Feszültség vs kapacitás lítium akkumulátorokban: mi a különbség?

A GEB-nél nap mint nap lítium akkumulátorokat készítünk a valós{0}}alkalmazásokhoz. Az ügyfelek gyakran kérdezik tőlünk, hogy az akkumulátor miért olvas egy pillanatra 3,8 V-ot, és miért esik le gyorsan terhelés alatt, pedig még bőven van töltése. A zűrzavar szinte mindig ugyanahhoz a dologhoz vezet: az összekeveréshezfeszültség és kapacitás.

Ez a két szám teljesen más dolgokat ír le, mégis együttesen határozzák meg, hogy az akkumulátor mennyit tud valójában dolgozni. Tegyük egyértelművé, hogy jobb döntéseket hozhasson a lítium akkumulátorok kiválasztásakor vagy használatakor.

Mit jelent a feszültség és a kapacitás valójában

Feszültségaz elektromos nyomáskülönbség a cella pozitív és negatív pólusai között. Megmutatja, hogy az akkumulátor milyen erősen tudja átnyomni az elektronokat az áramkörön. A gyakorlatban három fontos feszültségértékről beszélünk:

• Névleges feszültség(az átlagos üzemi feszültség, például 3,2 V LiFePO4 vagy 3,7 V NMC esetén)
• Töltési{0}}kikapcsolási feszültség(általában 4,2 V a legtöbb Li-ion cellához)
• Kisülési{0}}lezárási feszültség(általában 3,0 V vagy 2,5 V, a kémiától függően)

Kapacitásmásrészt az akkumulátor által leadható teljes töltési mennyiséget méri, amper{0}}órában (Ah) vagy milliamper-órában (mAh) kifejezve. Egy 100 Ah-s akkumulátor elméletileg 100 ampert képes táplálni egy órán keresztül, vagy 10 ampert tíz órán keresztül, mielőtt lemerül.

Az igazi rendelkezésre álló energia a kettő kombinációjából származik:

Energia (Wh)=Feszültség × Kapacitás

Például egy 48 V-os, 100 Ah-s akkumulátorcsomag 4,8 kWh energiát tárol. Ez az a szám, amely valójában megmondja, mennyi ideig tud működni a napelemes rendszer, a targonca vagy az elektromos kéziszerszám.

Sokan csak a feszültséget nézik a multiméteren, és azt hiszik, hogy az akkumulátor majdnem lemerült, amikor 3,7 V alá esik. A valóságban ez a leolvasás gyakran azt jelenti, hogy az akkumulátornak még mindig 40-60%-a van hátra, a terheléstől és a kémiától függően.

Hogyan viszonyul a feszültség és a kapacitás egymáshoz

Feszültség és kapacitásnem függetlenek. A mért feszültség változik, ahogy az akkumulátor felszabadítja a tárolt töltést. Ezt a kapcsolatot az elektródák közötti lítium-ionok mozgása és a keletkező kémiai potenciál mozgatja.

Egyszerűen fogalmazva, amikor az akkumulátor lemerül, a lítium-ionok elhagyják az anódot, és a katód felé mozognak. A mérhetőnyitott{0}}áramköri feszültség (OCV)a két elektróda potenciáljai közötti különbség. A lítium-ionok koncentrációjának változásával a feszültség fokozatosan csökken.

Ez a csökkenés azonban ritkán lineáris. A kapacitás nagy részét viszonylag lapos időben szállítjákfeszültség platform." Amint a platform véget ér, a feszültség élesen leesik a vágási-pont felé. Pontosan ez a nem-lineáris viselkedés az oka annak,feszültség egyedüla hátralévő futási idő becslése hibákhoz vezet.

A GEB-nél ezt látjuk minden alkalommal, amikor csomagokat tesztelünk. Egy cella kényelmesen ülhet 3,65 V-on hosszú ideig, miközben a névleges értékének nagy részét továbbra is leadjakapacitás.

A kisülési görbe megértése

Akisülési görbepontosan megmutatja, hogyan viselkedik a feszültség a kapacitás kimerülésekor. A tipikus lítium akkumulátor görbének három különböző fázisa van:

Kezdeti csökkenés a teljes töltési feszültségről

Hosszú, viszonylag lapos platform, ahol a legtöbb kapacitást szállítják

Éles térd a végén, mivel a feszültség gyorsan csökken, hogy leálljon-

Itt egy praktikusfeszültség vs SOC táblázatszabványos NMC cellához különböző körülmények között (25 fokon mérve):

Figyelje meg, hogy a terhelés alatti feszültség mindig alacsonyabb, mint a nyitott{0}}áramkör feszültsége. A nagyobb kisülési áram nagyobb feszültségcsökkenést okoz a belső ellenállás és a polarizációs hatások miatt.

