Osnove performansi baterija: ključni parametri i njihove interakcije

Kapacitet baterije (mAh): mjera snage baterije

1. Definicija i suština

Kapacitet baterije izražava se u miliamper-satima (mAh), što je umnožak struje (u miliamperima, mA) i vremena (u satima, h). Na primjer, baterija od 1000 mAh znači:

Pražnjenje na 1000mA (1A) može trajati 1 sat;

Pražnjenje na 500mA može trajati 2 sata.

U suštini: mAh mjeri ukupnu količinu naboja koju baterija može pohraniti, neovisno o naponu, slično kao "volumna zapremina" kante.

2. Zabuna u javnosti: Visok mAh ≠ Dug vijek trajanja baterije

Zabuna: Vjerovanje da će baterija od 5000 mAh sigurno dulje trajati od baterije od 3000 mAh.

Činjenica: Vijek trajanja baterije određuje energija (Wh), a ne samo kapacitet.

 

Gustoca energije (Wh/kg): ključni pokazatelj prijenosivosti

1. Definicija i značenje

Gustoca energije odnosi se na količinu energije pohranjene po jedinici mase baterije (Wh/kg) i ključni je parametar za mjerenje sposobnosti baterije da se "smanjuje na težini":

Volumna gustoca energije (Wh/L): utječe na debljinu uređaja (npr. baterije mobitela);

Masna gustoca energije (Wh/kg): određuje olakšavanje opreme (npr. domet električnih vozila).

2. Usporedba gustoce energije u različitim tehnološkim smjerovima.

Vrsta baterije	Masna gustoca energije (Wh/kg)	Tipične primjene
Olovo-kiselinska baterija	50-70	Startna baterija za električna vozila
Baterija od litij-željezo fosfata	140-200	Električne centrale za pohranu energije, komercijalna vozila
Ternarna litij-ionska baterija	250-350	Električna vozila, visokorazinske mobilne telefonije
Čvrsta litijeva baterija	350-500(pod razvojem)	Nove generacije električnih vozila i bespilotne letjelice

3. Bistre strane gustoće energije

Prednosti: Kada gustoća energije ternarnih litijevih baterija dostigne 300Wh/kg, domet električnih vozila može premašiti 600km;

Izazov: Za svako povećanje gustoće energije za 10%, rizik termičkog izbijanja povećava se za 15%, što zahtijeva složeniji sustav kontrole temperature.

 

Krivulje punjenja i pražnjenja: "elektrokardiogram" performansi baterije

1. Elektrokemijski kod iza krivulje

Krivulja punjenja i pražnjenja odražava zakon promjene napona baterije u skladu s snagom, s tipičnim značajkama:

Faza punjenja:

Punjenje konstantnom strujom (napon brzo raste);

Punjenje konstantnim naponom (struja postepeno opada, napon doseže plateau).

Faza pražnjenja:

Napon najprije brzo pada, ulazi u stabilnu fazu plateaua i na kraju naglo opada do isključnog napona.

 

2. Analiza ključnih parametara

Platforma napona: Raspon u kojem napon ostaje stabilan tijekom pražnjenja. Što je platforma viša i dulja, to je performansa baterije bolja.

Primjer: platforma pražnjenja fosfatne baterije s litijem i željezom iznosi 3,2 V, dok je kod ternarne litijevih baterija 3,7 V; druga ima veću energiju.

Fenomen polarizacije: Kod pražnjenja velikom strujom napon brže pada (npr. kod 10C pražnjenja napon pada za 0,5 V više nego kod 1C pražnjenja) zbog povećanih gubitaka zbog unutarnjeg otpora.

3. Odnos između krivulje i scenarija upotrebe

Ubrzanje električnog vozila: zahtijeva visokonaponsko pražnjenje (5-10C) i nisku strminu krivulje platforme (male oscilacije napona);

Pohrana energije i regulacija vrhova: dugo trajanje pražnjenja malom strujom (ispod 0,5C), stabilnost platforme je važnija.

 

Trajanje ciklusa: Sat za izdržljivost baterije

1. Definicija i standardi

Trajanje ciklusa odnosi se na broj potpunih ciklusa od punjenja do praznjenja (DOD=100%) i zatim ponovno punjenje, dok kapacitet ne opadne na 80% nazivne vrijednosti.

Tipični podaci:

Litij-ternarna baterija: 1000 ciklusa (DOD=100%);

Litijev željezni fosfatna baterija: 3000 ciklusa (DOD=100%);

Olovo-kiselina baterija: 500 ciklusa (DOD=80%).

2. Četiri „ubojice“ koje utječu na vijek trajanja ciklusa

Prekomjerno punjenje i pražnjenje: punjenje iznad 4,3 V ili pražnjenje ispod 2,5 V uzrokovat će trajna oštećenja strukturi elektroda;

Visokotemperaturna okolina: skladištenje na 60℃ tijekom 1 mjeseca skraćuje vijek trajanja ciklusa za 50%;

Punjenje i pražnjenje visokom strujom: brzo punjenje od 10C smanjuje broj ciklusa za 30% u usporedbi s brzim punjenjem od 0,5C;

Dugotrajno skladištenje u punom punjenju: Kada se litijeva baterija čuva puna jedan mjesec, kapacitet se smanjuje za 5%.

3. Zlatno pravilo za produljenje vijeka trajanja

Površinsko punjenje i pražnjenje: za svakodnevnu uporabu održavajte SOC između 20% i 80% (npr. punite svoj mobitel kada baterija dosegne 20%).

Izbjegavajte visoke temperature: prilikom punjenja električnog vozila izbjegavajte izravno sunčeve zrake. Kada temperatura u automobilu premaši 60°C tijekom ljeta, vijek trajanja baterije naglo će se smanjiti.

Redovito duboko punjenje i pražnjenje: svakih 3 mjeseca napravite puno punjenje do potpunog pražnjenja i kalibrirajte prikaz energije BMS-a.

 

"Efekt povezivanja" ključnih parametara

1. Kompenzacija između gustoće energije i vijeka trajanja ciklusa

Baterije s ternarnim litijem imaju visoku gustoću energije, ali kratki vijek trajanja ciklusa, što ih čini prikladnima za električna vozila koja zahtijevaju veći domet vožnje.

Litijsko-željezne fosfatne baterije imaju dug vijek trajanja ciklusa, ali nisku gustoću energije, što ih čini prikladnijima za električne postaje za pohranu energije (koje zahtijevaju često punjenje i pražnjenje).

2. Interakcija između kapaciteta i krivulja punjenja/pražnjenja

Baterije visokog kapaciteta (npr. 5000 mAh) obično imaju veći unutarnji otpor, a napon pada znatnije tijekom pražnjenja pri visokoj struji;

Pri istom kapacitetu, baterije s višom razinom napona (npr. 3,7 V naspram 3,2 V) imaju višu energiju, ali mogu biti popraćene većim gubicima zbog polarizacije.