容量(Ah,mAh容量),組電池の容量,セルバランス,SOC,DODとは?

【リチウムイオン電池の容量】容量(mAh,Ah容量)、組電池の容量、SOC、DOD

 

近年、Galaxy note7やボーイング787などのリチウムイオン電池の発火事故が急増しており、リチウムイオン電池の危険性が認識されるようになってきました。

 

一方、リチウムイオン電池は高電圧、高容量、高エネルギー密度、長寿命などのメリットがあるためスマホバッテリーや電気自動車搭載電池、家庭用蓄電池などさまざまな製品に採用されています。

 

今後のIOT化が進む中で、このような特長を持つリチウムイオン電池の重要性はさらに増していきます。

 

ここでは、リチウムイオン電池を始めとした電池の基礎的な用語について解説していきます。

 

・容量(mAh,Ah容量)(リチウムイオン電池の容量)

 

・組電池の容量が直列接続時に単電池の容量よりも小さくなる理由

 

・セルバランス

 

・SOC

 

・DOD

 

というテーマで解説しています。

 

(※リチウムイオン電池に求められる特性のまとめはこちらに記載しています。)

 

 

容量(mAh,Ah容量)(リチウムイオン電池の容量)

リチウムイオン電池を始めとした電池の容量とは、ある充電状態から放電を開始し、放電終止電圧に達するまでに放出する電気量のことを示します。単位はmAhやAhで表すことが多いです。
単位Ah=電流A×時間h)です。
1Ahは例えば1Aの電流で1時間流した場合や0.5Aで2時間流し続けた時に取り出せる電気量のことです。)

 

異なる電池はもちろんのこと、同じ電池でも評価(測定)する際の温度や電流値等により容量は変化します。

 

特に満充電時から、各企業での標準的な測定条件(所定温度、所定電流値を規定(例えば25℃、1Cレート)で放電した場合に取り出される基準となる電気量のことを、定格容量や公称容量と呼びます。

 

この定格容量や公称容量を決めるためにも、電池設計シートと呼ばれる電池の容量などを設計するためのフォーマットを用いて、容量の目安を計算しておくことが一般的です。

 

また、充電した分のうち放電に使用できる電気量のことを充放電効率と呼び、この値が高いほど可逆性が高い良い電池と言えます。

 

さらに、満充電時の電圧や放電終止電圧は正極や負極に使用する活物質により変わります(電池の設計に大きくかかわります。各物質で安全に充放電できる電圧の範囲が変わるためです)。

 

また、サイクル試験フロート試験といった電池の寿命を評価するための試験では、初期の容量と試験中の容量の比に×100をした(試験中の容量/初期の容量×100)容量維持率と呼ばれる指標を用いて評価することが一般的です。

 

容量維持率を高く保てる電池が一般的に良い電池とされ、寿命が長いともいいます。

 

この容量維持率は、別名SOH(劣化状態)と呼ばれることがありますので併せて覚えておきましょう。

 

リチウムイオン電池を始めとした電池において、容量(Ah,mAh)は非常に重要な用語ですのできちんと理解しておきましょう。

 

関連記事

Wh容量(ワット時定格量)とは?
外部温度と電池の容量の関係(寒い方が容量小さい?)
電池の評価に使われている1C,2Cとは何のこと?時間率とは?
充放電効率(クーロン効率)とは?
電池の容量の計算方法
サイクル試験とは?
フロート試験とは?
SOH(劣化状態)とは?
mAh,AhからWhへ変換する方法 飛行機持ち込み160Wh以下かどうか?
電池設計シートから電池の容量を算出する方法
【大きいほど低抵抗?】リチウムイオン電池の容量と内部抵抗の関係
電池のドライアップ(液枯れ)とは?

