バッテリー電力密度の計算と比較

電池は使い捨てでも充電式でもかまいませんが、通常は使い捨てです。バッテリーは通常、電気自動車、携帯用電子機器、その他の機器に電力を供給するために使用されます。バッテリーには、化学エネルギーを電気エネルギーに変換する 1 つ以上の電気化学セルが含まれています。化学エネルギーは、通常、燃料電池または電気化学電池 (ボルタ電池と呼ばれることもあります) から得られます。

電池は、電池の用途に応じてさまざまなサイズと形状で提供されます。バッテリには、すぐに交換できるように設計されているものもあれば、長持ちし、電気自動車やラップトップや携帯電話などのポータブル電子機器など、長時間放置される用途向けに設計されているものもあります。

多くの最新のバッテリーは、他の化学物質と比較して、エネルギー密度が高く、自己放電が少なく、サイクル寿命が長いため、主要な化学物質となっているリチウムイオン化学物質も使用しています。

バッテリーの電力密度は、バッテリーに蓄えられるエネルギーの量です。バッテリーの電力密度が高いほど、バッテリーに蓄えられる電力量が大きくなります。

バッテリの電力密度は、バッテリが時間の経過とともに充電を失うにつれて時間とともに増加します。高密度バッテリーは低密度バッテリーよりも多くのエネルギーを保持しますが、充電が切れるまでの寿命も長くなります。

電力密度が高いほど、デバイスはより強力になります。電力密度は、キログラムあたりのワット時 (Wh/kg) で測定されます。たとえば、一般的なリチウム イオン バッテリーの出力密度は約 1,500 Wh/kg です。

バッテリーの容量は、完全に充電されたときに蓄えることができる電気の量です。バッテリーの容量は、サイズ、形状、および素材によって異なります。バッテリーは通常、kwh/kg または mAh/g またはミリアンペア時/グラム (mAh/g) で評価されます。

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バッテリー電力密度の計算

バッテリー電力密度は、バッテリーの利用可能な充電量の尺度です。バッテリ電力密度が高いということは、同じサイズのバッテリにより多くの電力を蓄えることができることを意味するため、電力密度の高いバッテリは、電気自動車などの電力需要が高い用途に役立ちます。

バッテリーの電力密度を計算する式は次のとおりです。

電力密度 = エネルギー密度 x 電圧

どこ：

エネルギー密度は、バッテリーの単位体積または質量あたりに蓄えられるエネルギーの量であり、通常、1 リットルあたりのワット時 (Wh/L) または 1 キログラムあたりのワット時 (Wh/kg) で測定されます。

電圧は、バッテリーの 2 つの端子間の電位差で、通常はボルト (V) で測定されます。

バッテリーの電力密度を計算するには、そのエネルギー密度と電圧を知る必要があります。バッテリーのエネルギー密度と電圧は、その化学的性質と構造によって異なります。電池の種類が異なれば、エネルギー密度と電圧も異なります。

たとえば、リチウム イオン バッテリーのエネルギー密度は通常 100 ～ 265 Wh/kg で、電圧は通常 3.6 ～ 3.7 V です。したがって、リチウム イオン バッテリーの電力密度は 360 ～ 981 の範囲になります。重量/kg。

別の例を次に示します。パックに 500Wh/kg (または 1 キログラムあたり 500 ワット時) の容量が必要だとします。これには、36 個のセルを直列に接続する必要があります。つまり、24V/36Whr または 3.6V/セル、つまり約 3 Ahr です。 30 Whr/ポンド (または 1 キログラムあたり 1 kWh) で最大 6Ahr の容量に進む場合は、重量 1 ポンドあたり 250 Wh (6 x 3 Ahr)、つまり 1 kW を得ることができます。

バッテリーの電力密度は、その電力出力と同じではないことに注意することが重要です。バッテリの電力出力は、供給できる電流に依存しますが、これは内部抵抗やその他の要因によって制限されます。電力密度は、バッテリーの特定の体積または質量にどれだけの電力を蓄えることができるかを単純に示しています。

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バッテリー電力密度とエネルギー密度

バッテリーの電力密度とエネルギー密度は、バッテリーの性能を特徴付けるために使用される 2 つの重要な指標です。電力密度とは、単位重量または体積あたりのバッテリーが供給できる電力の量を指し、エネルギー密度とは、単位重量または体積あたりのバッテリーに蓄えられるエネルギーの量を指します。

言い換えれば、電力密度はバッテリーがどれだけ速くエネルギーを供給できるかの尺度であり、エネルギー密度はバッテリーがどれだけのエネルギーを蓄えることができるかの尺度です.

たとえば、高出力バッテリーは短時間で大量のエネルギーを供給できる場合がありますが、高エネルギー バッテリーは大量のエネルギーを蓄えることができますが、供給速度は遅くなります。

特定のアプリケーション用のバッテリーを選択する際には、電力密度とエネルギー密度の両方が重要な考慮事項です。高出力バッテリーは、電気自動車などの急速なエネルギー供給を必要とするアプリケーションでよく使用されますが、高エネルギーバッテリーは、再生可能エネルギーシステムなどの長期のエネルギー貯蔵を必要とするアプリケーションでよく使用されます。

簡単に言えば、電力密度は単位重量または単位体積あたりにバッテリーが供給できる電力量を指し、エネルギー密度は単位重量または単位体積あたりにバッテリーが蓄えることができるエネルギー量を指します。特定のアプリケーション用のバッテリーを選択する際には、両方の指標が重要です。

バッテリー電力密度の比較

以下は、さまざまな種類のバッテリーの電力密度の比較です。

リチウムイオン電池

リチウムイオン電池の出力密度は、約 100 ～ 265 Wh/kg および 250 ～ 670 Wh/L です。これらは、ポータブル電子機器や電気自動車で最も一般的に使用されているタイプのバッテリーです。

ニッケルカドミウム電池

ニッケルカドミウム電池の出力密度は、約 50 ～ 80 Wh/kg および 140 ～ 300 Wh/L です。それらは、電動工具や緊急バックアップシステムで一般的に使用されています。

鉛蓄電池

鉛蓄電池の出力密度は、約 30 ～ 50 Wh/kg および 60 ～ 75 Wh/L です。これらは一般的に自動車やその他の車両で使用され、産業環境でのバックアップ電源としても使用されます。

ニッケル水素電池

ニッケル水素電池の出力密度は、約 60 ～ 120 Wh/kg および 140 ～ 300 Wh/L です。これらは、ハイブリッド車やポータブル電子機器で一般的に使用されています。

全固体電池

全固体電池は、従来の電池よりもはるかに高い電力密度を実現できる可能性があり、一部の推定では 500 ～ 1000 Wh/kg および 1000 ～ 2000 Wh/L とされています。ただし、それらはまだ開発の初期段階にあり、まだ広く利用できるわけではありません。

バッテリーの電力密度だけが、特定のアプリケーションへの適合性を決定する唯一の要因ではないことに注意してください。コスト、サイクル寿命、安全性、環境への影響など、その他の要因も考慮する必要があります。