Baterijos ar akumuliatoriaus sistemos talpa ir energija
Baterijos ar akumuliatoriaus talpa yra energijos kiekis, sukauptas atsižvelgiant į konkrečią temperatūrą, įkrovos ir iškrovos srovės vertę bei įkrovimo ar iškrovimo laiką.
Įvertinimo talpa ir C laipsnis
C koeficientas naudojamas akumuliatoriaus įkrovimo ir iškrovimo srovei išmatuoti. Tam tikros talpos C dažnis yra matas, nurodantis, kokia srove akumuliatorius yra įkraunamas iškraunama, kad pasiektų nustatytą pajėgumą.
1C (arba C / 1) įkrova įkrauna akumuliatorių, kurio vardinė vertė, tarkime, 1000 Ah, esant 1000 A, per valandą, taigi valandos pabaigoje akumuliatorius pasiekia 1000 Ah talpą; 1C (arba C / 1) iškrova akumuliatorių išsikrauna tokiu pat greičiu.
0.5C arba (C / 2) įkrova įkrauna akumuliatorių, kurio vardinė vertė, tarkim, 1000 Ah, esant 500 A, taigi baterija turi būti įkraunama esant 1000 Ah vardinei galiai;
2C įkrova įkrauna akumuliatorių, kurio galia, tarkime, 1000 Ah, esant 2000 A, taigi teoriškai reikia 30 minučių įkrauti akumuliatorių, kurio vardinė talpa yra 1000 Ah;
Ah įvertinimas paprastai nurodomas ant akumuliatoriaus.
Paskutinis pavyzdys: švino rūgšties akumuliatorius, kurio C10 (arba C / 10) vardinė talpa yra 3000 Ah, turėtų būti įkrautas ar iškrautas per 10 valandų, kai dabartinis įkrovimas ar iškrova yra 300 A.
Kodėl svarbu žinoti akumuliatoriaus C ar C reitingą
C sparta yra svarbūs akumuliatoriaus duomenys, nes daugumos akumuliatorių energija kaupiama ar turima energijos priklauso nuo įkrovimo ar iškrovos spartos. Paprastai tam tikroje talpoje jūs turėsite mažiau energijos, jei išsikrausite per vieną valandą, nei iškrovus per 20 valandų, atvirkščiai, akumuliatoriuje, kurio srovė 100 A per 1 valandą, sukaupsite mažiau energijos, nei esant dabartinei įkrovai. 10 A per 10 h.
Akumuliatoriaus sistemos išėjimo srovės apskaičiavimo formulė
Kaip apskaičiuoti akumuliatoriaus išėjimo srovę, galią ir energiją pagal C koeficientą?
Paprasčiausia formulė:
I = Cr * Er
arba
Cr = aš / er
Kur
Er = vardinė energija, laikoma Ah (vardinė akumuliatoriaus talpa, kurią nurodo gamintojas)
I = įkrovimo ar iškrovimo srovė amperuose (A)
Cr = akumuliatoriaus C greitis
Lygtis, norint gauti įkrovimo ar įkrovimo laiką „t“ pagal esamą ir vardinę talpą:
t = Er / I
t = laikas, įkrovimo ar iškrovimo trukmė (veikimo laikas) valandomis
Cr ir t santykis:
Cr = 1 / t
t = 1 / Cr
Kaip veikia ličio jonų akumuliatoriai
Ličio jonų akumuliatoriai yra nepaprastai populiarūs šiomis dienomis. Jų galite rasti nešiojamuosiuose kompiuteriuose, PDA, mobiliuosiuose telefonuose ir „iPod“. Jie yra tokie įprasti, nes, svarų už svarą svarstant, jie yra viena iš energingiausių įkraunamų baterijų.
Ličio jonų akumuliatoriai taip pat pastaruoju metu buvo naujienose. Taip yra todėl, kad šios baterijos gali retkarčiais sprogti liepsnai. Tai nėra labai įprasta - problemą turi tik du ar trys akumuliatoriai iš milijono - bet kai tai atsitinka, jis yra kraštutinis. Kai kuriose situacijose gedimų procentas gali pakilti, ir, atsitikus šiai situacijai, jums prireiks visame pasaulyje atšaukti akumuliatorių, kurie gamintojams gali kainuoti milijonus dolerių.