 

 

組電池の容量が直列接続時に単電池の容量よりも小さくなる理由

 

単電池の容量や内部抵抗、劣化の仕方が完全に同じものが作製でき、それらを用いて組電池を組みますと、組電池の容量は直列接続時は単電池と同じであり、並列接続時は単電池の容量×電池数になります

 

しかし、実際のところ完全に同じ容量、内部抵抗、劣化の仕方の単電池を作製することは出来ず、若干の誤差が出ます。

 

ここで例えば2個の単電池を直列接続した場合を考えましょう(理想的には容量は単電池と同じで電圧が2倍)。

 

一般的なリチウムイオン電池(正極コバルト酸リチウム負極黒鉛、電解液に有機電解液使用)では、平均作動電圧が3.7V程度であり、2つ直列に接続した場合は電圧を2倍の7.4VでCCCV充電を行い満充電にし、その後放電終止電圧5.0V程度で放電、放電容量を測定するとします。

 

すると以下のグラフのように組電池の放電容量(リチウムイオン電池の容量)は、放電終止電圧が5.0Vを切ったところであるため、単電池の性能にバラつきがある場合m性能の悪い方の電圧低下が先に起こるため合計で5.0Vを切ることとなり、単電池本来の放電容量よりも小さくなります。

 

そのため、組電池の容量を設計する場合は単電池の容量を若干大きく設計しておく必要があります。

 

 

 

並列接続においても同様の理由から、組電池の容量≦単電池の容量×単電池の個数となり、組電池の容量の方が小さくなります(イコールが成り立つのは、理想的な場合のみです)

 

関連記事

 

内部抵抗とは?
組電池の容量とは?(理想的な場合)
コバルト酸リチウムの反応と特徴
黒鉛の反応と特徴
電解液の材料化学
CCCV充電とは?
放電終止電圧とは?
電池設計シートから電池の容量を算出する方法
【大きいほど低抵抗?】リチウムイオン電池の容量と内部抵抗の関係

 

 

リチウムイオン電池におけるセルバランスとは?

リチウムイオン電池におけるセルバランスとは、リチウムイオン電池を組電池にした際の単電池ごとのSOC(後程記載:充電率)のバランスのことを指します。

 

例えば、4セルを直列でつないぎ、モジュール(組電池)を作製するとします。最終端子の+と-極で充電するとします。

 

まったく同じ容量や内部抵抗である単電池であり、かつ充電状態を完全に一致させていれば、セルバランスが崩れることはないです。

 

ただ、実際は全く同じ容量や内部抵抗である電池を作製することは難しく、必ずバラつきが発生します。

 

そのため、通常は電圧監視・調整システムを単電池もしくは組電池内に入れ、システム制御することでセルバランスを保ちます。

 

また、セルバランスを保つシステムのことをバランサーと呼んだり、CMU(セル・マネージメント・ユニット)と呼んだり、BMU(バッテリー・マネージメント・ユニット)などと呼びます。

 

関連記事

 

リチウムイオン電池の組電池とは?組電池作製時の接続方法は?

 

SOC

SOCとはStates Of Charge の略で充電状態、充電率のことを示します。

 

満充電時を100%、完全放電時を0%とします。

 

厳密なSOCを測定するには、

 

①:各電池を測定したい状態から標準的な条件(例えば25℃で1C放電)で放電した際の
  放電容量を測定します。
②:①で使用の電池を満充電状態にしてから、標準的な条件で放電した際の放電容量を測定します。
③:①/②×100でSOCが算出できます。

 

また、簡易的にSOCを測定したい場合は、電池の電圧を測定、SOC-OCV曲線と照らし合わせることで、SOCの概算が出来ます。

 

SOCが変化すると電池の内部抵抗も変化します。

 

また、似ている電池用語にSOHという言葉がありますが、こちらは劣化状態のことを表す別物ですので、気を付けましょう。

 

 

関連記事
 

SOC-OCV曲線とは?
電池の内部抵抗とは?(交流抵抗と直流抵抗の違い)
SOH(劣化状態)とは?
電池のドライアップ(液枯れ)とは?

 

 

DOD

DODとはDepth Of Discharge の略で放電深度のことを示します。

 

SOCの項目でも説明した、各電池を満充電状態にし標準的な条件で放電した際の放電容量を100%とした際、何%放電したかを表す量です。

 

例えば、3000mAhの容量の電池に対して300mAh放電しますと、DODは10%となります。
(特定の試験ではDODだけではどう評価してよいかわからない場合があります。

 

例えば、サイクル寿命試験をDOD50%で行うという指示を受けたとしても、
どのSOCからDOD50%で試験を行えば良いかわからないためです。)

 

イメージとしてSOCは位置を表しますが、DODは幅を表すといって良いでしょう。

 

関連記事
 

 サイクル寿命試験(サイクル試験)とは?
サイクル試験における劣化係数KcとDODの関係
電池のドライアップ(液枯れ)とは?

