蓄電池の充電/放電と電圧の関係【化学工場のエンジニアなら知っておきたい】

電気電気設計

NEONEEETです。

この記事は、化学工場の機電系設計者・プラントエンジニアを対象としています。

この記事を読むと、蓄電池の充電についてを知ることができます。

結論

蓄電池は

  • 放電最後に電圧が下がり
  • 充電途中で電圧が上がる。

という関係があります。

はじめに

電気の話は、ほとんどの人は理解していません。

電気を知らない大半の人はそもそも勉強する気がない。

電気を知っている工場の電気専門家が素人に教えるのが下手。

という状況がどこの工場でも多いのではないでしょうか?

そこにチャレンジする企画です。

蓄電池の充放電と電圧の関係

蓄電池の充電と放電時の時間と電圧の関係は、一般に下図のようになります。

これは鉛蓄電池やアルカリ蓄電池などの一般的な特性です。

放電は最後に電圧が下がる

充電池の能力は電圧で決めます。

これは電気化学に関する話で、電池の金属の種類によって決まります。

電池の電圧は使い続けていくうちに下がっていきます。

上の図から見て分かるように、寿命がなくなる後半・特に最後に急激に電圧が下がります。

電圧で寿命を把握している人はいませんが、物理的な電圧という点では最後に電圧が下がるという仕組みになります。

充電は最後に電圧が上がる

充電は放電の逆で、電圧が回復する方向です。

放電と全く同じ形で逆向きになっているだけ

と思うかもしれませんが、それは微妙に違います。

約80%の充填状態で電圧の上昇速度が変わります。

これをガッシングといいます。

充電中は金属と溶液中のイオンの間で電池反応(電気化学反応)が行われます。

80%程度まで充電された状態で、さらに充電を続けると

水の電気分解が始まります。

水の電気分解が起こると、ガスが発生します。

水素と酸素です。

このまま充電を続けていくと水がどんどんなくなり、寿命が低下していきます。

均等充電

充電池の寿命を最大化するためには均等充電が大事です。

充電・放電のサイクルを各セル間で均等にする方法です。

充電池は普通1セルでなく複数のセルで構成されるため、

特定のセルの充電池のみを繰り返し使うと寿命が裂開しやすい

ということになります。

これは、充電池を特定の状態でのみ使い続けるのは良くない

とも言えます。

電圧がなくなるまで、なるべく充電しない。

とも言えます。

特定のセルのみを使い続けていると、他のセルは使うことなく事故放電を行い続ける。

これが均等充電とは真逆の格好となります。

おわりに

ノートパソコンやスマートフォンでも

  • 電池がなくなってきてから充電するとよく、
  • 充電をし続けたらだめ

と言われます。

物理的な電圧という視点で見てみると

特定の領域だけで使わず、幅広い電圧領域で使う方がいい

ということになります。

この記事が皆さんのお役に立てれば嬉しいです。

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