JPH0773907A - ニッケル−水素電池の温度制御方法 - Google Patents

ニッケル−水素電池の温度制御方法

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JPH0773907A
JPH0773907A JP24378693A JP24378693A JPH0773907A JP H0773907 A JPH0773907 A JP H0773907A JP 24378693 A JP24378693 A JP 24378693A JP 24378693 A JP24378693 A JP 24378693A JP H0773907 A JPH0773907 A JP H0773907A
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nickel
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time
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Noboru Sato
登 佐藤
Katsunori Nakatani
勝則 中谷
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Honda Motor Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 効率の良い充放電を行うことができるニッケ
ル−水素電池の温度制御方法を提供する。 【構成】 ニッケル−水素電池を10〜40℃に維持し
て充放電を行う方法であり、好ましくは充電操作中の時
刻tにおける前記電池の温度T、及び前記時刻tから微
小時間Δt経過後の前記電池の温度上昇値ΔTを測定
し、温度T、及びΔT/Δtの値から充電終了予定時刻
の前記電池の温度を予測し、予測された前記電池の温度
が40℃を超えると判断される場合に、前記電池を冷却
する手段を作動させる方法である。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はニッケル−水素電池の温
度制御方法に関し、さらに詳しくは、電気自動車に搭載
したニッケル−水素電池において、高い充電効率及び良
好な放電特性を得ることができる電池の温度制御方法に
関する。
【0002】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】ニッカ
ド電池(Ni−Cd電池)は代表的な二次電池であり、家電
品を始めとする種々の分野に広く利用されている。ま
た、最近では、ニッカド電池よりも高エネルギー密度を
達成することができる二次電池としてニッケル−水素電
池が開発され、一部実用化されている。
【0003】ところで、ニッケル−水素電池は電気自動
車用の電池として注目され、実用化が試みられている
が、ニッケル−水素電池はその温度によって充電効率及
び放電特性が変化しやすく、必ずしも高い効率で充放電
することができない。また、ニッカド電池に比して自己
放電の度合いが大きいという欠点もある。
【0004】したがって本発明の目的は、効率の良い充
放電を行うことができるニッケル−水素電池の温度制御
方法を提供することである。
【0005】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成すべく鋭
意研究の結果、本発明者らは、ニッケル−水素電池を特
定の温度範囲内に保持して充放電を行えば、高い充電効
率及び良好な放電特性を得ることができることを発見
し、本発明を完成した。
【0006】すなわち、本発明のニッケル−水素電池の
温度制御方法は、充電時及び放電時に、電池温度を10
〜40℃に維持することを特徴とする。
【0007】以下、本発明を詳細に説明する。本発明に
おいては、充電操作中及び放電中のニッケル−水素電池
を10〜40℃に保持する。なお、本発明において、ニ
ッケル−水素電池の温度(電池温度)は、電槽壁面中央
部の位置で測定したものである。
【0008】ニッケル−水素電池の充電効率と電池温度
(充電温度)との関係を示すグラフを図1に示す。ここ
で充電効率とは、対象のニッケル−水素電池を25℃の
温度下において、実質的に最大容量まで充電したときの
電気容量を基準(100%)とし、種々の温度下で、上
記した25℃における充電と同一条件(同一充電電流値
及び同一充電時間)で充電を行った場合に得られる最大
容量の大きさを百分率で示したものである。なお、本発
明においては、最大容量を得るために、10時間率電流
で16時間行った。
【0009】図1からわかるように、ニッケル−水素電
池においては、電池温度(充電温度)が40℃以下の場
合には90%を超える高い充電効率を有するが、電池温
度が40℃を超すと充電効率が低下し、60℃付近では
充電効率は約60%と低い。したがって、充電操作は4
0℃以下の電池温度で行う必要がある。充電における好
ましい電池温度は30℃以下である。
【0010】図2に複数の温度における充電時間と充電
電位との関係を示すが、これからわかるように、電池温
度が高いと充電電位は低くなる。したがって、高い充電
