JP2000228226A - 電気自動車用ニッケル系電池の充電装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】本発明は、屋内外でかなり温度差があるときで
も、正確にニッケル系電池の満充電判定が行なえる電気
自動車用ニッケル系電池の充電装置を提供することにあ
る。 【解決手段】本発明の充電装置は、ニッケル系電池４の
充電前、ニッケル系電池４の温度と外気温とを検出し、
これら温度がほぼ同等となるまで充電開始を待機させ、
ニッケル系電池４の温度と外気温とがほぼ同等になると
きに始めて、ニッケル系電池４の充電を開始させるよう
にして、屋内外の温度差があるような寒冷地での走行
後、直ちに屋内にある充電器１２でニッケル系電池４の
充電を行なうことがあっても、充電末期に生ずる温度上
昇特性を用いて、外気温度の影響を受けずに、正確にニ
ッケル系電池４の満充電判定が行なえるようにした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電気自動車に搭載
されたニッケル系電池の充電を行なう電気自動車の充電
装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】電気自動車（ＥＶ）は、走行に必要な動
力を電動モータから得るために、高エネルギー密度の電
池が求められる。この他、同電池にはコスト面、長寿命
化も求められる。

【０００３】このような要望により、電気自動車では、
電気自動車に適した電池として、正極にニッケル部材を
用い、負極に水素吸蔵合金を用いたＮｉ−水素電池が多
く採用されている。

【０００４】Ｎｉ−水素電池も、他の電池のときと同様
（特開平９−４６９１７号）、充電するときは、充電器
を用いて、一定の電流で時間（８Ｈ位）をかけて充電す
るが、Ｎｉ−水素電池は、他の電池と異なり、図３の線
図に示されるように充電末期に温度上昇する特性があ
る。これは、Ｎｉ−水素電池の充電末期に、電解液と極
板との反応によって水の電気分解が起き、この電気分解
で発生する熱が温度上昇をもたらすからである。

【０００５】Ｎｉ−水素電池は、この温度上昇する地点
を読取ることにより満充電と判定している。

【０００６】しかし、Ｎｉ−水素電池の充電末期温度上
昇は、１分間に０．３℃〜０．５℃といった瞬間の小さ
な温度変化である上、充電による発熱反応によってＮｉ
−水素電池自体が暖められる傾向にあるので、読取りに
くい。

【０００７】こうした対策として、外気取込み用ファン
でＮｉ−水素電池を外気により冷却する構造を採用し
て、外気送風でＮｉ−水素電池を冷却させながら、Ｎｉ
−水素電池の充電を行なうという充電管理を実施してい
る。

【０００８】これにより、充電による熱が外部へ排除さ
れるので、本来のＮｉ−水素電池の充電末期温度上昇、
すなわち満充電の判定が行なえ、この満充電の判定にし
たがって、良好な時期に充電器が停止される。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】ところで、寒冷地で
は、屋内、例えば周囲が全て壁で囲われた車庫の内部に
充電器を据置いて、寒冷地での走行を終えた後、直ちに
電気自動車の充電を行なうことがある。

【００１０】ところが、このうような屋内外でかなり温
度差があるような環境下でＮｉ−水素電池の充電を行な
うと、Ｎｉ−水素電池の満充電の判定に誤差が生じる。

【００１１】例えば−２０℃の寒冷地での走行を終えた
電気自動車が、例えば暖房されている１０℃程度の屋内
車庫に入って、直ちに先に述べた充電管理をしながら充
電器による充電を開始したとする。

【００１２】このとき、マイナス下の屋外を走行してき
た電気自動車のＮｉ−水素電池の表面温度上昇は数℃で
あるが、外気取り込み用ファンからＮｉ−水素電池へ送
風される外気は、屋内車庫内の暖かい空気なので、逆に
冷えているＮｉ−水素電池を暖めてしまう。

【００１３】すると、電池表面温度は、未だ満充電でな
いにも関わらず、外気を送風しただけで、温度上昇する
ので、充電器はこの温度上昇を充電末期の温度上昇と誤
判定して充電を停止させてしまう。これでは、正確な満
充電判定ができない。

