スタンバイバッテリー＆フロートチャージ
通信機器や無停電電源装置（UPS）などの非常用待機電源に使用される電池は，OCV＋xmVの定電圧で連続充電（フローティング）される。 xの値は設計やスタンバイメーカーに依存する。 通常、フロート値は1セルあたり2.23～2.30Vになります。 フロートサービス中の電池は、連続的に充電され、電力が途絶えた場合にのみ性能を発揮するものである。 この値の定電位は、完全充電状態を維持するのに十分な電位である。 定電位（CP）充電は、前回の放電を補う充電に加え、電池の休止時に発生する自己放電を補う充電を行います。
フロートチャージャーの仕組みは？
フロート充電器は、充電状態に関係なく、あらかじめ設定した電圧で継続的に充電を行うものです。 本製品が充電器から外れていないこと。 停電や周囲温度などの地域的な条件を考慮して、より正確なフロート電圧の設定を決定する予定です。 このセッティングで最も重要なのは、容量です。 また、充電器にはブースト機能があり、頻繁に電力が遮断されるような場所では、次の電力遮断に備えてバッテリーを充電することができます。
充電の条件は
- 充電タイプ。2.25～2.30Vの定電位充電、温度補正：-mV～-3mV/セル
- 初期電流定格容量の最大20～40
- 充電時間：SOCに関係なく連続的に充電可能
鉛蓄電池の充電は15～30℃の範囲で最も効率が良く、周囲温度が0～40℃の範囲であれば温度補償は不要とするメーカーもある。 その他、充電効率を高めるための温度補償回路を内蔵することも検討できる。 温度補償は20～25℃を基準として、1セルあたり1℃あたりマイナス2～3mVが望ましい。
温度補正の目安は以下の通りです。
表1. 12Vバッテリー用フロート電圧の温度補償
[http:// www. eastpenn-deka.com/assets/base/0139.pdf].
|
温度, °C |
フロート電圧, Volts |
|
|
最適 |
最大 |
|
|
≥ 49 |
12.8 |
13 |
|
44-48 |
12.9 |
13.2 |
|
38-43 |
13 |
13.3 |
|
32-37 |
13.1 |
13.4 |
|
27-31 |
13.2 |
13.5 |
|
21-26 |
13.4 |
13.7 |
|
16-20 |
13.55 |
13.85 |
|
10-15 |
13.7 |
14 |
|
05-09 |
13.9 |
14.2 |
|
≤ 4 |
14.2 |
14.5 |
フロート充電とブースト充電とは？
充電装置は、通常2つの充電レートを持つことができる。 彼らは
- クイックブースト充電
- トリクル充電
通常、緊急放電後の再充電のためのクイックブースト設備が組み込まれています。 ブースター部は、充電用として浸水型は1セルあたり最大2.70V、VRLA型は最大2.4〜2.45Vの出力を必ず持っています。 トリクル充電出力は、電池の自己放電やその他の内部損失を補償することができ、1セルあたり2.25Vの電圧レベルです。 必要な出力（電流）は、電池の大きさによって異なります。
フローティングシェルフ型充電ステーション
数週間出荷できない電池の場合、出荷まで電池をフル充電しておく必要がある。 このようなバッテリーの場合、棚で待機する際のトリクル充電には2つの選択肢があります。 複数の電池を直列に接続し、公称容量40～100mA/100Ahの電流密度で充電するか、各電池を個別に充電する回路が複数ある場合もある。 これらの電池はすべて、前述したようにOCVを少し超える程度でフロート充電されている。
フロート充電式AGM VRLAバッテリー
AGM電池のフロート充電は、従来の浸水型電池のフロート充電と変わりはない。 しかし、この2つの品種には、フロート充電の動作にいくつかの違いがある。
VRLA電池は内部抵抗が小さいので、充電の初期に非常によく充電を受け入れることができます。
VRLA電池には定電位・定電圧・温度補償の充電器が最適です。
CPフロート充電電圧は、通常1セルあたり2.25～2.30Vです。 フロート充電電流の上限はありません。 しかし，VRLA 型の CP 電圧 14.4～14.7 での昇圧充電では，初期最大電流は定格容量の 30～40％（アンペア）と多くのメーカーが規定している（浸水型，VRLA 型とも）。 フロート電圧値で±1％、昇圧充電電圧値で±3％の変動が多くのメーカーで規定されている。
[1. https://www.thebatteryshop.co.uk/ekmps/shops/thebatteryshop/resources/Other/tbs-np65-12i-datasheet.pdf 2. https://www.sbsbattery.com/media/pdf/Battery-STT12V100.pdf 3. https://eu.industrial.panasonic.com/sites/default/pidseu/files/downloads/files/id_vrla_handbook_e.pdf】。］
VRLA型電池のフロート寿命に及ぼす温度影響
温度は鉛蓄電池の寿命に多大な影響を与えます。 動作温度が10℃上昇するごとに、寿命は半分になります。 そのことを裏付けるのが、以下の数字である。 20℃でのフロート寿命は、パナソニックの特定製品で約10年です。 しかし、30℃では5年程度の寿命となる。 同様に、40℃での寿命は約2年6ヶ月です[Figure 10 in https://eu.industrial.panasonic.com/sites/default/pidseu/files/downloads/files/id_vrla_handbook_e.pdf] 。
http:// news.yuasaの6ページ目。 co.uk/wp-content/uploads/2015/05/SWL-Shortform.pdf].
