リチウム電池のさまざまなパラメータを説明する

リチウムイオン電池セルは、正極と負極、電解質、セパレーターで構成されています。バッテリーモジュールとバッテリーパックを構成する基本構造ユニットです。電気化学電源として、バッテリーは電圧、内部抵抗、静電容量、エネルギー、電力などの自然な特性を備えています。

パワーリチウム電池システムでは、各パラメータがシステムのさまざまなパフォーマンスを特徴づけることができます。この記事では、リチウム電池のさまざまなパラメータを一覧表示します。

リチウム電池セル

リチウムイオン電池セルは、正極と負極、電解質、セパレーターで構成されています。バッテリーモジュールとバッテリーパックを構成する基本構造ユニットです。電気化学電源として、バッテリーは電圧、内部抵抗、静電容量、エネルギー、電力などの自然な特性を備えています。

人々は主に2つの目的でバッテリーのパラメーターを測定および評価したいと考えています。

1つは、アクティブ制御の目的を達成することです。たとえば、バッテリーセルの電圧に一貫性がないため、システムのエネルギー貯蔵容量が減少します。 2極のセル電圧を積極的に調整できれば、システム容量を増幅する効果が得られます。

もう1つは、安全上の理由から、バッテリーパラメータの範囲は固定されており、バッテリーパラメータの検出、その境界の監視の実装は、バッテリーの安全ステータスを特徴付ける役割を果たすことができます。

電圧

モノマー電圧は、主にモノマーの正と負の材料の種類に依存します。一般に、コバルト酸リチウム、三元正極、および黒鉛負極は、約4.2Vのフル充電電圧を得ることができ、リン酸鉄リチウムは3.6Vにしか達することができません。ここでの電圧は、正確には、電位が材料特性に依存することであり、電位値は、長時間放置した後のバッテリーの開回路電圧に等しくなります。

閉ループのセル端子の電圧は、外部機器で検出した電圧の値です。この値は、バッテリーの電位からバッテリーの内部抵抗を引いたものに等しくなります。バッテリーの内部抵抗は一定ではなく、次のセクションで説明する多くの要因の影響を受けます。

電圧を継続すると、充電量の変化に応じてセル電圧が変化し、1対1の関係になります。したがって、多くの場合、直接測定できないバッテリー充電量（SOC）は、バッテリーの開回路電圧を予測します。

セル電圧は、バッテリー内の活物質の活動レベルに関連しているため、活動に影響を与える温度は、狭い範囲でセル電圧のレベルにも影響を与える可能性があります。

セル電圧が高いほど、同じ容量のバッテリーに含まれるエネルギーが多くなります。したがって、安全性を確保することを前提としてセル電圧の上限を上げることは、システムのエネルギー密度を高めるための技術的なルートです。

内部抵抗

リチウム電池の内部では、リチウムイオンが一方の極からもう一方の極に移動し、その過程でイオンの移動を妨げる要因が一緒になってリチウム電池の内部抵抗を構成します。主要部分には、導電性部材の物理的な内部抵抗が含まれます。モーター材料、ダイヤフラム、電解質などの電気化学材料の固有インピーダンス。バッテリー内の電流の存在によって引き起こされるリチウムイオンの動きの内部増加。これらの3つの部分が一緒になって抵抗の内部本体を構成します。

内部抵抗は温度に最も敏感であり、内部抵抗は温度によって大きく変化する可能性があります。低温でのバッテリー性能の低下の重要な理由の1つは、低温でのバッテリーの過度の内部抵抗です。

電源としてのリチウム電池は、外部から、内部抵抗をできるだけ小さくする必要があります。特に電力アプリケーションの場合、小さな内部抵抗が必要条件です。

容量

リチウム電池の容量、測定可能な容量は、電池の妥当な最大および最小電圧範囲内で充電および放電できる最大充電量です。ユニットの容量は、車両に取り付ける前に充電と放電で測定できます。電車に乗ると、バッテリー容量はアルゴリズムによってのみ推定できます。バッテリー管理システムBMSでは、バッテリーの充電状態を正確に推定することは、その設計レベルの重要な指標です。

現在、動的動作状況ではループ電流が積分され、非動作状態ではバッテリ開回路電圧を使用してバッテリ充電がチェックされることがよく知られています。他にもたくさんの方法がありますが、安定性が良くない、計算が大きすぎるというわけではありません。バッチで使用することはめったにありません。

