バッテリーの比エネルギーとバッテリー容量は何を意味しますか?

化学的性質、電圧、比エネルギー (容量) という 3 つの主要な特性がバッテリーを定義します。スターターバッテリーは、CCA (コールドクランキングアンプ)、つまり低温状態で大電流を供給する能力も備えています。

鉛、ニッケル、リチウムの電池は最も一般的な電池の化学的性質であり、各システムには特定の充電器が必要です。最初は、異なる化学反応用に作られた充電器でバッテリーを充電できるように見えますが、充電が適切に終了しない可能性があります。バッテリーを輸送および廃棄する場合は、各化学物質に独自の規制があることに留意してください。

完全に充電されたバッテリーの OCV (開回路電圧) は、バッテリーにマークされている公称電圧より 5 ～ 7% 高くなります。 OCV は、直列接続されたセルの数と「化学的性質」によって提供されます。動作電圧はCCV（閉回路電圧）です。バッテリーを接続する前に、公称電圧が正確であることを確認してください。

比エネルギーは、アンペアアワー (Ah) 単位の容量で表されます。バッテリーの長期放電電流容量は Ah 単位で測定されます。稼働時間を長くするには、必要な値よりも大きな Ah 定格のバッテリーをセットアップできます。あるいは、やや小さいパックを使用して、実行時間の短縮を期待することもできます。

充電器には、Ah 定格に関してある程度の柔軟性があります (同様の化学的性質と電圧)。大きいバッテリーは小さいサイズのパックよりも完全に充電するのに時間がかかるだけですが、Ah の差は 25% を超えてはなりません。北米では通常、RC または予備容量が使用されますが、ヨーロッパの始動用バッテリーは Ah で指定されます。 25A の放電では、RC は放電時間を分単位で表示します。

意味

バッテリーの比エネルギーとバッテリー容量は、バッテリーの性能と機能を説明するために使用される 2 つの重要な特性です。

3.2V 20A低温LiFePO4バッテリーセル-40℃3C放電容量≥70％充電温度：-20〜45℃放電温度：-40〜+ 55℃鍼灸試験合格-40℃最大放電率：3C

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バッテリー固有エネルギーとは、バッテリーが単位質量または重量あたりに蓄えることができるエネルギー量を指します。通常、キログラムあたりのワット時 (Wh/kg) またはグラムあたりのジュール (J/g) で測定されます。

重要性: この指標は、バッテリーのエネルギー密度を評価するのに役立つため重要です。これは、電気自動車 (EV) やポータブル電子機器など、重量が重要な要素となるアプリケーションにとって非常に重要です。比エネルギーが高いということは、バッテリーがその重量に対してより多くのエネルギーを蓄えることができることを意味し、バッテリーの効率がより高く、これらの用途にとって望ましいものになります。

バッテリー容量は、バッテリーが蓄えることができる電荷の総量です。通常、アンペア時 (Ah) またはミリアンペア時 (mAh) で測定されます。バッテリーの容量は、一定量の電力をどれくらいの時間供給できるかを示します。

バッテリー容量は、再充電または交換が必要になるまでバッテリーがデバイスまたはシステムに電力を供給できる時間を示すため、重要です。たとえば、容量が 2000mAh のバッテリーと 100mA を消費するデバイスがある場合、理論上、バッテリーはデバイスに 20 時間電力を供給できます (2000mAh / 100mA = 20 時間)。

活物質

電池および電気化学デバイスの文脈における活物質とは、放電中に電気エネルギーを生成し、充電中にエネルギーを蓄積する電気化学反応に積極的に関与する電池のコンポーネントを指します。活物質は化学反応が起こる場所であり、電子の流れと電力の生成につながります。電池の種類が異なれば、使用する活物質も異なります。ここではいくつかの例を示します。

鉛蓄電池

鉛蓄電池では、活物質は正極 (カソード) として二酸化鉛 (PbO2)、負極 (アノード) としてスポンジ鉛 (Pb) です。電解液は硫酸（H2SO4）溶液です。

低温高エネルギー密度頑丈なラップトップ ポリマー バッテリーバッテリー仕様: 11.1V 7800mAh -40℃ 0.2C 放電容量 ≥80%防塵、耐落下性、耐腐食性、耐電磁干渉性

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リチウムイオン電池

リチウムイオン電池は通常、コバルト酸化リチウム (LiCoO2)、リン酸鉄リチウム (LiFePO4)、またはその他のリチウムベースの化合物を正極の活物質として使用します。アノードにはグラファイトが含まれることがよくあります。