したがって、消費者が新しい電池を購入しようとする場合、平均的な周囲温度とその温度での寿命を考慮する必要があります。 もし、30〜35℃で5年使える電池が欲しければ、20℃で10年使えるように設計された電池を買うべきだろう。
図1 パナソニックVR製品の各温度におけるフロート寿命の推移
https://eu.industrial.panasonic.com/sites/default/pidseu/files/downloads/files/id_vrla_handbook_e.pdf
Fig 2 Yuasa（UK）VR製品の各温度におけるフロート寿命。
http://news.yuasa.co.uk/wp-content/uploads/2015/05/SWL-Shortform.pdf
英国規格6240-4:1997は、20～40℃の温度に対する寿命の依存性を示しています。
VRLA電池のサイクル寿命
VR電池はフロート寿命に比べ、1回のサイクルでの活物質使用量が多いため、サイクル寿命は短くなる。 フロート運転では、停電のときだけバッテリーに電力を供給するように要請されます。 しかし、サイクリック・モードでは、毎回必要な放電深度（DOD）まで放電し、すぐに充電を行います。 この放電と充電の繰り返しが「サイクル」と呼ばれる。サイクル寿命は、1サイクルあたりに変換される物質の量、すなわちDODに依存する。 変換が低ければ低いほど、寿命は長くなる。 以下の表は、3つのDODレベルについて、パナソニックVRLA製品の60 %と80 %の容量エンドオブライフDODまでの寿命を示しています。
表2. パナソニックVRLA製品の60%および80%の寿命までのおおよそのライフサイクル（周囲温度25℃、3つのDODの場合）。[引用元 https://eu.industrial.panasonic.com/sites/default/pidseu/files/downloads/files/id_vrla_handbook_e.pdf22ページの図]。
|
DODからエンドオブライフまで |
100 % DOD時のライフサイクル |
50 % DOD時のライフサイクル |
30 % DOD時のライフサイクル |
|
ライフ to 60 % DOD |
300 |
550 |
1250 |
|
ライフ to 80 % DOD |
250 |
450 |
950 |
- 温度、フロート電流
表3. 3種類の鉛蓄電池の2.3V/セル時のフロート電流（温度別
[[C&Dテクノロジーズ https://www から引用 。cdtechno. com/pdf/ref/41_2128_0212.pdf
図19、22ページ]。
|
|
温度 °C |
概算電流、mA/Ah20 |
|
浸水したカルシウム細胞 |
25 |
0.25 |
|
30 |
0.35 |
|
|
40 |
0.6 |
|
|
50 |
0.9 |
|
|
60 |
1.4 |
|
|
ゲル化したVRセル |
25 |
0.6 |
|
30 |
0.75 |
|
|
40 |
1.5 |
|
|
50 |
3 |
|
|
60 |
6 |
|
|
AGM VRセル |
25 |
1.5 |
|
30 |
2 |
|
|
40 |
3.5 |
|
|
50 |
8 |
|
|
60 |
15 |
- フロート運転適性試験 [IEC60896-21、22:2004］
IECでは 、VRセルのフロート動作への適合性を確認するための試験方法を示しています。 セル又は電池は，1セル当たり2.23～2.30Vの典型的な範囲で製造業者が指定するVFloatの浮動電圧にさらされなければならな い。 各セルまたはモノブロック電池の初期電圧を測定し、記録すること。 3 ヶ月後、各セルまたはモノブロック電池の電圧を測定し、記録すること。 6 ヶ月の浮遊運転後、セルまたはモノブロックは容量試験を行うものとする。 排出時の実容量は定格容量以上でなければならない。
- セル間フロート電圧変動
プロセス変数が内在するため、個々のセルやバッテリーの電圧はフロート動作電圧の範囲内で変動するのが常である。 活物質の重量、活物質の空隙率、プレートの圧縮とAGMの圧縮の違い、電解液の量の変化など、プレートの内部パラメータの微小な違いが、このばらつきの原因となる。 VR製品は、厳密な品質管理（材料と工程管理）を行っても、セル間のばらつきがあり、フロート動作時のセル電圧の分布が「二峰性」となってしまうのです。
