(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
アルカリ系電池（１１）を充電する充電手段（６０、７０）と、
前記アルカリ系電池の近傍に配設されたダミー熱容量体（２０）と、
前記アルカリ系電池の温度を検出する第１温度センサ（３０）と、
前記ダミー熱容量体の温度を検出する第２温度センサ（４０）と、
前記第１及び第２の温度センサの各検出温度の差が前記アルカリ系電池の充電完了を表す所定値になるまで前記アルカリ系電池を充電するように前記充電手段を制御する制御手段（１１２、１２０）とを備えたアルカリ系電池の充電装置。
【請求項２】
アルカリ系電池（１１）を充電する充電手段（６０、７０）と、
前記アルカリ系電池の近傍に配設されたダミー熱容量体（２０）と、
前記アルカリ系電池の温度を検出する第１温度センサ（３０）と、
前記ダミー熱容量体の温度を検出する第２温度センサ（４０）と、
前記第１及び第２の温度センサの各検出温度の差の変化率が前記アルカリ系電池の充電完了を表す所定変化率になるまで前記アルカリ系電池を充電するように前記充電手段を制御する制御手段（１１２、１２０）とを備えたアルカリ系電池の充電装置。
【請求項３】
前記アルカリ系電池と前記ダミー熱容量体との間に介装された断熱部材（２１）を備えることを特徴とする請求項１又は２に記載のアルカリ系電池の充電装置。
【請求項４】
前記ダミー熱容量体がアルカリ系電池であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一つに記載のアルカリ系電池の充電装置。
【請求項５】
前記ダミー熱容量体が電気自動車やハイブリッド車の補器用２次電池であるあることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一つに記載のアルカリ系電池の充電装置。
【請求項６】
前記アルカリ系電池はニッケル−水素電池であり、
冷却手段は、前記制御手段の制御中において、前記ニッケル−水素電池の温度を良好な充電効率を維持できる所定温度範囲内に維持するように、前記第１温度センサの検出温度に応じて当該ニッケル−水素電池を冷却することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一つに記載のアルカリ系電池の充電装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電気自動車やハイブリッド車その他各種の産業機器用アルカリ系電池の充電装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、例えば、電気自動車が、省エネルギー化や排気ガス規制等の観点から、注目を集めている。この電気自動車には複数個の電池が直列に接続され積まれている。
上記電池としては、ニッケル−水素電池が有利である。これは、ニッケル−水素電池が鉛電池に比べて高エネルギ−密度を有するためである。
【０００３】
ニッケル−水素電池を充電器により充電する場合、このニッケル−水素電池の充電効率は、当該ニッケル−水素電池の充電末期において、悪化する。このため、ニッケル−水素電池の温度が上昇する。
これに対しては、ニッケル−水素電池の温度上昇を検知することで、当該ニッケル−水素電池の満充電か否かの判定を行い、充電器による充電を停止する方法がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、このようにニッケル−水素電池の温度を用いて充電制御を行うとき、このニッケル−水素電池の充電開始時の温度によって、当該ニッケル−水素電池の満充電と判定するニッケル−水素電池の温度が異なってくる。
