JPH08140280A

JPH08140280A - 蓄電池の充電制御装置

Info

Publication number: JPH08140280A
Application number: JP6273438A
Authority: JP
Inventors: Eiji Kadouchi; 英治門内; Yuichi Watanabe; 勇一渡辺; Megumi Kinoshita; 恵木下; Noboru Ito; 登伊藤; Kanji Takada; 寛治高田
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1994-11-08
Filing date: 1994-11-08
Publication date: 1996-05-31
Anticipated expiration: 2016-04-16
Also published as: JP3157687B2

Abstract

(57)【要約】【目的】自動車等に用いられるニッケル・水素蓄電池
の再充電を防止する。【構成】ニッケル・水素蓄電池の充電電圧を電圧測定
手段で測定し、充電開始１分後に測定した電圧を、あら
かじめ設定された設定電圧と比較する。そして測定した
電圧が設定電圧より高いとき再充電と判定し充電を停止
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、密閉型のニッケル・水
素蓄電池の集合体からなる組電池形態の、特に電気自動
車等の移動体に搭載される移動体用蓄電池について、そ
の電池の状態を制御する装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】小型のニッケル・水素蓄電池の組電池の
充電を制御する装置の先行技術として、例えば特開平４
−１０９８３３号公報に示されるものがある。この先行
技術においては、充電中のニッケル・水素蓄電池の単位
時間当りの温度上昇値である温度変化率ΔＴを測定す
る。そして温度変化率ΔＴがあらかじめ設定した第１の
閾値を超えると充電を停止させる。閾値として、充電開
始直後の所定時間内は前記の第１の閾値より低い第２の
閾値（以後、低閾値と称する）を設定する。このように
充電初期に低閾値を設定することによって例えば完全に
充電されたニッケル・水素蓄電池（以後、完全充電の蓄
電池と称する）が再充電（完全充電されたニッケル・水
素蓄電池を更に充電すること）された場合には、再充電
開始直後から温度が上昇しはじめるので、比較的短時間
で温度変化率が前記の低閾値に達し、充電を停止させ、
その結果過充電を最少限にとどめるようにしている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】例えば電気自動車等の
駆動に用いられる大容量のニッケル・水素蓄電池におい
ては、完全に放電された状態で充電を開始すると、前記
の先行技術の場合と同様に充電開始直後から温度変化率
が上昇する。しかし、先行技術における小型の蓄電池と
異なって、充電の開始初期において温度変化率にピーク
が現れる。このピークは例えば完全充電に７〜８時間を
要するニッケル・水素蓄電池の充電の場合には、完全放
電状態からの充電開始から十数分後に初期のピーク値に
達することが実験的に知られている。この初期のピーク
値は図２の温度変化率ＴＶの曲線におけるピーク値Ｈで
ある。この初期のピーク値Ｈに達した後、温度変化率Ｔ
Ｖは一旦減少し、完全充電の少し前までほぼ一定の値を
保つ。このピーク値Ｈの生じる原因は蓄電池の内部抵抗
が充電開始の初期に変化するためと推定されている。

【０００４】電気自動車の駆動用の大容量ニッケル・水
素蓄電池において、もしも前記の先行技術におけるよう
に、温度変化率の低閾値を前記のピーク値Ｈに等しいか
それより低い値に設定すると、再充電でない場合でも、
充電開始後十数分後に温度変化率が低閾値を超えて充電
が停止される。それでは充電ができないので、前記低閾
値をピーク値Ｈより高く設定すると、今度は再充電のと
きに温度変化率が低閾値に達するまでの時間が長くなり
過充電される時間が長くなる。その結果、過充電中に正
極から発生する酸素ガスにより負極の材料が酸化された
り、セパレータ等の電池構成材料が劣化するなど蓄電池
に与える悪影響が大きくなるという問題があり、これを
解決することが必要であった。

【０００５】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明のニッケ
ル・水素蓄電池の充電制御装置は、複数のニッケル・水
素蓄電池セルを接続して構成した組電池の充電中の端子
電圧を検出する電圧センサ、前記電圧センサの検出電圧
と、あらかじめ設定された前記組電池の完全充電後の端
子電圧に実質的に等しい設定電圧とを比較する比較手
段、前記組電池の充電の開始からの充電時間を計測する
とともに所定の充電時間を設定するタイマ手段、及び前
記組電池の充電開始後の前記所定の充電時間以内に前記
検出電圧が前記設定電圧を超えたとき充電を停止させる
制御手段を備えている。

