JP3546453B2 - シール鉛電池の寿命判定方法 - Google Patents

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Description

【0001】
【産業上の利用分野】
本発明はフロートあるいはトリクル充電されているシール鉛電池の寿命判定方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来よりフロートあるいはトリクル充電されている鉛電池の寿命判定方法としては電解液の比重を測定する方法がもっとも一般的に行われてきた。ところが完全密閉式のシール鉛電池では電解液の比重を直接測定できないため、電解液比重測定用の二酸化鉛電極を電槽内に設置して電解液比重を測定する方法(特開昭61−294771号)、陽極板の伸びを検出する方法(特開平2−152170号)、インピーダンスを測定する方法(特開平4−198783号)などが提案されてきた。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記の寿命判定方法のなかで、電解液比重測定用の電極を電槽内に設置する方法では電池に加工をする必要性がある点と二酸化鉛電極を定期的に充電する必要性がある点から実際的ではなく、陽極板の伸びを検出する方法では同様に電池に加工する必要がある点と全ての陽極板の伸びを検出するのは困難なために信頼性に欠けるという問題点を有していた。
寿命判定で最も確実な方法は放電容量を実測することであるが、放電試験を行うためには機器の運転を止める必要がある点と放電試験に多大の労力と時間を必要とする点で実際的でなかった。この点を解決するために実負荷で放電を行うことも考えられるが、実負荷の放電試験は放電後に回復充電が終了するまで機器をバックアップする時間が定格より短くなるために事実上その期間機器の運転を行えないと云う問題点があった。
【0004】
短時間の放電から放電容量を推定する試みも行われているが(電気学会論文誌87,NO.5,VOL.107−D,P606)、精度よく放電容量を推定するには0.1C放電で1時間以上とかなりの放電時間が必要であった。
又、インピーダンスを測定する方法では放電容量とインピーダンスの相関が必ずしも良くなく、インピーダンスから放電持続時間を推定した場合にはかなり大きい誤差が生じる可能性があり、寿命判定を誤る可能性がある。
【0005】
本発明の目的は、短時間の測定で機器の運転を止めずに放電容量を精度良く推定するシール鉛電池の寿命判定を行う方法を提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明は、フロートあるいはトリクル充電状態で HZ 以上500 HZ 以下の周波数で測定したインピーダンスから放電中の平均電圧低下速度を近似し、かつ、所定の電流で短時間放電した時の放電電圧を測定し、前記インピーダンスから近似した平均電圧低下速度と前記所定の電流で放電して測定した放電電圧とから該電流での推定放電持続時間を計算し、該推定放電持続時間が設定値以下になった場合に寿命と判定することを特徴とする。
【0007】
本発明では、フロートあるいはトリクル充電状態に HZ 以上500 HZ 以下の周波数で測定したインピーダンス値から放電中の平均電圧低下速度を近似するため、終止電圧に至るまでの放電持続時間を放電初期の電圧値から推定することができ、推定放電持続時間から寿命判定を行うことができる。
又、トリクルあるいはフロート充電状態のインピーダンスを測定する周波数を限定したのは解析の結果、 HZ 以上500 HZ 以下の周波数範囲で実測した放電中の平均電圧低下速度とインピーダンスから近似した平均電圧低下速度の相関が良好なためである。
【0008】
解析結果を図面を用いて説明する。解析を行ったデータは2V,200Ah定格の据置シール鉛電池の71゜C加速寿命試験のものである。試験した電池数は6個、解析したデータ点数は157点である。図2は周波数16HZのインピーダンスと0.23C放電中の平均電圧低下速度との相関を示す特性線図である。この図に示されるように周波数16HZのインピーダンスと放電中の平均電圧低下速度は相関を有し、図中の曲線で示されるように2次式で近似可能であった。図3はインピーダンスから2次式で近似した平均電圧速度と実測した平均電圧低下速度との相関係数の周波数依存性を示す特性線図である。この図に示されるように請求項2で示す周波数5HZ以上500HZ以下で相関係数が高い。
【0009】
本発明での寿命判定方法では、インピーダンス単独あるいは短時間の放電電圧単独から放電持続時間を推定した場合よりも高精度で放電持続時間が推定可能であり、より確実な寿命判定が可能である。
