Osnove performansi baterija: Osnovni parametri i njihove interakcije

Kapacitet baterije (mAh): mera snage baterije

1. Definicija i suština

Kapacitet baterije izražava se u miliamperima na sat (mAh), što je proizvod struje (miliamperi, mA) i vremena (sati, h). Na primer, baterija od 1000 mAh znači:

Pražnjenje na 1000 mA (1 A) može trajati 1 sat;

Pražnjenje na 500 mA može trajati 2 sata.

U suštini: mAh meri ukupnu količinu naelektrisanja koje baterija može da sačuva, nezavisno od napona, slično kao "zapremina vode" u kanti.

2. Uobičajeno pogrešno shvatanje: Visok mAh ≠ Duži vek trajanja baterije

Pogrešno shvatanje: Verovanje da će baterija od 5000 mAh sigurno duže trajati od baterije od 3000 mAh.

Činjenica: Vek trajanja baterije određuje energija (Wh), a ne samo kapacitet.

 

Gustina energije (Wh/kg): ključni indikator prenosivosti

1. Definicija i značaj

Gustina energije odnosi se na količinu energije skladištenu po jedinici mase baterije (Wh/kg) i predstavlja ključni parametar za merenje sposobnosti baterije da se „smanjuje u veličini":

Volumna gustina energije (Wh/L): utiče na debljinu uređaja (npr. baterije mobilnih telefona);

Masena gustina energije (Wh/kg): određuje olakšavanje opreme (npr. domet električnih vozila).

2. Upoređenje gustine energije u različitim tehnološkim pravcima.

Tip baterije	Masena gustina energije (Wh/kg)	Tipične Aplikacije
Olovna baterija	50-70	Startna baterija za električna vozila
Baterija od litij-ferez-fosfat	140-200	Електране за складиштење енергије, комерцијална возила
Terarni litijum baterija	250-350	Електромобили, висок класа мобилни телефони
Чврста литијумска батерија	350-500(у развоју)	Електромобили и дронови нове генерације

3. Нож са два оштрица – густина енергије

Предности: Када густина енергије литијум-јонских батерија достигне 300Wh/kg, домет електромобила може премашити 600km;

Изазов: За сваких 10% повећања густине енергије, ризик топлотног прегревања се повећава за 15%, што захтева сложенији систем контроле температуре.

 

Криве пуњења и празнjenja: „електрокардиограм“ перформанси батерије

1. Електрохемијски код иза криве

Кривина пуњења и испуштања одражава закон промене напона батерије у складу са енергијом, са типичним карактеристикама:

Фаза пуњења:

Пуњење константном струјом (напон се брзо повећава);

Пуњење константним напоном (струја постепено опада, напон остаје константан).

Фаза испуштања:

Напон прво брзо пада, улази у стабилну фазу платоа и на крају резко пада до нивоа напона искључења.

 

2. Анализа кључних параметара

Плато напона: Опсег у коме напон остаје стабилан током испуштања. Што је плато виши и дужи, боље су перформансе батерије.

На пример: плато испуштања ферум-фосфатне литијумске батерије је 3,2 V, док је код тернарне литијумске батерије 3,7 V, при чему друга има већу енергију.

Феномен поляризације: Напон брже пада током испуштања великим струјама (нпр. напон пада за 0,5 V нижи током 10C испуштања него током 1C испуштања) услед повећаних губитака услед унутрашњег отпора.

3. Odnos između krive i scenarija upotrebe

Ubrzanje električnog vozila: zahteva visokonaponsko pražnjenje (5-10C), i zahteva platformu sa niskim nagibom krive (mala fluktuacija napona);

Akuumulacija energije za regulaciju vrhova: dugo vreme pražnjenja slabom strujom (ispod 0,5C), stabilnost platforme je važnija.

 

Trajanje ciklusa: Tajmer za trajnost baterije

1. Definicija i standardi

Trajanje ciklusa odnosi se na broj potpunih ciklusa od punjenja do praznjenja (DOD=100%) i zatim ponovnog punjenja, sve dok kapacitet ne opadne na 80% nazivne vrednosti.

Tipični podaci:

Baterija sa ternarnim litijumom: 1000 ciklusa (DOD=100%);

Litiјum-fosfatna baterija: 3000 ciklusa (DOD=100%);

Olovna baterija: 500 ciklusa (DOD=80%).

2. Четири килера која утичу на трајање циклуса

Претерано пуњење и испражњавање: пуњење преко 4,3 V или испражњавање испод 2,5 V ће изазвати трајна оштећења структуре електрода;

Висока температура: чување на 60°C током 1 месец, трајање циклуса се скраћује за 50%;

Пуњење и испражњавање великим струјама: брзо пуњење од 10C смањује број циклуса за 30% у поређењу са брзим пуњењем од 0,5C;

Дуготрајно чување у пуно пуњеном стању: када се литијумска батерија чува пуно пуњена током једног месеца, капацитет опада за 5%.

3. Златно правило за продужење трајања

Површинско пуњење и испражњавање: за свакодневну употребу одржавајте SOC између 20% и 80% (нпр. пуните телефон када батерија достиже 20%).

Избегавајте високе температуре: избегавајте директну сунчеву светлост док се електромобил пуни. Када температура у аутомобилу премаши 60°C лети, трајање батерије брзо опада.

Редовно пуно пуњење и испражњавање: свака 3 месеца извршите пуно пуњење и испражњавање и калибрацију приказа напајања BMS-а.

 

"Ефекат повезивања" кључних параметара

1. Компромис између густине енергије и трајања циклуса

Батерије од тернарног литијума имају високу густину енергије али кратко трајanje циклуса, што их чини погодним за електромобиле којима је потребан већи дomet вожње.

Батерије литијум-гвожђе-фосфата имају дугачко трајање циклуса али ниску густину енергије, па су погодније за електране за складиштење енергије (које захтевају често пуњење и празњење).

2. Мeђусобни однос између капацитета и криве пуњења/празнења

Батерије великог капацитета (нпр. 5000 mAh) обично имају већу унутрашњу отпорност, а платформа напона значајно пада током празнења великим струјом;

При истом капацитету, батерије са вишом платформом напона (нпр. 3,7 V у односу на 3,2 V) имају вишу енергију, али могу бити праћене већим губицима услед поляризације.