【０００６】請求項２の発明は、前記タイマ手段に設定
される所定の充電時間が１分である。請求項３の発明
は、さらにニッケル・水素蓄電池セルの充電中の温度を
検出する温度センサ、前記の温度センサの検出出力に基
づき温度の時間的変化を表わす温度変化率を求める温度
変化率演算手段、所定の温度変化率を設定する手段及び
前記温度変化率演算手段によって得られた温度変化率と
前記設定された温度変化率の設定値とを比較する比較手
段、ニッケル・水素蓄電池セルの充電中の端子電圧を検
出する電圧センサ、前記電圧センサの検出電圧と、あら
かじめ定められた前記ニッケル・水素蓄電池の完全充電
時の充電電圧とを比較する比較手段、前記ニッケル・水
素蓄電池セルに設けられ、ニッケル・水素蓄電池セルの
内部の圧力である内圧を検出する圧力センサ、前記内圧
をあらかじめ設定された値と比較する比較手段、前記温
度変化率が設定値未満であり、かつ電圧及び内圧がとも
に設定値以上であるとき充電を停止させる制御手段を備
えている。

【０００７】請求項４の発明は、前記温度変化率が増加
中であるとき、内圧が０.１ kgf/cm² 以上でない場合
充電を停止させる。請求項５の発明は、前記温度変化率
が増加中であるとき、内圧が２ kgf/cm²以上になると
充電を停止させる。請求項６の発明は、組電池内の多数
のニッケル・水素蓄電池セルを複数の群に分割した各群
をモジュールと定義するとき、各モジュールの両端子間
の充電電圧を測定する電圧センサ、及び、全モジュール
の充電電圧の合計値である総電圧を求め、組電池の充電
電圧と総電圧の差電圧を求め、かつ、前記差電圧をあら
かじめ定められた設定値と比較して、前記差電圧が設定
値以上のとき充電を停止させる制御手段を備えている。

【０００８】請求項７の発明は、さらに総電圧をモジュ
ールの数で除算して平均モジュール電圧を求め、各モジ
ュールの電圧と平均モジュール電圧との差電圧を求め、
その差電圧を所定の設定値Ｋと比較する制御手段及び前
記差電圧が設定値より大きいときそのモジュール番号を
表示する表示手段を備えている。請求項８の発明は、す
べてのモジュールのモジュール電圧を相互に比較しモジ
ュール電圧の最大値と最小値の差が１ボルト以上のとき
充電を停止する。請求項９の発明は、さらに組電池を構
成する複数のニッケル・水素蓄電池セルの最も温度の高
いものの温度と最も温度の低いものの温度をそれぞれ検
出する温度センサ、及び、両温度センサの検出値を比較
する比較手段を備え、両温度センサの検出値の差が所定
値以上のとき充電を停止させる制御手段を備えている。

【０００９】請求項１０の発明は、さらに組電池を構成
するニッケル・水素蓄電池セルの最も温度の高いものの
温度と最も温度の低いもののそれぞれのニッケル・水素
蓄電池セルの温度を測定する温度センサ及び組電池の置
かれた雰囲気温度を測定する温度センサを備え、前記最
も温度の高いモジュールの温度または最も温度の低いモ
ジュールの温度と前記雰囲気の温度とを比較する手段を
有し、前記比較結果が所定値以上のとき充電を停止する
手段を備えている。請求項１１の発明は、完全充電後の
充電電圧を所定値と比較する手段を有し、前記充電電圧
が所定値より大きいとき充電を停止させる手段を備えて
いる。

【００１０】

【作用】請求項１の発明では、完全充電されていないニ
ッケル・水素蓄電池を充電するときの充電開始直後（約
１分後）の充電電圧（充電時の蓄電池の端子電圧）は、
完全充電されたニッケル・水素蓄電池を再充電するとき
の充電開始直後の充電電圧より低い。従って、充電電圧
を検出することによって再充電かそうでないかを判定で
きる。請求項３の発明では、ニッケル・水素蓄電池が劣
化している場合、完全充電に至る前に電圧と内圧がとも
に異常に上昇し、これが電圧センサと圧力センサで検出
される。請求項４の発明では、ニッケル・水素蓄電池セ
ルの密閉性が失われるとガス漏れが生じ内圧は上昇しな
い。請求項５の発明では充電中に上昇して起こりうる内
圧の上限を容器の一般的な耐圧より低く設定している。

【００１１】請求項６の発明では、組電池の充電電圧と
総電圧の差は各ニッケル・水素蓄電池セルの接続線電圧
降下を表している。請求項７の発明では、モジュールの
電圧と平均モジュール電圧との差でそのモジュールの劣
化の程度を表す。請求項８の発明では、モジュール電圧
のばらつきが１Ｖ以上の場合には故障と判定する。

