יסודות ביצועי סוללות: פרמטרים מרכזיים והשפעתם האחת על השנייה

קיבולת הסוללה (מ"אש): מדד לכוח הסוללה

1. הגדרה ותמצית

קיבולת סוללה מבוטאת במיליאמפר-שעה (מ"אש), שהיא מכפלת הזרם (במיליאמפר, מ"א) בזמן (בשעות, שעה). לדוגמה, סוללה של 1000 מ"אש פירושה:

פריקה ב-1000 מ"א (1 אמפר) נמשכת שעה אחת;

פריקה ב-500 מ"א נמשכת שעתיים.

בעיקרון: מ"אש מודדת את סך כמות המטען שהסוללה יכולה לאחסן, ללא התייחסות למתח, דומה ל"קיבולת המים" של דלי.

2. טעות נפוצה: מ"אש גבוה ≠ חיי סוללה ארוכים יותר

טעות נפוצה: להניח שסוללה של 5000 מ"אש תחזיק בוודאות יותר מאשר סוללה של 3000 מ"אש.

האמת: חיי הסוללה נקבעים לפי האנרגיה (וואט-שעה), לא רק לפי הקיבולת.

 

צפיפות אנרגיה (ווט-שעה/ק"ג): האינדיקטור המרכזי לנשיאה

1. הגדרה ומשמעות

צפיפות אנרגיה מתייחסת לכמות האנרגיה האגורת במשקל מסוים של סוללה (ווט-שעה/ק"ג), והיא פרמטר מפתח למדידת היכולת של הסוללה ל"לרדת במשקל":

צפיפות אנרגיה נפחית (ווט-שעה/ליטר): משפיעה על עובי המכשיר (כגון סוללות טלפונים ניידים);

צפיפות אנרגיה מסית (ווט-שעה/ק"ג): קובעת עד כמה הציוד קליל (כגון טווח הנסיעה ברכב חשמלי).

2. השוואת צפיפות אנרגיה בין טכנולוגיות שונות.

סוג סוללה	צפיפות אנרגיה מסית (ווט-שעה/ק"ג)	ת Peblications טיפוסיות
סוללת עופרת-חמצית	50-70	סוללת הפעלה לרכב חשמלי
סוללת ברזל ליתיום פוספט	140-200	תחנות כוח לאגירת אנרגיה, כלי רכב מסחריים
סוללת ליתיום טרינרית	250-350	כלי רכב חשמליים, טלפונים ניידים מתקדמים
סוללת ליתיום מוצק	350-500 (בפיתוח)	דור הבא של כלי רכב חשמליים וронנות

3. החנית הכפולה של צפיפות האנרגיה

יתרונות: כאשר צפיפות האנרגיה של סוללות הליתיום טרנריות מגיעה ל-300Wh/ק"ג, טווח הנסיעה של כלי הרכב החשמליים יכול לעלות על 600 ק"מ;

אתגר: עבור כל עלייה של 10% ב плотות האנרגיה, סיכון לפריצת השריפה תרמית גדל ב-15%, מה שדורש מערכת שליטה בטמפרטורה מורכבת יותר.

 

עקומות טעינה ופריקה: ה-"אלקטרוקרדיוגרם" של ביצועי הסוללה

1. הקוד האלקטרוכימי שמאחורי העקומה

עקומת הטעינה והפריקה מצקפת את חוק שינוי מתח הסוללה בהתאם לכוח, עם תכונות טיפוסיות:

שלב טעינה:

טעינה בזרם קבוע (המתח עולה במהירות);

טעינה במתח קבוע (הזרם יורד בהדרגה, המתח מגיע לרמה קבועה).

שלב פריקה:

המתח יורד תחילה במהירות, נכנס לתקופה יציבה של רמה קבועה, ובסוף יורד בכוח עד למתח הקטע.

 

2. ניתוח פרמטרים מרכזיים

פלטפורמה של מתח: התחום שבו המתח נשאר יציב במהלך הפריקה. quanto higher and longer the platform, the better the battery performance.

לדוגמה: פלטפורמת הפריקה של סוללת ליתיום ברזל פוספט היא 3.2V, ופלטפורמת הפריקה של סוללת ליתיום טרנרית היא 3.7V, ולאחרונה יש אנרגיה גבוהה יותר.

