JPH041996B2 - - Google Patents

Info

Publication number
JPH041996B2
JPH041996B2 JP57095598A JP9559882A JPH041996B2 JP H041996 B2 JPH041996 B2 JP H041996B2 JP 57095598 A JP57095598 A JP 57095598A JP 9559882 A JP9559882 A JP 9559882A JP H041996 B2 JPH041996 B2 JP H041996B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
cells
cell
battery
parasitic
current
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
JP57095598A
Other languages
English (en)
Other versions
JPS57212784A (en
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed filed Critical
Publication of JPS57212784A publication Critical patent/JPS57212784A/ja
Publication of JPH041996B2 publication Critical patent/JPH041996B2/ja
Granted legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/44—Methods for charging or discharging
    • H01M10/441—Methods for charging or discharging for several batteries or cells simultaneously or sequentially
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)
  • Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は一般的に電気化学エネルギ蓄電装置、
特に共通電解質を有する多セル２次バツテリに関
する。
本発明は電気的に直列に接続された複数個のセ
ルおよびセルと連絡する共通電解質を有する２次
バツテリ内の寄生電流の効果を最少限とするもの
である。寄生電流とはセルを連接する電解質回路
網により生じる導電径路内を流れる電流である。
循還電解質を有するバツテリの場合、これらの電
解質接続には電解質をセルから容器に戻す導管の
みならず容器からセルへ供給する導管も含まれ
る。導管はバツテリセルの両端間に接続された分
路抵抗器として働き、その効果は制限された電流
が流れてセルを放電させることである。バツテリ
の充電中この寄生放電電流は充電電流の方向と反
対であり、従つてバツテリセルの充電に使用され
る充電電流の量が低減する。寄生放電電流はバツ
テリの放電中および負荷にバツテリが接続されて
いない場合にも流れる。事実バツテリが完全に放
電し切つた場合、もしくはバツテリが開路状態に
あつて一方もしくは両方の反応種が電極に到達で
きない場合もしくは導管内の電解質が不充分で必
要な導電径路が生成されない場合のみ寄生放電電
流が流れなくなる。従つて寄生電流は非常に望ま
しくなく多セルバツテリの寄生電流（分流として
も知られている）を低減もしくは消去する多くの
試みがなされてきた。さまざまな試みの検討につ
いてはザーン等の1980年４月８日付米国特許第
4197169号“分流消去および装置”を参照するこ
とができる。しかしながら本発明は寄生電流自体
を低減もしくは解消するものではなく、寄生電流
の効果を最少限とするものである。特に本発明は
充放電サイクルにわたつて流れる寄生電流により
生じる多セルバツテリ内のセル不平衡を最少限に
しようとするものである。
セル不平衡という用語は一般的にバツテリ内の
セル間の性能差である。もちろん製造公差や組立
工程等セル間で性能が変動する原因および理由は
沢山ある。これらおよびその他同様の原因によつ
てセル不平衡が生じその性質は不規則であるが、
寄生電流により生じるセル不平衡は所定パターン
に従いその大きさは想定できる性質を有してい
る。簡単に言えば寄生電流により生じるセルの緩
やかな放電はバツテリ内の各セルについて均一で
はない。むしろ各セルを流れる寄生放電電流はバ
ツテリ内の相対位置に依存し、バツテリの両端の
セルはバツテリの中央のセルよりも寄生放電電流
が低い。例えばバツテリが電気的に直列に接続さ
れた60セルで出来ている場合、端部セル（Nos.1
および60）は中央セル（Nos.30および31）より
も寄生放電電流が低い。後記するように寄生放電
電流は端部セルから中央セルへ徐々に増大し、端
部セル（Nos.1および60）の寄生放電電流は最少
であり中央セル（Nos.30および31）の寄生放電
電流は最大である。
バツテリの充電中に寄生放電電流は充電電流と
方向が反対であり、従つてバツテリセルの充電に
使用される充電電流量が低減する。従つてバツテ
リの中央セルは端部セルよりも低い率で充電され
る。バツテリの放電中に寄生放電電流は放電電流
と同方向である。従つて寄生放電電流は放電電流
に加えられ、バツテリセルの放電に使用される電
流の総量が増大する。従つてバツテリの中央セル
は端部セルよりも早く放電する。こうして充放電
サイクルにわたつて低速で充電されたセルは高速
で放電され、高速で充電されたセルは低速で放電
される。この不平衡によりバツテリセルの不均一
な放電が生じ、中央セルは端部セルよりも前に放
電される。これによつて単一充放電サイクルに対
して達成可能な電気化学効率が低減するのみなら
ず、バツテリが各サイクルごとに完全放電されな
いかぎり次のサイクル中セル不平衡は一層著しく
なる。
従つて電気的に直列に接続された複数個のセル
およびセル間を連絡する共通電解質を有する２次
バツテリ内の充放電サイクルにわたつて寄生電流
によるセル不平衡を最少限とすることが本発明の
目的である。
