JPH0731069A - 電池充電装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 直列に接続されている複数の電池に対し、各
々の電池毎に独立して充電を同時に行い、電池の適正な
充電状態を実現し、電池の未充電状態での充電終了に起
因する電池の容量の低下及び破損を防止することを可能
とする。 【構成】 充電するための直流電圧を出力する充電電圧
供給手段２の出力側に逆流防止手段３を備えた充電手段
４を、直列接続されている複数の電池Ｂ１乃至Ｂｎのそ
れぞれに対して並列接続した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば、電気自動車に
搭載する電池充電装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】電気自動車用として使用される電池は、
例えば、図４に示されるように、箱型の外装ケース２０
の内部に、正の出力を誘起する鉛合金板よりなる陽極板
２１と、希硫酸を吸収性を有する綿状の絶縁体に浸透さ
せてなるセパレータ２２と、負の出力を誘起する鉛合金
板よりなる陰極板２３とが順番に一方向に複数配列さ
れ、各々の上端を極板固定材２４により保持されて収納
されている。セパレータ２２は、陽極板２１と陰極板２
３との間に一定圧力がかけられて挟持されている。

【０００３】外装ケース２０の上端には、上部ケース２
５が接着されて外装ケース２０内部を外部より密閉して
いる。上部ケース２５の上面には、充放電時のトラブル
によって発生する加圧水素ガスを退避するための安全弁
２６が複数設けられると共に、複数の陽極板２１の各々
に接続された陽極の端子杆２７の先端と複数の陰極板２
３の各々に接続された陰極の端子杆２８の先端とがそれ
ぞれ突出されて設けられている。

【０００４】陽極板２１と陰極板２３とに加圧されるセ
パレータ２２は、電池の容量によって何組かの並列構造
で１セットの１セルとされ、２Ｖ出力として形成されて
いる。電池は、１セル２Ｖ単位が、通常３〜６セルを１
ケース内に圧入して１個の電池としている。

【０００５】しかしながら、セパレータ２２は、液体希
硫酸を浸透させる型式であるために、各セットを共に一
定の加圧力とすることは困難であり、セパレータ２２の
加圧力と希硫酸の濃度とにより、内部抵抗値が変化して
充電電圧と電流とを電池自体が変えてしまう性質上、均
等な状態に電池を製作することは困難である。

【０００６】そして、電気自動車においては、これら状
態がそれぞれ異なった複数の電池を直列に接続して高電
圧出力として使用するため、内部抵抗の不平衡が増加す
る。

【０００７】従来、電気自動車の電池における充電は、
単に直列接続した電池の両端子に高電圧をそのまま印加
して充電を行っている。

【０００８】電気自動車用の電池は、各電池毎にｍΩ単
位の異なる内部抵抗をそれぞれ有し、これらの電池を直
列接続した上で充電のための電流を所定時間、所定回数
流すと、内部抵抗値により電池内で発熱が起こるが、内
部抵抗値の違いにより発生蓄熱される熱量が各電池毎で
異なり、内部温度に大きな差を生ずる。このため、内部
抵抗差による電位差及び内部温度差による化学的な電位
差により、各電池の極間に電位差が生じ、電池の温度適
合電圧の充電ができない。

【０００９】このため、内部抵抗の大きい電池から充電
電流の垂下がはじまり、低電流のままの充電となって、
図２において斜線部で示されるように、良品の電池まで
未充電状態のままで充電を終えることとなる。このよう
な状態の電池をモータの駆動のために繰り返し使用する
と、電池の容量の低下及び破損の原因となる。

【００１０】なお、電池における温度特性は、すべて化
学的作用による還元速度であり、電池に必ず適用される
ものであって、この温度特性を無視した充電器による充
電は、電池を破損または短命にするため、電気自動車用
の電池充電器として不適である。図３に、鉛系電池にお
ける温度特性を表わすグラフを示す。なお、縦軸は、充
電電圧Ｖ０を表わし、横軸は、電池側面に配備された温
度センサによる検出温度Ｔ０である。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、直列
に接続されている複数の電池に対し、各々の電池毎に独
立して充電を同時に行い、電池の適正な充電状態を実現
し、電池の未充電状態での充電終了に起因する電池の容
量の低下及び破損を防止することを可能とする電池充電
装置を提供することにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明の電池充電装置
は、上記課題を解決するために、充電するための直流電
圧を出力する充電電圧供給手段の出力側に逆流防止手段
を備えた複数の充電手段を、直列接続されている複数の
電池のそれぞれに対して並列接続したことを特徴とす
る。