【００１２】請求項９の発明では、最も温度の高いニッ
ケル・水素蓄電池セルと最も温度の低いニッケル・水素
蓄電池セルの両温度差が組電池全体の劣化の程度を表
す。請求項１０の発明では、雰囲気温度とニッケル・水
素蓄電池セルの温度との差が所定値以上であることによ
り冷却装置の不具合を表す。請求項１１の発明では、電
解液不足の場合完全充電に近くなると電池の内部抵抗が
上昇し、充電電圧が異常に上昇することにより電解液不
足を示させる。

【００１３】

【実施例】実施例の構成電気自動車等の移動体に搭載される密閉型ニッケル・水
素蓄電池（以後、単に蓄電池と記す）は、公称電圧１.
２Ｖのニッケル・水素蓄電池セル（以後、単に蓄電池セ
ルと記す）を１０個直列に接続して１モジュールを構成
している。さらにこのモジュールを２４個直列に接続し
て（２４０セル）１組の組電池１を構成している。２４
０個のセルの直列体である組電池１全体の電気容量は約
１００Ａｈに構成されている。組電池１における多数の
蓄電池セルの接続方法については、前記の全部を直列接
続するものに限定されるものではなく、直列接続と並列
接続とを組合せる場合もある。１個の蓄電池セルの公称
電圧は１．２Ｖであるので、全部を直列に接続した場合
は上記の組電池１の両端子間の総電圧は２８８Ｖとな
る。組電池１の両端子電圧を検出するための手段である
電圧センサ２が取付けられ、その測定電圧出力は充電制
御回路５に入力される。

【００１４】組電池１にはさらにその少なくとも一つの
蓄電池セルの極板の温度を検出するための温度センサ３
Ａが設けられている。温度センサ３Ａは電源と増幅器を
内蔵するものが通常用いられる。温度センサは、この実
施例では、３個設けられており、第１の温度センサ３Ａ
は組電池１の中で最も放熱が少なく、従って温度が高い
蓄電池セルに取付けられている。第２の温度センサ３Ｂ
は最も放熱が多く、従って温度が低い蓄電池セルに取付
けられる。また第３の温度センサ３Ｃは、組電池１の周
囲の温度を測定するためにその近傍に配置されている。
組電池１にはさらにその多数の蓄電池セルの内、少なく
とも１個の蓄電池セルに圧力センサ４が設けられてい
る。圧力センサ４は密閉された蓄電池セルの内部の圧力
を測定する。圧力センサ４には通常、電源と増幅器を内
蔵するものが用いられる。

【００１５】前記の電圧センサ２及び圧力センサ４の検
出出力は充電制御回路５に入力され、その中でそれぞれ
のアナログ・デジタル変換器（以後、ＡＤＣと略記す
る）６及び８によってデジタル信号に変換される。ＡＤ
Ｃ６及び８のデジタル信号はＣＰＵ１１に入力され後で
述べる処理が行なわれる。また、温度センサ３Ａ、３
Ｂ、３Ｃの各検出出力は、後で述べる制御のモードに応
じていずれか１つの検出出力が測定切換回路９によって
選択されＡＤＣ７に入力される。ＡＤＣ７の出力は測定
制御回路１０及び温度変化率演算回路１２を経てＣＰＵ
１１に入力される。本実施例の記載中の「電圧」は充電
中における蓄電池セルの両端子間の電圧又は組電池の両
端子間の電圧の意味である。

【００１６】組電池においては前述のとおり、１０個の
蓄電池セルを接続して１個のモジュールとし、このモジ
ュールを２４個接続することによって１組の組電池とし
ている。この好適実施例ではこのように構成した組電池
１で、各モジュール毎に１つの電圧センサ１７を設けて
各モジュールの電圧を測定するように構成している。さ
らに電圧センサ切換回路１８を設けて各モジュールの測
定電圧のデータを時分割で順次ＡＤＣ１９を経てＣＰＵ
１１に入力するように構成している。充電電源２０は所
定の電圧の直流電源であり、その直流出力は充電制御回
路５の充電開閉器１４を経て組電池１に印加される。

【００１７】実施例の動作次に本実施例の充電制御装置の動作について説明する。
温度センサ３Ａ、３Ｂ、３Ｃのいずれか１つの温度セン
サによって検出される温度をＴとするとき、温度Ｔは測
定制御回路１０の制御によって、各センサ毎に例えば１
分間の時間幅内に６回の測定の瞬時値から各センサ毎の
１分間の平均温度Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３・・・が求められ
る。平均温度を求める時間幅は別段１分に限定されるも
のではなく、３０秒から１０分位の適当な値に設定する
ことができる。こうして求めた各平均温度Ｔ１、Ｔ２、
Ｔ３・・・は温度変化率演算回路１２に入力される。温
度変化率演算回路１２では、最初の１分間の平均温度Ｔ
１と次の１分間の平均温度Ｔ２との温度差ｄＴ（Ｔ２−
Ｔ１＝ｄＴ）を求め、温度差ｄＴの単位時間ｄｔに対す
る比である温度変化率ＴＶ（ＴＶ＝ｄＴ／ｄｔ）を演算
する。温度変化率ＴＶのデータはＣＰＵ１１に入力され
る。