過剰に浸水した電解液を使用する従来のセルでは、2枚のプレートが互いに独立して充電される。 硫酸水溶液中の酸素ガス、水素ガスは拡散速度が小さい。 充電中に発生したガスは、プレートと十分な相互作用をする時間がないため、セルから排出される。
VRLAセルでは、酸素サイクル現象がこの絵を複雑にしている。 浸水した電池と同様に、正極板で水の分解が起こり、グリッド腐食も発生する。 フロート充電の初期（非飢餓状態）にはVRセルから酸素ガスが抜けるが、飽和度が初期の90～95％から低くなってからガスパスが発生する。
今度は、プラス側で起こった水の分解の逆反応が、マイナス側で起こり始める。
PP上での水の分解：2H2O → 4H+ + O2 ↑ + 4e-………………………………………………………………6 (1)
NP上でのO2還元（=O2再結合）：O2 + 4H+ + 4e- → 2H2O + （熱） ………．(2)
[2Pb＋O2＋2H2SO4 → 2PbSO4＋2H2O＋ 熱］ ……（3）。
以上の反応から、次のような点が指摘できる。
- 正味のところ、電気エネルギーが熱に変換されていることがわかる。
- このように、VRバッテリーは酸素サイクルの段階になると、バッテリーが暖かくなる。
- 酸素ガスが大気中に放出されない
- NAM中の鉛は硫酸鉛に変換されるため、NPの電位はより正になり、結果として水素の発生を抑制することができます。
- NP電圧の低下を補うため、正極板がより正極化し、酸素の発生と腐食が進む（フロート印加電圧は変化しないように）。 このようにして生成された酸素は、NP上で還元され、さらにNPの分極が進み、NPの電位はよりプラスになる。
酸素の再結合に電流を流すため、VRLA電池のフロート電流は、Berndt [D]が指摘するように、浸水型製品の約3倍となる。 Berndt, 5th ERA Battery Seminar and Exhibition, London, UK, April 1988, Session 1, Paper 4. 2. R.F. ネルソン in ランド, D.A.J; モーズリー, P.T; ガーチェ. J ; Parker, C.D.(Eds.) Valve-Regulated Lead- Acid Batteries, Elsevier, New York, 2004, Chapter 9 , page 258et seq.].
表4. フロート式充電。ベント型電池とVRLA型電池のフロート電流、発熱、熱除去の比較
|
詳細 |
浸水したセル |
VRセル |
備考 |
|
セルあたりのフロート電圧、Volts |
2.25 |
2.25 |
同一フロート電圧 |
|
平衡フロート電流、mA/100Ah |
14 |
45 |
VRバッテリーで約3倍 |
|
等価エネルギー入力、mW |
31.5 mW (2.25 V X 14 mA)。 |
101.25 mW (2.25 V X 45 mA)。 |
VRバッテリーで約3倍 |
|
ガス化により除去された熱量、mW |
20.72 mW（1.48 V X 14 mA）。 (20.7/31.5 –66 %) |
5.9 (1.48 V x 4 mA) (5.9/101.25 =5.8 %) |
浸水した細胞の10分の1 |
|
熱収支、mW |
31.5-20.72 = 10.78 |
101.25 – 5.9= 95.35 |
|
|
フロート充電電流の熱への変換率、パーセント |
10.8 |
95 |
VRバッテリーで約9回 |
- ガス化・充電電圧
通常、推奨フロート電圧における酸素サイクル効率では、正極板で発生した酸素はすべて負極板で水に再結合するため、水の損失はないか無視できる程度であり、水素発生は抑制される。
しかし、推奨電圧や電流を超えるとガスが発生するようになる。 つまり、酸素の発生が細胞のガス再結合能力を上回っているのだ。 極端な場合には、水素と酸素の両方が発生し、水分が失われ、さらに発熱を伴う。
表5. ゲル化電解質VRセル170Ahのフロート電圧の違いによるガス放出量とフロート電流の変化
[C&Dテクノロジーズ www . cdtechno .com/pdf/ref/41_2128_0212.pdf より 抜粋
図17 21ページ］。
|
充電電圧, Volts |
おおよそのガス発生量、ml/min |
ガス発生量の目安、ml/Ah/minº |
概算電流、アンペア |
