JP2013127848A - 電池監視方法 - Google Patents

Abstract

【課題】使用中の鉛蓄電池の電解液の減液に対して、減液による影響と減液以外の影響を診断して電解液への補水の要否を判断する鉛蓄電池の劣化診断方法を提供する。
【解決手段】電池監視方法であって、周囲温度Ｔで予め測定した未劣化状態の制御弁式鉛蓄電池の電解液減液量Ｇと内部抵抗Ｒから、この周囲温度における電解液減液量と内部抵抗との相関関係を求め、この周囲温度Ｔで測定した使用状態の制御弁式鉛蓄電池の測定減液量と、測定内部抵抗をそれぞれＧｔ、Ｒｔとし、予め求められている電解液減液量と内部抵抗との関係から測定減液量Ｇｔに対応した内部抵抗Ｒｏｔを算出し、測定内部抵抗Ｒｔと算出した内部抵抗Ｒｏｔとの抵抗差を内部抵抗差ｄＲｔとし、内部抵抗Ｒｔと内部抵抗差ｄＲｔとの比率であるＳＯＲが０．５以上のときは、減液以外の要因に伴う鉛蓄電池の劣化と診断し、ＳＯＲが０．５未満のときは、電解液の減液による鉛蓄電池の劣化と診断する。
【選択図】図１

Description

鉛蓄電池の寿命を監視するための鉛蓄電池の劣化状態の診断方法に関し、特に電解液の減液による劣化を診断するものである。

鉛蓄電池は充放電の繰り返しによって電池自体が劣化し、放電容量を大きく減らして寿命に至ってしまう。そのため、使用中の鉛蓄電池の劣化状態を診断することは極めて重要な課題となり、種々の診断技術が提案されてきている。

特許文献１には、鉛蓄電池の温度の影響を考慮して電池内の内部抵抗を検出し、劣化状態の診断を行う方法が開示されている。
ところで、制御弁式鉛蓄電池は使用中に電池内部の電解液中の水分が電気分解や電槽からの水蒸気透過により減少することが知られている。特に周囲の温度、湿度等の使用環境や充電電圧などの使用条件により、この電解液の減液量が大きくなり、その電解液が減少した状態で、制御弁式鉛蓄電池を使用し続ける場合、極板を構成する格子や活物質の劣化を抑えたとしても、電池の内部抵抗は増加し、その放電容量が大きく低下してしまう場合があった。

このような電解液の減液を診断する方法として特許文献２に、金属片（極板）間の電気抵抗（電解液を保持したセパレータの電気抵抗）の測定によって得られた電気抵抗の大小により電解液量の状態を知り、電池の容量劣化状態を把握する方法は開示されている。

しかしながら、特許文献１に開示されるような従来の技術では、使用中の極板の劣化など様々な要因に伴う鉛蓄電池の劣化の状態に対して内部抵抗だけで診断しているため、使用中の電解液の減液に伴う内部抵抗の増加分が含まれており、この抵抗の増加分は補水することによって回復することができるが、従来この内部抵抗の増加分を知ることができなかったため、補水によって回復する機会を失していた。また、劣化が酷い状態の場合には、補水しても回復することができず、このような場合には無駄な補水をする手間をかけてしまっている。

また、特許文献２に開示される技術においても、電気抵抗の大小から単に電解液の減液量のみを把握しているために特許文献１の場合と同様に使用中の電池の劣化状態を正確に知ることは困難であった。
そのため、劣化の状態の診断をより精度良く行うため、測定した内部抵抗の増加分に対して電解液の減液に伴う増加分とその他要因によって生じた内部抵抗増加分を分けて知る診断方法が必要となっている。

特開２００５−１２７８９４号公報 特開平６−７６８６３号公報

このような状況に鑑み、本発明では使用中の鉛蓄電池の電解液の減液に対して、減液による影響と減液以外の影響を診断して電解液への補水の要否を判断する鉛蓄電池の劣化診断方法の提供を目的とするものである。

本発明の第１の発明は、制御弁式鉛蓄電池の電解液の減液量、内部抵抗、及び制御式鉛蓄電池の周囲温度によって劣化状態を診断する電池監視方法であって、周囲温度Ｔにおいて、予め測定した未劣化状態の制御弁式鉛蓄電池の電解液減液量Ｇと内部抵抗Ｒから、周囲温度Ｔにおける電解液減液量と内部抵抗との相関関係を求め、その周囲温度Ｔにおいて測定した使用状態の制御弁式鉛蓄電池における測定減液量と、測定内部抵抗をそれぞれＧｔ、Ｒｔとし、予め求められている電解液減液量と内部抵抗との関係から測定減液量Ｇｔに対応した内部抵抗Ｒｏｔを算出し、測定内部抵抗Ｒｔと算出した内部抵抗Ｒｏｔとの抵抗差を内部抵抗差ｄＲｔとし、その内部抵抗Ｒｏｔと内部抵抗差ｄＲｔとの比率を、ＳＯＲとして求め、そのＳＯＲが０．５以上のときには、減液以外の要因に伴う鉛蓄電池の劣化と診断し、ＳＯＲが０．５未満のときには、電解液の減液による鉛蓄電池の劣化と診断することを特徴とする電池監視方法である。

