วิธีการประเมินแบตเตอรี่: คู่มือครบเครื่องเรื่องมาตรฐานการทำงานของแบตเตอรี่ลิเธียม-ไอออน

แบตเตอรี่ลิเธียม-ไอออนถูกนำมาใช้มากขึ้นเรื่อยๆ เนื่องจากมีสมรรถนะที่ยอดเยี่ยม การประเมินประสิทธิภาพของแบตเตอรี่จำเป็นต้องพิจารณาอย่างรอบด้านจากหลายมิติ โดยตัวชี้วัดที่สำคัญที่สุดมีดังนี้

(1) ความจุ ความจุเป็นหนึ่งในคุณสมบัติพื้นฐานของแบตเตอรี่ ซึ่งแสดงถึงปริมาณไฟฟ้าที่แบตเตอรี่สามารถคายประจุได้ ความจุของแบตเตอรี่หมายถึงปริมาณไฟฟ้าที่สามารถดึงออกมาจากแบตเตอรี่ภายใต้เงื่อนไขการชาร์จและคายประจุที่กำหนด (ระบบที่ใช้ในการชาร์จและคายประจุ กระแสไฟฟ้าในการชาร์จและคายประจุ แรงดันไฟฟ้าสูงสุดและต่ำสุดของการชาร์จและคายประจุ อุณหภูมิของสภาพแวดล้อม) เป็นผลรวมของกระแสไฟฟ้าในช่วงเวลาหนึ่ง และมักแสดงในหน่วยแอมแปร์-ชั่วโมง (ah) หรือมิลลิแอมแปร์-ชั่วโมง (mAh) มิลลิแอมแปร์-ชั่วโมง นิยมใช้กับแบตเตอรี่โทรศัพท์มือถือ และ อ่า นิยมใช้กับแบตเตอรี่รถยนต์ไฟฟ้า โดยตรงกับปริมาณไฟฟ้าที่แบตเตอรี่สามารถเก็บประจุได้ และส่งผลโดยตรงต่อกระแสไฟฟ้าสูงสุดที่แบตเตอรี่สามารถใช้งานได้และระยะเวลาการใช้งาน

(2) ความหนาแน่นพลังงาน หมายถึงปริมาณพลังงานที่แบตเตอรี่สามารถเก็บได้ต่อหน่วยมวลหรือปริมาตร โดยทั่วไปจะแสดงเป็นความหนาแน่นพลังงานตามมวล ( วัตต์-ชั่วโมงต่อกิโลกรัม , วัตต์-ชั่วโมง/กิโลกรัม (Wh/kg) หรือความหนาแน่นพลังงานตามปริมาตร ( วัตต์-ชั่วโมงต่อลิตร , วัตต์-ชั่วโมง/ลิตร (Wh/L) ความหนาแน่นพลังงานสูงหมายความว่าแบตเตอรี่สามารถเก็บพลังงานได้มากขึ้นในน้ำหนักหรือปริมาตรเท่าเดิม

(3) คุณสมบัติการคายประจุและแรงต้านภายใน คุณสมบัติการคายประจุของแบตเตอรี่ หมายถึง ความเสถียรของแรงดันไฟฟ้าขณะใช้งาน ระดับแรงดันไฟฟ้า และสมรรถนะการคายประจุที่กระแสสูงของแบตเตอรี่ภายใต้ระบบการคายประจุที่กำหนด มันแสดงถึงความสามารถในการรับภาระของแบตเตอรี่ แรงต้านภายในของแบตเตอรี่ประกอบด้วยแรงต้านเชิงโอห์มและแรงต้านทางเคมีไฟฟ้า เมื่อทำการคายประจุที่กระแสไฟฟ้าสูง ผลกระทบของแรงต้านภายในต่อคุณสมบัติการคายประจุจะเห็นได้ชัดเจนเป็นพิเศษ

(4) คุณสมบัติอุณหภูมิและช่วงอุณหภูมิการใช้งาน สภาพแวดล้อมในการทำงานและเงื่อนไขการใช้งานของอุปกรณ์ไฟฟ้ากำหนดให้แบตเตอรี่ต้องมีสมรรถนะที่ดีภายในช่วงอุณหภูมิที่เฉพาะเจาะจง โดยช่วงอุณหภูมิในการทำงานปัจจุบันของแบตเตอรี่ลิเธียมทั่วไปอยู่ระหว่าง -30 ~ +55 ℃.