Taigi kyla klausimas, dėl ko šios baterijos yra tokios energingos ir populiarios? Kaip jie sprogo liepsnai? Ar galite ką nors padaryti, kad būtų išvengta problemos ar akumuliatoriai tarnautų ilgiau? Šiame straipsnyje atsakysime į šiuos ir dar daugiau klausimų.
Ličio jonų akumuliatoriai yra populiarūs, nes, palyginti su konkuruojančiomis technologijomis, jie turi daug svarbių pranašumų:
- Paprastai jie yra daug lengvesni nei kitų rūšių tokio paties dydžio įkraunamos baterijos. Ličio jonų akumuliatoriaus elektrodai yra pagaminti iš lengvo ličio ir anglies. Liitis taip pat yra labai reaktyvus elementas, reiškiantis, kad jo atominėse jungtyse gali būti kaupiama daug energijos. Tai reiškia, kad ličio jonų akumuliatoriams reikalingas labai didelis energijos tankis. Tai būdas sužinoti energijos tankį. Įprasta ličio jonų baterija gali laikyti 150 vatų elektros energijos 1 kilograme akumuliatoriaus. NiMH (nikelio-metalo hidrido) akumuliatorius gali laikyti 100 vatų valandų kilograme, nors 60–70 vatvalandžių gali būti tipiškesnis. Švino-rūgšties akumuliatorius gali talpinti tik 25 vatos valandas kilograme. Naudojant švino-rūgšties technologiją, reikia 6 kilogramų išlaikyti tokį patį energijos kiekį, kokį gali sunaudoti 1 kilogramo ličio jonų akumuliatorius. Tai didžiulis skirtumas
- Jie sulaiko savo krūvį. Ličio jonų akumuliatorių blokas praranda tik apie 5 procentus per mėnesį, palyginti su 20 procentų nuostolių per mėnesį NiMH akumuliatoriais.
- Jie neturi atminties efekto, o tai reiškia, kad prieš įkraunant visiškai nereikia jų visiškai iškrauti, kaip ir kai kurių kitų akumuliatorių chemijos gaminių atveju.
- Ličio jonų akumuliatoriai gali valdyti šimtus įkrovimo / iškrovimo ciklų.
Tai nereiškia, kad ličio jonų akumuliatoriai yra nepriekaištingi. Jie taip pat turi keletą trūkumų:
- Jie pradeda degraduoti, kai tik išeina iš gamyklos. Jie truks tik dvejus ar trejus metus nuo pagaminimo dienos, nesvarbu, ar jūs juos naudojate, ar ne.
- Jie yra ypač jautrūs aukštai temperatūrai. Dėl karščio ličio jonų akumuliatoriai skaidosi daug greičiau, nei įprastai.
- Jei visiškai iškraunate ličio jonų akumuliatorių, jis sugadinamas.
- Ličio jonų akumuliatorių bloke turi būti įmontuotas kompiuteris, kuris valdys akumuliatorių. Tai daro juos dar brangesnius nei jie jau yra.
- Maža tikimybė, kad sugedus ličio jonų akumuliatoriui, jis užsidegs.
Daugelį šių savybių galima suprasti pažvelgus į chemiją ličio jonų kameroje. Mes pažvelgsime į tai toliau.
Visų formų ir dydžių ličio jonų akumuliatoriai yra, bet visi jie atrodo vienodai. Jei turėtumėte atskirti nešiojamojo kompiuterio akumuliatorių (tai, ko mes nerekomenduojame dėl galimybės trumpam išsikrauti akumuliatorių ir užsidegti), rastumėte tai:
- Ličio jonų elementai gali būti cilindrinės baterijos, kurios atrodo beveik tapačios AA elementams, arba jos gali būti prizminės, tai reiškia, kad jos yra kvadratinės arba stačiakampės. Kompiuteris, kurį sudaro:
- Vienas ar keli temperatūros jutikliai, skirti stebėti akumuliatoriaus temperatūrą
- Įtampos keitiklis ir reguliatoriaus grandinė saugiam įtampos ir srovės lygiui palaikyti
- Ekranuotas nešiojamojo kompiuterio jungtis, leidžianti energijai ir informacijai tekėti iš akumuliatoriaus ir iš jo
- Įtampos čiaupas, kuris stebi atskirų akumuliatoriaus elementų energijos talpą
- Akumuliatoriaus įkrovos būsenos monitorius, kuris yra mažas kompiuteris, atliekantis visą įkrovimo procesą, siekiant įsitikinti, kad akumuliatoriai įkraunami kuo greičiau ir pilnai.