【００１８】本発明の充電制御装置では、前記の電圧セ
ンサ２と圧力センサ４によりそれぞれ検出された電圧及
び圧力と、前記温度センサ３Ａ、３Ｂ又は３Ｃの検出温
度に基づき温度変化率演算回路１２によって演算された
温度変化率ＴＶとをＣＰＵ１１の入力データとして用い
て、以下に説明する各種の制御モードにおける充電の制
御を行なう。

【００１９】［制御モード１］再充電時における充電制
御蓄電池が完全に充電された状態（以後、完全充電と称す
る）で充電操作を終了し、蓄電池の電力を使用すること
なく一定時間経過後に再び充電することを「再充電」と
称している。この再充電は、蓄電池を過充電することに
なり、蓄電池にとって有害であるので避ける必要があ
る。制御モード１はこの再充電を防止することを目的と
している。ＣＰＵ１１において、電圧センサ２の検出出
力に基づいて制御が行なわれる。

【００２０】図２は通常の充電時における電圧Ｖ（充電
中の端子電圧）と温度センサ３Ａによって行なわれた温
度の温度変化率ＴＶの時間的変化を示すグラフである。
横軸は時間ｔを示し、縦軸は電圧Ｖ及び温度変化率ＴＶ
を示す。横軸上の時刻ｔ１で、組電池１はその容量の約
９０％程度まで充電されており、このときの電圧はＶ１
である。時刻ｔ１を過ぎると、電圧Ｖと温度変化率ＶＴ
が急速に上昇し、両曲線の傾斜は急になる。ＣＰＵ１１
は、温度変化率ＴＶが設定値ＴＶ２を超えたとき充電完
了（完全充電）と判定するように構成されているので、
その時刻ｔ２で充電を打切るべく充電開閉器１４を開い
て充電電流を遮断する。このときの電圧はＶ２である。
充電開閉器１４を開いた後は端子電圧は短時間でＶ１よ
り若干低い値にまで降下する。蓄電池の温度が室温に戻
る時間（例えば１時間以上）経過後再充電を行なったと
きの前記電圧Ｖと温度変化率ＴＶを図３に示す。図３に
示すように温度変化率ＴＶは直ちに増加をはじめ時刻ｔ
３（例えば十数分）で前記の温度変化率ＴＶ２に達す
る。一方電圧Ｖは再充電開始時には電圧Ｖ１より若干低
いが、１分以内に電圧Ｖ１を超えて、電圧Ｖ２に向って
増加する。この再充電によって、蓄電池内部で起こる現
象の概略を説明する。蓄電池はすでに完全充電されてい
るので、供給される電力によって蓄電池は過充電され
る。その結果正極から酸素が発生する。発生した酸素は
負極の表面で還元される。この還元反応によって反応熱
が発生し蓄電池の温度が上昇する。

【００２１】温度変化率ＴＶがＴＶ２に達するとＣＰＵ
１１の制御によって充電開閉器１４が開き充電は停止さ
れるが、再充電開始から停止までの時点から充電停止ま
での時間ｔ３は過充電される。本実施例では、再充電開
始１分後の電圧ＶをＣＰＵ１１によって検出し、その電
圧が電圧Ｖ１以上の場合ＣＰＵ１１によって充電開閉器
１４を開にするように制御される（図４のフローチャー
トのステップ１０１、１０２、１０３、１０４）。その
結果、再充電された場合においても１分間を超える過充
電は避けられるので蓄電池に与える悪影響を最少限にと
どめることができる。

【００２２】［制御モード２］蓄電池の劣化の判定蓄電池の負極活物質が劣化すると、充電過程の末期に蓄
電池の電圧Ｖと蓄電池セル内の圧力（以後、内圧Ｐと称
する）が上昇することが知られている。一般にニッケル
・水素蓄電池では、負極の充電可能容量を正極の充電可
能容量より大きくなるように設計している。従って正常
な蓄電池セルを過充電した場合は、まず正極から酸素ガ
スが発生する。しかし負極の劣化などにより負極の充電
可能容量が正極より少なくなっている場合には、まず負
極からの水素ガス発生が先に生じる。さらに充電を続け
て正極の充電可能容量まで充電されると、次に正極から
酸素ガスが発生して蓄電池温度は上昇を始める。負極か
ら発生した水素ガスは蓄電池セル内に充満するので内圧
Ｐが上昇する。この状態でさらに充電を続行すると、蓄
電池セルの安全弁が開き水素ガスが外部へ放出される。
水素ガスは引火しやすいので爆発等の危険性があるので
このような過充電は速やかに中止すべきである。そこで
制御モード２では内圧Ｐを測定してその上昇を検知する
ことによって蓄電池セルの劣化を判定し、劣化している
と判定されると直ちに充電を中止するとともに、蓄電池
交換を指示する表示を行なうように構成されている。

