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2018年06月05日

バッテリの劣化と再生、急速充電と普通充電

みんカラの過去ブログを参照すると、ZE0リーフ(24kWhや30kWh)の先人の記録で、走り方の工夫で劣化状態と判断できるバッテリを再生することが可能であるという情報を得ることができます。

代表的なものとして、KAKUさんの2017年05月06日「2017GW(リーフで関東関西往復) 」が判りやすいです。
40kWhリーフでは自分の探した限りではまだ報告がないようです。

オカルトっぽい内容で、科学的でない印象を受けますが、数値が変化しているという事実、複数の方による確認の事例がある以上、科学的でないということで片付けられない何かがある筈です。

ということで、考察してみました。

そもそもバッテリの劣化はどうして起きるのか?という疑問が沸きます。
これに関しては、諸説ありますが、電力中央研究所研究報告書の検索から、リチウムイオンで検索したT01033 リチウムイオン電池の劣化メカニズムの解明 -劣化機構とその診断法-がよい例かと思います。

「1.容量低下原因
サイクル経過に伴う劣化原因をインピーダンス測定法、および熱量測定法により
追跡調査した結果、電池の劣化は、 (1)負極表面上に成長する抵抗薄膜に起因する内部インピーダンスの増加、(2)活物質層の電極集電体からの剥離による集電性能の低下、(3)活物質の利用率低下から成り、電池全体の容量低下は、負極の劣化に支配されることを定量的に明らかにした(図1)。この内、常温・低率充放電条件では(1)と(2)、高率充放電および高温条件では、電極の膨張・収縮に伴う活物質の構造破壊、および安定な電池反応に寄与する被膜(SEI膜)の破壊に起因する(2)と(3)が主因と推察された。」
とあります。

要はリチウムイオン電解液から電気を取り出す電極が内部抵抗(インピーダンス)を増やす原因になっているようです。

負極の劣化 → (1)(3)
活物質層の電極集電体からの剥離 → (2)

劣化は内部抵抗が増える現象
再生は内部抵抗が減る現象
と考えてよいようです。

活物質層の電極集電体からの剥離に関しては、THETAと行こうLEAFで行こうの「日産リーフ初期型の電池劣化メカニズム」でも紹介されています。

さて、再生する時は、負極の劣化と活物質層の電極集電体からの剥離のどちらが改善されているのでしょうか?
剥離した活物質層が簡単に電極集電体に戻る…可能性は低そうです。
負極表面上に成長した抵抗薄膜が減少する…こちらの方があり得そうな気がします。

鉛電池のサルフェーションを考えると、同じ事がリチウムイオン電池の負極でも起きているのではないでしょうか。
そして、サルフェーションはパルス充電を行うことで除去が可能です。

KAKUさんの記事中で「パワーオン⇔回生を繰り返すと、みるみるHxが上昇します」と書かれています。
おそらく回生による充電でサルフェーションと同じことが起きているのではないでしょうか。
これにより負極表面上に成長した抵抗薄膜が減少する、と考えると辻褄が合いそうな気がします。

さて、気になるのは、リーフの制御プログラムで、何らかの条件が揃った時に回生充電時にパルス充電のような充電を行っているのか?という点です。

意図的にそのような充電電圧制御ができるのであれば、例えが悪いですがガベージコレクションのように、定期的にこの処理が走って、バッテリの劣化を防ぐ算段を日産も考えると思います。(懇意的すぎる想像かな)

おそらくKAKUさんの再生に持って行くアクセルワークの説明「0.5秒くらいのインターバルでインパネパワーメータの◎印点灯を、右3~5つ、左3~5つ行ったり来たりさせます」これが負極表面上に成長した抵抗薄膜が減少する充電(サルフェーションで言えばパルス充電)にあたるのではないでしょうか。

こう考えれば、再生に関するZE0での報告もオカルトではない、科学的な根拠に基づく現象であると言えそうです。

ただ、ここで一つ疑問なのが、条件の一つとして事前に「急速充電」をする。ということが挙げられています。

ここだけは普段、普通充電をメインで行っている自分としては納得できない点です。w

単に再生に持って行くアクセルワークを行うのに適したのが高速道路であるということと、高速道路上の充電は急速充電器が主だから、ということで普通充電でも再生ができれば嬉しいです。

ここで先日のLeaf Spyログで、Hxが減少(40kWhではHx減少が再生っぽい)していたことを思い出しました。
赤がHx、青がELV(高度)です。

これは減少していた時のELVとHxの波形です。Hxは判りやすいように大幅に拡大しています。
開始時のELVですが60付近から始まっていますが、電源ONにしたばかりでセンサ値が正しくないのか、これは実際には間違いで、40から上昇しています。
Hxは113.05から112.97まで下がっています。

これは朝の出社時の波形で、90m程上っているのは三方原の台地です。家から台地を登るまでは、20m~30m程度の丘を何個か超えるルートになっています。
丁度アクセルをギューっと踏んで上って、アクセルオフで回生がかかり下ります。

ひょっとして、これって普通充電でも再生がされているという現象なのでしょうか。

もっと満充電からSOC50%までの走行波形を溜める必要がありそうです。
ブログ一覧 | リーフ:電費やLeaf Spyなどの話題 | クルマ
Posted at 2018/06/05 23:31:27

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この記事へのコメント

2018/06/06 07:39:18
以前、私の整備手帳にコメント下さった方で、普通充電の運用でもこの振り子走行で上昇させている方がいました。

その方の記事は削除されているので(何故なのか理由は分かりません)、現在は見ることは出来ません。その方の上昇のタイミングは、普通充電後でも、最初の10kmを低下させない2ドット点灯以下で走る“ 助走”後に、回復運転すると上昇するとのレポートでした。

私の記事にコメントが残っています。

https://minkara.carview.co.jp/smart/userid/247335/car/1567002/2784238/note/comment.aspx



コメントへの返答
2018/06/06 21:16:26
記事が削除されているのは残念ですね。

しかし、普通充電でも上昇するという話が皆無ではないことに少し期待が持ててきました。

折角リーフに乗っているのだから、自分なりに色々と今後も試してみたいと思います。
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