Jei įkrovimo ar naudojimo metu akumuliatorius tampa per karštas, kompiuteris išjungs energijos srautą, kad pabandytų atvėsti. Jei paliksite savo nešiojamąjį kompiuterį ypač karštame automobilyje ir bandysite juo naudotis, šis kompiuteris gali neleisti maitinti, kol viskas atvės. Jei elementai kada nors visiškai išsikraus, baterija išsijungs, nes elementai yra sugadinti. Tai taip pat gali sekti įkrovimo / iškrovimo ciklų skaičių ir išsiųsti informaciją, kad nešiojamojo kompiuterio akumuliatoriaus matuoklis galėtų pasakyti, kiek akumuliatoriaus liko.
Tai gana sudėtingas mažas kompiuteris, kuris energiją naudoja iš baterijų. Šis energijos sunaudojimas yra viena iš priežasčių, kodėl ličio jonų akumuliatoriai praranda 5 procentus savo energijos kiekvieną mėnesį sėdėdami nenaudojami.
Ličio jonų ląstelės
Kaip ir daugumos akumuliatorių, jūs turite išorinį korpusą, pagamintą iš metalo. Čia ypač svarbu naudoti metalą, nes akumuliatorius yra veikiamas slėgio. Šiame metaliniame korpuse yra kažkokia slėgiui jautri ventiliacijos anga. Jei akumuliatorius kada nors įkaista taip, kad gali sprogti dėl per aukšto slėgio, ši anga išleis papildomą slėgį. Vėliau akumuliatorius greičiausiai bus nenaudingas, todėl to reikia vengti. Ventiliacija yra griežtai ten, kaip saugos priemonė. Taip pat yra teigiamos temperatūros koeficiento (PTC) jungiklis - prietaisas, kuris, kaip tikimasi, neleidžia akumuliatoriui perkaisti.
Šis metalinis korpusas turi ilgą spiralę, susidedančią iš trijų suspaustų plonų lakštų:
- Teigiamas elektrodas
- Neigiamas elektrodas
- Skyriklis
Korpuso viduje šie lakštai yra panardinami į organinį tirpiklį, kuris veikia kaip elektrolitas. Eteris yra vienas įprastas tirpiklis.
Atskirtuvas yra labai plonas mikro perforuoto plastiko lakštas. Kaip rodo pavadinimas, jis atskiria teigiamus ir neigiamus elektrodus, tuo pačiu leisdamas jonams praeiti.
Teigiamas elektrodas pagamintas iš ličio kobalto oksido arba LiCoO2. Neigiamas elektrodas yra pagamintas iš anglies. Kai akumuliatorius įkraunamas, ličio jonai juda per elektrolitą iš teigiamo elektrodo į neigiamą elektrodą ir prisijungia prie anglies. Iškrovimo metu ličio jonai iš anglies juda atgal į LiCoO2.
Šių ličio jonų judėjimas vyksta esant gana aukštai įtampai, todėl kiekviena ląstelė sukuria 3,7 volto. Tai yra daug daugiau nei 1,5 volto, būdingo normaliam AA šarminiam elementui, kurį perkate prekybos centre, ir tai padeda ličio jonų baterijas padaryti kompaktiškesnes mažuose įrenginiuose, tokiuose kaip mobilieji telefonai. Norėdami sužinoti daugiau informacijos apie skirtingus akumuliatorių gaminimo būdus, žr. Kaip veikia baterijos.
Mes pažvelgsime, kaip pratęsti ličio jonų akumuliatorių tarnavimo laiką ir ištirsime, kodėl jie gali sprogti toliau.
