Эффективность батареи: введение и измерения

Все батареи в какой-то момент теряют заряд. Энергии, восстановленной после заряда, в любом случае не так много, как было вложено. Паразитный отклик, который происходит внутри электрохимии ячейки, сохраняет эффективность достижения 100%. Сверхбыстрая зарядка и большая нагрузка также снижают энергоэффективность. Это снова увеличивает нагрузку на аккумулятор за счет сокращения срока службы.

Повышает интерес эффективность аккумуляторов. Это особенно важно для больших аккумуляторных каркасов в электромобилях, системах накопления энергии (ESS) и спутниках. Коэффициент полезного действия обычно оценивается кулоновским КПД. Кулон - это единица электрического заряда. Один кулон увеличивается до одного ампер-секунды (1As)

Какая эффективность батарей?

Литий-ионный аккумулятор имеет самый высокий кулоновский КПД, который составляет около 99%. Свинцово-кислотные батареи имеют более низкий показатель CE около 90%, а никелевые батареи, по большей части, еще ниже. При быстрой зарядке NiCd и NiMH могут достигать 90%, но разумный заряд снижает это примерно до 70%. Существенными элементами низкого CE являются более низкий прием заряда, когда состояние разряженного заряда превышает 70%, и саморазряд, который увеличивается, когда аккумулятор нагревается в конце заряда. Наилучшая эффективность всех батарей достигается при среднем заряде от 30 до 70 процентов. Все каркасы аккумуляторов имеют уникальные сертификаты CE, которые зависят от скорости заряда и температуры. Возраст дополнительно есть работа.

3.2V 20A Низкотемпературная батарея LiFePO4 -40℃ 3C Разрядная емкость ≥70% Температура зарядки: -20~45℃ Температура разрядки: -40~+55℃ пройти тест на иглоукалывание -40℃ максимальная скорость разряда: 3C

ЧИТАТЬ ДАЛЕЕ

Почему батареи становятся неэффективными?

На эффективность батареи влияют пять ключевых компонентов:

1: ток заряда

Для литий-ионных аккумуляторов лучше всего поддерживать регулируемый ток на умеренном уровне, чтобы увеличить эффективность и срок службы аккумулятора.

Вот почему: во время цикла зарядки происходят изменения во внутреннем химическом составе батареи, и зарядка с высоким током снижает эти воздействия.

Атомы лития и электролиты образуются на внешней стороне графитового анода, образуя слой, называемый прочной границей раздела электролита (SEI), который защищает анод, но дополнительно становится толще в долгосрочной перспективе и может блокировать проникновение частиц к аноду, если он слишком толстый.

На катоде сравнительное развитие форм ионов лития может вызвать окисление электролита и привести к тепловому разгону.

Литий-ионные батареи часто предназначены для зарядки всего за 60 минут, так как потеря эффективности иногда менее значительна, чем потеря времени.

2: Состояние заряда

Состояние заряда аккумулятора электромобиля можно сравнить с проверкой топлива - это степень заряда, сопоставимая с его емкостью в некоторую случайную секунду.

На протяжении всего цикла разряда выходное напряжение постепенно падает, так как SoC тоже распадается. Литий-ионные батареи имеют гораздо более медленный темп падения напряжения, чем свинцово-кислотные.

Потеря емкости, которую испытывают батареи при циклической работе при высоких температурах, законно отождествляется с их SoC - чем выше SoC, тем ужаснее потеря емкости.

3: внутреннее сопротивление

На внутреннее сопротивление батареи влияет множество переменных, в том числе размер, возраст, сила тока и химический состав. Чем ниже внутреннее сопротивление, тем проще работать аккумуляторной батарее. Литий-ионные батареи имеют одну из самых слабых внутренних защит из доступных.

В литий-ионных батареях SEI на аноде увеличивает внутреннее сопротивление, препятствуя графитовому соединению.

Слой SEI важен для полезности аккумулятора, поскольку он уравновешивает каркас и увеличивает ожидаемый срок службы, но его вещи могут увеличивать внутреннее сопротивление в долгосрочной перспективе.

