Капацитет и енергија батерије или система за складиштење
Капацитет батерије или акумулатора је количина енергије која се чува у складу са одређеном температуром, вредности струје наелектрисања и времена напуњености или пражњења.
Капацитет рејтинга и Ц стопа
Ц-стопа се користи за скалирање струје пуњења и пражњења батерије. За одређени капацитет, стопа Ц је мјера која показује на којој се струји напуни батерија и пражњен како би достигао свој дефинисани капацитет.
Напуњење од 1Ц (или Ц / 1) оптерећује батерију која је оцењена на 1000 Ах на 1000 А током једног сата, тако да на крају сата батерија достиже капацитет од 1000 Ах; пражњење 1Ц (или Ц / 1) испразни батерију истом брзином.
Напуњење од 0,5 Ц или (Ц / 2) оптерећује батерију која је оцењена на, рецимо, 1000 Ах на 500 А, па је потребно два сата да се батерија напуни до номиналног капацитета 1000 Ах;
Напуњење од 2Ц оптерећује батерију која је оцењена на, рецимо, 1000 Ах на 2000 А, тако да теоретски треба 30 минута да се батерија напуни до номиналног капацитета 1000 Ах;
Ознака Ах је обично означена на батерији.
Последњи пример, оловна батерија са Ц10 (или Ц / 10) номиналним капацитетом од 3000 Ах требало би да се пуни или празни за 10 сати са тренутним набојем или пражњењем од 300 А.
Зашто је важно знати количину Ц или Ц батерију
Ц-стопа је важан податак за батерију, јер за већину батерија ускладиштена или доступна енергија овиси о брзини струје пуњења или пражњења. Генерално, за одређени капацитет имаћете мање енергије ако се испразни у једном сату, него ако се испразни за 20 сати, обрнуто ћете сместити мање енергије у батерију са тренутним набојем од 100 А током 1 х него са тренутним набојем од 10 А током 10 х.
Формула за израчунавање струје доступне на излазу из система батерија
Како израчунати излазну струју, снагу и енергију батерије у складу са стопом Ц?
Најједноставнија формула је:
И = Цр * Ер
или
Цр = И / Ер
Где
Ер = називна енергија ускладиштена у Ах (називни капацитет батерије који је дао произвођач)
И = струја набоја или пражњења у Амперама (А)
Цр = Ц стопа батерије
Једначина за добијање времена набоја или пуњења или пражњења „т“ према тренутном и номиналном капацитету је:
т = Ер / И
т = време, трајање пуњења или пражњења (време рада) у сатима
Однос између Цр и т:
Цр = 1 / т
т = 1 / Цр
Како раде литијум-јонске батерије
Литијум-јонске батерије су невероватно популарни ових дана. Можете их пронаћи на лаптопима, ПДА уређајима, мобилним телефонима и иПод-овима. Уобичајени су јер су килограм за килограм једна од најенергичнијих пуњивих батерија.
Литијум-јонске батерије су такође у вестима у последње време. То је зато што ове батерије имају могућност да повремено изграде пламен. Није баш уобичајено - само два или три батерије на милион имају проблем - али када се то догоди, то је екстремно. У неким ситуацијама стопа квара може порасти, а када се то догоди, на крају се нађете опозив батерије у свету, а произвођачи могу коштати милионе долара.
Питање је, због чега су ове батерије тако енергичне и тако популарне? Како изгореју у пламену? А можете ли ишта учинити да спречите проблем или помогнете да батерије дуже трају? У овом ћемо чланку одговорити на ова питања и још много тога.
Литијум-јонске батерије су популарне јер имају бројне важне предности у односу на конкурентне технологије:
- Обично су пуно лакши од осталих врста пуњивих батерија исте величине. Електроде литијум-јонске батерије су израђене од лаког литијума и угљеника. Литијум је такође веома реактиван елемент, што значи да се у атомским везама може складиштити пуно енергије. То се претвара у веома високу густину енергије за литијум-јонске батерије. Ево начина да се увиди у густину енергије. Типична литијум-јонска батерија може да похрани 150 вати сати електричне енергије у 1 килограм батерије. НиМХ (никл-метал хидрид) батерија може да складишти можда 100 вати сати по килограму, мада би 60 до 70 вати сати могло бити уобичајеније. Батерија са оловном киселином може да складишти само 25 ват-сати по килограму. Користећи технологију оловне киселине, потребно је 6 килограма за складиштење исте количине енергије коју литијум-јонска батерија од 1 килограма може поднијети. То је огромна разлика
- Задржавају се набоја. Литијум-јонска батерија губи само око 5 процената набоја месечно, у поређењу са 20 процената губитка месечно за НиМХ батерије.
- Они немају ефекта меморије, што значи да их не морате потпуно испразнити пре пуњења, као и неке друге хемијске батерије.
