JPH0945376A - 密閉型アルカリ2次電池の過放電検出装置 - Google Patents

密閉型アルカリ2次電池の過放電検出装置

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JPH0945376A
JPH0945376A JP7190668A JP19066895A JPH0945376A JP H0945376 A JPH0945376 A JP H0945376A JP 7190668 A JP7190668 A JP 7190668A JP 19066895 A JP19066895 A JP 19066895A JP H0945376 A JPH0945376 A JP H0945376A
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alkaline secondary
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overdischarge
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Naoki Kinoshita
直樹 木下
Hiromitsu Sato
浩光 佐藤
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Honda Motor Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】密閉型アルカリ2次電池の過放電状態を早期に
検出することができ、また、当該電池の劣化を阻止し、
しかも、前記密閉型アルカリ2次電池が複数のセルを有
する場合に、過放電状態にあるセルを特定することがで
き、さらに、確実な過放電状態の検出が可能である密閉
型アルカリ2次電池の過放電検出装置を提供する。 【解決手段】セル24のガス開放弁30に薄膜42を設
けるとともに、複数のセル24を連通するジョイント4
6a〜46hに薄膜50を設け、さらに、前記ジョイン
ト46a〜46hに導管48の一端部を接続し、他端部
に水素ガスセンサ14を配設する。過放電状態が生じた
ことは、前記水素ガスセンサ14で検出し、過放電状態
にあるセル24は、ガスによって破壊された前記薄膜5
0および42を見出すことにより特定する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、密閉型アルカリ2
次電池からなるセルの過放電状態を検出する過放電検出
装置に関する。
【0002】
【従来の技術】近年、電気自動車等、電気推進車両の走
行用モータの動力源として、小型軽量であって出力の高
い密閉型アルカリ2次電池の使用が考慮されている。
【0003】ところで、Ni−MHバッテリ(nickel-m
etal hydride secondary battery)に代表される密閉型
アルカリ2次電池は、過放電状態になると、電解液を消
費して水素ガスや酸素ガスを発生し、その機能を著しく
低下させてしまうという問題を有している。
【0004】すなわち、過放電時において、密閉型アル
カリ2次電池の正極では、 H2 O+e- →1/2H2 +OH- の反応が生じ、負極では、 OH- →1/4O2 +1/2H2 O+e- の反応が生じ、結果的には、 1/2H2 O→1/2H2 +1/4O2 として水素ガスおよび酸素ガスが発生する。この場合、
正極容量<負極容量であるため、正極側が先に過放電状
態となって水素ガスが発生し、その後、負極から酸素ガ
スが発生する。なお、発生したこれらのガスは、所定の
臨界圧力以上となった時点で、密閉型アルカリ2次電池
に設けられたガス開放弁を介して外部に放出される。
【0005】このような過放電状態は、例えば、密閉型
アルカリ2次電池からなる複数のセル間に充電量のばら
つきがある場合において発生する。すなわち、各セルの
量産工程において組成や電極重量にばらつきがあった
り、充電時の各セルの環境温度が異なっている場合、ま
た、セルにショートや液漏れ等の異常がある場合には、
充電量にばらつきが生じてしまう。このようなばらつき
のある状態で複数のセルを同時に放電させると、充電量
の少ないセルが過放電の状態となってしまう。
【0006】過放電状態が生じると、前述した過程に従
って電解液が消費されることにより、セルの内部抵抗値
が上昇するため、当該セルが発熱するとともに充電量が
減少し、電池としての機能を低下させてしまうという問
題が生じる。なお、この熱の影響は、当該セルに隣接す
る他のセルにも及ぶため、1つのセルの機能の低下は周