本発明はセル不平衡を最少限とする方法を提供
するものでありバツテリを事実上２つのセル群に
分け、各群のセルは電気的に直列に接続される。
バツテリは電気的に直列に接続された２群のセル
により充電され、次に反転された順序で再び電気
的に直列に接続された２群のセルにより放電され
る。従つて前記60セルバツテリの例においてバツ
テリは電気的に一緒に接続されたセルNos.30お
よび31および適正な直流給電の両端間に接続され
たセル１および60により充電される。次にバツテ
リは反転された順序で放電されセルNos.1および
60は電気的に一緒に接続されたセルNos.30およ
び31は適正な負荷の両端間に接続される。こうし
て充電中に寄生放電電流損失が最大であつたセル
が放電中の寄生放電電流の増加が最も低いことが
判る。同様に充電中に寄生放電電流損失が最少で
あつたセルが放電中の寄生放電電流の増加が最も
高い。
充放電サイクルにわたつて２次バツテリに及ぼ
す寄生電流の性質および効果を理解するために、
単一セルの回路モデルおよび10セルバツテリの回
路モデルを使用する。これらの回路モデルは標準
回路素子を使用しており、セル自体のみならずセ
ル間を連接する電解質接続により作り出される導
電径路を擬似しようとするものである。次にこれ
らの回路モデルは従来の回路分析技術により寄生
電流の方向および大きさを決定するのに使用する
ことができる。これらの回路モデルの特性は一般
的であり、バツテリのセルと連絡する共通電解質
を有するさまざまな２次バツテリに応用すること
ができる。しかしながらこれらの回路モデルは回
路モデルを展開する基礎を与えた亜鉛−塩化物バ
ツテリに特に応用できる。
要約すると亜鉛−塩化物バツテリは複数個のセ
ルおよびセルを循還する共通水性電解質を含む２
次バツテリである。各セルは一般的に電解質の一
部が充填された適正な間隙により分離された一対
の電極基板を有している。セルは典型的に電気的
に並列に接続されてユニツトセルを形成してお
り、これらのユニツトセルは電気的に直列に接続
されてセルスタツクを形成している。亜鉛−塩化
物バツテリはバツテリに所望されるエネルギ貯蔵
容量に応じてこれらのセルスタツクを１個もしく
は数個含むことができる。電解質にセルを循還さ
せるために通常電解質容器が設けられており、そ
こから電解質をポンプもしくは他の方法でセルへ
供給し且つセルから容器へ戻すことができる。さ
らにマニホールド、導管もしくはチユーブの回路
網が設けられていて電解質をバツテリ内の各セル
へ均一に分布し且つ電解質を電解質容器から流出
させたりそこへ戻すことができる。亜鉛−塩化物
バツテリおよびその動作の詳細説明はここで参照
する次の特許に開示されている。1973年１月30日
付米国特許第3713888号“固体ハロゲン水和物を
使用した電気エネルギ工程”；1978年７月11日付
米国特許第4100322号“くし型バイポーラ電極素
子およびそのバツテリスタツク”および1978年６
月第28回電源シンポジウム、高温／高エネルギシ
ステム部会の議事録からの“50KWH亜鉛−塩素
水和物”と題する出版物。
第１図に循還電解質を有する２次バツテリの単
一セル回路モデル１０の回路図を示す。単一セル
回路モデル１０は独立電圧源Vc、電解質抵抗Ri
および電解質抵抗R0からなつている。電圧源Vc
はセル両端間の電圧のモデルとして使用され、セ
ルに付随するさまざまな内部電圧損失を含んでい
る。本技術に習熟している人にはお判りいただけ
ることと思うが、この電圧の大きさは充放電サイ
クル中に変化する。例えば亜鉛−塩化物バツテリ
においてこの電圧はバツテリの充電中に典型的に
2.18−2.25（Ｖ）、開回路状態中は2.12（Ｖ）、バツ
テリの放電中は1.98−1.6（Ｖ）の値を有してい
る。電解質抵抗Riはセルへ電解質を供給する導管
のモデルとして使用されそれに付随する抵抗を示
す。電解質抵抗R0は容器に対して電解質を流出
させたり戻したりする導管のモデルとして使用さ
れ、それに付随する抵抗を示す。セル電圧とは違
いこれらの抵抗の大きさはバツテリの充放電に対
して一定であるものとする。サイクル中に電解質
の固有抵抗は変化するが、固有抵抗の平均値はバ
ツテリの充放電に対して同じである。電解質抵抗
Riは電圧源Vcの正側に接続されており、電解質
抵抗R0は電圧源の負側に接続されている。第２
図のバツテリ回路モデルの検討から判るように、
この約束により全ての電解質抵抗が単一セル両端
間の電圧により分離されることが保証される。ま
たこの約束により亜鉛−塩化物バツテリの精密な
モデルが提供され、セルに電解質を供給する導管
は正電極基板内に形成された空洞へつながれてい
る。単一セル回路モデル１０は単一セルを形成す
る電極基板対もしくは亜鉛−塩化物バツテリにつ
いて前記した種類のユニツトセルに応用すること
ができる。これは主としてユニツトセル内の全て
の単一セルが電気的に並列に接続されているため
であり、従つてその両端間の電圧は全て同じであ
る。
第２図に10セルバツテリの回路モデル１２の回
路図を示す。第１図の単一セル回路モデルはバツ
テリ回路モデル１２を構成する基本的組立ブロツ
クを提供する。従つてバツテリ回路モデル１２は
一般的に10個の単一セル回路モデル１０を有し、
電圧源Vcは電気的に直列に接続されていてセル
スタツク１３を形成している。負端子Ａおよび正
端子Ｂがセルスタツク１３の両端に設けられてお
り、バツテリを適正な直流電源もしくは適正な抵
抗負荷へ接続することができる。負端子Ａは端部
セル１４の負側から延在し、正端子Ｂは端部セル
１６の正側から延在している。
独立電圧源Vchがセルスタツク１３両端間にお
いて一端が負端子Ａに接続され他端が正端子Ｂに
接続されてバツテリを充電する。電圧源Vchは標
準電流規定に従つて矢印１８方向に流れる充電電
流Ichを供給する。（点線で）抵抗負荷Rdhも示さ
れておりそれはセルスタツク１３両端間に接続さ
れてバツテリを放電させる。バツテリを放電させ
たい場合にはセルスタツク１３両端間に電圧源
Vchの替りに抵抗負荷Rdhを接続するが、これは
本技術の標準的方法である。抵抗負荷Rdhは回路
を閉成して放電電流Idhを矢印２０方向に流す。
バツテリの充電電流の方向がバツテリの放電電流
と反対であることは重要である。後記するように
