2023 年 7 月 22 日
温度は、電気化学反応速度から電解質の粘度、SEI フィルムの安定性に至るまで、バッテリー内のあらゆるプロセスに影響します。温度の影響を理解することは、効果的なバッテリーのテストとメンテナンスの前提条件です。この記事では、温度が電圧と同じように注目される理由を説明します。
温度はバッテリーの性能に総合的な影響を与えます。ほぼすべての内部プロセス (電気化学反応速度、電解質の粘度、SEI 膜の安定性) は温度制御されています。これらの影響を理解することは、適切なバッテリーのテストとメンテナンスの前提条件です。
低温 (0°C 以下) では、使用可能な容量が大幅に低下します。鉛蓄電池の場合、0°C での使用可能な容量は定格の約 75% です。 -10℃では約50％。 -20°C では、おそらく 30% のみです。これは永久的な損傷ではありません。低温により電解質のイオン伝導率が低下し、反応速度が遅くなり、分極が増加して、利用可能な容量が一時的に減少します。温度が上昇すると容量が回復します。ただし、低温での大電流放電は、たとえ残存容量が残っていたとしても、電圧の急激な低下を引き起こし、機器のシャットダウンを引き起こす可能性があります。
高温 (30°C 以上) では、使用可能な容量が一時的に増加します (鉛酸の場合、10°C 上昇ごとに約 10%) が、その代償として寿命の低下が加速されます。鉛酸フロートの寿命は 25°C で約 5 ～ 8 年です。 10°C 上昇するごとに、残りの寿命はおよそ半分になります。35°C では、おそらく 2 ～ 4 年しか残されていません。これは、高温によりグリッドの腐食と電解水の消費が促進されるためです。リチウムイオン電池も同様に敏感です。高温により SEI フィルムの分解と電解質の酸化が促進され、容量の低下が加速され、内部抵抗が急速に上昇します。
したがって、バッテリーテストにおける温度監視の価値は次のとおりです。異なる温度で取得されたテスト結果は比較できません。テスト中に周囲温度を記録しないと、その後の分析で抵抗の変化が経年変化を反映しているのか、それとも単なる温度変化を反映しているのかを判断できません。たとえば、冬に測定された抵抗が夏よりも高くなるのは、バッテリーが劣化したからではなく、寒かったからである可能性があります。
温度補償はバッテリーテストにおける重要な技術です。その目的は、温度の影響を排除して、異なる時間に測定されたデータを比較できるようにすることです。原則: 25°C を基準温度として使用し、基準からの偏差に基づいて結果を修正します。
内部抵抗テストの場合、一般的な補償アプローチは次のとおりです。基準からの偏差が 10°C ごとに、読み取り値が鉛蓄電池の場合は約 30%、リチウムイオンの場合は 15% 調整されます。たとえば、10°C で 50 mΩ として測定された内部抵抗は、25°C 基準では約 35 mΩ に補正されます。これにより、冬と夏の測定値を直接比較できます。
電圧テストの場合、温度補償も同様に重要です。バッテリーの開放電圧は温度によっても変化します。鉛蓄電池の場合、1°C あたり約 3mV です。補償がなければ、5°C で測定された 12.6V と 35°C で測定された 12.6V は、10% 以上異なる SOC 値に対応する可能性があります。
PK59B には、バッテリー表面温度と周囲温度を同時に測定するための標準温度センサーによる温度補償が組み込まれています。テスターは、事前に設定された補正曲線を使用して読み取り値を自動的に補正します。手動での計算は必要ありません。実際には、これにより、温度変化によって引き起こされる誤診が大幅に減少します。
バッテリーの故障プロセスでは、内部抵抗が上昇したり容量が目に見えて低下したりする前に、温度異常が現れることがよくあります。温度異常を早期に検出すると、多くの損失を防ぐことができます。
典型的な温度異常パターンには次のようなものがあります。充電中にストリング内の 1 つのセルが他のセルよりも著しく高温になる (内部ショートまたは深刻な硫酸化を示唆)。フロート充電中にストリング全体が持続的に暖かくなります（フロート電圧の設定が高すぎることを示唆しています）。放電後の温度回復が遅い (過剰な内部インピーダンスを示唆)。これらの温度異常を早期に発見できれば、致命的な故障、つまり熱暴走や容量ゼロになる前に是正措置を講じることができます。
検出方法は機器の構成によって異なります。最も簡単なアプローチは、温度機能を備えたバッテリー テスター (PK59B など) を使用し、各内部抵抗テストと並行して温度を記録します。さらに高度なのは、各セルにセンサーを備えたオンライン温度監視システムで、データは監視ホストに継続的にアップロードされます。ほとんどの通信および UPS サイトでは、内部抵抗テストと組み合わせた定期的な温度テストで、ほとんどの温度異常を検出するのに十分です。
温度テストは単純に見えますが、注意すべき操作の詳細があります。まず、どこを測定するかです。バッテリー内の温度分布は均一ではありません。接触抵抗によるジュール加熱により、端子と接続部は本体よりも熱くなります。したがって、バッテリー本体 (ミッドシェル) を第一の基準として測定し、端子温度は二次的な基準として測定してください。端子温度が体温を 10°C 以上上回る場合は、接続が緩んでいる可能性があるため、締める必要があります。
2 番目: いつ測定するか。バッテリーの温度は充電中および放電中に上昇し、休止時には徐々に周囲温度に戻ります。テスト間の比較を可能にするために、テスト サイクル内の一貫した時点、たとえば、常に安定したフロート充電中、または常に放電終了時の温度を記録します。測定点が異なると温度データの解析が困難になります。
第三に、解釈の仕方。単一の温度測定値は測定の瞬間のみを反映するため、周囲温度と比較する必要があります。バッテリー本体温度が周囲温度を 5°C 以上上回る場合は、絶対温度がまだ低い場合でも、異常な内部加熱が発生しています。ストリング内のセル温度が 3°C を超えて変化する場合、セルの不一致が存在します。
メンテナンス チームの場合は、温度テストを既存のバッテリー メンテナンス手順に統合します。 PK59A を使用するチームは、温度補助として赤外線温度計を追加できます。 PK59B を使用するチームは、標準センサーを直接使用します。ツールに関係なく、重要なのはすべてのテストと同時に温度を記録することです。
周囲温度の変化が大きい地域（熱帯地域、四季がはっきりとした温帯地域）の購入者は、温度試験機能を備えたモデル（PK59B）を優先してください。温度データが欠落していると、テスト結果の分析可能性が大幅に低下します。テストに同じ時間と労力を費やしても、温度のコンテキストがなければ結果が正常かどうかを判断できません。
今後、バッテリーのメンテナンスは、内部抵抗、電圧、温度、充放電履歴、環境条件をデータ分析を通じて組み合わせて複合バッテリー健康スコアを生成する、複数パラメータの包括的な評価に向けて進化しています。温度はこのシステムでは不可欠なパラメータです。 バッテリーテスト器コレクションをご覧ください
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