このため、ニッケル−水素電池の充電制御を行うときには、このニッケル−水素電池の充電開始時の温度によって満充電と判定するニッケル−水素電池の温度をも変えなければならない。
【０００５】
これに対しては、次の２つの方法が知られている。
第１の方法としては、ニッケル−水素電池の温度の時間的変化率（ｄＴ／ｄｔ）を用い、この変化率（ｄＴ／ｄｔ）が閾値を超えたときに、ニッケル−水素電池の充電を停止する制御を行う方法である。
この方法では、ニッケル−水素電池の充電開始時の温度に関係なく、ニッケル−水素電池の充電末期には（ｄＴ／ｄｔ）の値が大きくなるため、（ｄＴ／ｄｔ）を用いると、ニッケル−水素電池の充電開始時の温度の絶対値に関係なく制御を行うことができる。
【０００６】
また、第２の方法としては、ニッケル−水素電池の温度から環境温度を引いた値ΔＴを用い、ΔＴが閾値を超えた場合に、当該ニッケル−水素電池の充電を停止する制御を行う方法である。
この方法では、環境温度でニッケル−水素電池の温度を補正しているため、ニッケル−水素電池の充電開始時の温度の絶対値に関係なく制御を行うことができる。
【０００７】
しかし、上記ニッケル−水素電池が高温になると、このニッケル−水素電池の充電効率が非常に低下したり、或いは、ニッケル−水素電池の自己放電量が大きくなったりする。
例えば、図７にて示すように、ニッケル−水素電池（定格容量１００Ａｈ）の放電可能容量は、４０℃以上になると急激に減少する。
【０００８】
このため、ニッケル−水素電池の充電時には、当該ニッケル−水素電池の温度は、高温（４０℃）に達しないように制御することが好ましい。また、車載のニッケル−水素電池は、夏期には、高温にさらされることも多いため、ニッケル−水素電池の温度が高いときには、ファン等の冷却装置によりニッケル−水素電池の温度を下げる必要がある。
【０００９】
しかし、上記第１の方法では、ニッケル−水素電池の環境温度の変化による当該ニッケル−水素電池の温度の変化と、このニッケル−水素電池の充電による温度の変化との間の区別を行うことができないため、ニッケル−水素電池の充電を、満充電でないにもかかわらず、止めてしまうという不具合が生ずる。
また、上記第２の方法では、ニッケル−水素電池の熱容量は大きいため、このニッケル−水素電池の環境温度の変化に対し、ニッケル−水素電池の温度の変化は遅い。従って、ニッケル−水素電池の環境温度では適切な補正ができない。例えば、ニッケル−水素電池の充電中に急に環境温度が低下した場合、ニッケル−水素電池の温度とその環境温度との差ΔＴが見かけ上大きくなって、当該ニッケル−水素電池の充電を止めてしまうという不具合が生ずる。
【００１０】
そこで、本発明は、以上のようなことに対処するため、アルカリ系電池の環境温度が急激に変化しても、このアルカリ系電池の充電による発熱温度をダミー熱容量体の温度で精度よく補正することで、アルカリ系電池の適切な充電を可能とする充電装置を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記の課題の解決にあたり、請求項１に記載の発明によれば、ダミー熱容量体は、充電手段により充電されるアルカリ系電池の近傍に配設されている。
そして、制御手段は、アルカリ系電池に対する第１温度センサの検出温度及びダミー熱容量体に対する第２温度センサの検出温度の差がアルカリ系電池の充電完了を表す所定値になるまでアルカリ系電池を充電するように、充電手段を制御する。
【００１２】
ここで、アルカリ系電池と同一の環境温度下に置かれたダミー熱容量体の温度は、アルカリ系電池の充電時にも環境温度により変化する温度である。従って、上記両検出温度の差は、アルカリ系電池の充電による発熱のみの影響を受けて増大することとなる。
