JPH10201121A - 組電池の充電装置および充電方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 組電池の満充電検知を的確に行なうことによ
り、安全、確実、かつ簡便に組電池を充電することがで
きる装置および方法を提供する。 【解決手段】 複数の単電池が集合されてなる組電池を
充電するための充電方法であって、組電池内の端部に配
置された単電池の温度を検出するステップと、組電池内
の中央部に配置された単電池の温度を検出するステップ
と、組電池内の端部に配置された単電池と組電池内の中
央部に配置された単電池の温度差を計測するステップ
と、温度差が第１のしきい値より大きいか否かを判断す
るステップと、温度差が第１のしきい値より大きいと判
断したときは充電を停止するステップとを備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、組電池の充電装置
および充電方法に関するものであり、特に、電気自動車
用等の大型の電池として用いられる、ニッケル−水素蓄
電池、ニッケル−カドミウム蓄電池、鉛蓄電池、リチウ
ム２次電池などの２次電池を複数組合せてなる組電池、
および組電池を複数組合せた集合電池の充電装置および
充電方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来から、鉛蓄電池やリチウム２次電池
の充電方法としては、電池が一定電圧に達したら徐々に
電流値を低下させ充電を終了する定電圧充電法や、定電
流で充電を開始し電池が一定電圧に達したらその電圧を
保持するよう徐々に電流値を低下させ充電を終了する定
電流定電圧充電法などが知られている。

【０００３】また、ニッケル−水素蓄電池やニッケル−
カドミウム蓄電池などのアルカリ蓄電池では、大電流で
充電した場合、電池が満充電に達した後、過充電領域に
おいて電池電圧が低下することを検出する−ΔＶ法や、
充電末期に電池温度が急激に上昇する現象を単位時間当
りの電池温度上昇により検出するｄＴ／ｄｔ法（たとえ
ば特開平５−１１１１８５等）や、小さい電流で充電し
て一定時間後に充電を終了する方法などが知られてい
る。

【０００４】組電池を充電する方法としては、強制送風
しながら電池を冷却しつつ、電池温度と空気温度をモニ
タして充電制御する方法（特開平８−１４０２８２）等
も知られている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、これら
の方法のうち、定電圧充電法や定電流定電圧充電法は、
組電池を充電する場合に組電池中に１個でも不良電池が
あるといつまでたっても所定電圧まで電池の電圧が達し
ないため、満充電後も充電し続ける状態になり、電池寿
命が短くなってしまうことがあり得る。これを回避する
ためには、電池１個ずつの電圧をモニタするなどの複雑
な回路が必要になる。

【０００６】また、アルカリ蓄電池で用いられる−ΔＶ
法やｄＴ／ｄｔ法は、大電流で充電する必要があり、副
反応として、電池内部でガス発生が起こっている。した
がって、過充電を行なった場合に、小型の電池では電槽
の耐圧が高いため問題とはならないが、電槽耐圧の低い
大型の電池では、電槽の変形や破壊を引起こしかねな
い。

【０００７】また、電池温度と空気温度をモニタして充
電制御する方法は、原理的にｄＴ／ｄｔ法と同様であ
り、環境温度による影響を小さくしているにすぎず、ｄ
Ｔ／ｄｔ法と同様の問題が考えられる。

【０００８】さらに、いずれの充電法においても、ユー
ザが充電完了直後数分間放置した後に再度充電しようと
した場合、繰返し充電することになるので、これを避け
るための保護回路が必要になる。

【０００９】この発明の目的は、上述の問題点を解決
し、組電池の満充電検知を的確に行なうことにより、安
全、確実、かつ簡便に組電池を充電することができる装
置および方法を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】この発明による組電池の
充電装置は、複数の単電池が集合されてなる組電池を充
電するための充電装置であって、組電池内の第１の単電
池の温度を検出する第１の電池温度センサと、組電池内
の第１の単電池と異なる第２の単電池の温度を検出する
第２の電池温度センサと、第１の電池温度センサの出力
および第２の電池温度センサの出力に基づいて、第１の
単電池と第２の単電池の温度差を計測する温度差計測手
段と、温度差が第１のしきい値より大きいか否かを判断
する第１の判断手段と、第１の判断手段が温度差が第１
のしきい値より大きいと判断したときは充電を停止する
第１の制御手段とを備えている。

【００１１】また、この発明において、第１の単電池は
組電池内において熱放散効率の良い場所に配置された単
電池であり、第２の単電池は組電池内において熱放散効
率の悪い場所に配置された単電池であるとよい。