【００１３】また、前記充電手段に、充電する電池の周
囲温度または電池外側面の温度を検出する温度検出手段
と、前記温度検出手段が検出した検出温度に対応する前
記電池の温度特性に基く制御信号を出力する制御手段
と、前記制御手段からの制御信号により前記電池の充電
出力電圧を調整する充電電圧調整手段とを備えた。

【００１４】また、高放熱材よりなるケース本体の一側
に接続用コードまたは接続用のコネクタ部を有し、前記
ケース本体内に、充電するための直流電圧を出力する充
電電圧供給手段の出力側に逆流防止手段を備えた充電手
段が内装されると共に、前記ケース本体内部を絶縁性高
熱伝導流体樹脂で充填固定した。

【００１５】

【作用】直列接続されている複数の電池のそれぞれに対
して並列接続された各々の充電手段が、直流電圧を複数
の電池のそれぞれに対して出力し、各々の電池毎に独立
して充電を同時に行う。逆流防止手段は、電池から充電
手段への電流の逆流を防止する。

【００１６】温度検出手段は、充電する電池の周囲温度
または電池外側面の温度を検出して温度検出信号として
制御手段に出力し、制御手段は、温度検出手段が検出し
た検出温度に対応する電池の温度特性に基く制御信号を
出力し、充電電圧調整手段は、制御手段からの制御信号
により電池の充電出力電圧を調整し、各電池がそれぞれ
の温度に適正な充電状態に充電される。

【００１７】高放熱材よりなるケース本体及びケース本
体内部に充填された絶縁性高熱伝導流体樹脂が充電手段
から発生する熱を外部に退避させると共に、充電手段を
外部からの衝撃や侵水より保護する。本体一側面より接
続コードを外部に出し、またはコネクタ部に接続プラグ
を接続することにより、電池に接続する。

【００１８】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して説明
する。図１は、本発明の電池充電装置の要部ブロック図
であり、電池充電装置１は、概略として、交流電源を整
流して出力するＡＣ・ＤＣフロント部７、直流入力をリ
ップル除去及び低インピーダンスにするフィルタ８及び
フィルタ８よりの直流入力を異なった直流出力に変換す
るＤＣ・ＤＣコンバータ２とよりなる充電電圧供給手段
と、充電電圧供給手段の出力側に接続されたダイオード
３よりなる逆流防止手段からなる充電装置４ａ乃至４ｎ
が、直列接続された電動車用のＮ個の電池Ｂ１乃至Ｂｎ
のぞれぞれに対し、Ｎ個並列に接続されている。

【００１９】以下の説明では、充電装置４ａについて説
明するが、充電装置４ｂ乃至４ｎについても、充電装置
４ａと同様の構成である。

【００２０】充電装置４ａにおいて、ＤＣ・ＤＣコンバ
ータ２の入力側の端子＋ＩＮ，−ＩＮに対して、ＡＣ・
ＤＣフロント部７及びフィルタ８が並列接続され、ＤＣ
・ＤＣコンバータ２の出力側の端子＋ＯＵＴに対して直
列にダイオード３のアノード側が接続され、ダイオード
３のカソード側とＤＣ・ＤＣコンバータ２の出力側の端
子−ＯＵＴ間に、電動車用のＮ個のうちの１つの電池Ｂ
１が接続されている。また、ＤＣ・ＤＣコンバータ２の
出力側の端子＋ＯＵＴとダイオード３との間とＤＣ・Ｄ
Ｃコンバータ２の出力側の端子−ＯＵＴ間には、制御部
５が接続され、制御部５には、電池の周囲及び側外面の
温度を検出する温度サーミスタ７が接続されると共に、
制御部５の出力側がＤＣ・ＤＣコンバータ２のトリム端
子Ｔに接続されている。

【００２１】なお、温度サーミスタ６は電池Ｂ１の側方
に配設されており、充電装置４ａに対しては電池Ｂ１と
共にケーブルまたはコネクタ接続されている。また、ダ
イオード３は、電池Ｂ１からの逆流電流を防止するため
のダイオードで、順電圧の低いショットキーダイオード
が用いられている。