 

容量(Ah,mAh容量),組電池の容量,セルバランス,SOC,DODとは? 関連ページ

電池関連の用語まとめ
【電池の容量】mAh,Ah(アンペアアワー)からWh(ワットアワー)に変換する方法【飛行機持ち込み160Wh以下かどうか判定する方法】
放電終止電圧、充電上限電圧とは?
【電池設計の基礎】電池設計シートを作ろう!1 容量の設計
【エネルギー密度の計算】多孔度と真密度から電極の厚みを計算してみよう!
SOH(電池の基礎用語)とは?
電池の容量の計算方法
リチウムイオン電池の組電池とは?組電池の接続方法と容量、電圧
Wh容量、SOC-OCV曲線、充放電曲線とは?【リチウムイオン電池の用語】
電池の評価に使われている1C,2Cとは何のこと?時間率とは?○
電池の充放電効率(クーロン効率)とは?
容量維持率とは?サイクル試験時の容量維持率
サイクル試験とは何?一般的なリチウムイオン電池のサイクル試験条件と結果【リチウムイオン電池などの二次電池の用語】
サイクル試験と温度の関係性は?サイクル試験とSOCの幅の関係性
フロート充電・フロート試験とは何?一般的なフロート試験条件と結果
【電池発火時の対処・消火方法】リチウムイオン電池が発火した際、水はかけるべき?
【電池はなぜ発火する?】リチウムイオン電池が発火のメカニズム(原理)
トリクル充電とは?
CC充電とは?
CCCV充電とは?
パルス充電とは?鉛蓄電池に使用すると寿命が延びる?
【図積分】CC充電、CCCV充電時の充電電気量の計算方法
電池はどうやって捨てる?電池の廃棄方法(捨て方)は?
SOC-OCV曲線から充放電曲線をシミュレーションする方法
リチウムイオン電池の取扱い上の注意点
リチウムイオン電池を長持ちさせる方法【寿命を伸ばす方法】
リチウムイオン電池の充電時に対応していない充電器を使用した時の危険性
外部温度と電池の容量の関係(寒い方が容量小さい?)
【リチウムイオン電池とエネルギー密度】質量エネルギー密度、体積エネルギー密度とは?
電池の分類 電池の種類と電圧の関係は?
マンガン乾電池の構成と反応、特徴
アルカリマンガン乾電池の構成と反応、特徴
マンガン乾電池、アルカリマンガン乾電池の構造詳細
マンガン乾電池、アルカリマンガン乾電池の放電曲線
電池の残量を測定する方法(マンガン電池、アルカリ電池からリチウムイオン電池まで)
アルカリマンガン乾電池表面に付着した白い粉の対処方法
ニッケル・水素電池の構成と反応、特徴
リチウムイオン電池の構成と反応、特徴【リチウムイオン電池の動作原理・仕組み】
鉛蓄電池の構成と反応、特徴
ニッケル・カドミウム電池(ニッカド電池)の構成と反応、特徴
ナトリウム硫黄(NAS)電池の構成と反応、特徴
レドックスフロー電池の構成と反応、特徴
二次電池の性能比較 作動電圧、エネルギー密度、寿命、作動温度範囲、安全性の比較
メモリー効果とは?メモリー効果と作動電圧
オームの法則、作動電圧と内部抵抗、出力とは?【リチウムイオン電池の用語】
電池の劣化係数とは?
交流抵抗と直流抵抗の違い(電池における内部抵抗)
通電時間と直流抵抗の関係
電池の端子電圧と正極電位、負極電位の関係
電池の知識 分極と過電圧、充電方法、放電方法
比熱と熱容量 計算・変換方法は?
電池の知識 電池通電時の自己発熱
電池の知識 電池の常温時と低温時の内部抵抗の変化
リチウムイオン電池の安全性
過充電とは?過充電すると何が起こる?
【スマホの過充電?】過充電という言葉の誤った使い方
アノード、カソードとは何?酸化体と酸化剤、還元体と還元剤の違いは?
電析とは何?電析と安全性
電析が起こる原因と条件 起こさないための対応策は?
