Принцип және анықтамалар

Батареяның немесе сақтау жүйесінің сыйымдылығы мен энергиясы

Аккумулятордың немесе аккумулятордың сыйымдылығы - белгілі бір температураға, зарядтау мен разрядтың ағымдағы мәніне, зарядтау немесе разрядтау уақытына сәйкес сақталатын энергия мөлшері.

Рейтингтік сыйымдылық және С-деңгейі

C-жылдамдығы батареяны зарядтау және разрядтау тогын өлшеу үшін қолданылады. Берілген сыйымдылық үшін C-жылдамдық - бұл аккумулятор қандай токпен зарядталғанын және өлшенетін өлшем белгіленген қуатына жету үшін зарядсыздандырылады. 

1C (немесе C / 1) заряды бір сағат ішінде 1000 А 1000 А зарядталған батареяны зарядтайды, сондықтан сағат соңында батарея 1000 Ах сыйымдылығына жетеді; 1C (немесе C / 1) разряд батареяны бірдей жылдамдықпен зарядтайды.
0,5С немесе (C / 2) зарядтау аккумуляторды зарядтайды, мысалы, 500 А атмосферада, сондықтан 1000 А номиналды сыйымдылықта батареяны зарядтау үшін екі сағат қажет;
2C заряды 2000 A температурада зарядталған аккумуляторды зарядтайды, сондықтан оны 1000 А номиналды сыйымдылықта зарядтауға теориялық 30 минут қажет;
Ah рейтингі әдетте батареяда белгіленеді.
Соңғы мысал, C10 (немесе C / 10) номиналды сыйымдылығы 3000 Ах сыйымдылығы бар қорғасын қышқылы аккумуляторы 10 сағат ішінде 300 А ток зарядымен немесе разрядымен зарядталуы керек.

Батареяның C-дәрежесін немесе C-рейтингін білу неге маңызды?

C жылдамдығы аккумулятор үшін маңызды деректер болып табылады, өйткені батареялардың көпшілігі үшін сақталған немесе қол жетімді қуат зарядтау немесе разряд тогының жылдамдығына байланысты. Жалпы алғанда, берілген қуат үшін, егер сіз 20 сағат ішінде разрядтан бір сағаттан көп зарядтасаңыз, аз қуат аласыз, керісінше, 100 сағаттық заряды бар аккумуляторда 1 сағ ішінде зарядталғанға қарағанда азырақ энергияны сақтайсыз. 10 A уақыт ішінде 10 сағ.

Батарея жүйесінің шығысындағы токты есептеу формуласы

C-жылдамдығы бойынша аккумулятордың шығыс тогын, қуатын және энергиясын қалай есептеу керек?
Қарапайым формула:

I = Cr * Er
немесе
Cr = I / Er
Қайда
Эр = номиналды қуат Ахта сақталады (өндірушінің берген аккумулятордың сыйымдылығы)
I = Ампердегі зарядтау немесе разряд тогы (A)
Аккумулятордың Cr = C-жылдамдығы
Ағымдағы және номиналды қуаттылыққа сәйкес «t» зарядтау немесе зарядтау немесе разрядтау уақытын алуға теңдеу:
t = Er / I
t = уақыт, зарядтау немесе разряд ұзақтығы (жұмыс уақыты) сағатпен
Cr және t арасындағы байланыс:
Cr = 1 / t
t = 1 / Cr

Литий-иондық батареялар қалай жұмыс істейді

Литий-ионды батареялар қазіргі уақытта өте танымал. Сіз оларды ноутбуктерде, PDA, ұялы телефондар мен iPod-да таба аласыз. Олар өте кең таралған, өйткені бір фунт фунт, олар ең қуатты қайта зарядталатын батареялар.

Литий-ионды аккумуляторлар да соңғы кездері жаңалықтарда. Себебі, бұл батареялар кейде жалынға шыға алады. Бұл өте кең таралған емес - миллионға екі-үш батарея пакетінде проблема бар - бірақ бұл кезде ол төтенше. Кейбір жағдайларда істен шығу деңгейі артуы мүмкін, ал бұл кезде сіз өндірушілерге миллиондаған доллар тұратын дүниежүзілік батареяны еске түсіресіз.