【００２２】交流入力端子１０は、充電装置４の交流電
源入力側のコードまたはコネクタピン９を介して、交流
単相時は全部並列結線とし、また三相時には各相に略平
衡となるよう接続されている。接続コードまたはコネク
タピン９よりの交流電源は、ＡＣ・ＤＣフロント部７に
入力されてノイズ力率改善及び全波整流を行われ、さら
にフィルタ８によりリップル除去及び低インピーダンス
にされた後、ＤＣ・ＤＣコンバータ２の一次側の入力端
子＋ＩＮ，−ＩＮに供給されるされる。

【００２３】ＤＣ・ＤＣコンバータ２は、１次側の入力
端子＋ＩＮ，−ＩＮ間に図示しないＭＯＳＦＥＴ、即
ち、電解効果トランジスタを備え、該ＭＯＳＦＥＴを介
して供給された１次電圧を内部の図示しない変圧器によ
り２次電圧に変換し、２次側の出力端子＋ＯＵＴ，−Ｏ
ＵＴに出力するものである。

【００２４】出力端子＋ＯＵＴ，−ＯＵＴからの出力
は、トリム端子Ｔへの入力、即ち、制御部５から印加さ
れる制御電圧の変化に応じて、１次側のＭＯＳＦＥＴの
ゲートに印加する電圧を変化させ、ＭＯＳＦＥＴのソー
ス、ドレイン間に流れる電流を変化させて１次側をコン
トロールすることにより可変制御される。

【００２５】制御部５は、温度サーミスタ６が電池Ｂ１
の周囲温度または側外面を検出してその抵抗値を変化さ
せると、温度サーミスタ６の抵抗値変化量に応じて基準
電圧を変化させ、該基準電圧とＤＣ・ＤＣコンバータ２
の出力側の端子＋ＯＵＴと出力側の端子−ＯＵＴ間の電
位差とにより、ＤＣ・ＤＣコンバータ２のトリム端子Ｔ
に印加する制御電圧を変化させることにより、ＤＣ・Ｄ
Ｃコンバータ２の２次側の出力端子＋ＯＵＴ，−ＯＵＴ
間の電圧を図３に示す鉛系電池における温度特性に合致
させて電池Ｂ１に供給する。

【００２６】電池Ｂ１の温度が変化すると、その変化量
に応じてＤＣ・ＤＣコンバータ２のトリム端子Ｔに印加
する制御電圧が変化するため、電池Ｂ１にはその温度特
性に最も適した電圧が常時印加されることとなり過不足
なく充電されることとなる。

【００２７】ところで、電池Ｂ１が充電されるいくにつ
れて、セパレータ内の希硫酸の濃度が増大することによ
り電池Ｂ１自体の内部抵抗が大きくなり、電池Ｂ１に流
れる電流が小さくなる。そして、電池Ｂ１が充電完了す
る時点では、電池Ｂ１に流れる電流は、自己放電防止程
度の微電流となる。

【００２８】また同時に、電池の内部抵抗が大きくなる
につれて電池Ｂ１が発熱するため、電池Ｂ１の温度上昇
する。この電池Ｂ１の温度上昇は、温度サーミスタ６に
よって常時検出されるので、図３に示されるように、電
池Ｂ１にかけられるＤＣ・ＤＣコンバータ２の２次側の
出力端子＋ＯＵＴ，−ＯＵＴ間の電圧は、降下してい
き、充電完了後においても最適電圧が維持される。従っ
て、連続通電することによって自己放電防止電流とな
り、出力端子電圧を連続供給してもよい。

【００２９】以上の説明では、直列に接続された電動車
用のＮ個の電池の内の１つである電池Ｂ１について説明
をしたが、各充電装置４ａ乃至４ｎは、交流入力端子１
０に対して並列接続されており、充電動作は、電池Ｂ１
乃至Ｂｎのそれぞれに対して並列接続されている各充電
装置４ａ乃至４ｎが同時に行うため、各電池Ｂ１乃至Ｂ
ｎの各々の温度に最適の充電が並行して同時に行われ、
かつ各電池毎の最適充電状態が維持される。

【００３０】なお、図１における端子１１及び１２は、
充電スタンド等で急速充電を行うために、電池Ｂ１及び
電池Ｂｎに取り付けられたものである。

【００３１】図５は、充電装置４の平面図であり、図６
はその側部断面図である。充電装置４は、その外装を形
成するケース本体１３を備え、ケース本体１３は、長方
偏平形状であって、放熱アルミよりなる高放熱材製の平
板よりなるケース基板１４に対し、蓋体よりなるアルミ
カバー１５が被覆されてなる。