よって、上記両検出温度の差は、ダミー熱容量体の温度により、環境温度の変化の影響をキャンセルするように精度よく補正される。これにより、環境温度が急激に変化しても、上記両検出温度の差が上記所定値になるまでアルカリ系電池を充電することで、このアルカリ系電池は、確実に十分に充電され得る。
【００１３】
また、請求項２に記載の発明によれば、ダミー熱容量体は、充電手段により充電されるアルカリ系電池の近傍に配設されている。
そして、制御手段は、アルカリ系電池に対する第１温度センサの検出温度及びダミー熱容量体に対する第２温度センサの検出温度の差がアルカリ系電池の充電完了を表す所定変化率になるまでアルカリ系電池を充電するように、充電手段を制御する。
【００１４】
このように、請求項１にて述べた所定値に代えて所定変化率を用いてアルカリ系電池を充電するようにしても、請求項１と同様の作用効果を達成できる。
ここで、請求項３に記載の発明によれば、断熱部材が、アルカリ系電池とダミー熱容量体との間に介装されている。
これにより、アルカリ系電池とダミー熱容量体との間の相互の熱伝達が確実に遮断されるので、請求項１又は２に記載の発明の作用効果をより一層向上させ得る。
【００１５】
また、請求項４に記載の発明のように、ダミー熱容量体がアルカリ系電池であっても、請求項１乃至３のいずれか一つに記載の発明と同様の作用効果を達成できる。
また、請求項５に記載の発明のように、ダミー熱容量体が電気自動車やハイブリッド車の補器用２次電池であれば、別途、ダミー熱容量体を新たに準備する必要がなくなる。
【００１６】
また、請求項６に記載の発明によれば、アルカリ系電池はニッケル−水素電池である。また、冷却手段は、制御手段の制御中において、ニッケル−水素電池の温度を、良好な充電効率を維持できる所定温度範囲内に維持するように、第１温度センサの検出温度に応じて当該ニッケル−水素電池を冷却する。
これにより、ニッケル−水素電池の充電効率を高く維持維持しつつ請求項１乃至５のいずれか一つに記載の発明の作用効果を達成できる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。
図１は本発明に係る充電装置が電気自動車の駆動源用電池回路１０に適用された例を示す。
この電池回路１０は当該電気自動車に搭載してなるもので、当該電池回路１０は、複数のアルカリ系電池１１を直列接続して構成されている。
【００１８】
当該充電装置は、アルカリ系電池１１と同様の電池からなるダミー電池２０を備えており、このダミー電池２０は、電池回路１０の近傍にて当該電気自動車に搭載されている。これにより、ダミー電池２０は、電池回路１０の環境温度と同一の環境温度領域におかれる。但し、ダミー電池２０は、電池回路１０の充電時には、電池回路１０と電気的に接続されておらず、充放電も行わない。
【００１９】
ここで、電池回路１０及びダミー電池２０の配置構成を図２に基づいて詳細に説明すると、複数のアルカリ系電池１１が、図２にて示すごとく、当該電気自動車の適所に配設されている。また、ダミー電池２０は、図２にて示すごとく、Ｌ字状の断熱板２１を介し、その近傍の両アルカリ系電池１１に隣接して配置されている。
【００２０】
なお、電池回路１０と同様の熱容量及び熱伝導率を有する熱容量体でもって、ダミー電池２０を代用してもよい。
また、当該電気自動車の１２Ｖの補機用２次電池でもってダミー電池２０を代用してもよい。これにより、ダミー電池２０を別途新たに準備する必要がなくなる。また、断熱板２１は、一般に断熱部材であればよい。
【００２１】
また、当該充電装置は、両温度センサ３０、４０を備えている。温度センサ３０は、電池回路１０に配設されており、この温度センサ３０は、電池回路１０の温度を検出する。温度センサ４０はダミー電池２０に配設されており、この温度センサ４０は、ダミー電池２０の温度を検出する。