【００１２】このように、組電池内において熱放散効率
の良い場所としては、たとえば組電池の端部が挙げられ
る。また、組電池内において熱放散効率の悪い場所とし
ては、たとえば組電池の中央部が挙げられる。

【００１３】一般に、単電池で充電した場合、低電流で
充電すると放熱量が大きいので電池は温度上昇しにく
く、電池の温度上昇だけで充電完了を検知することはで
きない。しかしながら、組電池では、組電池内の中央部
に配置された単電池は放熱しにくく電池温度が上昇しや
すい一方、組電池内の端部に配置された単電池は放熱し
やすいので電池温度が上昇しにくいという特性を有して
いる。

【００１４】そこで、この発明によれば、この電池の温
度差を検出することにより、充電の完了を検出すること
ができる。

【００１５】また、この発明によれば、充電完了直後数
分放置した後に再度充電しようとした場合、単電池間に
温度差があるときには、再充電を行なわないようにする
ことができる。

【００１６】また、この発明による組電池の充電装置
は、組電池を送風冷却しつつ充電するための冷却装置
と、温度差が第１のしきい値より低い第２のしきい値以
上であるか否かを判断する第２の判断手段と、第２の判
断手段が温度差が第２のしきい値以上であると判断した
ときは冷却装置を作動させる第２の制御手段とをさらに
備えていてもよい。

【００１７】このように構成することにより、温度上昇
させずに充電ができるため、充電容量を増加させること
ができる。

【００１８】また、この発明は、組電池のみならず、組
電池を複数個連結させた集合電池においても同様の効果
を得ることができる。

【００１９】すなわち、この発明による集合電池の充電
装置は、複数の単電池が集合されてなる組電池がさらに
集合されてなる集合電池の充電装置であって、集合電池
内の第１の単電池の温度を検出する第１の電池温度セン
サと、集合電池内の第１の単電池と異なる第２の単電池
の温度を検出する第２の電池温度センサと、第１の電池
温度センサの出力および第２の電池温度センサの出力に
基づいて、第１の単電池と第２の単電池の温度差を計測
する温度差計測手段と、温度差が第１のしきい値より大
きいか否かを判断する第１の判断手段と、第１の判断手
段が温度差が第１のしきい値より大きいと判断したとき
は充電を停止する第１の制御手段とを備えている。

【００２０】なお、本願明細書において「集合電池」と
は、複数の組電池を組合せて構成した電池をいう。

【００２１】また、この発明による組電池の充電方法
は、複数の単電池が集合されてなる組電池を充電するた
めの充電方法であって、組電池内の第１の単電池の温度
を検出するステップと、組電池内の第１の単電池と異な
る第２の単電池の温度を検出するステップと、第１の単
電池と第２の単電池の温度差を計測するステップと、温
度差が第１のしきい値より大きいか否かを判断するステ
ップと、温度差が第１のしきい値より大きいと判断した
ときは充電を停止するステップとを備えている。

【００２２】この発明において、第１の単電池は組電池
内において熱放散効率の良い場所に配置された単電池で
あり、第２の単電池は組電池内において熱放散効率の悪
い場所に配置された単電池であるとよい。

【００２３】このように、組電池内において熱放散効率
の良い場所としては、たとえば、組電池の端部が挙げら
れる。また、組電池内において熱放散効率の悪い場所と
しては、たとえば、組電池の中央部が挙げられる。

【００２４】また、この発明による組電池の充電方法
は、組電池を送風冷却しつつ充電するための冷却装置を
含み、温度差が第１のしきい値より低い第２のしきい値
以上であるか否かを判断するステップと、温度差が第２
のしきい値以上であると判断したときは冷却装置を作動
させるステップとをさらに備えていてもよい。

【００２５】さらに、この発明は組電池のみならず、組
電池を複数個連結させた集合電池においても同様の効果
を得ることができる。

【００２６】すなわち、この発明による集合電池の充電
方法は、複数の単電池が集合されてなる組電池がさらに
集合されてなる集合電池の充電方法であって、集合電池
内の第１の単電池の温度を検出するステップと、集合電
池内の第１の単電池と異なる第２の単電池の温度を検出
するステップと、第１の単電池と第２の単電池の温度差
を計測するステップと、温度差が第１のしきい値より大
きいか否かを判断するステップと、温度差が第１のしき
い値より大きいと判断したときは充電を停止するステッ
プとを備えている。

