電池通電時の自己発熱

電池の知識 通電時の電池の自己発熱

 

電池を通電させると電池自体から発熱が起こり、この現象のことを自己発熱と呼びます。

 

こちらのページでは、電池の自己発熱の原理や発熱量の計算方法、発熱時の問題について、解説しています。

通電時の電池の自己発熱の量

オームの法則でも解説したように、電池は内部抵抗を持っています(下図)。

 

 

 

抵抗に通電した場合の単位時間当たりの発熱量は、電流値[A]の2乗×抵抗値[Ω]であるため、
上図における単位時間当たりの発熱量Pは通電電流値をIとすると、

 

P[W]=I^2 (r+R)と表現できます。

 

また、上図記載の文字を使用して表すとすると、

 

E0=I (r+R)であるため、I=E0/(r+R)と書くことが出来ます。

 

よって、

 

P[W]=E0^2 / (r+R)と式変形できます。

 

 

通電時の電池の温度変化(発熱と放熱のバランス)

上記で電池の発熱量について解説しました。

 

ここで重要なことは、電池の温度変化は下記の式であらわされるように、発熱量だけでなく放熱量も考慮した
熱量の収支で決まってくるということです。

 

電池の温度変化⊿Tは下記のよう表されます(電池の熱伝導が電池中で均一であると仮定すると)

 

mc⊿T=熱量の収支
(m:電池の質量[g]、c:電池全体の比熱[J/(g・K)]、T:電池任意部位での温度変化、熱量の収支:発熱量 - 放熱量)

 

通電時、電池の抵抗が高く発熱速度が大きい場合でも、電池の電極や外装ケースなど構造的に熱伝導が良く放熱速度がそれ以上であれば、発熱が抑制されます。

 

逆に通電時電池の抵抗が低く放熱速度が非常に低い場合は、発熱し、電池が高温となる場合があります。

 

電池の自己発熱による生じるメリット、デメリット

それでは、電池の自己発熱によって生じるメリット、デメリットは何か考えていきましょう。

 

メリット

 

低温下(例えば0℃以下)では、常温下(例えば25℃)と比べて、電池は抵抗が高くなる傾向にあり、
自己発熱により徐々に抵抗が低くなる場合があります。

 

通年で寒い地域では、この自己発熱のおかげでは抵抗が小さくなり、製品が作動する場合も
あるでしょう。

 

デメリット

 

自己発熱があまりにも大きい場合(例えば100℃以上)では、セパレータが収縮し、正極・負極が
直接接触し、内部短絡が発生、熱暴走につながる場合があります。

 

ただし、自己発熱により100℃以上になるような過激な使用方法をしている場合は、
最終製品に組み込む際の組電池の数量や直列・並列の設計自体がおかしい場合が多いため、
電池の自己発熱を改善するというより、組電池の設計自体を見直した方が良いでしょう。

 

また、単純に自己発熱により電池が高温になる時間が増えるほど劣化が進みやすくなる
デメリットがあります。

 

 

 

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