Akun suorituskyvyn perusteet: ydinpärametrit ja niiden vuorovaikutus

Akkukapasiteetti (mAh): mittaus akun tehon määrästä

1. Määritelmä ja ydin

Akkukapasiteetti ilmaistaan milliampeeritunneissa (mAh), joka on virran (milliampeerit, mA) ja ajan (tunnit, h) tulo. Esimerkiksi 1000 mAh:n akku tarkoittaa:

1000 mA:n (1 A) purkuvirta kestää 1 tunti;

500 mA:n purkuvirta kestää 2 tuntia.

Olkoon selvä: mAh mittaa kokonaisvarauksen määrän, jonka akku voi tallentaa ilman jännitteen viittausta, vastaavasti kuin ämpärin "vesikapasiteetti".

2. Yleinen väärinkäsitys: Korkea mAh ≠ Pitkä akun kesto

Väärinkäsitys: Luullaan, että 5000 mAh:n akku kestää varmasti pidempään kuin 3000 mAh:n akku.

Todellisuus: Akun keston määrittää energia (Wh), ei pelkkä kapasiteetti.

 

Energia-ala (Wh/kg): kannettavuuden keskeinen indikaattori

1. Määritelmä ja merkitys

Energia-ala tarkoittaa akun energiatiheyttä kohden yksikköpainoa (Wh/kg), ja se on keskeinen parametri akun "ohenevan kyvyn" mittaamiseksi:

Tilavuusenergia-ala (Wh/L): vaikuttaa laitteen paksuuteen (esim. matkapuhelinkennot);

Massaenergia-ala (Wh/kg): määrittää laitteen kevennyksen (esim. sähköautojen kantama).

2. Eri teknologiapolkujen energia-alan vertailu.

Akun tyyppi	Massaenergia-ala (Wh/kg)	Tyypilliset sovellukset
Lyijyakkula	50-70	Sähköajoneuvon käynnistysakku
Litiumrautafosfaattiakku	140-200	Energianvarastointitehot ja kaupalliset ajoneuvot
Kolmoislitiumpatteri	250-350	Sähköajoneuvot ja huipputason matkapuhelimet
Kiinteä litiumakku	350-500 (kehityksessä)	Seuraavan sukupolven sähköajoneuvot ja dronet

3. Energiantiheyden kaksiteräinen miekka

Edut: Kun litiumioniakkujen energiantiheys saavuttaa 300 Wh/kg, sähköajoneuvon matkakantama voi ylittää 600 km;

Haasteet: Energiantiheyden 10 % kasvaessa myös läpäisyriski kasvaa 15 %, mikä vaatii monimutkaisemman lämpötilan säätöjärjestelmän.

 

Varaus- ja purkuskäyrät: akun suorituskyvyn "sydänliipaus"

1. Käyrän taakse jäävä sähkökemiallinen koodi

Varauksen ja purkauksen käyrä heijastaa akun jännitteen muuttumislakia tehon funktiona, tyypillisillä ominaisuuksilla:

Latausvaihe:

Vakiovirtalataus (jännite nousee nopeasti);

Vakiojännitelataus (virta vähenee vähitellen, jännite tasapyytyy).

Purkamisvaihe:

Jännite laskee ensin nopeasti, menee stabiiliin tasovaiheeseen ja lopulta romahtaa jyrkästi katkaisujännitteeseen.

 

2. Avaintekijäanalyysi

Jännitetaso: Alue, jolla jännite pysyy stabiilina purkamisen aikana. Mitä korkeampi ja pidempi taso, sitä parempi akun suorituskyky.

Esimerkiksi: litium-rauta-fosfaatti-akun purkamistaso on 3,2 V ja litium-nikkeli-mangaani-koboltti-akulla 3,7 V, jälkimmäisellä on suurempi energia.

