JPH03127467A - 亜鉛―臭素電池の完全放電装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は電気自動車用亜鉛−臭素電池の完全放電制御装
置、特に電池スタックを構成する各セル間における亜鉛
電析状態のばらつきを解消するための亜鉛−臭素電池の
完全放電制御装置に関する。

［従来の技術］ 電解液への溶解度が高く電極反応特性の優れた臭素を正
極活物質とし、亜鉛を負極活物質とする亜鉛−臭素電池
が開発されており、貯蔵・取扱いの容易性や高エネルギ
ー密度など多くの利点から例えば電気自動車用駆動源と
しての期待を集めている。

第３図に特開昭５７−１９９１６７号公報に開示されて
いる一般的な亜鉛−臭素電池の原理構成を示す。

正極１０及び負極１２がそれぞれ配設された正極側反応
槽１４と、負極側反応槽１６との間で電解液１８を介し
て次式で示される電気化学反応が行われる。

（負極）　Ｚ　ｎ”＋　２　ｅ””　＝’　　Ｚ　ｎ放
電 （１） このような亜鉛−臭素電池では、 電解液１８と して臭化亜鉛ＺｎＢｒ２水溶液が用いられ、必要に応じ
て電導変向上剤、臭素錯化剤、デンドライト抑制剤など
が添加される。

充電時には反応槽１４．１６内において前記第１式に→
で示す充電反応が行われて正極１０側では臭素Ｂ　ｒ　
２が生成され電解液１８内に溶解し、他方負極１２側で
は亜鉛Ｚｎが析出し、負極１２上に亜鉛の析出層が形成
されていく。

また、放電時には−で示す前記充電時と逆の反応が行わ
れ、正極１０側では臭素Ｂ　ｒ　２が還元されて臭素イ
オンＢｒ−となって電解液１８中に溶解し、負極１２側
では亜鉛の析出層が酸化されて亜鉛イオンＺｎ２＋とな
って電解液１８中に溶解する。

ここで、上記電気反応が行われる反応槽１４．１６内は
充電時に生成する臭素Ｂ　ｒ　２により自己放電を招く
ことがないようその内部がセパレータ膜２０により分離
されており、該セパレータ膜２０は電解液１８中の各種
イオンは通過させるがこれに溶解する臭素Ｂ　ｒ　２の
透過を阻止することによって自己放電防止作用を果す。

セパレータ膜２０としては、一般にイオン透過膜あるい
は多孔質膜が用いられるが、電池の内部抵抗を小さくす
るという観点からは後者が望ましい。

そして、図示例に示すような電解液循環型の電池におい
ては、充電時における化学反応によって得たエネルギー
を貯蔵するための正極側電解液貯蔵槽２２と負極側電解
液貯蔵槽２４とを含む。

前記正極側電解液貯蔵槽２２は、正極側反応槽１４との
間で配管２６．２８を介して電解液循環経路を形成して
おり、循環経路に設けたポンプ３０によって正極側反応
槽１４内における反応後の正極側電解液１８ａを貯蔵槽
２２へ送り出すと共に、貯蔵槽２２内の電解液１８ａを
反応槽１４に供給する。

ここで、電解液１８内に臭素錯化剤が添加されていると
、充電時に発生した臭素Ｂ　ｒ　２は錯体化され、電解
液１８に不溶な錯体化合物３２となって析出し、該錯体
化合物３２は貯蔵層２２の底部に形成された錯体貯蔵部
３４内に順次沈澱貯蔵されていく。

また、この錯体貯蔵部３４と配管２８とはバルブ３６を
有する錯体供給管３８により接続されており、バルブ３
６は通常開放状態におかれて錯体貯蔵部３４に沈澱した
錯体化合物３２は配管２８を介して正極側反応槽１４へ
送り出される。

また、前記負極側電解液貯蔵槽２４は同様にして負極側
反応槽１６との間で配管４０．４２を介して電解液循環
経路を形成し、循環経路に設けたポンプ４４により負極
側反応槽１６内で反応した負極側電解液１８ｂを貯蔵ｔ
１２４へ送り出すと共に、貯蔵槽２４から新たな電解液
１８ｂを反応槽１６に向は供給する。

このように、亜鉛−臭素電池では貯蔵槽２２゜２４内に
電解液１８を十分貯蔵し、該貯蔵電解液１８を用いて充
電時には前記第１式に示す充電反応を行い、錯体貯蔵部
３２に臭素の錯体化合物を貯蔵し負極１２上に亜鉛の析
出槽を形成して電力を貯蔵する。

第４図にこのような原理を用いて形成される一般的な亜
鉛−臭素電池の電池スタックの分解斜視図を示す。

この電池スタックは、電極フレーム４８とセパレータフ
レーム５０とが交互に多数積層され、その両端がエンド
ブロック５２（図示例では一方のみを示す）により閉止
されてなる。

