電池の基本原理と用語（1）

Bの基本原則と用語バッテリー

1. バッテリーとは何ですか?

バッテリーは、エネルギーを変換および貯蔵するための装置です。化学エネルギーや物理エネルギーを反応により電気エネルギーに変換します。電池のエネルギー変換の違いに応じて、化学電池と物理電池に分けることができます。

化学電池または化学電源は、化学エネルギーを電気エネルギーに変換する装置です。これは、成分の異なる 2 種類の電気化学活性電極で構成されており、それぞれ正極と負極を形成します。電解質として媒体伝導を提供できる化学物質が使用されます。外部キャリアに接続すると、内部の化学エネルギーを変換して電気エネルギーを提供します。

物理バッテリーは、物理エネルギーを電気エネルギーに変換するデバイスです。

2. 一次電池と二次電池の違いは何ですか?

主な違いは有効成分の違いです。二次電池の活物質は可逆的ですが、一次電池の活物質は可逆的ではありません。一次電池は二次電池に比べて自己放電が非常に小さいですが、内部抵抗が二次電池に比べて非常に大きいため、負荷容量が低くなります。また、一次電池は一般的な二次電池に比べて質量比、体積比容量が大きい。

3. ニッケル水素電池の電気化学原理は何ですか?

ニッケル水素電池は、正極に酸化ニッケル、負極に水素吸蔵金属、電解液にアルカリ水溶液（主にKOH）を使用します。ニッケル水素電池を充電する場合:

正極反応：Ni (OH) 2+OH - → NiOOH+H2O e-
負の反応: M+H2O+e - → MH+OH-
ニッケル水素電池が放電した場合：
正極反応：NiOOH+H2O+e - → Ni(OH) 2+OH-
負の反応: MH+OH - → M+H2O+e-

4. リチウムイオン電池の電気化学原理は何ですか?

リチウムイオン電池の正極の主成分はLiCoO2、負極の主成分はCです。充電時には、
正極反応：LiCoO2 → Li1-xCoO2+xLi++xe-
否定的な反応: C+xLi++xe - → CLix
総バッテリー反応: LiCoO2+C → Li1-xCoO2+CLix
放電時には上記反応の逆の反応が起こります。

5.バッテリーの一般的に使用される規格は何ですか?

一般的なバッテリー IEC 規格: ニッケル水素バッテリーの規格は IEC61951-2:2003 です。リチウムイオン電池業界は通常、UL または国家規格に従っています。
バッテリーの国家共通規格: ニッケル水素バッテリーの規格は GB/T15100_1994、GB/T18288_2000 です。リチウム電池の規格はGB/T10077_1998、YD/T998_1999、GB/T18287_2000です。
また、電池の一般的な規格としては、電池に関する日本工業規格JIS Cもあります。
IEC (国際電気標準会議) は、各国の電気標準委員会で構成される世界的な標準化組織です。その目的は、世界の電気技術および電子分野の標準化を促進することです。 IEC 規格は国際電気標準会議によって策定されます。

6. ニッケル水素電池の主な構造コンポーネントは何ですか?

ニッケル水素電池の主な構成部品は、正極板（酸化ニッケル）、負極板（水素吸蔵合金）、電解液（主にKOH）、隔膜紙、シールリング、正極キャップ、電池シェルなどです。

7. リチウムイオン電池の主な構造コンポーネントは何ですか?

リチウムイオン電池の主な構成部品は、電池の上下カバー、正極板（活物質はリチウム酸化コバルト酸化物）、隔膜（特殊な複合膜）、負極板（活物質）です。は炭素）、有機電解液、バッテリーシェル（スチールシェルとアルミニウムシェルに分かれます）など。

8. バッテリーの内部抵抗とは何ですか?

これは、動作中にバッテリーの内部を流れる電流が受ける抵抗を指します。これは、オーム内部抵抗と分極内部抵抗の 2 つの部分で構成されます。バッテリーの内部抵抗が大きいと、バッテリー放電の動作電圧が低下し、放電時間が短縮される可能性があります。内部抵抗の大きさは、主に電池の材質、製造プロセス、電池の構造などの要因に影響されます。バッテリーの性能を測定するための重要なパラメータです。注: この規格は通常、充電状態での内部抵抗に基づいています。バッテリーの内部抵抗は、測定にマルチメーターのオーム範囲を使用するのではなく、専用の内部抵抗計を使用して測定する必要があります。

9. 公称電圧はいくらですか?

