バッテリーエネルギーとは、バッテリーが特定の放電状態で放出できるエネルギーを指し、通常は W・h または kW・h で表されます。バッテリーのエネルギーは主に次の種類に分類されます。
(1) 理論エネルギー
電池が放電中に平衡状態にあり、放電電圧が起電力 (E) の値を維持し、活物質の利用率が 100%、つまり放電容量が理論容量であると仮定すると、これらの条件下で出力されるエネルギーは理論エネルギー W0 です。
(2) 実エネルギー
実際のエネルギーとは、放電中にバッテリーが実際に出力するエネルギーを指します。数値的には、バッテリーの実際の放電電圧、放電電流、放電時間の積分に等しくなります。
実際の工学用途では、バッテリーの実際のエネルギーは、バッテリー パックの定格容量とバッテリーの平均放電電圧の両方を使用して推定されることがよくあります。
活物質を十分に活用できないため、バッテリーの動作電圧は常にその起電力よりも小さくなり、したがってバッテリーの実際のエネルギーは理論上のエネルギーよりも常に小さくなります。
(3) 総エネルギー
総エネルギーとは、バッテリーの寿命期間中の総電気エネルギー出力を指し、W·h で測定されます。
(4) エネルギーの充電
充電エネルギーとは、充電によってバッテリーに供給される電気エネルギーを指し、単位は W・h です。
(5) エネルギーの放出
放電エネルギーとは、放電中にバッテリーが出力する電気エネルギーを指し、単位は W・h です。バッテリーのエネルギー、またはバッテリーの単位質量または単位体積が出力できるエネルギーは、対応して質量エネルギーと呼ばれます。バッテリー密度 (W・h/kg) および体積エネルギー密度 (W・h/L) は、比エネルギーまたは体積エネルギーとも呼ばれ、動力用バッテリーの品質を評価するための重要な指標です。電気自動車の用途では、バッテリーの比エネルギーは車両全体の重量と航続距離に影響し、体積エネルギーはバッテリーの設置スペースに影響します。比エネルギーも、さまざまな種類のバッテリーの性能を比較するための重要な指標です。比エネルギーは、理論比エネルギー (W₀) と実際の比エネルギー (W') に分けられます。
理論比エネルギーは理論エネルギーに対応し、バッテリー反応物の単位質量または単位体積が完全に放電されたときに理論的に出力できるエネルギーを指します。実際の比エネルギーは実際のエネルギーに対応し、バッテリー反応物の単位質量または単位体積が完全に放電されたときに放出される実際のエネルギーを表します。これは、バッテリーの実際の出力エネルギーとその質量 (または体積) の比率によって特徴付けられます。
または
式中、C-はバッテリーの質量を表します。 V--バッテリーの体積を表します。さまざまな要因により、バッテリーの実際の比エネルギーは理論上の比エネルギーよりも大幅に低くなります。実際の比エネルギーと理論上の比エネルギーの関係は次のように表すことができます。
式中、K_E は電圧効率を表します。 K_B は反応効率を表します。 K_mは質量効率を表します。
電気自動車のパワーバッテリーの用途では、バッテリーパックの設置には対応するバッテリーボックス、接続ワイヤ、電流および電圧保護装置、およびその他のコンポーネントが必要となるため、バッテリーパックの実際の比エネルギーは個々のバッテリーセルの比エネルギーよりも低くなります。バッテリー パックの比エネルギーは、個々のバッテリー セルの比エネルギーにパッケージング係数を乗算して計算されます。一般的なバッテリーのパッケージング係数は 0.6 ～ 0.8 です。バッテリーパックの設計レベルが向上するにつれて、バッテリーパックの集積度も高まります。したがって、バッテリー パックの質量比エネルギーは、多くの場合、バッテリー パックの性能の重要な指標となります。一般に、バッテリー パックの質量比エネルギーは、個々のバッテリー セルの比エネルギーより 20% 以上低くなります。