Мәселе мынада, бұл батареяларды неғұрлым жігерлі және соншалықты танымал етеді? Олар қалай жалынға күйеді? Ақаулықты болдырмау үшін не батареяңыздың ұзақ жұмыс істеуіне көмектесетін бір нәрсе бар ма? Осы мақалада біз осы және басқа сұрақтарға жауап береміз.

Литий-ионды аккумуляторлар танымал, өйткені олардың бәсекелес технологияларға қатысты бірқатар маңызды артықшылықтары бар:

• Олар бірдей көлемдегі қайта зарядталатын батареялардың басқа түрлеріне қарағанда әлдеқайда жеңіл. Литий-ионды аккумулятордың электродтары жеңіл литий мен көміртектен тұрады. Литий сонымен қатар өте реактивті элемент болып табылады, яғни оның атомдық байланыстарында көп энергия сақталуы мүмкін. Бұл литий-иондық батареялар үшін өте жоғары энергия тығыздығына айналады. Міне, энергияның тығыздығы туралы перспективаны білудің әдісі. Кәдімгі литий-ионды аккумулятор батареяның 1 килограмында 150 ватт-сағат электр қуатын сақтай алады. NiMH (никель металл гидриді) аккумулятор пакеті әр килограмына 100 ватт-сағатты сақтай алады, дегенмен 60-70 ватт-сағат әдеттегідей болуы мүмкін. Қорғасын қышқылы аккумуляторының килограмына тек 25 ватт-сағатты сақтай алады. Қорғасын-қышқыл технологиясын қолдана отырып, 1 кило литий-ионды аккумулятор қабылдай алатын энергияны сақтау үшін 6 килограмм қажет. Бұл үлкен айырмашылық
• Олар өздерінің зарядтарын ұстайды. Литий-ионды батареялар жиынтығы айына NiMH батареялары үшін 20 пайыз жоғалтумен салыстырғанда, зарядының тек 5 пайызын жоғалтады.
• Олардың жадқа әсері жоқ, яғни кейбір батарея химиялары сияқты зарядтаудан бұрын оларды толығымен босатудың қажеті жоқ.
• Литий-ионды аккумуляторлар жүздеген зарядтау / разряд циклдерін басқара алады.

Бұл литий-иондық батареялардың мінсіз екенін білдірмейді. Олардың бірнеше кемшіліктері бар:

• Олар зауыттан шыққан бойда нашарлай бастайды. Сіз оларды қолданбасаңыз да, пайдаланбасаңыз да, олар шығарылған күннен бастап екі-үш жыл ғана болады.
• Олар жоғары температураға өте сезімтал. Жылу литий-ионды аккумулятор қаптамаларын әдеттегіден тезірек тоздырады.
• Егер сіз литий-ионды аккумуляторды толығымен зарядтасаңыз, ол бұзылады.
• Литий-ионды батареялар жинағында батареяны басқару үшін борттық компьютер болуы керек. Бұл оларды бұрынғыдан әлдеқайда қымбат етеді.
• Егер литий-ионды аккумулятор пакеті істен шықса, ол жалынға айналуы мүмкін.

Осы сипаттамалардың көпшілігін литий-иондық жасушаның ішіндегі химияға қарап түсінуге болады. Мұны келесіде қарастырамыз.

Литий-ионды аккумулятор пакеттері барлық пішінде және мөлшерде болады, бірақ олардың бәрі бірдей жағынан көрінеді. Егер сіз ноутбуктің аккумулятор жинағын алып тастасаңыз (батареяны қысқарту және отты жағу мүмкіндігіне байланысты ұсынбаймыз), сіз мыналарды таба аласыз:

• Литий-иондық жасушалар АА жасушаларына ұқсас цилиндрлік батареялар бола алады немесе призмалық болуы мүмкін, яғни олар төртбұрышты немесе тікбұрышты болып табылады. Компьютер, мыналарды қамтиды:
• Батарея температурасын бақылау үшін бір немесе бірнеше температура сенсоры
• Кернеу мен токтың қауіпсіз деңгейін ұстап тұруға арналған кернеу түрлендіргіші мен реттегіш тізбек
• Батарея жинағына кіретін және шығатын қуат пен ақпарат ағынына мүмкіндік беретін экрандалған ноутбук қосқышы
• Батарея жинағындағы жеке ұяшықтардың қуат сыйымдылығын бақылайтын кернеу шүмегі
• Батарея зарядының күйін бақылау - бұл батареяны мүмкіндігінше тез және толық зарядтау үшін бүкіл зарядтау процесін басқаратын кішкентай компьютер.

Егер батареяны зарядтау немесе пайдалану кезінде қатты ысып кетсе, компьютер заттарды салқындату үшін қуат ағынын өшіреді. Егер сіз ноутбукты өте ыстық көлікте қалдырсаңыз және ноутбукты қолдануға тырыссаңыз, бұл компьютер сізге суығанша қуат беруді тоқтатуы мүмкін. Егер ұяшықтар толығымен таусылса, батареялар блогы жабылады, өйткені жасушалар бүлінеді. Сондай-ақ, ол зарядтау / разряд циклдарының санын қадағалап, ноутбуктің батарея өлшегіштері батареяда қанша заряд қалғанын айтуы мүмкін.

Бұл өте күрделі кішкентай компьютер және ол батареялардан қуат алады. Электр қуатының тартылуы литий-ионды аккумуляторлар ай сайын жұмыс істемей тұрған кезде қуатының 5 пайызын жоғалтуының бір себебі болып табылады.

Литий-иондық жасушалар

Көптеген аккумуляторлардағыдай, сізде де сыртқы қабаты металлдан жасалған. Бұл жерде металды қолдану өте маңызды, өйткені батарея қысымға ұшырайды. Бұл металл қорапта қысымға сезімтал желдеткіш тесік бар. Егер батарея өте қатты қызып кетсе, ол шамадан тыс қысымның әсерінен жарылып кетуі мүмкін, бұл қосымша қысымды шығарады. Аккумулятор кейін пайдасыз болады, сондықтан бұл алдын-алу керек. Қауіпсіздік шарасы ретінде желдеткіш бар. Позитивті температура коэффициенті (PTC), батареяны қызып кетуден сақтайтын құрылғы.

Бұл металл қорапта ұзын спираль орналасқан, оның ішіне үш жұқа қабық салынған:

• Позитивті электрод
• Теріс электрод
• Бөлгіш

Корпустың ішінде бұл парақтар электролит ретінде әрекет ететін органикалық еріткішке батырылады. Эфир - кең таралған еріткіш.

Сепаратор - бұл микро перфорацияланған пластиктен жасалған өте жұқа парақ. Атау айтып тұрғандай, ол иондардың өтуіне мүмкіндік бере отырып, оң және теріс электродтарды ажыратады.

Позитивті электрод литий кобальт оксидінен немесе LiCoO2-ден жасалады. Теріс электрод көміртектен жасалған. Батарея зарядталған кезде литий иондары электролит арқылы оң электродтан теріс электродқа өтіп, көміртекке қосылады. Шығару кезінде литий иондары көміртектен LiCoO2-ге қайта оралады.

Бұл литий иондарының қозғалысы өте жоғары кернеуде болады, сондықтан әр ұяшықта 3,7 вольт пайда болады. Бұл супермаркетте сатып алынған қарапайым АА сілтілі жасушасына ұқсас 1,5 вольттан әлдеқайда жоғары және литий-иондық батареяларды ұялы телефон сияқты шағын құрылғыларда ықшамды етуге көмектеседі. Батареялардың әртүрлі химиялары туралы мәліметтер алу үшін батареялардың қалай жұмыс істейтінін қараңыз.

Литий-ионды аккумулятордың қызмет ету мерзімін қалай ұзартуға болатынын және олардың келесі кездерде жарылу себептерін қарастырамыз.

