Принцип и дефиниции

2020-08-11 08:07

Капацитет и енергија на батерија или систем за складирање

Капацитет на батерија или акумулатор е количеството на енергија зачувана според специфична температура, полнење и празнење на струјата и времето на полнење или празнење.

Капацитет за оценување и Ц-стапка

Ц-стапка се користи за да се измери струјата за полнење и празнење на батеријата. За даден капацитет, стапката на Ц е мерка што укажува на која струја се полни батеријата и испразнет за да го достигне дефинираниот капацитет. 

Наполнението од 1C (или C / 1) носи товар на батерија која е рангирана на, на пример, 1000 Ах на 1000 А во текот на еден час, така што на крајот на часот батеријата достигнува капацитет од 1000 Ах; празнење 1C (или C / 1) ја испушта батеријата со иста стапка.
Полнење од 0,5C или (C / 2) носи товар на батерија која е оценета на, на пример, 1000 Ах на 500 А, така што се потребни два часа за да ја наполнат батеријата во капацитет за оценување од 1000 Ах;
Наполнението од 2C носи батерија која е оценета на, на пример, 1000 Ах на 2000 А, така што теоретски се потребни 30 минути за да се наполни батеријата со капацитет за рангирање од 1000 Ах;
Оценката на Ах е нормално означена на батеријата.
Последен пример, оловна киселина батерија со C10 (или C / 10) номинален капацитет од 3000 Ah треба да се полни или да се испушти за 10 часа со тековно полнење или празнење од 300 A.

Зошто е важно да се знае C-стапка или C-оценка на батеријата

Ц-стапката е важен податок за батеријата затоа што за повеќето батерии зачуваната или достапната енергија зависи од брзината на струјата за полнење или од празнење. Општо, за даден капацитет ќе имате помалку енергија ако испуштите за еден час отколку ако празнете за 20 часа, обратно ќе зачувате помалку енергија во батерија со струја на полнење од 100 А за време од 1 час отколку со тековно полнење на 10 А за време на 10 ч.

Формула за пресметување на струја достапна во излез на системот за батерии

Како да се пресмета излезна струја, моќност и енергија на батерија според C-стапка?
Наједноставната формула е:

I = Cr * Er
или
Cr = I / Er
Каде
Er = номинална енергија зачувана во Ах (номинален капацитет на батеријата дадена од производителот)
I = струја на полнење или празнење во Амперес (А)
Cr = Ц-стапка на батеријата
Равенката за добивање на време на полнење или полнење или празнење "t" според тековниот и номиналниот капацитет е:
t = Er / I
t = време, времетраење на полнење или празнење (траење) во часови
Односи помеѓу Cr и t:
Cr = 1 / t
t = 1 / Cr

Како работат литиум-јонските батерии

Литиум-јонски батерии се неверојатно популарни деновиве. Можете да ги најдете во лаптопи, PDA, мобилни телефони и iPods. Тие се толку вообичаени затоа што, фунти за фунта, тие се некои од најенергичните батерии што можат да се полнат на располагање.

Литиум-јонските батерии исто така беа во вестите во последно време. Тоа е затоа што овие батерии имаат можност повремено да пуштаат во пламен. Не е многу честа појава - само две или три акумулатори со батерија на милион имаат проблем - но кога тоа се случи, тоа е екстремно. Во некои ситуации, стапката на дефект може да се искачи, а кога тоа ќе се случи, ќе завршите со потсетник за светска батерија што може да ги чини производителите милиони долари.

Значи, прашањето е, што ги прави овие батерии толку енергични и толку популарни? Како пукаат во пламен? И дали има нешто што можете да направите за да го спречите проблемот или да им помогнете на вашите батерии да траат подолго? Во оваа статија, ќе одговориме на овие прашања и многу повеќе.

