JPWO2011051997A1 - 鉛蓄電池の運用方法及び該運用方法により運用される鉛蓄電池を備えた蓄電装置 - Google Patents
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Abstract
Description
また自然エネルギー発電装置を系統と連系させる場合に、発電装置から系統に供給される電力が大きく変動すると、電力会社が要求する連系要件を満たさなくなるおそれがある。
第1の発明は、太陽電池や風力発電機等の自然エネルギー発電装置の発電量の変動を補償するために発電装置に接続されて、発電装置の出力による充電と外部回路への放電とが行われる鉛蓄電池を運用する鉛蓄電池の運用方法に係わるものである。本発明の運用方法では、鉛蓄電池の満充電状態を100%として、該鉛蓄電池の充電状態を30〜90%の範囲内に維持し、かつ、電池電圧を1.80〜2.42V/セルの規程範囲に保って鉛蓄電池の放電及び充電を行う。
<太陽光発電機器>
本明細書において、太陽光発電機器とは、太陽光をエネルギー源として発電を行う発電要素を用いた発電機器を意味する。太陽光をエネルギー源として発電を行う発電要素の具体例は、太陽電池(Solar cell)である。
本明細書において、風力発電機器とは、風力をエネルギー源として発電を行う発電機器を意味する。風力発電機器の代表的なものは、風車を用いて発電機を駆動する風力発電機である。
本発明に係わる運用方法により運用する鉛蓄電池は、鉛又は鉛合金製の基板に活物質を担持させた極板を、電解液に浸漬した構造を有する。極板としては、クラッド式、ペースト式又はチュードル式のもの等が用いられているが、製造性が良く、極板面積を容易に増やすことができるペースト式のものが好ましい。
本実施形態では、自然エネルギー発電装置の発電量の変動を補償するために、上記の鉛蓄電池を多数組み合わせることにより構成した蓄電装置を発電装置に接続し、該発電装置の出力による鉛蓄電池の充電と、該鉛蓄電池から外部回路への放電とを所定の条件で行わせて、鉛蓄電池を不足充電状態で運用する。
<鉛蓄電池のSOC>
本発明の方法により運用する鉛蓄電池は、発電機器に用いられる各部品と同等以上の寿命を有することが好ましい。本発明では、電池の寿命を延ばすために、SOCを30〜90%の範囲内に維持して充電及び放電を行うことにより電池を運用する。
SOCの値は、電池の容量が定格容量である状態(満充電された状態)を100%として、鉛蓄電池の充電電気量及び放電電気量(Ah)を逐次加算及び減算することにより演算する。例えば、充電電気量及び放電電気量を計測する積算電力計を設けて、充電が行われている間に該積算電力計により計測された充電電気量をその充電が開始される直前に演算されていた電気量の積算値に加算し、放電が行われている間に積算電力計により計測された放電電気量を、その放電が開始される直前に演算されていた電気量から減算することにより、充電電気量及び放電電気量を逐次積算して、各時刻で演算されている電気量の定格容量に対する百分率(%)を、その時刻でのSOCとする。
鉛蓄電池のより長寿命化を図るため、本発明では、1.80〜2.42V/セルの電圧範囲を電池電圧(電池の端子電圧)の規程範囲として、電池電圧をこの規程範囲に保って鉛蓄電池の放電と充電とを行うことにより鉛蓄電池を運用する。
本発明の運用方法を実施するに当っては、鉛蓄電池の劣化を抑制するために、定期的に、鉛蓄電池をリフレッシュさせるために、鉛蓄電池を満充電状態にするまで、均等充電(リフレッシュ充電)を行うのが好ましい。均等充電は、多数個の二次電池を一組にして長時間使用した場合に生じる電池間の充電状態のバラツキをなくし、充電状態を均一にするために行なう充電である。均等充電では、各電池の電池電圧が所定電圧になるまでは定電流充電を行ない、その後定電圧で一定時間充電を行う。
運用時の最大放電電流は、0.4CA以下とすることが好ましい。尚、ここで述べる「C」とは、鉛蓄電池の定格容量(Ah:アンペアアワー)であり、規定の温度、放電電流及び終止電圧条件で、満充電状態(SOC:100%)から取り出せる電気量を示す。
運用時の最大充電電流は、0.3CA以下とすることが好ましい。運用時の最大充電電流は、鉛蓄電池の寿命に影響を及ぼす。最大充電電流を0.3CA以下として充電を行うことにより、鉛蓄電池の急激な電圧上昇を避け、電池本体の温度上昇及び正極格子の腐食を抑制することができる。
本発明の運用方法により鉛蓄電池が運用される蓄電装置には、本発明に係わる運用方法で鉛蓄電池を運用するように各鉛蓄電池の充電及び放電を制御する充放電制御装置を設けておく。この充放電制御装置は、SOC、電池電圧、最大放電電流及び最大充電電流を検出する手段と、これらの検出値を本発明の運用方法における目標範囲に保つように鉛蓄電池の充電及び放電を制御する手段とにより構成することができる。鉛蓄電池の充放電を制御する手法は公知の方法によればよい。
