Kako procijeniti bateriju: Konačni vodič za metrike učinaka litij-ion baterija

Litij-ion baterije sve više se koriste zbog svog izvrstnog učinka. Procjena učinka baterija zahtijeva sveobuhvatno razmatranje iz više dimenzija, a sljedeći su najvažniji pokazatelji:

(1) Kapacitet. Kapacitet je jedna od osnovnih karakteristika baterije. On predstavlja količinu električne energije koju baterija može isporučiti. Kapacitet baterije odnosi se na količinu električne energije koju je moguće dobiti iz baterije pod određenim uvjetima punjenja i pražnjenja (sustav punjenja i pražnjenja, struja punjenja i pražnjenja, napon isključenja i temperatura okoline). To je integral struje u vremenu i obično se izražava u amper-satima (Ah) ili milijun amper-sati (mAh). mAh češće se koristi za baterije mobitela i AH češće se koristi za baterije električnih vozila. Izravno pokazuje koliko električne energije baterija može pohraniti i izravno utječe na maksimalnu radnu struju i trajanje rada baterije.

(2) Gustoća energije. To se odnosi na količinu energije koju baterija može pohraniti po jedinici mase ili volumena. Općenito se izražava kao masna energijska gustoća ( vat-sati po kilogramu , Wh/kg) ili volumetrijska energijska gustoća ( vat-sati po litri , Wh/L) . Visoka energijska gustoća znači da baterija može pohraniti više energije pri istoj težini ili volumenu.

(3) Karakteristike pražnjenja i unutarnji otpor. Karakteristike pražnjenja baterije odnose se na stabilnost radnog napona, visinu naponske platforme i performanse pražnjenja pri visokoj struji baterije pod određenim sustavom pražnjenja. One pokazuju sposobnost baterije da preuzme teret. Unutarnji otpor baterije uključuje ohmski unutarnji otpor i elektrokemijski otpor. Kod pražnjenja pri visokoj struji, utjecaj unutarnjeg otpora na karakteristike pražnjenja je posebno izražen.

(4) Temperaturne karakteristike i raspon radnih temperatura. Radno okruženje i uvjeti uporabe električne opreme zahtijevaju da baterija ima dobar učinak unutar određenog temperaturnog raspona. Trenutačni radni temperaturni raspon litijevih baterija je općenito između -30 ~ +55 ℃.

Performanse pri visokim temperaturama: Visoke temperature obično ubrzavaju kemijske reakcije i mogu privremeno povećati snagu, ali mogu znatno ubrzati starenje, skratiti vijek trajanja i povećati rizike za sigurnost (toplinsko izbijanje).

Performanse pri niskim temperaturama: Pri niskim temperaturama vodljivost elektrolita se smanjuje, a kinetika reakcija usporava, što rezultira naglim porastom unutarnjeg otpora i značajnim smanjenjem dostupne kapaciteta i snage (npr. isključivanje mobitela na hladnoći ili smanjeni domet električnih vozila).

(5) Spremničke performanse. Nakon perioda skladištenja, performanse baterije se mogu promijeniti zbog određenih čimbenika, što može dovesti do samopražnjenja baterije, curenja elektrolita, kratkog spoja u bateriji itd.

6) Cikličke performanse. Vijek trajanja ciklusa odnosi se na broj ciklusa koje sekundarna baterija može izdržati nakon punjenja i pražnjenja prema određenom rasporedu dok njezine performanse ne pogoršaju do određene razine (najčešće 80% kapaciteta ). Prvenstveno utječe na izdržljivost i vijek trajanja baterije. Što je dulji vijek trajanja ciklusa, baterija je izdržljivija, zamjena je rjeđa, a ukupni trošak vlasništva niži. Tijekom korištenja baterije, duboko punjenje i pražnjenje, punjenje i pražnjenje velikom brzinom, visoka /niska temperatura, prekomjerno punjenje i pražnjenje i drugi čimbenici mogu znatno skratiti vijek trajanja ciklusa baterije.

(7) Performanse brzine punjenja i pražnjenja. Ovo uglavnom opisuje omjer struje punjenja i pražnjenja baterije prema njezinom kapacitetu. 1C predstavlja struju potrebnu za pražnjenje potpuno napunjenog akumulatora u jednom satu (struja (A) = kapacitet (Ah) ). Njegova važnost je u mjerenju sposobnosti akumulatora da izdrži visoke struje punjenja i pražnjenja. Na primjer, 5AH baterija:

0.5c pražnjenje = 2,5A struja pražnjenja.

pražnjenje 2C = 10A struja pražnjenja.

0.5c punjenje = 2,5A struja punjenja.

Sposobnost visokog punjenja i pražnjenja osnova je za postizanje brzog punjenja i zadovoljenje zahtjeva za visokom snagom, ali visoko punjenje i pražnjenje obično smanjuju stvarno dostupnu kapacitetu i utječu na vijek trajanja.

(8) Učinkovitost. Kulonska učinkovitost : Omjer između naboja otpuštenog tijekom pražnjenja ( AH ) i naboja unesenog tijekom punjenja ( AH ). To pokazuje gubitak naboja zbog stranih reakcija (kao što je stvaranje plina) tijekom procesa punjenja i pražnjenja, s idealnom vrijednošću od 100% . Energetska učinkovitost : Omjer energije otpuštenog tijekom pražnjenja ( WH ) i energije unesene tijekom punjenja ( WH ). To uključuje Coulombovu učinkovitost i naponsku učinkovitost (razlika u naponu punjenja i pražnjenja zbog unutarnjeg otpora), s idealnom vrijednošću od 100% .

Što je veća učinkovitost, manje se energije troši, isplativije je punjenje i manje se generira topline.

(9) Sigurnosna svojstva. To se uglavnom odnosi na sigurnosne performanse baterije u normalnim uvjetima korištenja i u uvjetima zlouporabe. Uvjeti zlouporabe uključuju prekomjerno punjenje, prekomjerno pražnjenje, kratki spoj, padanje, zagrijavanje, probijanje, stiskanje, udaranje, vibracije, uranjanje u morsku vodu, niski tlak, visoku temperaturu itd. Kvaliteta otpornosti na zlouporabu primarni je uvjet koji određuje može li se baterija široko koristiti. Baterije koje nemaju dovoljnu sigurnost neće biti prihvaćene na tržištu.

Kada se procjenjuju i uspoređuju baterije, važno je napomenuti da su ti pokazatelji izmjerjeni u specifičnim testnim uvjetima (temperatura, brzina punjenja/pražnjenja, konačni napon, stanje starenja itd.). Analiziranje vrijednosti pokazatelja bez uzimanja u obzir ovih testnih uvjeta besmisleno je. U stvarnim primjenama, ukupne performanse baterije često su rezultat kompromisa između tih pokazatelja.