バッテリーの公称電圧は、通常の動作中に表示される電圧を指します。二次ニッケルカドミウムニッケル水素電池の公称電圧は 1.2V です。リチウム二次電池の公称電圧は 3.6V です。

10. 開放電圧とは何ですか?

開回路電圧とは、非動作状態で回路に電流が流れていないときの、バッテリーの正極と負極の間の電位差を指します。端子電圧とも呼ばれる動作電圧は、動作状態で回路に電流が流れているときのバッテリの正極と負極の間の電位差を指します。

11. バッテリーの容量はどれくらいですか?

バッテリー容量は銘板容量と実際の容量に分けられます。バッテリーの銘板容量とは、バッテリーの設計および製造時に、バッテリーが特定の放電条件下で最小限の電気量を放電することを規定または保証することを指します。 IEC規格ではニカド電池、ニッケル水素電池の銘板容量は、20℃±5℃の環境下、0.1Cで16時間充電し、0.2C～1.0Vで放電したときに放電する電気量と定められています。 ℃、C5で表します。リチウムイオン電池の場合、常温、定電流（1C）－定電圧（4.2V）制御の充電条件で3時間充電後、0.2Cで銘板容量の2.75Vまで放電する必要があります。バッテリーの実際の容量は、特定の放電条件下でのバッテリーの実際の容量を指し、これは主に放電速度と温度の影響を受けます (したがって、厳密に言えば、バッテリー容量は充放電条件を指定する必要があります)。バッテリー容量の単位はAh、mAh（1Ah=1000mAh）です。

12. バッテリーの残留放電容量はどれくらいですか?

二次電池を大電流（1C以上など）で放電すると、過大な電流による内部拡散速度の「ボトルネック効果」により、容量を完全に放電できない状態で電池が終端電圧に達し、残存容量と呼ばれる 1.0V/個 (ニッケルカドミウムおよびニッケル水素電池) および 3.0V/個 (リチウム電池) になるまで、小さな電流 (0.2C など) で放電を続けることができます。

13. 排出プラットフォームとは何ですか?

ニッケル水素二次電池の放電プラットフォームとは、通常、特定の放電システムで放電した場合に電池の動作電圧が比較的安定する電圧範囲を指します。その値は放電電流に関係しており、電流が大きいほど値は低くなります。リチウムイオン電池の放電プラットフォームは通常、定電圧で電圧が 4.2V、電流が 0.01C 未満になると充電を停止し、その後 10 分間放置して、どのような放電電流でも 3.6V まで放電します。バッテリーの品質を測定するための重要な基準です。

バッテリーの識別

14. IEC 規定による二次電池の識別方法は何ですか?

IEC 規格によると、ニッケル水素電池の識別は 5 つの部分で構成されています。
01) 電池の種類: HF と HR はニッケル水素電池を表します。
02) 電池のサイズ情報: 円形電池の直径と高さ、角形電池の高さ、幅、厚さ、および斜線で区切られた数値を含む、単位: mm
03) 放電特性記号：Lは0.5C以内の適正放電電流率を表す
M は 0.5 ～ 3.5C の範囲の適切な放電電流率を表します
H は 3.5 ～ 7.0C の範囲内の適切な放電電流率を表します。
X は、バッテリーが 7C ～ 15C の高放電電流で動作できることを示します
04) 高温バッテリー記号: T で表されます
05) バッテリー接続ピースの表記: CF は接続ピースなしを表し、HH はバッテリープル直列接続ピースに使用される接続ピースを表し、HB はバッテリーストリップ並列直列接続に使用される接続ピースを表します。
たとえば、HF18/07/49 は、幅 18 mm、厚さ 7 mm、高さ 49 mm の角型ニッケル水素電池を表します。
KRMT33/62HH は、放電率が 0.5C ～ 3.5C のニッケル カドミウム バッテリーを表します。高温シリーズ単一バッテリー (コネクタなし) の直径は 33 mm、高さは 62 mm です。

