หลักการพื้นฐานเกี่ยวกับสมรรถนะของแบตเตอรี่: พารามิเตอร์หลักและปฏิสัมพันธ์ระหว่างกัน

ความจุแบตเตอรี่ (mAh): ค่าที่ใช้วัดกำลังไฟของแบตเตอรี่

1. นิยามและความหมาย

ความจุของแบตเตอรี่จะแสดงเป็นหน่วยมิลลิแอมป์-ชั่วโมง (mAh) ซึ่งคำนวณจากค่ากระแสไฟฟ้า (มิลลิแอมป์, mA) คูณกับเวลา (ชั่วโมง, h) ตัวอย่างเช่น แบตเตอรี่ 1000mAh หมายความว่า:

สามารถคายประจุที่กระแส 1000mA (1A) ได้เป็นเวลา 1 ชั่วโมง;

สามารถคายประจุที่กระแส 500mA ได้เป็นเวลา 2 ชั่วโมง

โดยหลักการ: mAh คือการวัดปริมาณประจุไฟฟ้าทั้งหมดที่แบตเตอรี่สามารถกักเก็บไว้ได้ โดยไม่คำนึงถึงแรงดันไฟฟ้า เปรียบเสมือน "ความจุในการกักเก็บน้ำ" ของถัง

2. ความเข้าใจผิดที่พบบ่อย: mAh สูง ≠ อายุการใช้งานยาวนาน

ความเข้าใจผิด: เชื่อว่าแบตเตอรี่ 5000mAh จะต้องใช้งานได้นานกว่าแบตเตอรี่ 3000mAh เสมอ

ความจริง: อายุการใช้งานของแบตเตอรี่ถูกกำหนดโดยพลังงาน (Wh) ไม่ใช่แค่ความจุเพียงอย่างเดียว

 

ความหนาแน่นพลังงาน (Wh/กก.): ตัวชี้วัดหลักสำหรับการพกพา

1. นิยามและความสำคัญ

ความหนาแน่นพลังงาน หมายถึง ปริมาณพลังงานที่เก็บไว้ในแบตเตอรี่ต่อหน่วยน้ำหนัก (Wh/กก.) ซึ่งเป็นพารามิเตอร์สำคัญในการวัดความสามารถในการ "ลดน้ำหนัก" ของแบตเตอรี่

ความหนาแน่นพลังงานเชิงปริมาตร (Wh/ลิตร): ส่งผลต่อความบางของอุปกรณ์ (เช่น แบตเตอรี่โทรศัพท์มือถือ)

ความหนาแน่นพลังงานตามมวล (Wh/กก.): กำหนดความเบาของอุปกรณ์ (เช่น ระยะการวิ่งของรถยนต์ไฟฟ้า)

2. การเปรียบเทียบความหนาแน่นพลังงานในเทคโนโลยีที่แตกต่างกัน

ประเภทแบตเตอรี่	ความหนาแน่นพลังงานตามมวล (Wh/กก.)	การใช้งานทั่วไป
แบตเตอรี่กรด-ตะกั่ว	50-70	แบตเตอรี่สำหรับรถยนต์ไฟฟ้า
แบตเตอรี่ลิเธียมไอรอนฟอสเฟต	140-200	โรงไฟฟ้ากักเก็บพลังงาน ยานพาหนะเพื่อการพาณิชย์
แบตเตอรี่ลิเธียมเทอร์นารี	250-350	ยานพาหนะไฟฟ้า โทรศัพท์มือถือระดับสูง
แบตเตอรี่ลิเธียมโซลิด	350-500 (อยู่ระหว่างการพัฒนา)	ยานพาหนะไฟฟ้าและโดรนเจนเนอเรชันใหม่

3. ดาบสองคมของความหนาแน่นพลังงาน

ข้อดี: เมื่อความหนาแน่นพลังงานของแบตเตอรี่ลิเธียมแบบเทอร์นารีถึง 300Wh/kg ระยะทางวิ่งของยานพาหนะไฟฟ้าสามารถเกิน 600 กิโลเมตรได้