鉛に、スズ:1.6質量%、カルシウム:0.08質量%を添加混合して混合物全体を100質量%とした鉛合金を溶融し、重力鋳造方式によって縦:385mm、横:140mm、厚み:5.8mmの格子基板を作製した。ここで、骨の断面形状は、縦骨、横骨ともに六角形とし、それぞれの骨の高さを3.2mm、幅を2.4mmとした。この格子基板に、一酸化鉛を主成分とする鉛粉の質量に対して、ポリエステル繊維を0.1質量%加えて混合し、次に水を12質量%、希硫酸を16質量%加えて再び混練したペースト状活物質を充填した。格子基板に活物質を充填した後は、熟成及び乾燥を行って正極板とした。
鉛に、スズ:0.2質量%、カルシウム:0.1質量%を添加混合して混合物全体を100質量%として作製した鉛合金を溶融し、重力鋳造方式によって縦:385mm、横:140mm、厚み:3.0mmの格子基板を作製した。ここで骨の断面形状は、縦骨及び横骨ともに六角形とし、それぞれの骨の高さを2.6mm、幅を1.8mmとした。また、一酸化鉛を主成分とする鉛粉の質量に対して、リグニン:0.2質量%、硫酸バリウム:0.1質量%、通常の市販されている黒鉛等のカーボン粉末:0.2質量%、ポリエステル繊維:0.1質量%を加えて混合した。次に、これに水:12質量%を加えて混練した後、更に希硫酸:13質量%を加えて再び混練して得たペースト状活物質を上記格子基板に充填した。格子基板に活物質を充填した後、熟成及び乾燥を行って負極板とした。
上述した正極板と負極板とを、間にセパレータを介在させながら1枚ずつ交互に積層し、同極板同士をストラップで連結して、正極板:24枚/負極板:25枚からなる極板群を作製した。この極板群を電槽の中に入れ、希硫酸を注液し、化成を行って2V−1500Ahの制御弁式鉛蓄電池を作製した。
上記のようにして作製した鉛蓄電池を用い、25℃の環境温度において運用試験を行った。また試験に供した電池に対しては、1カ月毎に25℃環境下にて0.1CA放電容量(0.1CA=150A)で定電流放電を実施し、電池電圧が放電終止電圧1.80V/セルになった時点で試験を終了して、その放電時間からAhを計算して放電容量とした。このようにして測定した放電容量の推移を確認した。尚、電池が寿命に到るまで劣化が進んだか否かを判断する目安として、初期の電池容量の70%の容量を寿命判定容量とし、電池容量が初期の容量に対し70%以下となった状態を寿命に達した状態として、劣化の進行度合いを判定した。
SOCの影響を把握する運用の試験を行った。この試験では、SOCを60%、充電電流を0.2CA、放電電流を0.2CAとして、1秒間の放電と1秒間の充電とを休止期間をおかずに繰り返し、試験温度を25℃として、電池電圧を、1.80V〜2.42V/セルの範囲に保つように制御して試験を行い、各試験との劣化進行度合いを比較した。本実施例では、運用試験の期間を通じて、SOCを60%に維持した。
SOCの影響を把握する運用の試験として、SOCを30%、充電電流を0.2CA、放電電流を0.2CAとして、1秒間の放電と1秒間の充電とを休止期間を置かずに繰り返し、試験温度を25℃として、電池電圧を、1.80V〜2.42V/セルの範囲に保つように制御して試験を行い、各試験との劣化進行度合いを比較した。本実施例では、運用試験の期間を通じて、SOCを30%に維持した。本実施例と実施例1との相違点は、SOCのみである。
SOCの影響を把握する運用の試験として、SOCを90%、充電電流を0.2CA、放電電流を0.2CAとして、1秒間の放電と1秒間の充電とを休止期間を置かずに繰り返し、試験温度を25℃として、電池電圧を、1.80V〜2.42V/セルの範囲に保つように制御して試験を行い、各試験との劣化進行度合いを比較した。本実施例では、運用試験の期間を通じて、SOCを90%に維持した。本実施例と実施例1との相違点は、SOCのみである。
SOCの影響を把握する運用の試験として、SOCを20%、充電電流を0.2CA、放電電流を0.2CAとして、1秒間の放電と1秒間の充電とを休止期間を置かずに繰り返し、試験温度を25℃として、電池電圧を、1.80V〜2.42V/セルの範囲に保つように制御して試験を行い、各試験との劣化進行度合いを比較した。本比較例では、運用試験の期間を通じて、SOCを20%に維持した。本比較例と実施例1との相違点は、SOCのみである。
SOCの影響を把握する運用の試験として、SOCを100%、充電電流を0.2CA、放電電流を0.2CAとして、1秒間の放電と1秒間の充電とを休止期間を置かずに繰り返し、試験温度を25℃として、電池電圧を、1.80V〜2.42V/セルの範囲に保つように制御して試験を行い、各試験との劣化進行度合いを比較した。本比較例では、運用試験の期間を通じて、SOCを100%に維持した。本比較例と実施例1との相違点は、SOCのみである。