なお、具体的には、両温度センサ３０、４０は、その各端子３１、４１にて、ニッケル−水素電池１１の差し込み穴部１１ａ及びダミー電池２０の差し込み穴部２０ａに差し込まれることで、電池回路１０及びダミー電池２０に配設されている（図２参照）。
【００２２】
マイクロコンピュータ５０は、図３にて示すフローチャートに従い、コンピュータプログラムを実行し、この実行中において、両温度センサ３０、４０の各検出温度に基づき、充電器７０に接続した駆動装置６０を駆動するための演算処理をする。なお、上記コンピュータプログラムはマイクロコンピュータ５０のＲＯＭに予め記憶されている。
【００２３】
駆動装置６０は、マイクロコンピュータ５０による制御を受けて充電器７０の作動を制御する。これにより、充電器７０は、その作動により、電池回路１０の充電を行う。
制御装置８０は、空冷ファン９０の電池回路１０に対する空冷作用を制御する。空冷ファン９０は、その作動により、電池回路１０を空冷する。なお、空冷ファン９０に限ることなく、各種の冷却手段により電池回路１０を冷却するようにしてもよい。
【００２４】
このように構成した本実施形態において、マイクロコンピュータ５０が図３のフローチャートに従いコンピュータプログラムの実行を開始する。
すると、ステップ１００において、温度センサ３０の検出温度（以下、電池温度Ｔｂという）及び温度センサ４０の検出温度（以下、ダミー温度Ｔｄという）がマイクロコンピュータ５０に入力される。
【００２５】
ついで、ステップ１１０において、電池温度Ｔｂが４０℃以上であれば、ＮＯとの判定がなされる。そして、ステップ１１１において、電池回路１０の充電が待機状態におかれる。これは、図７にて示すごとく、ニッケル−水素電池１１の放電可能容量は、電池回路１０の環境温度、即ち、充電環境温度が４０℃以上にて急激に低下するためである。
【００２６】
一方、電池温度Ｔｂが４０℃未満の場合には、ステップ１１０における判定がＹＥＳとなり、ステップ１１２おいて、駆動回路６０に対し充電器７０の作動指令が出力される。これに伴い、充電器７０が駆動回路６０により駆動されて作動し電池回路１０の充電を開始する。
ついで、ステップ１１３において、ステップ１００における電池温度Ｔｂ及びダミー温度Ｔｄに基づき温度差（Ｔｂ−Ｔｄ）が演算される。
【００２７】
そして、ステップ１２０において、温度差（Ｔｂ−Ｔｄ）が１０℃以下であれば、ＮＯとの判定がなされる。以後、ステップ１００乃至ステップ１２０を循環する演算処理が温度差（Ｔｂ−Ｔｄ）＞１０℃となるまで繰り返される。また、この繰り返しの演算処理の間、充電器７０による電池回路１０の充電が継続される。
【００２８】
このように、電池回路１０の充電が温度差（Ｔｂ−Ｔｄ）＞１０℃となるまでに限られるのは、図７にて示すニッケル−水素電池１１の特性にみられるように、温度差（Ｔｂ−Ｔｄ）が１０℃を超えると、ニッケル−水素電池１１の放電可能容量は極端に低下していくからである。また、ニッケル−水素電池１１は１０℃近辺で満充電となることも考慮されている。
【００２９】
また、上記充電過程においては、制御装置８０が、温度センサ３０の検出温度（電池温度Ｔｂ）に基づき、電池回路１０の温度が所定の許容範囲（４０℃以下の範囲）内になるように空冷ファン９０の空冷作動を制御する。
これは、図７にて示すように電池温度Ｔｂが４０℃以上となると、ニッケル−水素電池１１の充電効率の大幅な低下により、このニッケル−水素電池１１の放電可能容量が著しく低下することを考慮して、ニッケル−水素電池１１の温度を充電時には４０℃以下に維持することで、ニッケル−水素電池１１の充電効率を十分に高く維持しようとするためである。
【００３０】
しかして、ステップ１２０における判定がＹＥＳとなると、ステップ１２１において、充電停止指令が駆動回路６０に出力される。これに伴い、充電器７０の充電作動が駆動回路６０により停止される。
