放電終止電圧、充電上限電圧とは?

放電終止電圧(カットオフ電圧)、充電上限電圧とは?

 

こちらのページでは電池の基礎的な用語である

 

・放電終止電圧(jカットオフ電圧)

 

・充電上限電圧

 

 

という言葉について解説しています。

 

 

放電終止電圧(カットオフ電圧)とは?

 

放電終止電圧とは、電池の放電試験において危険にならない範囲で放電を行うための最低電圧のことを指します。

 

別名、カットオフ電圧とも呼ばれます。

 

一般的にはCC放電を行った場合に放電を終了する電圧とも言えます。

 

試験を行う場合の条件の表記方法の例としては、1C CC放電 放電終止電圧(カットオフ電圧)2.5Vといった表記方法をとります。

 

放電時、放電終止電圧が低いほど長く放電できることになるため、容量(Ah.mAh)を大きくすることが出来ます。

 

一般的に電池の放電曲線は下のイメージ図のような曲線を描き、放電が進むほど電圧が低くなります。

 

ここで、放電終止電圧を下図放電終止電圧1のように高めに設定しますと早い段階で放電終了となり、容量(放電容量)が小さくなります。

 

これに対して、放電終止電圧を低めに設定しますと放電終了時間が延び、容量(放電容量)が大きくなります。

 

ただし、あまりに放電終止電圧を下げ過ぎると過放電状態となるため、電池が危険な状態になる場合があるため、過放電状態にならない余裕を持った電圧に放電終止電圧を設定することが一般的です。

 

 

 

 

また、電池は放電時オームの法則により通電電流×内部抵抗分、SOC-OCV曲線よりも電圧が低下するため、通電電流を上げるほど、内部抵抗が高いほど放電終止電圧に当たりやすくなり、容量が低下する傾向にあります。

 

電池の作動する範囲における温度内では、高温(60℃付近)で試験するほど内部抵抗が下がるため、同じ放電終止電圧に設定したとしても、常温(25℃付近)より容量が若干大きくなる傾向にあります。

 

また、使用する電池材料の正極活物質や負極活物質の種類によっても放電曲線は変化します。

 

リチウムイオン電池における代表的な正極活物質としては、

 

・コバルト酸リチウム

 

・マンガン酸リチウム

 

・リン酸鉄リチウム

 

などがあり、放電曲線の形は各々異なります。

 

 

リチウムイオン電池における代表的な負極活物質としては、

 

黒鉛

 

・チタン酸リチウム

 

などがあり、こちらも放電曲線の形は各々異なります。

 

放電終止電圧の具体的な値はては、正極にコバルト酸リチウム、負極に黒鉛を使用した場合は2.5V程度、正極のリン酸鉄リチウム、負極に黒鉛を使用した場合は2V程度です。

 

 

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充電上限電圧とは?(CC充電時の場合)

 

一言でいうと、充電上限電圧とは放電下限電圧の充電版と言えるでしょう。

 

つまり、危険にならない範囲で充電を行うための上限電圧のことを指します

 

充電時、充電上限電圧が高いほど一般的に速く充電できます。

 

CC充電を行った場合に充電を終了する電圧と言えます。

 

また、CCCV充電では電流値が絞られ始める電圧と言えます。

 

こちらでは、まずCC充電時に充電上限電圧について解説します。

 

 

 

一般的に電池の充電曲線は下のイメージ図のような曲線を描き、充電が進むほど電圧が低くなります。

 

CC充電時は、充電終止電圧1のように低めに設定しますと早い段階で充電終了となり、充電電気量が小さくなります。

 

これに対して、放電終止電圧を高めに設定しますと充電終了時間が延び、充電電気量が一般的に大きくなります(図は一部工事中)

 

 

ただし、あまりに充電上限電圧を上げ過ぎると過充電状態となるため、電池が危険な状態になる場合があるため、過放電状態にならない余裕を持った電圧に充電上限電圧を設定することが一般的です。

 

 

また、電池は充電時もオームの法則により通電電流×内部抵抗分、SOC-OCV曲線よりも電圧が上がるするため、通電電流を上げるほど、また内部抵抗が高いほど充電上限電圧に当たりやすくなり、充電電気量が低下する傾向にあります。

 

電池の作動する範囲における温度内では、放電時と同様の傾向であり高温(60℃付近)で試験するほど内部抵抗が下がるため、同じ充電上限電圧に設定したとしても、常温(25℃付近)より充電電気量が若干大きくなる傾向にあります。

 

また、使用する電池材料の正極活物質や負極活物質の種類によっても充電曲線は変化します。

 

リチウムイオン電池における代表的な正極活物質としては、

 

・コバルト酸リチウム

 

・マンガン酸リチウム

 

・リン酸鉄リチウム

 

などがあり、充電曲線の形は各々異なります。

 

 

リチウムイオン電池における代表的な負極活物質としては、

 

黒鉛

 

・チタン酸リチウム

 

などがあり、こちらも充電曲線の形は各々異なります。

 

充電上限電圧の具体的な値はては、正極にコバルト酸リチウム、負極に黒鉛を使用した場合は4.2V程度、正極のリン酸鉄リチウム、負極に黒鉛を使用した場合は3.5V程度です。

 

過充電の方が過放電よりも危険な状態になりやすいために、充電上限電圧には特に注意する必要があります

 

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