電気二重層キャパシタとは?電池との違いは?
キャパシタとコンデンサ-は厳密には異なる!?EDLCの原理
【充電式電池】新しい電池と古い電池を同時に使用するとどうなる!?
コイン電池の種類と頭文字の記号
電池と燃料電池の違いは?固体高分子形燃料電池の構造と反応
電池の回路図の記号は?長い方が+? 2個にした時はどう記載する?
単位N(ニュートン)とkgf(キログラムフォース)の違いと変換方法 NやJをkg,m,sで表そう
電池の短絡とは?短絡が起こる場合と対策
コイン電池とボタン電池の違いは?誤飲してしまったらどうなる?
乾電池に記載のAAやDなどの記号は何?乾電池の大きさとパワーの違い
バイポーラ電池(バイポーラ電極使用電池)とは?メリットとデメリット
瞬低とは?瞬時電圧低下とは?
ヒューズとは?単電池や組電池におけるヒューズの役割
シャント抵抗とは?
自己放電(電池の用語)とは?
OCV(開回路電圧、開放電圧)とは?OCP(開回路電位、開放電位)とは?
コイン電池、ボタン電池の構造詳細、残量の測定方法
公称電圧とは?作動電圧との関係性
平均作動電圧とは?作動電圧との関係性
リチウムイオン電池とリチウム金属電池は違うもの?
リチウムイオン電池とリチウムポリマー電池は違うもの?【リポバッテリー】
リチウムイオン電池の活性化過電圧、濃度過電圧、IR損(IRドロップ)とは?
電池の対向容量比とは?利用容量とは?電池設計の基礎
CC充電とCCCV充電 定電流充電と定電流定電圧充電は同じもの??
バッテリー記載のCCAとは?【バイク用バッテリー】
【大きいほど低抵抗?】リチウムイオン電池の容量と内部抵抗の関係
【内部抵抗の計算】リチウムイオン電池の内部抵抗と反応面積から予想してみよう!
【リチウムイオン電池の接触抵抗低減】Al箔やCu箔の接触抵抗を下げる方法
リチウムイオン電池のドライアップとは?
電動ドライバー用バッテリーの特徴【リチウムイオン電池と二カド電池の違い】
リチウムイオン電池とアルカリ電池の違いは?
冬にスマホは電池の減りが早くなるのか?リチウムイオンバッテリーが寒さに弱い理由は?【スマホ用バッテリー】
リチウムイオン電池の特徴まとめ
リチウムイオン電池に穴が開いたらどうなるのか?対処方法は?
リチウムイオン電池に含まれる危険物のまとめ
リチウムイオン電池から匂いがした場合の対処方法は?【甘い匂い】
リチウムイオン電池を並列接続すると容量が上がる?電圧は変化する?【並列接続時の問題】
リチウムイオン電池を直列接続すると容量は上がる?電圧は変化する?【直列接続時の問題】
リチウムイオン電池の検査工程、充放電検査装置
リチウムイオン電池の評価項目・評価試験【求められる特性は?】
リチウムイオン電池の長期保存(保管)方法は?満充電状態が良いのか?放電状態が良いのか?
【鉛蓄電池の代替鉛蓄電池】リチウムイオン電池と鉛蓄電池の違い
リチウムイオン電池のUPSとは?
リチウムイオン電池の有害性は?
リチウムイオン電池のリフレッシュ方法は存在するのか?【リチウムイオン電池の復活】
リチウムイオン電池のセルとは?6セルなどの表記されているセル数とは何を表している?
リチウム含有量の計算方法【リチウムイオン電池やリチウム金属電池に使用?】
リチウムイオン電池におけるサーミスターとは?サーミスタ-の役割は?
リチウムイオン電池が膨らむ原因と対処方法は?
電動アシスト自転車(電動自転車)用のバッテリーを長持ちさせる方法は?リフレッシュ方法はあるのか?
電池の逆接続とは?逆接続と危険性
【リポバッテリーの発火事故】リポバッテリー(リチウムポリマー電池)の発火事故のメカニズム(原理)は?