- Литијум-јонске батерије могу поднијети стотине циклуса пуњења / пражњења.
То не значи да су литијум-јонске батерије беспрекорне. Они имају и неколико недостатака:
- Почињу да пропадају чим изађу из фабрике. Они ће трајати само две или три године од датума производње, било да их користите или не.
- Изузетно су осетљиви на високе температуре. Топлина узрокује да се литијум-јонски акумулатори деградирају много брже него што би то обично чинили.
- Ако потпуно испразните литијум-јонску батерију, она се уништава.
- Литијум-јонска батерија мора имати уграђени рачунар за управљање батеријом. То их чини још скупљим него што већ јесу.
- Постоји мала вероватноћа да ће, ако литијум-јонска батерија не успе, експлодирати.
Многе од ових карактеристика могу се разумети ако се погледа хемија унутар ћелије литијум-јона. Погледаћемо следеће.
Литијум-јонски акумулатори се испоручују у свим облицима и величинама, али сви изгледају приближно исто. Ако бисте раздвојили батерију лаптоп рачунара (нешто што ми НЕ препоручујемо због могућности кратковања батерије и покретања пожара), нашли бисте следеће:
- Литијум-јонске ћелије могу бити или цилиндричне батерије које изгледају готово идентично АА ћелијама, или могу бити призматичне, што значи да су рачунар квадратног или правоугаоног облика, који садржи:
- Један или више сензора температуре за надгледање температуре батерије
- Претварач напона и регулатор регулатора за одржавање сигурних нивоа напона и струје
- Заштићени конектор за нотебоок који омогућава проток енергије и информација у и ван батерије
- Напон напона, који прати енергетски капацитет појединих ћелија у батеријском паковању
- Монитор стања напуњености батерије, мали рачунар који управља читавим процесом пуњења, како би се осигурало да се батерије напуне што је брже и потпуније могуће.
Ако се батерија превише загреје током пуњења или коришћења, рачунар ће искључити проток напајања како би покушао да охлади ствари. Ако свој лаптоп оставите у изузетно врућем аутомобилу и покушате да га користите, овај рачунар може да вас спречи да се укључите док се ствари не охладе. Ако се ћелије икада потпуно испразне, батерија се искључује јер су ћелије уништене. Такође може пратити број циклуса пуњења / пражњења и слати информације тако да мерач батерије лаптоп може да вам каже колико напуњености је преостало у батерији.
То је прилично софистициран мали рачунар и црпи снагу из батерија. Ово повлачење струје је један од разлога зашто литијум-јонске батерије сваког месеца губе 5% снаге док не раде.
Литијум-јонске ћелије
Као и код већине батерија, ту је и спољни ковчег од метала. Употреба метала је овде посебно важна јер је батерија под притиском. Овај метални кофер има неку врсту отвора за одзрачивање осетљив на притисак. Ако се батерија икада толико загријава да ризикује да експлодира од прекомерног притиска, овај одушак ће ослободити додатни притисак. Вјероватно ће након тога бити неупотребљива батерија, тако да је то нешто што треба избјегавати. Отвор је строго присутан као сигурносна мјера. Као и прекидач позитивног температурног коефицијента (ПТЦ), уређај који треба да спречи прегријавање батерије.
Овај метални ковчег држи дугу спиралу која садржи три танка листа стиснута заједно:
- Позитивна електрода
- Негативна електрода
- Одвајач
Унутар кућишта ови листови су потопљени у органско растварач који делује као електролит. Етер је један уобичајени растварач.
Одвајач је веома танак лист микро перфориране пластике. Као што назив говори, раздваја позитивне и негативне електроде допуштајући јонима да прођу.
Позитивна електрода је направљена од литијум-кобалт оксида, или ЛиЦоО2. Негативна електрода је направљена од угљеника. Када се батерија напуни, јони литијума прелазе кроз електролит из позитивне електроде до негативне електроде и везују се за угљеник. За време пражњења, литијум јони се враћају у ЛиЦоО2 из угљеника.
Кретање ових литијум јона се дешава при поприлично високом напону, тако да свака ћелија производи 3,7 волти. То је много више од 1,5 В уобичајених алкалних ћелија које купујете у супермаркету и помаже да литијум-јонске батерије буду компактније у малим уређајима попут мобитела. Погледајте како раде батерије за детаље о различитим хемијским батеријама.
Погледаћемо како продужити век литијум-јонске батерије и истражити зашто могу следеће експлодирати.
Литијум-јонска батерија Живот и смрт
Литијум-јонски батеријски пакети су скупи, тако да ако желите да вам дуже трају, ево неких ствари које треба имати на уму:
- Литијум-јонска хемија преферира делимично пражњење до дубоког пражњења, па је најбоље да избегавате да батерију водите до нуле. Пошто литијум-јонска хемија нема „меморију“, делимичним пражњењем не оштећујете батерију. Ако напон литијум-јонске ћелије падне испод одређеног нивоа, он се уништава.
