Grondslagen van Batterijprestaties: Kernparameters en Hun Wisselwerking

Batterijcapaciteit (mAh): een maat voor batterijvermogen

1. Definitie en Essentie

Batterijcapaciteit wordt uitgedrukt in milliampère-uur (mAh), wat het product is van stroom (milliampère, mA) en tijd (uren, h). Bijvoorbeeld, een batterij van 1000 mAh betekent:

Ontladen met 1000 mA (1 A) kan 1 uur duren;

Ontladen met 500 mA kan 2 uur duren.

Eigenlijk: mAh meet de totale hoeveelheid lading die een batterij kan opslaan, zonder rekening te houden met de spanning, vergelijkbaar met de "watercapaciteit" van een emmer.

2. Algemene Misvatting: Hoge mAh ≠ Lange Batterijlevensduur

Misvatting: Denken dat een batterij van 5000 mAh zeker langer meegaat dan een van 3000 mAh.

De waarheid: De levensduur van een batterij wordt bepaald door energie (Wh), niet alleen door capaciteit.

 

Energiedichtheid (Wh/kg): de kernindicator van draagbaarheid

1. Definitie en betekenis

Energiedichtheid verwijst naar de hoeveelheid energie die wordt opgeslagen per eenheidsgewicht van een batterij (Wh/kg), en is een belangrijke parameter voor het meten van een batterij's "vermogen tot vermagering":

Volumetrische energiedichtheid (Wh/l): beïnvloedt de dikte van apparaten (zoals mobiele telefoonbatterijen);

Massa-energiedichtheid (Wh/kg): bepaalt de verlichting van apparatuur (zoals het bereik van elektrische voertuigen).

2. Vergelijking van energiedichtheid tussen verschillende technologische routes.

Batterijtype	Massa-energiedichtheid (Wh/kg)	Typische toepassingen
Loodzuurbatterij	50-70	Startbatterij voor elektrische voertuigen
Lithium-ijzerfosfaatbatterij	140-200	Energieslagstations, vrachtwagens
Ternary lithium batterij	250-350	Elektrische voertuigen, high-end mobiele telefoons
Vaste Lithiumbatterij	350-500 (in ontwikkeling)	Volgende generatie elektrische voertuigen en drones

3. Het tweeledig zwaard van energiedichtheid

Voordelen: Wanneer de energiedichtheid van lithiumbatterijen met drie componenten 300Wh/kg bereikt, kan de actieradius van elektrische voertuigen meer dan 600km bedragen;

Uitdaging: Voor elke 10% toename van de energiedichtheid stijgt het risico op thermische doorlopende reactie met 15%, wat een complexer temperatuurregelsysteem vereist.

 

Laad- en ontlaadcurven: het "hartfilmpje" van de batterijprestaties

1. De elektrochemische code achter de curve

De laad- en ontlaadcurve geeft de wet weer van veranderende batterijspanning met vermogen, met typische kenmerken:

Laadtruc:

Constante stroomladen (spanning stijgt snel);

Constante spanningsladen (stroom neemt geleidelijk af, spanning bereikt een plateau).

Ontlaadtruc:

De spanning daalt eerst snel, komt in een stabiel plateau stadium en daalt uiteindelijk scherp tot de afsnijspanning.

 

2. Sleutelparameter-analyse

Spanningsplatform: Het bereik waarbinnen de spanning tijdens ontlading stabiel blijft. Hoe hoger en langer het platform, hoe beter de prestaties van de batterij.

Voorbeeld: het ontlaadplatform van een lithium-ijzerfosfaatbatterij is 3,2 V, en dat van een lithium-ion-batterij met drie stoffen is 3,7 V. Laatstgenoemde heeft een hogere energiedichtheid.

Polarisatieverschijnsel: De spanning daalt sneller bij ontlading met hoge stroom (bijvoorbeeld de spanning daalt 0,5 V lager bij 10C-ontlading dan bij 1C-ontlading) als gevolg van toegenomen inwendige weerstandsverliezen.

3. Relatie tussen de curve en gebruiksscenario's

Elektrische voertuigversnelling: vereist ontlading met hoge stroom (5-10C) en vereist een laag stijgvermogen van de curve (kleine spanningsfluctuatie);

Opslag van energie voor piekregulering: lange tijd ontladen met lage stroom (onder 0,5C), waarbij stabiliteit van het platform belangrijker is.

 

Cyclische levensduur: een timer voor de duurzaamheid van de batterij

1. Definitie en Normen

De cyclische levensduur verwijst naar het aantal volledige cycli van volledig opgeladen tot leeg (DOD=100%) en vervolgens volledig opgeladen, totdat de capaciteit is afgenomen tot 80% van de genoemde waarde.

Typische gegevens:

Lithiumbatterij met drie componenten: 1000 cycli (DOD=100%);

Lithium-ijzerfosfaatbatterij: 3000 cycli (DOD=100%);

Loodzuurbatterij: 500 cycli (DOD=80%).

2. De "vier vijanden" die de cyclische levensduur beïnvloeden

Overbelasting en ontlading: opladen boven 4,3V of ontladen onder 2,5V zal permanente schade toebrengen aan de elektrode-structuur;

Hoge temperatuur omgeving: opslag bij 60°C gedurende 1 maand, de levensduur wordt gehalveerd;

Opladen en ontladen met hoge stroom: 10C snel opladen vermindert het aantal cycli met 30% vergeleken met 0,5C snel opladen;

Langdurige opslag met volle lading: wanneer een lithiumbatterij een maand lang met volle lading wordt opgeslagen, neemt de capaciteit met 5% af.

3. De gouden regel voor het verlengen van de levensduur

Licht opladen en ontladen: houd de SOC tussen 20% en 80% voor dagelijks gebruik (bijvoorbeeld laad je telefoon op wanneer de batterij op 20% staat).

Vermijd hoge temperaturen: vermijd direct zonlicht bij het opladen van je elektrische voertuig. Wanneer de temperatuur binnen in de auto in de zomer boven de 60°C komt, neemt de levensduur van de batterij snel af.

Regelmatig volledig opladen en ontladen: voer elke 3 maanden een volledige laad- en ontlaadcycli uit en kalibreer het BMS-energiedisplay.

 

Het "koppelingseffect" van kernparameters

1. De afweging tussen energiedichtheid en levensduur

Ternaire lithiumbatterijen hebben een hoge energiedichtheid maar een korte levensduur, waardoor ze geschikt zijn voor elektrische voertuigen die een groter bereik vereisen.

Lithium-ijzerfosfaatbatterijen hebben een lange levensduur maar een lage energiedichtheid, waardoor ze geschikter zijn voor opslagcentrales (die frequente laad- en ontlaadcycli vereisen).

2. De wisselwerking tussen capaciteit en laad/ontlaadkarakteristiek

Batterijen met een hoge capaciteit (zoals 5000 mAh) hebben meestal een grotere inwendige weerstand, en het spanningsniveau daalt aanzienlijk tijdens ontlading met hoge stroom;

Bij dezelfde capaciteit hebben batterijen met een hoger spanningsniveau (zoals 3,7 V versus 3,2 V) meer energie, maar kunnen gepaard gaan met hogere polarisatieverliezen.