電位で効率のよい充電を行うには電池温度は低いほうが
好ましいことがわかる。
【0011】次に、ニッケル−水素電池の放電特性につ
いて説明する。図3は電池温度(放電温度)と放電特性
との関係を示すグラフであり、グラフの縦軸は、実質的
に最大容量まで充電した電池を、25℃の温度下で放電
して得られる最大の電気容量(放電容量)を基準(10
0%)とし、各温度下での電池の放電容量の大きさを百
分率で示したものである。
【0012】このグラフからわかるように、電池温度が
10〜50℃では比較的大きな割合の電気容量(25℃
における放電容量の90%以上)を取り出すことができ
る。特に、電池温度が20〜40℃のときに95%を超
す放電容量が得られる。一方、電池温度が10℃未満又
は50℃を超すと、得られる放電容量は小さくなる。以
上から、放電に関する限り電池温度は10〜50℃とす
る必要がある。好ましくは放電時の電池温度は20〜4
0℃とする。
【0013】ニッケル−水素電池の自己放電特性につい
て説明すると、図4に示すように、電池温度が−20℃
では10日経過した時点でも極めて高い電気容量を有し
ており、自己放電の度合いは小さい。電池温度を25℃
に保つと、10日後の電池の電気容量は初期の容量の5
0%程度となる。一方、電池温度を60℃とすると自己
放電の度合いは大きくなり、10日経過した時点では初
期の容量の5%にも満たない電気容量しか有しない。
【0014】自己放電特性のみを考慮し、これをできる
だけ抑制するには、電池温度は40℃以下とする必要が
ある。好ましくは電池温度を30℃以下、さらに好まし
くは25℃以下とする。
【0015】以上から、大きな充電効率及び良好な放電
特性を得るとともに、自己放電を抑制するには、ニッケ
ル−水素電池の温度を10〜40℃に保つ必要がある。
好ましくは、電池温度を20〜30℃とする。
【0016】なお、電池温度が上記範囲内に制御されて
いると、充電効率が高くなり放電特性が良好となるだけ
ではなく、電池の寿命も長くなる。
【0017】
【実施例】ニッケル−水素電池を実際に上記温度範囲内
に保持する方法について説明する。
【0018】一般的には、ニッケル−水素電池に温度測
定手段を設置しておくとともに、電池を冷却又は加熱す
る手段を電池の周囲に配置しておき、測定された電池温
度に応じて、冷却又は加熱手段をオン−オフさせる。好
ましくは、冷却又は加熱手段の出力(冷却強度又は加熱
強度)を、測定された電池温度及び電池温度の変化率に
応じて変化させる。
【0019】温度測定手段としては熱電対等を用いるこ
とができる。また、冷却方法としては、水等の冷媒体を
電池外装に接触させる方法や、ファンを用いて空冷する
方法等が考えられるが、ファンを用いた空冷法が簡単で
ある。一方、電池の加熱方法としては電熱線を用いた方
法やエンジンの熱を利用して得た温風を吹き当てる方法
等が挙げられる。
【0020】なおニッケル−水素電池は、充電において
は、その正極で酸素ガスが発生し、この酸素ガスが対極
の水素と反応するので発熱する。また、図1からわかる
ように、充電効率は0℃以下の低温でも低下しないの
で、充電操作においては、実質的に電池を加熱する必要
はない。
【0021】一方、放電においては、詳しくは後述する
が、実際に放電が始まると電池は発熱するので、ほとん
どの場合冷却のみが重要となる。さらに、自己放電につ
いても、低温(−20℃〜0℃程度)であるほうが自己
放電の度合いが小さくなるので、やはり加熱の必要はな
い。したがって、実際には、電池を冷却することのみが
重要となる。
【0022】以下、電気自動車用のニッケル−水素電池
を例にとり、その温度制御方法について説明する。な
お、以下の説明では、ファンを用いた冷却方法を例にと
る。
【0023】(1)充電における温度制御方法 ニッケル−水素電池に熱電対等の温度測定手段をあらか
じめ設置しておく。まず、充電開始時の電池の温度T1
を測定する。温度T1 が10〜40℃以内にあれば、充
電条件(充電電流値I(A)及び充電時間h(時))を
設定し、充電を開始する。温度T1 が40℃を超してい
れば直ちにファンを作動させ、短時間で電池温度を40
℃より低い温度にし、その後充電を開始する。
【0024】次に、充電中の時刻tにおける電池温度T
を測定する。それと同時に、時刻tから微小時間Δt経
過後の電池の温度上昇値ΔTを測定し、ΔT/Δtの値
を算出する。充電対象の電池の大きさ(電池容量)、設
定した充電電流値I(A)と充電時間h(時)、及び充
電前の残存容量から、電池を充電するのに要する時間は
あらかじめ計算できるので、充電途中の電池温度Tと、
ΔT/Δtとから、充電終了予定時刻(又はその前)に
電池温度が40℃を超すか否かを推定する。図5に示す
ように、時刻t1 +Δtにおいて、充電終了予定時刻前
に電池温度が40℃を超すような予測が得られたなら
ば、ファンを作動させて電池を冷却する。
【0025】ファンを作動させることによりΔT/Δt
が一定の小さな値(例えばΔT/Δt=0)に到達すれ
ば、ファンを停止する。充電を継続していくと、電池温
度はまた上昇していくが、時刻t2 +Δtにおいて再び
充電終了予定時刻前に電池温度が40℃を超すような予
測が得られたならば、再度ファンを作動させる。