Литиум-јонските батерии се популарни затоа што имаат голем број важни предности во однос на конкурентските технологии:

• Тие обично се многу полесни од другите видови батерии што се полнат со иста големина. Електродите со литиум-јонска батерија се изработени од лесен литиум и јаглерод. Литиумот е исто така многу реактивен елемент, што значи дека може да се зачува многу енергија во неговите атомски врски. Ова се претвора во многу висока енергетска густина за литиум-јонските батерии. Ова е начин да се добие перспектива за густината на енергијата. Типична литиум-јонска батерија може да зачува 150 вати-часови електрична енергија во 1 килограм батерија. Пакет со батерии NiMH (никел-метал хидрид) може да складира можеби 100 вати-час за килограм, иако 60 до 70 вати-часови може да бидат повеќе типични. Батеријата со олово-киселина може да зачува само 25 вати-часови за килограм. Користејќи ја технологијата на олово-киселина, потребни се 6 килограми за да ја складирате истата количина на енергија што може да ја носи батеријата од 1 килограм литиум-јон. Тоа е огромна разлика
• Тие го држат своето обвинение. Акумулаторот со литиум-јонска батерија губи само околу 5 проценти од полнењето месечно, во споредба со загубата од 20 проценти месечно за батериите NiMH.
• Тие немаат мемориски ефект, што значи дека не мора целосно да ги испразните пред да ги полните, како кај некои други хемиски батерии.
• Литиум-јонските батерии можат да управуваат со стотици циклуси на полнење / празнење.

Тоа не значи да се каже дека литиум-јонските батерии се беспрекорни. Имаат и неколку недостатоци:

• Тие започнуваат да се деградираат веднаш штом ќе ја напуштат фабриката. Willе траат само две или три години од датумот на производство без оглед дали ги користите или не.
• Тие се исклучително чувствителни на високи температури. Топлината предизвикува литиум-јонски акумулатори да се деградираат многу побрзо отколку што вообичаено би можеле.
• Ако целосно испуштите литиум-јонска батерија, таа е уништена.
• Акумулаторот за литиум-јонски акумулатори мора да има табла за управување со батеријата. Ова ги прави уште поскапи отколку што се веќе.
• Постои мала шанса, ако литиум-јонскиот акумулатор не успее, ќе пукне во пламен.

Многу од овие карактеристики можат да се разберат со гледање на хемијата во литиум-јонската клетка. Thisе го разгледаме ова следно.

Пакетите со литиум-јонски акумулатори доаѓаат во сите облици и големини, но сите изгледаат исти однатре. Ако одвоивте лаптоп батерии за лаптоп (нешто што НЕ го препорачуваме заради можноста да скратите батерија и да започнете пожар), ќе го пронајдете следново:

• Литиум-јонските ќелии можат да бидат или цилиндрични батерии кои изгледаат скоро идентични со АА клетките, или можат да бидат призматични, што значи дека се квадратни или правоаголни Компјутерот, кој содржи:
• Еден или повеќе сензори за температура за да ја следат температурата на батеријата
• Коло на регулаторот за напон и регулаторот за одржување на безбедно ниво на напон и струја
• Заштитен лаптоп конектор кој ви овозможува напојување и информации проток во и надвор од батеријата
• Електричен напон, кој го следи енергетскиот капацитет на поединечните ќелии во акумулаторот
• Државен монитор за полнење на батеријата, кој е мал компјутер што управува со целиот процес на полнење за да бидете сигурни дека батериите се полнат што е можно побрзо и целосно.

Ако батеријата се загрева за време на полнењето или користењето, компјутерот ќе го исклучи протокот на енергија за да се обиде да ги олади работите. Ако го оставите вашиот лаптоп во исклучително жешка кола и се обидете да го користите лаптопот, овој компјутер може да ве спречи да се наполни сè додека не се оладат работите. Ако клетките некогаш станат целосно испразнети, акумулаторот ќе се исклучи затоа што клетките се уништени. Исто така, може да води сметка за бројот на циклуси на полнење / празнење и да испраќа информации за да може мерачот на батеријата на лаптопот да ви каже колку полнење останува во батеријата.

Тоа е прилично софистициран мал компјутер и привлекува моќност од батериите. Оваа моќност е една од причините зошто литиум-јонските батерии губат 5 проценти од својата моќ секој месец кога седат во мирување.