各電極フレーム４８は、その表及び裏面に正または負極
をなす電極部４８ａが形成され、セパレータフレーム５
０を介して両側に位置する電極フレーム４８の一方の電
極部４８ａが正極、そして他方の電極部４８が負極を形
成するように構成されている。他方、セパレータフレー
ム５２にはセパレータ膜５０ａが担持されている。

そして、一方の電極部４８ａとセパレータ膜５０ａの片
面との間の空間が一方の反応槽を形成し、セパレータ膜
５０ａの他方の面と次の電極部４８ａとの間の空間が他
側の反応槽を形成し、これらによって電池スタックの基
本機能単位であるセルが構成されている。

そして、この電池スタックのエンドブロック５２を含む
全セルを貫通して正及び負極側反応槽に連通する供給側
共通マニホールド５３及び排出側共通マニホールド５４
が形成されている。

従って、各電解液貯蔵槽から供給される電解液１８は、
各供給側共通マニホールド５３を経て各セパレータフレ
ーム５０に形成されたチャンネル５０ｂを通り、そのセ
パレータ膜５０ａとの接続部に形成された整流板５０ｃ
によって各反応槽内にまんべんなく平均して導かれて所
定の化学反応に供された後、排出側供給マニホールド５
４を通って再び電解液貯蔵槽に帰還することになる。

以上のように構成される亜鉛−臭素電池では、１セルが
約１．６〜１．８Ｖの電圧を持ち、電池スタックは６０
のセルが積層されて成る略１００■／スタツクのものが
通常使用されている。

しかし、負荷として用いられるモータの種類等によって
は更に高い電圧が要求されることがある。

この場合、１スタツクのセル数を増加させるとこれに伴
いシャント電流も増大するという弊害を避けられない。

このため、複数の電池スタックを直列に接続するという
方法が採用される。

ところが、このように電池スタックを複数個接続して充
放電作用を繰り返していくうちに各スタック電極表面上
における亜鉛の電析状態が乱れ、これがセパレータ膜２
０を破損させたり電解液１８の質を劣化されるなどの問
題を引き起し結果的に電池寿命を縮めてしまうという問
題があった。

このような問題に対処するため、電池非使用状態で電池
容量をゼロにする完全放電を定期的に行って析出されて
いる亜鉛を消費し尽くす必要があり、その際の完全放電
装置として実開昭６２−１４４０６６号公報等では第５
図に示す回路が採用されていた。

図において、電気自動車に搭載され車両駆動用電源とし
て機能する複数個直列接続された亜鉛−臭素電池のスタ
ック５６ａ、５６ｂ、・・・　５６ｎの両端が負荷抵抗
器５８に接続され完全放電作用が行われる。

［発明が解決しようとする課題］ ここで、上記第５図のような回路で完全放電を行わせる
場合、全ての電池スタック５６の放電容量、その他の特
性が同じであれば問題はないが完全に同一とするのは難
しい。

そして、この特性がスタック相互で相違している場合に
は、第６図の実線で示す電池システム全体の電圧及び二
点鎖線で示す電池システム全体の放電電流がＯに収束し
て見掛上完全放電作用が終了しているにも拘らず、−の
電池スタックは一点鎖線で示すような容量を残存させた
ままの不完全放電状態に陥り、また他の電池スタックは
逆充電されて負の電圧が印加されてしまっているという
ような事態が生じる。

ここで、上記逆充電作用は負極（亜鉛極）側での臭素の
発生をもたらし、次に充電する際に電析される亜鉛とこ
の臭素とが反応（自己放電）して放電容量の低下を引き
起こす。ところが、逆充電される電池スタックはもとも
と放電容量の少ない側の電池に限られており、この結果
電池間の容量差が一層拡大してしまう。

従って、このような直列接続による放電方法には、その
特性が均一な電池のみを選択して使用しなければならな
かった。

本発明は上記従来の課題に鑑みなされたものであり、そ
の目的は不完全放電や逆充電を引き起こすことなく複数
の全電池スタックを確実に放電を完了させ得る亜鉛−臭
素電池の完全放電装置を提供することにある。

［課題を解決するための手段］ 上記目的を達成するために本発明は、放電抵抗を各電池
スタックに対応した複数の抵抗子から構成し、前記各電
池スタックと対応する各抵抗子とをそれぞれ同峙に接続
する多極コネクタ手段を備え、各電池スタック毎に放電
抵抗を接続して逆充電を防止したことを特徴とする。