充放電サイクルにわたるこの電流方向の逆転は寄
生電流と共に前記セル不平衡を生じる。
バツテリ回路モデル１２内の各電解質抵抗Riは
その一端が線２２に接続されている。線２２は電
解質を運ぶマニホールドを示し、電解質をセルス
タツク１３内の各セルに分布する。このマニホー
ルドは電解質抵抗Ri間でセグメントに分割された
電解質抵抗も含んでいるが、マニホールド抵抗の
大きさは電解質抵抗Riよりも遥かに小さく簡単に
するために無視することができる。各電解質抵抗
R0は一端が線２４に接続されている。線２４は
セルから流出すなわち除去される電解質を集める
電解質搬送チヤネルを表わすか、もしくは単に各
セルからの電解質が電解質容器に放出すなわち戻
される点を表わすことができる。電解質抵抗Rs
はセルに電解質を循還するのに必要な導管および
ポンプのみならず、電解質容器にも付随する抵抗
を表わしている。電解質抵抗Rsは節Ｃにおいて
線２２に節Ｄにおいて線２４に接続されている。
従つて電解質抵抗Rsは容器からセルへ電解質を
供給する導管とセルから容器へ電解質を戻す導管
との間の接続のモデルともなつている。セル間を
結ぶ電解質接続の前記説明からモデル化されたバ
ツテリは少くとも一つの共通電解質媒体を提供し
それはセルを循還する時バツテリのセルと連続的
に連絡されている。
第３図および第４図に一対のバツテリ回路モデ
ル１２のブリツジ回路図を示す。これらの回路図
はセルスタツク１３を流れる寄生電流の性質、大
きさおよび方向を示すのに使用されている。電解
質抵抗Rsは削除されていることに御注意願いた
い。この修正は寄生電流の大きさを計算するのに
必要な回路分析を簡単化するものであり、これら
の計算に及ぼす影響は小さい。またこの修正によ
りセルに電解質を供給する導管を流れる寄生電流
は容器に電解質を戻す導管を流れる寄生電流と独
立して考慮することができる。第２バツテリの充
電に使用される電圧源Vchおよびバツテリの放電
に使用される抵抗性負荷Rdhも削除されている。
この修正は寄生電流が充放電電流と独立して流れ
るという事実を反映させようとするものである。
バツテリが少くとも部分的に充電されセルへの電
解質の流れを中断する等により電解質径路が中断
されていない限りバツテリが開路状態にある時に
もセルスタツク１３を寄生電流が流れる。
寄生電流の方向および大きさを示すためにバツ
テリ回路モデル１２内の電圧源Vcおもび電解質
抵抗RiおよびR0に対して一形状の亜鉛−塩素バ
ツテリの典型的な値を使用する。従つて各電解質
抵抗は500（オーム）の値を有し、各電解質抵抗
R0は375（オーム）の値を有するものと仮定する。
電圧源Vcに対してバツテリは充電されており各
セルの両端間の電圧は2.25（Ｖ）であるものと仮
定する。
第３図に特にバツテリ回路モデル１２の各節の
電圧の大きさを示す。例えば負端子すなわちＡ節
の電圧は0.0（Ｖ）であり、正端子すなわちＢ節の
電圧は22.5（Ｖ）である。同様にＣ節の電圧は
12.375（Ｖ）であり、Ｄ節の電圧は10.125（Ｖ）で
ある。ＣおよびＤ節の電圧はセルへ電解質を供給
したり容器へ電解質を戻す全ての寄生電流径路す
なわち分岐の両端間の電圧の1/2を表わす。各電
解質抵抗RiおよびR0はバツテリ回路モデル１２
内の寄生電流分岐を提供する。例えば端部セル１
４はセルへ電解質を供給する。入力寄生電流分岐
２６および容器へ電解質を戻す出力寄生電流分岐
２８を含んでいる。
第４図に特にバツテリ回路モデル１２内の各寄
生電流分岐および各セルを流れる寄生電流の大き
さを示す。例えば端部セル１４の入力寄生電流分
岐２６を流れる電流は20.0（ｍＡ）であり、出力
寄生分岐２８を流れる電流は27.0（ｍＡ）である。
寄生電流の方向がバツテリ回路モデル１２の中央
で反転することは重要なことである。端部セル１
４で始まる最初の５個のセルに対して、寄生電流
はセルに向つて内向きに流れる。これによつて寄
生電流は最初の５個のセルに前進的に累積され
る。端部セル１６で終る第２の５個のセルに対し
て、寄生電流はセルから外向きに流れる。これに
よつて寄生電流は第２の５個のセル内を前進的に
低減する。本技術に習熟した人にはお判りいただ
けることと思うが、この電流反転はセルスタツク
のセル電圧の大きさが増大してＣおよびＤ節の電
圧の大きさを越える時に生じる。ＣおよびＤ節の
電圧は常にセルスタツクの両端間の電圧のほぼ半
分であるため、寄生電流の反転は常にセルスタツ
クのほぼ中央で生じる。こうしてバツテリ内のセ
ルを流れる最大寄生電流は常にセルスタツク１３
内のセル３０および３２等の中央セルに生じる。
同様にバツテリ内のセルを流れる最小寄生電流は
常にセルスタツク１３内の端部セル１４および１
６等の端部セルで生じる。
第４図に示す寄生電流はバツテリすなわちセル
スタツク１３に２つの逆効果を与える。第１にこ
れらの電流によりセルは有用でない方法で放電
し、従つて寄生放電電流と呼ぶことができる。寄
生放電電流は有用な負荷に加えられるのではなく
単に電解質径路を循還し、これらの電流はバツテ
リの損失を表わしエネルギ効率を低減する。第２
にセルスタツク１３を流れる寄生放電電流は均一
ではない。従つて各セルは異なる速度で放電し、
中央セルは端部セルよりも速く放電する。セルス
タツクを流れる寄生放電電流の変動により次のよ
うにして前記セル不平衡が生じる。バツテリの充
電中に充電電流Ich（第２図に示す）の方向は寄生
放電電流の方向と反対であり、セルの充電に使用
する充電電流の量が低減する。例えば充電電流
Ichを1.0(A)と仮定すると、端部セル１６を充電す
るのに実際使用される電流は0.98(A)となる。同様
に中央セル３２を充電するのに実際に使用される
電流は0.872(A)となる。こうして中央セルは端部
セルよりも遅く充電され端部セルよりも少いエネ
ルギを貯える。
バツテリの放電中放電電流Idhは寄生放電電流
と同じ方向である。従つて寄生放電電流が放電電
流に加えられてバツテリの放電に使用される電流
の総量が増大する。従つてセルスタツク１３の中
央セル３０および３２は端部セル１４および１６
よりも高速で放電される。この点においてセル両
端間の電圧が低減するため放電中の寄生放電電流
は充填中よりも低い。それにもかかわらず充放電
サイクルにわたつて低速で充電されたセルは高速
