電池用語 重量エネルギー密度、体積エネルギー密度とは?

電池用語 質量エネルギー密度、体積エネルギー密度とは?

 

こちらのページでは電池の基礎的な用語である

 

・質量エネルギー密度
・体積エネルギー密度

 

について解説しています。

 

質量エネルギー密度の説明に当たり、質量と重量の違いについても
解説しています。

 

 

重量と質量の違いとは?

重量という言葉は聞きなれている人が多いでしょう。

 

それでは、質量とは何が違うのでしょうか?そもそも質量という言葉が聞きなれていないかもしれませんので、簡単に解説します。

 

質量:もともとある物体が持っている量のことを指し、単位はkgを使用します。
    物体の大きさや物体を構成する元素の組成、
    さらには元素が持つ原子核、陽子、中性子、電子が固有であるためこの値は物体により変化します。

 

    また、高校物理で習うF=maの式において、1Nの力(F)は1kg(m)の質量の物体と
    加速度1m^2/sであるという定義式中のmに当たります。

 

 

重量、重さ:私達が通常使用している重量、重さとは
    上述の高校物理で習うF=maの式におけるFに当たり、単位はNを使用します。
    ここで地球上では加速度aに重力加速度と呼ばれるg(約9.8m^2/s)をかけるために
    1kgの質量の物体は地球上では9.8Nの力(重量、重さ)がかかります。

 

    月上では、この重力加速度が小さいために1kgの質量の物体は
        地球上の約1/6の値(1.6N程度)と変化します。

 

    よって、通常私達が重量、重さが〜kgと呼んでいるものは、
    正確には質量が〜kgとすべきなのです。

 

 

 

質量を持つある物体と質量を持つある物体の間には引力が生じ、
地球上ではある物体と地球の間に引力が生じます(斥力は生じません)。

 

このように物体-物体間に発生する引力の大きさは
下記万有引力の法則で定められています(詳細はこちらのページで解説しています)

 

 

この引力のことを重力と呼び、単位はkg・m/s^2です。

 

地球上ではmに地球の質量、rに地球と物体間の距離を使用しますが、
例えば月ではmもrも月の値となりますので、重力の値は変化します。

 

 

 

 

質量エネルギー密度

エネルギー密度とは、言葉の通りエネルギーの密度、
つまりある質量や体積あたりにどのくらいエネルギーが詰まっているか?
を表した指標のことです。
 
その中でも質量あたりのエネルギー密度
 
 
 
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。

 

また、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)。

 

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(下記で説明)と照らし合わせることで、SOCの概算が出来ます。

 

DOD

DODとはDepth Of Dischoarge 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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