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バッテリー寿命の定義4
https://www.nface.com.tw/jp/ 新国株式会社環境開発
新国株式会社環境開発 台湾桃園市八徳区光福路901号
バッテリーの劣化の原因についての考察   (1)       深放電: 放電深さが深いほど、バッテリーの寿命が短くなるか、損傷して使用できなくなることもあります。 バッテリーの安全性の観点から、容量テストを行う必要があります。。 (2)       大電流放電: 大きな放電電流を使用すると、バッテリーの寿命が短くなります。 これは、電極の鉛板の腐食と断面積によって説明できますが、一般に、鉛蓄電池の自然損傷は、正極の鉛板の腐食によるものです。電流が流れる断面積が小さくなるため、大電流を放電する場合、そのような大電流を流すためにはより大きなリード板の面積が必要になりますが、リード板の断面積が大きくなると、放電電流が十分に流れないと、バッテリーの寿命に影響します。 安全性の観点から大電流放電試験を行う必要があります。。 (3)       大電流充電:大電流で充電する場合、発生するガスが一定量を超えると、電池自体が吸収できる速度を超えて内圧が上昇し、電池内部からガスが放出されます。安全弁が作動し、電解液が大量に消費され、バッテリーの寿命が短くなります。 定電圧充電モードでは、バッテリーが満充電になると充電電流が減少し、バッテリーが満充電になると、充電器は自動的にフロート充電モードに入り、バッテリーを満充電状態に保ちます。 この方法では、充電の初期段階では、バッテリー端子の電圧が低いため、初期充電電流が大きくなりすぎて、バッテリーの極板が損傷しやすくなり、バッテリー自体の温度が上昇し、バッテリーの寿命が短くなります。過充電: バッテリーが過充電されると、電解液の酸化によりそのコンポーネント (プレート、セパレーターなど) が損傷します。 (4)       周囲温度の影響: バッテリーの周囲温度はその寿命に影響します。 バッテリーを定電圧で充電した場合、周囲温度が高すぎるとバッテリーの内部材料の劣化が促進され、バッテリーの寿命が短くなります。 低温で充電すると水素ガスが発生し、内圧の上昇や電解液の減少により寿命が短くなります。 一般的に、浸水したバッテリーの動作温度は 20°C ~ 40°C が最適な環境です。 リーンリキッドバッテリー(AGMやGELを含む)の動作温度は20℃~25℃が最適な環境です。   バッテリーの劣化 (1)       鉛蓄電池は充放電・浮遊状態に関わらず、正極板上の水分が枯渇したり、負極板がサルフェーションを起こしたりします。 (2)       正極板の劣化原因は、活物質の軟化、格子の腐食、格子と活物質界面の障壁の3つに分けられます。 充放電後、正極活物質は二酸化鉛の溶解と硫酸鉛の沈殿を繰り返し、より大きな空洞に凝縮して繊細なコロイド構造を形成します。 このプロセス電流は活物質表面に低抵抗で流れると同時に、硫酸の拡散を確実に行う観点からは理想的な構造であるが、このコロイド構造を形成する活物質粒子が結合してしまうと、 、徐々に弱くなり、活物質が不活化して放電容量が減少します。 (3)       鉛蓄電池の電気化学反応式は下図のようになります。 鉛蓄電池の充放電過程における化学反応式では、鉛蓄電池内の電解液中の水分がガスが不足したり多すぎると、排気プラグを通じてバッテリーの外に直接ガスが排出され、電解液中の水分は徐々に減少します。 さらに、バッテリーが放電しているとき、またはバッテリーの温度が外部温度より高いとき、水蒸気も電解槽の壁を貫通してバッテリーの外部に逃げる可能性があります。 (4)       負極板のサルフェーションは、鉛蓄電池が十分に充電されておらず、通常は部分放電状態で使用されている場合に最も発生しやすくなります。 特に下層では比重が高いため、電解液の成層により極板のサルフェーションが起こり、極板の下層に帯電しにくい大きな硫酸鉛の結晶が形成され、容量の減少で。   バッテリーの劣化を判断する一般的な 3 つの判断基準 (1)       異常電圧: バッテリーを直列モードで使用すると、バッテリー自体の特性が不安定なため、充放電を繰り返し使用した後のバッテリーのばらつきが大きくなり、一部のバッテリーが過充電になったり、一部のバッテリーが放電したりすることがあります。充電不足現象が起こり、バッテリーの損傷が加速します。 一般に12Vバッテリーのフローティング充電電圧は13.5±0.2Vに設定されており、電圧が低すぎるとバッテリーの性能が低下し、容量が減少します。 電圧が高すぎるとプレートの過電圧が急激に上昇し、急激なガス発生が発生しますが、このときガス再反応速度がガス発生速度よりも低いとガスサイクル効率が低下し、内部バッテリーの圧力が上昇し、排気バルブからガスが抜けてしまうため、バッテリー構造を破壊しないように、浮遊充電電圧を過電圧蒸発点以下に制御する、つまりガス発生量を制御する必要があります。過度の内圧により亀裂が生じたり、水分が失われ、バッテリーの寿命が短くなります。 (2)       フロート充電内部抵抗: VRLA バッテリーの一般的な故障モードは、極板の格子本体の腐食、極板の活物質の劣化、および電解液の乾燥です。 異常な故障モードとしては、導電経路の劣化や電解液の過剰な乾燥が挙げられます。 これらの状態はバッテリーに影響を与え、バッテリーの内部抵抗を増加させます。 バッテリーの内部抵抗が新品と比較して 30% 増加した場合は、バッテリーを再度テストして原因を特定する必要があります。必要に応じて、バッテリーまたはシステムの容量をテストして信頼性を確認することができます。 (3)       バッテリー容量: バッテリー システムは、2 年ごとに負荷をかけたバッテリー容量テストを受ける必要があります。理想的には、最初の設置時の合格結果に近いものになります。 バッテリーが定格容量の 85% に達していることが判明したら、毎年容量テストを実行する必要があります。 https://www.nface.com.tw/jp/hot_307351.html バッテリーの劣化の原因についての考察 2024-05-13 2025-05-13
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電池壽命