で放電され、高速で充電されたセルは低速で放電
される。この現象を第５図に示す。
第５図は電気的に直列に接続された60セルを有
するバツテリ内の充放電サイクルにわたる寄生放
電電流の効果を示す。曲線３４は適正な直流電源
により供給される外部充電電流からの％偏差で示
すセルの充電に使用する電流の低減を示す。例え
ば中央セル（Nos.30および31）の充電に使用す
る電流は使用できる充電電流よりもおよそ５％低
い。曲線３６は適正な抵抗負荷を流れる外部放電
電流を越えるセルの放電に使用される電流の増大
を示す。例えば中央セルの放電に使用される電流
は抵抗負荷を流れる放電電流よりもおよそ４％大
きい。充電曲線３４と放電曲線３６の大きさのこ
の差は寄生放電電流の大きさがバツテリの放電中
はバツテリの充電中よりも低いという事実を反映
している。曲線３４および３６の大きさは単に説
明用であり、使用する特定バツテリ構造に依存す
ることを御理解願いたい。
第５図はバツテリの中央セルが端部セルよりも
少いエネルギを貯えるのみならず中央セルに貯え
られたエネルギが端部セルよりも迅速に消散する
ことを示している。従つて単一充放電サイクルに
わたつて中央セルは端部セルよりも前に放電され
る。毎サイクルの後にバツテリが完全に放電され
ない限り、このセル不平衡は次のサイクル中前進
的に悪化する。有害な影響なしに完全に放電可能
なバツテリにおいても、放電には一層時間を要し
従つてエネルギ効率が低下する。
寄生電流問題のもう一つの局面は電気的に直列
に接続されたバツテリ内のセル数との関連性であ
る。第６図に示すように寄生電流の大きさはバツ
テリ内のセル数と共に線型的には増大しない。む
しろ寄生電流の大きさは一般的にセル数の二乗に
比例して増大する。従つてある応用に対して必要
な全バツテリ電圧を得るために電気的に直列に接
続された多数のセルを設ける必要がある場合には
非常に不利となる。電気自動車はこのような応用
の一例であり、電動機の駆動に必要な電圧は典型
的に100（Ｖ）程度である。こうして電気自動車に
エネルギ源を与えるのに適した大概のバツテリに
おいて、40から80セルもしくはユニツトセルを電
気的に直列に接続する必要がある。
第６図にバツテリの寄生電流の大きさを想定す
る公式を展開するのに使用する回路モデル３８を
示す。回路モデル３８は４個の独立電圧源Vcお
よび線４０の一端に接続された５個の電解質抵抗
R0を有している。従つて回路モデル３８は一般
的に第２図のバツテリ回路モデル１２の一部を表
わす。回路モデル３８内の各節は電圧シンボルで
表わされ、例えば線４０に沿つた節に対しては
Vn回路モデル内の残りの節に対してはV0〜V4で
ある。同様にセルを流れる寄生電流は電流シンボ
ルI1〜I4で表わされる。これらの電流は次式から
算出できる。
I1＝Vn−V0／R0 (1) I5＝Vn−V0／R0＋Vn−V1／R0 (2) I3＝Vn−V0／R0＋Vn−V1／R0＋Vn−V2／R0 (3) I4＝Vn−V0／R0＋Vn−V1／R2＋Vn−V2／R0 ＋Vn−V3／R0 (4) 中間電圧Vnは次式から算出することが出来る。
Vn＝Ｎ・Vc／２＋V0 (5) ここにＮは電気的に直列に接続されたセル総数
である。
電圧V0がOVに等しいものと仮定すると(5)式は
次のようになる。
Vn＝Ｎ・Vc／２ (6) さらにこの仮定の元で電圧V1〜V4は次式から
計算することが出来る。
V1＝１・Vc，V2＝２・Vc， V3＝３・Vc，および V4＝４・Vc (7) (6)および(7)式を(4)式に代入すると電流I4の式は
次のようになる。
I4＝４・Ｎ・Vc／２・R0−１・Vc／R0−２ ・Vc／R0−３・Vc／R0 (8) この式を一般化してバツテリ内のセルを流れる
寄生電流を決定することができ、セルＫを流れる
電流は Ik＝Ｋ・Ｎ・Vc／２・R0−Vc／R0K=K-1 〓K=0 Ｋ (9) となる。
最初に(9)式を変更することによりこの式は次の
ように簡単化することができる。
Ik＝ｋ・Ｎ・Vc／２・R0−Vc／R0K=K 〓K=0 Ｋ＋Vc／R0・Ｋ (10) (10)式に次の等式を代入する。
K=K 〓K=0 Ｋ＝Ｋ（Ｋ＋１）／２ （11） すると電流Ikは次のようになる。
Ik＝Ｋ・Ｎ・Vc／2R0−Vc／R0・Ｋ（Ｋ＋１）／２＋V
c／R0・ Ｋ （12） さらに（12）式を簡単にすると、 Ik＝Ｋ・Ｎ・Vc／2R0−Vc・K2／2R0−VcＫ／2R0＋Vc
・Ｋ／R0 （13） Ik＝Ｋ・Ｎ・Vc／2R0−Vc・K2／2R0＋Vc・Ｋ／2R0（1
4） 最大寄生電流損失はバツテリの中央で生じるた
め、中央セルの１個を流れる寄生電流に対して解
くことにより（14）式をさらに簡単化できる。従
つてセルＫの値は次のようになる。
Ｋ＝Ｎ／２ （15） （15）式を（14）式に代入することにより中央
セルＫを流れる寄生電流Ikは次のようになる。
Ik（max）＝N2・Vc／４・R0−Vc・N2／８・R0−Vc・
Ｎ／４・R0 （16） Ik（max）＝N2・Vc／８・R0−Ｎ・Vc／４・R0（17
） しかしながら電気的に直列に接続されたセルＮ
の総数が例えば40〜80セルと比較的大きい場合に
は、バツテリを流れる最大寄生電流を決定する
（17）式は式の第２項を削除して近似することが
できる。従つて（17）式を修正すれば次式とな
る。
Ik（max）＝N2・Vc／８・R0 （18） こうして寄生電流の大きさはバツテリ内のセル
数の二乗に比例する。同様な分析によりセルに電
解質を供給する電解質径路および容器に電解質を
戻す電解質径路による寄生電流は近似的に次式か
ら計算することができる。
Ik（max）＝N2・Vc／８・（１／R0＋１／Ri）（19
） 第７図に本発明に従つて構成された60セルバツ
テリ回路４２の回路図を示す。バツテリ回路４２
には２群のセルもしくはセルスタツク４４および
４６が設けられており、各セルスタツク内のセル
は電気的に直列に接続されている。セルスタツク
４４は負端子４８および正端子５０を含んでい
る。同様にセルスタツク４６は負端子５２および
正端子５４を含んでいる。このような端子は適正
ないかなる構造とすることもでき外部接続点を有
するだけでよく、従つてセルスタツク４４および
４６は次のように電気的に接続することができ
る。セルスタツク４４の負端子４８とセルスタツ