Ličio jonų akumuliatoriaus veikimo laikas ir mirtis
Ličio jonų akumuliatoriai yra brangūs, taigi, jei norite, kad jūsų automobilis tarnautų ilgiau, atminkite kelis toliau išvardytus dalykus:
- Ličio jonų chemija teikia pirmenybę daliniam iškrovimui, o ne giliam iškrovimui, todėl geriau vengti baterijos nuėmimo iki galo. Kadangi ličio jonų chemija neturi „atminties“, jūs nepadarote žalos akumuliatoriui iš dalies iškrovus. Jei ličio jonų elemento įtampa nukrenta žemiau tam tikro lygio, ji sugadinama.
- Ličio jonų baterijų amžius. Jie trunka tik dvejus trejus metus, net jei sėdima ant lentynos nenaudojami. Taigi „nevenkite naudoti“ akumuliatoriaus galvodami, kad akumuliatorius truks penkerius metus. Tai nebus. Be to, jei perkate naują akumuliatorių paketą, norite įsitikinti, kad jis tikrai yra naujas. Jei jis metus sėdėjo ant lentynos parduotuvėje, jis ilgai neišsilaikys. Gamybos datos yra svarbios.
- Venkite karščio, kuris sugadina baterijas.
Sprogstančios baterijos
Dabar, kai mes žinome, kaip išlaikyti ličio jonų baterijas ilgiau veikiančias, pažvelkime, kodėl jos gali sprogti.
Jei akumuliatorius pakankamai įkaista, kad užsidega elektrolitas, užsidegsite. Žiniatinklyje yra vaizdo įrašų ir nuotraukų, parodančių, koks rimtas gali būti gaisras. CBC straipsnis „Sprogstančio nešiojamojo kompiuterio vasara“ apibendrina kelis iš šių incidentų.
Kai įvyksta toks gaisras, jį paprastai sukelia vidinis akumuliatoriaus trumpasis junginys. Iš ankstesnio skyriaus prisiminkite, kad ličio jonų ląstelėse yra atskyrimo lapas, išlaikantis teigiamą ir neigiamą elektrodus. Jei tas lapas pradurtas ir elektrodai liečiasi, akumuliatorius labai greitai įkaista. Galbūt esate patyrę, kokią šilumą gali išsikrauti akumuliatorius, jei kada nors į kišenę įdėjote įprastą 9 voltų bateriją. Jei moneta trumpėja per du gnybtus, baterija gana įkaista.
Sugedus separatoriui, toks pat trumpasis įvyksta ličio jonų akumuliatoriaus viduje. Ličio jonų akumuliatoriai yra tokie energingi, todėl labai įkaista. Dėl karščio akumuliatorius pašalina organinį tirpiklį, naudojamą kaip elektrolitas, o šiluma (arba šalia jo esanti kibirkštis) gali jį uždegti. Kai tai atsitiks vienos kameros viduje, ugnis užklumpa kitose kamerose ir visa pakuotė užsidega.
Svarbu pažymėti, kad gaisrai yra labai reti. Vis dėlto reikia tik poros gaisrų ir šiek tiek žiniasklaidos aprėptis, kad būtų skubiai atšaukta.
Skirtingos ličio technologijos
Pirmiausia svarbu pažymėti, kad yra daugybė „ličio jonų“ akumuliatorių rūšių. Šioje apibrėžtyje reikia atkreipti dėmesį į „baterijų šeimą“.
Šioje šeimoje yra keletas skirtingų „ličio jonų“ akumuliatorių, kurių katodui ir anodui naudojamos skirtingos medžiagos. Dėl to jie pasižymi labai skirtingomis savybėmis, todėl yra tinkami įvairiems tikslams.
Ličio geležies fosfatas (LiFePO4)
Ličio geležies fosfatas (LiFePO4) yra gerai žinoma ličio technologija Australijoje dėl plataus jo naudojimo ir tinkamumo daugeliui pritaikymų.
Dėl žemos kainos, aukšto saugumo ir geros energijos savybių tai yra puikus pasirinkimas daugeliui programų.
3,2 V / LiFePO4 įtampa ląstelėje taip pat leidžia pasirinkti ličio technologiją uždaroms švino rūgštims pakeisti daugelyje pagrindinių programų.