- Литијум-јонске батерије старе. Трају само две до три године, чак и ако седе на неискоришћеној полици. Зато немојте „избегавати употребу“ батерије уз помисао да ће батерија трајати пет година. Неће. Такође, ако купујете ново паковање батерија, желите да будете сигурни да је заиста ново. Ако је годину дана седео на полици у продавници, неће дуго трајати. Датуми производње су важни.
- Избегавајте топлоту која деградира батерије.
Експлодирање батерија
Сада када знамо како да литијум-јонске батерије дуже раде, погледајмо зашто могу експлодирати.
Ако се батерија довољно загреје да запали електролит, отворићете ватру. На Интернету се налазе видео снимци и фотографије који показују колико озбиљни ти пожари могу бити. Чланак ЦБЦ-а, „Лето експлодирајућег лаптопа“, заокружује неколико ових инцидената.
Када се догоди пожар, обично га узрокује унутрашњи кратки спој у батерији. Подсетимо се из претходног одељка да литијум-јонске ћелије садрже одвајачки лист који позитивне и негативне електроде држи подаље. Ако се тај лист пробије, а електроде додирну, батерија се веома брзо загрева. Можда сте искусили какву топлоту може произвести батерија ако сте икада ставили нормалну батерију од 9 волти у џеп. Ако се новчић кратко споји преко два терминала, батерија се прилично загријава.
У случају квара сепаратора, иста таква краткоћа се догађа унутар литијум-јонске батерије. Пошто су литијум-јонске батерије толико енергичне, врло се загријавају. Топлина узрокује да батерија избаци органски растварач који се користи као електролит, а топлота (или блиска искра) може да га запали. Једном када се то догоди унутар једне од ћелија, топлина ватре каскадно прелази на друге ћелије и целокупно чопори се подижу у пламену.
Важно је напоменути да су пожари врло ретки. Ипак, треба само неколико пожара и мало медија покриће ради брзог опозива.
Различите литијумске технологије
Прво, важно је напоменути да постоји много типова „литијум јонских“ батерија. Тачка коју треба да приметимо у овој дефиницији односи се на „породицу батерија“.
У овој породици постоји неколико различитих „литијум јонских“ батерија које за своју катоду и аноду користе различите материјале. Као резултат тога, показују врло различите карактеристике и због тога су погодне за различите примене.
Литијум-гвожђе-фосфат (ЛиФеПО4)
Литијум-железов фосфат (ЛиФеПО4) је позната литијумска технологија у Аустралији због широке употребе и погодности за широку употребу.
Карактеристике ниске цене, високе безбедности и добре специфичне енергије чине ово јаком опцијом за многе примене.
Напон ћелије ЛиФеПО4 од 3,2 В / ћелија такође га чини литијумском технологијом избора за запечаћену замену оловне киселине у многим кључним применама.
ЛиПО батерија
Међу свим доступним литијумским опцијама, неколико је разлога због којих је ЛиФеПО4 изабран као идеална литијумска технологија за замену СЛА. Главни разлози се своде на његове повољне карактеристике када се гледају главне апликације тамо где СЛА тренутно постоји. Ови укључују:
- Сличан напон као СЛА (3,2 В по ћелији к 4 = 12,8 В) што их чини идеалним за СЛА замену.
- Најсигурнији облик литијумских технологија.
- Нешкодљив за животну средину –фосфат није опасан и на тај начин је прихватљив како за животну средину, тако и за здравље.
- Широк распон температуре
Карактеристике и предности ЛиФеПО4 у поређењу са СЛА
Испод су неке кључне карактеристике Литијум-гвожђе-фосфатна батерија која пружају значајне предности СЛА-а у низу примена. Ово никако није потпуна листа, али покрива кључне ставке. АГА батерија од 100 АХ изабрана је као СЛА, јер је то једна од најчешће коришћених величина у апликацијама дубоког циклуса. Овај 100АХ АГМ је упоређен са 100АХ ЛиФеПО4 како би се упоредио сличан за што је ближе могуће.
Карактеристика - Тежина:
Поређење
- ЛифеПО4 је мање од половине масе СЛА-е
- АГМ дубоки циклус - 27,5 кг
- ЛиФеПО4 - 12,2 кг
Предности
- Повећава ефикасност горива
- Код употребе каравана и чамаца тежина вуче се смањује.
- Повећава брзину
- У бродским апликацијама брзина воде може се повећати
- Смањење укупне тежине
- Дуже време извршавања
Тежина има велики утицај на многе примене, посебно када су у питању вуча или брзина, као што су камп приколице и пловидбе. Остале апликације, укључујући преносну расвету и апликације за камере у којима је потребно носити батерије.