สมรรถนะภายใต้อุณหภูมิสูง: อุณหภูมิที่สูงโดยทั่วไปจะเร่งปฏิกิริยาเคมี และอาจเพิ่มกำลังไฟในระยะสั้น แต่อาจเร่งการเสื่อมสภาพอย่างรุนแรง ทำให้อายุการใช้งานสั้นลง และเพิ่มความเสี่ยงด้านความปลอดภัย (การเผาไหม้จากความร้อนเกินควบคุม)

สมรรถนะภายใต้อุณหภูมิต่ำ: ในอุณหภูมิต่ำ การนำไฟฟ้าของอิเล็กโทรไลต์จะลดลง และปฏิกิริยาทางเคมีจะช้าลง ส่งผลให้ความต้านทานภายในเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว และความสามารถในการจ่ายไฟรวมถึงพลังงานที่ใช้งานได้ลดลงอย่างมาก (เช่น โทรศัพท์มือถือปิดเครื่องเมื่ออยู่ในที่ที่อากาศหนาวจัด หรือรถยนต์ไฟฟ้ามีระยะทางการวิ่งลดลง)

(5) สมรรถนะในการเก็บรักษา หลังจากที่แบตเตอรี่ถูกเก็บรักษาไว้เป็นระยะเวลาหนึ่ง สมรรถนะของแบตเตอรี่อาจเปลี่ยนแปลงไปจากปัจจัยบางอย่าง ทำให้เกิดปรากฏการณ์การคายประจุเอง การรั่วของอิเล็กโทรไลต์ วงจรสั้นในแบตเตอรี่ เป็นต้น

6) สมรรถนะการใช้งานแบบซ้ำ (Cycle performance) อายุการใช้งานแบบซ้ำ (Cycle life) หมายถึงจำนวนรอบที่แบตเตอรี่รองสามารถชาร์จและคายประจุตามกำหนดจนกว่าสมรรถนะจะลดลงมาถึงระดับหนึ่ง (โดยทั่วไปคือ 80% ของความจุ ) ซึ่งส่งผลโดยตรงต่อความทนทานและอายุการใช้งานของแบตเตอรี่ โดยทั่วไปแล้ว แบตเตอรี่ที่มีอายุการใช้งานแบบซ้ำยาวนานยิ่งขึ้นจะมีความทนทานดีขึ้น ต้องเปลี่ยนบ่อยน้อยลง และช่วยลดต้นทุนการใช้งานรวมทั้งหมดลงได้ ในระหว่างการใช้งานแบตเตอรี่ การชาร์จและคายประจุแบบลึก การชาร์จและคายประจุแบบอัตราสูง อุณหภูมิสูง /ต่ำ การชาร์จหรือคายประจุมากเกินไป รวมถึงปัจจัยอื่นๆ อาจทำให้อายุการใช้งานแบบซ้ำของแบตเตอรี่ลดลงอย่างมีนัยสำคัญ

(7) สมรรถนะอัตราการชาร์จและคายประจุ โดยหลักแล้วอธิบายถึงอัตราส่วนของกระแสไฟฟ้าในการชาร์จและคายประจุของแบตเตอรี่ต่อความจุของมันเอง 1c คือกระแสไฟฟ้าที่จำเป็นสำหรับการคายประจุแบตเตอรี่ที่ชาร์จเต็มจนหมดภายในหนึ่งชั่วโมง (กระแสไฟฟ้า (A) = หน่วยแอมแปร์ (A) = ความจุ (ah) ) ความสำคัญของคือการวัดความสามารถของแบตเตอรี่ในการรับมือกับการชาร์จและคายประจุที่มีกระแสสูง ตัวอย่างเช่น ค่า 5AH แบตเตอรี่:

0.5C การปล่อย = 2.5A คือกระแสคายประจุ

คายประจุแบบ 2C = 10A คือกระแสคายประจุ

0.5C การชาร์จ = 2.5A กระแสไฟฟ้าขณะชาร์จ

ความสามารถในการชาร์จและคายประจุแบบอัตราสูงเป็นพื้นฐานสำหรับการบรรลุการชาร์จเร็วและตอบสนองความต้องการพลังงานสูง แต่โดยทั่วไปการชาร์จและคายประจุแบบอัตราสูงจะลดความจุที่ใช้งานได้จริงและส่งผลต่ออายุการใช้งาน

(8) ประสิทธิภาพ ประสิทธิภาพแบบคูลอมบ์ : อัตราส่วนของประจุที่ปล่อยออกมาในระหว่างการคายประจุ ( อ่า ) เทียบกับประจุที่ป้อนเข้าไปในระหว่างการชาร์จ ( อ่า ) สิ่งนี้แสดงถึงการสูญเสียประจุอันเนื่องมาจากปฏิกิริยาร่วม (เช่น การเกิดก๊าซ ) ในกระบวนการชาร์จและคายประจุ โดยค่าอุดมคติคือ 100% ประสิทธิภาพพลังงาน : อัตราส่วน ของพลังงานที่ปล่อยออกมาในระหว่างการคายประจุ ( WH ) เทียบกับพลังงานที่ป้อนเข้าไปในระหว่างการชาร์จ ( WH ) ซึ่งรวมเอาประสิทธิภาพแบบคูลอมบ์ (Coulombic efficiency) และประสิทธิภาพของแรงดันไฟฟ้า (voltage efficiency) (ความแตกต่างของแรงดันไฟฟ้าในการชาร์จและคายประจุอันเนื่องมาจากความต้านทานภายใน) โดยค่าอุดมคติคือ 100% .

ประสิทธิภาพยิ่งสูง ยิ่งทำให้พลังงานสูญเสียน้อยลง การชาร์จมีความประหยัดมากขึ้น และการเกิดความร้อนลดลง

(9) สมรรถนะด้านความปลอดภัย. ส่วนใหญ่แล้วหมายถึงสมรรถนะด้านความปลอดภัยของแบตเตอรี่ภายใต้สภาวะการใช้งานปกติและการใช้งานที่ผิดวิธี โดยสภาวะการใช้งานที่ผิดวิธีนั้นรวมถึงการชาร์จเกิน, การคายประจุเกิน, วงจรสั้น, การตก, การให้ความร้อน, การแทงทะลุ, การบีบอัด, การกระแทก, การสั่นสะเทือน, การจุ่มลงในน้ำทะเล, ความดันต่ำ, อุณหภูมิสูง เป็นต้น คุณภาพในการต้านทานสภาวะที่ใช้งานผิดวิธี คือเงื่อนไขหลักที่กำหนดว่าแบตเตอรี่จะสามารถนำไปใช้ในวงกว้างได้หรือไม่ แบตเตอรี่ที่มีความปลอดภัยไม่เพียงพอจะไม่ได้รับการยอมรับจากตลาด

เมื่อทำการประเมินและเปรียบเทียบแบตเตอรี่ สิ่งสำคัญที่ต้องทราบคือตัวชี้วัดเหล่านี้ถูกวัดภายใต้สภาวะการทดสอบเฉพาะ (อุณหภูมิ, อัตราการชาร์จ/คายประจุ, แรงดันไฟฟ้าปลายทาง, สภาวะการเสื่อมสภาพ ฯลฯ) การวิเคราะห์ค่าตัวชี้วัดโดยไม่คำนึงถึงสภาวะการทดสอบเหล่านี้นั้นไร้ความหมาย ในกรณีการใช้งานจริง สมรรถนะโดยรวมของแบตเตอรี่มักเกิดจากผลลัพธ์ของการแลกเปลี่ยนระหว่างตัวชี้วัดเหล่านี้