Основи на производителността на батерии: основни параметри и тяхното взаимодействие

Капацитет на батерията (mAh): мярка за енергийната мощност на батерията

1. Определение и същност

Капацитетът на батерията се изразява в милиампер-часове (mAh), което е произведението от ток (милиампери, mA) и време (часове, h). Например, батерия от 1000 mAh означава:

Изтощване при 1000 mA (1 A) може да продължи 1 час;

Изтощване при 500 mA може да продължи 2 часа.

По същество: mAh измерва общото количество заряд, което батерията може да съхрани, без да се отразява напрежението, подобно на "воден капацитет" на кофа.

2. Честита грешка: Висок mAh ≠ Дълъг живот на батерията

Грешно възприемане: Мисленето, че батерия от 5000 mAh ще трае по-дълго от батерия от 3000 mAh.

Истината: Времето на автономност се определя от енергията (Wh), а не само от капацитета.

 

Плътност на енергията (Wh/kg): основен индикатор за преносимост

1. Определение и значение

Плътността на енергията се отнася до количеството енергия, съхранявана на единица тегло на батерия (Wh/kg), и е ключов параметър за измерване на "способността за отслабване" на батерията:

Обемна плътност на енергията (Wh/L): влияе на дебелината на устройството (например батерии за мобилни телефони);

Масова плътност на енергията (Wh/kg): определя облекчаването на оборудването (например пробега на електрическите превозни средства).

2. Сравнение на плътността на енергията при различни технологии.

Тип батерия	Масова плътност на енергията（Wh/kg）	Типични приложения
Оловно-киселинна батерия	50-70	Стартерна батерия за електрически превозни средства
Батерия от литиево фосфат на желяzo	140-200	Електроцентрали за съхранение на енергия, търговски превозни средства
Тернарен литиев батерия	250-350	Електрически превозни средства, висок клас мобилни телефони
Твърда литиева батерия	350-500 (в разработка)	Електрически превозни средства и дронове от следващо поколение

3. Двуострият меч на плътността на енергията

Предимства: Когато плътността на енергията на тройните литиеви батерии достигне 300 Wh/kg, пробегът на електрическите превозни средства може да надмине 600 km;

Предизвикателство: За всяко 10% увеличение в плътността на енергията, риска от топлинен удар се увеличава с 15%, което изисква по-сложна система за контрол на температурата.

 

Криви на заряд и разряд: "електрокардиограмата" на производителността на батериите

1. Електрохимичният код зад кривата

Кривата на заряд и разряд отразява закона за промяната на напрежението на батерията във връзка с енергията, с типични характеристики:

Етап на заряд:

Заряд с постоянен ток (напрежението нараства бързо);

Заряд с постоянно напрежение (токът постепенно намалява, напрежението достига плато).

Етап на разряд:

Напрежението първо рязко пада, навлиза в стабилен период на плато и накрая рязко пада до отсечното напрежение.

 

2. Анализ на ключови параметри

Напрежение на платото: Диапазонът, в който напрежението остава стабилно по време на разряд. Колкото по-високо и по-дълго е платото, толкова по-добра е производителността на батерията.

Например: платото при разряд на батерия от литиево-желязна фосфатна батерия е 3,2 V, а при трикомпонентна литиева батерия е 3,7 V, втората има по-висока енергия.

Поляризационен феномен: Напрежението пада по-бързо при разряд с висок ток (например, напрежението пада с 0,5 V по-ниско при 10C разряд в сравнение с 1C разряд) поради увеличените загуби от вътрешното съпротивление.

3. Връзка между кривата и сценариите за употреба

Ускорение на електрическо превозно средство: изисква висок ток при изтощване (5-10C) и ниска стръмнина на кривата (малки колебания на напрежението);

Съхранение на енергия за регулиране на пика: дълготрайно изтощване с малък ток (под 0.5C), стабилността на платформата е по-важна.

 

Цикличен живот: Таймер за издръжливост на батерията

1. Дефиниция и стандарти

Цикличният живот се отнася до броя на пълните цикли от пълно зареждане до изтощване (DOD=100%) и след това до пълно зареждане, докато капацитетът се понижи до 80% от номиналната стойност.

Типични данни:

Батерия с литиев трипълен електролит: 1000 цикъла (DOD=100%);

Батерия с литиево-желязна фосфатна батерия: 3000 цикъла (DOD=100%);

Оловна киселинна батерия: 500 цикъла (DOD=80%).

2. Четирите "убийци", които влияят на цикличния живот

Препълване и пренатоварване: зареждане над 4,3 V или изтощване под 2,5 V ще причини постоянни повреди на електродната структура;

Високотемпературна среда: съхранение при 60°C в продължение на 1 месец, цикълът на живот намалява с 50%;

Зареждане и изтощване с висок ток: бързо зареждане с 10C намалява броя на циклите с 30% в сравнение с бързо зареждане с 0,5C;

Дългосрочно съхранение с пълна зарядка: когато литиевата батерия се съхранява с пълна зарядка в продължение на един месец, капацитетът намалява с 5%.

3. Златното правило за удължаване на живота

Повърхностно зареждане и изтощване: поддържайте SOC между 20% и 80% за ежедневна употреба (например зареждайте телефона си, когато батерията е на 20%).

Избягвайте високи температури: избягвайте директни слънчеви лъчи при зареждане на електрическия автомобил. Когато температурата в автомобила надхвърли 60°C през лятото, животът на батерията рязко ще намалее.

Редовно дълбоко зареждане и изтощване: извършвайте пълно зареждане до напълно изтощване на всеки 3 месеца и калибрирайте дисплея на BMS за енергия.

 

„Ефектът на взаимодействие“ на основните параметри

1. Компромис между плътност на енергията и цикъл на живот

Тройните литиеви батерии имат висока плътност на енергията, но кратък цикъл на живот, което ги прави подходящи за електрически превозни средства, които изискват по-дълъг пробег.

Литиево-желязните фосфатни батерии имат дълъг цикъл на живот, но ниска плътност на енергията, което ги прави по-подходящи за електроенергийни съоръжения за съхранение (които изискват чести цикли на зареждане и изтощаване).

2. Взаимодействието между капацитета и кривите на зареждане/изтощване

Батерии с висок капацитет (например 5000 mAh) обикновено имат по-големи вътрешни съпротивления и платформата на напрежението значително пада по време на изтощване с висок ток;

При един и същ капацитет, батериите с по-висока платформа на напрежение (например 3,7 V спрямо 3,2 V) имат по-висока енергия, но може да съпровожда по-големи загуби вследствие на поляризация.