バッテリー効率：紹介と測定

すべてのバッテリーは、ある時点で充電を失います。充電後に回収されるエネルギーは、いずれの場合も、投入されたエネルギーほどではありません。セルの電気化学の内部で発生する寄生応答により、100％に到達する効果が維持されます。超急速充電と高負荷も同様にエネルギー効率を低下させます。これもまた、サイクル寿命を短くすることでバッテリーの負担を増やします。

バッテリー効率が関心を集めています。これは、電気自動車、エネルギー貯蔵システム（ESS）、および衛星の大型バッテリーフレームワークで特に重要です。効率係数は通常、クーロン効率によって推定されます。クーロンは電荷の単位です。 1クーロンは1アンペア秒（1As）に上昇します

バッテリーの効率はどれくらいですか？

リチウムイオン電池は、約99％という最高のクーロン効率を備えています。鉛蓄電池はCEが約90％と低くなり、ニッケルベースの電池はほとんどの場合、まだ低くなっています。急速充電では、NiCdとNiMHは90％に達する可能性がありますが、妥当な充電ではこれが約70％に減少します。低CEの要因は、70％を超える状態でのオフ充電時の低い充電受け入れと、充電終了時にバッテリーが温まると増加する自己解放です。すべてのバッテリーの最高の効率は、30〜70パーセントの充電のミッドレンジ条件で達成されます。すべてのバッテリーフレームワークは、充電率と温度によって変動する独自のCE評価を提供します。年齢にはさらに仕事があります。

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なぜバッテリーが非効率になるのですか？

5つの主要なコンポーネントがバッテリー効率に影響を与えます：-

1：充電電流

リチウムイオン電池の場合、充電のベストプラクティスは、電流制御を適度なレベルに保ち、電池の効率と平均寿命を延ばすことです。

その理由は次のとおりです。充電サイクル中に、バッテリーの内部の化学的性質の内部で変化が起こり、大電流での充電はこれらの影響を減少させます。

リチウム原子と電解質はグラファイトアノードの外側で発達し、堅牢な電解質界面（SEI）と呼ばれる層を構成します。これはアノードを固定しますが、長期的にはさらに厚くなり、過度に厚い場合はアノードへの粒子の侵入を妨げる可能性があります。

カソードでは、リチウムイオンフォームの比較開発が電解質の酸化を引き起こし、暖かい暴走につながる可能性があります。

リチウムイオン電池は、効率の低下が時間の低下よりも重要でない場合があるため、60分程度の充電を目的としていることがよくあります。

2：充電状態

電気自動車のバッテリーの充電状態は、燃料チェックと比較される場合があります。これは、ランダムな秒での容量と比較した充電の程度です。

放電サイクル全体を通して、SoCも減衰するにつれて、電圧降伏はビットごとに低下します。リチウムイオン電池は、鉛蓄電池よりも電圧低下のペースがはるかに遅いです。

バッテリーが高温でサイクルされたときに発生する容量損失は、SoCで合法的に識別されます。SoCが高いほど、容量損失はひどいものになります。

3：内部抵抗

バッテリーの内部抵抗は、サイズ、年齢、電流、化学的性質など、さまざまな変数の影響を受けます。内部抵抗が低いほど、バッテリーの性能は簡単になります。 Lithium-ioバッテリーは、アクセス可能な内部保護が最も少ないものの1つです。

リチウムイオン電池では、アノードのSEIにより、グラファイトの接続が妨げられ、内部抵抗が高くなります。

SEI層は、フレームワークのバランスを取り、平均寿命を延ばすため、バッテリーの有用性に不可欠ですが、その所有物は長期的に内部抵抗を増加させる可能性があります。

リチウムイオン電池メーカーは、電池の電解質に添加された物質を使用して、この影響の一部を軽減し、SEIフィルムが過度に禁止されるのを防ぎます。

4：バッテリー温度

リチウムイオン電池は、32°Fから113°Fの範囲で充電し、-4°Fから131°Fの間で放電する必要があります。さまざまな電池とは対照的に、高温でも充電と放電の実行は良好です。ただし、高温にさらされるほど、平均余命は制限されます。

温度が41°F未満の場合、充電電流を減らす必要があります。

高温はカソード電解質の酸化を引き起こし、予期しない限界の喪失を引き起こす可能性があります。

氷点下の温度でリチウム粒子電池を充電すると、アノードに持続的なSEIが発生し、電池に損傷を与え、効率が低下します。

5：バッテリーの寿命

バッテリーが古くなるほど効果が低下することは明白に見えますが、バッテリーの古さは単に年数に含まれているだけではありません。

ほとんどの場合、リチウムイオン電池は2,000〜3,000サイクル継続します。これは、鉛蓄電池の平均寿命である1,000〜1,500サイクルをほぼ上回っています。

過充電、深いサイクル、および異常な温度はすべて、リチウムイオン電池の成熟サイクルを加速します。リチウム粒子電池の寿命を延ばすには、適度な（室温）温度で充電するのが理想的です。

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バッテリー効率はどのように測定されますか？

バッテリー効率を測定するプロセスは以下のとおりです。-

1.クーロン効率-クーロン効率（CE）は、ファラデー効率または電流効率とも呼ばれ、電子がバッテリー内を移動する際の充電効率を表します。 CEは、フルサイクルでバッテリーに投入された総電荷に対するバッテリーから取り出された総電荷の割合です。

リチウムイオンは、充電式電池で最も注目に値するCE定格の1つです。 99％を超える効率を提供します。これは、それはともかく、適度な電流と低温で充電されたときに考えられることです。超急速充電は、電荷の受け入れと熱による損失のためにCEを低下させるため、自己解放が不可欠な要素となる非常に合理的な充電も行います。

2.電圧効率-電圧効率は、バッテリー効率を定量化するためのもう1つのアプローチであり、平均放電電圧と平均充電電圧の比率を表します。損失は、充電電圧が評価された電圧よりも一貫して高いために発生し、バッテリー内部の物質応答を実行します。

電力密度とエネルギー密度は、実際には放電のために決定されますが、エネルギー効率についてはあまり考慮されていません（いずれかを想定）。過去には、エネルギー効率はリチウムイオン電池（LIB）のすべての端子材料に実質的に近いという事実にもかかわらず、この係数は、新しい高密度材料（たとえば、変換機器に照らして）にとって基本的に重要です。エネルギー密度は、実用的な進歩の要件をはるかに下回る可能性があります。確かに、エネルギーの厚さが薄いのは過電圧が高いためであり、商品化中に改善できないため、材料設計の重要な検討の基本的な部分です。電気自動車（EV）のバッテリーや家庭用エネルギー貯蔵フレームワークなどの大きなエネルギー貯蔵ガジェットでは、バッテリーを充電するために費やされるエネルギーのコストは大きな要因であり、ストレージガジェットによって供給される電力のコストに合法的に変換されます。

結論

バッテリーを最大限に活用しようとしている場合は、バッテリーを非効率にする要因に注意してください。