ク４６の正端子５４との間には一組の常開リレー
すなわちスイツチ接点K1が接続されている。説
明の都合上端子４８および５４は延在して一対の
端子５６および５８を提供し、それに適正な直流
電源を接続してセルスタツク４４および４６を充
電することができる。セルスタツク４４の正端子
５０とセルスタツク４６の負端子５２との間には
一組の常閉リレー接点K2が接続されている。ま
た端子５０と５２との間にはセルスタツク４４お
よび４６の放電に使用される適正な抵抗負荷６０
と直列に一組の常開リレー接点K3も接続されて
いる。
本発明に従つてセル不平衡を最少限とする方法
がバツテリ回路４２を次のように作動させること
により提供される。バツテリの充電中に端子５６
と５８との間に適正な直流電源が接続され、リレ
ー接点K1，K2およびK3の状態は第７図に示すよ
うに正規状態となる。すなわちリレー接点K1は
開き、リレー接点K2は閉じリレー接点K3は開く。
従つて電源からの充電電流はセルスタツク４６を
介して正端子５４から負端子５２へ流れ、セルス
タツク４４を介して正端子５０から負端子４８へ
流れる。バツテリの放電中に電源は端子５６およ
び５８から切り離され、リレー接点は逆の状態へ
切り替えられる。すなわちリレー接点K1は閉じ、
リレー接点K2は開きリレー接点K3が閉じる。従
つて放電電流はセルスタツク４６を負端子５２か
ら正端子５４へ流れ、セルスタツク４４を負端子
４８から正端子５０へ流れる。こうしてバツテリ
の充電中に電気的に接続されているセルスタツク
４４および４６の端子５０および５２はバツテリ
の放電中は負荷６０の両端間に接続される。同様
にバツテリの充電中に電源の両端間に接続されて
いるセルスタツク４４および４６の端子４８およ
び５４はバツテリの放電中は電気的に一緒に接続
される。従つてセルスタツク４４のセルスタツク
４６への接続は充電から放電に対して反転する。
この反転の結果バツテリの充電中は端部セルであ
るセルスタツク４４および４６のセルはバツテリ
の放電中は中央セルとなる。同様にバツテリの充
電中のセルスタツク４４および４６の中央セルは
バツテリの放電中は端部セルとなる。従つてバツ
テリの放電中バツテリスタツク４４および４６は
反転シーケンスであると言える。
セル不平衡を最少限とする前記方法の効果を第
８図のグラフに示し、そこには60セルバツテリの
充放電中の％電流偏差を示す。各セルスタツク４
４および４６が電気的に直列に接続された30セル
を含むものと仮定すると、第８図のグラフは第７
図のバツテリ回路４２と直接関連ずけることがで
きる。曲線６２は電源により供給される外部充電
電流によりセルを充電するのに使用する電流の減
少を示す。この図の曲線６２は第５図に示す曲線
３４と同じである。従つて本発明に従つた方法は
バツテリの充電中に寄生電流損失に影響を及ぼさ
ない。曲線６４はセルの放電に使用される電流が
負荷６０を流れる外部放電電流以上に増大するこ
とを示す。曲線６４は第５図の曲線３６と比較さ
れる。曲線６４は２つの等しいセグメント
（Nos.30および31）に分けられた曲線３６を示
し、２つのセグメントは反転されている。従つて
曲線６２および６４は本発明の方法に従つてバツ
テリセルの充電中に最大寄生電流損失を有するセ
ル〔Nos.30および31セル〕がバツテリの放電中
の寄生電流の増加が最小であることを示す。同様
にバツテリの充電中に最小寄生電流損失を有する
セル〔Nos.1および60セル〕がバツテリの放電中
の寄生電流の増加が最大となる。第７図のバツテ
リ回路４２において、バツテリの充電中に最小寄
生電流損失を有するセルはセルスタツク４６の正
端子５４に最も近いセルおよびセルスタツク４４
の負端子４８に最も近いセルである。同様にバツ
テリの充電中に寄生電流損の最も大きいセルはセ
ルスタツク４４の正端子５０に最も近いセルおよ
びセルスタツク４６の負端子５２に最も近いセル
である。
第５図および第８図に示す曲線は瞬時性であり
セル間の不平衡はある程度時間の関数である。バ
ツテリの充放電率はセル間の不平衡を最少限とす
るような充放電時間を与えるようなものとするこ
とが望ましい。
本発明に従つた方法は最大寄生電流損失がバツ
テリの中央セルにおいて生じるという事実を使用
している。こうしてバツテリに２群のセルを設
け、それらは電気的に直列に接続された同数のセ
ルを含むことが望ましい。これら２群のセルはバ
ツテリ回路４２のセルスタツク４４および４６等
のさまざまな形状をとることができる。替りに各
セル群を複数個のセルスタツクで構成し、各群内
のセルスタツクを電気的に直列もしくは並列に接
続することができる。
また本発明の原理は開路もしくは充放電位相間
の待機状態の２次バツテリにも応用できる。前記
したようにバツテリが少くとも部分的に充電され
ていると、導管内に充分な電解質があつて必要な
導電径路が生成され両反応種が電極へのアクセス
を有し寄生電流が流れる。しかしながら２群のセ
ルを電気的に切り離すことにより寄生電流を実質
的に低減することができる。こうして第７図にお
いて、リレー接点K1，K2およびK3を開くことに
よりセルスタツク４４をセルスタツク４６から電
気的に切り離すことができる。これによつてバツ
テリ内で電気的に直列に接続されたセル数が効果
的に２分され、その結果寄生電流が実質的に低減
する。
前記さまざまな実施例は説明用であつてそれに
限定されるものではない。本技術に習熟した人に
は発明の範囲内で前記実施例をさまざまに変更で
きることがお判りいただけることと思う。
【図面の簡単な説明】
第１図は循還する電解質を有する２次バツテリ
の単一セルの回路モデルの回路図、第２図は第１
図のセルモデルを有する10セル２次バツテリの回
路モデルの回路図、第３図は特にバツテリの充電
中における回路内の各節の電圧を示す第２図のバ
ツテリモデルの回路図、第４図は特にバツテリの
充電中における回路の各分岐を流れる寄生電流を
示す第３図のバツテリモデルの回路図、第５図は
60セルバツテリ内のセルを流れる充放電電流に及
ぼす寄生電流の効果を示すグラフ、第６図は寄生
電流の大きさを想定する式を展開するのに使用す
る回路モデルの回路図、第７図は本発明に従つた
60セルバツテリの回路図、第８図は第７図の60セ
ルバツテリのセルを流れる充放電電流に及ぼす寄