【００２７】

【発明の実施の形態】図１は、本願発明による組電池の
充電方法の一例を示すフローチャートである。

【００２８】図１を参照して、まず、充電開始指令の
後、充電中の組電池内の端部に配置された単電池の温度
ｔ１と、充電中の組電池内の中央部に配置された単電池
の温度ｔ２を測定し、その温度差Ｔを計測する（ステッ
プ１０１）。

【００２９】次に、計測した温度差Ｔが予め設定した第
１のしきい値ＴＡより大きいか否かを判断する（ステッ
プ１０２）。

【００３０】温度差Ｔが第１のしきい値ＴＡ以下である
と判断した場合には、充電を行なう（ステップ１０
３）。

【００３１】一方、温度差Ｔが第１のしきい値ＴＡより
大きいと判断した場合には、ここで充電を終了する。

【００３２】また、図２は、本願発明による組電池の充
電方法の他の例を示すフローチャートである。この方法
は、図１のフローチャートに示す方法に加えて、さらに
以下のステップを備えている。

【００３３】すなわち、この方法においては、さらに温
度差Ｔが予め設定した第２のしきい値ＴＢ以上であるか
否かを判断する（ステップ１０４）。

【００３４】温度差Ｔが第２のしきい値ＴＢ以上あると
判断した場合には、冷却装置を作動して、電池の送風冷
却を行ないながら（ステップ１０５）、充電を行なう。
一方、温度差Ｔが第２のしきい値ＴＢより小さいと判断
した場合には、冷却することなくそのまま充電を行なう
（ステップ１０６）。

【００３５】図３は、本願発明による組電池の充電装置
の一例の構造を示す回路図である。図３を参照して、こ
の組電池の充電装置は、電源部５０と、計測部６０と、
制御部７０と、冷却装置８０とを備えている。

【００３６】１０個の単電池が集合されてなる組電池４
０へは、電源部５０より充電が行なわれる。また、充電
中の組電池４０内の端部に配置された単電池の温度およ
び中央部に配置された単電池の温度は、それぞれ温度セ
ンサ３０Ａおよび３０Ｂにより測定される。温度センサ
としては、たとえば、熱電対が用いられる。

【００３７】温度センサ３０Ａおよび３０Ｂにより測定
された組電池端部の温度と組電池中央部の温度とは、計
測部６０においてその温度差Ｔが計測され、温度信号と
なって制御部７０に伝達される。

【００３８】制御部７０では、温度差Ｔが予め設定した
第１のしきい値ＴＡより大きいか否かが判断され、温度
差Ｔが第１のしきい値ＴＡ以下であると判断された場合
には充電を行なう制御信号が、一方、温度差Ｔが第１の
しきい値ＴＡより大きいと判断された場合には充電を停
止する制御信号が、それぞれ電源部５０に伝達される。

【００３９】さらに、制御部７０では、温度差Ｔが予め
設定した第２のしきい値ＴＢ以上であるか否かが判断さ
れ、温度差Ｔが第２のしきい値ＴＢ以上であると判断さ
れた場合には、冷却装置８０を作動するとともに、充電
を行なう制御信号が電源部５０に伝達される。

【００４０】

【実施例】理論容量１００Ａｈ、電圧１．２Ｖの密閉型
ニッケル−水素蓄電池の角形単電池を作製した。この単
電池を、側面が隣り合うように１０個直列に配置し、理
論容量１００Ａｈ、電圧１２Ｖの組電池を作製した。

【００４１】図４は、作製された組電池を示す斜視図で
ある。図４を参照して、この組電池４０は、１０個の単
電池Ｃ１〜Ｃ１０と、金属板とプラスチック板を貼合せ
てなる放熱板４とが交互に積層され、直列に接続された
後、アルミニウム合金製の支持部材２内に収納されて構
成されている。なお、単電池Ｃ１〜Ｃ１０には、それぞ
れ安全弁３が取付けられている。

【００４２】この組電池４０内において端部に配置され
た単電池Ｃ１と、中央部に配置された単電池Ｃ５に、そ
れぞれ温度センサを取付けた。

【００４３】この組電池に対して、以下に示す条件で充
放電を行なった。 （条件１） 充電：１０Ａ 充電終了は端部と中央部の単電池の温度
差が４℃となった時点 放電：１０Ａ 放電終止電圧＝１０Ｖ （条件２） 充電：１０Ａ 端部と中央部の単電池の温度差が３℃以
上となったらファンを作動し、４℃以上となったら充電
終了 放電：１０Ａ 放電終止電圧＝１０Ｖ （条件３） 充電：１０Ａ 充電終了は１分当りの電池の温度上昇が
０．１℃になった時点であり電池温度は中央部の単電池
で測定 放電：１０Ａ 放電終止電圧＝１０Ｖ なお、この条件３は、特開平５−１１１１８５号に準ず
るいわゆるｄＴ／ｄｔ法である。

