JPH04206277A - 鉛蓄電池用比重センサー - Google Patents
鉛蓄電池用比重センサーInfo
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- JPH04206277A JPH04206277A JP2335991A JP33599190A JPH04206277A JP H04206277 A JPH04206277 A JP H04206277A JP 2335991 A JP2335991 A JP 2335991A JP 33599190 A JP33599190 A JP 33599190A JP H04206277 A JPH04206277 A JP H04206277A
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Classifications
-
- 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
- Secondary Cells (AREA)
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。
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
本発明は鉛蓄電池用比重センサーの改良に関するもので
ある。
ある。
従来の技術とその課組
鉛蓄電池は周知のように放電状態は電解液比重に現れる
。これは電解液比重が電池容量の変化（化学的な反応量
）に依存し、放ｔｔｈ′＠気量に比例して変化するから
である。したがって、電解液比重がわかるとその電池が
どの程度放電しているか、あるいはあとどの程度放電可
能かということを正確に知ることができる。また、電解
液比重を電気信号として取り出す比重センサーができれ
ば、センサーを通じて電池の状態を充電器にフィードバ
ックさせることにより充電状態を自動的にコントロール
することができる。比重センサーとして古くから使われ
ているのは鉛／二酸化鉛電極対であるが、この電極はそ
の出力が電極の化学反応によっているため消耗が不可避
であり、また自己放電によっても劣化するので間欠的に
充電しなければならなかった。さらにこの電極は、いず
れも多孔性構造の電極であるため電極内部への硫酸の拡
散に遅れがあり、これが応答の遅れの原因になっていた
。また近年、鉛電池はメンテナンスフリー化が進み酸素
サイクルを原理とした電解液枯渇形（リテーナ形）の密
閉形電池に変わりつつある。
。これは電解液比重が電池容量の変化（化学的な反応量
）に依存し、放ｔｔｈ′＠気量に比例して変化するから
である。したがって、電解液比重がわかるとその電池が
どの程度放電しているか、あるいはあとどの程度放電可
能かということを正確に知ることができる。また、電解
液比重を電気信号として取り出す比重センサーができれ
ば、センサーを通じて電池の状態を充電器にフィードバ
ックさせることにより充電状態を自動的にコントロール
することができる。比重センサーとして古くから使われ
ているのは鉛／二酸化鉛電極対であるが、この電極はそ
の出力が電極の化学反応によっているため消耗が不可避
であり、また自己放電によっても劣化するので間欠的に
充電しなければならなかった。さらにこの電極は、いず
れも多孔性構造の電極であるため電極内部への硫酸の拡
散に遅れがあり、これが応答の遅れの原因になっていた
。また近年、鉛電池はメンテナンスフリー化が進み酸素
サイクルを原理とした電解液枯渇形（リテーナ形）の密
閉形電池に変わりつつある。
そのためこの比重センサーの鉛電極は使用中に酸素で腐
食されて短期に劣化してしまう欠点があった。
食されて短期に劣化してしまう欠点があった。
上記の鈴／二酸化鈴１！極対比重センサーの欠点を解消
するためモリブドリン酸電極からなる水素イオン濃度検
出電極と飽和カロメル電極とを組み合わせた比重センサ
ーの提案もある（特開昭６３−１９０２６４−１特開昭
ｆｌ＋３−２７９１５８ ’）。われわれは既にイオン
悪巧電界効果トランジスタ（ＩＳＦＥＴ ）からなる水
素イオン濃度検出電極と参照電極としてＦｘ酸第−水銀
電極あるいは飽和カロメル電極（塩化第一水銀電極）と
を組合わせた比重センサーを提案してきた（特開昭６０
−１１２２５６ ＞。前者はモリブドリン酸電極の出力
が電気化学反応によるものなので電極活物質の消耗は避
けられないこと、また溶出したモリブデンが電池負極板
上に析出し水素過電圧を低下させる問題がある。後者は
、鉛／′二酸化鈴電極対比重センサーが Ｈ２ＳＯ，＝２Ｈ“＋ｓｏ４’− のように解離している硫酸イオン（Ｓ０４″′）の濃度
を検出するのに対して、水素イオン（Ｈ＋）の濃度（−
ｐＨ）を検出するものである。水素イオンは拡散速度が
イオンの中では最も大きいので応答に優れる。水素イオ
ンを検出するｌ５ＦＥＴの動作原理はイオン接近による
物理的な電界効果によるものであり、そのため応答時間
は１０−３秒と著しく短く、また化学反応のような物質
の組成変化を必要としないので寿命はほとんど半永久的