概算電流、ミリアンペア/Ahº。 |
|
< 2.35 |
NIL |
NIL |
— |
|
|
2.35 ガス抜き開始 |
— |
— |
0.4 |
2.35 |
|
2.4 |
1.5 |
0.0088 |
0.45 |
2.65 |
|
2.46 |
3.5 |
0.0206 |
0.6 |
3.53 |
|
2.51 |
10 |
0.0588 |
1.4 |
8.24 |
|
2.56 |
24 |
0.1412 |
3 |
17.65 |
º 計算値
- 充電電圧・電流
表6. ゲル型およびAGM型VRLAバッテリのフロート電圧とフロート電流の関係
[C&Dテクノロジーズwwwより引用 。 cdtechno.com /pdf/ref/41_2128_0212.pdf
図18、22ページ］。
|
フロート電圧(V) |
電流、mA/Ah |
|
|
ゲル化したVRバッテリー |
AGM VRバッテリー |
|
|
2.20 |
0.005 |
0.02 |
|
2.225 |
3 |
9 |
|
2.25 |
6 |
15 |
|
2.275 |
9.5 |
22 |
|
2.30 |
12 |
29 |
|
2.325 |
15 |
39 |
|
2.35 |
25 |
46 |
|
2.375 |
30 |
53 |
|
2.40 |
38 |
62 |
|
2.425 |
45 |
70 |
|
2.45 |
52 |
79 |
表7. 浸漬型カルシウム電池、ゲル型電池、AGM型VRLA電池のフロート電流（各温度で2.3V/セルのフロート充電時）。
[C&Dテクノロジーズwwwより引用 。 cdtechno. com/pdf/ref/41_2128_0212.pdf
図19、22ページ]。
|
セルの温度 °C |
電流、mA/Ah20 |
||
|
浸水型カルシウム電池 |
ゲル化したVRバッテリー |
AGM VRバッテリー |
|
|
25 |
0.25 |
0.65 |
1.5 |
|
30 |
0.375 |
0.9 |
2 |
|
35 |
0.425 |
1.25 |
3 |
|
40 |
0.55 |
1.6 |
4.1 |
|
45 |
0.7 |
2 |
6 |
|
50 |
0.875 |
3.5 |
7.5 |
|
55 |
1.15 |
3.75 |
11.1 |
|
60 |
1.4 |
6 |
15 |
- フロート電圧、動作温度、寿命
推奨フロート電圧以上の過充電は、バッテリーの寿命を著しく低下させます。 ゲル電池の過充電による寿命への影響を示したグラフです。
表8． ゲル電池のサイクル寿命と充電電圧の比率（充電推奨電圧2.3～2.35V/セル）
www イーストペン・デカ com/assets/base/0139.pdf
|
充電電圧 |
ゲルセルのサイクル寿命の割合 |
|
おすすめ |
100 |
|
0.3V以上 |
90 |
|
0.5倍 |
80 |
|
0.7倍 |
40 |
ロン・D・ブロスト [ ]（英語Ron D. Brost, Proc. 第13回電池学会 応用と進歩, カリフォルニア大学ロングビーチ校, 1998, 25-29頁]. は、12Vでサイクリングした結果を報告しています。
VRLA (Delphi) を30, 40, 50 oCで80% DODにした。この電池を25pCで25サイクルごとに2時間かけて100%放電させ，容量を測定した． その結果、30℃では約475回、40℃と50℃ではそれぞれ約360回と約135回と寿命が短くなることがわかりました。
フロート電圧、フロート温度、寿命の相互関係
図3． フロート寿命のフロート電圧とフロート温度への依存性
[Malcolm Winter,3rdERA Battery Seminar, 14 January 1982, London, (ERA Report No.81-102, pp.3.3.1). まで
- フロート充電時の電解液量と温度上昇について
充電時の温度上昇は、浸水型セルで最も少なく、AGM VRセルで最も多い。 その理由は、細胞の種類によって異なる電解質の量にある。 次の表は、この事実を示している。 AGMセルと比較して電解液の量が多いため、ゲルセルはより深い放電に耐えることができます。
表9. 電池の種類と電解液の相対量
sv-zanshin .com/r/manuals/sonnenschein _gel_handbook_part1.pdf].