囲にまで影響を与えることになる。
【0007】そこで、過放電状態を検出する方法とし
て、各セルの放電中の電圧を監視して、その電圧が0V
以下であれば過放電状態であると判定することが考えら
れる。しかしながら、このような方法では、各セルの電
圧検出のための配線および判定回路が複雑となってしま
う不具合がある。
【0008】なお、過充電状態においても、同様にして
ガスが発生し、機能を低下させる問題がある。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、前記の不具
合を解消し、密閉型アルカリ2次電池の過放電状態を早
期に検出することができ、また、当該電池の劣化を阻止
し、しかも、前記密閉型アルカリ2次電池が複数のセル
を有する場合に、過放電状態にあるセルを特定すること
ができ、さらに、確実な過放電状態の検出が可能である
密閉型アルカリ2次電池の過放電検出装置を提供するこ
とを目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】本発明は、密閉型アルカ
リ2次電池からなる複数のセルにガス開放手段を装着し
ておき、過放電時に発生する所定圧力以上のガスを前記
ガス開放手段から開放し、導管を介してガス検出手段に
導くことにより、前記密閉型アルカリ2次電池の過放電
状態を早期に検出することができる。
【0011】また、前記ガス検出手段が過放電状態を検
出した際、その出力に応じて報知手段により報知信号を
出力し、放電量抑制手段が密閉型アルカリ2次電池の放
電量を抑制することにより、前記密閉型アルカリ2次電
池の劣化を阻止することができる。
【0012】さらに、過放電状態表示手段によって前記
過放電状態を表示することにより、前記密閉型アルカリ
2次電池が劣化するおそれのあることを事前に警告する
ことができる。
【0013】また、所定圧力以上のガスを開放するガス
開放弁と、前記各ガス開放弁に併設され、開放された前
記ガスの圧力により破壊される薄膜とからなるガス開放
手段を前記各セル毎に配設しておき、破壊された前記薄
膜を見出すことにより、過放電状態となっているセルを
特定することができる。
【0014】さらにまた、前記ガス検出手段として用い
られる水素ガスセンサは、水素ガスの有無のみを検出で
きればよく、従って、高い精度が要求されることなく確
実な検出が可能である。
【0015】
【発明の実施の形態】図1は、本発明の一実施形態であ
る過放電検出装置の回路構成図を示す。この過放電検出
装置は、電気自動車に搭載されるバッテリ10の過放電
状態を検出し、インバータ回路12(放電量抑制手段)
を介して当該電気自動車の駆動源であるモータMの動作
を抑制し、過放電状態を警告のために表示し、過放電状
態となっている前記バッテリ10の部分を特定し、過放
電の発生を可及的に抑制する機能を有している。
【0016】バッテリ10には、過放電時に発生する水
素ガスを検出する水素ガスセンサ14(ガス検出手段)
が接続されている。また、前記バッテリ10には、放電
電流および充電電流を検出する電流計16が接続される
とともに、切換スイッチSWを介して充電装置18が接
続される。
【0017】電流計16により検出された電流信号およ
び水素ガスセンサ14により検出された水素検出信号
(ガス検出信号)は、過放電状態判定部20(報知手
段)に供給される。この過放電状態判定部20は、バッ
テリ10が過放電状態にあるか否かを判定し、前記バッ
テリ10が放電中であれば、モータMの出力をダウンさ
せる信号をインバータ回路12に対して出力し、前記バ
ッテリ10が充電中であれば、充電電流値をダウンさせ
る、あるいは充電を停止させる信号を充電装置18に対
して出力する。さらに、前記過放電状態判定部20は、
水素検出信号に基づき過放電警告表示部22(過放電状
態表示手段)に対して過放電状態を表示させる表示指令
信号を出力する。
【0018】次に、バッテリ10およびそれに配設され
る検出機構は、図2に示すように構成される。すなわ
ち、バッテリ10は、密閉型アルカリ2次電池からなる
複数のセル24によって構成されており、6個のセル2
4毎にモジュール26a〜26hを構成している。
【0019】図3に示すように、各セル24には、内部
のセル電槽28で発生する水素ガスおよび酸素ガスを外
部に放出するためのガス開放弁30が設けられる。この
ガス開放弁30は、セル24の上部に形成されるチャン
バ32と、前記チャンバ32に内設されるスプリング3
4および弁体36と、前記弁体36を介してチャンバ3
2内の空間およびセル電槽28を連通する通路38と、