モノマーの容量は明らかに老化の程度に影響されます。ご存知のように、容量が限界値まで減衰すると、この2つには絶対的な相関関係があることは明らかです。第二に、容量は温度の影響も受けます。低温では、活性物質の活性が低下し、供給できるイオンの量が減少し、必然的に容量が減少します。

力

ここでの電力は、正確には特定の電力であり、単一ユニットの充電/放電電力能力、または単位質量または単位体積あたりの充電/放電電力能力です。

リチウム電池が高出力の充電と放電を実行できるかどうかは、設計時に決定されました。同じことがリン酸鉄リチウム材料または三元材料であり、プロセス手段を使用して、電極の厚さを変更するか、添加剤を追加し、活物質の構造を調整し、電解質の特性、電極のSEIフィルムの特性をすべて使用して電池の電力を調整できますパフォーマンス。一般に、電力性能とエネルギー密度は共存できないことがよくあります。同じ材料は、高出力を追求して、エネルギー密度を部分的に犠牲にします。

セルが製造されると、その妥当な最大充電および放電電流が決定されます。バッテリーの熱放散条件を調整することに加えて、それはその最大充電および放電電力を狭い範囲で変更することができ、それ以上の調整の余地はほとんどありません。

特定の電力に加えて、単位質量または体積に相当するものがいくつかあり、バッテリーレベルパラメーターをよりよく確認できます。

比容量、比エネルギー

体積比容量は、容量をバッテリーの体積で割ったものであり、容量を質量で割ったものです。ここから拡張するために、バッテリーのコストを単位容量に変換します。つまり、バッテリーの充電と放電の容量の観点から価格について話します。バッテリーの単位容量の費用対効果の高い計算方法は、価格比の容量です。 、バッテリーの単価は電力を解放することができます。ただし、この方法は一般的にあまり役に立ちません。

同様に、質量対セルの質量比エネルギーは、エネルギーを質量で割ったもの、つまり、バッテリーの単位質量が放出できるエネルギーです。体積エネルギー、つまり、バッテリーまたは活物質の単位体積あたりに放出できるエネルギー。バッテリーの価格は、エネルギーの単位価格から定義されます。業界では、1kWhのバッテリー価格について話すのがより一般的な方法です。

リチウムイオン電池モジュール

電池モジュールは、複数の電池セルを直列および並列に組み合わせたものであり、電池パックを構成する要素である。バッテリーモジュールは、実際の動作で本体として評価されることはめったにありません。一部のシステムでは、電圧値が検出される場合があります。

実際、人々はモジュールを大きなバッテリーと考える傾向があります。違いは、モジュールには単一セルの整合性の問題があり、その内部セル電圧の違いが等化機能の焦点であるということです。バッテリモジュールのパフォーマンスは、多くの場合、バッテリモジュール内の最もパフォーマンスの低いバッテリセルによって制限され、主に容量インデックスに反映されます。充電するとき、高電圧モノマーが最初に充填されます。放電時には、低電圧バッテリーが最初に放電されます。

2つのバッテリーが同じではない可能性があります。したがって、モジュールの内部セルパラメータの一貫性は、モジュールのパフォーマンスに決定的な影響を及ぼします。一貫性は、モジュールレベルで考慮する必要のあるパラメーターです。モジュールのグループ化の開始時に、このパラメータはさまざまな方法でチェックされ、バッテリコアを確認します。モジュールが終了すると、一貫性はその受け入れの重要な指標です。実行中のプロセスでは、BMSイコライゼーション機能のみに依存できます。保証。

リチウムイオン電池システム

バッテリーパックは通常、モジュールの直列接続で構成されます。モジュールのすべてのパラメーターを継承することに加えて、バッテリーパックは電気自動車の電力システムの電圧プラットフォームを決定し、非常に重要なパラメーターです。

バッテリーパックには、安全性の対象であり、継続的に監視されている他のいくつかのインジケーターがあります。バッテリパック出力の正および負の接地抵抗、システムリーク電流、高電圧インターロック信号、システムの最大および最小温度、システムの最大温度差、システムの最大温度上昇率、システムの最大最小セル電圧など。

上記はすべて電気的性能によるものであり、構造全体として、バッテリーパックには、ここに記載されていない環境耐性性能、乱用耐性性能だけでなく、常に注意を払う必要のある多くのパラメーターがあります。

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