Клетки на литиум-јон

Како и кај повеќето батерии, имате надворешно куќиште изработено од метал. Употребата на метал е особено важна тука затоа што батеријата е под притисок. Овој метален случај има своевидна дупка за пропустливи чувствителни на притисок. Ако батеријата некогаш стане толку жешка што ризикува да експлодира од прекумерен притисок, овој отвор ќе го ослободи дополнителниот притисок. Батеријата веројатно ќе биде бескорисна после тоа, па ова е нешто што треба да се избегне. Вентилаторот е строго таму како мерка за безбедност. Така е и прекинувачот Позитивен температурен коефициент (PTC), уред што треба да ја задржи батеријата од прегревање.

Овој метален случај има долга спирала која се состои од три тенки листови притиснати заедно:

• Позитивна електрода
• Негативна електрода
• Сепаратор

Во внатрешноста на случајот, овие чаршафи се потопуваат во органски растворувач што делува како електролит. Етер е еден вообичаен растворувач.

Сепараторот е многу тенок лист на микро перфорирана пластика. Како што имплицира името, таа ги раздвојува позитивните и негативните електроди додека дозволуваат да поминуваат јони.

Позитивната електрода е изработена од литиум кобалт оксид, или LiCoO2. Негативната електрода е изработена од јаглерод. Кога батеријата се наполни, јони на литиум се движат низ електролитот од позитивната електрода до негативната електрода и се прикачуваат на јаглеродот. За време на празнење, јони на литиум се враќаат назад кон LiCoO2 од јаглеродот.

Движењето на овие јони на литиум се случува при прилично висок напон, така што секоја ќелија произведува 3,7 волти. Ова е многу повисоко од 1,5 волти типично за нормална алкална клетка на АА што ја купувате во супермаркетот и помага да ги направите литиум-јонските батерии покомпактни во мали уреди како мобилни телефони. Погледнете како функционираат батериите за детали за различни хемиерии на батерии.

'Llе разгледаме како да го продолжиме животот на литиум-јонската батерија и да истражеме зошто можат да експлодираат следно.

Lifeивот и смрт на батеријата на литиум-јон

Пакетите со батерии со литиум-јон се скапи, па ако сакате да направите ваши да траат подолго, еве неколку работи што треба да ги имате предвид:

• Lонската хемија со литиум претпочита делумно празнење на длабоко празнење, па затоа е најдобро да избегнувате да ја земате батеријата сè до нула. Бидејќи литиум-јонската хемија нема „меморија“, вие не му штетите на акумулаторот со делумно празнење. Ако напонот на литиум-јонската ќелија се спушти под одредено ниво, тој е уништен.
• Литиум-јонски батерии старост. Тие траат само две до три години, дури и ако седат на полица неискористено. Затоа, не „избегнувајте“ да ја користите батеријата со мисла дека акумулаторот ќе трае пет години. Нема да Исто така, ако купувате нов акумулатор, сакате да бидете сигурни дека тоа е навистина ново. Ако веќе една година седи на полица во продавницата, тоа нема да трае многу долго. Датумите на производство се важни.
• Избегнувајте топлина, што ги деградира батериите.

Експлодира батерии

Сега кога знаеме како да ги задржиме литиум-јонските батерии да работат подолго, ајде да погледнеме зошто тие можат да експлодираат.

Ако батеријата се вжешти доволно за да го запали електролитот, ќе добиете оган. На Интернет има видео клипови и фотографии кои покажуваат колку сериозни можат да бидат овие пожари. Написот на КБС, „Лето на експлодирачкиот лаптоп“, заокружува неколку од овие инциденти.

Кога се случи пожар како ова, тоа обично е предизвикано од внатрешно кратко време на батеријата. Потсетете се од претходниот дел дека литиум-јонските клетки содржат лим за раздвојување што ги задржува позитивните и негативните електроди одделно. Ако тој лист се пробие и електродите се допираат, батеријата се загрева многу брзо. Можеби сте искусиле каков вид на топлина што може да произведе батерија, ако некогаш сте вметнале нормална батерија од 9 волти во вашиот џеб. Ако паричка има кратенка низ двата терминали, батеријата се вжештува.