チャンバ32内の空間を外部に連通する通路40とから
構成される。なお、前記通路40には、セル電槽28で
発生した所定圧力のガスによって破壊される薄膜42が
配設される。
【0020】図4は、充電時および放電時において、正
常なバッテリ10のセル電槽28内に発生するガスの圧
力(内圧)特性の一例を表したものであり、前記弁体3
6は、この内圧よりも所定量だけ高い圧力によって変位
されるようにスプリング34の弾性力を調整しておくも
のとする。
【0021】一方、各モジュール26a〜26hを構成
するセル24のチャンバ32は、連通カバー44a〜4
4hにより連通されており、また、前記各連通カバー4
4a〜44hは、ジョイント46a〜46hを介して導
管48の一端部に接続される。この場合、前記ジョイン
ト46a〜46hには、セル電槽28で発生した所定圧
力のガスによって破壊される薄膜50が配設される。前
記導管48の他端部には、チャンバ52が接続される。
このチャンバ52には、導入されたガスの中、水素ガス
を検出する水素ガスセンサ14が配設されるとともに、
前記ガスを外部に放出するための開口部54が形成され
る。
【0022】なお、ガス開放弁30の通路40およびジ
ョイント46a〜46hに配設される薄膜42、50
は、その破壊状態を目視により確認できるように、目立
つ色に着色しておくことが望ましい。また、連通カバー
44a〜44hおよびジョイント46a〜46hは、前
記薄膜42、50の破壊状態を外部から確認できるよう
に、透明な材料で構成しておくことが望ましい。
【0023】一実施形態の過放電検出装置は、基本的に
は以上のように構成されるものであり、次に、その作用
効果について説明する。
【0024】先ず、切換スイッチSWを制御してバッテ
リ10をインバータ回路12に接続することにより、モ
ータMに所定の電流が供給され、電気自動車が推進可能
な状態となる。この場合、電流計16は、バッテリ10
の放電時における電流信号を過放電状態判定部20に供
給する。
【0025】ここで、前記放電状態において、バッテリ
10を構成するセル24のいずれかが過放電状態になる
と、セル電槽28で水素ガスおよび酸素ガスの発生量が
急激に増大する。図5は、インバータ回路12に供給さ
れる電流値が一定の場合において過放電状態となった時
の内圧の変動状態を示す。また、図6は、当該電気自動
車が走行中に過放電状態となった時の内圧の変動状態を
示す。
【0026】ガスの圧力が所定値以上になると、ガス開
放弁30を構成する弁体36がスプリング34の弾性力
に抗して押し上げられるため、ガスがチャンバ32内に
放出される。そして、前記ガスの量が所定量以上になる
と、チャンバ32の通路40に設けられた薄膜42が破
壊された後、過放電状態となったセル24に接続された
当該ジョイント46a〜46hの一つの薄膜50が破壊
され、導管48を介してガスがチャンバ52に導かれ
る。この場合、前記チャンバ52に配設された水素ガス
センサ14は、前記ガスの水素成分を検出し、水素検出
信号を過放電状態判定部20に供給する。
【0027】そこで、次に、過放電状態を検出した後の
過放電状態判定部20における制御について、図7に示
すフローチャートに従って説明する。
【0028】先ず、過放電状態判定部20は、水素ガス
センサ14からの水素検出信号を受信すると(ステップ
S1)、過放電状態を示す過放電フラグを設定した後
(ステップS2)、過放電警告表示部22に対して表示
指示信号を出力する。前記過放電警告表示部22は、例
えば、電気自動車内のインストルメントパネルにバッテ
リ10が過放電状態になっていることを知らせる警告表
示を行う(ステップS3)。
【0029】この場合、ドライバ等は、前記警告表示に
従い、バッテリ10をチェックし、過放電状態となって
いるセル24を早期に交換する等の処置を施すことがで
きる。なお、過放電状態となっている前記セル24は、
過放電によって破壊された薄膜50および42を見出す
ことにより容易に特定することができる。すなわち、図
3に示すジョイント46a〜46hを透明な材料で構成
した場合、破壊されている薄膜50をバッテリ10の外
部から見出してモジュール26a〜26hを特定するこ
とができる。また、連通カバー44a〜44hを透明な
材料で構成した場合、破壊されている薄膜42をバッテ
リ10の外部から見出してセル24を特定することがで
きる。
【0030】一方、過放電状態判定部20は、電流計1
6からの電流信号から放電中であることを検出した場合
(ステップS4)、インバータ回路12に対してモータ
Mの出力をダウンさせる指令信号を出力する(ステップ
