パワーリチウム電池の性能評価指標は？

リチウムイオン電池のモノマーは、電池モジュールと電池パックの基本構造単位である正極と負極、電極、電解質、膜で構成されています。電気化学電源の一種として、バッテリーには電圧、内部抵抗、静電容量、エネルギー、電力という特徴的なパラメーターがあります。

パワーリチウム電池システムでは、各パラメーターはシステムのさまざまなパフォーマンスを表すことができます。この論文は、リチウム電池の各パラメータをリストしています。

リチウム電池モノマー

リチウムイオン電池のモノマーは、電池モジュールと電池パックの基本構造単位である正極と負極、電極、電解質、膜で構成されています。電気化学電源の一種として、バッテリーには電圧、内部抵抗、静電容量、エネルギー、電力という特徴的なパラメーターがあります。

人々は主に2つの目的でバッテリーパラメータ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。

もう1つは安全のためです。バッテリーのパラメーターには固定範囲があります。バッテリーパラメータの検出とその境界の監視の実装は、バッテリーの安全状態を特徴づける上で役割を果たすことができます。

電圧

モノマー電圧は、主にモノマーの正極材料と負極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の完全充電電圧を得ることができますが、リン酸鉄リチウムは最大で3.6vにしか達することができません。ここでの電圧、またはむしろ材料特性に応じた電位は、バッテリーが十分長くそこに置かれた後のバッテリーの開回路電圧に等しくなります。

閉回路の単一端子の電圧は、外部機器によって検出された電圧値であり、バッテリー電位から内部抵抗を引いたものに等しくなります。ただし、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さまざまな要因の影響を受ける可能性があります。

材料によって決定されることに加えて、単一セルの電圧は電荷の変化に伴って変化し、その関係は1対1の対応です。そのため、多くの場合、直接簡単に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によって推測されます。

モノマー電圧は電池内部の活物質の活性レベルに関係しているため、活性レベルの温度やモノマー電圧のレベルに狭い範囲で影響を与える可能性があります。

モノマー電圧が高いほど、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、モノマー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向上させ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、リチウムイオン電池の内部抵抗は、イオンが一方の極からもう一方の極に移動するのを妨げる要因で構成されています。主要部分には、導電性要素の物理的な内部抵抗が含まれます。モーター材料、膜、電解質などの電気化学物質の固有インピーダンス。バッテリーを流れる電流が一時的に増加し、リチウムイオンの移動の障害になります。これらの3つの部分が一緒になって内部抵抗の本体を構成します。

内部抵抗は温度に最も敏感であり、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、外部から見ると、確かに内部抵抗は小さいほど良いです。特に電力アプリケーションでは、小さな内部抵抗が必要です。

容量

測定可能な容量であるリチウム電池の容量は、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。セルの容量は、車両に搭載する前に充電および放電することで測定できます。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。 BMSでは、SOCの正確な見積もりは、設計レベルの重要な指標です。

現在、ループ電流のアンペア時積分を使用して、動的動作条件下でのバッテリ開回路電圧でバッテリ量をチェックすることはよく知られています。他にも多くの方法がありますが、それらは安定していないか、計算が多すぎて、実際にバッチで適用されるものはほとんどありません。

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、容量が極端に低下するのは、バッテリーが使用されていないときであるため、2つの間に絶対的な相関関係があることがわかります。第二に、容量は温度の影響も受けます。低温では活物質の活性が低下し、利用できるイオンが少なくなるため、必然的に静電容量が低下します。

パワー

ここでの電力は、正確には、単一セルの充放電電力能力、または単位質量または単位体積あたりのセルの充放電電力能力です。

リチウム電池が高電力で充電または放電できるかどうかは、設計時によって決まります。同じリン酸鉄リチウム材料または三元材料、技術的手段の使用、電極の厚さの変更または添加剤の追加、活物質の構造の調整、電解質の特性、電極のSEIフィルムの特性は、電池の電力性能の調整に役割を果たすことができます。一般的に、電力性能とエネルギー密度は共存できません。同じ材料の場合、高出力を追求すると、エネルギー密度が部分的に犠牲になります。

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。バッテリーの冷却条件を調整し、最大充電電力と最大放電電力を狭い範囲で変更することに加えて、さらに調整する余地はほとんどありません。

特定の電力に加えて、バッテリーレベルをよりよく理解するために単位質量または体積に変換できるいくつかのパラメーターがあります。

比容量、比エネルギー

体積対体積は、体積をバッテリーの体積で割ったものであり、質量対体積は、体積を質量で割ったものです。ここから拡張して、バッテリーのコストを単位容量に変換します。つまり、バッテリーの充放電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コストパフォーマンス比は、価格比容量として計算されます。つまり、バッテリーが単価あたりに放出できる電気の量です。ただし、この方法はめったに使用されません。

同様に、バッテリーの単位質量比あたりのエネルギーは、エネルギーを質量で割ったもの、つまり、単位質量あたりのバッテリーから放出されるエネルギーです。体積比エネルギー、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されるエネルギー。これは、エネルギーの単位価格からバッテリーの価格を定義する一般的な方法です。

リチウムイオン電池モジュール

バッテリーモジュールは、バッテリーパックの要素である一連のバッテリーモノマーが並列に形成されています。バッテリモジュールが実際の動作で単一の対象として評価されることはめったになく、一部のシステムではその電圧値が検出されることがあります。

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、モジュールにはモノマーの一貫性の問題があり、内部セル電圧の違いがバランス機能の焦点であるということです。バッテリーモジュールの性能は、多くの場合、バッテリーモジュールのバッテリーモノマーコンポーネントの最低性能の影響を受け、主にこのインジケーターの容量に反映されます。充電するとき、高電圧のセルが最初に充填されます。放電するときは、低電圧セルが最初に使用されます。

2つのセルが同じではない可能性があります。したがって、モジュール内の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、モノマーレベルよりもモジュールレベルで考慮すべきもう1つのパラメーターです。モジュールのグループ化の開始時に、このパラメーターは、さまざまな方法でセルをスクリーニングすることによって保証されます。モジュールが作成された後、一貫性はその受け入れのための重要な指標です。操作の過程で、それは保証するためにBMSのバランスの取れた機能にのみ頼ることができます。

リチウムイオン電池システム

バッテリーパックは通常、直列のモジュールで構成されています。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、バッテリーパックの合計電圧は、非常に重要なパラメーターである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ます。

バッテリーパックには全体として、継続的に監視されるいくつかの安全インジケーターがあります。バッテリパックは、正および負の電極から接地抵抗、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、システムの最大および最小の単一電圧などを出力します。

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