その例を図面を用いて説明する。比較したデータは上述の71゜C加速寿命試験のデータである。図4は0.23C放電5分目電圧と放電持続時間との相関を示す特性線図であり、この図に示されるように放電5分目電圧と放電持続時間は相関を有し、図中の曲線に示すように2次式で近似可能であるが、2次式で近似しても推定放電持続時間と実測放電持続時間の相関係数は0.859、平均誤差は6.4%、最大誤差は64.9%であった。図5は周波数16HZのインピーダンスと放電持続時間との相関を示す特性線図である。放電5分目電圧と同様に周波数16HZのインピーダンスと放電持続時間は相関を有し、2次式で近似可能であるが、2次式で近似した場合の推定放電持続時間と実測放電持続時間の相関係数は0.900、平均誤差は5.4%、最大誤差は64.0%と誤差は大きい。又、放電持続時間を2次式で近似した場合の実測放電持続時間と推定放電持続時間の相関係数の周波数依存性を図6に示す。図3と同様に周波数5HZ以上500HZ以下で相関係数が高くなっているが、最も相関の高い周波数16HZでのインピーダンスでも最大誤差は大きい。図7に本発明による推定放電持続時間と実測放電持続時間との相関を示す。推定放電持続時間は、0.23C放電5分目電圧の実測値と周波数16HZのインピーダンスから2次式で近似した平均電圧低下速度から、終止電圧に至るまでの時間を計算する方法である。この図に示されるように実測放電持続時間と推定放電持続時間の相関係数は0.925、平均誤差は5.1%、最大誤差が31.0%であり、図5、図6に示す放電5分目電圧およびインピーダンス単独から計算した場合より誤差が小さく相関も良好である。
従って、本発明の寿命判定方法の方が放電5分目電圧あるいはインピーダンス単独から放電持続時間を推定するよりも精度が高く、寿命判定方法として有効である。
【0010】
【実施例】
本発明の一実施例を図面を用いて説明する。図1は寿命を確認するシール鉛電池の接続図でシール鉛電池1はフロート用充電器2に接続されるとともに負荷3に接続される。シール鉛電池1は2V、200Ah定格の据置シール鉛電池を24セル直列に接続したものである。負荷は、ほぼ0.23C放電相当の負荷である。インピーダンス測定装置4は周波数16HZ、±2Aの交流電流を電池に通電した時の交流電圧成分を測定してインピーダンスを算出するものである。
【0011】
実際の測定手段を説明する。まず、フロート充電状態で各電池の周波数16HZのインピーダンスを測定する。次に電源を遮断し電池を放電状態とし、5分後に各電池の電圧を測定する。周波数16HZのインピーダンスの測定値の2次近似値から放電中の平均電圧低下速度を推定し、放電5分目電圧から終止電圧に至るまでの推定放電持続時間が計算し、各電池の推定放電持続時間があらかじめ定められた値以下となればその電池は寿命と判定する。
【0012】
本実施例では電源を遮断することにより放電状態としたが、電源を遮断しなくてもフロート用充電器2とシール鉛電池1の接続を切り放して短時間放電用の負荷を接続して放電5分目電圧を測定してもよい。また、本実施例では放電5分目で電圧を測定したが、5分目に限る必要はなく、放電開始後に電圧がある程度落ち着いた時点の電圧で計算すればよい。
【0013】
【発明の効果】
上述のように、本発明はその構成を、フロートあるいはトリクル充電状態で HZ 以上500 HZ 以下の周波数で測定したインピーダンスから放電中の平均電圧低下速度を近似し、かつある電流で短時間放電した時の放電電圧を測定し、インピーダンスから近似した平均電圧低下速度と測定された放電電圧から該電流での推定放電持続時間を計算し、推定放電持続時間が設定値以下になった場合に寿命と判定することとしたため、短時間の測定で機器の運転を止めること無く、かつ精度良く放電容量を推定して寿命判定を行うことができる点、工業的価値極めて大なるものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明で寿命を確認する場合の接続を示す説明図である。
【図2】周波数16HZのインピーダンスと0.23C放電中の平均電圧低下速度との相関を示す特性線図である。
【図3】インピーダンスから2次近似して計算した平均電圧低下速度と実測の平均電圧低下速度の相関係数の周波数依存性を示す特性線図である。
【図4】0.23C放電5分目電圧と0.23C放電持続時間との相関を示す特性線図である。
【図5】周波数16HZのインピーダンスと0.23C放電持続時間との相関を示す特性線図である。
【図6】インピーダンスから2次近似して計算した推定放電持続時間と実測の放電持続時間の相関係数の周波数依存性を示す特性線図である。
【図7】本発明の寿命判定方法のなかで推定した推定放電持続時間と実測放電持続時間との相関を示す特性線図である。
【符号の説明】
1はシール鉛電池、2はフロート用充電器、3は負荷、4はインピーダンス測定装置

Claims (1)

  1. フロートあるいはトリクル充電状態で HZ 以上500 HZ 以下の周波数で測定したインピーダンスから放電中の平均電圧低下速度を近似し、かつ、所定の電流で短時間放電した時の放電電圧を測定し、前記インピーダンスから近似した平均電圧低下速度と前記所定の電流で放電して測定した放電電圧とから該電流での推定放電持続時間を計算し、該推定放電持続時間が設定値以下になった場合に寿命と判定することを特徴とするシール鉛電池の寿命判定方法。
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