|
フラッデッドセル、OPzS |
ゲル化した細胞、Sonnenschein A600細胞 |
AGMセル、アブソリュートIIP |
ゲル化した細胞、Sonnenschein A400 細胞 |
AGMセル、マラソンM、FT |
|
1 |
0.85〜0.99 |
0.55～0.64 |
— |
— |
|
— |
1 |
0.61～0.68 |
1 |
0.56～0.73 |
|
— |
1.5～1.7 |
1 |
1.4〜1.8 |
1 |
- フロート充電時の電圧の広がり
フロート動作のVRバッテリーの列は、フロート充電開始後の期間によって電圧の広がりが異なる。 当初、飢餓状態よりも電解液の量が多い場合、セルの電圧は高くなり、再結合が良好なものは（負極板の電位が低下するため）セル電圧が低くなる。酸の量が多いセルでは負極板が分極し、セル電圧が高くなり水素発生につながる。
個々のセル電圧の合計は印加されたストリング電圧に等しいが、個々のセル電圧はすべて同じではない。あるものは印加されたセル単位の電圧よりも高い電圧（非飢餓状態および水素発生による）を持ち、他のものは低い電圧（酸素サイクルによる）を持つことになる。 一例
この現象について、Nelson [1]が与えている。 R.F. ネルソン in ランド, D.A.J; モーズリー, P.T; ガーチェ. J ; Parker, C.D.(Eds.) Valve-Regulated Lead- Acid Batteries, Elsevier, New York, 2004, Chapter 9 , page 266et seq. 2. R.F. Nelson, Proceedings of the 4th International Lead-Acid Battery Seminar, San Francisco, CA, USA, 25-27 April 1990, pp.31-60.].
表10. 48V/600Aアレイの300Ah角型VRセルのセル電圧分布データは、セルあたり2.28ボルトで浮遊している。
[R.F.ネルソン in Rand, D.A.J; Moseley, P.T; Garche. J ; Parker, C.D.(Eds.)Valve-Regulated Lead- Acid Batteries, Elsevier, New York, 2004, Chapter 9 , page 266et seq]。
|
オリジナル電圧 |
30日間のフロートチャージ後 |
78日間のフロートチャージ後 |
106日目以降のフロートチャージ |
||||
|
電圧範囲, V |
スプレッド、mV |
電圧範囲, V |
スプレッド、mV |
電圧範囲、v |
スプレッド、mV |
電圧範囲, V |
スプレッド、mV |
|
2.23～2.31 |
80 |
2.21～2.37 |
160 |
2.14～2.42 |
280 |
2.15〜2.40 |
250 |
あるセルはガス発生段階（2.42V）まで、またあるセルは1セルあたり2.28Vの印加電圧より低くなっていることがわかる。
著者によっては、フロート運転開始から6ヶ月でセル電圧が安定し、セル電圧の変動は平均値の±2.5%以内に収まると考えている。 つまり、平均値2.3に対して
VOLTS PER CELLの場合、2.24～2.36の範囲で変動します（つまり、2.3V動作の場合は60mV減またはそれ以上）。[Hans Tuphorn, J. Power Sources, 40 (1992) 47-61]。
吾輩は猫である。名前はまだない。どこで生れたか頓と見当がつかぬ。何でも薄暗いじめじめした所でニャーニャー泣いていた事だけは記憶している。
吾輩は猫である。名前はまだない。どこで生れたか頓と見当がつかぬ。何でも薄暗いじめじめした所でニャーニャー泣いていた事だけは記憶している。
図4. フロート電圧＝2.23Vpcで充電した新型370V UPSバッテリーのセル電圧に対する変動量
[ハンス・タプホルン、J.パワーソース、40 (1992) 47-61]。
- フロート充電とセル電圧の制御の重要性。
フロート充電期間中のセル電圧の制御は非常に重要である。 実験風景 48V/100Ahの通信用VRバッテリで実施した結果、このことが明らかになった。
1セルあたり2.3V、電流0.4 – 0 .6mA/Thで浮遊させ、末端温度は0.5℃とした。
セル、センターセルとその周囲は等しかった）。 ストリングのフロート電圧は、2.3V×24セル＝55.2Vとなります。
表11. 2.3 V 通信用電池のフロート充電 48V、100Ahの電池、電流0.4 – 0 .6mA/Ah
[また、ネルソン（Matthews, K; Papp, B, R.F. Nelson）、Power Sources 12, Keily, T; Baxter, B.W.(eds) International Power Sources Symp.に収録されている。 Committee, Leatherhead, England, 1989, pp.1 – 31.].