【００１４】そこで、屋外での充電が考えられるが、寒
冷地の低外気温下での充電作業は大変である。しかも、
電池自身の充電効率が低くなる問題があり、屋内外の温
度差があるようなときでも、屋内で満足する満充電が行
なえる技術が要望されている。

【００１５】本発明は上記事情に着目してなされたもの
で、その目的とするところは、屋内外でかなり温度差が
あるような充電でも、正確にニッケル系電池の満充電判
定が行なえる電気自動車用ニッケル系電池の充電装置を
提供することにある。

【００１６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に請求項１に記載した充電装置は、ニッケル系電池の充
電前に、ニッケル系電池の温度と外気温の温度との温度
差が所定値内のとき、ニッケル系電池の充電を開始させ
て、充電末期の温度上昇が検知されるまで充電させるよ
うにして、ニッケル系電池の温度と外気の温度とが同等
になると始めて、ニッケル系電池の充電が開始されるよ
うにした。

【００１７】これにより、たとえ屋内外の温度差がある
ような寒冷地での走行後、直ちに屋内にある充電器でニ
ッケル系電池の充電を行なうことがあっても、外気によ
る電池温度の上昇が抑えられるので、外気温度の影響を
受けずに、正確にニッケル系電池の満充電の判定が行な
える。

【００１８】したがって、屋内外でかなり温度差がある
ような充電でも、充電末期温度上昇を利用してニッケル
系電池の満充電判定が行なえる。

【００１９】請求項２に記載の充電装置は、屋内外でか
なり温度差があるときでも、できるだけ速やかに充電が
開始されるよう、ニッケル系電池の充電前に電池の温度
と外気の温度との温度差が所定値を越えているときに
は、ニッケル系電池へ外気を送風させるようにして、ニ
ッケル系電池の温度と外気の温度との差が速やかに収ま
るようにした。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下、本発明を図１および図２に
示す一実施形態にもとづいて説明する。

【００２１】図１（ａ）は、本発明を適用した電気自動
車用ニッケル系電池の充電装置の概略構成を示してい
て、図中１は例えば寒冷地において屋内に形成された箱
形の車庫である。車庫１の前方に形成された出入口２
は、シャッタ３で開閉されるようにしてあり、周囲が全
て壁で囲まれる車庫構造をなしている。この車庫１内に
は、例えば据置き形の充電器１２が設置されている。

【００２２】この車庫１内に、ニッケル系電池、例えば
Ｎｉ−水素電池４を搭載した電気自動車５（ＥＶ）が駐
車される。

【００２３】電気自動車５は、車体５ａの床下に、例え
ばＮｉ−水素電池４が横方向、奥行方向（いずれも図１
において）に複数個、並べられた偏平箱形の電池トレイ
６が組み込まれ、車体５ａのフロント側に前輪７（走行
輪）を駆動する電動モータ８を組み込まれている。そし
て、車体５ａに組み込まれたコントローラ９（例えばマ
イクロコンピュータからなる）から出力されるアクセル
ペダル等に応じた指令信号により、各Ｎｉ−水素電池４
からの電力で、電動モータ８を駆動できるようにしてあ
る。なお、各Ｎｉ−水素電池４の端子４ａは、高い電源
電圧が確保されるよう、ケーブル１０を介し直列に接続
されて、電動モータ８、例えば車体５ａのリヤ側に形成
してある充電口１１の双方に接続してある［（図１
（ａ）に図示］。

【００２４】この充電口１１に対して、充電器１２から
延びるケーブル１３の端部に形成された充電コネクタ１
４が接続（例えばインダクティブ式による）されるよう
にしてある。なお、ケーブル１３内には、充電開始信号
／充電停止信号を受ける信号線１５も挿通してある。

