Основы характеристик аккумуляторов: основные параметры и их взаимодействие

Емкость батареи (мА·ч): мера мощности батареи

1. Определение и суть

Емкость батареи выражается в миллиампер-часах (мА·ч), что является произведением тока (в миллиамперах, мА) и времени (в часах, ч). Например, батарея емкостью 1000 мА·ч означает:

Разряд при токе 1000 мА (1 А) может длиться 1 час;

Разряд при токе 500 мА может длиться 2 часа.

По сути: мА·ч измеряет общий объем заряда, который может хранить батарея, без учета напряжения, аналогично "объему воды" в ведре.

2. Распространенное заблуждение: Высокая емкость в мА·ч ≠ Долгий срок службы батареи

Заблуждение: Считать, что батарея емкостью 5000 мА·ч обязательно прослужит дольше, чем батарея емкостью 3000 мА·ч.

Правда: Срок службы батареи определяется энергией (Вт·ч), а не только емкостью.

 

Плотность энергии (Вт·ч/кг): ключевой показатель мобильности

1. Определение и значение

Плотность энергии означает количество энергии, запасаемой на единицу веса батареи (Вт·ч/кг), и является ключевым параметром для оценки "похудения" батареи:

Объемная плотность энергии (Вт·ч/л): влияет на толщину устройства (например, аккумуляторов для мобильных телефонов);

Массовая плотность энергии (Вт·ч/кг): определяет облегчение оборудования (например, запас хода электромобилей).

2. Сравнение плотности энергии для различных технологий.

Тип батареи	Массовая плотность энергии（Вт·ч/кг）	Типичные применения
Свинцово-кислотный аккумулятор	50-70	Стартерный аккумулятор для электромобилей
Литий-железо-фосфатный аккумулятор	140-200	Энергетические станции хранения, коммерческие транспортные средства
Трехкомпонентная литиевая батарея	250-350	Электромобили, высокотехнологичные мобильные телефоны
Твердый литиевый аккумулятор	350-500 (в разработке)	Электромобили и дроны нового поколения

3. Двухстороннее воздействие плотности энергии

Преимущества: когда плотность энергии литиевых батарей достигает 300 Вт·ч/кг, запас хода электромобилей может превышать 600 км;

Вызов: с каждым 10%-ным увеличением плотности энергии риск теплового неконтролируемого саморазогрева возрастает на 15%, что требует более сложной системы контроля температуры.

 

Кривые заряда и разряда: «электрокардиограмма» рабочих характеристик аккумулятора

1. Электрохимический код, стоящий за кривой

Кривая заряда и разряда отражает закон изменения напряжения аккумулятора в зависимости от мощности, с типичными характеристиками:

Этап зарядки:

Зарядка постоянным током (напряжение быстро повышается);

Зарядка при постоянном напряжении (ток постепенно уменьшается, напряжение выходит на плато).

Этап разряда:

Напряжение сначала быстро падает, входит в стабильный период плато, а затем резко снижается до отсечки напряжения.

 

2. Анализ ключевых параметров

Плато напряжения: Диапазон, в котором напряжение остается стабильным во время разряда. Чем выше и дольше плато, тем лучше производительность батареи.

Например: плато разряда фосфатно-железо-литиевого аккумулятора составляет 3,2 В, а у тройного литиевого аккумулятора — 3,7 В, последний обладает более высокой энергией.

Поляризационный эффект: Напряжение падает быстрее при разряде высоким током (например, при разряде 10C напряжение падает на 0,5 В ниже, чем при разряде 1C) из-за увеличения потерь внутреннего сопротивления.

3. Взаимосвязь между кривой и сценариями применения

Ускорение электромобиля: требуется высокий ток разряда (5-10C), а также требуется низкая крутость кривой платформы (небольшие колебания напряжения);

Аккумулирование энергии и регулирование пиковой нагрузки: длительный разряд при малом токе (ниже 0,5C), стабильность платформы имеет более важное значение.

 

Срок службы цикла: таймер для долговечности батареи

1. Определение и стандарты

Срок службы цикла указывает на количество полных циклов от полной зарядки до полной разрядки (DOD=100%) и затем снова полной зарядки, пока емкость не снизится до 80% от номинального значения.

Типичные данные:

Трехкомпонентная литиевая батарея: 1000 циклов (DOD=100%);

Литий-железо-фосфатная батарея: 3000 циклов (DOD=100%);

Свинцово-кислотный аккумулятор: 500 циклов (DOD=80%).

2. Четыре «главных врага», влияющих на срок службы цикла

Перезарядка и глубокий разряд: зарядка выше 4,3 В или разрядка ниже 2,5 В вызовут необратимое повреждение структуры электрода;

Высокая температура окружающей среды: хранение при температуре 60 °C в течение 1 месяца приводит к сокращению цикла жизни на 50%;

Зарядка и разрядка большим током: быстрая зарядка 10C уменьшает количество циклов на 30% по сравнению с быстрой зарядкой 0,5C;

Длительное хранение в полностью заряженном состоянии: когда литиевая батарея хранится в полностью заряженном состоянии в течение одного месяца, ёмкость уменьшается на 5%.

3. Золотое правило продления срока службы

Поверхностная зарядка и разрядка: для ежедневного использования поддерживайте уровень заряда (SOC) между 20% и 80% (например, заряжайте телефон, когда заряд батареи достигнет 20%).

Избегайте высоких температур: избегайте попадания прямых солнечных лучей при зарядке электромобиля. Когда температура внутри автомобиля превышает 60 °C летом, срок службы батареи быстро снижается.

Регулярная полная зарядка и разрядка: один раз в 3 месяца полностью зарядите и разрядите батарею для калибровки отображения мощности BMS.

 

«Эффект взаимосвязи» основных параметров

1. Компромисс между плотностью энергии и сроком службы циклов

Трехкомпонентные литиевые батареи обладают высокой плотностью энергии, но коротким сроком службы циклов, что делает их подходящими для электромобилей, которым требуется большая дальность поездки.

Литиевые железо-фосфатные батареи имеют длительный срок службы циклов, но низкую плотность энергии, что делает их более подходящими для стационарных энергохранилищ (которые требуют частой зарядки и разрядки).

2. Взаимодействие между емкостью и кривыми зарядки/разрядки

Батареи с высокой емкостью (например, 5000 мА·ч) обычно имеют большее внутреннее сопротивление, и платформа напряжения значительно падает во время разрядки высоким током;

При одинаковой емкости батареи с более высоким напряжением платформы (например, 3,7 В против 3,2 В) обладают более высокой плотностью энергии, но могут сопровождаться более высокими потерями на поляризацию.