容量(Ah,mAh容量),組電池の容量,SOC,DODとは?

容量(mAh,Ah容量)、組電池の容量、SOC、DOD

 

こちらのページでは電池の基礎的な用語である

 

・容量(mAh,Ah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

 

・SOC

 

・DOD

 

という言葉について解説しています。

 

 

容量(mAh,Ah容量)

 

電池が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。

 

 

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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)

 

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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、

 

@: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。
A:@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。
B:@/A×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。

 

 

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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。

 

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