S5)。これにより、過放電状態にあるセル24が著し
く劣化する、あるいは急激に発熱する等、周囲の正常な
セル24に悪影響を与える事態を回避することができ
る。
【0031】前記過放電状態が各セル24の充電量のば
らつきによって生じたものであれば、各セル24の充電
量が同じになるように充電を行うことにより、セル24
の交換等を行うことなく次回の過放電状態の発生を回避
することができる。この場合、切換スイッチSWを切り
換えて充電状態とする。過放電状態判定部20は、電流
計16からの電流信号に基づいて充電状態を検出すると
ともに(ステップS6)、その充電量を検出し、規定量
以上充電されていれば(ステップS7)、充電停止信号
を充電装置18に対して出力し、充電を停止させる(ス
テップS8)。一方、規定量まで充電されていない場合
には(ステップS7)、充電電流値を低下させる信号を
充電装置18に対して出力し、充電を継続する(ステッ
プS8)。急激な充電により、既に満充電状態となって
いるセル24を過充電して、当該セル24を破壊してし
まうことを回避するためである。このようにして充電を
行うことにより、各セル24を同一の充電状態とするこ
とができる。
【0032】なお、上述した説明では、過放電状態にあ
るセル24を特定する、あるいは、その状態を早期に見
出して対処する場合について説明したが、過充電状態に
あるセル24を同様に見出して処理することができるこ
とは勿論である。
【0033】
【発明の効果】以上のように、本発明では、密閉型アル
カリ2次電池の過放電状態を早期に検出することができ
る。また、当該電池の劣化を阻止し、しかも、前記密閉
型アルカリ2次電池が複数のセルを有する場合に、過放
電状態にあるセルを特定することができ、さらに、確実
な過放電状態の検出が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態である過放電検出装置の回
路構成図である。
【図2】本発明の一実施形態である過放電検出装置の検
出機構の構成図である。
【図3】図2に示す検出機構の要部構成説明図である。
【図4】密閉型アルカリ2次電池の電圧と内圧の関係説
明図である。
【図5】過放電時における密閉型アルカリ2次電池の内
圧の説明図である。
【図6】過放電時における密閉型アルカリ2次電池の内
圧の説明図である。
【図7】本発明の一実施形態である過放電検出装置の動
作フローチャートである。
【符号の説明】
10…バッテリ 12…インバー
タ回路 14…水素ガスセンサ 16…電流計 18…充電装置 20…過放電状
態判定部 22…過放電警告表示部 24…セル 26a〜26h…モジュール 30…ガス開放
弁 42、50…薄膜 44a〜44h
…連通カバー 46a〜46h…ジョイント 48…導管

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】密閉型アルカリ2次電池からなる複数のセ
    ルに装着され、過放電時に発生する所定圧力以上のガス
    を開放するガス開放手段と、 前記ガス開放手段に連通する導管と、 前記導管を介して導出された前記ガスを検出するガス検
    出手段と、 前記ガス検出手段の出力に応じて前記密閉型アルカリ2
    次電池の過放電を報知する報知手段と、 を備えることを特徴とする密閉型アルカリ2次電池の過
    放電検出装置。
  2. 【請求項2】請求項1記載の装置において、 前記報知手段による報知信号に基づき、密閉型アルカリ
    2次電池の放電量を抑制する放電量抑制手段を備えるこ
    とを特徴とする密閉型アルカリ2次電池の過放電検出装
    置。
  3. 【請求項3】請求項1記載の装置において、 前記報知手段による報知信号に基づき、密閉型アルカリ
    2次電池の過放電状態を表示する過放電状態表示手段を
    備えることを特徴とする密閉型アルカリ2次電池の過放
    電検出装置。
  4. 【請求項4】請求項1記載の装置において、 前記ガス開放手段は、前記各セルに配設され、所定圧力
    以上のガスを開放するガス開放弁と、 前記各ガス開放弁に併設され、開放された前記ガスの圧
    力により破壊される薄膜と、 を備えることを特徴とする密閉型アルカリ2次電池の過
    放電検出装置。
  5. 【請求項5】請求項1記載の装置において、 前記ガス検出手段は、水素ガスを検出する水素ガスセン
    サであることを特徴とする密閉型アルカリ2次電池の過
    放電検出装置。
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