Πώς να αξιολογήσετε μια μπαταρία: Ο τελικός οδηγός για τα μετρικά μεγέθη απόδοσης Li-ion

Οι μπαταρίες ιόντων λιθίου χρησιμοποιούνται όλο και περισσότερο λόγω της εξαιρετικής τους απόδοσης. Η αξιολόγηση της απόδοσης των μπαταριών απαιτεί ολοκληρωμένη εξέταση από πολλαπλές διαστάσεις, με τα παρακάτω να είναι τα πιο βασικά ενδεικτικά στοιχεία:

(1) Χωρητικότητα. Η χωρητικότητα αποτελεί μία από τις βασικές χαρακτηριστικές ιδιότητες μιας μπαταρίας. Αντιπροσωπεύει την ποσότητα ηλεκτρισμού που μπορεί να παρέχει μια μπαταρία. Η χωρητικότητα της μπαταρίας αναφέρεται στην ποσότητα ηλεκτρισμού που μπορεί να παραχθεί από τη μπαταρία υπό ορισμένες συνθήκες φόρτισης και εκφόρτισης (σύστημα φόρτισης και εκφόρτισης, ρεύμα φόρτισης και εκφόρτισης, τάση διακοπής φόρτισης και εκφόρτισης, θερμοκρασία περιβάλλοντος). Αποτελεί το ολοκλήρωμα του ρεύματος σε σχέση με τον χρόνο και εκφράζεται συνήθως σε αμπέρ-ώρες - Τι; ή χιλιοστιοαμπέρ-ώρες (mAh). Το mAh χρησιμοποιείται συνήθως για τις μπαταρίες κινητών τηλεφώνων και ΑΗ χρησιμοποιείται συνήθως για τις μπαταρίες ηλεκτρικών οχημάτων. Αποτυπώνει άμεσα πόσο ηλεκτρισμό μπορεί να αποθηκεύσει μια μπαταρία και επηρεάζει άμεσα το μέγιστο ρεύμα λειτουργίας της μπαταρίας καθώς και τον χρόνο λειτουργίας της.

(2) Ενεργειακή πυκνότητα. Αναφέρεται στην ποσότητα ενέργειας που μπορεί να αποθηκεύσει μια μπαταρία ανά μονάδα μάζας ή όγκου. Εκφράζεται συνήθως ως πυκνότητα ενέργειας κατά βάρος ( βατώρες ανά χιλιόγραμμο , Wh/kg) ή πυκνότητα ενέργειας κατά όγκο ( βατώρες ανά λίτρο , Wh/L) . Μια υψηλή πυκνότητα ενέργειας σημαίνει ότι μια μπαταρία μπορεί να αποθηκεύσει περισσότερη ενέργεια στο ίδιο βάρος ή όγκο.

(3) Χαρακτηριστικά εκφόρτισης και εσωτερική αντίσταση. Τα χαρακτηριστικά εκφόρτισης της μπαταρίας αναφέρονται στη σταθερότητα της τάσης λειτουργίας, στο ύψος της πλατφόρμας τάσης και στην απόδοση εκφόρτισης υπό υψηλό ρεύμα της μπαταρίας υπό ορισμένο σύστημα εκφόρτισης. Δείχνουν τη δυνατότητα της μπαταρίας να φέρει φορτίο. Η εσωτερική αντίσταση της μπαταρίας περιλαμβάνει ωμική εσωτερική αντίσταση και ηλεκτροχημική αντίσταση. Κατά την εκφόρτιση υπό υψηλό ρεύμα, η επίδραση της εσωτερικής αντίστασης στα χαρακτηριστικά εκφόρτισης είναι ιδιαίτερα εμφανής.

(4) Θερμοκρασιακά χαρακτηριστικά και εύρος λειτουργικών θερμοκρασιών. Ο χώρος εργασίας και οι συνθήκες χρήσης του ηλεκτρικού εξοπλισμού απαιτούν η μπαταρία να έχει καλή απόδοση εντός μιας συγκεκριμένης θερμοκρασιακής περιοχής. Η τρέχουσα περιοχή λειτουργίας θερμοκρασίας των μπαταριών ιόντων λιθίου είναι γενικά μεταξύ -30 ~ +55 ℃.

Απόδοση σε υψηλές θερμοκρασίες: Οι υψηλές θερμοκρασίες συνήθως επιταχύνουν τις χημικές αντιδράσεις και μπορούν να αυξήσουν την απόδοση μακροπρόθεσμα, όμως μπορούν να επιταχύνουν σοβαρά τη γήρανση, να μειώσουν τη διάρκεια ζωής και να αυξήσουν τους κινδύνους ασφάλειας (θερμική αποστασιοποίηση).

Απόδοση σε χαμηλές θερμοκρασίες: Σε χαμηλές θερμοκρασίες, η ηλεκτρική αγωγιμότητα του ηλεκτρολύτη μειώνεται και οι αντιδράσεις επιβραδύνονται, με αποτέλεσμα αιφνίδια αύξηση της εσωτερικής αντίστασης και σημαντική μείωση της διαθέσιμης χωρητικότητας και απόδοσης (όπως η διακοπή λειτουργίας των κινητών τηλεφώνων σε εξωτερικούς χώρους με κρύο καιρό και η μείωση της αυτονομίας ηλεκτρικών οχημάτων).

(5) Απόδοση κατά την αποθήκευση. Μετά από ένα χρονικό διάστημα αποθήκευσης, η απόδοση της μπαταρίας μπορεί να μεταβληθεί λόγω ορισμένων παραγόντων, με αποτέλεσμα την αυτοεκφόρτιση της μπαταρίας, διαρροή ηλεκτρολύτη, βραχυκύκλωμα μπαταρίας κ.ο.κ.