Литий-ионды батареялардың өмірі және өлімі

Литий-ионды аккумулятор пакеттері қымбат, сондықтан сіз өзіңіздің өміріңізді ұзағырақ еткіңіз келсе, мыналарды есте ұстау керек:

• Литий иондарының химиясы ішінара разрядты терең разрядтан артық көреді, сондықтан батареяны нөлге дейін түсірмеу керек. Литий-иондық химияда «жад» жоқ болғандықтан, сіз батареяның ішінара разрядымен зиян келтірмейсіз. Егер литий-иондық жасушаның кернеуі белгілі бір деңгейден төмен түссе, ол бұзылады.
• Литий-иондық батареялардың жасы. Олар тек пайдаланылмайтын сөреде отырса да, екі-үш жылға созылады. Сондықтан аккумулятор батареясын пайдалану мерзімі бес жылға жетеді деген оймен аккумуляторды «пайдаланбаңыз». Ол болмайды. Сонымен қатар, егер сіз жаңа батарея жинағын сатып алсаңыз, оның шынымен жаңа екеніне көз жеткізгіңіз келеді. Егер ол дүкендегі сөреде бір жыл бойы тұрса, ол ұзаққа созылмайды. Өндіріс күндері маңызды.
• Батареяларды тоздыратын қызудан аулақ болыңыз.

Батареялардың жарылуы

Енді литий-иондық батареяларды ұзақ уақытқа қалай сақтау керектігін білетін болсақ, олардың жарылуы мүмкін екенін қарастырайық.

Егер батарея қызып кетсе, онда сіз электролитті тұтатасыз. Интернетте осы өрттің қаншалықты ауыр болуы мүмкін екенін көрсететін бейнероликтер мен фотолар бар. CBC-дегі «Жарылғыш ноутбуктің жазы» мақаласы осы оқиғалардың бірнеше жағдайын қарастырады.

Мұндай өрт пайда болған кезде, әдетте, батареядағы ішкі қысқа тұндыру пайда болады. Алдыңғы бөлімнен литий-иондық жасушаларда оң және теріс электродтарды бөлек ұстайтын бөлгіш парақ бар екенін еске түсірейік. Егер бұл парақ тесіліп, электродтар тиіп кетсе, батарея тез қызады. Егер сіз 9 вольтты аккумуляторды қалтаңызға салып қойсаңыз, батарея шығаратын жылу түрін бастан өткерген шығарсыз. Егер монета екі терминалдың арасын кесіп өтсе, батарея өте ыстық болады.

Сепаратордың істен шығуы кезінде литий-иондық аккумулятордың ішінде осындай қысқа уақыт болады. Литий-иондық батареялар өте қуатты болғандықтан, олар қатты қызып кетеді. Жылу батареяны электролит ретінде пайдаланылатын органикалық еріткішті шығаруға мәжбүр етеді, ал жылу (немесе жақын маңдағы ұшқын) оны жағуы мүмкін. Бұл бір жасушаның ішінде болғанда, оттың қызуы басқа клеткаларға өтіп, бүкіл жинақ жалынға айналады.

Өрттер өте сирек кездесетінін ескерген жөн. Дегенмен, бұл тек бірнеше отты және аздап медианы қажет етеді шақыруды қамту үшін қамту.

Литийдің әртүрлі технологиялары

Біріншіден, «Литий ионы» аккумуляторларының көптеген түрлері бар екенін атап өткен жөн. Осы анықтамада атап өту керек нәрсе «батареялар отбасы» туралы.
Бұл отбасында катод пен анод үшін әртүрлі материалдарды пайдаланатын бірнеше «литий иондары» бар. Нәтижесінде олар өте әртүрлі сипаттамаларға ие, сондықтан әр түрлі қолданбаларға жарамды.

Литий темір фосфаты (LiFePO4)

Литий темір фосфаты (LiFePO4) Австралияда литийдің танымал технологиясы болып табылады, себебі ол кең қолданыста және кең қолдануға жарамды.
Төмен бағаның, жоғары қауіпсіздіктің және жақсы энергияның сипаттамалары бұл көптеген қолданбалар үшін күшті опцияға айналдырады.
LiFePO4 жасушасының кернеуі 3,2В / ұяшық сонымен қатар қорғасын қышқылын герметикалық қышқылмен алмастыруға арналған таңдаулы технология болып табылады.