Во дефект на сепараторот, истиот вид на кратко се случува во рамките на литиум-јонската батерија. Бидејќи литиум-јонските батерии се толку енергични, тие се вжештуваат. Топлината предизвикува батеријата да го пропушти органскиот растворувач што се користи како електролит, а топлината (или блиската искра) може да ја осветли. Штом се случи во една од ќелиите, топлината на пожарот каскади кон другите ќелии и целата пакет се зголемува во пламен.

Важно е да се напомене дека пожарите се многу ретки. Сепак, потребни се само неколку пожари и малку медиуми покриеност за да поттикне повлекување.

Различни литиумски технологии

Прво, важно е да се напомене дека има многу видови батерии „Литиум Јон“. Точката што треба да се забележи во оваа дефиниција се однесува на „семејство на батерии“.
Во ова семејство има неколку различни батерии „Литиум Јон“ кои користат различни материјали за нивната катода и анода. Како резултат, тие покажуваат многу различни карактеристики и затоа се погодни за различни апликации.

Фосфат на литиум железо (LiFePO4)

Литиум железо фосфат (LiFePO4) е добро позната литиум технологија во Австралија поради широката употреба и соодветноста на широк спектар на апликации.
Карактеристиките на ниска цена, висока безбедност и добра специфична енергија, го прават ова силна опција за многу апликации.
LiFePO4 клеточен напон од 3,2V / клетки, исто така, го прави литиум-технолошкиот избор за запечатена замена на олово на киселина во голем број на клучни апликации.

Батерија LiPO

Од сите опции на литиум, постојат неколку причини зошто LiFePO4 е избран како идеална технологија за литиум за замена на SLA. Главните причини се сведуваат на неговите поволни карактеристики при прегледување на главните апликации каде SLA во моментов постои. Овие вклучуваат:

• Сличен напон со SLA (3,2V по ќелија x 4 = 12,8V) што ги прави идеални за замена на SLA.
• Најбезбедна форма на литиумските технологии.
• Еколошки-фосфат не е опасен и е пријателски расположен и за животната средина, а не за здравствен ризик.
• Широк опсег на температурата.

Карактеристики и придобивки од LiFePO4 кога ќе се спореди со SLA

Подолу се дадени неколку клучни карактеристики батеријата на литиум железо фосфат, која дава некои значајни предности на SLA во низа апликации. Ова не е комплетен список со сите средства, но сепак ги опфаќа клучните артикли. Како SLA е избрана батерија 100AH AGM, бидејќи ова е една од најчесто користените големини во апликациите за длабоки циклуси. Оваа 100AH AGM е споредена со 100AH LiFePO4 со цел да се спореди сличноста како што е можно поблиску.

Функција - Тежина:

Споредба

• LifePO4 е помалку од половина од тежината на SLA
• Длабок циклус на АГМ - 27,5 кг
• LiFePO4 - 12.2Kg

Придобивки

• Ја зголемува ефикасноста на горивото
  • Во апликациите за каравани и брод се намалуваат тежината на влечење.
• Ја зголемува брзината
  • Во апликациите со брод, брзината на вода може да се зголеми
• Намалување на вкупната тежина
• Подолго траење

Тежината има големо влијание врз многу апликации, особено кога влечењето или брзината се вклучени, како караванот и пловењето. Други апликации, вклучително и преносно осветлување и апликации за фотоапарати каде што треба да се носат батериите.

Функција - Поголем животен циклус:

Споредба

• Траење на циклусот до 6 пати
• Длабок циклус на АГМ - 300 циклуси @ 100% ДД
• LiFePO4 - 2000 циклуси @ 100% ДД

Придобивки

• Пониска вкупна цена на сопственост (цена по kWh многу пониска во текот на траењето на батеријата за LiFePO4)
• Намалување на трошоците за замена - заменете ја АГМ до 6 пати пред да има замена на LiFePO4

Lifeивотниот век на поголем циклус значи дека дополнителниот трошок за нафта за LiFePO4 батеријата е повеќе отколку што е направено за времетраењето на употребата на батеријата. Ако се користи секојдневно, AGM ќе треба да се замени приближно. 6 пати пред LiFePO4 да има замена