電圧の影響を把握する運用の試験として、SOCを30%、充電電流を0.2CA、放電電流を0.2CAとして、1秒間の放電と1秒間の充電とを休止期間をおかずに繰り返し、試験温度を25℃として、電池電圧を、1.70V〜2.42V/セルの範囲に保つように制御して試験を行い、各試験との劣化進行度合いを比較した。本参考例では、運用試験の期間を通じて、SOCを30%に維持した。本参考例は電圧制御のみが実施例2と相違する。
電圧の影響を把握する運用の試験として、SOCを90%、充電電流を0.2CA、放電電流を0.2CAとして、1秒間の放電と1秒間の充電とを休止期間を置かずに繰り返し、試験温度を25℃として、電池電圧を、1.80V〜2.52V/セルの範囲に保つように制御して試験を行い、各試験との劣化進行度合いを比較した。本参考例では、運用試験の期間を通じて、SOCを90%に維持した。本参考例は、電圧制御のみが実施例3と相違する。
温度補正の影響を把握する運用の試験として、SOCを90%、充電電流を0.2CA、放電電流を0.2CAとして、1秒間の放電と1秒間の充電とを休止期間を置かずに繰り返した。また試験温度を40℃とし、電池電圧を1.725V〜2.345V/セルの範囲(1つのセル当たり、−5mV/℃の温度補正を行った)に保つように電圧制御を行って試験を行い、各試験との劣化進行度合いを比較した。本実施例では、運用試験の期間を通じて、SOCを90%に維持した。
温度補正の影響を把握する運用の試験として、SOCを90%、充電電流を0.2CA、放電電流を0.2CAとして、1秒間の放電と1秒間の充電とを休止期間を置かずに繰り返し、試験温度を40℃として、電池電圧を1.80V〜2.42V/セル(温度補正なし)の範囲に保つように制御する試験を行い、各試験との劣化進行度合いを比較した。本実施例では、運用試験の期間を通じて、SOCを90%に維持した。本実施例は、電池電圧の範囲の温度補正を行わなかった点のみが実施例4と相違する。
温度補正の影響を把握する運用の試験として、SOCを30%、充電電流を0.2CA、放電電流を0.2CAとして、1秒間の放電と1秒間の充電とを休止期間を置かずに繰り返し、試験温度を40℃として、電池電圧を1.725V〜2.345V/セルの範囲(電圧範囲の上限値及び下限値に対して1つのセル当たり、−5mV/℃の温度補正を行った)に保つように制御する試験を行い、各試験との劣化進行度合いを比較した。本実施例では、運用試験の期間を通じて、SOCを30%に維持した。
温度補正の影響を把握する運用の試験として、SOCを30%、充電電流を0.2CA、放電電流を0.2CAとして、1秒間の放電と1秒間の充電とを休止期間を置かずに繰り返し、試験温度を40℃として、電池電圧を1.65V〜2.27V/セルの範囲(電圧範囲の上限値及び下限値に対し1つのセル当たり、−10mV/℃の温度補正を行った)に保つように制御する試験を行い、各試験との劣化進行度合いを比較した。本実施例では、運用試験の期間を通じて、SOCを30%に維持した。本実施例は、温度補正に基づく電圧制御のみが実施例6と相違する。
放電電流の影響を把握する運用の試験として、SOCを60%、充電電流を0.2CA、放電電流を0.4CAとして、2秒間の充電と1秒間の放電とを休止期間を置かずに繰り返し、試験温度を25℃として、電池電圧を1.80V〜2.42V/セルの範囲に保つように制御する試験を行い、各試験との劣化進行度合いを比較した。本実施例では、運用試験の期間を通じて、SOCを60%に維持した。
放電電流の影響を把握する運用の試験として、SOCを60%、充電電流を0.2CA、放電電流を0.6CAとして、3秒間の充電と3秒間の放電とを休止期間を置かずに繰り返し、試験温度を25℃として、電池電圧を1.80V〜2.42V/セルの範囲に保つように制御する試験を行い、各試験との劣化進行度合いを比較した。本実施例では、運用試験の期間を通じて、SOCを60%に維持した。本実施例は、放電電流及び充電時間が実施例8と相違する。
充電電流の影響を把握する運用の試験として、SOCを60%、充電電流を0.3CA、放電電流を0.2CAとして、1秒間の充電と1.5秒間の放電とを休止期間を置かずに繰り返し、試験温度を25℃として、電池電圧を1.80V〜2.42V/セルの範囲に保つように制御する試験を行い、各試験との劣化進行度合いを比較した。本実施例では、運用試験の期間を通じて、SOCを60%に維持した。
