Основи роботи акумулятора: основні параметри та їх взаємодія

Ємність акумулятора (мА·год): міра потужності акумулятора

1. Визначення та сутність

Ємність акумулятора виражається в міліампер-годинах (мА·год), що є добутком струму (в міліамперах, мА) на час (у годинах, год). Наприклад, акумулятор 1000 мА·год означає:

Розряд струмом 1000 мА (1 А) триватиме 1 годину;

Розряд струмом 500 мА триватиме 2 години.

По суті: мА·год вимірює загальну кількість електричного заряду, який може зберігати акумулятор, незалежно від напруги, подібно до "місткості відра для води".

2. Поширена помилка: Високе значення мА·год ≠ Тривалий термін служби акумулятора

Помилкова думка: Вважається, що акумулятор на 5000 мА·год точно прослужить довше, ніж на 3000 мА·год.

Справжня причина: Тривалість роботи визначається енергією (Вт·год), а не лише ємністю.

 

Густина енергії (Вт·г/кг): ключовий показник переносності

1. Визначення та значення

Густина енергії вказує на кількість енергії, що зберігається на одиницю ваги акумулятора (Вт·г/кг), і є ключовим параметром для вимірювання "схуднення" акумулятора:

Об'ємна густина енергії (Вт·г/л): впливає на товщину пристрою (наприклад, акумуляторів мобільних телефонів);

Масова густина енергії (Вт·г/кг): визначає зменшення ваги обладнання (наприклад, запасу ходу електромобілів).

2. Порівняння густини енергії для різних технологічних шляхів.

Тип акумулятора	Масова густина енергії (Вт·г/кг)	Типові застосування
Свинцевий акумулятор	50-70	Стартерний акумулятор для електромобілів
Батарея з литієво-железно-фосфатного катоду	140-200	Енергетичні установки зберігання, комерційний транспорт
Тернарна литієва батарея	250-350	Електромобілі, преміум мобільні телефони
Тверда літієва батарея	350-500 (у розробці)	Наступне покоління електромобілів та дронів

3. Подвійний меч щільності енергії

Переваги: Коли щільність енергії трикомпонентних літієвих батарей досягає 300 Вт·год/кг, запас ходу електромобілів може перевищувати 600 км;

Виклик: З кожним 10%-им збільшенням щільності енергії ризик виникнення теплового неконтрольованого процесу зростає на 15%, що вимагає більш складної системи контролю температури.

 

Криві заряду та розряду: «електрокардіограма» продуктивності батареї

1. Електрохімічний код за кривою

Крива заряду та розряду відображає закон зміни напруги акумулятора залежно від потужності, з типовими характеристиками:

Етап зарядки:

Зарядка постійним струмом (напруга швидко зростає);

Зарядка постійною напругою (струм поступово зменшується, напруга досягає плато);

Етап розрядки:

Спочатку напруга швидко падає, потім входить у стабільний період плато, і нарешті різко знижується до межі відключення.

 

2. Аналіз ключових параметрів

Плато напруги: діапазон, у якому напруга залишається стабільною під час розрядки. Чим вище і довше плато, тим краще характеристики акумулятора.

Наприклад: плато розрядки ферум-фосфатного літієвого акумулятора становить 3,2 В, а у трикомпонентного літієвого акумулятора — 3,7 В, останній має більшу енергію.

Явище поляризації: Напруга швидше падає під час розрядки великим струмом (наприклад, під час розрядки 10C напруга падає на 0,5 В нижче, ніж під час розрядки 1C) через збільшення втрат опору всередині.

3. Взаємозв'язок між кривою та сценаріями використання

Прискорення електромобіля: потребує високого струму розряду (5-10C), а також низької крутизни платформи кривої (малі коливання напруги);

Акумулювання енергії для регулювання пік навантаження: тривалий розряд малим струмом (нижче 0,5C), стабільність платформи має більше значення.

 

Термін циклу: таймер для стійкості акумулятора

1. Визначення та стандарти

Термін циклу вказує на кількість повних циклів від повного заряду до розряду (DOD=100%) і назад до повного заряду, доки ємність не знизиться до 80% від номінального значення.

Типові дані:

Трійна літій-іонна батарея: 1000 циклів (DOD=100%);

Літій-залізно-фосфатна батарея: 3000 циклів (DOD=100%);

Свинцево-кислотна батарея: 500 циклів (DOD=80%).

2. Чотири «вбивці», що впливають на термін циклу

Перезарядка та надмірна розрядка: зарядка понад 4,3 В або розрядка нижче 2,5 В призведе до постійного пошкодження електродної структури;

Високотемпературне середовище: зберігання при 60 °C протягом 1 місяця, термін служби скорочується на 50%;

Зарядка та розрядка великим струмом: швидка зарядка 10C зменшує кількість циклів на 30% порівняно зі швидкою зарядкою 0,5C;

Тривале зберігання з повністю зарядженим акумулятором: коли літієвий акумулятор зберігається повністю зарядженим протягом одного місяця, ємність зменшується на 5%.

3. Золоте правило для подовження терміну служби

Поверхнева зарядка та розрядка: підтримуйте SOC між 20% та 80% для повсякденного використання (наприклад, заряджайте свій телефон, коли батарея становить 20%).

Уникайте високих температур: уникайте прямих сонячних променів під час зарядки електромобіля. Коли температура всередині автомобіля перевищує 60 °C улітку, термін служби акумулятора швидко зменшується.

Регулярна глибока зарядка та розрядка: повністю зарядіть і розрядіть акумулятор кожні 3 місяці та відкалібруйте відображення потужності BMS.

 

«Ефект зв’язування» основних параметрів

1. Компроміс між енергетичною ємністю та терміном служби циклу

Тернарні літійові акумулятори мають високу енергетичну ємність, але короткий термін служби циклу, що робить їх придатними для електромобілів, які потребують більшого запасу ходу.

Літій-залізо-фосфатні акумулятори мають тривалий термін служби циклу, але низьку енергетичну ємність, що робить їх більш придатними для стаціонарних енергетичних систем (які потребують частого заряду та розряду).

2. Взаємодія між ємністю та кривими заряду/розряду

Акумулятори з високою ємністю (наприклад, 5000 мА·год) зазвичай мають більший внутрішній опір, і напруга на платформі суттєво знижується під час розряду великим струмом;

При однаковій ємності акумулятори з більш високою напругою платформи (наприклад, 3,7 В порівняно з 3,2 В) мають більшу енергію, але можуть супроводжуватися більшими втратами через поляризацію.