【００２５】一方、図１（ｂ）で詳しく示されるように
電池トレイ６の前方壁の上段には、吸込口１６が形成さ
れている。電池トレイ６の後方壁には、排気口１７が形
成してある。また電池トレイ６の内部、具体的には各電
池４とトレイ上壁６ａとの間には、各Ｎｉ−水素電池４
に外気を行き渡せるための風路１８が形成してある。こ
の風路１８が吸込口１６と排気口１７と間を連通してい
る。また吸込口１６は、その前方で、吸込口１６と向き
合うように段差した電池トレイ６のトレイ底壁６ｂにあ
る外気取入口１９と連通していて、外気取入口１９から
電池トレイ６内へ外気が取り込めるようにしている。ま
た排気口１７の近くには、例えば複数の外気取り込み吸
引ファン２０が取り付けられている。この吸引ファン２
０の作動（吸引）により、外気を電池トレイ６内部へ送
風させることができるようにしてある。なお、２１は、
外気取入口１７と吸引口１６との間に配設された異物進
入防止用の防止板を示す。

【００２６】また電池トレイ６内のＮｉ−水素電池４の
ち、例えば外気の作用が受けにくい地点（例えば電池ト
レイ６の４隅や中央など）に配置された各電池４のケー
ス表面には、電池毎にそれぞれ温度センサ２２が取付け
られていて、Ｎｉ−水素電池４の表面温度（電池温度に
相当）を検知できるようにしてある。さらに外気取入口
１９と吸引口１６との間、特に雪、砂などといった異物
進入のおそれの無い地点には、外気温センサ２３が配設
されていて、電池トレイ６内へ取り込まれる外気の温度
を検知できるようにしてある。

【００２７】コントローラ９には、これら吸引ファン２
０、温度センサ２２、外気温センサ２３を用いて、正確
なＮｉ−水素電池４の満充電判定を行なわせる工夫が施
してある。

【００２８】すなわち、コントローラ９には、 １．充電器１２の充電コネクタ１４が接続されると、温
度センサ２２の電池表面温度と外気温との差を検出する
機能。

【００２９】２．この検出結果に基づき電池表面温度と
外気温とがほぼ同等であるか否かを検出する機能。

【００３０】３．電池表面温度と外気温とがほぼ同等で
あると、充電口１１から信号線１５を通じて充電器１２
へ充電開始指令を出力させ、さらに吸込ファン２０を作
動させて充電を開始させる機能。

【００３１】４．電池表面温度と外気温との温度差があ
ると、充電口１１から信号線１５を通じて充電器１２へ
充電禁止信号を出力させ、電池表面温度と外気温とがほ
ぼ同等になるまで上記充電開始指令の出力を遅らせる待
機機能。

【００３２】５．この充電禁止の間、吸引ファン２０を
作動させて電池表面温度と外気温との差を速やかに解消
させる機能。

【００３３】６．充電中、温度センサ２２で検出される
電池表面温度の変化から、充電末期の温度上昇を検知す
る機能。

【００３４】７．この充電末期温度上昇を検知すると、
吸引ファン２０を停止させるとともに、充電口１１から
信号線１５を通じて、充電器１２へ充電停止の指令を出
力させる機能。

【００３５】が設定されていて、屋内外の温度差に関わ
らず、どのような環境下でも、充電末期温度上昇にだけ
に注目したＮｉ−水素電池４の満充電の判定が行なえる
ようにしてある。

【００３６】この詳しい充電制御のフローチャートが図
２に示されている。

【００３７】図２のフローチャートにもとづきＮｉ−水
素電池の充電について説明すれば、今、例えば−２０℃
の寒冷地での走行を終えた電気自動車５が、例えば暖房
されている１０℃程度の車庫１（屋内）に入って、直ち
に充電を行なうとする。

【００３８】このときには、まず、車庫１内に駐車した
電気自動車５の充電口１１を開き、これに車庫１内に据
え付けてある充電器１２の充電コネクタ１４を接続す
る。

【００３９】これにより、充電口１１を通じて、充電器
１２と、Ｎｉ−水素電池４，コントローラ９との双方が
接続される。

【００４０】すると、コントローラ９は、この充電コネ
クタ１４の接続を受けて、ステップＳ２およびステップ
Ｓ３に示されるように外気温センサ２３から外気温Ａを
読込み、温度センサ２２から電池表面温度Ｂを読み込
む。