充電電流の影響を把握する運用の試験として、SOCを60%、充電電流を0.4CA、放電電流を0.2CAとして、1秒間の充電と2秒間の放電とを休止期間を置くことなく繰り返し、試験温度を25℃として、電池電圧を1.80V〜2.42V/セルの範囲に保つように制御する試験を行い、各試験との劣化進行度合いを比較した。本実施例では、運用試験の期間を通じて、SOCを60%に維持した。本実施例は、充電電流及び放電時間のみが実施例10と相違する。
前述した実施例1〜11、比較例1,2及び参考例1,2について、各条件を下記の表1に纏めて記載する。
実施例8:28800/5000=5.7倍
実施例9:21600/5000=4.3倍
実施例10:34560/5000=6.9倍
実施例11:28800/5000=5.7倍
<SOCの影響把握:実施例1〜3、比較例1、2>
図2に0.1CA放電試験の容量推移を示す。実施例1〜3では、試験期間24ヶ月の間初期容量を維持しているのに対し、比較例1では約18ヶ月で寿命となった。寿命となった電池を解体したところ、負極板に硫酸鉛が多く蓄積しており、これが寿命原因であることが判った。即ち、比較例1においては、充電不足の状態が長く続いたことにより、電池寿命が短くなったと判断できる。更に、比較例2では約12ヶ月で寿命となった。寿命となった電池を解体したところ、腐食による正極板の伸びが激しく、これが寿命原因であることが判った。即ち、比較例2においては、SOCが100%に維持されている状態で0.2CA充電を行った結果、瞬間的に電池の電圧が上昇し、正極が酸化されやすい電位におかれる状態が繰り返されたことにより、電池寿命が短くなったと判断できる。
図3に0.1CA放電試験の容量推移を示す。実施例2〜3は、試験期間24ヶ月の間初期容量を維持しているのに対し、参考例1では約21ヶ月で寿命となった。寿命となった電池を解体したところ、負極板に硫酸鉛が多く蓄積しており、これが寿命原因であるとわかった。即ち、参考例1においては、充電不足の状態が長く続いたことにより、電池寿命が短くなったと判断できる。更に、参考例2では約18ヶ月で寿命となった。寿命となった電池を解体したところ、腐食による正極板の伸びが激しく、これが寿命原因であるとわかった。即ち、参考例2においては、過充電の状態が長く続いたことにより、電池寿命が短くなったと判断できる。
図4に0.1CA放電試験の容量推移を示す。実施例4では、試験期間24ヶ月の間初期容量を維持しているのに対し、実施例5では約22ヶ月で寿命となった。寿命となった電池を解体したところ、高温環境下による化学反応の活性化が起こり、腐食による正極板の伸びが進んでおり、これが寿命原因であることがわかった。即ち、実施例5においては、温度補正を加えていないので過充電の状態が続いたことにより、電池寿命が短くなったと判断できる。
図5に0.1CA放電試験の容量推移を示す。実施例1及び実施例8では、試験期間24ヶ月の間初期容量を維持しているのに対し、実施例9では約23ヶ月で寿命となった。寿命となった電池を解体したところ、放電電流を大きくしたことによる電池電圧の低下のため、負極板に硫酸鉛が多く蓄積しており、これが寿命原因であることがわかった。即ち、実施例9においては、瞬間的な深い放電が繰り返されることにより、電池寿命が短くなったと判断できる。
図6に0.1CA放電試験の容量推移を示す。実施例1及び実施例10では、試験期間24ヶ月の間初期容量を維持しているのに対し、実施例11では約24ヶ月で寿命となった。寿命となった電池を解体したところ、充電電流を大きくしたことによる電池電圧の上昇のため、腐食による正極板の伸びが進んでおり、これが寿命原因であるとわかった。即ち、実施例11においては、瞬間的な過充電が繰り返されることにより、電池寿命が短くなったと判断できる。
2…細骨
第1の発明は、太陽電池や風力発電機等の自然エネルギー発電装置の発電量の変動を補償するために発電装置に接続されて、発電装置の出力による充電と外部回路への放電とが行われる鉛蓄電池を運用する鉛蓄電池の運用方法に係わるものである。本発明の運用方法では、鉛蓄電池の満充電状態を100%として、該鉛蓄電池の充電状態を30〜90%の範囲内に維持し、かつ、電池電圧を1.80〜2.42V/セルの規程範囲に保って鉛蓄電池の放電及び充電を行う。
<太陽光発電機器>
本明細書において、太陽光発電機器とは、太陽光をエネルギー源として発電を行う発電要素を用いた発電機器を意味する。太陽光をエネルギー源として発電を行う発電要素の具体例は、太陽電池(Solar cell)である。
本明細書において、風力発電機器とは、風力をエネルギー源として発電を行う発電機器を意味する。風力発電機器の代表的なものは、風車を用いて発電機を駆動する風力発電機である。
量が変化する。
本発明に係わる運用方法により運用する鉛蓄電池は、鉛又は鉛合金製の基板に活物質を担持させた極板を、電解液に浸漬した構造を有する。極板としては、クラッド式、ペースト式又はチュードル式のもの等が用いられているが、製造性が良く、極板面積を容易に増やすことができるペースト式のものが好ましい。