本発明の第２の発明は、第１の発明における周囲温度Ｔが、１０〜４０℃の間から選択される少なくとも１つの温度であることを特徴とする電池監視方法である。

本発明によれば、予め制御弁式鉛蓄電池の減液量及び内部抵抗の相関を調査設定し、使用中に減液量と内部抵抗を測定し、測定した減液量に相当する内部抵抗差を算出することによって、この内部抵抗差の大小に応じて、補水の要否を判断することが可能となる。
即ち、ＳＯＲが０．５未満では補水することで回復でき、補水による効果の目安となる。またＳＯＲが０．５以上では減液以外での劣化が進行した状態であり補水しても回復できず、補水しないことによって無駄な補水をする手間がいらなくなり、工業上顕著な効果を奏するものである。

本発明の監視方法における劣化診断方法の説明図である。 実施例１及び実施例２における劣化診断図である。

本発明は、制御弁式鉛蓄電池の電解液の減液量、内部抵抗、及び制御弁式鉛蓄電池の周囲温度によって、この制御弁式鉛蓄電池の劣化状態を診断する電池監視方法であり、図１に、その概要を示す。
図１は、本発明の監視方法における劣化診断方法の説明図で、未劣化状態にある制御弁式鉛蓄電池の電解液減液量と内部抵抗の関係（図１の実線）、及び実測値からの内部抵抗差の算出方法を示す図である。この未劣化状態にある制御弁式鉛蓄電池の電解液減液量と内部抵抗との関係は、電解液が強制的に減少させられるように制御弁式鉛蓄電池を６０℃の雰囲気下に放置して、電池質量から算出した減液量と交流四端子法を用いて算出した内部抵抗とを１か月ごとに測定することで求めている。
なお、本願発明における未劣化状態にある制御弁式鉛蓄電池とは、電池組み立て後、電解液を注液して電槽化成処理され、定格の放電容量に保たれた鉛蓄電池を指すものである。
以下に、劣化状態を診断する手順を説明する。

［手順１］
診断する制御弁式鉛蓄電池（以下、鉛蓄電池Ｓと称す）の周囲温度Ｔを１０〜４０℃の範囲内に設定する。一般に、制御弁式鉛蓄電池の使用環境における温度は、この程度であることから、その範囲を設定している。
図１では周囲温度Ｔ＝２５℃としている。

［手順２］
鉛蓄電池Ｓと同型、且つ未劣化状態にある制御弁式鉛蓄電池（以下、鉛蓄電池Ｒと称す）の周囲温度Ｔ＝２５℃における電解液の減液量Ｇに対する内部抵抗Ｒを測定して、電解液減液量Ｇと内部抵抗Ｒの相関関係（具体的には、相関線や相関関数Ｒ＝ｆ（Ｇ））を求める。
図１では実線で示されるＧ−Ｒ相関線である。

［手順３］
周囲温度Ｔ＝２５℃における鉛蓄電池Ｓの減液量、及び内部抵抗を測定し、測定減液量Ｇｔと測定内部抵抗Ｒｔを求める。

［手順４］
手順２で求めたＧ−Ｒ相関線から測定減液量Ｇｔに対応する内部抵抗Ｒｏｔを算出する。

［手順５］
手順３で求めた測定内部抵抗Ｒｔと、手順４で算出した内部抵抗Ｒｏｔとの差を内部抵抗差ｄＲｔとして求める。

［手順６］
手順４で求めた内部抵抗Ｒｏｔに対する、手順５で求めた内部抵抗差ｄＲｔの比率をＳＯＲとする。算出は、下記（１）式を用いる。

［手順７］
求めたＳＯＲの値によって、電解液の補水による効果の有無を診断する。診断に際しては、表１の基準に従って診断を下すものとする。

以下、実施例を用いて本発明をさらに説明する。

実施例１として、上記した未劣化状態にある制御弁式鉛蓄電池Ａ（電圧２Ｖ、１０時間率容量２００［Ａｈ］）を用いて、図１のＧ−Ｒ相関線に相当する相関線を求め、先に説明した手順１〜手順６に従って、使用中の制御弁式鉛蓄電池Ａ_１（以下、鉛蓄電池Ａ_１と表記）の診断を行った。

先ず、上記未劣化状態にある上記制御弁式鉛蓄電池Ａの周囲温度Ｔ＝２５℃における電解液の減液量Ｇと内部抵抗Ｒとの関係を測定し、未劣化状態にある制御弁式鉛蓄電池Ａにおける減液量と内部抵抗の相関関係を得、そのＧ−Ｒ相関線を図２に実線で示す。
次に、供試材として上記制御弁式鉛蓄電池Ａと同型の使用中の鉛蓄電池Ａ_１を用い、周囲温度をＴ＝２５℃に保持し、その電解液の減液量Ｇｔ_１及び内部抵抗Ｒｔ_１を測定した。その実測値（Ｇｔ_１，Ｒｔ_１）を図２中に「白抜き丸数字１」印で示す。

