位置を示した図
【図６】試験中の電池温度推移を示した図
【符号の説明】
１温度センサ
２凹状突出部
３充填剤
４エレメント

Claims

複数のセルが短辺方向と長辺方向のそれぞれに連接された、モノブロック電槽を用いてなるリテーナ式蓄電池において、前記蓄電池の短辺方向寸法をＷとし、長辺方向寸法をＬとしたとき、短辺と長辺とが交わる四隅を起点としたふたの、１／５Ｗ〜４／５Ｗ、かつ、１／５Ｌ〜４／５Ｌの位置の一部を蓄電池内に突出させて凹状突出部を形成し、前記凹状突出部の凹部に蓄電池温度検出手段が設けられるとともに、前記温度検出手段の周囲に充填剤を充填したことを特徴とするリテーナ式蓄電池。