【００２３】次に、上記の劣化の判定に対応するための
制御動作を説明する。図１において、圧力センサ４の検
出出力はＡＤＣ８を経てＣＰＵ１１に入力される。ＣＰ
Ｕ１１における動作を図５のフローチャートのステップ
１１０から１１６に示す。図５に示すように、温度変化
率ＴＶが設定値以上になると、充電完了と判定して充電
を停止する（ステップ１１２、１１３）。温度変化率Ｔ
Ｖが設定値未満であるにもかかわらず電圧Ｖと内圧Ｐが
設定値以上になると、蓄電池の劣化と判定して充電を停
止する（ステップ１１４、１１５、１１６）。すなわ
ち、蓄電池が劣化している場合は、図６に示すように、
完全充電になる前のまだ温度変化率ＴＶが低い時点で、
電圧Ｖと内圧Ｐが増加するので、このことから、劣化を
判定するものである。この場合には、蓄電池を交換すべ
きことを示す警告を表示装置１６によって表示する（ス
テップ１１７）。なお電圧Ｖの設定値は電圧Ｖ２とし、
内圧Ｐの設定値は２ kgf/cm² 程度にするのが望まし
い。組電池１において充放電を繰返すと、通常は組電池
１内の各蓄電池セルは同時に一様に劣化していく。従っ
て、通常１個の蓄電池セルの劣化を判定することによっ
て組電池１全体の劣化を判定することができる。

【００２４】［制御モード３］蓄電池の密閉性の判定制御モード３では、圧力センサ４が設けられている蓄電
池セルの密閉性を判定する。圧力センサ４は組電池１の
多数の蓄電池セルの中のただ１個のみにしか設けられて
いないので、他の蓄電池セルについては判定できない。
特に密閉性の判定をより確実に行なう必要がある場合に
は、より多くの蓄電池セルに圧力センサ４を設けること
により確実な判定が可能となる。

【００２５】蓄電池の密閉性が失われると、水素吸蔵合
金の負極から解離した水素ガスが外部へ放出され、爆発
等の危険がある。密閉性の判定においては、圧力センサ
４の測定データに基づいて、図７のフローチャートのス
テップ１２０、１２１に示す動作によって、充電過程の
末期において内圧Ｐが所定の設定値、例えば０.１ kgf
/cm² 以上であるかどうかを調べる。正常な蓄電池セル
では、充電末期には内圧Ｐは０.５ kgf/cm² 以上とな
る。従って内圧Ｐが０.１ kgf/cm² 以下のときは蓄電
池セルの密閉性が失われてガス漏れが生じていると判断
される。密閉性が失われたことが判定されたときは、充
電を停止する（ステップ１２２）。また、再び充電でき
ないようにインタロック制御をしてもよい。また必要に
応じてステップ１２３に示すように表示装置１６によっ
て警報の表示をしてもよい。

【００２６】また、制御モード３では、蓄電池セルの内
圧Ｐが所定の最高限度を超えないように安全制御をする
ことができる。各蓄電池セルの密閉容器は一般にポリプ
ロピレン等のエンジニアリングプラスチックにより成形
されており、その肉厚は放熱、強度、耐久性を考慮して
２.０〜３.０ｍｍとされている。この肉厚から定まる容
器の耐圧は蓄電池の使用温度範囲で４〜６ kgf/cm² で
ある。そこで使用可能と許容される容器の内圧Ｐの上限
を長期間の使用による劣化と容器の強度のばらつきを考
慮して、例えば２ kgf/cm² に定める。それ以上の内圧
Ｐになったときは異常が生じていると判定し充電を停止
することにする。これによって蓄電池の破損やガス漏れ
を防止できる。（図７のステップ１２４、１２５、１２
６）。