IEC61960 規格によると、リチウム二次電池の識別は次のようになります。
01) バッテリー識別構成: 3 文字の後に 5 つの数字 (円筒形) または 6 つの数字 (四角形) が続きます。
02) 最初の文字: 電池の負極材料を示します。 I - 内蔵バッテリーを備えたリチウムイオンを表します。 Ｌ - は、リチウム金属電極またはリチウム合金電極を表す。
03) 2 文字目: 電池の正極材料を示します。 C - コバルトベースの電極。 N - ニッケルベースの電極。 M - マンガンベースの電極。 V - バナジウムベースの電極。
04) 3 番目の文字: 電池の形状を表します。 R - 円筒形電池を表します。 L - 角形電池を表します。
05) 番号: 円筒形電池: 5 つの数字はそれぞれ電池の直径と高さを表します。直径の単位はミリメートル、高さの単位は 10 分の 1 ミリメートルです。寸法の直径または高さが 100mm 以上の場合、2 つの寸法の間に対角線を追加する必要があります。
角型バッテリー: 6 つの数字はバッテリーの厚さ、幅、高さをミリメートル単位で表します。 3 つの寸法のいずれかが 100mm 以上の場合は、寸法間に対角線を追加する必要があります。 3 つの寸法のいずれかが 1 mm 未満の場合は、この寸法の前に文字「t」を追加します。文字は 10 分の 1 ミリメートル単位で測定されます。
例えば、 

ICR18650は、正極材料がコバルトで、直径約18mm、高さ約65mmの円筒型リチウムイオン二次電池です。
ICR20/1050。
ICP083448は、正極材料がコバルトで、厚さ約8mm、幅約34mm、高さ約48mmの角型リチウムイオン二次電池を表します。
ICP08/34/150は、正極材料にコバルトを使用した角型リチウムイオン二次電池で、厚さ約8mm、幅約34mm、高さ約150mmです。

15. バッテリーの梱包材は何ですか?

01) ファイバーペーパーや両面テープなどの不乾性中間子(紙)
02) PVCフィルムと商標チューブ
03) 接続ピース: ステンレス鋼板、純ニッケル板、ニッケルメッキ鋼板
04) リードアウトピース: ステンレス鋼片 (はんだ付けしやすい) 純ニッケルシート (しっかりとスポット溶接されています)
05) プラグタイプ
06) 温度制御スイッチ、過電流保護装置、電流制限抵抗などの保護部品
07) 箱、箱
08) プラスチックシェル

16. バッテリーのパッケージング、組み合わせ、設計の目的は何ですか?

01) 美意識とブランド
02) バッテリー電圧の制限: より高い電圧を得るには、複数のバッテリーを直列に接続する必要があります
03) バッテリーを保護してショートを防ぎ、寿命を延ばします。
04) 寸法上の制限
05) 持ち運びが簡単
06) 防水などの特殊機能設計、特殊な外観デザインなど。

バッテリー性能とt発育

17. 一般的に言われる二次電池の性能の主な側面は何ですか?

主に電圧、内部抵抗、容量、エネルギー密度、内圧、自己放電率、サイクル寿命、シール性能、安全性能、保存性能、外観など。その他の要素には過充電、過放電、耐食性などが含まれます。

18. 電池の信頼性試験項目は何ですか?

01) サイクル寿命
02) さまざまなレートでの放電特性
03) 温度別の放電特性
04) 充電特性
05) 自己放電特性
06) 保存特性
07) 過放電特性
08) 温度別の内部抵抗特性
09) 温度サイクル試験
10) 落下試験
11) 振動試験
12) 能力テスト
13) 内部抵抗試験
14) GMSテスト
15) 高温および低温衝撃試験
16) 機械的衝撃試験
17) 高温高湿試験

19. 電池の安全性試験項目は何ですか?

01) 短絡試験
02) 過充電および放電試験
03) 耐電圧試験
04) 衝撃試験
05) 振動試験
06) 加熱試験
07) 火災試験
09) 温度サイクル試験
10) トリクル充電試験
11) 自由落下試験
12) 低圧域試験
13) 強制放電試験
15) 電熱板試験
17) 熱衝撃試験
19) 鍼灸検査
20) スクイズテスト
21) 重量物衝撃試験

20. 一般的な充電方法は何ですか?