本実施形態では、自然エネルギー発電装置の発電量の変動を補償するために、上記の鉛蓄電池を多数組み合わせることにより構成した蓄電装置を発電装置に接続し、該発電装置の出力による鉛蓄電池の充電と、該鉛蓄電池から外部回路への放電とを所定の条件で行わせて、鉛蓄電池を不足充電状態で運用する。
<鉛蓄電池のSOC>
本発明の方法により運用する鉛蓄電池は、発電機器に用いられる各部品と同等以上の寿命を有することが好ましい。本発明では、電池の寿命を延ばすために、SOCを30〜90%の範囲内に維持して充電及び放電を行うことにより電池を運用する。
SOCの値は、電池の容量が定格容量である状態(満充電された状態)を100%として、鉛蓄電池の充電電気量及び放電電気量(Ah)を逐次加算及び減算することにより演算する。例えば、充電電気量及び放電電気量を計測する積算電力計を設けて、充電が行われている間に該積算電力計により計測された充電電気量をその充電が開始される直前に演算されていた電気量の積算値に加算し、放電が行われている間に積算電力計により計測された放電電気量を、その放電が開始される直前に演算されていた電気量から減算することにより、充電電気量及び放電電気量を逐次積算して、各時刻で演算されている電気量の定格容量に対する百分率(%)を、その時刻でのSOCとする。
鉛蓄電池のより長寿命化を図るため、本発明では、1.80〜2.42V/セルの電圧範囲を電池電圧(電池の端子電圧)の規程範囲として、電池電圧をこの規程範囲に保って鉛蓄電池の放電と充電とを行うことにより鉛蓄電池を運用する。
本発明の運用方法を実施するに当っては、鉛蓄電池の劣化を抑制するために、定期的に、鉛蓄電池をリフレッシュさせるために、鉛蓄電池を満充電状態にするまで、均等充電(リフレッシュ充電)を行うのが好ましい。均等充電は、多数個の二次電池を一組にして長時間使用した場合に生じる電池間の充電状態のバラツキをなくし、充電状態を均一にするために行なう充電である。均等充電では、各電池の電池電圧が所定電圧になるまでは定電流充電を行ない、その後定電圧で一定時間充電を行う。
運用時の最大放電電流は、0.4CA以下とすることが好ましい。尚、ここで述べる「C」とは、鉛蓄電池の定格容量(Ah:アンペアアワー)であり、規定の温度、放電電流及び終止電圧条件で、満充電状態(SOC:100%)から取り出せる電気量を示す。
運用時の最大充電電流は、0.3CA以下とすることが好ましい。運用時の最大充電電流は、鉛蓄電池の寿命に影響を及ぼす。最大充電電流を0.3CA以下として充電を行うことにより、鉛蓄電池の急激な電圧上昇を避け、電池本体の温度上昇及び正極格子の腐食を抑制することができる。
本発明の運用方法により鉛蓄電池が運用される蓄電装置には、本発明に係わる運用方法で鉛蓄電池を運用するように各鉛蓄電池の充電及び放電を制御する充放電制御装置を設けておく。この充放電制御装置は、SOC、電池電圧、最大放電電流及び最大充電電流を検出する手段と、これらの検出値を本発明の運用方法における目標範囲に保つように鉛蓄電池の充電及び放電を制御する手段とにより構成することができる。鉛蓄電池の充放電を制御する手法は公知の方法によればよい。
鉛に、スズ:1.6質量%、カルシウム:0.08質量%を添加混合して混合物全体を100質量%とした鉛合金を溶融し、重力鋳造方式によって縦:385mm、横:140mm、厚み:5.8mmの格子基板を作製した。ここで、骨の断面形状は、縦骨、横骨ともに六角形とし、それぞれの骨の高さを3.2mm、幅を2.4mmとした。この格子基板に、一酸化鉛を主成分とする鉛粉の質量に対して、ポリエステル繊維を0.1質量%加えて混合し、次に水を12質量%、希硫酸を16質量%加えて再び混練したペースト状活物質を充填した。格子基板に活物質を充填した後は、熟成及び乾燥を行って正極板とした。
鉛に、スズ:0.2質量%、カルシウム:0.1質量%を添加混合して混合物全体を100質量%として作製した鉛合金を溶融し、重力鋳造方式によって縦:385mm、横:140mm、厚み:3.0mmの格子基板を作製した。ここで骨の断面形状は、縦骨及び横骨ともに六角形とし、それぞれの骨の高さを2.6mm、幅を1.8mmとした。また、一酸化鉛を主成分とする鉛粉の質量に対して、リグニン:0.2質量%、硫酸バリウム:0.1質量%、通常の市販されている黒鉛等のカーボン粉末:0.2質量%、ポリエステル繊維:0.1質量%を加えて混合した。次に、これに水:12質量%を加えて混練した後、更に希硫酸:13質量%を加えて再び混練して得たペースト状活物質を上記格子基板に充填した。格子基板に活物質を充填した後、熟成及び乾燥を行って負極板とした。