|
いいえ。 短絡したセルの |
セルの電圧は、Voltsに上昇します。 |
フロート電流は（mA/Ah）に増加します。 |
セル温度を上昇させる。 °C |
前記温度上昇までの時間、時間 |
備考 |
|
1名 |
2.4 (55.2 ÷ 23) |
2.5 |
1 |
24 |
温度上昇なし |
|
2名 |
2.51 (55.2 ÷ 22) |
11 |
5 |
24 |
最小限の温度上昇 |
|
三 |
2.63 (55.2 ÷ 21) |
50 |
12 |
24 |
熱暴走を開始する |
|
4名 |
2.76 (55.2 ÷ 20) |
180 |
22 |
1 |
熱暴走状態になる。 H2Sガス発生量 |
以上のデータから、1〜2セルの短絡は熱的な観点からは致命的なものではないことがわかる。
ただし、VRセルが過酷な条件下で使用されないことを条件とする（例． > 60℃、高充電電流またはフロート電圧（各セル2.4V以上）でもH2SやSO2ガスを発生しない。 これらのガスが発生すると、周囲の銅や真鍮の部品や他の電子部品が汚染され、変色してしまいます。 そのため、フロートに搭載された電池のセル電圧の監視は欠かせない。
- 熱暴走
フロート電圧とフロート電流が高いと、セルの温度が高くなる。 したがって、どのような種類の電池であっても、換気をよくすることが必要です。 VRセル内部で発生した温度（酸素サイクルなどによる）が、セルシステムで放熱しきれなくなると、温度が上昇する。 この状態が長く続くと、電解液のドライアウトやガス（O2、H2）の発生による温度上昇により、セルジャーが破損し、破裂することがあります。
以下に、熱暴走現象による結果の一例を図に示します。
図5. 熱暴走効果
[https://www. cpsiwa. com/wp-content/uploads/2017/08/14.-VRLA-Battery-White-Paper-Final-1.pdf].
- フロート 充電電圧と正極板腐食促進係数
充電電圧は、温度と同様にVRLAの寿命に大きな影響を与えます。 ポジティブガードの腐食速度は、プレートが維持される電位に依存する。 図「ピヤリ・ソムと
Joe Szymborski, Proc. 13th Annual Battery Conf. Applications & Advances, Jan 1998, California State Univ, Long Beach, CA pp.285-290グリッド腐食速度は，最適なプレート分極値（40～120mV）の範囲で最小値を示すことがわかった．） このプレート偏光レベルは、最適なフロート電圧の設定に対応します。 正極性板分極（PPP）レベルが最適レベル以下またはそれ以上の場合、グリッドの腐食速度が急速に増加する。
図6. プラスグリッド腐食加速度 vs プラスプレート偏光度
[Piyali Som and Joe Szymborski, Proc. 13th Annual Battery Conf. アプリケーション＆アドバンス、1月号
1998, California State Univ., Long Beach, CA pp.285-290]。
- プレートポテンシャルと偏光
フロート電圧と正極性板分極（PPP）の関係は非常に重要である。図7は 、4種類の温度で フロート電圧を変化させた場合の正プレート分極（PPP）レベルの一例である。 分極とは、開放電圧（OCV）または平衡電位からの偏差のことである。 したがって、OCVが2.14Vの鉛蓄電池（OCVは充填する酸の密度（OCV＝比重＋0.84V）によって決まる）を2.21Vで浮かせると、2210-2140＝70mVの分極が発生することになる。 最適なプレート偏光レベルは、40〜120ミリボルトの間である。 フロート電圧は1セルあたり2.30Vを推奨します。
図7. 正極板分極におけるフロート電圧の効果例［Piyali Som and Joe Szymborski, Proc. 13th 電池学会年次大会 Applications & Advances, Jan 1998, California State Univ., Long Beach, CA pp.285-290]。
- カーバッテリーのフロート充電
カーバッテリー（または自動車用スターターバッテリー、SLI）のバッテリーをフロート充電する場合は、電流制限も設定できる定電位充電器を使用する必要があります。 車載システムは、車載バッテリーを改良型定電位充電モードで充電するように設計されています。 このモードでは、バッテリーが設定された電圧の上限を超えることはないので、安全です。
カーバッテリーを完全に充電する期間は、バッテリーの充電状態、すなわち完全放電か、半放電か、完全放電して数ヶ月間充電せずに放置した状態かによって異なります。
充電器の定格電流（アンペア定格）、電池の容量により、数時間から24時間以上。
例えば、12V、60Ahのカーバッテリーを完全に放電した場合、2〜3Aで充電できる充電器であれば、25〜30時間で再充電が可能である。
Ahの容量がわからない場合、いくつかの方法で容量を調べることができます。
- 電池に貼られたラベルから
- 販売店からその車のバッテリーの型式を知る。
