JP2990864B2 - 密閉形鉛蓄電池の劣化状態検出方法 - Google Patents
密閉形鉛蓄電池の劣化状態検出方法Info
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- JP2990864B2 JP2990864B2 JP3156319A JP15631991A JP2990864B2 JP 2990864 B2 JP2990864 B2 JP 2990864B2 JP 3156319 A JP3156319 A JP 3156319A JP 15631991 A JP15631991 A JP 15631991A JP 2990864 B2 JP2990864 B2 JP 2990864B2
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- 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
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、密閉形鉛蓄電池、特に
据置形の密閉形鉛蓄電池の劣化状態の検出方法に関する
ものである。
据置形の密閉形鉛蓄電池の劣化状態の検出方法に関する
ものである。
【０００２】
【従来の技術】従来から、据置形鉛蓄電池の劣化状態検
出方法として電解液比重を測定する方法が一般的に用い
られていた。ところが、陰極吸収式の密閉形鉛蓄電池は
完全密閉形のため電解液比重の測定を直接行うことがで
きない。そこで、比重測定用電極を電槽内に設置する方
法や、陽極板の物理的変形量を検出する方法等が提案さ
れている。
出方法として電解液比重を測定する方法が一般的に用い
られていた。ところが、陰極吸収式の密閉形鉛蓄電池は
完全密閉形のため電解液比重の測定を直接行うことがで
きない。そこで、比重測定用電極を電槽内に設置する方
法や、陽極板の物理的変形量を検出する方法等が提案さ
れている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記前
者の方法は余分な電極を設置するため、部品点数の増
加、製造原価の増大を来たすことになる。また、後者の
方法は陽極板の伸びを検出するための特別の部品が必要
となり、これもまた部品点数の増加、製造原価の増大に
つながる。
者の方法は余分な電極を設置するため、部品点数の増
加、製造原価の増大を来たすことになる。また、後者の
方法は陽極板の伸びを検出するための特別の部品が必要
となり、これもまた部品点数の増加、製造原価の増大に
つながる。
【０００４】本発明の目的は、電池の構成部品点数を増
加させるような検出手段を用いることなく、密閉形鉛蓄
電池の劣化状態を検出する検出方法を提案することにあ
る。
加させるような検出手段を用いることなく、密閉形鉛蓄
電池の劣化状態を検出する検出方法を提案することにあ
る。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めに、本発明に係る密閉形鉛蓄電池の劣化状態検出方法
は、一定振幅の方形波交流電流を劣化状態を検出すべき
密閉形鉛蓄電池に通電し、該電池の両極間に生ずる充電
方向または放電方向いずれかの電圧応答成分Ｖ（ｔ）を
検出して、該電圧応答成分Ｖ（ｔ）を時間に比例する項
（Ａ・ｔ）と、時間の平方根に比例する項（Ｂ・
ｔ1/2 ）と定数（Ｖ0 ）との和の式［Ｖ（ｔ）＝Ｖ0 ＋
Ａ・ｔ＋Ｂ・ｔ1/2 ］に近似し、前記時間の平方根に比
例する項の係数Ｂの大きさにより電池の劣化状態を評価
するものである。
めに、本発明に係る密閉形鉛蓄電池の劣化状態検出方法
は、一定振幅の方形波交流電流を劣化状態を検出すべき
密閉形鉛蓄電池に通電し、該電池の両極間に生ずる充電
方向または放電方向いずれかの電圧応答成分Ｖ（ｔ）を
検出して、該電圧応答成分Ｖ（ｔ）を時間に比例する項
（Ａ・ｔ）と、時間の平方根に比例する項（Ｂ・
ｔ1/2 ）と定数（Ｖ0 ）との和の式［Ｖ（ｔ）＝Ｖ0 ＋
Ａ・ｔ＋Ｂ・ｔ1/2 ］に近似し、前記時間の平方根に比
例する項の係数Ｂの大きさにより電池の劣化状態を評価
するものである。
【０００６】
【作用】本発明の検出方法では、方形波交流電流の半周
期間には電池に充電方向の電流が流れ、負の半周期間に
は放電方向の電流が流れる。一般に、鉛蓄電池の電極系
に電流を通電した時に極に発生する過電圧は、電荷移動
による分極、電気二重層容量の充電による分極、及び電
解液イオンの濃度分極等の各分極の和により表わされ
る。鉛蓄電池の電極は多孔質のため電圧応答成分も複雑