6) Απόδοση κύκλου. Ως διάρκεια κύκλου εννοείται ο αριθμός των κύκλων που μπορεί να εκτελέσει μια επαναφορτιζόμενη μπαταρία μετά από φόρτιση και εκφόρτιση σύμφωνα με ένα συγκεκριμένο πρόγραμμα, μέχρις ότου η απόδοσή της να μειωθεί σε ένα ορισμένο επίπεδο (συνήθως 80% της χωρητικότητας ). Επηρεάζει κυρίως την ανθεκτικότητα και τη διάρκεια ζωής της μπαταρίας. Όσο μεγαλύτερη είναι η διάρκεια κύκλου, τόσο πιο ανθεκτική είναι η μπαταρία, τόσο λιγότερο συχνή είναι η αντικατάστασή της και τόσο χαμηλότερο είναι το συνολικό κόστος κυριότητας. Κατά τη διάρκεια της χρήσης της μπαταρίας, η ολική φόρτιση και εκφόρτιση, η φόρτιση και εκφόρτιση με υψηλό ρυθμό, η υψηλή /χαμηλή θερμοκρασία, η υπερφόρτιση και η υπερβολική εκφόρτιση καθώς και άλλοι παράγοντες μπορούν σημαντικά να μειώσουν τη διάρκεια κύκλου της μπαταρίας.

(7) Απόδοση ρυθμού φόρτισης και εκφόρτισης. Περιγράφει κυρίως τον λόγο του ρεύματος φόρτισης και εκφόρτισης της μπαταρίας προς τη χωρητικότητά της. 1γ είναι το ρεύμα που απαιτείται για να εκφορτωθεί μια πλήρως φορτισμένη μπαταρία σε μία ώρα (ρεύμα (A) = χωρητικότητα - Τι; ). Η σημασία του είναι να μετρά τη δυνατότητα της μπαταρίας να αντέχει σε φόρτιση και εκφόρτιση με υψηλό ρεύμα. Για παράδειγμα, μια 5AH μπαταρία:

0,50 γρ. αποδέσμευση = 2,5A ρεύμα εκφόρτισης.

2C εκφόρτιση = 10A ρεύμα εκφόρτισης.

0,50 γρ. φόρτιση = 2,5A ρεύμα φόρτισης.

Οι δυνατότητες φόρτισης και εκφόρτισης με υψηλό ρυθμό αποτελούν τη βάση για την επίτευξη γρήγορης φόρτισης και την κάλυψη υψηλών απαιτήσεων ισχύος, ωστόσο η φόρτιση και εκφόρτιση με υψηλό ρυθμό μειώνει συνήθως την πραγματικά διαθέσιμη χωρητικότητα και επηρεάζει τη διάρκεια ζωής.

(8) Απόδοση. Απόδοση Coulomb : Ο λόγος της φόρτισης που απελευθερώνεται κατά την εκφόρτιση ( ΑΗ ) προς τη φόρτιση που εισάγεται κατά τη φόρτιση ( ΑΗ ). Αυτό απεικονίζει την απώλεια φορτίου λόγω παράπλευρων αντιδράσεων (όπως η εκλυόμενη αέρια) κατά τη διαδικασία φόρτισης και εκφόρτισης, με ιδανική τιμή την 100% . Ενεργειακή Απόδοση : Ο λόγος της ενέργειας που απελευθερώνεται κατά την εκφόρτιση ( WH ) προς την ενέργεια που εισάγεται κατά τη φόρτιση ( WH ). Αυτός συνδυάζει την απόδοση Κουλόμπ (Coulombic) και την απόδοση τάσης (η διαφορά στην τάση φόρτισης και εκφόρτισης που οφείλεται στην εσωτερική αντίσταση), με ιδανική τιμή την 100% .

Όσο υψηλότερη είναι η απόδοση, τόσο λιγότερη ενέργεια χάνεται, τόσο πιο οικονομική είναι η φόρτιση και τόσο λιγότερη θερμότητα παράγεται.

(9) Ασφαλής απόδοση. Αυτό αφορά κυρίως την ασφαλή απόδοση της μπαταρίας υπό συνήθεις συνθήκες χρήσης και υπό συνθήκες κακής μεταχείρισης. Οι συνθήκες κακής μεταχείρισης περιλαμβάνουν κυρίως υπερφόρτωση, υπερεκκαθάριση, βραχυκύκλωμα, πτώση, θέρμανση, διάτρηση, σύμπιεση, κρούση, κραδασμό, βύθιση σε θαλασσινό νερό, χαμηλή πίεση, υψηλή θερμοκρασία κ.λπ. Η ποιότητα της αντοχής σε κακή μεταχείριση είναι η πρωταρχική προϋπόθεση που καθορίζει εάν η μπαταρία μπορεί να χρησιμοποιηθεί ευρέως. Μπαταρίες με ανεπαρκή ασφάλεια δεν θα γίνουν αποδεκτές από την αγορά.

Κατά την αξιολόγηση και σύγκριση μπαταριών, είναι σημαντικό να σημειωθεί ότι αυτοί οι δείκτες μετρώνται υπό συγκεκριμένες συνθήκες δοκιμής (θερμοκρασία, ρυθμός φόρτισης/εκφόρτισης, τάση λήξης, κατάσταση γήρανσης, κ.λπ.). Η ανάλυση των τιμών των δεικτών χωρίς να ληφθούν υπόψη αυτές οι συνθήκες δοκιμής είναι άνευ νοήματος. Στις πραγματικές εφαρμογές, η συνολική απόδοση μιας μπαταρίας είναι συχνά αποτέλεσμα επικουρικής σχέσης μεταξύ αυτών των δεικτών.