ニッケル水素電池の充電モード：
01) 定電流充電: 充電プロセス全体での充電電流は一定の値であり、最も一般的な方法です。
02) 定電圧充電: 充電プロセス中、充電電源の両端は一定の値を維持し、バッテリー電圧が上昇するにつれて回路内の電流は徐々に減少します。
03) 定電流および定電圧充電: バッテリーは最初に定電流 (CC) で充電されます。バッテリー電圧が特定の値まで上昇すると、電圧は変化せず (CV)、回路内の電流は非常に小さな値まで減少し、最終的にはゼロになる傾向があります。
リチウム電池の充電方法：
定電流および定電圧充電: バッテリーは最初に定電流 (CC) で充電されます。バッテリー電圧が特定の値まで上昇すると、電圧は変化せず (CV)、回路内の電流は非常に小さな値まで減少し、最終的にはゼロになる傾向があります。

21. ニッケル水素電池の充放電の目安はどのくらいですか?

IEC国際規格では、ニッケル水素電池の標準充放電は、0.2Cで1個あたり1.0Vまで放電し、その後0.1Cで16時間充電し、1時間放置後、放電することと定められています。バッテリーの標準的な充放電である0.2C～1.0V/個で行ってください。

22. パルス充電とは何ですか?バッテリーの性能にはどのような影響がありますか?

パルス充電は一般的に5秒間充電し、1秒間放電するという充放電を行う方法が採用されています。このようにして、充電プロセス中に生成される酸素の大部分は、放電パルスの下で電解質に還元されます。内部電解液のガス化量を抑えるだけでなく、すでに分極が進んでいる古いバッテリーでも、この充電方法で5～10回充放電を繰り返すと徐々に回復、または元の容量に近づきます。

23. トリクル充電とは何ですか?

トリクル充電は、完全充電後のバッテリーの自己放電によって生じる容量の損失を補うために使用されます。上記の目的を達成するには、一般にパルス電流充電が使用されます。

24. 充電効率とは何ですか?

充電効率とは、充電プロセスでバッテリーが消費する電気エネルギーがバッテリーに蓄えられる化学エネルギーに変換される度合いの測定値を指します。これは主にバッテリーのプロセスとバッテリーの使用環境温度に影響されます。一般に、周囲温度が高くなるほど充電効率は低下します。

25. 放電効率とは何ですか?

放電効率とは、銘板容量に対する一定の放電条件下で実際に放電される端子電圧に対する割合であり、主に放電速度、周囲温度、内部抵抗などの影響を受けます。一般に、放電レートが高くなると、放電効率は低くなります。温度が低くなると放電効率は低下します。

26. バッテリーの出力はどれくらいですか?

バッテリーの出力とは、単位時間当たりのエネルギーを出力する能力を指します。これは、放電電流 I と放電電圧、P=U * I (ワット単位) に基づいて計算されます。

バッテリーの内部抵抗が小さいほど、出力電力は高くなります。バッテリーの内部抵抗は電化製品の内部抵抗よりも小さくなければなりません。そうしないと、バッテリー自体によって消費される電力も電化製品によって消費される電力より大きくなります。これは不経済であり、バッテリーを損傷する可能性があります。

27. 二次電池の自己放電とは何ですか?さまざまな種類の電池の自己放電率はどのくらいですか?

自己放電は、電荷保持容量としても知られ、特定の環境条件下で開回路状態で蓄えられたエネルギーを維持するバッテリーの能力を指します。一般に、自己放電は主に製造プロセス、材料、保管条件に影響されます。自己放電は、バッテリーの性能を測定するための主要なパラメーターの 1 つです。一般に、バッテリーの保管温度が低いほど、その自己放電率は低くなります。ただし、低温または高温によりバッテリーが損傷し、使用できなくなる可能性があることにも注意してください。

バッテリーが完全に充電され、一定期間開いたままにした後、ある程度の自己放電が発生するのは正常な現象です。 IEC規格では、ニッケル水素電池は満充電後、温度20℃±5℃、湿度(65±20)%の環境下で28日間放置し、0.2Cでの放電容量が60に達することが定められています。初期容量の %。

28. 24時間自己放電試験とは何ですか?