上述した正極板と負極板とを、間にセパレータを介在させながら1枚ずつ交互に積層し、同極板同士をストラップで連結して、正極板:24枚/負極板:25枚からなる極板群を作製した。この極板群を電槽の中に入れ、希硫酸を注液し、化成を行って2V−1500Ahの制御弁式鉛蓄電池を作製した。
上記のようにして作製した鉛蓄電池を用い、25℃の環境温度において運用試験を行った。また試験に供した電池に対しては、1カ月毎に25℃環境下にて0.1CA放電容量(0.1CA=150A)で定電流放電を実施し、電池電圧が放電終止電圧1.80V/セルになった時点で試験を終了して、その放電時間からAhを計算して放電容量とした。このようにして測定した放電容量の推移を確認した。尚、電池が寿命に到るまで劣化が進んだか否かを判断する目安として、初期の電池容量の70%の容量を寿命判定容量とし、電池容量が初期の容量に対し70%以下となった状態を寿命に達した状態として、劣化の進行度合いを判定した。
SOCの影響を把握する運用の試験を行った。この試験では、SOCを60%、充電電流を0.2CA、放電電流を0.2CAとして、1秒間の放電と1秒間の充電とを休止期間をおかずに繰り返し、試験温度を25℃として、電池電圧を、1.80V〜2.42V/セルの範囲に保つように制御して試験を行い、各試験との劣化進行度合いを比較した。本実施例では、運用試験の期間を通じて、SOCを60%に維持した。
SOCの影響を把握する運用の試験として、SOCを30%、充電電流を0.2CA、放電電流を0.2CAとして、1秒間の放電と1秒間の充電とを休止期間を置かずに繰り返し、試験温度を25℃として、電池電圧を、1.80V〜2.42V/セルの範囲に保つように制御して試験を行い、各試験との劣化進行度合いを比較した。本実施例では、運用試験の期間を通じて、SOCを30%に維持した。本実施例と実施例1との相違点は、SOCのみである。
SOCの影響を把握する運用の試験として、SOCを90%、充電電流を0.2CA、放電電流を0.2CAとして、1秒間の放電と1秒間の充電とを休止期間を置かずに繰り返し、試験温度を25℃として、電池電圧を、1.80V〜2.42V/セルの範囲に保つように制御して試験を行い、各試験との劣化進行度合いを比較した。本実施例では、運用試験の期間を通じて、SOCを90%に維持した。本実施例と実施例1との相違点は、SOCのみである。
SOCの影響を把握する運用の試験として、SOCを20%、充電電流を0.2CA、放電電流を0.2CAとして、1秒間の放電と1秒間の充電とを休止期間を置かずに繰り返し、試験温度を25℃として、電池電圧を、1.80V〜2.42V/セルの範囲に保つように制御して試験を行い、各試験との劣化進行度合いを比較した。本比較例では、運用試験の期間を通じて、SOCを20%に維持した。本比較例と実施例1との相違点は、SOCのみである。
SOCの影響を把握する運用の試験として、SOCを100%、充電電流を0.2CA、放電電流を0.2CAとして、1秒間の放電と1秒間の充電とを休止期間を置かずに繰り返し、試験温度を25℃として、電池電圧を、1.80V〜2.42V/セルの範囲に保つように制御して試験を行い、各試験との劣化進行度合いを比較した。本比較例では、運用試験の期間を通じて、SOCを100%に維持した。本比較例と実施例1との相違点は、SOCのみである。
電圧の影響を把握する運用の試験として、SOCを30%、充電電流を0.2CA、放電電流を0.2CAとして、1秒間の放電と1秒間の充電とを休止期間をおかずに繰り返し、試験温度を25℃として、電池電圧を、1.70V〜2.42V/セルの範囲に保つように制御して試験を行い、各試験との劣化進行度合いを比較した。本参考例では、運用試験の期間を通じて、SOCを30%に維持した。本参考例は電圧制御のみが実施例2と相違する。
電圧の影響を把握する運用の試験として、SOCを90%、充電電流を0.2CA、放電電流を0.2CAとして、1秒間の放電と1秒間の充電とを休止期間を置かずに繰り返し、試験温度を25℃として、電池電圧を、1.80V〜2.52V/セルの範囲に保つように制御して試験を行い、各試験との劣化進行度合いを比較した。本参考例では、運用試験の期間を通じて、SOCを90%に維持した。本参考例は、電圧制御のみが実施例3と相違する。
温度補正の影響を把握する運用の試験として、SOCを90%、充電電流を0.2CA、放電電流を0.2CAとして、1秒間の放電と1秒間の充電とを休止期間を置かずに繰り返した。また試験温度を40℃とし、電池電圧を1.725V〜2.345V/セルの範囲(1つのセル当たり、−5mV/℃の温度補正を行った)に保つように電圧制御を行って試験を行い、各試験との劣化進行度合いを比較した。本実施例では、運用試験の期間を通じて、SOCを90%に維持した。