LiPO аккумуляторы

Литийдің барлық нұсқаларының ішінен LiFePO4 SLA-ны алмастыру үшін идеалды литий технологиясы ретінде таңдалуының бірнеше себептері бар. Негізгі себептер қазіргі уақытта SLA бар негізгі қосымшаларды қарау кезінде оның жағымды сипаттамаларына байланысты. Оларға мыналар жатады:

• SLA-ге ұқсас кернеу (әр ұяшыққа 3,2 В х 4 = 12,8 В), оларды SLA ауыстыруға өте ыңғайлы етеді.
• Литий технологиясының қауіпсіз түрі.
• Қоршаған ортаға зиянды - фосфат қауіпті емес, сондықтан қоршаған ортаға да зиянды, денсаулыққа да қауіп төндірмейді.
• Температураның кең диапазоны.

Ерекшеліктері мен артықшылықтары LiFePO4 SLA-мен салыстырғанда

Төменде литий темір фосфаты аккумуляторының кейбір негізгі сипаттамалары берілген, олар SLA-дің бірқатар қолданбалы артықшылықтарын береді. Бұл толық тізім емес, бірақ ол негізгі элементтерді қамтиды. SLA ретінде 100AH AGM батареясы таңдалды, өйткені бұл терең циклде қолданылатын өлшемдердің бірі. Осы 100AH AGM шамасы, мысалы, мүмкіндігінше жақын болу үшін, 100AH LiFePO4-пен салыстырылды.

Мүмкіндігі - салмағы:

Салыстыру

• LifePO4 SLA салмағының жартысынан аз
• АГМ терең циклі - 27,5кг
• LiFePO4 - 12,2кг

Артықшылықтары

• Жанармайдың тиімділігін арттырады
  • Керуен мен қайықта тіркемелерде тартқыштардың салмағы азаяды.
• Жылдамдықты арттырады
  • Қайық қосымшаларында су жылдамдығын арттыруға болады
• Жалпы салмақтың төмендеуі
• Ұзақ жұмыс уақыты

Салмақ көптеген қосымшаларға үлкен әсер етеді, әсіресе тартылу немесе жылдамдық, мысалы, керуен мен қайық. Батареялар тасымалдануы керек басқа қосымшалар, соның ішінде портативті жарықтандыру және камера.

Мүмкіндік - үлкен циклдік өмір:

Салыстыру

• Циклдің қызмет ету мерзімінің 6-ға дейін
• AGM терең цикл - 300 цикл @ 100% DoD
• LiFePO4 - 2000 цикл @ 100% DoD

Артықшылықтары

• Меншіктің жалпы құны төмен (кВт / сағ құны LiFePO4 үшін батареяның қызмет ету мерзімінен едәуір төмен)
• Ауыстыру шығындарының азаюы - LiFePO4 ауыстыруды қажет етпес бұрын, жиналысты 6 есеге дейін ауыстырыңыз

Циклдің ұзақтығы LiFePO4 аккумуляторының қосымша жарамдылық мерзімі батареяның қызмет ету мерзімі ішінде төленетін шығыннан асады дегенді білдіреді. Егер күнделікті қолданылса, жиналысты шамамен ауыстыру қажет. LiFePO4 ауыстыру қажет болғанға дейін 6 рет

Мүмкіндік - жалпақ разряд қисығы:

Салыстыру

• 0,2С (20А) разряд кезінде
• АГМ - кейін 12 В төмендейді
• 1,5 сағат жұмыс уақыты
• LiFePO4 - шамамен 4 сағаттан кейін 12В төмендейді

Артықшылықтары

• Батарея сыйымдылығын тиімдірек пайдалану
• Қуат = Вольт x Ампер
• Кернеу таусыла бастағанда, батарея қуатын бірдей мөлшерде беру үшін жоғарырақ амперді беру керек болады.
• Жоғары кернеу электроника үшін жақсы
• Жабдықтар үшін ұзақ жұмыс уақыты
• Қуаттың жоғары шығуы кезінде де толық пайдалану
• AGM @ 1C разряд = 50% сыйымдылық
• LiFePO4 @ 1C разряд = 100% сыйымдылық