リチウム電池の自己放電テストは、通常、充電保持能力を迅速にテストするために 24 時間の自己放電を使用して行われます。バッテリーは 0.2C ～ 3.0V で放電され、1C ～ 4.2V の定電流および定電圧で充電されます。カットオフ電流は 10mA です。 15 分間保管した後、1C から 3.0V までの放電容量 C1 を測定し、その後、10mA のカットオフ電流で、定電流および定電圧 1C から 4.2V で充電します。 24 時間保管した後、1C 容量 C2 を測定すると、C2/C1 * 100% が 99% を超えるはずです。

29. 充電状態の内部抵抗と放電状態の内部抵抗の違いは何ですか?

充電状態の内部抵抗とは、完全に充電されたときのバッテリーの内部抵抗を指します。放電状態内部抵抗とは、完全放電後の電池の内部抵抗を指します。

一般に、放電状態の内部抵抗は不安定で比較的大きく、充電状態の内部抵抗は小さく、抵抗値が比較的安定している。バッテリーの使用中は、充電状態の内部抵抗のみが実際に重要です。バッテリーの使用が後期になると、電解液の消耗と内部化学活性の低下により、バッテリーの内部抵抗が程度の差はあれ増加します。

30. 静電気抵抗器とは何ですか?動的抵抗とは何ですか?

静的内部抵抗は放電時の電池の内部抵抗を指し、動的内部抵抗は充電時の電池の内部抵抗を指します。

31. それは標準的な過充電テストですか?

IECでは、ニッケル水素電池の標準過充電耐性試験は、0.2Cで1個あたり1.0Vまで放電し、0.1Cで48時間連続充電することと定めています。電池は変形、液漏れがなく、過充電後0.2Cから1.0Vまで放電する時間が5時間以上であること。

32. IEC規格のサイクル寿命試験とは何ですか?

IEC は、ニッケル水素電池の標準サイクル寿命試験を次のように規定しています。
バッテリーを0.2C～1.0V/セルで放電した後
01) 0.1℃で16時間充電、0.2℃で2時間30分放電（1サイクル）
02) 0.25℃で3時間10分充電、0.25℃で2時間20分放電（2～48サイクル）
03) 0.25℃で3時間10分間充電し、0.25℃で1.0Vまで放電（サイクル49）
04) 0.1C で 16 時間充電し、1 時間放置し、0.2C で 1.0V まで放電します (50 サイクル)。ニッケル水素電池の場合、1 ～ 4 を 400 サイクル繰り返した後、0.2C での放電時間は 3 時間以上になるはずです。ニッケル カドミウム バッテリーに対して 1 ～ 4 を合計 500 サイクル繰り返します。0.2C の放電時間は 3 時間以上になるはずです。

33. 電池の内圧はどれくらいですか?

電池の内圧とは、密閉型電池の充放電過程で発生するガスのことで、主に電池の材質、製造プロセス、電池の構造などに影響されます。発生の主な原因は、バッテリー内部の有機溶液の分解によって発生する水とガスの蓄積です。通常、電池の内圧は正常な圧力に保たれている。過充電または過放電の場合、バッテリーの内圧が上昇することがあります。

たとえば、過充電、正極: 4OH -4e → 2H2O+O2 ↑; ①
発生した酸素は負極に析出した水素ガスと反応して水が生成 2H2+O2 → 2H2O ②
②の反応速度が①の反応速度よりも遅いと、発生した酸素の消費が間に合わず、電池の内圧が上昇します。

34. 標準的な電荷保持テストとは何ですか?

IEC は、ニッケル水素バッテリーの標準的な充電保持テストを次のように規定しています。
バッテリーは0.2C～1.0Vで放電し、0.1Cで16時間充電し、20℃±5℃、湿度65%±20%で28日間保管し、その後0.2C～1.0Vで放電します。 – 金属水素電池の持続時間は 3 時間以上である必要があります。
国家規格によると、リチウム電池の標準的な充電保持テストは次のとおりです。 (IEC には関連する規格がありません) 電池は 0.2C で 3.0/セルまで放電され、その後 1C の定電流および電圧で 4.2V まで充電されます。カットオフ電流は10mAです。 20℃±5℃で28日間保存後、0.2℃で2.75Vまで放電し、放電容量を算出。バッテリーの公称容量と比較して、初期容量の 85% 以上である必要があります。

35. 短絡実験とは何ですか?