【００４１】ついで、ステップＳ４へ進み、外気温Ａと
平均した各Ｎｉ−水素電池４の電池表面温度Ｂの偏差
（Ａ−Ｂ）から、外気温Ａと電池表面温度Ｂとが同等に
なったかを判定する。なお、電池表面温度Ｂは、Ｎｉ−
水素電池４が配置されている電池トレイ６内の場所によ
ってばらつきがあるので、これを考慮して、ここでは温
度差値α（例えば３℃）を所定値として用いて、温度差
が温度差値α内か否かにより、各Ｎｉ−水素電池４が屋
内温度（外気温度）とほぼ同等か否か判定としている
（Ａ−Ｂ≧α）。

【００４２】従来のニッケル系電池の充電では、外気温
Ａと電池表面温度Ｂとの温度に関係なく、充電が開始さ
れるので、寒冷地での走行を終えた電気自動車５が、直
ちに暖房されている車庫で充電されると、誤った満充電
判定を行なってしまうが、本発明では、そのようなこと
はない。

【００４３】すなわち、コントローラ９は、温度差値α
を越える温度差があると、ステップＳ５へ進み、充電口
１１、信号線１５を通じて、充電器１２へ充電を禁止す
る充電禁止信号を出力する。これにより、外気温Ａと電
池表面温度Ｂとの温度差が温度差値α内になるまでの
間、充電器１２によるＮｉ−水素電池４への充電を行な
わない。

【００４４】この充電禁止により、充電開始は、電池表
面温度Ｂが外気温Ａとほぼ同等になるまで待機される。

【００４５】ついで、ステップＳ１０へ進み、吸引ファ
ン２０を作動させる。この吸込ファン２０の作動によ
り、自然に電池表面温度Ｂが上昇するのに比べて、速く
電池表面温度Ｂが上昇する。

【００４６】この点を説明すれば、吸引ファン２０の吸
引により、車庫１内の暖かな空気（外気）は、外気取込
口１９、吸込口１６を経て、電池トレイ６内に取り込ま
れ、同トレイ６内の各Ｎｉ−水素電池４へ送風される。

【００４７】ここで、マイナス下の屋外を走行してきた
電気自動車５のＮｉ−水素電池４自体は冷えているの
で、車庫１内の暖かい外気により、Ｎｉ−水素電池４は
暖められる。

【００４８】これにより、速やかにＮｉ−水素電池４の
電池表面温度Ｂは屋内温度（外気温度）とほぼ同等の温
度になるまで上昇し、外気温Ａとの温度差が解消され
る。

【００４９】そして、ステップＳ４により、各Ｎｉ−水
素電池４の平均の電池表面温度Ｂが屋内温度とほぼ同等
になったと判定されると、コントローラ９は、外気温度
がその後の充電末期温度上昇の検出に影響を与えずにす
むと判断して、ステップＳ６へ進み、始めて充電器１２
へ充電を開始させる充電開始信号を出力する。

【００５０】これにより、充電器１２から充電口１１
へ、充電に必要な電力が供給される。

【００５１】続くステップＳ９により吸引ファン２０の
運転が行なわれ、各Ｎｉ−水素電池４は、屋内空気（外
気）で、冷却しながら充電、つまり充電による発熱反応
による温度上昇を抑えながら充電される。これにより、
充電は、充電末期における温度上昇を正確に読取らせる
環境を確保しながら続けられる。

【００５２】この充電中、コントローラ９は、Ｎｉ−水
素電池４の電池表面温度Ｂの変化を検知していて、ステ
ップＳ７に示されるように充電末期の温度上昇（例えば
１分間に０．３℃〜０．５℃といった瞬間の小さな温度
変化）があったか否か検出している。

【００５３】ステップＳ７により、充電末期に見られる
温度上昇（図３に図示）があると、コントローラ９は水
の電気分解しか行なわれていないと判断して満充電と判
定し、充電器１２へ充電を停止させる充電終了信号を出
力し、吸込ファン２０を停止させる。