תופעת הקיטוב: המתח יורד מהר יותר במהלך פריקה בזרם גבוה (לדוגמה, המתח יורד 0.5V יותר במהלך פריקה של 10C בהשוואה לפריקה של 1C) עקב הפסדי התנגדות פנימית גדולים יותר.

3. היחס בין העקומה לבין תרחישי השימוש

תאוצה של רכב חשמלי: מחייב פריקה בתדר גבוה (5-10C), ומצריך עקומת פלטפורמה עם חדירה נמוכה ( תנודות מתח קטנות );

אחסון אנרגיה וpeak regulation: פריקה בתדר נמוך למשך זמן ממושך (מתחת ל-0.5C), חשובות יציבות הפלטפורמה.

 

מחזור חיים: טיימר למדידת עמידות הסוללה

1. הגדרה ותקנים

מחזור חיים מתייחס למספר המחזורים השלמים ממילוי מלא ועד ריקון מלא (DOD=100%) ואז מילוי מלא שוב, עד שהקיבולת דועכת ל-80% מהערך המצוין.

נתונים טיפוסיים:

סוללת ליתיום טרנרית: 1000 מחזורים (DOD=100%);

סוללת ליתיום ברזל פוספט: 3000 מחזורים (DOD=100%);

סוללת עופרת-חמצנית: 500 מחזורים (DOD=80%).

2. ארבעת ה"רוצחים" אשר משפיעים על מחזור החיים

טעינה ופריקה מוגזמות: טעינה מעל 4.3 וולט או פריקה מתחת ל-2.5 וולט תגרום לנזק קבוע למבנה האלקטרודה;

סביבה חמה במיוחד: אחסון ב-60 מעלות צלזיוס למשך חודש, מקצר את חיי המחזור ב-50%;

טעינה ופריקה בזרם גבוה: טעינה מהירה של 10C מקטינה את מספר המחזורים ב-30% בהשוואה לטעינה מהירה של 0.5C;

אחסון ממושך בטעינה מלאה: כשאוכסנת סוללת ליתיום בטעינה מלאה למשך חודש, הקיבולת יורדת ב-5%

3. כלל הזהב להארכת חיי הסוללה

טעינה ופריקה חלקות: שמרו על רמת SOC בין 20% ל-80% לשימוש יומיומי (לדוגמה, טענו את הטלפון שלכם כשהסוללה מגיעה ל-20%).

הימנעו מטמפרטורות גבוהות: הימנעו ממיקום בצל השמש הישירה בעת טעינת רכב חשמלי. כאשר הטמפרטורה ברכב עולה על 60 מעלות צלזיוס בקיץ, חיי הסוללה יפחתו במהירות.

טעינה ופריקה עמוקות באופן קבוע: השלימו טעינה מלאה ועד פריקה מלאה כל 3 חודשים ותקנו את תצוגת ההספק של מערכת הניהול של הסוללה (BMS).

 

האפקט של "תגובה מושרית" בין הפרמטרים המרכזיים

1. קרב הפיצוי בין צפיפות האנרגיה למחזור חיים

סוללות ליתיום טרנריות בעלות צפיפות אנרגיה גבוהה אך מחזור חיים קצר, מה שעושה אותן מתאימות לרכב חשמלי שדורש טווח נסיעה ארוך יותר.

סוללות ליתיום ברזל פוספט בעלות מחזור חיים ארוך אך צפיפות אנרגיה נמוכה, מה שעושה אותן מתאימות יותר לתחנות אגירת אנרגיה (אשר דורשות טעינה ופריקה תכופות).

2. האינטראקציה בין קיבולת לעקומות טעינה/פריקה

סוללות בעלי קיבולת גבוהה (כגון 5000mAh) לרוב בעלות התנגדות פנימית גבוהה יותר, ופלטת המתח שלהן ירידה באופן מובהק במהלך פריקה בזרם גבוה;

באותה קיבולת, סוללות עם פלטת מתח גבוהה יותר (כגון 3.7V לעומת 3.2V) בעלות אנרגיה גבוהה יותר, אך עשויות לבוא עם אובדן פולריזציה גבוה יותר.