Бұл мүмкіндік аз белгілі, бірақ оның артықшылығы бар және ол көптеген артықшылықтар береді. LiFePO4 түзу разряд қисығында, сыйымдылықты пайдалану үшін терминал кернеуі 12 В-тан жоғары болады. Осыған байланысты, қуаттың бірдей көлемін (P = VxA) беру үшін азырақ ампер қажет, сондықтан қуатты тиімдірек пайдалану ұзақ жұмыс уақытына әкеледі. Пайдаланушы сонымен қатар құрылғының баяулауын байқамайды (мысалы, гольф арбасы).

Сонымен қатар Пеукерт заңының әсері литиймен бірге AGM-ге қарағанда әлдеқайда аз. Бұл зарядсыздану деңгейіне қарамастан, батареяның сыйымдылығының үлкен пайызын алуға мүмкіндік береді. 1С (немесе 100А батарея үшін 100А разряд) LiFePO4 опциясы сізге AGM үшін тек 50AH - тан 100AH береді.

Мүмкіндік - қуаттылықты арттыру:

Салыстыру

• AGM ұсынылған DoD = 50%
• LiFePO4 ұсынылған DoD = 80%
• AGM Терең цикл - 100AH х 50% = 50А
• LiFePO4 - 100Ah x 80% = 80Ah
• Айырмашылық = 30Ah немесе 60% артық қуат

Артықшылықтары

• Ауыстыру үшін ұлғайтылған жұмыс уақыты немесе аз сыйымды батарея

Қол жетімді сыйымдылықты арттыру пайдаланушының LiFePO4-тегі бірдей қуат параметрінен жұмыс уақытының 60% көбірек алуын немесе AGM үлкен сыйымдылығымен бірдей жұмыс уақытына қол жеткізген кезде LiFePO4 аз сыйымдылығын таңдауды білдіреді.

Мүмкіндігі - үлкен қуат тиімділігі:

Салыстыру

• AGM - Толық зарядтау шамамен алады. 8 сағат
• LiFePO4 - Толық заряд 2 сағатқа дейін болуы мүмкін

Артықшылықтары

• Батарея зарядталған және тезірек пайдалануға дайын

Басқа қосымшалардың тағы бір тиімді артықшылығы. Басқа факторлардың арасында ішкі қарсылықтың төмен болуына байланысты LiFePO4 зарядты AGM-ге қарағанда әлдеқайда жоғары жылдамдықта қабылдай алады. Бұл оларды зарядтауға және тезірек пайдалануға дайын болуға мүмкіндік береді, бұл көптеген артықшылықтарға әкеледі.

Мүмкіндік - төмен зарядтау коэффициенті:

Салыстыру

• AGM - 4 айдан кейін 80% SOC шығарыңыз
• LiFePO4 - 8 айдан кейін 80% дейін разряд

Артықшылықтары

• Ұзақ уақытқа сақтауға болады

Бұл мүмкіндік демалыс көліктері үшін үлкен мүмкіндік, оны жыл бойына тек бірнеше ай ішінде пайдалануға болады, мысалы, керуендер, катерлер, мотоциклдер және джет-коньки т.с.с. Сонымен қатар, LiFePO4 тіпті ұзақ уақытқа қалдырылғаннан кейін де, батареяның зақымдану ықтималдығы аз. LiFePO4 аккумуляторына зарядталмаған күйде сақтау керек.

Сонымен, егер сіздің қосымшаларыңыз жоғарыда аталған мүмкіндіктердің кез-келгеніне кепілдік берсе, онда сіз LiFePO4 аккумуляторына жұмсаған артық ақшаңыз үшін ақша алатындығына сенімді боласыз. Келесі аптада LiFePO4 және литийдің әр түрлі химиялары бойынша қауіпсіздік аспектілері туралы мақаланы қарастырамыз.