生電流の効果を示すグラフである。 符号の説明、１０……単一セル回路モデル、１
２……バツテリ回路モデル、１３……セルスタツ
ク、１４，１６……端部セル。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １ 各群内のセルが電気的に直列に接続されてい
    る２群に形成された複数個のセルと、前記セル群
    内の前記各セルと連通した共通電解質とを有する
    ２次電気化学エネルギ貯蔵装置内の寄生電流によ
    るセル不平衡を最小限とする方法において、該方
    法は 前記のセル群を電気的に直列に接続させて前記
    エネルギ貯蔵装置を充電する段階と、 前記セル群を反転シーケンスにより電気的に直
    列に再接続させて前記エネルギ貯蔵装置を放電す
    る段階とを有し、 前記充電中に一緒に接続されている前記セル群
    の端部は前記放電中は負荷の両端間に接続され、
    前記充電中に直流電源の両端間に接続されていた
    前記セル群の端部は前記放電中は一緒に接続され
    ることを特徴とする前記方法。 ２ 特許請求の範囲第１項記載の方法において、
    前記各セル群は電気的に直列に接続された同数の
    セルを含むことを特徴とする前記方法。 ３ 特許請求の範囲第１項記載の方法において、
    前記エネルギ貯蔵装置は金属ハロゲンバツテリで
    あることを特徴とする前記方法。 ４ 特許請求の範囲第３項記載の方法において、
    前記メタルハロゲンバツテリは亜鉛−塩化物バツ
    テリであることを特徴とする前記方法。
JP57095598A 1981-06-04 1982-06-03 Method of reducing unbalance of cell Granted JPS57212784A (en)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US06/270,481 US4371825A (en) 1981-06-04 1981-06-04 Method of minimizing the effects of parasitic currents

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPS57212784A JPS57212784A (en) 1982-12-27
JPH041996B2 true JPH041996B2 (ja) 1992-01-16

Family

ID=23031487

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP57095598A Granted JPS57212784A (en) 1981-06-04 1982-06-03 Method of reducing unbalance of cell

Country Status (6)

Country Link
US (1) US4371825A (ja)
JP (1) JPS57212784A (ja)
CA (1) CA1187933A (ja)
DE (1) DE3221161A1 (ja)
FR (1) FR2507390B1 (ja)
GB (1) GB2100054B (ja)

Families Citing this family (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2136629B (en) * 1983-03-16 1986-11-19 South African Inventions Power storage battery
US4894294A (en) * 1984-06-05 1990-01-16 The Furukawa Electric Co., Ltd. Electrolytic solution supply type battery
JPH0626139B2 (ja) * 1989-01-05 1994-04-06 工業技術院長 シャント電流測定方法
US5993992A (en) * 1997-06-25 1999-11-30 Norvik Traction Inc. Battery pack with connecting battery modules
US20090239131A1 (en) 2007-01-16 2009-09-24 Richard Otto Winter Electrochemical energy cell system
US8114541B2 (en) * 2007-01-16 2012-02-14 Primus Power Corporation Electrochemical energy generation system
US8143854B2 (en) * 2007-05-11 2012-03-27 Panasonic Ev Energy Co., Ltd. Adjusting method of battery pack and adjusting method of battery pack with controller
JP5027005B2 (ja) * 2007-05-11 2012-09-19 プライムアースＥｖエナジー株式会社 組電池の調整方法、及びコントローラ付き組電池の調整方法
JP4499164B2 (ja) * 2008-02-25 2010-07-07 岩崎電気株式会社 充電装置及び充電方法
JP2009201336A (ja) 2008-02-25 2009-09-03 Iwasaki Electric Co Ltd 充電装置及び充電方法
US8273472B2 (en) * 2010-02-12 2012-09-25 Primus Power Corporation Shunt current interruption in electrochemical energy generation system
US8202641B2 (en) * 2010-09-08 2012-06-19 Primus Power Corporation Metal electrode assembly for flow batteries