になると考えられるが、電解液の放散による濃度分極は
時間の平方根（ｔ1/2 ）に比例するものであることか
ら、本発明の方法で評価する係数（Ｂ）は電解液の活物
質に対する拡散の情報を含むものと考えられる。劣化し
た電池では正常な電池に比べて有効に反応する活物質が
少なく、活物質が非還元性硫酸鉛化しているため、有効
に反応する活物質と電解液の拡散が悪化し、時間の平方
根に比例する項の係数が増大する傾向があることを発明
者は見出した。そこで、本発明の方法では、この係数の
大きさを評価することにより、密閉形鉛蓄電池の劣化状
態を評価する。
期間には電池に充電方向の電流が流れ、負の半周期間に
は放電方向の電流が流れる。一般に、鉛蓄電池の電極系
に電流を通電した時に極に発生する過電圧は、電荷移動
による分極、電気二重層容量の充電による分極、及び電
解液イオンの濃度分極等の各分極の和により表わされ
る。鉛蓄電池の電極は多孔質のため電圧応答成分も複雑
になると考えられるが、電解液の放散による濃度分極は
時間の平方根（ｔ1/2 ）に比例するものであることか
ら、本発明の方法で評価する係数（Ｂ）は電解液の活物
質に対する拡散の情報を含むものと考えられる。劣化し
た電池では正常な電池に比べて有効に反応する活物質が
少なく、活物質が非還元性硫酸鉛化しているため、有効
に反応する活物質と電解液の拡散が悪化し、時間の平方
根に比例する項の係数が増大する傾向があることを発明
者は見出した。そこで、本発明の方法では、この係数の
大きさを評価することにより、密閉形鉛蓄電池の劣化状
態を評価する。
【０００７】なお理論的には、時間に比例する項の係数
Ａの変化からも劣化状態を検出することができると考え
られるが、実際に測定を行ってみると、係数Ａには殆ど
変化する傾向が見られなかった。
Ａの変化からも劣化状態を検出することができると考え
られるが、実際に測定を行ってみると、係数Ａには殆ど
変化する傾向が見られなかった。
【０００８】
【実施例】以下、本発明の検出方法の実施例を図面を参
照して説明する。
照して説明する。
【０００９】図１は本発明の検出方法を実施する装置の
構成例を示したもので、方形波信号発生器１の方形波出
力を電圧−電流変換器２を通して被検出鉛蓄電池３に通
電する。そして、電池３の両極間に充電方向の電流が流
れた期間に生ずる電圧応答成分を増幅器４で増幅して、
Ａ／Ｄコンバータ５に入力し、一定時間ごとに段階的に
デジタル信号に変換して、コンピュータ６により演算・
解析する。
構成例を示したもので、方形波信号発生器１の方形波出
力を電圧−電流変換器２を通して被検出鉛蓄電池３に通
電する。そして、電池３の両極間に充電方向の電流が流
れた期間に生ずる電圧応答成分を増幅器４で増幅して、
Ａ／Ｄコンバータ５に入力し、一定時間ごとに段階的に
デジタル信号に変換して、コンピュータ６により演算・
解析する。
【００１０】本実施例で用いる方形波信号を印加して電
圧応答成分を検出する測定方法は、電気化学の測定方法
において電極系の解析を行う場合に用いられているステ
ップ法と近似している。公知のステップ法と本実施例で
用いる測定方法とが基本的に相違する部分は、信号の通
電時間にある。ステップ法ではμsecオーダの周期のパ
ルス信号を印加するのに対して、本実施例ではsec オー
ダの信号を用いて測定する。後述する通り、具体的に印
加した方形波信号の周期は１０秒である。印加信号とし
て方形波信号を用いているのは、一定振幅を印加した場
合の方が数式での近似が容易であり、しかも近似した場
合の精度が高くなるためである。なお、サイン波を印加
した場合には、電圧応答成分もサイン波となり近似が不
可能になる。方形波信号の周波数は、電圧応答成分の式
による近似が可能な範囲であれば特に限定されるもので
はない。コンピュータ６を用いて解析する場合には、電
圧応答成分Ｖ（ｔ）を時間に比例する項（Ａ・ｔ）と、
時間の平方根に比例する項（Ｂ・ｔ1/2 ）と、定数（Ｖ
0 ）との和で次式のように近似する。
圧応答成分を検出する測定方法は、電気化学の測定方法
において電極系の解析を行う場合に用いられているステ
ップ法と近似している。公知のステップ法と本実施例で
用いる測定方法とが基本的に相違する部分は、信号の通
電時間にある。ステップ法ではμsecオーダの周期のパ
ルス信号を印加するのに対して、本実施例ではsec オー
ダの信号を用いて測定する。後述する通り、具体的に印
加した方形波信号の周期は１０秒である。印加信号とし
て方形波信号を用いているのは、一定振幅を印加した場
合の方が数式での近似が容易であり、しかも近似した場