そして、先に求めた上記未劣化状態の制御弁式鉛蓄電池Ａの周囲温度Ｔ＝２５℃における減液量と内部抵抗の相関関係（図２の実線）から、この減液量の実測値Ｇｔ_１に対する内部抵抗Ｒｏｔ_１を求め、内部抵抗の実測値Ｒｔ_１と、求めた内部抵抗Ｒｏｔ_１の内部抵抗の差ｄＲｔ_１を求める。

次に、上記式（１）からＳＯＲを求め、その結果を纏めて表２に示す。
そのＳＯＲの値を表１に従って診断することによって、供試材（制御弁式鉛蓄電池Ａ_１：２Ｖ、１０時間容量２００［Ａｈ］）の補水による回復の可能性を検討し、ＳＯＲが０．４１であることから、補水によって回復可能であると診断した。

この供試材の制御弁式鉛蓄電池Ａ_１に必要量の補水を行い、周囲温度Ｔ＝２５℃の時の内部抵抗Ｒｒｃを測定したところ、上記未劣化状態の制御弁式鉛蓄電池Ａと同等の内部抵抗を示した。

実施例２として、実施例１と同型の制御弁式鉛蓄電池Ａで、使用中の制御弁式鉛蓄電池Ａ_２（以下、鉛蓄電池Ａ_２と表記）を用い、先に説明した手順１〜手順６に従って、実施例１と同様に周囲温度Ｔ＝２５℃における診断を行った。

先ず、その電解液の減液量Ｇｔ_２及び内部抵抗Ｒｔ_２を測定した。その実測値（Ｇｔ_２，Ｒｔ_２）を図２中に「白抜き丸数字２」印で示す。

先に求めた未劣化状態の制御弁式鉛蓄電池Ａの周囲温度Ｔ＝２５℃における減液量と内部抵抗の相関関係から、この減液量の実測値Ｇｔ_２に対する内部抵抗Ｒｏｔ_２を求め、内部抵抗の実測値Ｒｔ_２と、求めた内部抵抗Ｒｏｔ_２の内部抵抗の差ｄＲｔ_２を求める。

次に、上記式（１）からＳＯＲを求め、その結果を纏めて表２に示す。
そのＳＯＲの値を表１に従って診断することによって、供試材（制御弁式鉛蓄電池Ａ_２：２Ｖ、１０時間容量２００［Ａｈ］）の補水による回復の可能性を検討した。
ＳＯＲが０．５３であることから、補水によって回復が見込めないと診断した。

この供試材の制御弁式鉛蓄電池Ａ_２に必要量の補水を行い、周囲温度Ｔ＝２５℃の時の内部抵抗Ｒｒｃ_２を測定したところ、未劣化状態の制御弁式鉛蓄電池Ａの内部抵抗より大きな値を示し、補水だけでは回復しなかった。

本実施例では極板の密着性が低い状態の電池であるため、極板間の接触面積が低くなり内部抵抗が増加し、減液以外の要因に伴う劣化の状態として内部抵抗増加分の比率ＳＯＲが現れ、このＳＯＲが０．５以上では極板の密着性が低く補水しても回復できず、ＳＯＲが０．５未満では減液による内部抵抗分が大きく、補水することにより回復が可能であることを診断した。

Claims (2)

1. 制御弁式鉛蓄電池の電解液の減液量、内部抵抗、及び前記制御式鉛蓄電池の周囲温度によって劣化状態を診断する電池監視方法であって、
   周囲温度Ｔにおいて、予め測定した未劣化状態の制御弁式鉛蓄電池の電解液減液量Ｇと内部抵抗Ｒから、前記周囲温度における電解液減液量と内部抵抗との相関関係を求め、
   前記周囲温度Ｔにおいて測定した使用状態の制御弁式鉛蓄電池における測定減液量と、測定内部抵抗をそれぞれＧｔ、Ｒｔとし、
   予め求められている電解液減液量と内部抵抗との関係から前記測定減液量Ｇｔに対応した内部抵抗Ｒｏｔを算出し、
   前記測定内部抵抗Ｒｔと算出した内部抵抗Ｒｏｔとの抵抗差を内部抵抗差ｄＲｔとし、
   前記内部抵抗Ｒｔと前記内部抵抗差ｄＲｔとの比率を、ＳＯＲとして求め、
   前記ＳＯＲが０．５以上のときには、減液以外の要因に伴う鉛蓄電池の劣化と診断し、
   前記ＳＯＲが０．５未満のときには、電解液の減液による鉛蓄電池の劣化と診断することを特徴とする電池監視方法。
2. 前記周囲温度Ｔが、１０〜４０℃の間から選択される少なくとも１つの温度であることを特徴とする請求項１記載の電池監視方法。

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