温度補正の影響を把握する運用の試験として、SOCを90%、充電電流を0.2CA、放電電流を0.2CAとして、1秒間の放電と1秒間の充電とを休止期間を置かずに繰り返し、試験温度を40℃として、電池電圧を1.80V〜2.42V/セル(温度補正なし)の範囲に保つように制御する試験を行い、各試験との劣化進行度合いを比較した。本参考例では、運用試験の期間を通じて、SOCを90%に維持した。本参考例は、電池電圧の範囲の温度補正を行わなかった点のみが実施例4と相違する。
温度補正の影響を把握する運用の試験として、SOCを30%、充電電流を0.2CA、放電電流を0.2CAとして、1秒間の放電と1秒間の充電とを休止期間を置かずに繰り返し、試験温度を40℃として、電池電圧を1.725V〜2.345V/セルの範囲(電圧範囲の上限値及び下限値に対して1つのセル当たり、−5mV/℃の温度補正を行った)に保つように制御する試験を行い、各試験との劣化進行度合いを比較した。本実施例では、運用試験の期間を通じて、SOCを30%に維持した。
温度補正の影響を把握する運用の試験として、SOCを30%、充電電流を0.2CA、放電電流を0.2CAとして、1秒間の放電と1秒間の充電とを休止期間を置かずに繰り返し、試験温度を40℃として、電池電圧を1.65V〜2.27V/セルの範囲(電圧範囲の上限値及び下限値に対し1つのセル当たり、−10mV/℃の温度補正を行った)に保つように制御する試験を行い、各試験との劣化進行度合いを比較した。本参考例では、運用試験の期間を通じて、SOCを30%に維持した。本参考例は、温度補正に基づく電圧制御のみが実施例5と相違する。
放電電流の影響を把握する運用の試験として、SOCを60%、充電電流を0.2CA、放電電流を0.4CAとして、2秒間の充電と1秒間の放電とを休止期間を置かずに繰り返し、試験温度を25℃として、電池電圧を1.80V〜2.42V/セルの範囲に保つように制御する試験を行い、各試験との劣化進行度合いを比較した。本実施例では、運用試験の期間を通じて、SOCを60%に維持した。
放電電流の影響を把握する運用の試験として、SOCを60%、充電電流を0.2CA、放電電流を0.6CAとして、3秒間の充電と3秒間の放電とを休止期間を置かずに繰り返し、試験温度を25℃として、電池電圧を1.80V〜2.42V/セルの範囲に保つように制御する試験を行い、各試験との劣化進行度合いを比較した。本参考例では、運用試験の期間を通じて、SOCを60%に維持した。本参考例は、放電電流及び充電時間が実施例6と相違する。
充電電流の影響を把握する運用の試験として、SOCを60%、充電電流を0.3CA、放電電流を0.2CAとして、1秒間の充電と1.5秒間の放電とを休止期間を置かずに繰り返し、試験温度を25℃として、電池電圧を1.80V〜2.42V/セルの範囲に保つように制御する試験を行い、各試験との劣化進行度合いを比較した。本実施例では、運用試験の期間を通じて、SOCを60%に維持した。
充電電流の影響を把握する運用の試験として、SOCを60%、充電電流を0.4CA、放電電流を0.2CAとして、1秒間の充電と2秒間の放電とを休止期間を置くことなく繰り返し、試験温度を25℃として、電池電圧を1.80V〜2.42V/セルの範囲に保つように制御する試験を行い、各試験との劣化進行度合いを比較した。本実施例では、運用試験の期間を通じて、SOCを60%に維持した。本実施例は、充電電流及び放電時間のみが実施例7と相違する。
前述した実施例1〜7、比較例1,2及び参考例1〜6について、各条件を下記の表1に纏めて記載する。
実施例6:28800/5000=5.7倍
参考例5:21600/5000=4.3倍
実施例7:34560/5000=6.9倍
参考例6:28800/5000=5.7倍
<SOCの影響把握:実施例1〜3、比較例1、2>
図2に0.1CA放電試験の容量推移を示す。実施例1〜3では、試験期間24ヶ月の間初期容量を維持しているのに対し、比較例1では約18ヶ月で寿命となった。寿命となった電池を解体したところ、負極板に硫酸鉛が多く蓄積しており、これが寿命原因であることが判った。即ち、比較例1においては、充電不足の状態が長く続いたことにより、電池寿命が短くなったと判断できる。更に、比較例2では約12ヶ月で寿命となった。寿命となった電池を解体したところ、腐食による正極板の伸びが激しく、これが寿命原因であることが判った。即ち、比較例2においては、SOCが100%に維持されている状態で0.2CA充電を行った結果、瞬間的に電池の電圧が上昇し、正極が酸化されやすい電位におかれる状態が繰り返されたことにより、電池寿命が短くなったと判断できる。
