Jak posoudit baterii: Kompletní průvodce výkonnostními parametry Li-ion

Lithiové baterie se stále častěji používají díky svým vynikajícím výkonovým parametrům. Posouzení výkonu baterií vyžaduje komplexní úvahu z více dimenzí, přičemž následující parametry jsou nejzákladnějšími ukazateli:

(1) Kapacita. Kapacita je jednou ze základních vlastností baterie. Představuje množství elektřiny, které může baterie dodat. Kapacita baterie označuje množství elektřiny, které lze z baterie získat při určitých podmínkách nabíjení a vybíjení (systém nabíjení a vybíjení, proud nabíjení a vybíjení, napětí při nabíjení a vybíjení a okolní teplota). Jedná se o integrál proudu v čase a obvykle se udává v ampérhodinách (Ah) nebo milampérhodinách (mAh). mAh se běžně používá u baterií mobilních telefonů a - Ano. se běžně používá u baterií elektromobilů. Přímo odráží, kolik elektřiny může baterie uchovat, a přímo ovlivňuje maximální provozní proud a dobu provozu baterie.

(2) Hustota energie. Týká se množství energie, kterou může baterie uchovávat na jednotku hmotnosti nebo objemu. Obvykle se vyjadřuje jako hmotnostní energetická hustota ( vatthodiny na kilogram , Wh/kg) nebo objemová energetická hustota ( vatthodiny na litr , Wh/l) . Vysoká energetická hustota znamená, že baterie může uchovávat více energie při stejné hmotnosti nebo objemu.

(3) Charakteristika vybíjení a vnitřní odpor. Charakteristika vybíjení baterie se týká stability provozního napětí, výše napěťové úrovně a výkonu baterie při vybíjení vysokým proudem za určitého režimu vybíjení. Udává schopnost baterie nést zátěž. Vnitřní odpor baterie zahrnuje ohmický vnitřní odpor a elektrochemický odpor. Při vybíjení vysokým proudem je vliv vnitřního odporu na charakteristiku vybíjení zvlášť zřetelný.

(4) Teplotní charakteristika a rozsah provozních teplot. Provozní prostředí a podmínky použití elektrického zařízení vyžadují, aby baterie měla dobré výkonové parametry v určitém teplotním rozmezí. Aktuální provozní teplotní rozmezí lithiových baterií se obecně pohybuje mezi -30 ~ +55 ℃.

Vysokoteplotní výkon: Vysoké teploty obvykle urychlují chemické reakce a mohou krátkodobě zvýšit výkon, ale mohou také výrazně urychlit stárnutí, zkrátit životnost a zvýšit rizika spojená s bezpečností (tepelný únik).

Nízkoteplotní výkon: Při nízkých teplotách klesá vodivost elektrolytu a zpomalují se reakční kinetiky, což vede k prudkému nárůstu vnitřního odporu a výraznému poklesu dostupné kapacity a výkonu (např. vypnutí mobilních telefonů na chladu venku nebo snížení dojezdu elektromobilů).

(5) Uchovávací vlastnosti. Po určité době skladování se vlivem některých faktorů může výkon baterie změnit, což může vést k samovolnému vybíjení baterie, úniku elektrolytu, zkratu baterie apod.

6) Výkon při cyklickém provozu. Životnost v cyklu označuje počet cyklů, kterým může sekundární baterie projít po nabití a vybití dle určitého časového plánu, dokud se její výkon nezhorší na určitou úroveň (obvykle 80 % kapacity ). Tento parametr především ovlivňuje odolnost a životnost baterie. Čím delší je životnost v cyklu, tím odolnější je baterie, tím méně často je třeba ji vyměňovat a tím nižší je celková náklady na vlastnictví. Během používání baterie mohou hluboké nabíjení a vybíjení, rychlé nabíjení a vybíjení, vysoká /nízká teplota, přebití a přebití ovlivnit a výrazně zkrátit životnost baterie v cyklu.

(7) Výkon při nabíjení a vybíjení. Tento parametr popisuje zejména poměr proudu při nabíjení a vybíjení baterie k její kapacitě. 1C představuje požadovaný proud pro vybití plně nabité baterie za jednu hodinu (proud (A) = kapacita (Ah) ). Její význam spočívá v měření schopnosti baterie odolávat nabití a vybití vysokým proudem. Například, 5AH baterie:

0,5 C vyprázdnění = 2,5 A vybíjecí proud.

2C vybíjení = 10 A vybíjecí proud.

0,5 C nabíjení = 2,5 A nabíjecí proud.

Schopnosti rychlého nabíjení a vybíjení jsou základem pro dosažení rychlého nabíjení a splnění vysokých výkonových požadavků, avšak rychlé nabíjení a vybíjení obvykle snižují skutečnou dostupnou kapacitu a ovlivňují životnost.

(8) Účinnost. Coulombova účinnost : Poměr náboje uvolněného během vybíjení ( - Ano. ) k náboji dodanému během nabíjení ( - Ano. ). Toto vyjadřuje ztrátu náboje způsobenou vedlejšími reakcemi (např. vývojem plynu) během procesu nabíjení a vybíjení, přičemž ideální hodnota je 100% . Energetická účinnost : Poměr energie uvolněné během vybíjení ( WH ) k energii dodané během nabíjení ( WH ). Tato hodnota kombinuje coulombovskou účinnost a napěťovou účinnost (rozdíl v napětí během nabíjení a vybíjení způsobený vnitřním odporem), přičemž ideální hodnota je 100% .

Čím vyšší je účinnost, tím méně energie se ztrácí, tím ekonomičtější je nabíjení a tím méně tepla se generuje.

(9) Bezpečnostní vlastnosti. Toto se hlavně týká bezpečnostního výkonu baterie za normálních podmínek použití a v případě jejího nesprávného použití. Podmínky nesprávného použití zahrnují zejména přebíjení, přebíjení do vyčerpání, zkrat, pád, ohřev, propíchnutí, stlačení, náraz, vibrace, ponoření do mořské vody, nízký tlak, vysokou teplotu atd. Kvalita odolnosti proti nesprávnému použití je hlavním předpokladem pro široké uplatnění baterie. Baterie nedostatečně bezpečné nebudou trhem přijaty.

Při hodnocení a porovnávání baterií je důležité si uvědomit, že tyto ukazatele jsou měřeny za konkrétních testovacích podmínek (teplota, rychlost nabíjení/vybíjení, koncové napětí, stav stárnutí atd.). Analýza hodnot ukazatelů bez zohlednění těchto testovacích podmínek je bezcenná. V reálných aplikacích je celkový výkon baterie často výsledkem kompromisu mezi těmito ukazateli.