以上説明したように、ダミー電池２０は、電池回路１０、即ちニッケル−水素電池１１と同一の環境温度領域に置かれており、ニッケル−水素電池１１の充電時にも、充放電しない。このため、ダミー電池２０の温度は、ニッケル−水素電池１１の充電時にも、環境温度のみにより変化する温度である。
【００３１】
従って、温度差（Ｔｂ−Ｔｄ）は、ニッケル−水素電池１１の充電による発熱のみの影響を受けて増大することとなる。
よって、温度差（Ｔｂ−Ｔｄ）は、ダミー電池２０の温度により、環境温度の変化の影響をキャンセルするように精度よく補正される。これにより、環境温度が急激に変化しても、温度差（Ｔｂ−Ｔｄ）が１０℃になるまでニッケル−水素電池１１を充電することで、このニッケル−水素電池１１は、確実に十分に充電され得る。
【００３２】
この場合、断熱板２１がニッケル−水素電池１１とダミー電池２０との間を断熱しているから、ニッケル−水素電池１１及びダミー電池２０の間の相互の温度による影響が生ずることがない。
このため、ステップ１１０、１２０における判定が精度よく行える。その結果、上記温度差（Ｔｂ−Ｔｄ）の補正が精度よくなされる。よって、ニッケル−水素電池１１の満充電が確実に行える。
【００３３】
また、上述のごとく、温度センサ３０の検出温度に応じ空冷ファン９０を用いて電池回路１０の温度を上述のごとく所定の許容範囲内に維持するから、ニッケル−水素電池１１の充電を効率よく行える。
ちなみに、上記実施形態における電池回路１０のニッケル−水素電池１１を完全放電した後にこのニッケル−水素電池１１の充電を行ったところ、図４にて示すようなデータが得られた。
【００３４】
図４は、ニッケル−水素電池１１に充電時における電池温度Ｔｂ、ダミー温度Ｔｄ及び電池回路１０及びダミー電池２０の環境温度（以下、環境温度Ｔｋという）の時間的変化を各グラフＬ１、Ｌ２及びＬ３により示す。
但し、環境温度Ｔｋが急激に変化したときの影響を調べるために、環境温度Ｔｋを２０℃から４０℃までをサイクル的に変化させた。
【００３５】
図４によれば、電池温度Ｔｂ及びダミー温度Ｔｄは環境温度Ｔｋの影響を受けていることが分かる。
また、図４のデータに基づき、温度差（Ｔｂ−Ｔｄ）（以下、温度差ΔＴｄという）及び電池温度Ｔｂと環境温度Ｔｋとの差（以下、温度差ΔＴｋ＝（Ｔｂ−Ｔｋ）という）を求めたところ、図５にて示すごとく、グラフＭ１及びグラフＭ２としてそれぞれ得られた。
【００３６】
これによれば、温度差ΔＴｋは環境温度Ｔｋの影響を大きく受け大きく変動する。一方、温度差ΔＴｄでは、環境温度Ｔｋの影響がキャンセルされて、ニッケル−水素電池１１の充電末期では電池温度Ｔｂが滑らかに上昇していることが分かる。
例えば、温度差ΔＴｄが１０℃になった時に、ニッケル−水素電池１１の満充電と判断して充電を停止するように制御すると、温度差ΔＴｋを用いた場合には、図５にて図示点Ｅ（約９０％充電時）で充電が停止することがわかる。
【００３７】
なお、本明細書の従来の技術で述べた第２の方法ではこの温度差ΔＴｋを用いることとなるが、温度差ΔＴｋを充電制御に用いた場合には環境温度Ｔｋの影響によって誤作動することがある。
一方、温度差ΔＴｄを用いた場合には、図５にて図示点Ｆ（約１００％充電時）で充電が停止することが分かる。
【００３８】
上記実施形態では、電池回路１０の充電制御に温度差ΔＴｄを用いることで、電池回路１０の充電は、環境温度Ｔｋが変動してもその影響を受けにくく、充電の影響による温度上昇を見分けられ、適確に充電を行うことができる。
なお、充電を停止する温度差ΔＴｄは電池により異なる値であり、満充電に制御できるように設定すればよい。ニッケル−水素電池１１では、上述のごとく、温度差（Ｔｂ−Ｔｄ）＝１０℃付近で満充電となる。