完全に充電されたバッテリーを防爆ボックス内の内部抵抗 ≤ 100m Ω のワイヤで接続して、正極と負極を短絡すると、バッテリーが爆発したり発火したりすることはありません。

36. 高温高湿試験とは何ですか?

ニッケル水素電池の高温高湿試験は次のとおりです。
バッテリーを完全に充電した後、一定の温湿度条件下で数日間保管し、保管中に液漏れがないか観察してください。
リチウム電池の高温高湿試験は次のとおりです: (国家標準)
電池1Cを4.2Vの定電流・定電圧、遮断電流10mAで充電し、(40±2)℃、相対湿度90%～95℃の恒温恒湿箱に入れる。 % 48 時間。バッテリーを取り外し、(20±5)℃で2時間放置します。バッテリーの外観を観察し、異常がないことを確認します。次に、バッテリーを 1C の定電流で 2.75V まで放電します。その後、(20±5)℃で放電容量が初期容量の85%以上になるまで1C充電と1C放電を繰り返します。ただし、サイクル数は3回を超えないようにしてください。

37. 温度上昇実験とは何ですか?

バッテリーを完全に充電した後、オーブンに入れ、室温から 5 ℃/分の速度で加熱します。オーブンの温度が130℃に達したら、30分間保持します。バッテリーが爆発したり発火したりしないでください。

38. 温度サイクル実験とは何ですか?

温度サイクル実験は 27 サイクルで構成され、各サイクルは次のステップで構成されます。
01) バッテリーを室温から 66 ± 3 ℃、15 ± 5% で 1 時間に変更します。
02) 温度33±3℃、湿度90±5℃で1時間の保管に変更、
03) -40±3℃に条件を変更し、1時間放置します。
04) バッテリーを25℃で0.5時間放置します。
この 4 ステップのプロセスで 1 サイクルが完了します。 27 サイクルの実験後、バッテリーに液漏れ、アルカリのはれ、錆、その他の異常な状態がないことを確認します。

39. 落下試験とは何ですか?

バッテリーまたはバッテリーパックを完全に充電した後、1m の高さからコンクリート (またはセメント) の地面に 3 回落下させ、ランダムな方向の衝撃を与えます。

40. 振動実験とは何ですか?

ニッケル水素電池の振動試験方法は以下の通りです。
バッテリーを0.2C～1.0Vで放電した後、0.1Cで16時間充電し、24時間放置してから、次の条件に従って振動させます。
振幅: 0.8mm
バッテリーを 10HZ ～ 55HZ の間で振って、1 分あたり 1HZ の振動速度で増減させます。
電池の電圧変化は±0.02V以内、内部抵抗変化は±5mΩ以内としてください。 （振動時間は90分以内）
リチウム電池の振動実験方法は次のとおりです。
バッテリを0.2Cから3.0Vまで放電した後、1Cの定電流と電圧で4.2Vまで、カットオフ電流10mAで充電します。 24 時間保管した後、次の条件に従って振動させます。
振動周波数が 10 Hz から 60 Hz、その後 10 Hz までの範囲で、5 分以内に振幅 0.06 インチで振動実験を実行します。バッテリーは 3 軸方向に振動し、各軸は 30 分振動します。
電池の電圧変化は±0.02V以内、内部抵抗変化は±5mΩ以内としてください。

41. 衝撃実験とは何ですか?

バッテリーが完全に充電されたら、硬い棒をバッテリーの上に水平に置き、20 ポンドの重りを使用して一定の高さから落として硬い棒を打ちます。バッテリーが爆発したり発火したりしないでください。

42. 侵入実験とは何ですか?

バッテリーが完全に充電されたら、ある程度の直径の釘を使用してバッテリーの中心を通過し、釘をバッテリーの中に残します。バッテリーが爆発したり発火したりしないでください。

43. 火災実験とは何ですか?

完全に充電されたバッテリーを、保護カバーに破片が入らないように、燃焼用の特別な保護カバーを備えた加熱装置の上に置きます。