Polarisaatioilmiö: Jännite laskee nopeammin suurivirtaisessa purkamisessa (esimerkiksi jännite laskee 0,5 V alhaisemmaksi 10C:n purkamisessa kuin 1C:n purkamisessa) sisäisen vastuksen menetyksen vuoksi.

3. Käyrän ja käyttöskenaarioiden välinen suhde

Sähköauton kiihdytys: vaatii suurta purkuvirtaa (5-10C), ja vaatii alhaista jyrkkyyttä olevaa käyräalustaa (pientä jännitevaihtelua);

Energianvarastointi huipputasapainoon: pitkäaikainen pienellä purkuvirralla (alle 0,5C), alustan stabiilisuus on tärkeämpää.

 

Kierroksen elinikä: akun kestävyyden ajastin

1. Määritelmä ja standardit

Kierrosikä tarkoittaa täysin ladatusta tyhjäksi (DOD=100%) ja sitten uudelleen täyteen ladatusta saatavan täyden kierrosmäärän lukumäärää, kunnes kapasiteetti heikkenee 80 %:iin nimellisarvosta.

Tyypilliset tiedot:

Ternääri-litium-akku: 1000 kierrosta (DOD=100%);

Litium-rauta-fosfaatti akku: 3000 kierrosta (DOD=100%);

Lyijyaku: 500 kierrosta (DOD=80%).

2. Neljä tärkeintä tekijää, jotka vaikuttavat kierrosikään

Ylikuormitus ja ylivalvonta: Lataaminen yli 4,3 V:n tai purkaminen alle 2,5 V:n aiheuttaa pysyvän vaurion elektrodirakenteelle;

Korkean lämpötilan ympäristö: Säilytys 60 °C:ssa 1 kuukauden ajan lyhentää kiertuelämää 50 %:lla;

Korkealla virralla lataaminen ja purkaminen: 10C nopealataus vähentää kierrosmäärää 30 %:lla verrattuna 0,5C nopealataukseen;

Pitkäaikainen säilytys täydessä varauksessa: Kun litiumakku säilytetään täydessä varauksessa yhden kuukauden ajan, sen kapasiteetti laskee 5 %:lla.

3. Elämän pidentämisen kultainen sääntö

Lyhyt lataus ja purku: Pidä SOC (State of Charge) 20–80 %:n välillä arki käytössä (esim. lataa puhelimesi, kun akun lataus on 20 %:ssa).

Vältä korkeita lämpötiloja: Älä anna suoraa auringonvaloa sähköajoneuvon latauksen aikana. Kun auton sisälämpötila ylittää 60 °C kesällä, akun elämä lyhenee nopeasti.

Säännöllinen syvä lataus ja purku: Lataa akku täyteen ja pura se tyhjäksi kerran 3 kuukauden välein ja kalibroi BMS:n tehonäyttö.

 

Ydinpääparametrien "linkkivaikutus"

1. Kompromissi energiatiheyden ja kiertokelvollisuuden välillä

Ternaarilithiumakut ovat energiatiheydeltään korkeita mutta niiden kiertokelvollisuus on lyhyt, mikä tekee niistä sopivia sähköajoneuvoihin, joissa vaaditaan pitkää ajomatkaa.

Lithiumrautafosfaattiakut ovat kiertokelvollisuudeltaan pitkäikäisiä mutta niiden energiatiheys on matala, mikä tekee niistä sopivampia energiavarastointivoimalaitoksiin (joissa vaaditaan usein latausta ja purkamista).

2. Kapasiteetin ja lataus-/purkuskäyrien välinen vuorovaikutus

Korkean kapasiteetin akut (esim. 5000 mAh) ovat yleensä sisäiseltä vastukseltaan suurempia, ja niiden jänniteplatform laskee merkittävästi suurivirtaisessa purkamisessa;

Saman kapasiteetin sisällä akut, joilla on korkeampi jänniteplatform (esim. 3,7 V vs 3,2 V), ovat energiamäärältään suurempia, mutta niissä saattaa esiintyä enemmän polarisaatiota.