US8450001B2 (en) 2010-09-08 2013-05-28 Primus Power Corporation Flow batter with radial electrolyte distribution
US9478803B2 (en) 2011-06-27 2016-10-25 Primus Power Corporation Electrolyte flow configuration for a metal-halogen flow battery
US8137831B1 (en) 2011-06-27 2012-03-20 Primus Power Corporation Electrolyte flow configuration for a metal-halogen flow battery
US9130217B2 (en) 2012-04-06 2015-09-08 Primus Power Corporation Fluidic architecture for metal-halogen flow battery
US8928327B2 (en) 2012-11-20 2015-01-06 Primus Power Corporation Mass distribution indication of flow battery state of charge
US9490496B2 (en) 2013-03-08 2016-11-08 Primus Power Corporation Reservoir for multiphase electrolyte flow control
US10290891B2 (en) 2016-01-29 2019-05-14 Primus Power Corporation Metal-halogen flow battery bipolar electrode assembly, system, and method
JP6883396B2 (ja) * 2016-08-25 2021-06-09 矢崎総業株式会社 急速充電装置

Family Cites Families (26)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US613918A (en) * 1898-11-08 Electric-lighting system for vehicles
US1967802A (en) * 1933-03-23 1934-07-24 Electric Storage Battery Co Charging system for storage batteries
US2904739A (en) * 1957-06-28 1959-09-15 Jr Herbert B Reed System for charging and discharging a battery pack
US3249836A (en) * 1963-02-18 1966-05-03 Westinghouse Electric Corp Motor control system for battery-powered vehicle
DE1243766B (de) * 1964-07-11 1967-07-06 Varta Deutsche Edison Akkumula Vorrichtung zur unterbrechungslosen Umschaltung eines Verbrauchers von Netz- auf Batteriebetrieb
DE1596226A1 (de) * 1966-06-22 1971-04-01 Siemens Ag Verfahren zur Verringerung von Elektrolytkurzschlussstroemen in Brennstoffzellenbatterien
DE1671927B2 (de) * 1967-06-30 1976-12-23 Siemens AG, 1000 Berlin und 8000 München Verfahren und vorrichtung zur unterbrechung der kurzschlusstroeme in brennstoffbatterien
DE1925861B2 (de) * 1969-05-21 1971-07-29 Licentia Patent Verwaltungs GmbH, 6000 Frankfurt Elektrochemische batterie mit elektrisch und elektrolyt kreismaessig in reihe geschalteten zellen
US3623139A (en) * 1969-11-06 1971-11-23 Gen Electric Method and apparatus for automatically controlling the fast charging of rechargeable batteries
US3713888A (en) * 1970-06-26 1973-01-30 Oxy Metal Finishing Corp Process for electrical energy using solid halogen hydrates
FR2106977A5 (ja) * 1970-09-30 1972-05-05 Alsthom
US3773561A (en) * 1971-11-18 1973-11-20 Occidental Energy Dev Co Isolation of cells of a battery stack to prevent internal short-circuiting during shutdown & standby periods
FR2254118B1 (ja) * 1973-12-06 1980-01-04 Comp Generale Electricite
US3930192A (en) * 1974-05-20 1975-12-30 Gen Electric Stand-by power system