Számos tényező változtatja meg ezt a görbét a napi használat során:

• Nagyobb C{0}}sebesség → korábbi és mélyebb feszültségesés
• Alacsonyabb hőmérséklet → csökkentett feszültség és elérhetőkapacitás
• Több töltési{0}}kisütési ciklus → a platform fokozatosan leereszkedik és kevésbé laposodik

Ez az oka annak, hogy az egykor 8 órán át ugyanazon a feszültségen működő akkumulátor 500 ciklus után csak 6 órát bír ki.

LiFePO4 vs NMC: Nagyon eltérő feszültség- és kapacitásviselkedés

A választott kémia megváltoztatja afeszültség-kapacitás kapcsolatdrámaian.

LiFePO4 (LFP)A cellák névleges 3,2 V-on működnek, rendkívül laposürítő platform. A feszültség figyelemreméltóan stabil marad nagyjából 3,3 V és 3,0 V között a kapacitás nagy részében. Ez az egyenletesség kiszámíthatóbb futási időt és jobb felhasználható kapacitást biztosít a valós alkalmazásokban. Az LFP az előnyben részesített választás a napenergia tárolására, a tengeri rendszerekre, és bárhol, ahol a hosszú élettartam és a biztonság a legfontosabb.

NMCA cellák 3,6–3,7 V névleges feszültséggel működnek, és nagyobb energiasűrűséget biztosítanak. Az övékkisülési görbeészrevehető lejtése van, ami azt jelenti, hogy a feszültség egyenletesebben csökken a kapacitás kihasználásával. Ezáltal az NMC jobban megfelel a nagy teljesítményt vagy kompakt méretet igénylő alkalmazásokhoz, mint plelektromos szerszáms, drónok és bizonyos EV-csomagok.

Íme egy{0}}egymás melletti-összehasonlítás:

A GEB-nél mindkét vegyi anyagot gyártunk, és gyakran az LFP-t ajánljuk, amikor az ügyfeleknek megbízható, hosszú{0}}időtartamú teljesítményre van szükségük, míg az NMC-alapú csomagokat javasoljuk, amikor a súly és a teljesítménysűrűség a legfontosabb.

Gyakorlati vonatkozások a valós használathoz

Feszültséga terhelés alatti megereszkedés, a hőmérsékleti hatások és az öregedés mind befolyásolja, hogy mennyi kapacitást tud ténylegesen kivonni.

A 48V-os rendszeregyértelmű előnye van a 24 V-hoz vagy a 12 V-hoz képest azonos kimeneti teljesítmény mellett. Mivel az áramerősség felére csökken, az I²R veszteségek jelentősen, - gyakran 30-40%-kal csökkennek. A töltés gyorsabban befejeződik, és a vezetékek vékonyabbak lehetnek. Nagyobb energiatároló vagy hajtóerő esetén a magasabb feszültségre való átállás szinte mindig javítja a hatékonyságot.

A tárolás állapota is számít. Javasoljuk, hogy a lítium akkumulátorokat 40-60%-on tartsaSOChosszú távú tároláshoz-. A legtöbb GEB-cella körülbelül 50%-os töltöttséggel szállítható, mert ez a szint bizonyult a legjobbnak a naptár öregedésének minimalizálásában, miközben a felépülést még egy teljes év után is 98% felett tartja.

Soha ne ítélje meg a fennmaradó kapacitást pusztán a terhelés alatti feszültség alapján. Mindig hagyja pihenni az akkumulátort néhány percig, és mérje meg az OCV-t, ha durva becslésre van szüksége. ModernBMS egységekkombinálja a feszültséget, az áramintegrációt (coulomb-számlálás) és a hőmérsékleti adatokat a sokkal pontosabbak érdekébenSOColvasmányok.

Végső gondolatok

Feszültségmegmondja az erőt.Kapacitásmegmutatja a teljes elérhető díjat. Az igazi teljesítmény abból adódik, hogy ez a kettő hogyan működik együtt az Ön adott terhelése, hőmérséklete és munkaciklusa mellett.

Megtalálni az egyensúlyt a kettő közöttfeszültség platform, teljes kapacitás, és a kémia az, ami megkülönbözteti a jó akkumulátort a terepen alulteljesítőtől. A GEB-nél jelentős időt töltünk az elektródák arányának, feszültségablakainak és anyagválasztásának optimalizálásával, így celláink egyenletes feszültségviselkedést és megbízható kapacitást biztosítanak több száz vagy több ezer cikluson keresztül.

Ha új rendszert tervez, vagy az akkumulátor opciókat értékeli, forduljon bizalommal. Mondja el feszültségigényét, várható üzemidejét és működési feltételeit. Javasolhatjuk a megfelelő kémiai és csomagolási konfigurációt, amely valóban megfelel az alkalmazásnak, ahelyett, hogy megfelelne a címspecifikációknak.