合の精度が高くなるためである。なお、サイン波を印加
した場合には、電圧応答成分もサイン波となり近似が不
可能になる。方形波信号の周波数は、電圧応答成分の式
による近似が可能な範囲であれば特に限定されるもので
はない。コンピュータ６を用いて解析する場合には、電
圧応答成分Ｖ（ｔ）を時間に比例する項（Ａ・ｔ）と、
時間の平方根に比例する項（Ｂ・ｔ1/2 ）と、定数（Ｖ
0 ）との和で次式のように近似する。
【００１１】 Ｖ（ｔ）＝Ｖ0 ＋Ａ・ｔ＋Ｂ・ｔ1/2 …（１） コンピュータ６による演算・解析では、非線形の最小自
乗法の一種であるマルカート法を用いて、電圧応答成分
の実測値と（１）式による算出値の誤差が最小となるよ
うな係数Ａ，Ｂ及びＶ0 の値を求める。
乗法の一種であるマルカート法を用いて、電圧応答成分
の実測値と（１）式による算出値の誤差が最小となるよ
うな係数Ａ，Ｂ及びＶ0 の値を求める。
【００１２】具体的な実施例として、２Ｖ、２００Ａｈ
の密閉形鉛蓄電池を用いて、高温の加速寿命試験を行っ
た結果について説明する。上記電池に通電した電流は±
２Ａ、周期１０秒の低周波方形波電流で、１周期間に電
池の両極間に生ずる電圧応答成分の変化を図２に示し
た。同図の実線波形Ｄは性能初期の電池、破線波形Ｆは
寿命後の電池のものである。また、時間０〜５秒の半周
期期間は電池に充電方向の電流が通電されている期間で
あり、時間５〜１０秒の半周期期間は放電方向の電流が
通電されている期間である。そして、実施例では充電方
向の電流を通じた期間の電圧応答成分に基づき前述のよ
うな演算・解析を行って、前記（１）式の各構成項を近
似算定した。図３は電圧応答成分中、この算定により求
めた時間の平方根に比例する項の係数Ｂの試験期間にお
ける変化を示したもので、図の曲線Ｃは同試験期間にお
ける電池の放電容量の変化を示したものである。
の密閉形鉛蓄電池を用いて、高温の加速寿命試験を行っ
た結果について説明する。上記電池に通電した電流は±
２Ａ、周期１０秒の低周波方形波電流で、１周期間に電
池の両極間に生ずる電圧応答成分の変化を図２に示し
た。同図の実線波形Ｄは性能初期の電池、破線波形Ｆは
寿命後の電池のものである。また、時間０〜５秒の半周
期期間は電池に充電方向の電流が通電されている期間で
あり、時間５〜１０秒の半周期期間は放電方向の電流が
通電されている期間である。そして、実施例では充電方
向の電流を通じた期間の電圧応答成分に基づき前述のよ
うな演算・解析を行って、前記（１）式の各構成項を近
似算定した。図３は電圧応答成分中、この算定により求
めた時間の平方根に比例する項の係数Ｂの試験期間にお
ける変化を示したもので、図の曲線Ｃは同試験期間にお
ける電池の放電容量の変化を示したものである。
【００１３】図に見られるように、前記係数Ｂは電池性
能の初期と寿命時とでは約４倍の差があり、十分に劣化
状態を検出することができた。
能の初期と寿命時とでは約４倍の差があり、十分に劣化
状態を検出することができた。
【００１４】なお、図３に示した係数Ｂの変化を求める
のに、本実施例では電池に充電方向の電流が通電された
ときに生ずる電圧応答成分を用いているが、放電方向の
電流通電時に生ずる電圧応答成分を用いてもよいのは勿
論である。
のに、本実施例では電池に充電方向の電流が通電された
ときに生ずる電圧応答成分を用いているが、放電方向の
電流通電時に生ずる電圧応答成分を用いてもよいのは勿
論である。
【００１５】また、本実施例では電池に通電する方形波
電流の周期を１０秒としたが、電圧応答成分を前述のよ
うな三成分に近似演算を可能とする周期のものであれ
ば、適宜の周期のものを用いることができる。
電流の周期を１０秒としたが、電圧応答成分を前述のよ
うな三成分に近似演算を可能とする周期のものであれ
ば、適宜の周期のものを用いることができる。
【００１６】
【発明の効果】以上述べたように、本発明に係る密閉形
鉛蓄電池の劣化状態検出方法によれば、電池に方形波交
流電流を通電し、電池の両極間に生ずる電圧応答成分を
検出して、該電圧応答成分を時間に比例する項と、時間
の平方根に比例する項と、定数とで近似演算して、時間
の平方根に比例する項の係数の大きさに基づき電池の劣
化状態を評価するようにしたので、劣化状態検出のため
に電池の構成部品点数を増加させたり、製造原価を増大
させるようなことなく、密閉形鉛蓄電池の劣化状態を良
好に検出することができる。
鉛蓄電池の劣化状態検出方法によれば、電池に方形波交
流電流を通電し、電池の両極間に生ずる電圧応答成分を
検出して、該電圧応答成分を時間に比例する項と、時間