Функција - Крива на празно празнење:

Споредба

• Испуштање од 0,2С (20А)
• AGM - паѓа под 12V после
• 1,5 час траење
• LiFePO4 - паѓа под 12V по приближно 4 часа траење

Придобивки

• Поефикасно користење на капацитетот на батеријата
• Моќност = волти x засилувачи
• Штом напонот ќе се распадне, батеријата ќе треба да снабдува повисоки засилувачи за да обезбеди иста количина на енергија.
• Повисок напон е подобар за електроника
• Подолго траење на опремата
• Целосна употреба на капацитет дури и со висока стапка на празнење
• AGM @ 1C празнење = 50% капацитет
• Празнење LiFePO4 @ 1C = 100% капацитет

Оваа одлика е малку позната, но е силна предност и дава повеќекратни придобивки. Со рамната крива на празнење на LiFePO4, терминалниот напон држи над 12V за употреба до капацитет од 85-90%. Поради ова, потребни се помалку засилувачи за да се обезбеди иста количина на енергија (P = VxA) и затоа поефикасно користење на капацитетот води кон подолг рок на траење. Корисникот, исто така, претходно нема да забележи забавување на уредот (количка за голф).

Заедно со ова ефектот на законот на Пекерт е многу помалку значаен со литиумот од оној на АГМ. Ова резултира во достапност на голем процент од капацитетот на батеријата без разлика каква е стапката на празнење. На 1C (или 100А празнење за батеријата 100AH) опцијата LiFePO4 сепак ќе ви даде 100AH наспроти само 50AH за AGM.

Карактеристика - зголемена употреба на капацитет:

Споредба

• Препорачана од AGM DoD = 50%
• Препорачано LiFePO4 DoD = 80%
• AGM Длабок циклус - 100AH x 50% = 50Ah употреблив
• LiFePO4 - 100Ah x 80% = 80Ah
• Разлика = 30Ah или 60% поголема употреба на капацитет

Придобивки

• Зголемена траење или батерија со помал капацитет за замена

Зголемената употреба на достапниот капацитет значи дека корисникот може да добие или до 60% повеќе времетраење од истата опција за капацитет во LiFePO4, или алтернативно да се определи за батеријата LiFePO4 со помал капацитет, додека сè уште да ја постигне истата траење како и поголемиот капацитет AGM.

Карактеристика - поголема ефикасност на полнење:

Споредба

• AGM - Целосното полнење трае приближно. 8 часа
• LiFePO4 - Целосното полнење може да биде дури 2 часа

Придобивки

• Батеријата наполнета и подготвена да се користи повторно побрзо

Друга силна придобивка во многу апликации. Поради понискиот внатрешен отпор кај другите фактори, LiFePO4 може да прифати наплата по многу голема брзина од AGM. Ова им овозможува да бидат наплатени и подготвени да користат многу побрзо, што доведува до многу придобивки.

Карактеристика - Ниска стапка на самостојно празнење:

Споредба

• AGM - Испуштање до 80% СПЦ по 4 месеци
• LiFePO4 - Испуштање до 80% по 8 месеци

Придобивки

• Може да се остави во складирање подолг период

Оваа одлика е голема за рекреативните возила кои можат да се користат само неколку месеци годишно пред да заминат во складирање за остатокот од годината, како што се каравани, чамци, мотоцикли и џет скии и др. Заедно со оваа точка, LiFePO4 не се калкулира и така, дури и откако ќе остане подолг временски период, батеријата е со помала веројатност да биде трајно оштетена. Батеријата LiFePO4 не е повредена со тоа што не се остава во складирање во целосно наполнета состојба.

Значи, ако вашите апликации гарантираат некоја од горенаведените карактеристики, тогаш ќе бидете сигурни дека ќе ги добиете вашите пари вредни за дополнителните потрошени на батеријата LiFePO4. Написот што следува ќе следи во наредните недели што ќе ги вклучат безбедносните аспекти на LiFePO4 и различни хемиски литиуми.