鉛酸電池在使用上,如何確保電池可以正常的工作, 是一個很重要的議題,一般而言,電池在正常的使用下不至於突然損壞而不能工作,因此在判斷電池是否損壞時,是以電池的容量為基準,對電池進行完整的充放電實驗,當電池容量在本身額定容量的60%以下時,則此顆電池表示已嚴重老化,也可說是此電池已達壽命終期。

電池在實際使用時,通常會將電池串並聯連接,其目的是為了提升電池組的容量,因此在對電池的壽命作判斷時,是以一串電池組作為量測的單位,也由於是以一串電池組作為一個單位,所以在設定實驗條件時常將電池組的各個電池視為相同,但在實際使用上卻會有相當程度的差異,導致有些電池老化的速度相當快,因而減少整串電池組的可用容量,所以在電池損壞而不堪使用之前必須將其更換,以確保電池系統的正常運作



電池的壽命定義主要有兩種


一.循環壽命 (Cycle Life):

循環意指將電池當作主要電源使用,所以充電放電的次數較為頻繁,例如電動車輛;此時壽命的標準就是訂定一個條件下,反覆充放電時,容量下降至針對初期值之某一值(例如80%或60%),可在此一期間所能反覆充放電的循環次數。

影響鉛酸電池的循環壽命最大因素就是放電深度(DOD,Depth of Discharge)
,當所使用的放電深度越深時,電池所能循環使用的次數便越少,其關係如下圖所示,針對此鉛酸電池CSB(HRL12390W),當放電深度為50%時,循環使用次數約為400到500次,當放電深度為100%時,循環使用次數便降至約為200到300次。

即然放電深度越深時,電池所能循環使用的次數便越少,壽命也相對減少,但為了電池安全角度又不得不做容量測試,原廠又說電池內阻比新的時候增加了30%時,可能是電池內部的極板格子體腐蝕,極板活性物質劣化和電解液乾涸所造成。所以是否可以大膽假設,每一次的全容量放電時會造成內阻上昇約1~1.5%。
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二.浮充壽命(Float Life):

浮充是指將電池當作備用電源,平常並不使用,必要時才使用的狀態,如不斷電系統(UPS)及停電自動照明燈等,此時電池的壽命就是以時間來計算。

影響浮充壽命主要因素為充電電流,因為當電池應用在浮充狀態下時,通常持續地在充電,以確保電池維持在充飽狀態,但在持續充電時,充電的電流會影響電極極板的腐蝕速度,所以一般在可以補充電池自我放電的情況下,盡可能地減小充電的電流,因此一般浮充均使用定電壓(CV)充電法,將浮充電壓設定於充電量略大於自我放電量,以自行調節充電電流的大小,可相對的增加電池的壽命。

另一個影響浮充壽命的因素就是溫度,溫度越高會加速電極板的腐蝕速度,導致電池越快損壞,針對此鉛酸電池CSB(HRL12390W)電池浮充壽命與溫度的關係如下圖所示,電池操作於環境溫度25℃ 時,使用12~13個月後電池容量下降至60%,環境溫度30℃ 時,使用8個月後電池容量下降至60%,只有在5℃時,使用18個月後電池容量才能維持在80%。

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