【００４４】（条件４） 充電：１０Ａ 充電終了は組電池電圧がピーク電圧から
５０ｍＶ下がった時点 放電：１０Ａ 放電終止電圧＝１０Ｖ なお、この条件４は、いわゆる−ΔＶ法である。

【００４５】（評価１）図５は、条件１で充電したとき
の電池温度と組電池電圧を示す図である。また、図６
は、条件２で充電したときの電池温度と組電池電圧を示
す図である。図５および６において、横軸は電池容量
（Ａｈ）を示し、縦軸は電池電圧（Ｖ）および電地温度
（℃）を示している。

【００４６】図５および図６を参照して、本願発明に係
る条件１または条件２で充電した場合には、充電中期か
ら緩やかに電池温度が上昇し、その時点で電池端部と中
央部では温度差があり、充電末期にこの温度差が大きく
なって充電終了したことがわかる。特に、図６に示す条
件２では、ファンの作動により、温度上昇させずに充電
できることがわかる。

【００４７】一方、比較のための条件３で充電した場合
には、充電終期に安全弁が作動し、電池内部のガスが外
部に放出された。これにより、電池寿命が短くなるおそ
れがあり、実用使用上問題であることがわかった。

【００４８】さらに、比較のための条件４で充電した場
合には、充電終期に安全弁が作動し、電池内部のガスと
電解液が外部に放出され、実用使用上大きな問題である
ことがわかった。

【００４９】次に、条件１〜条件４で充電した場合の放
電容量を表１に示す。

【００５０】

【表１】

【００５１】表１を参照して、いずれの条件でも、ほぼ
理論容量どおりの数値が得られた。また、条件２では、
ファンの作動により、温度上昇させずに充電できたた
め、充電容量が増加し、放電容量も増加していることが
わかる。なお、条件２および４で理論容量をわずかに上
回る数値になったのは、過充電により水酸化ニッケルが
高次酸化物に変化したためである。

【００５２】（評価２）さらに、上記条件１〜条件４の
充電条件で充電を終了した後、５分後に再度同条件で充
電を行なった。

【００５３】その結果、条件１および条件２では安全弁
が作動することなく速やかに充電が終了したが、条件３
および条件４では安全弁が作動し、実用使用上問題であ
ることがわかった。

【００５４】なお、本願発明はその趣旨を変えない範囲
において適宜変更可能であり、たとえば、本願発明者ら
は、組電池を複数個連結してなる高電圧の集合電池で同
様の試験を行なった場合や、充電電流値を変えた場合
や、充電完了を検知する組電池中央部と端部の温度差の
数値を変えた場合も、同様の効果があることを確認して
いる。

【００５５】

【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、組電池の満充電検知を的確に行なうことにより、安
全、確実、かつ簡便に組電池を充電することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本願発明による組電池の充電方法の一例を示す
フローチャートである。

【図２】本願発明による組電池の充電方法の他の例を示
すフローチャートである。

【図３】本願発明による組電池の充電装置の一例の構造
を示す回路図である。

【図４】実施例において作製された組電池を示す斜視図
である。

【図５】実施例において条件１で充電したときの電池温
度と組電池電圧を示す図である。

【図６】実施例において条件２で充電したときの電池温
度と組電池電圧を示す図である。

【符号の説明】

３０Ａ，３０Ｂ 温度センサ ４０ 組電池 ５０ 電源部 ６０ 計測部 ７０ 制御部 ８０ 冷却装置 Ｃ１〜Ｃ１０ 単電池

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 松浦 義典 大阪府守口市京阪本通２丁目５番５号 三 洋電機株式会社内 (72)発明者 野上 光造 大阪府守口市京阪本通２丁目５番５号 三 洋電機株式会社内 (72)発明者 米津 育郎 大阪府守口市京阪本通２丁目５番５号 三 洋電機株式会社内 (72)発明者 西尾 晃治 大阪府守口市京阪本通２丁目５番５号 三 洋電機株式会社内