【００５４】これにより、Ｎｉ−水素電池４の充電を終
える。なお、充電開始後、何かの原因で車庫１内の温度
が急激に変化し、電池温度と外気温度とに差が生じた場
合は、充電器１２へ充電禁止する充電禁止信号を出力し
て充電器１２を停止させる。但し、再び外気温Ａと電池
表面温度Ｂとが同等になると、充電を始める。

【００５５】かくして、屋内外でかなり温度差があるよ
うな充電でも、外気による電池の温度上昇を抑え、充電
末期温度上昇を利用して、正確にＮｉ−水素電池４の満
充電判定を行なうことができる。

【００５６】この結果、Ｎｉ−水素電池を正しく満充電
させることができる。

【００５７】しかも、充電末期温度上昇を妨げない温度
差ならば、今までと同じく、即、電池を冷却しながらの
充電に入るので、どのような環境下にも対応できる。

【００５８】そのうえ、外気温Ａと電気表面温度Ｂの温
度差が所定値を越えるときは、Ｎｉ−水素電池４へ屋内
空気（外気）を送風したので、屋内外でかなり温度差が
あるときでも、できるだけ速やかに充電を開始させるこ
とができる。

【００５９】なお、一実施形態では、Ｎｉ−水素電池を
用いた例を挙げたが、これに限らず、他の充電末期温度
上昇を利用して満充電の判定を行なう電池、すなわち正
極にニッケル部材を用いたニッケル系電池を用いたとき
場合にも適用できる。

【００６０】また一実施形態では、寒冷地での充電を例
に挙げたが、これに限らず、熱帯地での充電（熱帯での
走行後、直ちに冷房された屋内にある充電器でＮｉ−水
素電池の充電を行なう場合）にも適用できることはいう
までもない。

【００６１】

【発明の効果】以上説明したように請求項１に記載の発
明によれば、屋内外でかなり温度差があるような充電で
も、正確にニッケル系電池の満充電の判定を行なうこと
ができる。

【００６２】しかも、充電末期温度上昇を妨げない温度
差ならば、今までと同じく、即、電池を冷却しながらの
充電に入るので、どのような環境下にも対応できる。

【００６３】請求項２に記載の発明によれば、請求項１
の効果に加え、屋内外でかなり温度差のある充電のとき
でも、外気の送風により、外気温とニッケル系電池の電
池表面温度との差が速やか解消されるので、できるだけ
速く充電を開始させることができるといった効果を奏す
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態に係る電気自動車用ニッケ
ル系電池の充電装置の構成を説明するための図。

【図２】同充電装置で、屋内外でかなり温度差があると
きＮｉ−水素電池を充電するときの制御を説明するため
のフローチャート。

【図３】Ｎｉ−水素電池の満充電の検知に用いられてい
る同電池の充電末期温度上昇の特性を説明するための線
図。

【符号の説明】

１…車庫 ４…Ｎｉ−水素電池（ニッケル系電池） ５…電気自動車 ８…電動モータ ９…コントローラ（制御手段） １１…充電口 １２…充電器 １４…充電コネクタ ２０…吸引ファン（送風手段） ２２…温度センサ（電池温度検出手段） ２３…外気温センサ（外気温検出手段）。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電気自動車用ニッケル系電池に充電を行
   なう充電器と、 前記ニッケル系電池の温度を検出する電池温度検出手段
   と、 外気の温度を検出する外気温検出手段と、 前記ニッケル系電池の充電前に、前記電池温度検出手段
   と前記外気温検出手段からの温度情報に基づいて前記電
   池の温度と外気の温度との温度差が所定値以内のとき、
   前記ニッケル系電池の充電を開始させると共に、充電時
   には充電末期の温度上昇が検知させるまで充電させる制
   御手段とを具備したことを特徴とする電気自動車用ニッ
   ケル系電池の充電装置。
2. 【請求項２】 前記制御手段は、前記ニッケル系電池の
   充電前に前記電池の温度と外気の温度との温度差が前記
   所定値を越えているとき、前記ニッケル系電池へ外気を
   送風させる送風手段を有していることを特徴とする請求
   項１に記載の電気自動車用ニッケル系電池の充電装置。