【００３２】ケース基板１４のアルミカバー１５が被服
される側の上面に対する底面には、多数の放熱のための
フィン１６がケース基板１４の長手方向に交差して突設
されている。また、ケース基板１４には、ネジ孔２９が
複数設けられており、該ネジ孔に対して、一方に雄ネジ
が形成されると共に他方に雌ネジが形成されたネジ付ボ
ス３０が螺合されている。

【００３３】アルミカバー１５の長手方向の側面に直交
する一端面１５ａには、図５及び図８に示すように、外
部接続用のコネクタピン９が配設され、アルミカバー１
５の一端面１５ａに対向する他端面１５ｂには、図７に
示すように、樹脂注入孔１７及び空気逃げ孔１８が穿設
されている。また、アルミカバー１５の上面には、ネジ
孔３１が穿設されている。なお、アルミカバー１５は、
表面側にローレット加工がなされ、プレス加工によって
得られる。また、アルミカバーのコネクタピンには、図
示しない接続プラグを接続して電池に接続する。

【００３４】ケース基板１４の上面側には、図１におけ
る、フィルタ６、ＡＣ・ＤＣフロント部５、ＤＣ・ＤＣ
コンバータ２、制御部５、ダイオード３及び図示されて
いないコンデンサ３３の各電子部品がネジ止め固定され
ている。

【００３５】充電装置４は、各電子部品がネジ止め固定
されたケース基板１４に対してアルミカバー１５をケー
ス基板１４上方側より被覆し、ネジ付ボス３０に対して
ネジ３２をアルミカバー１５のネジ孔３１より捩じ込む
ことによりアルミカバー１５とケース基板１４を接合し
て充電装置４の外装を形成した後に、アルミカバー１５
の他端面１５ｂの樹脂注入孔１７より、絶縁性及び高熱
伝導性を有する２液性エポキシ樹脂を８５℃以下の温度
で充電装置４の内部に流し込むと共に、空気逃げ孔１８
より充電装置４内に残留する空気を排出し、充電装置４
内部に２液性エポキシ樹脂を充填することにより完全固
定する。

【００３６】充電装置４は、高放熱材よりなるケース本
体１３の内に、充電に必要な各電子部品が内装されると
共に、ケース本体１３内部を絶縁性高熱伝導流体樹脂で
充填固定したことにより、充電動作による装置の発熱に
対して自然空冷されると共に、樹脂によって固定されて
いるために振動や衝撃より各電子部品を保護し、電池を
交換する場合には、接続プラグ１９をコネクタより外し
て交換すれば良い。

【００３７】さらに、本発明の電池充電装置を使用する
にあたり、経済的に大きな長所を得ることができる。従
来の充電方法は、直列接続電池中に１個でも不良発生し
た電池が含まれていると、図２の斜線部に示す充電不足
が残る他の電池にも発生してしまう欠点がある。

【００３８】しかしながら、該不良電池１個を交換する
だけでは、残る他の電池とのアンバランスを増すことと
なり、非常に高度な技術と時間を費やさなければ、電池
全ての均等性を回復することは不可能である。

【００３９】このため、従来は、直列接続されている複
数の電池のうちの１個の不良電池のために、同時に直列
全ての電池を交換せざるを得なかった。即ち、容量に余
力のある電池も使用不可となり、電池を無駄にしてい
た。

【００４０】本発明の電池充電装置は、電池全てに並列
接続であるために、電池そのものが不良品であっても、
他の電池の充電性能には影響がしないので、不良品のみ
を新品と交換できるため、経済的に非常に有利である。

【００４１】また、当初、回復不可能な容量不均等が存
在しても、電池の不均等性が加速されることはなく、平
衡状態が持続されるので、個々の電池が有するそれぞれ
の最終容量まで使用することができ、交換に際しての費
用は、従来の充電装置と比較すれば、電池１個分でよ
い。

【００４２】

【発明の効果】本発明の電池充電装置は、充電するため
の直流電圧を出力する充電電圧供給手段の出力側に逆流
防止手段を備えた複数の充電手段を、直列接続されてい
る複数の電池のそれぞれに対して並列接続したことによ
り、直列接続されている複数の電池のそれぞれに対して
並列接続された各々の充電手段が、直流電圧を複数の電
池のそれぞれに対して出力し、各々の電池毎に独立して
充電を同時に行うため、各電池の適正な充電状態が実現
され、直列接続されている複数の電池に対し直列接続し
て充電した場合に起こる良品電池の未充電状態での充電
終了に起因する電池の容量の低下及び破損が防止され、
電池を長持ちさせることができ、電気自動車の長距離走
行を可能とし、逆流防止手段が電池から充電手段への電
流の逆流を防止するので、放電による電池の容量の低下
を防止でき、各電池の充電状態を維持できる。