ความท้าทาย: สำหรับทุกการเพิ่มขึ้น 10% ของความหนาแน่นพลังงาน ความเสี่ยงของการเกิดปฏิกิริยาความร้อนเพิ่มขึ้น 15% จึงจำเป็นต้องมีระบบควบคุมอุณหภูมิที่ซับซ้อนมากยิ่งขึ้น

 

กราฟการชาร์จและปล่อยประจุ: "คลื่นไฟฟ้าหัวใจ" ที่บ่งบอกสมรรถนะของแบตเตอรี่

1. รหัสอิเล็กโทรเคมีที่ซ่อนอยู่เบื้องหลังกราฟ

กราฟการชาร์จและคายประจุสะท้อนถึงกฎการเปลี่ยนแปลงของแรงดันไฟฟ้าแบตเตอรี่ตามพลังงาน โดยมีลักษณะเด่นดังนี้

ขั้นตอนการชาร์จไฟ

การชาร์จไฟแบบกระแสคงที่ (แรงดันเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว)

การชาร์จไฟแบบแรงดันคงที่ (กระแสลดลงทีละน้อย แรงดันคงที่)

ขั้นตอนการคายประจุ

แรงดันเริ่มต้นลดลงอย่างรวดเร็ว จากนั้นเข้าสู่ช่วงแรงดันคงที่ และสุดท้ายลดลงอย่างรวดเร็วจนถึงแรงดันตัดขั้นต่ำ

 

2. การวิเคราะห์พารามิเตอร์หลัก

ระดับแรงดัน: ช่วงที่แรงดันคงที่ในระหว่างการคายประจุ ระดับแรงดันยิ่งสูงและยาวนาน แสดงถึงสมรรถนะแบตเตอรี่ที่ดีกว่า

ตัวอย่างเช่น ระดับแรงดันในการคายประจุของแบตเตอรี่ลิเธียมเฟอร์ริกฟอสเฟต (LFP) คือ 3.2V และระดับแรงดันของแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนชนิดเทอร์นารี (ternary lithium) คือ 3.7V ซึ่งหลังมีพลังงานสูงกว่า

ปรากฏการณ์โพลาไรเซชัน: แรงดันลดลงเร็วขึ้นเมื่อคายประจุที่กระแสสูง (เช่น แรงดันลดลง 0.5V เมื่อคายประจุที่ 10C เมื่อเทียบกับ 1C) เนื่องจากการสูญเสียภายในจากความต้านทานเพิ่มขึ้น

3. ความสัมพันธ์ระหว่างเส้นโค้งกับสถานการณ์การใช้งาน

การเร่งความเร็วของรถยนต์ไฟฟ้า: ต้องการการคายประจุที่กระแสสูง (5-10C) และต้องการแพลตฟอร์มเส้นโค้งที่ไม่ชัน (แรงดันไฟฟ้าเปลี่ยนแปลงน้อย);

การจัดเก็บพลังงานเพื่อปรับจุดสูงสุด: การคายประจุที่กระแสต่ำเป็นเวลานาน (ต่ำกว่า 0.5C) ความเสถียรของแพลตฟอร์มมีความสำคัญมากกว่า

 

อายุการใช้งานแบบชาร์จซ้ำ: เครื่องนับเวลาสำหรับความทนทานของแบตเตอรี่

1. นิยามและมาตรฐาน

อายุการใช้งานแบบชาร์จซ้ำ หมายถึงจำนวนรอบการชาร์จแบบเต็มจากเต็มจนว่างเปล่า (DOD=100%) จากนั้นชาร์จใหม่จนเต็ม จนกระทั่งความจุลดลงเหลือ 80% ของค่าที่กำหนดไว้

ข้อมูลทั่วไป:

แบตเตอรี่ลิเธียมเทอร์นารี: 1,000 รอบ (DOD=100%);