図3に0.1CA放電試験の容量推移を示す。実施例2〜3は、試験期間24ヶ月の間初期容量を維持しているのに対し、参考例1では約21ヶ月で寿命となった。寿命となった電池を解体したところ、負極板に硫酸鉛が多く蓄積しており、これが寿命原因であるとわかった。即ち、参考例1においては、充電不足の状態が長く続いたことにより、電池寿命が短くなったと判断できる。更に、参考例2では約18ヶ月で寿命となった。寿命となった電池を解体したところ、腐食による正極板の伸びが激しく、これが寿命原因であるとわかった。即ち、参考例2においては、過充電の状態が長く続いたことにより、電池寿命が短くなったと判断できる。
図4に0.1CA放電試験の容量推移を示す。実施例4では、試験期間24ヶ月の間初期容量を維持しているのに対し、参考例3では約22ヶ月で寿命となった。寿命となった電池を解体したところ、高温環境下による化学反応の活性化が起こり、腐食による正極板の伸びが進んでおり、これが寿命原因であることがわかった。即ち、参考例3においては、温度補正を加えていないので過充電の状態が続いたことにより、電池寿命が短くなったと判断できる。
図5に0.1CA放電試験の容量推移を示す。実施例1及び実施例6では、試験期間24ヶ月の間初期容量を維持しているのに対し、参考例5では約23ヶ月で寿命となった。寿命となった電池を解体したところ、放電電流を大きくしたことによる電池電圧の低下のため、負極板に硫酸鉛が多く蓄積しており、これが寿命原因であることがわかった。即ち、参考例5においては、瞬間的な深い放電が繰り返されることにより、電池寿命が短くなったと判断できる。
図6に0.1CA放電試験の容量推移を示す。実施例1及び実施例7では、試験期間24ヶ月の間初期容量を維持しているのに対し、参考例6では約24ヶ月で寿命となった。寿命となった電池を解体したところ、充電電流を大きくしたことによる電池電圧の上昇のため、腐食による正極板の伸びが進んでおり、これが寿命原因であるとわかった。即ち、参考例6においては、瞬間的な過充電が繰り返されることにより、電池寿命が短くなったと判断できる。
2…細骨
Claims (7)
- 自然エネルギー発電装置の発電量の変動を補償するために前記発電装置に接続されて、前記発電装置の出力による充電と外部回路への放電とが行われる鉛蓄電池を運用する鉛蓄電池の運用方法であって、
前記鉛蓄電池の満充電状態を100%として、前記鉛蓄電池の充電状態を、30〜90%の範囲内に維持し、
かつ、電池電圧を1.80〜2.42V/セルの規程範囲に保って前記鉛蓄電池の放電及び充電を行うことにより前記鉛蓄電池を運用する、
鉛蓄電池の運用方法。 - 請求項1に記載された鉛蓄電池の運用方法において、
25℃を基準温度として、前記鉛蓄電池の雰囲気温度が前記基準温度であるときに電池電圧を前記規程範囲に保って前記鉛蓄電池の放電及び充電を行い、
前記雰囲気温度が前記基準温度よりも上昇しているときには、前記雰囲気温度の基準温度からの上昇量に応じて、前記規程範囲の上限値及び下限値を1セル当たり4mV/℃〜6mV/℃の範囲に選定した補正量だけ低下させる補正を行うことにより補正後電圧範囲を求めて、前記電池電圧を前記補正後電圧範囲に保って、前記鉛蓄電池の放電及び充電を行い、
前記雰囲気温度が前記基準温度よりも低下しているときには、前記雰囲気温度の基準温度からの低下量に応じて、前記規程範囲の上限値及び下限値を1セル当たり4mV/℃〜6mV/℃の範囲に選定した補正量だけ上昇させる補正を行うことにより補正後電圧範囲を求めて、前記電池電圧を前記補正後電圧範囲に保って、前記鉛蓄電池の放電及び充電を行うことにより前記鉛蓄電池を運用する、
鉛蓄電池の運用方法。 - 請求項1又は2に記載された鉛蓄電池の運用方法において、
運用時の鉛蓄電池の最大放電電流を、0.4CA(Cは、鉛蓄電池の定格容量[Ah]を示す。)以下に維持する、
鉛蓄電池の運用方法。 - 請求項1乃至3の何れかに記載された鉛蓄電池の運用方法において、
運用時の鉛蓄電池の最大充電電流を、0.3CA(Cは、鉛蓄電池の定格容量[Ah]を示す。)以下に維持する、
鉛蓄電池の運用方法。 - 請求項1ないし4の何れかに記載された鉛蓄電池の運用方法において、
前記鉛蓄電池の運用が開始された後、設定された期間が経過する毎に運用を中断して、前記鉛蓄電池を満充電状態まで均等充電するリフレッシュ充電を行う鉛蓄電池の運用方法。 - 請求項1乃至5の何れかに記載された鉛蓄電池の運用方法において、
運用時の鉛蓄電池の充電状態を、充電電気量及び放電電気量(Ah)を積算することにより演算する、
鉛蓄電池の運用方法。 - 自然エネルギー発電装置の出力の変動を補償するために前記発電装置に接続されて、前記発電装置による充電と、外部への放電とが行われる鉛蓄電池を備えた蓄電装置であって、
請求項1乃至6の何れかに記載された運用方法で前記鉛蓄電池を運用するように前記鉛蓄電池の充電及び放電を制御する充放電制御装置を備えている、
自然エネルギー発電設備用蓄電装置。
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