【００２７】［制御モード４］組電池１の各蓄電池セル
を接続する接続線の良否判定図１において、充電中の組電池１の両端子２１、２２間
の充電電圧Ｖを電圧センサ２によって測定する。他方、
充電時の各モジュールの端子電圧であるモジュール電圧
Ｖｍをそれぞれの電圧センサ１７で測定する。電圧セン
サ１７の測定出力は切換スイッチ１８によって順次切換
えられてＣＰＵ１１に入力され、すべてのモジュールの
モジュール電圧Ｖｍが互に加算される。互に加算された
電圧を総電圧 Vadd と称する。このようにして求められ
た総電圧 Vadd は、各モジュールの端子間電圧をすべて
のモジュールについて互に加算したものである。従って
隣り合うモジュール間を接続する多数の接続線における
電圧降下分はこの総電圧には含まれていない。すなわち
総電圧 Vadd は、各モジュール間の接続線における電圧
降下分の総和だけ充電電圧Ｖよりも低い。充電電圧Ｖと
総電圧 Vadd はＣＰＵ１１において比較され、電圧差Ｖ
ｄが求められる（Vd＝V−Vadd）。電圧差Ｖｄは各モジ
ュール間を接続するすべての接続線の電圧降下分の合計
を表している。従ってこの電圧差Ｖｄが所定値以上の場
合は緩み等の接続線の異常と判定し異常の表示をする。
（図８のフローチャートのステップ１３０、１３１、１
３２、１３３、１３３Ａ）。

【００２８】次に総電圧 Vadd をモジュール数で除算し
て平均モジュール電圧 Vav を求める（図８のステップ
１３４）。全モジュールのモジュール電圧Ｖｍを平均モ
ジュール電圧 Vav と比較し、その差の絶体値｜Vav−
Ｖｍ｜を求める。この差の絶体値があらかじめ設定さ
れた値Ｋより大きい場合にはそのモジュールは不良と判
定する（図８のステップ１３５）。不良と判定されたモ
ジュールは表示部１６にその番号等で表示される。ま
た、前記のモジュール電圧Ｖｍをすべてのモジュールに
ついて相互に比較する。そしてモジュール電圧Ｖｍのば
らつきが所定値、例えば１Ｖ以上あるときは、そのモジ
ュール内の一部の蓄電池セルに容量の大幅な減少、極板
の短絡などの故障があると推定しそのモジュールに対し
異常の表示をする。（図８のステップ１３７、１３８、
１３９）。

【００２９】［制御モード５］組電池１内の複数の蓄電
池セル温度のばらつきによる蓄電池セルの放熱性と劣化
の判定図１において、温度センサ３Ａ、３Ｂ及び３Ｃの検出出
力は測定切換回路９によって順次切換えられＡＤＣ７に
入力される。ＡＤＣ７の出力は測定制御回路１０におい
てそれぞれ温度値として検出されＣＰＵ１１に直接入力
される。各温度センサ３Ａ、３Ｂ、３Ｃの検出温度はＣ
ＰＵ１１においてそれぞれ比較される。

【００３０】自動車用のニッケル・水素蓄電池セルより
なる組電池１は強制換気装置を有する筐体内に収納され
ている。そして各蓄電池セルの容器はその側面に一体成
形された冷却フィンを有している。前記筐体内におい
て、強制換気装置の風を冷却フィンに当てることによっ
て蓄電池セルを冷却している。温度センサ３Ａは組電池
の中で最も温度が高くなるはずの蓄電池セルの温度を測
定し、温度センサ３Ｂは同じく最も低くなるはずの蓄電
池セルの温度を測定する。これらの温度センサ３Ａ、３
Ｂ、３Ｃ等が取付けられる組電池の中の各蓄電池セルの
温度はあらかじめ比較測定され、温度センサ３Ａ、３Ｂ
を取付ける蓄電池セルが決められる。温度センサ３Ｃは
前記の筐体の内部に設けられ、換気装置の吸気の温度を
測定する。この吸気の温度は実質的に組電池の置かれる
場所の雰囲気温度に等しい。

【００３１】温度センサにより測定された温度に関する
動作を図９のフローチャートに示す。ステップ１４０、
１４１、１４２及び１４２Ａに示すように、温度センサ
３Ａと３Ｂのそれぞれの検出値の差が所定値以上の場合
は、各蓄電池セルの容量のばらつきが大きいことを示
し、組電池全体が劣化していることを表している。この
場合にも充電を停止し、表示部１６に劣化の表示をす
る。またステップ１４３、１４４、１４５に示すよう
に、温度センサ３Ａ又は３Ｂの検出値と、温度センサ３
Ｃの検出値の差が所定値以上の場合は、強制換気の効果
が低いことを示している。この場合は換気装置の故障、
蓄電池セルの冷却フィンの目づまり等が生じたことを表
している。上記の場合も充電を停止して表示部１６に異
常の表示をする。

