Jak ocenić baterię: ostateczny przewodnik po parametrach wydajności baterii litowo-jonowych

Baterie litowo-jonowe są coraz częściej stosowane ze względu na doskonałą wydajność. Ocenę wydajności baterii należy przeprowadzać z kompleksowym podejściem z wielu wymiarów, najważniejsze wskaźniki to:

(1) Pojemność. Pojemność jest jedną z podstawowych cech baterii. Reprezentuje ilość energii elektrycznej, jaką bateria może dostarczyć. Pojemność baterii odnosi się do ilości energii elektrycznej, którą można uzyskać z baterii przy określonych warunkach ładowania i rozładowania (system ładowania i rozładowania, prąd ładowania i rozładowania, napięcie końcowe ładowania i rozładowania oraz temperatura otoczenia). Jest to całka prądu po czasie i jest zwykle wyrażana w amperogodzinach - Nie. lub miliamperogodzinach (mAh). mAh jest powszechnie stosowane w bateriach do telefonów komórkowych, a - Nie. jest powszechnie stosowane w bateriach do pojazdów elektrycznych. Bezpośrednio odzwierciedla, ile energii elektrycznej może przechować bateria i bezpośrednio wpływa na maksymalny prąd pracy baterii oraz czas jej działania.

(2) Gęstość energii. Odnosi się to do ilości energii, jaką akumulator może przechować na jednostkę masy lub objętości. Zwykle wyraża się to jako gęstość energii masowej ( watogodziny na kilogram , Wh/kg) lub gęstość energii objętościowej ( watogodziny na litr , Wh/L) . Wysoka gęstość energii oznacza, że akumulator może przechowywać więcej energii przy tej samej masie lub objętości.

(3) Charakterystyka rozładowania i opór wewnętrzny. Charakterystyka rozładowania akumulatora odnosi się do stabilności napięcia pracy, wysokości platformy napięciowej oraz właściwości rozładowania przy dużym prądzie akumulatora przy określonym systemie rozładowania. Wskazuje ona na zdolność akumulatora do przenoszenia obciążenia. Opór wewnętrzny akumulatora obejmuje omowy opór wewnętrzny oraz opór elektrochemiczny. Podczas rozładowania dużym prądem wpływ oporu wewnętrznego na charakterystykę rozładowania jest szczególnie wyraźny.

(4) Charakterystyka temperaturowa oraz zakres temperatur pracy. Środowisko pracy i warunki eksploatacji urządzeń elektrycznych wymagają, aby bateria wykazywała dobre parametry w określonym zakresie temperatur. Obecny zakres temperatur pracy baterii litowych mieści się zazwyczaj pomiędzy -30 ~ +55 ℃.

Właściwości w wysokiej temperaturze: Wysokie temperatury zazwyczaj przyśpieszają reakcje chemiczne i mogą krótkotrwale zwiększyć moc, jednak mogą również znacząco przyśpieszyć procesy starzenia, skrócić okres użytkowania oraz zwiększyć ryzyko bezpieczeństwa (termiczne niekontrolowane rozgrzewanie się).

Właściwości w niskiej temperaturze: W niskich temperaturach maleje przewodność elektrolitu, a kinetyka reakcji zwalnia, co prowadzi do gwałtownego wzrostu oporu wewnętrznego oraz znacznego spadku dostępnej pojemności i mocy (np. wyłączanie się telefonów komórkowych na zimnie czy zmniejszenie zasięgu pojazdów elektrycznych).

(5) Właściwości podczas przechowywania. Po okresie przechowywania parametry baterii mogą ulec zmianie z powodu pewnych czynników, co może prowadzić do autonarastającego rozładowania baterii, wycieku elektrolitu, zwarcia baterii itp.

6) Wydajność cykliczna. Żywotność cykliczna odnosi się do liczby cykli, które bateria wtórna może wykonać po naładowaniu i rozładowaniu zgodnie z określonym harmonogramem, aż do momentu, gdy jej parametry pogorszą się do określonego poziomu (zazwyczaj 80% pojemności ). Przede wszystkim wpływa ona na trwałość i czas eksploatacji baterii. Im dłuższa żywotność cykliczna, tym bateria jest bardziej trwała, wymaga rzadszej wymiany i zapewnia niższy całkowity koszt posiadania. W trakcie użytkowania baterii głębokie ładowanie i rozładowywanie, szybkie ładowanie i rozładowywanie, wysoka /niska temperatura, przeciążenie ładowania i rozładowania oraz inne czynniki mogą znacząco skrócić żywotność cykliczną baterii.

(7) Wydajność przy ładowaniu i rozładowywaniu. Głównie opisuje ona stosunek prądu ładowania i rozładowywania baterii do jej pojemności. 1c oznacza prąd niezbędny do rozładowania w pełni naładowanego akumulatora w ciągu jednej godziny (prąd (A) = pojemność - Nie. ). Jego znaczenie polega na pomiarze zdolności akumulatora do wytrzymywania dużych prądów ładowania i rozładowania. Na przykład, 5h bateria:

0,5c wypisać = 2,5 A prąd rozładowania.

rozładowanie 2C = 10 A prąd rozładowania.

0,5c ładowanie = 2,5 A prąd ładowania.

Możliwości szybkiego ładowania i rozładowania stanowią podstawę do osiągnięcia szybkiego ładowania i spełnienia wymagań dotyczących dużej mocy, jednak zazwyczaj powodują one zmniejszenie rzeczywistej pojemności dostępnej oraz wpływają na trwałość.

(8) Sprawność. Sprawność Coulomba : Stosunek ładunku wydzielonego podczas rozładowania ( - Nie. ) do ładunku wprowadzonego podczas ładowania ( - Nie. ). Odbija to straty ładunku wynikające z reakcji pobocznych (takich jak wydzielanie gazu) podczas procesu ładowania i rozładowania, przy czym wartość idealna wynosi 100% . Efektywność energetyczna : Stosunek energii wydzielonej podczas rozładowania ( WH ) do energii wprowadzonej podczas ładowania ( WH ). Obejmuje ona skuteczność ładunkową i napięciową (różnicę napięcia ładowania i rozładowania wynikającą z oporu wewnętrznego), przy czym wartość idealna wynosi 100% .

Im wyższa wydajność, tym mniej energii jest tracona, tym bardziej opłacalne jest ładowanie i powstaje mniej ciepła.

(9) Właściwości bezpieczeństwa. Dotyczy to głównie bezpieczeństwa działania akumulatora w warunkach normalnego użytkowania oraz nadużycia. Warunki nadużycia obejmują głównie przeciążenie, nadmierne rozładowanie, zwarcie, upadek, ogrzewanie, przebicie, ściskanie, uderzenie, wibracje, zanurzenie w wodzie morskiej, niskie ciśnienie, wysoką temperaturę itp. Jakość odporności na nadużycia jest podstawowym warunkiem decydującym o możliwości powszechnego stosowania akumulatora. Akumulatory o niewystarczającym poziomie bezpieczeństwa nie będą akceptowane na rynku.

Oceniając i porównując akumulatory, należy zwrócić uwagę, że wskaźniki te są mierzone w określonych warunkach testowych (temperatura, prąd ładowania/rozładowania, napięcie końcowe, stan starzenia itp.). Analizowanie wartości wskaźników bez uwzględnienia tych warunków testowych jest bezcelowa. W praktyce całkowita wydajność akumulatora jest często wynikiem kompromisu pomiędzy tymi wskaźnikami.