JPH03127468A - 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】 ［産業上の利用分野コ 本発明は電気自動車用亜鉛−臭素電池の完全放電装置、
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。

（正極）２Ｂｒ　　　　＝　Ｂｒ２＋２ｅ（負極）Ｚｎ
２”＋’：１ｅ−＝　Ｚｎ放電　　　　０．。

（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、必要に応じて電導度
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Ｊｅ１４と
の間で配管２６．２８を介して電解液循環経路を形威し
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を貯蔵槽
２４へ送り出すと共に、貯蔵槽２４から新たな電解液１
８ｂ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
側の反応槽を形威し、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ずる供給側
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［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、］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の質を劣化させるなどの問
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ＳＩで示す電池システム全体の電圧及
び二点鎖線Ｓ２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Ｓ３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
池スタックは破線Ｓ４で示されるように逆充電されて負
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、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、前記各電池スタックを直列接続状態または並
列接続状態に切り替える切替リレーを備え、完全放電時
に各電池スタックを並列接続状態で放電抵抗に接続する
ことにより逆充電の発生を防止したことを特徴とする。

［作用］ 以上の如く構成される本発明装置によれば、完全放電の
実施時に複数の各電池スタックが放電抵抗に対して並列
に接続され、それぞれは互いに独立して放電抵抗を負荷
として相互の影響を受けることなく独自の放電電流をも
って完了するまで放電が滞りなく行われる。

また、各電池スタックは負荷である放電抵抗に対して一
方的に放電していくのみであり、逆充電される恐れは解
消する。

［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−臭素電池の複数の電池スタック６４
　ａ　ｓ　６４　ｂ　％　・・・６４　ｎの各十／一端
子は、切替リレー６６を介して互いに接続されている。

この電池システム全体としての出力端子６８が端子８１
側に接続された場合には、切替リレー６６の端子６７が
各電池スタックから導出された端子６９と接続され、こ
の結果電池スタック６４ａ〜６４ｎは全て直列接続の状
態で作動して端子８２に接続されたモータ等の負荷が駆
動されることになる。

そして、前述したように電極上に析出した亜鉛を除夫す
るために定期的に実施される完全放電時には端子６８は
端子８３側に切替えられ、両出力端子６８間に完全放電
用負荷抵抗器７２及び切替リレー用電源７４（車両用補
機電池を用いた常設回路でもよい）が接続され、完全放
電スイッチ６５をオンしてコイル７６に通電することに
より、切替リレー６６内の端子６９は全て端子７１側に
接続されることとなり、端子６８間より見ると電池スタ
ック６４ａ〜６４ｎは並列接続に切り替わることとなる
。

従って、各電池スタック６４相互に放電容量に多少の差
があったとしても、それぞれ個別に放電作用が行われる
ので、逆充電の生じる恐れは完全に解消される。２個の
電池スタック６４を並列接続した場合の電池システム全
体（Ｓｌ）及び２個の電池スタック（Ｓ３、Ｓ４）の端
子電圧及び放電電流と時間との関係を第２図にグラフで
示す。

図より明らかなように、本発明によれば、電池スタック
６４相互の電圧及び放電電流に相異があったとしても最
終的には各スタックの端子電圧は全てゼロに収束し、い
ずれかの電池スタック６４の容量が残存したり逆充電さ
れるという事態は生しない。

なお、図示例においては切替リレー６６の切替動作途中
でスタック６４の放電作用が始まってしまう危険を回避
して完全に切替作用が完了した後で放電が行われるよう
遅延回路７８を設け、完全放電スイッチをオンすること
により切替リレー６６は直ちに作動するが、負荷抵抗器
のコンタクタ８０は前記遅延回路７８により所定時間遅
れてオンされるよう構成されている。

［発明の効果］ 以上説明したように本発明装置によれば、完全放電時に
切替リレーにより複数の電池スタックを放電抵抗に対し
て並列接続状態に切替えるよう構成したので、全ての電
池スタックが完全放電不足あるいは逆充電される恐れが
なくなり、多少放電容量の異なる電池スタックであって
も問題なく電池直列システムに適応可能である。

また、繰返し充放電時における亜鉛Ｍｈの不均一さから
くる電池間の放電容量差に対し許容レベルが広がり完全
放電を実施する頻度を低減させ得る。

更に、車両に搭載しである電池スタック間に放電容量差
が発生した場合でも従来では電池を下して個々に完全放
電を行わせる必要があったが、本発明によれば搭載状態
のままで完全放電作用を実行可能であり、メンテンス作
業が著しく容易化される。

【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図は本発明装置による電池スタック及び電池システ
ムの端子電圧及び放電電流と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
従来の亜鉛−臭素電池の電池スタックの分解斜蜆図、 第５図は従来の完全放電装置の構成図、第６図は第５図
に係る装置の完全放電時における端子電圧及び放電電流
と峙間との関係を示すグラフ図である。 ４ ６ ２ ４ ８ 電池スタック 切替リレー 負荷抵抗器 電源 遅延回路

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、前記各電池スタックを直列
   接続状態または並列接続状態に切り替える切替リレーを
   備え、 完全放電時に各電池スタックを並列接続状態で放電抵抗
   に接続することにより逆充電の発生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。