Ako posúdiť batériu: Kompletný sprievodca metrikami výkonu Li-ion

Lítium-iontové batérie sa stále viac používajú vďaka svojim vynikajúcim výkonovým charakteristikám. Na vyhodnotenie výkonu batérie je potrebné komplexne zvážiť viacero aspektov, pričom najdôležitejšie ukazovatele sú nasledovné:

(1) Kapacita. Kapacita je jednou zo základných vlastností batérie. Predstavuje množstvo elektriny, ktoré batéria dokáže vybaviť. Kapacita batérie označuje množstvo elektriny, ktoré je možné z batérie získať pri určitých podmienkach nabíjania a vybíjania (systém nabíjania a vybíjania, nabíjacie a vybíjacie prúdy, napätie vypnutia nabíjania a vybíjania, okolité teplotné podmienky). Je to integrál prúdu v čase a zvyčajne sa vyjadruje v ampérhodinách (Ah) alebo milampérhodinách (mAh). mAh sa bežne používa pre batérie mobilných telefónov a Ah sa bežne používa pre batérie elektromobilov. Priamo odráža, koľko elektriny batéria dokáže uložiť a priamo ovplyvňuje maximálny prevádzkový prúd a prevádzkový čas batérie.

(2) Hustota energie. Tým sa rozumie množstvo energie, ktoré môže batéria uchovávať na jednotku hmotnosti alebo objemu. Zvyčajne sa udáva ako hmotnostná energetická hustota ( watty-hodiny na kilogram , Wh/kg) alebo objemová energetická hustota ( watty-hodiny na liter , Wh/l) . Vysoká energetická hustota znamená, že batéria môže uchovávať viac energie pri rovnakom objeme alebo hmotnosti.

(3) Vybíjacie charakteristiky a vnútorný odpor. Vybíjacie charakteristiky batérie sa týkajú stability prevádzkového napätia, výšky napäťovej platformy a výkonu batérie pri vybíjaní vysokým prúdom pri určitom vybíjacom systéme. Indikujú schopnosť batérie prenášať záťaž. Vnútorný odpor batérie zahŕňa ohmický vnútorný odpor a elektrochemický odpor. Pri vybíjaní vysokým prúdom je vplyv vnútorného odporu na vybíjacie charakteristiky obzvlášť zrejmý.

(4) Teplotné charakteristiky a rozsah prevádzkovej teploty. Pracovné prostredie a podmienky použitia elektrického zariadenia vyžadujú, aby batéria mala dobré vlastnosti v určitom teplotnom rozsahu. Súčasný prevádzkový teplotný rozsah lítiových batérií je zvyčajne medzi -30 ~ +55 ℃.

Vysokoteplotné vlastnosti: Vysoké teploty zvyčajne urýchľujú chemické reakcie a môžu krátkodobo zvýšiť výkon, ale môžu výrazne urýchliť starnutie, skrátiť životnosť a zvýšiť riziko bezpečnosti (termálna dekompenzácia).

Nízkoteplotné vlastnosti: Pri nízkych teplotách klesá vodivosť elektrolytu a reakčná kinetika sa spomaľuje, čo má za následok prudké zvýšenie vnútorného odporu a výrazné zníženie dostupnej kapacity a výkonu (napr. vypnutie mobilných telefónov na chladnom vonku a znížený dojazd elektrických vozidiel).

(5) Uchovávacie vlastnosti. Po určitej dobe skladovania sa v dôsledku určitých faktorov môže výkon batérie zmeniť, čo môže viesť k samovybíjaniu batérie, úniku elektrolytu, skratu batérie atď.

6) Cyklový výkon. Životnosť v cykloch sa vzťahuje na počet cyklov, ktoré sekundárna batéria vydrží po nabití a vybití podľa určitého harmonogramu, kým sa jej výkon nezhorší na určitú úroveň (zvyčajne 80 % kapacity ). Hlavný vplyv má na odolnosť a životnosť batérie. Čím je väčšia životnosť v cykloch, tým je batéria odolnejšia, častejšia výmena je menej potrebná a celkové náklady na vlastníctvo sú nižšie. Počas používania batérie môžu hlboké nabíjanie a vybíjanie, rýchle nabíjanie a vybíjanie, vysoké /nízke teploty, prebitie a prehĺbené vybitie a iné faktory výrazne skrátiť životnosť batérie v cykloch.

(7) Výkon pri nabíjaní a vybíjaní. Toto hlavne popisuje pomer prúdu pri nabíjaní a vybíjaní batérie ku jej kapacite. 1C predstavuje prúd potrebný na vybíjanie plne nabitej batérie v jednej hodine (prúd (A) = objem (Ah) ). Jej významom je merať schopnosť batérie odolávať vysokoprúdovému nabíjaniu a vybíjaniu. Napríklad, 5AH batéria:

0.5c vybíjanie = 2,5 A vybíjacieho prúdu.

2C vybíjanie = 10 A vybíjacieho prúdu.

0.5c nabíjanie = 2,5 A nabíjacieho prúdu.

Schopnosť vysokorýchlostného nabíjania a vybíjania je základom pre dosiahnutie rýchlonabíjania a spĺňanie vysokých výkonových požiadaviek, avšak vysokorýchlostné nabíjanie a vybíjanie zvyčajne znižuje skutočne dostupnú kapacitu a ovplyvňuje životnosť.

(8) Účinnosť. Coulombova účinnosť : Pomer náboja uvoľneného počas vybíjania ( Ah ) k náboju dodanému počas nabíjania ( Ah ). Toto odráža stratu náboja spôsobenú postrannými reakciami (ako je vývoj plynu) počas procesu nabíjania a vybíjania, pričom ideálna hodnota je 100% . Energetická účinnosť : Pomer energie uvoľnenej počas vybíjania ( Wh ) k energii dodanej počas nabíjania ( Wh ). Táto hodnota kombinuje coulombovú účinnosť a napäťovú účinnosť (rozdiel v napätí počas nabíjania a vybíjania spôsobený vnútorným odporom), pričom ideálna hodnota je 100% .

Čím vyššia je účinnosť, tým menej energie sa premieňa na odpad, tým ekonomičnejšie je nabíjanie a tým menej tepla sa generuje.

(9) Bezpečnostné vlastnosti. Tým sa hlavne myslí bezpečnostný výkon batérie za normálneho používania a v prípade zneužitia. Podmienky zneužitia zahŕňajú hlavne prebitie, nadmerné vybíjanie, skrat, pád, zahriatie, prepichnutie, stlačenie, náraz, vibrácie, ponorenie do morskej vody, nízky tlak, vysokú teplotu atď. Kvalita odolnosti proti zneužitiu je hlavnou podmienkou, ktorá rozhoduje o tom, či sa batérie budú môcť široko používať. Batérie s nedostatočnou bezpečnosťou trh neakceptuje.

Pri hodnotení a porovnávaní batérií je dôležité všímať si, že tieto ukazovatele sa merajú za konkrétnych testovacích podmienok (teplota, rýchlosť nabíjania/vybíjania, koncové napätie, stav starnutia atď.). Analýza hodnôt ukazovateľov bez zohľadnenia týchto testovacích podmienok je bezcenná. V skutočných aplikáciách je celkový výkon batérie často výsledkom kompromisu medzi týmito ukazovateľmi.