である。
するためモリブドリン酸電極からなる水素イオン濃度検
出電極と飽和カロメル電極とを組み合わせた比重センサ
ーの提案もある（特開昭６３−１９０２６４−１特開昭
ｆｌ＋３−２７９１５８ ’）。われわれは既にイオン
悪巧電界効果トランジスタ（ＩＳＦＥＴ ）からなる水
素イオン濃度検出電極と参照電極としてＦｘ酸第−水銀
電極あるいは飽和カロメル電極（塩化第一水銀電極）と
を組合わせた比重センサーを提案してきた（特開昭６０
−１１２２５６ ＞。前者はモリブドリン酸電極の出力
が電気化学反応によるものなので電極活物質の消耗は避
けられないこと、また溶出したモリブデンが電池負極板
上に析出し水素過電圧を低下させる問題がある。後者は
、鉛／′二酸化鈴電極対比重センサーが Ｈ２ＳＯ，＝２Ｈ“＋ｓｏ４’− のように解離している硫酸イオン（Ｓ０４″′）の濃度
を検出するのに対して、水素イオン（Ｈ＋）の濃度（−
ｐＨ）を検出するものである。水素イオンは拡散速度が
イオンの中では最も大きいので応答に優れる。水素イオ
ンを検出するｌ５ＦＥＴの動作原理はイオン接近による
物理的な電界効果によるものであり、そのため応答時間
は１０−３秒と著しく短く、また化学反応のような物質
の組成変化を必要としないので寿命はほとんど半永久的
である。
ところが、一方の参照電極か電気化学的な原理によるも
のて・あるため電解液の成分である硫酸（硫酸第一水銀
電極の場合〉や塩化カリウム（カロメル電極の場合）が
液絡部より漏れて電池内に拡散するため電解液濃度が変
化し長期間一定の電位を得るのか困雛である。また塩素
イオンや水銀イオンの電池内への拡散は電池性能に有害
な影響をおよぼしたり、有害重金属をばらまくことにな
るので好ましくなく、同時に寿命も短くなっていた。
のて・あるため電解液の成分である硫酸（硫酸第一水銀
電極の場合〉や塩化カリウム（カロメル電極の場合）が
液絡部より漏れて電池内に拡散するため電解液濃度が変
化し長期間一定の電位を得るのか困雛である。また塩素
イオンや水銀イオンの電池内への拡散は電池性能に有害
な影響をおよぼしたり、有害重金属をばらまくことにな
るので好ましくなく、同時に寿命も短くなっていた。
さらに液絡部には異なる電解質あるいは濃度になるため
拡散電位が発生するのでセンサーの出力電圧に誤差を生
じ正確な硫酸比重を知ることかできない問題がある。
拡散電位が発生するのでセンサーの出力電圧に誤差を生
じ正確な硫酸比重を知ることかできない問題がある。
課Ｕを解決するための手段
本発明は、イオン悪巧電界効果形トランジスタ（ＩＳＦ
ＥＴ ）からなる水素イオン濃度検出電極と参照電極用
電界効果形トランジスタ（ＲＥＦ−Ｆ［丁）の一組で構
成することにより、従来の欠点を解消した鉛蓄電池用比
重センサーを提供しようとするものである。
ＥＴ ）からなる水素イオン濃度検出電極と参照電極用
電界効果形トランジスタ（ＲＥＦ−Ｆ［丁）の一組で構
成することにより、従来の欠点を解消した鉛蓄電池用比
重センサーを提供しようとするものである。
作用
ｐＨ用のｌ５ＦＥＴのｐＨ応答は酸化物などの感応層の
表面で水酸基が解離し、電解液中の水素イオンとの間で
次のような解離平衡を生じることによる。
表面で水酸基が解離し、電解液中の水素イオンとの間で
次のような解離平衡を生じることによる。
Ｍ−ＯＨ：Ｍ−０−＋Ｈ”
これから逆に表面解離基をなくすれば界面電位変化を生
じなくできる０例えば感応層の表面にテフロン膜をイオ
ンビームスパッタ法で形成したものは液の種類によらず
界面電位が一定となり、参照電極用ＦＥＴ （ＲＥＦ
＝ＦＥＴ）として使用することができ、これをｌ５ＦＥ
Ｔと共に使用し、それらの出力の差を測定すれば、従来
のような内部液を有する電気化学的な参照！極は不要で
あり、これらの組合わせにより硫酸比重を検出すること
ができる。
じなくできる０例えば感応層の表面にテフロン膜をイオ
ンビームスパッタ法で形成したものは液の種類によらず
界面電位が一定となり、参照電極用ＦＥＴ （ＲＥＦ
＝ＦＥＴ）として使用することができ、これをｌ５ＦＥ
Ｔと共に使用し、それらの出力の差を測定すれば、従来
のような内部液を有する電気化学的な参照！極は不要で
あり、これらの組合わせにより硫酸比重を検出すること
ができる。
実施例
ｌ５ＦＥＴのイオン感応面にイオンビームスパッタ法で
窒化シリコンの膜を形成して得た水素イオン濃度検出用
ｌ５ＦＥＴとｒｓｒＥｒのイオン感応面にイオンビーム
スパッタ法で１０００人の厚さのテフロン膜を形成して
得た参照電極用ｌ５ＦＥＴ（ＲＥＦ−ＦＥＴ）とを組合
わせて作製した本発明鉛蓄電池用比重センサーの特性を
調べた。
窒化シリコンの膜を形成して得た水素イオン濃度検出用
ｌ５ＦＥＴとｒｓｒＥｒのイオン感応面にイオンビーム
スパッタ法で１０００人の厚さのテフロン膜を形成して
得た参照電極用ｌ５ＦＥＴ（ＲＥＦ−ＦＥＴ）とを組合
わせて作製した本発明鉛蓄電池用比重センサーの特性を
調べた。
第１図は電解液である希硫酸のｐＨ（水素イオン濃度）
と本発明による比重センサーの出力電圧の関係を示した