【００３９】
次に、上記実施形態の変形例につき図６に基づき説明する。
この変形例では、図３のステップ１１３において、温度差ΔＴｄ＝（Ｔｂ−Ｔｄ）に代えて、温度差ΔＴｄの時間的変化率｛ｄ（ΔＴｄ）／ｄｔ｝が演算される。また、ステップ１２０において、温度差（Ｔｂ−Ｔｄ）に代えて、温度差ΔＴｄの時間的変化率｛ｄ（ΔＴｄ）／ｄｔ｝或いは温度差ΔＴｋの時間的変化率｛ｄ（ΔＴｋ）／ｄｔ｝が採用される。そして、｛ｄ（ΔＴｄ）／ｄｔ｝＞１０（℃／分）或いは｛ｄ（ΔＴｋ）／ｄｔ｝＞１２（℃／分）が判定される。
【００４０】
これによっても、上記実施形態と同様の作用効果を達成できる。
ちなみに、温度差ΔＴｋの時間的変化率｛ｄ（ΔＴｋ）／ｄｔ｝及び温度差ΔＴｄの時間的変化率｛ｄ（ΔＴｄ）／ｄｔ｝と、ニッケル−水素電池１１の定格容量での充電容量（％）との関係を調べたところ、図６にて示すデータが得られた。
【００４１】
図６において、グラフＱ１は、時間的変化率｛ｄ（ΔＴｋ）／ｄｔ｝と充電容量との関係を示し、グラフＱ２は、時間的変化率｛ｄ（ΔＴｄ）／ｄｔ｝と充電容量との関係を示す。
これによれば、変化率｛ｄ（ΔＴｄ）／ｄｔ｝は変化率｛ｄ（ΔＴｋ）／ｄｔ｝に比較して環境温度Ｔｋの影響を受けにくいことが分かる。
【００４２】
例えば、温度差の時間的変化率が１２（℃／分）となったときに、ニッケル−水素電池１１の充電を停止するように制御する場合、変化率｛ｄ（ΔＴｋ）／ｄｔ｝を採用した場合、図６にて図示点Ｇ（約５％充電時）でニッケル−水素電池１１の充電が停止してしまい、変化率｛ｄ（ΔＴｋ）／ｄｔ｝の変動が大きいため充電制御に用いるには不適である。一方、変化率｛ｄ（ΔＴｄ）／ｄｔ｝を採用した場合、図６にて図示点Ｈ（約１０３％充電時）でニッケル−水素電池１１の充電が停止するため誤作動する可能性は比較的小さい。
【００４３】
従って、ステップ１２０では、変化率｛ｄ（ΔＴｋ）／ｄｔ｝ではなく、変化率｛ｄ（ΔＴｄ）／ｄｔ｝を採用することがより望ましい。
なお、本発明の実施にあたり、ニッケル−水素電池１１とは異なるアルカリ系電池を電池回路１０に採用した場合に、このアルカリ系電池の充電効率が温度の上昇により余り低下しなければ、空冷ファン９０は廃止してもよい。
【００４４】
また、本発明の実施にあたり、電気自動車に限ることなく、ハイブリッド車や各種の産業機器に採用されるニッケル−水素電池に本発明を適用して実施してもよい。この場合、ニッケル−水素電池に限ることなく、一般的にアルカリ系電池であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態を示すブロック図である。
【図２】図１の電池回路及びダミー電池の配設状態を示す斜視図である。
【図３】図１のマイクロコンピュータの作用を示すフローチャートである。
【図４】各温度Ｔｂ、Ｔｄ及びＴｋの時間的変化を示すグラフである。
【図５】各温度差ΔＴｄ及びΔＴｋの時間的変化を示すグラフである。
【図６】上記実施形態の変形例を説明するための温度差の変化率｛ｄ（ΔＴｋ）／ｄｔ｝、変化率｛ｄ（ΔＴｄ）／ｄｔ｝とニッケル−水素電池の充電容量との関係を示すグラフである。
【図７】ニッケル−水素電池の充電時の環境温度と放電可能容量との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１０…電池回路、１１…ニッケル−水素電池、２０…ダミー電池、
２１…断熱板、３０、４０…温度センサ、５０…マイクロコンピュータ、
６０…駆動装置、７０…充電器。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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