【0026】このように、ΔT/Δtを計算しながらフ
ァンのオンオフを行い、電池を冷却してその温度を制御
する。このような制御方法を採ると、比較的狭い温度範
囲に電池を保持することができ、電池温度は40℃を超
さない。
【0027】なお、ファンは、一定の強度(回転数)で
単純にオンオフさせるだけでなく、ΔT/Δtが大きい
場合にはファンの回転数を大きくして冷却強度を大きく
し、反対にΔT/Δtが小さい場合にはファンの回転数
を小さくして弱い冷却とするのが好ましい。さらに、強
と弱の二段階の冷却とするのではなく、多段階の冷却強
度を設定し、ΔT/Δtの大きさに応じて冷却を行うの
が好ましい。
【0028】(2)放電における温度制御方法 放電においては電池は発熱する。放電における電池の発
熱量ΔHは、ΔH=I2 R(ここで、Rは電池の内部抵
抗である)で表されるが、Rはほぼ一定とみなせるの
で、発熱量ΔHは実質的に放電電流値Iの二次関数とな
る。したがって、放電時の電池温度は、放電電流値Iが
大きくなると、Iの二次関数的に上昇する。そこで、放
電中は(電池を使用している場合には)、放電電流値I
をモニターし、その大きさの2乗に比例するような冷却
強度が得られるようにファンの回転数を制御して冷却強
度を変化させるのが好ましい。
【0029】以上は、放電電流値Iを測定することによ
りファンの作動状態を制御する方法であるが、その他
に、自動車の加速状態をモニターし、加速度の変化率の
大小からファンの作動状態を制御する方法を採用するこ
ともできる。
【0030】この方法においては、自動車エンジンに設
けた加速度センサにより微小時間Δtにおける加速度の
変化ΔGを計測し、ΔGの大きさに応じてファンの作動
状態を制御する。具体的には、ΔGが正であるときには
ファンを作動させ、ΔGが0以下になったらファンを停
止させる。この方法では、ΔGが正の場合に、ΔGの大
きさに比例するように冷却強度を変化させるのが好まし
い。
【0031】なお、加速度の変化ΔGを計測してファン
を制御する方法においては、エンジンの始動時には大き
な電流が流れるので、必ずファンを作動させるように設
定するのが好ましい。
【0032】(3)電池を使用していない場合の温度制御 電池を比較的長期間使用しない場合には、自己放電のみ
を考慮すればよく、自己放電がなるべく小さくなるよう
な温度に保持するのが好ましい。先に図4に示したよう
に、自己放電の度合いを小さくするには電池温度は低い
ほうが好ましい。具体的には、電池温度を30℃以下、
好ましくは25℃以下とする。したがって、実際上は、
電気自動車の電池の場合、冬期は温度制御を施す必要は
ない。また、夏期においてもほとんど温度制御する必要
はないが、電池温度が30℃を超すような環境下におか
れる場合には、電池の充放電を行っていない場合でも、
電池を冷却するのが好ましい。
【0033】
【発明の効果】上記の通り、本発明の方法では、電池温
度を10〜40℃に保つので、高い充電効率及び良好な
放電特性が得られる。また、自己放電も抑制され、エネ
ルギー効率のよい電池の使用が行える。
【0034】本発明の方法は、電気自動車に搭載したニ
ッケル−水素電池に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】充電温度と充電効率との関係を示すグラフであ
る。
【図2】種々の電池温度における充電時間と充電電圧の
変位を示すグラフである。
【図3】電池温度と放電特性との関係を示すグラフであ
る。
【図4】種々の温度における自己放電の度合いを示すグ
ラフであり、横軸に電池の放置日数を示している。
【図5】充電時間と電池温度との関係を模式的に示すグ
ラフであり、充電操作中の電池温度の変化率と、ファン
を作動させる時点を示している。

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 充電時及び放電時に、電池の温度を10
    〜40℃に維持することを特徴とするニッケル−水素電
    池の温度制御方法。
  2. 【請求項2】 請求項1に記載の方法において、充電操
    作中の時刻tにおける前記電池の温度T、及び前記時刻
    tから微小時間Δt経過後の前記電池の温度上昇値ΔT
    を測定し、温度T、及びΔT/Δtの値から充電終了予
    定時刻の前記電池の温度を予測し、予測された前記電池
    の温度が40℃を超えると判断される場合に、前記電池
    を冷却する手段を作動させることを特徴とするニッケル
    −水素電池の温度制御方法。
  3. 【請求項3】 請求項1又は2に記載の方法において、
    前記電池の放電における電流値を測定し、測定された電
    流値の大きさに応じて、前記電池の冷却強度を変化させ
    ることを特徴とするニッケル−水素電池の温度制御方
    法。
  4. 【請求項4】 請求項1又は2に記載の方法において、
    前記電池は電気自動車の駆動用電池であり、前記自動車
    の走行時の加速度の変化率の大小に応じて、前記電池の
    冷却強度を変化させることを特徴とするニッケル−水素
    電池の温度制御方法。
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