- 電池に記載されている場合、予備容量（RC）の定格から
- バッテリーに記載されている場合は、CCA（コールドクランキングアンペア）定格から（インド規格またはRCとCCA定格が記載されているスターターバッテリー規格を参照してください。例：IS 14257）。
そのため、充電の時間を調整することができます。
満充電になったら、必ず充電器からバッテリーを外すことをお勧めします。 バッテリーが完全に充電されている場合、電圧は一定に保たれます。 また、充電器の電流計は、0.2～0.4アンペアの範囲の非常に小さい電流を2～3時間一定で示します。
- LiFePO4電池のフロート充電について
VR電池とLiFePO4電池の充電方法は似ている。
- ステージ1：どちらも定電流（CC）モードで充電を開始できる（最大80％入力可能）
- ステージ2：設定電圧に達するとCPモードへ移行（フル充電）
- ステージ3：第3ステージはトリクル充電（VRセルの場合はオプション、LiFePO4セルの場合は過充電とそれに伴う両電極での有害反応の危険性から不要）です。
2種類の電池の第1ステージの違いは、充電電流である。 LiFePO4セルの場合、1Cアンペアという大電流が流れることもある。 しかし、VR電池の場合、最大0.4C Aを推奨しています。 そのため、LiFePO4電池の場合、第1段階の持続時間は1時間と非常に短くなる。 しかし、VRバッテリーの場合、この段階は0.4C Aで2時間、0.1C Aで9時間かかる。
第2段階も第1段階と同様に、LiFePO4セルの場合、4時間（0.4C A）〜2時間（0.1C A）かかるのに対し、15分と短時間で終了する。
その結果、LiFePO4セルでは約3〜4時間、VRセルでは6時間（0.4CA、2.45V CP充電時）〜11時間（0.1CA、2.30V CP充電時）となった。
図8. パナソニック製VRセルの定電圧充電、初期電流を変えて2.45Vと2.3Vで充電[https://eu.industrial. panasonic.com/sites/default/pidseu/files/downloads/files/id_vrla_handbook_j.pdf].
メモ
テスト条件
放電する。0.05 C 定電流放電（20時間率）
カットオフ電圧：1.75V/セル
充電：2.45V/セル —————–.
2.30V/セル ___________
温度：20
図9. VRLAバッテリー充電プロファイル
[https://www. power-sonic. com/blog/how-to-charge-lithium-iron phosphate-lifepo4-batteries/].
図10. LiFePO4電池の充電プロファイル
[https://www. power-sonic.com/blog/how-to-charge-lithium-iron-phosphate -lifepo4-batteries/].
冒頭で述べたように、LiFePO4セルではトリクル充電の段階は必要ない。 数ヶ月の保管期間を経たVR細胞には必要な場合もある。 しかし、常時使用することを想定すれば、VRセルを1セルあたり2.25〜2.3Vでトリクル充電することができる。
LiFePO4 セルは 100 % SOC で保存する必要はなく，180 日から 365 日の保存期間に一度 70 % SOC まで放電・充電すれば十分である。
充電電圧（例えば最大4.2V/セル）は、セル化学、セルサイズ、メーカーにより異なりますが、±25～50mV以内に制御する必要があります。 最初は1Cアンペアの電流をセル電圧の限界に達するまで流す。 その後、CPモードに切り替わります。 最大電圧に近づくと、電流は一定の割合で減少し、セルのインピーダンスにもよりますが、約0.03Cの電流で充電が終了します。 リチウムイオン電池は、初期電流1Cアンペアで、2.5〜3時間で満充電になります。
メーカーによっては、初期電流を1.5C ampereまで上げることを許可しているところもあります。 しかし、2.0C アンペアの初期電流は、それ以上の電流でも充電時間がそれほど短くならないため、一般にメーカーから認められていない。 [Walter A. van Schalkwijk inAdvances in Lithium-Ion Batteries, Walter A. van Schalkwijk and Bruno Scrosati (Eds.), Kluwer Academic, New York, 2002, Ch 15, page 463et seq.（リチウムイオン電池の進歩、 ウォルター・A・ヴァン・シャルクウェイク、ブルーノ・スクローサティ編）。]
LiFePO4セルの場合、非常に短時間での充電が謳われていますが、充電器のワット数を考えると、このような充電器には非常に高い投資が必要となることに留意する必要があります。
具体的には、100Ahのリチウムイオン電池を100アンペア（1Cアンペア）で充電できるのに対して、同等のVR電池は最大40アンペア（0.4Cアンペア）で充電することが可能です。 Li電池の充電終了電流は、この電池では3アンペア、VR電池では50ミリアンペア程度である。 全体の充電時間は、Liセルで3〜4時間、VRセルだと10時間程度になります。