［作用］ 従って本発明によれば、完全放電実施時には各電池スタ
ックのそれぞれが多極コネクタ手段により個別に放電抵
抗に接続されるので、各スタックはスタック相互間の放
電容量差にかかわりなく、それぞれ異なる放電電流をも
って完全にその電池容量が消費し尽くされるまで滞りな
く放電が行われるので、複数のスタックからなる電池シ
ステムとしての放電が終了しているのにもかかわらず個
々のスタックに残存電圧が生じたり、逆充電が行われる
などの不完全放電の発生は未然に回避される。

［実施例］ 以下、図面に基づき、本発明の好適な実施例を説明する
。

第１図に本発明装置の回路構成を示す。図において、亜
鉛−臭素電池スタック５４ａ、６４ｂ。

・・・、６４ｎは、直列接続されており、その両端部の
端子６６．６８は図示しない電気自動車用モータなど通
常の負荷に接続される。

そして、図示例において、各電池スタック６４間には、
更に中間端子７　Ｑ　ａ、　　７０　ｂ、　　・・・７
０ｎ（が設けられている。通常の電池使用時（充放電、
車両走行時等）では、これら中間端子７０は開放されて
おり、これらは多極コネクタ７２に接続されている。

以上の各構成要素は電気自動車に搭載されている。他方
車外に設置された完全放電用負荷抵抗器７４が中間端子
７６　ａ、　　７６　ｂ、　−、７６ｎ−１により、電
池スタック６４の数と等しく分割されてそれぞれ対応す
る抵抗子７４ａ、７４ｂ、・・・、７４ｎ−１を構成し
ており、該中間端子の他端が他側の多極コネクタ７８に
接続されている。

この結果、前記両コネクタ７２と７８とを接続すること
によって、各電池スタック６４ａ、６４ｂ、・・・、６
４ｎ−１毎に専用の放電抵抗子７４ａ。

７４ｂ、・・・、７４ｎ−１が接続されることとなり、
電池スタック６４と放電抵抗子７４とが１対１で対応し
た状態で独立的にそれぞれ叉なる放電電流をもって放電
作用が進められることとなる。

なお、上記両多極コネクタ７２．７８は、例えばプラグ
−コンセント型式の構造を採ることが好適である。

従って、各電池スタック６４相互の放電容量が不均一で
あっても何ら影響なく、それぞれのスタックが滞りなく
放電を完了するまで放電作用が遂行されることとなる。

この結果、各電池スタック６４の電圧及び電流は、第２
図に示すような経時変化を呈しく図示例では、電池２個
の場合を示す）、各電池スタック６４は、放電完了まで
の使用時間が異なるだけで、最終的には全て放電を完了
でき、不完全放電や、逆充電等の不都合な事態を確実に
回避され得る。

［発明の効果］ 以上説明したように本発明によれば、多極コネクタ手段
を用いて各電池スタックに対応した放電抵抗子を接続す
る構成としたので、完全放電及び逆充電の恐れは全スタ
ックにおいて消滅するので、多少放電容量の異なる電池
スタックであっても問題なく直列接続の電池システムに
適応し得る。

更に、繰り返し充放電時の亜鉛電析の不均一さからくる
電池間の放電容量差に対する許容レベルが広がるので、
定期的に行わなければならない完全放電作業の頻度を低
減させ得る。

更に、多極コネクタを接続するというワンタッチ操作で
確実に完全放電を行わせることができるので、従来のよ
うに車載状態にある電池スタック間に放電容量差が発生
した場合でも、電池を降ろして各スタック順に放電を完
了させるという面倒な手間が不要となる。

加えて、実質的な従来装置へ中間端子を増設するだけの
設計変更ですみ、極めて簡単に対応できるという効果が
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明装置の回路構成図、 第２図は、第１図に係る装置の端子電圧及び放電電流と
放電時間との関係を示すグラフ図、第３図は、従来の亜
鉛−臭素電池の原理構成図、第４図は、第３図に係る電
池のスタックを分解斜視図で示した図、 第５図は、従来の完全放電装置を示す構成図、第６図は
第５図に係る装置の端子電圧及び放電電流と放電時間と
の関係を示すグラフ図である。 ６４　・・・　電池スタック ７２゜ ７ ８　・・・　多極コネクタ手段 放電抵抗 中間端子

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 直列接続された複数の電池スタックを電池非使用時に放
   電抵抗を介して短絡させ、完全放電を行う亜鉛−臭素電
   池の完全放電装置において、前記放電抵抗を各電池スタ
   ックに対応した複数の抵抗子から構成し、前記各電池ス
   タックと対応する各抵抗子とをそれぞれ同時に接続する
   多極コネクタ手段を備え、 各電池スタック毎に放電抵抗を接続して逆充電を防止し
   たことを特徴とする亜鉛−臭素電池の完全放電装置。