Základy výkonu baterie: Základní parametry a jejich interakce

Kapacita baterie (mAh): míra výkonu baterie

1. Definice a podstata

Kapacita baterie se udává v miliampére-hodinách (mAh), což je součin proudu (v miliampérech, mA) a času (v hodinách, h). Například baterie s kapacitou 1000 mAh znamená:

Vybíjení při 1000 mA (1 A) vydrží 1 hodinu;

Vybíjení při 500 mA vydrží 2 hodiny.

Podstatou je, že mAh měří celkové množství náboje, které baterie může uchovat, bez ohledu na napětí, podobně jako „objem vody“ ve kbelíku.

2. Běžný omyl: Vysoká hodnota mAh ≠ delší výdrž baterie

Omyl: Myslet si, že baterie s kapacitou 5000 mAh určitě vydrží déle než baterie s kapacitou 3000 mAh.

Pravda: Výdrž baterie určuje energie (Wh), ne jen kapacita.

 

Hustota energie (Wh/kg): klíčový ukazatel přenosnosti

1. Definice a význam

Hustota energie označuje množství energie uložené na jednotku hmotnosti baterie (Wh/kg) a je klíčovým parametrem pro hodnocení „schopnosti hubnutí“ baterie:

Objemová hustota energie (Wh/l): ovlivňuje tloušťku zařízení (např. baterie mobilních telefonů);

Hmotnostní hustota energie (Wh/kg): určuje snížení hmotnosti zařízení (např. dojezdovou vzdálenost elektromobilů).

2. Porovnání hustoty energie mezi různými technologickými směry.

Typ baterie	Hmotnostní hustota energie (Wh/kg)	Typické aplikace
Olověná baterie	50-70	Startovací baterie pro elektrické vozidlo
Baterie lithium-železo-fosfát	140-200	Elektrochemické úložné elektrárny, nákladní vozidla
Ternární lithium-iontová baterie	250-350	Elektrická vozidla, luxusní mobilní telefony
Tuhý lithiový akumulátor	350-500 (ve vývoji)	Elektromobily a drony nové generace

3. Dvojsečná zbraň energetické hustoty

Výhody: Když dosáhne energetická hustota trojného lithiového akumulátoru 300Wh/kg, může dojezdová vzdálenost elektrického vozidla překročit 600km;

Výzva: S každým 10% nárůstem energetické hustoty se riziko tepelného úniku zvýší o 15%, což vyžaduje složitější systém řízení teploty.

 

Křivky nabíjení a vybíjení: „elektrokardiogram“ výkonu baterie

1. Elektrochemický kód za křivkou

Křivka nabíjení a vybíjení odráží zákon změny napětí baterie v závislosti na výkonu, s typickými charakteristikami:

Stupeň nabíjení:

Nabíjení při konstantním proudu (napětí rychle stoupá);

Nabíjení při konstantním napětí (proud postupně klesá, napětí dosahuje vrcholu).

Stupeň vybíjení:

Napětí nejprve rychle klesá, poté vstupuje do stabilní fáze vrcholu a nakonec prudce klesá na vypínací napětí.

 

2. Analýza klíčových parametrů

Napěťová úroveň: Rozsah, ve kterém zůstává napětí během vybíjení stabilní. Čím vyšší a delší je tato úroveň, tím lepší je výkon baterie.

Příklad: Napěťová úroveň vybíjení fosforečnanové lithiové baterie je 3,2 V a u ternární lithiové baterie 3,7 V, posledně jmenovaná má vyšší energii.

Polarizační jev: Napětí klesá rychleji při vybíjení vysokým proudem (např. napětí klesá o 0,5 V níže při vybíjení 10C ve srovnání s vybíjením 1C) v důsledku zvýšených ztrát vnitřního odporu.

3. Vztah mezi křivkou a scénáři použití

Zrychlení elektromobilu: vyžaduje vysoce proudový vyboj (5-10C), potřebuje nízkou strmost křivky (malé kolísání napětí);

Skladování energie pro vyrovnávání špiček: dlouhodobý vyboj malým proudem (pod 0,5C), stabilita křivky je důležitější.

 

Životnost cyklu: Časovač pro trvanlivost baterie

1. Definice a normy

Životnost cyklu označuje počet úplných cyklů od plného nabití po vybití (DOD=100 %) a zpět k plnému nabití, dokud kapacita neklesne na 80 % jmenovité hodnoty.

Typická data:

Baterie s ternárním lithiem: 1000 cyklů (DOD=100%);

Lithium železo fosfátová baterie: 3000 cyklů (DOD=100%);

Olověná baterie: 500 cyklů (DOD=80%).

2. Čtyři „vrahové“, kteří ovlivňují životnost cyklu

Přebití a přebíjení: Nabíjení nad 4,3 V nebo vybíjení pod 2,5 V způsobí trvalé poškození elektrodové struktury;

Vysoká teplota prostředí: Uchovávání při 60 °C po dobu 1 měsíce zkrátí životnost cyklů o 50 %;

Nabíjení a vybíjení vysokým proudem: Rychlé nabíjení 10C sníží počet cyklů o 30 % ve srovnání s rychlým nabíjením 0,5C;

Dlouhodobé uchovávání s plně nabitou baterií: Při uchovávání lithiové baterie plně nabité po dobu jednoho měsíce klesne kapacita o 5 %.

3. Zlaté pravidlo pro prodloužení životnosti

Mělké nabíjení a vybíjení: Pro každodenní použití udržujte SOC mezi 20 % a 80 % (např. nabíjejte telefon, když je baterie na 20 %).

Vyhýbat se vysokým teplotám: Při nabíjení elektromobilu se vyhýbejte přímému slunečnímu světlu. Překročí-li v létě teplota uvnitř vozu 60 °C, životnost baterie rychle klesá.

Pravidelné hluboké nabíjení a vybíjení: Jednou za 3 měsíce proveďte úplné nabití až po vybití a zkalibrujte zobrazení výkonu BMS.

 

„Řetězový efekt“ klíčových parametrů

1. Kompromis mezi energetickou hustotou a životností cyklu

Ternární lithiové baterie mají vysokou energetickou hustotu, ale krátkou životnost cyklu, což je činí vhodnými pro elektrická vozidla vyžadující delší dojezdovou vzdálenost.

Lithium železo fosfátové baterie mají dlouhou životnost cyklu, ale nízkou energetickou hustotu, což je činí vhodnějšími pro akumulační elektrárny (které vyžadují časté nabíjení a vybíjení).

2. Vzájemné působení mezi kapacitou a křivkami nabíjení/vybíjení

Baterie s vysokou kapacitou (např. 5000 mAh) obvykle mají větší vnitřní odpor a napěťová úroveň se při vybíjení vysokým proudem výrazněji snižuje;

Při stejné kapacitě mají baterie s vyšší napěťovou úrovní (např. 3,7 V oproti 3,2 V) vyšší energii, ale mohou být spojeny s vyššími ztrátami způsobenými polarizací.