SE390582B (sv) * 1975-05-12 1976-12-27 Lindstroem Ab Olle Anordning vid elektrokemiska batterier innehallande minst tva seriekopplade moduler med elektrolytrum som star i forbindelse med varandra
US4025697A (en) * 1975-10-29 1977-05-24 Energy Development Associates Apparatus for circulating electrolyte around multi-section batteries
FR2345822A1 (fr) * 1976-03-22 1977-10-21 Comp Generale Electricite Generateur electrochimique a circulation forcee
US4017779A (en) * 1976-03-22 1977-04-12 Motorola, Inc. Battery isolator
GB1583865A (en) * 1976-07-23 1981-02-04 Post Office Battery charging apparatus
US4079303A (en) * 1976-07-28 1978-03-14 The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy Charging system and method for multicell storage batteries
US4100332A (en) * 1977-02-22 1978-07-11 Energy Development Associates Comb type bipolar electrode elements and battery stacks thereof
US4131833A (en) * 1977-04-25 1978-12-26 Outboard Marine Corporation Arrangement for tapping battery bank alternately from opposite ends
US4129817A (en) * 1977-08-22 1978-12-12 General Motors Corporation Stepped voltage power supply with equalized discharge of battery cells
GB1590375A (en) * 1977-08-30 1981-06-03 Chloride Group Ltd Multi-cell battery systems
US4197169A (en) * 1978-09-05 1980-04-08 Exxon Research & Engineering Co. Shunt current elimination and device
US4297629A (en) * 1979-04-13 1981-10-27 Saft-Societe Des Accumulateurs Fixes Et De Traction Automatic switching arrangement for two batteries which are charged in parallel and discharged in series

Also Published As

Publication number Publication date
DE3221161C2 (ja) 1992-04-09
US4371825A (en) 1983-02-01
DE3221161A1 (de) 1982-12-23
JPS57212784A (en) 1982-12-27
CA1187933A (en) 1985-05-28
FR2507390B1 (fr) 1987-02-27
GB2100054B (en) 1984-11-21
FR2507390A1 (fr) 1982-12-10
GB2100054A (en) 1982-12-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JPH041996B2 (ja)
CN110048487A (zh) 一种电池充放电的控制方法及其系统
JP2002533042A (ja) 複合的相互接続を有するバッテリネットワーク
US20030062874A1 (en) Circuit for adjusting charging rate of cells in combination
CN113682199A (zh) 化成分容电路、设备及系统
CN116526635B (zh) 电池系统的电量均衡方法、电池系统和电池管理系统
CN108711901A (zh) 一种基于全桥级联型电池均衡拓扑及均衡控制方法
WO2017054148A1 (zh) 充放电平衡结构
CN107134599A (zh) 一种串联电池组的电压均衡电路及其工作方法
JPH104636A (ja) リチウムセルの充電方法
JP2002010501A (ja) 蓄電装置の容量均等化装置
CN104300644A (zh) 一种多回路充电方法及系统
CN110492555A (zh) 一种大容量电池的均衡系统及其控制方法
CN115149600B (zh) 一种充放电控制方法、装置及储能系统
CN115339331B (zh) 一种动力电池充电放电主电路
CN109802454A (zh) 电池组的均衡控制方法及装置
CN119834399A (zh) 基于Boost变换器的串联电池组主动均衡电路
CN112542871A (zh) 一种串联电池组混合式均衡电路及其控制方法和装置
CN116073492B (zh) 一种电芯间被动均衡控制方法
CN118249441A (zh) 一种柔性储能电池单元及控制策略、储能系统
CN109980728A (zh) 一种锂离子电池组的电量均衡系统及方法
CN116683555A (zh) 一种可重构电池网络能量管控方法、系统及电子设备
TWI756980B (zh) 自主的主動式電池平衡器及其方法
CN114336863B (zh) 一种电池模组短板电池单体的电容电感解决电路
CN117833417A (zh) 一种电池组恒功率控制电路、方法、终端和可读存储介质