【００４３】また、充電手段に、充電する電池の周囲温
度または電池該側面の温度を検出する温度検出手段と、
温度検出手段が検出した検出温度に対応する電池の温度
特性に基く制御信号を出力する制御手段と、制御手段か
らの制御信号により電池の充電出力電圧を調整する充電
電圧調整手段とを備えたことにより、温度検出手段が充
電する電池の周囲温度または電池外側面の温度を検出し
て温度検出信号として制御手段に出力し、制御手段が温
度検出手段が検出した検出温度に対応する電池の温度特
性に基く制御信号を出力し、充電電圧調整手段が制御手
段からの制御信号により電池の充電出力電圧を調整する
ので、各電池がそれぞれの温度に適正な充電状態に充電
され、また、電池を交換する際には、容量の低下した不
良電池のみを交換するだけで良いため、直列接続した全
ての電池を交換する必要がなくなるために、経済的に非
常に有利となる。

【００４４】さらに、高放熱材よりなるケース本体の一
側に接続用のコネクタ部を有し、ケース本体内に、充電
するための直流電圧を出力する充電電圧供給手段の出力
側に逆流防止手段を備えた充電手段が内装されると共
に、ケース本体内部を絶縁性高熱伝導流体樹脂で充填固
定したことにより、高放熱材よりなるケース本体及びケ
ース本体内部に充填された絶縁性高熱伝導流体樹脂が充
電手段から発生する熱を外部に退避させると共に、充電
手段を外部からの衝撃や侵水より保護し、電池を交換す
る場合には、接続プラグをコネクタ部より外して交換す
れば良い。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例に係る電池充電装置の概略の要
部ブロック図

【図２】充電手段による充電電圧及び充電電流と充電時
間との関係を示すグラフ

【図３】鉛系電池における充電電圧と電池の温度特性と
の関係を示すグラフ

【図４】電気自動車に使用される電池を一部破断して示
す斜視図

【図５】実施例における充電装置の平面図

【図６】図５のＡ−Ａ断面図

【図７】図５の矢視Ｂ−Ｂ方向から示す側面図

【図８】図５の矢視Ｃ−Ｃ方向から示す側面図

【符号の説明】

１ 電池充電装置 ２ ＤＣ・ＤＣコンバータ ３ ダイオード ４ 充電装置 ５ 制御部 ６ 温度サーミスタ ７ ＡＣ・ＤＣフロント部 ８ フィルタ ９ コネクタピン １０ 交流入力端子 １１ 端子 １２ 端子 １３ ケース本体 １４ ケース基板 １５ アルミカバー １５ａ 一端面 １５ｂ 他端面 １６ フィン １７ 樹脂注入孔 １８ 空気逃げ孔 ２０ 外装ケース ２１ 陽極板 ２２ セパレータ ２３ 陰極板 ２４ 極板固定材 ２５ 上部ケース ２６ 安全弁 ２７ 端子杆 ２８ 端子杆 ２９ ネジ孔 ３０ ネジ付ボス ３１ ネジ孔 ３２ ネジ ３３ コンデンサ Ｂ１ 電池 Ｂ２ 電池 Ｂｎ 電池

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 充電するための直流電圧を出力する充電
   電圧供給手段の出力側に逆流防止手段を備えた複数の充
   電手段を、直列接続されている複数の電池のそれぞれに
   対して並列接続したことを特徴とする電池充電装置。
2. 【請求項２】 前記充電手段が、充電する電池の周囲温
   度または電池外側面の温度を検出する温度検出手段と、
   前記温度検出手段が検出した検出温度に対応する前記電
   池の温度特性に基く制御信号を出力する制御手段と、前
   記制御手段からの制御信号により前記電池の充電出力電
   圧を調整する充電電圧調整手段とを備えたことを特徴と
   する請求項１記載の電池充電装置。
3. 【請求項３】 高放熱材よりなるケース本体の一側に接
   続用コードまたは接続用のコネクタ部を有し、前記ケー
   ス本体内には前記充電手段が内装されると共に、前記ケ
   ース本体内部を絶縁性高熱伝導流体樹脂で充填固定した
   ことを特徴とする請求項１記載の電池充電装置。