リチウム電池の電圧と容量: 違いは何ですか

GEB では、現実世界のアプリケーション向けにリチウム電池を毎日製造しています。{0}お客様からは、まだ十分な充電が残っているにもかかわらず、バッテリーが一瞬 3.8V を示し、負荷がかかるとすぐに低下するのはなぜなのかとよく質問されます。混乱はほとんどの場合、同じこと、つまり混同に帰着します。電圧と容量.

これら 2 つの数値はまったく異なるものを表しますが、これらが連携して、バッテリーが実際にどれだけの仕事をできるかを決定します。リチウム電池を選択または使用する際に、より適切な決定を下せるように、それを明確に分析してみましょう。

電圧と容量の実際の意味

電圧は、セルの正端子と負端子の間の電気的な圧力差です。これは、バッテリーが回路内に電子をどれだけ強く押し出すことができるかを示します。実際には、次の 3 つの重要な電圧値について説明します。

• 公称電圧(平均動作電圧、LiFePO4 の場合は 3.2V、NMC の場合は 3.7V など)
• 充電カットオフ電圧-(通常、ほとんどのリチウムイオン電池では 4.2V)
• 放電終止電圧-(通常は化学反応に応じて 3.0V または 2.5V)

容量一方、バッテリーが供給できる総充電量を測定し、アンペア-時間（Ah）またはミリアンペア-時間（mAh）で表されます。 100Ah のバッテリーは理論的には、空になるまでに 100 アンペアを 1 時間、または 10 アンペアを 10 時間供給できます。

利用可能な実際のエネルギーは、次の両方を組み合わせることで得られます。

エネルギー (Wh)=電圧 × 容量

たとえば、48V 100Ah のバッテリー パックは 4.8 kWh のエネルギーを蓄えます。これは、ソーラー システム、フォークリフト、電動工具がどれくらいの時間稼働できるかを実際に示す数値です。

多くの人はマルチメーターの電圧だけを見て、3.7V を下回るとバッテリーがほぼ消耗していると考えます。実際には、この読み取り値は、負荷と化学的性質に応じて、バッテリーにまだ 40 ～ 60% の容量が残っていることを意味します。

電圧と容量の関係

電圧と容量独立していない。バッテリーが蓄えられた電荷を解放すると、測定する電圧が変化します。この関係は、電極間のリチウムイオンの移動と、その結果として生じる化学ポテンシャルによって決まります。

簡単に言うと、バッテリーが放電すると、リチウムイオンがアノードから出てカソードに向かって移動します。測定可能なもの開回路電圧（OCV）-は 2 つの電極の電位間の差です。リチウムイオンの濃度が変化すると、電圧は徐々に低下します。

ただし、この低下が直線的であることはほとんどありません。容量の大部分は、比較的平坦な期間中に提供されます。」電圧プラットフォーム。" プラットフォームが終了すると、電圧はカットオフ点に向かって急激に低下します。-この非線形動作こそが、信頼できる理由です。-電圧のみ残りの実行時間を見積もるのは間違いにつながります。

GEB では、パックをテストするたびにこれが発生します。セルは、定格電圧の大部分を供給しながら、3.65V で長時間快適に使用できます。容量.

放電曲線を理解する

の放電曲線は、容量が使い果たされたときに電圧がどのように動作するかを正確に示しています。一般的なリチウム電池の曲線には、次の 3 つの異なる段階があります。

満充電からの初期電圧降下

ほとんどの容量が提供される長くて比較的平らなプラットフォーム

電圧が急速に低下して遮断されるため、最後に急な膝が発生します。-

ここに実践的なものがあります電圧とSOCの表さまざまな条件下での標準 NMC セルの場合 (25 度で測定):

負荷時の電圧が常に開路電圧よりも低いことに注目してください。-放電電流が高くなると、内部抵抗と分極効果により電圧降下が大きくなります。

日常使用において、いくつかの要因がこの曲線を変化させます。

• C- レートが高い → より早く、より深い電圧降下
• 温度低下→電圧低下で使用可能容量
• 充放電サイクルが増える → プラットフォームが徐々に低くなり、平らになることが少なくなる

同じ電圧で 8 時間動作したバッテリーが、500 サイクル後には 6 時間しか持続しないのはこのためです。

LiFePO4 と NMC: 非常に異なる電圧と容量の挙動

あなたが選択した化学反応は変化します電圧-容量の関係劇的に。

LiFePO4 (LFP)セルは公称 3.2V で動作し、極めて平坦な電圧を実現します。排出プラットフォーム。ほとんどの容量において、電圧はおよそ 3.3V ～ 3.0V の間で非常に安定しています。この平坦性により、実行時間がより予測可能になり、実際のアプリケーションで使用可能な容量が向上します。 LFP は、太陽エネルギー貯蔵、海洋システム、および長いサイクル寿命と安全性が最も重要な場所に最適です。

NMCセルは公称 3.6 ～ 3.7 V で動作し、より高いエネルギー密度を実現します。彼らの放電曲線これは、容量が使用されるにつれて電圧がより安定して低下することを意味します。これにより、NMC は、高出力またはコンパクトなサイズを必要とするアプリケーションに適しています。電動工具s、ドローン、および特定のEVパック。

以下に並べて比較します。--

GEB では両方の化学薬品を製造しており、お客様が信頼性の高い長時間電力を必要とする場合には LFP を推奨することがよくあります。{0}}一方、重量と電力密度が最優先の場合には NMC ベースのパックを推奨します。-

実際の使用における実用的な意味

電圧負荷によるたわみ、温度の影響、経年変化はすべて、実際にどれだけの容量を取り出せるかに影響します。

A 48V系同じ出力の場合、24V または 12V よりも明らかな利点があります。電流が半分になるため、I²R 損失は大幅に減少します -。多くの場合、30 ～ 40% 減少します。充電も早く終わり、配線も細くできます。より大きなエネルギー貯蔵や動力の場合、より高い電圧に移行すると、ほとんどの場合効率が向上します。

保管状態も重要です。リチウム電池を40〜60%に保つことをお勧めします。SOC長期保管用。-ほとんどの GEB セルは約 50% の充電で出荷されます。これは、このレベルが、丸 1 年後でも 98% 以上の回復を維持しながらカレンダーの劣化を最小限に抑えるのに最適であることが証明されているためです。

負荷時の電圧だけで残容量を判断しないでください。概算が必要な場合は、必ずバッテリーを数分間休ませ、OCV を測定してください。モダンなBMSユニット電圧、電流積分 (クーロン カウンティング)、および温度データを組み合わせて、より正確なデータを実現します。SOC読み物。

最終的な考え

電圧力を伝えます。容量利用可能な合計料金が表示されます。実際のパフォーマンスは、特定の負荷、温度、デューティ サイクルの下でこれら 2 つがどのように相互作用するかによって決まります。

間のバランスを適切に取る電圧プラットフォーム, 総容量、そして化学は、現場で優れたバッテリーとパフォーマンスの悪いバッテリーを分けるものです。 GEB では、セルが数百または数千のサイクルにわたって一貫した電圧動作と信頼性の高い容量を提供できるように、電極比、電圧ウィンドウ、および材料の選択の最適化にかなりの時間を費やしています。

新しいシステムを設計している場合、またはバッテリー オプションを評価している場合は、お気軽にお問い合わせください。電圧要件、予想される稼働時間、動作条件をお知らせください。当社では、見出しの仕様を満たすだけでなく、お客様の用途に実際に適合する適切な化学組成とパック構成を推奨します。