Li電池はトリクル充電の必要はありませんが、VRLA電池は3～4ヶ月でトリクル充電が必要になる場合があります。 VRセルはSOC100%で保存可能ですが、リチウムセルはSOC100%未満で保存する必要があります。
フル充電されたリチウムイオン電池は、それ以上充電しないでください。 満充電のリチウムイオン電池に電流を流すと、電池が破損することがあります。 多少の過充電は許容されるが、極限状態になると、バッテリーマネジメントシステム（BMS）で保護されないと破裂や発火に至る
詳しくは、https://battlebornbatteries.com/charging-battleborn-lifepo4-batteries/をご参照ください。
https://www.electronicsweekly.com/market-sectors/power/float-charging-lithium-ion-cells-2006-02/
図11. 標準的なリチウムイオン電池の充電アルゴリズムにおける充電の段階
[Walter A. van Schalkwijk inAdvances in Lithium-Ion Batteries, Walter A. van Schalkwijk and Bruno Scrosati (Eds.), Kluwer Academic, New York, 2002, Ch 15, page 464. ]。
- リチウムイオン電池のフロート充電 – フロート電圧のリチウムイオン電池
リチウムイオン電池の場合、フロート充電は必要ありません。 また、満充電の状態で保管することはできません。 長期保存を想定する場合は、6～12ヶ月に一度、SOC70%まで放電・充電することが可能です。
フロート充電とトリクル充電
- トリクル充電とフロート充電の違いは何ですか？
トリクル充電は、充電の上乗せをするためのメンテナンス料金です。 メンテナンス充電は、自己放電のみを補償するものです。 電池の年数や状態にもよりますが、電流密度40
から100mA/100Ahの公称容量がメンテナンス充電（トリクル充電）時に必要となる場合があります。 これらの電池は、放電のたびに充電する必要があります。 バッテリーが 充電が完了したら、充電器から取り外してください。 さもないと、バッテリーが損傷します。
フロート充電は 連続した定電圧充電であり、バッテリーは常に満充電の状態にあるため、必要な電力を供給する準備が整っています。
バッテリーをフロート充電できる時間は？
フロート充電電圧は、電池の自己放電を補い、常に満充電状態を維持するのに十分な高い値であるが、正極の腐食を最小限に抑えるために十分低い値に保たれる。 充電電流は、負荷プロファイルに大きく依存する。 負荷遮断後は電流が大きくなる。 このモードでは、バッテリーが過充電になることはありません。 長時間アイドル状態の場合、フロート電流は容量100Ahあたり200〜400mAとなる。
バッテリーが充電器から外れることはありません。 バッテリーは充電器バスの向こう側に浮いています。
- フロート充電電流の計算方法
フロート充電器は、電池の電圧を感知して電流を供給します。 そのため、フロート充電電流を計算する必要はない。 ただ、最初の突入電流を最大0.4Cアンペアに制限することができます。 フロート充電は定電位充電器なので、必要な電流まで自動的に減少します。 むしろ、バッテリーは欲しいものだけを受け取ることができる。 通常、すべてのVRバッテリーは、1セルあたり2.3Vでフローティングされています。 完全に充電されたバッテリーには、バッテリー容量100Ahあたり0.2～0.4Aしか流れない。
- ブースト充電とフロート充電の違い
ブースト充電は、放電したバッテリーを他にバッテリーがない緊急時に使用するために、比較的大電流で充電する方法であり、SOCが十分でない場合に使用される。
緊急工事です。 このように、鉛蓄電池は時間や電池のSOCに応じて大電流で充電することができます。 急速充電器が使えるようになったので、今ではブースト充電が身近になりました。 通常、昇圧充電器は100Aで充電を開始し、80Aまでテーパリングしていく。 最も重要なことは、温度が48〜50℃を超えないようにすることです。
フロート充電は、VRセル1個あたり2.25〜2.3Vで連続定電位充電するものです。 フロート充電により、必要な時にいつでも電力を供給できる状態を保ちます。 バッテリーは常にこのレベルに維持され、停電後は充電器から大電流が供給され、満充電時にはバッテリー容量100Aあたり0.2～0.4A程度に先細りとなる。
- アブソーブ充電とフロート充電
があります。 CC-CP（IU）充電モードにおいて、バッテリーが入力のほとんどを受ける定電流充電を“””””””””””””””””””””””””””””””””””””.バルクチャージングステージ」と 定電位モードの充電で、電流が先細りになっている間は、以下のように呼ばれます。 “吸収充電ステージ“と呼ばれ、このCPモードの充電電圧は 吸収電圧
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