ニッケル水素 (NiMH) バッテリー

NiMH 電池のカソードには通常、金属水素化物化合物が含まれており、アノードは通常、オキシ水酸化ニッケルで構成されています。電解液はアルカリ性溶液です。

リチウムポリマー電池

リチウムポリマー電池では、固体またはゲル状の電解質が使用され、さまざまなリチウムベースの化合物が正極および負極の活物質として機能します。

ナトリウムイオン電池

ナトリウムイオン電池では、ニッケル酸ナトリウムやコバルト酸化ナトリウムなどのナトリウムベースの化合物を活物質として使用する場合があります。

全固体電池

全固体電池では、従来の電池に見られる液体電解質の代わりに、固体電解質を含む固体材料が活性成分として使用されます。

活物質の選択は、エネルギー密度、出力密度、サイクル寿命、動作温度範囲などのバッテリーの性能特性に大きく影響します。研究者やエンジニアは、家庭用電化製品、電気自動車、再生可能エネルギー貯蔵などのさまざまな用途向けに、より効率的で安全なバッテリー技術を生み出すために活物質の開発と改良に取り組んでいます。

バッテリー性能

バッテリーの性能とは、さまざまな用途におけるバッテリーの全体的な能力と動作を指します。バッテリーの性能は、容量、電圧、サイクル寿命、自己放電、動作温度率、電圧の安定性、および定格能力に影響されます。

前述したように、容量はバッテリーのパフォーマンスの重要な側面です。バッテリーがどれだけのエネルギーを蓄え、その後供給できるかが決まります。

電池の電圧はその電位を示します。さまざまな用途には、特定の電圧レベルのバッテリーが必要です。バッテリー電圧もデバイスの出力に影響を与える可能性があります。

サイクル寿命とは、バッテリーの容量が大幅に低下するまでにバッテリーが経験できる充電と放電のサイクル数を指します。特に、電気自動車のようにバッテリーを繰り返し使用することが予想される用途では、サイクル寿命が長いことが望ましい。

バッテリーは、使用していないときでも、時間の経過とともに自然に充電が失われます。緊急バックアップシステムなど、バッテリーを長期間保管する用途には、低い自己放電率が不可欠です。

バッテリーには性能を発揮するのに最適な温度範囲があります。極端な温度は、効率と寿命に悪影響を与える可能性があります。

効率は、バッテリーが貯蔵エネルギーを電力に、またはその逆にどれだけ効果的に変換できるかを測定します。効率が高いということは、充電および放電プロセス中に無駄になるエネルギーが少ないことを意味します。

一部のバッテリーは高速で放電し、必要なときに電力をバーストすることができます。急速なエネルギー放出が必要な電動工具などのアプリケーションでは、レート機能が非常に重要です。

多くの用途では、バッテリーが放電サイクル全体にわたって比較的安定した電圧を維持することが重要です。電圧の変動は、電子機器の適切な機能に影響を与える可能性があります。

バッテリーの安全性は最も重要です。過充電、過放電、過熱、または物理的損傷は、火災や爆発などの安全上の問題を引き起こす可能性があります。

バッテリーの環境への影響には、その構造に使用される材料、リサイクル可能性、廃棄時に有毒廃棄物が発生する可能性などの要因が含まれます。より環境に優しいバッテリー技術が開発されています。

バッテリーのコストは、多くのアプリケーションにおいて重要な考慮事項です。高性能のバッテリー、特に高度な技術を備えたバッテリーは、より高価になる可能性があります。

前述したように、バッテリー固有エネルギーは、バッテリーが単位質量当たりどれだけのエネルギーを蓄えることができるかを示す尺度です。これは、電気自動車など、重量が重要な要素となるアプリケーションでは特に重要です。

比電力は、バッテリーが単位質量あたりにどれだけの電力を供給できるかの尺度です。これは、一部の航空宇宙システムや軍事システムなど、急速な電力のバーストが必要なアプリケーションで重要です。

バッテリーの性能は、リチウムイオン、鉛酸、ニッケル水素など、使用されるバッテリーの化学的性質の種類によって大きく異なります。エンジニアや設計者は、最適なパフォーマンスと安全性を確保するために、特定のアプリケーションに適切なバッテリーを選択する際に、これらのパフォーマンス要素を考慮する必要があります。

結論

要約すると、バッテリー比エネルギーはバッテリーが単位重量あたりどれだけのエネルギーを蓄えることができるかを示す尺度であり、バッテリー容量はバッテリーが蓄えることができるエネルギーの総量を示します。どちらも特定の用途向けにバッテリーを選択する際の重要な要素であり、エネルギー密度と総エネルギー貯蔵のどちらがより重要であるかによって選択が決まります。