แบตเตอรี่ลิเธียมไอรอนฟอสเฟต: 3,000 รอบ (DOD=100%);

แบตเตอรี่กรด-ตะกั่ว: 500 รอบ (DOD=80%)

2. 4 ปัจจัยหลักที่ส่งผลต่ออายุการใช้งานแบบชาร์จซ้ำ

การชาร์จเกินและคายประจุเกิน: การชาร์จที่สูงกว่า 4.3V หรือคายประจุที่ต่ำกว่า 2.5V จะทำให้โครงสร้างอิเล็กโทรดเกิดความเสียหายถาวร

สภาพแวดล้อมอุณหภูมิสูง: การเก็บรักษาที่อุณหภูมิ 60℃ เป็นเวลา 1 เดือน อายุการใช้งานแบบไซเคิลจะลดลง 50%

การชาร์จและคายประจุที่กระแสสูง: การชาร์จเร็วที่ 10C ทำให้อายุการใช้งานแบบไซเคิลลดลง 30% เมื่อเทียบกับการชาร์จเร็วที่ 0.5C

การเก็บรักษาไว้เป็นเวลานานขณะชาร์จเต็ม: เมื่อเก็บรักษาแบตเตอรี่ลิเธียมไว้ขณะชาร์จเต็มเป็นเวลา 1 เดือน ความจุจะลดลง 5%

3. กฎทองคำในการยืดอายุการใช้งาน

ชาร์จและคายประจุแบบตื้น: รักษาระดับ SOC ไว้ระหว่าง 20% ถึง 80% สำหรับการใช้งานประจำวัน (เช่น ชาร์จโทรศัพท์มือถือเมื่อแบตเตอรี่อยู่ที่ 20%)

หลีกเลี่ยงอุณหภูมิสูง: หลีกเลี่ยงการตากแดดโดยตรงขณะชาร์จรถยนต์ไฟฟ้า เมื่ออุณหภูมิภายในรถสูงกว่า 60°C ในช่วงฤดูร้อน อายุการใช้งานของแบตเตอรี่จะลดลงอย่างรวดเร็ว

การชาร์จและคายประจุแบบลึกเป็นประจำ: ทำการชาร์จเต็มจนถึงระดับคายประจุหมดทุก 3 เดือน และปรับเทียบการแสดงผลพลังงานของระบบ BMS

 

"ปรากฏการณ์ปฏิกิริยาลูกโซ่" ของพารามิเตอร์หลัก

1. ข้อแลกเปลี่ยนระหว่างความหนาแน่นพลังงานและอายุการใช้งานแบบไซคล์

แบตเตอรี่ลิเทียมเทอร์นารีมีความหนาแน่นพลังงานสูงแต่มีอายุการใช้งานแบบไซคล์สั้น ทำให้เหมาะกับยานยนต์ไฟฟ้าที่ต้องการระยะทางการขับขี่ที่ไกล

แบตเตอรี่ลิเทียมเฟอร์ริกฟอสเฟตมีอายุการใช้งานแบบไซคล์ยาวนานแต่มีความหนาแน่นพลังงานต่ำ จึงเหมาะสำหรับสถานีไฟฟ้าสำรองพลังงาน (ซึ่งต้องการการชาร์จและคายประจุบ่อยครั้ง)

2. ปฏิสัมพันธ์ระหว่างความจุกับเส้นโค้งการชาร์จ/คายประจุ

แบตเตอรี่ที่มีความจุสูง (เช่น 5000 mAh) โดยปกติจะมีความต้านทานภายในมากกว่า และแรงดันแพลตฟอร์มลดลงอย่างชัดเจนมากขึ้นในขณะคายประจุที่กระแสสูง

ในความจุเท่ากัน แบตเตอรี่ที่มีแรงดันแพลตฟอร์มสูงกว่า (เช่น 3.7V เทียบกับ 3.2V) จะให้พลังงานสูงกว่า แต่อาจมีการสูญเสียจากโพลาไรเซชันสูงขึ้นตามไปด้วย