【００３２】［制御モード６］蓄電池セルの充電電圧の
上昇に基づく電解液の不足の判定図２において、時刻０から時刻ｔ１までの充電（以後、
一段目充電と称する）によって完全充電の約９０％程度
の容量まで充電される。このときの充電方法は定電力充
電で行なわれる。定電力充電とは電力を一定に保ちつつ
充電する方法である。また時刻ｔ１からｔ２までの時間
の充電（以後、２段目充電と称する）で完全充電され
る。このときの充電方法は定電流充電で行なわれる。定
電流充電とは電流を一定に保ちつつ充電する電流充電方
法である。２段目充電の電流は、通常一段目充電時の数
分の１程度になされる。また一段目充電から２段目充電
への切換え時点については、完全充電までの設計充電時
間の約７０％の時間を一段目充電とし、残りの約３０％
の時間を２段目充電としてもよい。２段目充電の末期は
過充電に近くなるので、電解液が不足の場合には、二段
目充電の末期に電圧Ｖが著しく上昇する。従ってこの電
圧Ｖの上昇を検出することによって電解液不足を検出す
ることができる。電解液不足の検出の動作を図９のフロ
ーチャートのステップ１４６、１４７、１４８、１４８
Ａに示す。時刻ｔ２における充電電圧ＶをＣＰＵ１１に
おいて設定された所定値と比較する。そして充電電圧が
所定値より大きい場合は電解液不足と判定して充電を停
止するとともに、表示部１６に異常の表示をする。

【００３３】

【発明の効果】請求項１の発明によれば、再充電開始か
ら所定時間（例えば１分）後の電圧Ｖを検出し、その電
圧が完全充電時の端子電圧Ｖ１以上の場合には再充電と
判定して充電を停止する。完全充電された蓄電池の端子
電圧は、再充電時には前記所定時間（例えば１分程度）
の短時間で完全充電時の充電電圧Ｖ２に達するので、前
記完全充電時の端子電圧Ｖ１を超えるに要する時間は１
分以内の短時間である。従って過充電の時間は前記所定
時間以内の短時間ですみ、蓄電池に与える悪影響を十分
少なくすることができる。請求項３の発明によれば、温
度変化率が設定値未満であっても電圧と内圧が設定値以
上になるときは蓄電池か劣化していると判定して充電を
停止するとともにその旨を表示するので、蓄電池の劣化
による重大な損傷を防ぎ且つそれを確実に知ることがで
きる。

【００３４】請求項４の発明によれば、内圧が設定値以
下に低下したことを検出することにより、蓄電池セルの
密閉性が失われたことを知ることができる。請求項５の
発明によれば、内圧の上限を設定することにより蓄電池
の破損やガス漏れを防止できる。請求項６の発明によれ
ば、各モジュール間の接続線の異常を知ることができ
る。請求項７及び８の発明によれば、組電池の複数のモ
ジュールにおいて、不良モジュールを特定することがで
きる。

【００３５】請求項９の発明によれば、最高温セル用と
最低温セル用との両温度センサが設けられた両蓄電池セ
ルの温度の差が大きいことに基づいて、このことから組
電池全体の劣化を推定することができる。請求項１０の
発明によれば、蓄電池との温度と雰囲気温度の差が大き
いことから冷却のための換気装置の異常を知ることがで
きる。請求項１１の発明によれば、二段目充電の末期に
充電電圧が異常に上昇することから電解液の不足を知る
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例のニッケル・水素蓄電池の充電
制御装置のブロック図

