Napetost v primerjavi z zmogljivostjo litijevih baterij: kakšne so razlike

V podjetju GEB vsak dan izdelujemo litijeve baterije za-aplikacije v resničnem svetu. Stranke nas pogosto sprašujejo, zakaj baterija v enem trenutku odčita 3,8 V in pod obremenitvijo hitro pade, čeprav je še vedno dovolj napolnjena. Zmeda se skoraj vedno zmanjša na isto stvar: mešanjenapetost in zmogljivost.

Ti dve številki opisujeta povsem različne stvari, vendar skupaj odločata o tem, koliko dela dejansko lahko opravi vaša baterija. Razčlenimo to jasno, da se boste lahko bolje odločali pri izbiri ali uporabi litijevih baterij.

Kaj dejansko pomenita napetost in zmogljivost

Napetostje razlika električnega tlaka med pozitivnim in negativnim priključkom celice. Pove vam, kako močno lahko baterija potisne elektrone skozi vezje. V praksi govorimo o treh pomembnih napetostnih vrednostih:

• Nazivna napetost(povprečna delovna napetost, na primer 3,2 V za LiFePO4 ali 3,7 V za NMC)
• Napetost izklopa-polnjenja(običajno 4,2 V za večino Li-ionskih celic)
• Izklopna napetost-razelektritve(običajno 3,0 V ali 2,5 V, odvisno od kemije)

Zmogljivostpo drugi strani pa meri skupno količino napolnjenosti, ki jo lahko zagotovi baterija, izraženo v amper-urah (Ah) ali miliamper-urah (mAh). Baterija s 100 Ah lahko teoretično zagotavlja 100 amperov eno uro ali 10 amperov deset ur, preden se izprazni.

Prava razpoložljiva energija izhaja iz kombinacije obeh:

Energija (Wh)=Napetost × Kapaciteta

Na primer, baterija 48 V 100 Ah shrani 4,8 kWh energije. To je številka, ki vam dejansko pove, kako dolgo lahko deluje vaš solarni sistem, viličar ali električno orodje.

Mnogi ljudje gledajo le napetost na multimetru in mislijo, da je baterija skoraj prazna, ko pade pod 3,7 V. V resnici ta odčitek pogosto pomeni, da ima baterija še vedno 40-60 % kapacitete, odvisno od obremenitve in kemije.

Kako sta napetost in zmogljivost povezani drug z drugim

Napetost in zmogljivostniso neodvisni. Napetost, ki jo merite, se spreminja, ko baterija sprosti shranjeni naboj. To razmerje poganja gibanje litijevih ionov med elektrodama in posledični kemični potencial.

Preprosto povedano, ko se baterija izprazni, litijevi ioni zapustijo anodo in se premaknejo proti katodi. Merljivoodprt{0}}napetost (OCV)je razlika med potencialoma na obeh elektrodah. Ko se koncentracija litijevih ionov spreminja, napetost postopoma pada.

Vendar pa je ta padec redko linearen. Večina zmogljivosti je dostavljena med razmeroma ravnim "napetostna platforma." Ko se platforma konča, napetost strmo pade proti mejni-točki. To ne-linearno vedenje je ravno razlog, zakaj se zanašati nasamo napetostocena preostalega časa izvajanja vodi do napak.

Pri GEB to vidimo vsakič, ko testiramo pakete. Celica lahko dolgo časa udobno stoji pri napetosti 3,65 V, medtem ko še vedno zagotavlja večino svoje nazivne vrednostizmogljivost.

Razumevanje krivulje praznjenja

Thekrivulja praznjenjanatančno prikazuje, kako se napetost obnaša, ko se zmogljivost porabi. Tipična krivulja litijeve baterije ima tri različne faze:

Začetni padec od polne polnilne napetosti

Dolga, razmeroma ravna ploščad, kjer je dostavljena večina zmogljivosti

Ostro koleno na koncu, ker napetost hitro pade, da se prekine-

Tukaj je praktičnotabela napetosti proti SOCza standardno celico NMC pri različnih pogojih (merjeno pri 25 stopinjah):

Upoštevajte, da je napetost pod obremenitvijo vedno nižja od napetosti-odprtega tokokroga. Višji razelektritveni tok povzroči večji padec napetosti zaradi notranjega upora in polarizacijskih učinkov.