の平方根に比例する項と、定数とで近似演算して、時間
の平方根に比例する項の係数の大きさに基づき電池の劣
化状態を評価するようにしたので、劣化状態検出のため
に電池の構成部品点数を増加させたり、製造原価を増大
させるようなことなく、密閉形鉛蓄電池の劣化状態を良
好に検出することができる。
【図１】本発明の検出方法を実施する装置の構成例を示
す説明図である。
す説明図である。
【図２】正常な電池と寿命に至った電池の電圧応答成分
の変化を示す特性曲線図である。
の変化を示す特性曲線図である。
【図３】寿命試験における電池の放電容量と、電圧応答
成分中の時間の平方根に比例する項の係数の変化を示す
曲線図である。
成分中の時間の平方根に比例する項の係数の変化を示す
曲線図である。
１…方形波信号発生器、２…電圧−電流変換器、３…被
検出鉛蓄電池、５…Ａ／Ｄコンバータ、６…コンピュー
タ。
検出鉛蓄電池、５…Ａ／Ｄコンバータ、６…コンピュー
タ。
フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) H01M 10/42 - 10/48 G01R 31/36
Claims (1)
- 【請求項１】 一定振幅の方形波交流電流を劣化状態を
検出すべき密閉形鉛蓄電池に通電し、該電池の両極間に
生ずる充電方向または放電方向いずれかの電圧応答成分
を検出して、該電圧応答成分を時間に比例する項と、時
間の平行根に比例する項と、定数との和の式に近似し、
前記時間の平方根に比例する項の係数の大きさにより前
記電池の劣化状態を評価することを特徴とする密閉形鉛
蓄電池の劣化状態検出方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3156319A JP2990864B2 (ja) | 1991-06-27 | 1991-06-27 | 密閉形鉛蓄電池の劣化状態検出方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3156319A JP2990864B2 (ja) | 1991-06-27 | 1991-06-27 | 密閉形鉛蓄電池の劣化状態検出方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH056782A JPH056782A (ja) | 1993-01-14 |
| JP2990864B2 true JP2990864B2 (ja) | 1999-12-13 |
Family
ID=15625202
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3156319A Expired - Fee Related JP2990864B2 (ja) | 1991-06-27 | 1991-06-27 | 密閉形鉛蓄電池の劣化状態検出方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2990864B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE10236958B4 (de) * | 2002-08-13 | 2006-12-07 | Vb Autobatterie Gmbh & Co. Kgaa | Verfahren zur Ermittlung der entnehmbaren Ladungsmenge einer Speicherbatterie und Überwachungseinrichtung für eine Speicherbatterie |
| FR3006450B1 (fr) * | 2013-06-04 | 2015-05-22 | Renault Sa | Procede pour estimer l'etat de sante d'une cellule electrochimique de stockage d'energie electrique |
-
1991
- 1991-06-27 JP JP3156319A patent/JP2990864B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH056782A (ja) | 1993-01-14 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 19990914 |
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