【図２】大型のニッケル・水素蓄電池の充電時の電圧及
び温度変化率の時間的変化を示すグラフ

【図３】大型のニッケル・水素蓄電池の再充電時の電圧
及び温度変化率の時間的変化を示すグラフ

【図４】本発明の充電制御装置に置ける制御モード１の
動作を示すフローチャート

【図５】本発明の充電制御装置に置ける制御モード２の
動作を示すフローチャート

【図６】劣化したニッケル・水素蓄電池の充電時の電圧
及び温度変化率の時間的変化を示すグラフ

【図７】本発明の充電制御装置における制御モード３の
動作を示すフローチャート

【図８】本発明の充電制御装置における制御モード４の
動作を示すフローチャート

【図９】本発明の充電制御装置における制御モード５及
び６の動作を示すフローチャート

【符号の説明】

２、１７電圧センサ３Ａ、３Ｂ、３Ｃ温度センサ４圧力センサ

フロントページの続き (72)発明者伊藤登大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内 (72)発明者高田寛治大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】複数のニッケル・水素蓄電池セルを接続
して構成した組電池の充電中の端子電圧を検出する電圧
検出手段、前記電圧検出手段の検出電圧と、あらかじめ設定された
前記組電池の完全充電後の端子電圧に実質的に等しい設
定電圧とを比較する比較手段、前記組電池の充電の開始からの充電時間を計測するとと
もに所定の充電時間をカウントするタイマ手段、及び前
記組電池の充電開始後の前記所定の充電時間以内に前記
検出電圧が前記設定電圧を超えたとき充電を停止させる
制御手段を備えたニッケル・水素蓄電池の充電制御装
置。
【請求項２】充電開始後の前記所定の充電時間は１分
間である請求項１のニッケル・水素蓄電池の充電制御装
置。
【請求項３】請求項１のニッケル・水素蓄電池におい
て、さらに、ニッケル・水素蓄電池セルの充電中の温度を検出する温
度センサ、前記の温度センサの検出出力に基づき温度の時間的変化
を表わす温度変化率を求める温度変化率演算手段、所定の温度変化率を設定する手段及び前記温度変化率演
算手段によって得られた温度変化率と前記設定された温
度変化率の設定値とを比較する比較手段、ニッケル・水素蓄電池セルの充電中の端子電圧を検出す
る電圧検出手段、前記電圧検出手段の検出電圧と、あらかじめ定められた
前記ニッケル・水素蓄電池の完全充電時の充電電圧とを
比較する比較手段、前記ニッケル・水素蓄電池セルに設けられ、ニッケル・
水素蓄電池セルの内部の圧力である内圧を検出する圧力
センサ、前記内圧をあらかじめ設定された値と比較する比較手
段、及び前記温度変化率が設定値未満であり、かつ電圧
及び内圧がともに設定値以上であるとき充電を停止させ
る制御手段を有するニッケル・水素蓄電池の充電制御装
置。
【請求項４】前記温度変化率が増加中であるとき、内
圧が 0.1 kgf/cm²以上でない場合充電を停止させること
を特徴とする請求項３のニッケル・水素蓄電池の充電制
御装置。
【請求項５】前記温度変化率が増加中であるとき、内
圧が 2 kgf/cm² 以上になると充電を停止させることを
特徴とする請求項３のニッケル・水素蓄電池の充電制御
装置。
【請求項６】請求項１のニッケル・水素蓄電池におい
て、さらに、組電池内の多数のニッケル・水素蓄電池セ
ルを複数の群に分割した各群をモジュールと定義すると
き、各モジュールの両端子間の充電電圧を測定する電圧
検出手段、及び、全モジュールの充電電圧の合計値である総電圧を求め、
組電池の充電電圧と総電圧の差電圧を求め、かつ、前記
差電圧をあらかじめ定められた設定値と比較して、前記
差電圧が設定値以上のとき充電を停止させる制御手段を
有するニッケル・水素蓄電池の充電制御装置。
【請求項７】請求項６のニッケル・水素蓄電池におい
て、さらに、総電圧をモジュールの数で除算して平均モ
ジュール電圧を求め、各モジュールの電圧と平均モジュ
ール電圧との差電圧を求め、その差電圧を所定の設定値
Ｋと比較する制御手段及び前記差電圧が設定値より大き
いときそのモジュール番号を表示する表示手段を有する
ニッケル・水素蓄電池の充電制御装置。
【請求項８】すべてのモジュールのモジュール電圧を
相互に比較しモジュール電圧の最大値と最小値の差が１
ボルト以上のとき充電を停止することを特徴とする請求
項６のニッケル・水素蓄電池の充電制御装置。
【請求項９】請求項３のニッケル・水素蓄電池におい
て、さらに、組電池を構成する複数のニッケル・水素蓄
電池セルの最も温度の高いものの温度と最も温度の低い
ものの温度をそれぞれ検出する温度センサ、及び、両温
度センサの検出値を比較する比較手段を備え、両温度セ
ンサの検出値の差が所定値以上のとき充電を停止させる
制御手段を有するニッケル・水素蓄電池の充電制御装
置。
【請求項１０】組電池を構成するニッケル・水素蓄電
池セルの最も温度の高いものの温度と最も温度の低いも
ののそれぞれのニッケル・水素蓄電池セルの温度を検出
する温度センサ、組電池の置かれた雰囲気温度を検出する温度センサ、及
び前記最も温度の高いモジュールの温度または最も温度
の低いモジュールの温度と前記雰囲気の温度とを比較す
る手段を有し、前記比較結果の温度差が所定値以上のと
き充電を停止することを特徴とする請求項３のニッケル
・水素蓄電池の充電制御装置。
【請求項１１】請求項１のニッケル・水素蓄電池にお
いて、さらに、完全充電後の充電電圧を所定値と比較す
る手段を有し、前記充電電圧が所定値より大きいとき充
電を停止させることを特徴とするニッケル・水素蓄電池
の充電制御装置。