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数の単電池が集合されてなる組電池を
   充電するための充電装置であって、 前記組電池内の第１の単電池の温度を検出する第１の電
   池温度センサと、 前記組電池内の第１の単電池と異なる第２の単電池の温
   度を検出する第２の電池温度センサと、 前記第１の電池温度センサの出力および前記第２の電池
   温度センサの出力に基づいて、前記第１の単電池と前記
   第２の単電池の温度差を計測する温度差計測手段と、 前記温度差が第１のしきい値より大きいか否かを判断す
   る第１の判断手段と、 前記第１の判断手段が前記温度差が前記第１のしきい値
   より大きいと判断したときは前記充電を停止する第１の
   制御手段とを備える、組電池の充電装置。
2. 【請求項２】 前記組電池を送風冷却しつつ充電するた
   めの冷却装置と、 前記温度差が前記第１のしきい値より低い第２のしきい
   値以上であるか否かを判断する第２の判断手段と、 前記第２の判断手段が前記温度差が前記第２のしきい値
   以上であると判断したときは前記冷却装置を作動させる
   第２の制御手段とをさらに備える、請求項１記載の組電
   池の充電装置。
3. 【請求項３】 前記第１の単電池は前記組電池内におい
   て熱放散効率の良い場所に配置された単電池であり、前
   記第２の単電池は前記組電池内において熱放散効率の悪
   い場所に配置された単電池であることを特徴とする、請
   求項１または請求項２記載の組電池の充電装置。
4. 【請求項４】 前記第１の単電池は前記組電池内におい
   て端部に配置された単電池であり、前記第２の単電池は
   前記組電池内において中央部に配置された単電池である
   ことを特徴とする、請求項１〜請求項３のいずれかに記
   載の組電池の充電装置。
5. 【請求項５】 複数の単電池が集合されてなる組電池が
   さらに集合されてなる集合電池の充電装置であって、 前記集合電池内の第１の単電池の温度を検出する第１の
   電池温度センサと、 前記集合電池内の第１の単電池と異なる第２の単電池の
   温度を検出する第２の電池温度センサと、 前記第１の電池温度センサの出力および前記第２の電池
   温度センサの出力に基づいて、前記第１の単電池と前記
   第２の単電池の温度差を計測する温度差計測手段と、 前記温度差が第１のしきい値より大きいか否かを判断す
   る第１の判断手段と、 前記第１の判断手段が前記温度差が前記第１のしきい値
   より大きいと判断したときは前記充電を停止する第１の
   制御手段とを備える、集合電池の充電装置。
6. 【請求項６】 複数の単電池が集合されてなる組電池を
   充電するための充電方法であって、 前記組電池内の第１の単電池の温度を検出するステップ
   と、 前記組電池内の第１の単電池と異なる第２の単電池の温
   度を検出するステップと、 前記第１の単電池と前記第２の単電池の温度差を計測す
   るステップと、 前記温度差が第１のしきい値より大きいか否かを判断す
   るステップと、 前記温度差が前記第１のしきい値より大きいと判断した
   ときは前記充電を停止するステップとを備える、組電池
   の充電方法。
7. 【請求項７】 前記組電池を送風冷却しつつ充電するた
   めの冷却装置を含み、 前記温度差が前記第１のしきい値より低い第２のしきい
   値以上であるか否かを判断するステップと、 前記温度差が前記第２のしきい値以上であると判断した
   ときは前記冷却装置を作動させるステップとをさらに備
   える、請求項６記載の組電池の充電方法。
8. 【請求項８】 前記第１の単電池は前記組電池内におい
   て熱放散効率の良い場所に配置された単電池であり、前
   記第２の単電池は前記組電池内において熱放散効率の悪
   い場所に配置された単電池であることを特徴とする、請
   求項６または請求項７記載の組電池の充電方法。
9. 【請求項９】 前記第１の単電池は前記組電池内におい
   て端部に配置された単電池であり、前記第２の単電池は
   前記組電池内において中央部に配置された単電池である
   ことを特徴とする、請求項６〜請求項８のいずれかに記
   載の組電池の充電方法。
10. 【請求項１０】 複数の単電池が集合されてなる組電池
    がさらに集合されてなる集合電池の充電方法であって、 前記集合電池内の第１の単電池の温度を検出するステッ
    プと、 前記集合電池内の第１の単電池と異なる第２の単電池の
    温度を検出するステップと、 前記第１の単電池と前記第２の単電池の温度差を計測す
    るステップと、 前記温度差が第１のしきい値より大きいか否かを判断す
    るステップと、 前記温度差が前記第１のしきい値より大きいと判断した
    ときは前記充電を停止するステップとを備える、集合電
    池の充電方法。