Производители литий-ионных аккумуляторов добавляют в электролит аккумуляторов вещества, чтобы частично уменьшить это воздействие и предотвратить чрезмерно непроницаемый слой пленки SEI.

4: Температура батареи

Литий-ионные батареи следует заряжать при температуре от 32 ° F до 113 ° F и разряжать от -4 ° F до 131 ° F. Их зарядка и разрядка остаются отличными при более высоких температурах по сравнению с другими батареями. Однако чем больше они подвергаются воздействию высоких температур, тем более ограничена их продолжительность жизни.

Когда температура ниже 41 ° F, ток заряда следует уменьшить.

Высокие температуры вызывают окисление катодного электролита, что может привести к неожиданной потере предела.

Зарядка литиевой батареи при температуре ниже точки замерзания вызовет длительное образование SEI на аноде, что вредит батарее и снижает эффективность.

5: Возраст батареи

Совершенно очевидно, что чем больше стареет батарея, тем она менее эффективна, но возраст батареи измеряется не только годами.

По большей части литий-ионные батареи выдерживают 2000–3000 циклов, что почти больше, чем ожидаемый срок службы свинцово-кислотных аккумуляторов, составляющий 1000–1500 циклов.

Перезарядка, глубокая езда на велосипеде и необычные температуры ускоряют цикл созревания литий-ионной батареи. Чтобы продлить срок службы литиевой батареи, она идеально подходит для зарядки при умеренных (комнатных) температурах.

Низкотемпературный прочный полимерный аккумулятор для ноутбука с высокой плотностью энергии Спецификация аккумулятора: 11,1 В 7800 мАч -40 ℃ 0,2 C разрядная емкость ≥80% Пыленепроницаемый, устойчивый к падению, антикоррозийный, антиэлектромагнитный

ЧИТАТЬ ДАЛЕЕ

Как измеряется эффективность батареи?

Процессы, которые измеряют эффективность батареи, упомянуты ниже:

1. Кулоновский КПД - Кулоновский КПД (CE), также известный как фарадеевский КПД или КПД по току, отображает эффективность заряда, с помощью которого электроны перемещаются в батареях. CE - это доля общего заряда, полученного от батареи, к общему заряду, вложенному в батарею за полный цикл.

Литий-ионные аккумуляторы имеют один из самых значительных рейтингов CE. Его эффективность превышает 99 процентов. Как бы то ни было, это просто возможно при зарядке умеренным током и при низких температурах. Сверхбыстрая зарядка снижает CE из-за потерь из-за приема заряда и тепла, поэтому дополнительно происходит исключительно разумная зарядка, при которой саморазряд становится неотъемлемым фактором.

2. Электроэнергетический КПД. Электроэнергетический КПД - это еще один подход к количественной оценке КПД батареи, который выражается в соотношении среднего напряжения разряда к среднему напряжению заряда. Потери происходят на том основании, что напряжение зарядки постоянно выше, чем оцененное напряжение, что вызывает реакцию вещества внутри батареи.

Мощность и плотность энергии практически определены для разряда, но меньше внимания (если предположить) уделяется энергоэффективности. Несмотря на то, что в прошлом энергоэффективность была практически близка ко всем материалам клемм литий-ионных аккумуляторов (LIB), этот фактор в основном важен для новых материалов высокой плотности (например, в свете преобразователя), поскольку плотность энергии может быть намного ниже требований для практического развития. Действительно, низкая энергетическая толщина возникает из-за высоких перенапряжений и является фундаментальной частью важной проверки конструкции материала, поскольку ее нельзя улучшить во время коммерциализации. В больших устройствах хранения энергии, например, в аккумуляторах электромобилей (EV) или в бытовых системах хранения энергии, затраты энергии, потребляемой для зарядки аккумулятора, являются огромным фактором и законно конвертируются в стоимость энергии, подаваемой устройством хранения. .

Заключение

Если вы пытаетесь максимально использовать батареи, позаботьтесь о факторах, которые делают их неэффективными.