ものである。ＩＩＨ当たりの出力電圧変化は５６ ｎＶ
であった。
と本発明による比重センサーの出力電圧の関係を示した
ものである。ＩＩＨ当たりの出力電圧変化は５６ ｎＶ
であった。
第２図は希硫酸のｌ）Ｈと比重との関係を示した図で、
この図と第１図より比重センサの出力電圧の測定により
硫酸比重を知ることができる。
この図と第１図より比重センサの出力電圧の測定により
硫酸比重を知ることができる。
本発明比重センサにより鉛蓄電池の電解液比重１．０５
〜１．３２の範囲にわたって計測したときの応答時間は
いずれも１０秒以内で、従来の釣／二酸化鈴電極対比重
センサの応答が約２０分であるのに対し、極めて優れて
いる。また電気化学的な参照電極を使用していないため
寿命が長いだけでなく、機械的強度に優れると共に、小
形化できる。
〜１．３２の範囲にわたって計測したときの応答時間は
いずれも１０秒以内で、従来の釣／二酸化鈴電極対比重
センサの応答が約２０分であるのに対し、極めて優れて
いる。また電気化学的な参照電極を使用していないため
寿命が長いだけでなく、機械的強度に優れると共に、小
形化できる。
発明の効果
このように本発明鉛蓄電池用比重センサーは応答速度が
早く、機械的強度に優れ、有害物質の溶出かなく、寿命
か長いので、密閉形鉛蓄電池をはじめとして電気自動車
用電池やフォークリフト用電池などサイクルサービス用
電池の急速充放電使用のものにも取付けることかできる
。また、自動車用電池のモニターとしても使用できその
工業的価値は大である。
早く、機械的強度に優れ、有害物質の溶出かなく、寿命
か長いので、密閉形鉛蓄電池をはじめとして電気自動車
用電池やフォークリフト用電池などサイクルサービス用
電池の急速充放電使用のものにも取付けることかできる
。また、自動車用電池のモニターとしても使用できその
工業的価値は大である。
第１図は本発明鉛蓄電池用比重センサの出力電圧と希硫
酸のｐＨとの関係を示す特性図、第２図は鉛蓄電池の電
解液比重と ｐＨとの関係を示す特性図である。 舅２図 ｆ’Ｈ
酸のｐＨとの関係を示す特性図、第２図は鉛蓄電池の電
解液比重と ｐＨとの関係を示す特性図である。 舅２図 ｆ’Ｈ
Claims (1)
- １、イオン感応電界効果形トランジスタ（ＩＳＦＥＴ）
からなる水素イオン濃度検出電極と参照電極用電界効果
形トランジスタ（ＲＥＦ−ＦＥＴ）の一組で構成した鉛
蓄電池用比重センサー。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2335991A JPH04206277A (ja) | 1990-11-29 | 1990-11-29 | 鉛蓄電池用比重センサー |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2335991A JPH04206277A (ja) | 1990-11-29 | 1990-11-29 | 鉛蓄電池用比重センサー |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04206277A true JPH04206277A (ja) | 1992-07-28 |
Family
ID=18294572
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2335991A Pending JPH04206277A (ja) | 1990-11-29 | 1990-11-29 | 鉛蓄電池用比重センサー |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH04206277A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0728370A1 (en) * | 1993-11-19 | 1996-08-28 | Ovonic Battery Company, Inc. | A solid state battery using an ionic or protonic electrolyte |
-
1990
- 1990-11-29 JP JP2335991A patent/JPH04206277A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0728370A1 (en) * | 1993-11-19 | 1996-08-28 | Ovonic Battery Company, Inc. | A solid state battery using an ionic or protonic electrolyte |
| EP0728370A4 (en) * | 1993-11-19 | 1997-02-26 | Ovonic Battery Co | SOLID BATTERY WITH AN ION OR PROTON-CONDUCTING ELECTROLYTE |
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