リポバッテリーとリフェバッテリーの違いは?【リチウムイオン電池との関係性】
リチウムイオン電池の異常時に発生するガスの成分は?吸うと危険?
電池におけるガスケットとは?【リチウムイオン電池のガスケット】
電池におけるハイレート特性とは?【リチウムイオン電池のハイレート】
電池における低温特性とは?【リチウムイオン電池の低温特性】
18650リチウムイオン電池とは?
電池における高温特性とは?【リチウムイオン電池の高温特性】
電池における温度範囲とは?【リチウムイオン電池の動作温度範囲】
リチウムイオン電池とその種類【コバルト系?マンガン系?オリビン系?】
【電池はなぜ劣化する?】リチウムイオン電池の劣化のメカニズム(原理)
リチウムイオン電池におけるIV試験・IV特性とは?
燃料電池(PEFC)の活性化過電圧、濃度過電圧、IR損とは?
燃料電池(PEFC)におけるIV試験・IV特性とは?
リチウムイオン電池におけるインターカレーションとは?
電池切れとはどのような状態のことか?
リチウムイオン電池を落下させたら危険なのか?
リチウムイオン電池は使い始めの慣らしは必要なのか?【活性化工程】
電池における放電特性とは?【リチウムイオン電池の放電】
電池におけるモジュールとは?【リチウムイオン電池のモジュール】
電池における充電特性とは?【リチウムイオン電池の充電】
電池切れの乾電池を温めると一時的に復活するのは本当なのか【裏ワザ?】
リチウムイオン電池を冷凍させると復活するという噂は本当なのか?【裏ワザ】
リチウムイオン電池関連の用語のLIBとは何のこと?
リチウムイオン電池とノーベル賞の関係
全固体電池で急速充電が可能な理由
スマホバッテリーを充電するタイミングはいつからがいいののか【充電時の残量】
リチウムイオン電池における導電パスの意味
乾電池の並べ方
電池切れの乾電池を振ると一時的に復活するのは本当なのか【裏ワザ?】
電池が熱いときの対処方法【急に熱くなる理由】
電池における転極とは【リチウムイオン電池の転極】
リチウムイオン電池に含まれるレアメタルとは?
電池から漏れている液が目に入ると失明することがあるのか?
リチウムイオン電池とリチウムイオン二次電池は違うものなのか
電池の保管時にラップやビニールやテープで巻いた方がいいのか?【電池の保管・保存の方法と容器の選定】
猛暑での車内の温度は?リチウムイオン電池を車内に放置してしまっても大丈夫なのか【モバイルバッテリーやタブレットの社内放置】
ヒートシンクとは?リチウムイオン電池とヒートシンク
リチウムイオン電池を急速充電すると劣化が速くなるのか?【急速充電のメリット・デメリット】
電池が腐ることはあるのか?電池についている白い粉は危険なのか?
リチウムイオン電池は充電回数が増えると劣化しやすいのか【iphoneなどのスマホ】
電池につないだ豆電球は直列つなぎと並列つなぎではどっちが明るくなるのか
リチウムイオン電池を燃やすとどうなるのか【リチウムイオン電池の燃焼・類焼】
リチウムイオン電池の問題点・課題は?
リチウムイオン電池のimr,icr,inrとは?各々の違いは?
電子タバコの爆発の原因はリチウムイオン電池にあるのか?
潜水艦のおうりゅうにリチウムイオン電池が採用 鉛蓄電池から変わったメリット・デメリットは?
乾電池を消耗させず長持ちさせる方法【電池の寿命を伸ばす方法】
乾電池やボタン電池などの電池を収納する方法と収納アイデア ダイソーの乾電池ストッカーはかなり便利
ガソリンスタンドで給油中に静電気により火災が起こることはあるのか
乾電池の液漏れなどにより製品の金属やばねがさびて動かなくなったときの対処方法

HOME プロフィール お問い合わせ