Več dejavnikov premakne to krivuljo pri vsakodnevni uporabi:

• Višja C-stopnja → zgodnejši in globlji padec napetosti
• Nižja temperatura → zmanjšana napetost in na voljozmogljivost
• Več ciklov polnjenja-praznjenja → platforma se postopoma spušča in manj splošči

Zato lahko baterija, ki je nekoč delovala 8 ur pri isti napetosti, zdrži le 6 ur po 500 ciklih.

LiFePO4 proti NMC: zelo različna napetost in zmogljivost

Kemija, ki jo izberete, spremenirazmerje med-napetostjo in zmogljivostjodramatično.

LiFePO4 (LFP)celice delujejo pri nominalni napetosti 3,2 V z izjemno ravnim tokomizpustna ploščad. Napetost ostaja izjemno stabilna med približno 3,3 V in 3,0 V za večino zmogljivosti. Ta ravnost vam omogoča bolj predvidljiv čas delovanja in boljšo uporabno zmogljivost v resničnih aplikacijah. LFP je najprimernejša izbira za shranjevanje sončne energije, pomorske sisteme in povsod, kjer sta dolga življenjska doba in varnost najpomembnejša.

NMCcelice delujejo pri nominalni napetosti 3,6–3,7 V in zagotavljajo večjo gostoto energije. Njihovokrivulja praznjenjaima opazen naklon, kar pomeni, da napetost bolj enakomerno pada z uporabo zmogljivosti. Zaradi tega je NMC bolj primeren za aplikacije, ki potrebujejo veliko izhodno moč ali kompaktno velikost, kot nprelektrično orodjes, droni in določeni paketi električnih vozil.

Tukaj je vzporedna-primerjava:-

Pri GEB proizvajamo obe kemiji in pogosto priporočamo LFP, ko stranke potrebujejo zanesljivo dolgo-napajanje, medtem ko predlagamo pakete, ki temeljijo na NMC-, ko sta teža in gostota moči glavni prednostni nalogi.

Praktične posledice za resnično uporabo

Napetostpovešanje pod obremenitvijo, temperaturni učinki in staranje vplivajo na to, koliko zmogljivosti lahko dejansko izvlečete.

A 48V sistemima očitno prednost pred 24 V ali 12 V za enako izhodno moč. Ker je tok prepolovljen, se izgube I²R znatno zmanjšajo - pogosto za 30-40 %. Polnjenje se prav tako konča hitreje in ožičenje je lahko tanjše. Pri večjem shranjevanju energije ali pogonski moči prehod na višjo napetost skoraj vedno izboljša učinkovitost.

Pomembni so tudi pogoji shranjevanja. Svetujemo, da imate litijeve baterije 40-60 %SOCza dolgoročno-shranjevanje. Večina celic GEB se odpremi s približno 50-odstotno napolnjenostjo, ker se je ta raven izkazala za najboljšo pri zmanjševanju staranja koledarja, hkrati pa ohranja obnovitev nad 98 % tudi po celem letu.

Nikoli ne presojajte preostale zmogljivosti samo po napetosti pod obremenitvijo. Vedno pustite baterijo nekaj minut počivati ​​in izmerite OCV, če potrebujete grobo oceno. ModernoBMS enotezdruži napetost, integracijo toka (kulonsko štetje) in podatke o temperaturi za veliko natančnejše rezultateSOCbranja.

Končne misli

Napetostvam pove moč.Zmogljivostvam pove skupno razpoložljivo plačilo. Prava zmogljivost izhaja iz tega, kako ta dva medsebojno delujeta pod vašo specifično obremenitvijo, temperaturo in delovnim ciklom.

Vzpostaviti ravnotežje mednapetostna platforma, skupna zmogljivost, in kemija je tisto, kar loči dobro baterijo od tiste, ki je na terenu slabša. Pri GEB porabimo veliko časa za optimizacijo razmerij elektrod, napetostnih oken in izbire materialov, tako da naše celice zagotavljajo dosledno obnašanje napetosti in zanesljivo zmogljivost v stotinah ali tisočih ciklih.

Če načrtujete nov sistem ali ocenjujete možnosti baterije, se obrnite na nas. Povejte nam svojo napetostno zahtevo, pričakovan čas delovanja in delovne pogoje. Priporočamo lahko pravo kemijo in konfiguracijo paketa, ki se dejansko ujema z vašo aplikacijo, namesto da le izpolnjuje glavne specifikacije.