Значајка - Већи живот циклуса:
Поређење
- Живот циклуса до 6 пута
- АГМ дубоки циклус - 300 циклуса @ 100% ДоД
- ЛиФеПО4 - 2000 циклуса @ 100% ДоД
Предности
- Нижи укупни трошкови власништва (трошак по кВх много је нижи током трајања батерије за ЛиФеПО4)
- Смањење трошкова замене - замените АГМ до 6 пута пре него што ЛиФеПО4 треба да се замени
Дужи радни век циклуса значи да су додатни трошкови за ЛиФеПО4 батерију више него надокнађени за трајање употребе батерије. Ако се користи свакодневно, АГМ ће требати заменити цца. 6 пута пре него што је ЛиФеПО4 потребна замена
Карактеристика - Равна крива пражњења:
Поређење
- При 0,2Ц (20А) пражњењу
- АГМ - пада испод 12 В после
- 1,5 сати рунтимеа
- ЛиФеПО4 - пада испод 12В након отприлике 4 сата извођења
Предности
- Ефикасније коришћење капацитета батерије
- Снага = Волти к Ампера
- Једном када напон почне да опада, батерија ће морати да снабдева веће ампере да обезбеди исту количину енергије.
- Већи напон је бољи за електронику
- Дуже време извођења опреме
- Потпуна употреба капацитета чак и при великој брзини пражњења
- АГМ @ 1Ц пражњење = 50% капацитета
- ЛиФеПО4 @ 1Ц пражњење = 100% капацитета
Ова значајка је мало позната, али је велика предност и даје вишеструке предности. Са равном кривуљом пражњења ЛиФеПО4, терминални напон држи изнад 12 В за коришћење капацитета до 85-90%. Због тога је потребно мање ампера да би се испоручила једнака количина енергије (П = ВкА) и зато ефикаснија употреба капацитета доводи до дужег рада. Корисник такође неће раније приметити успоравање уређаја (на пример голф кошарица).
Упоредо са тим, ефекат Пеукертовог закона је код литијума много мање значајан од ефекта АГМ. То резултира тиме што имате на располагању велики проценат капацитета батерије без обзира на брзину пражњења. При 1Ц (или 100А пражњењу за батерију 100АХ) опција ЛиФеПО4 и даље ће вам дати 100АХ у односу на само 50АХ за АГМ.
Значајка - Повећана употреба капацитета:
Поређење
- Препоручени АГМ ДоД = 50%
- Препоручени ЛиФеПО4 ДоД = 80%
- АГМ дубоки циклус - 100АХ к 50% = 50Ах употребљив
- ЛиФеПО4 - 100Ах к 80% = 80Ах
- Разлика = 30Ах или 60% већа употреба капацитета
Предности
- Повећани радни век или мањи капацитет батерије за замену
Повећана употреба расположивог капацитета значи да корисник може добити до 60% више времена извођења из исте опције капацитета у ЛиФеПО4, или се алтернативно одлучити за ЛиФеПО4 батерију мањег капацитета, а истовремено постиже исто време извођења као и АГМ већег капацитета.
Функција - већа ефикасност пуњења:
Поређење
- АГМ - потпуно пуњење траје око 8 сати
- ЛиФеПО4 - Потпуно пуњење може бити само 2 сата
Предности
- Батерија је напуњена и спремна је за поновну употребу
Још једна велика предност у многим апликацијама. Због ниже унутрашње отпорности између осталих фактора, ЛиФеПО4 може прихватити набој по много већој брзини од АГМ-а. То им омогућује да буду наплаћени и спремни за употребу много брже, што доводи до многих предности.
Карактеристика - ниска стопа самопражњења:
Поређење
- АГМ - Испуштање до 80% СОЦ након 4 месеца
- ЛиФеПО4 - Испуст до 80% након 8 месеци
Предности
- Може се оставити у складишту дуже време
Ова значајка је велика за рекреативна возила која се могу користити само неколико месеци у години пре него што се остатак године складиште као што су каравани, чамци, мотоцикли и Јет скије итд. Уз ово, ЛиФеПО4 се не калцифицира, па чак и након дужег напуштања батерије мање је вероватноћа да ће се трајно оштетити. ЛиФеПО4 батерија не оштећује ако је не оставите у складишту у потпуно напуњеном стању.
Дакле, ако ваше апликације захтевају неку од горе наведених карактеристика, онда ћете бити сигурни да ћете добити свој новац у износу од додатних трошкова на ЛиФеПО4 батерији. Следећи чланак ће уследити у наредним недељама који ће обухватати безбедносне аспекте на ЛиФеПО4 и различитим литијумским хемијама.
100% сигурно плаћање