LiPO baterija
Iš visų galimų ličio variantų yra keletas priežasčių, kodėl LiFePO4 buvo pasirinktas kaip ideali ličio technologija, pakeičianti SLA. Pagrindinės priežastys lemia jo palankias savybes, kai žiūrima į pagrindines programas, kuriose šiuo metu egzistuoja SLA. Jie apima:
- Panaši įtampa kaip ir SLA (3,2 V ląstelėje x 4 = 12,8 V), todėl jie idealiai tinka pakeisti SLA.
- Saugiausia ličio technologijų forma.
- Aplinkai nekenksmingas - fosfatas nėra pavojingas, todėl yra draugiškas aplinkai ir nekelia pavojaus sveikatai.
- Platus temperatūros diapazonas.
Savybės ir nauda „LiFePO4“ palyginti su SLA
Žemiau pateikiamos kelios pagrindinės ličio geležies fosfato baterijos savybės, kurios suteikia keletą reikšmingų SLA pranašumų įvairiose srityse. Tai nėra išsamus sąrašas visomis priemonėmis, tačiau jis apima pagrindinius elementus. SLA buvo pasirinkta 100AH AGM baterija, nes tai yra vienas iš dažniausiai naudojamų dydžių gilaus ciklo programose. Šis 100AH AGM buvo palygintas su 100AH LiFePO4, kad būtų galima kuo panašiau palyginti.
Funkcija - svoris:
Palyginimas
- „LifePO4“ yra mažiau nei pusė SLA svorio
- AGM gilus ciklas - 27,5 kg
- „LiFePO4“ - 12,2 kg
Privalumai
- Padidina degalų efektyvumą
- Naudojant karavanus ir valtis, vilkimo svoris yra mažesnis.
- Padidina greitį
- Naudojant valtis, vandens greitį galima padidinti
- Bendro svorio sumažėjimas
- Ilgesnis veikimo laikas
Svoris turi didelę reikšmę daugeliui pritaikymų, ypač kai vilkimas ar greitis yra tokie, kaip karavanai ir valtys. Kitos programos, įskaitant nešiojamąjį apšvietimą ir fotoaparatą, kur reikia nešti baterijas.
Funkcija - didesnis ciklo gyvenimas:
Palyginimas
- Iki 6 kartų ciklo laikas
- AGM gilus ciklas - 300 ciklų @ 100% DoD
- LiFePO4 - 2000 ciklų @ 100% DoD
Privalumai
- Mažesnės bendros nuosavybės išlaidos („LiFePO4“ baterijos eksploatavimo laikas yra daug mažesnis už kWh)
- Pakeitimo išlaidų sumažinimas - pakeiskite AGM iki 6 kartų, kol LiFePO4 reikės pakeisti
Didesnis ciklo laikas reiškia, kad papildomos išankstinės „LiFePO4“ akumuliatoriaus sąnaudos yra daugiau nei kompensuojamos baterijos naudojimo metu. Jei AGM naudojamas kasdien, AGM reikės pakeisti maždaug. 6 kartus, kol LiFePO4 reikia pakeisti
Funkcija - plokščio iškrovos kreivė:
Palyginimas
- Esant 0,2C (20A) iškrovai
- AGM - po 12 V nukrenta
- 1,5 val
- LiFePO4 - nukrenta žemiau 12 V maždaug po 4 valandų trukmės
Privalumai
- Efektyvesnis akumuliatoriaus talpos išnaudojimas
- Galia = voltai x stiprintuvai
- Kai tik įtampa pradės kristi, akumuliatoriui reikės tiekti didesnius stiprintuvus, kad būtų tiek pat energijos.
- Aukštesnė įtampa geriau tinka elektronikai
- Ilgesnis įrangos veikimo laikas
- Visiškas pajėgumų išnaudojimas net esant dideliam iškrovos greičiui
- AGM @ 1C iškrova = 50% talpos
- „LiFePO4 @ 1C“ iškrova = 100% talpos
Ši funkcija mažai žinoma, tačiau yra didelis pranašumas ir suteikia daug privalumų. Esant LiFePO4 plokščiajai iškrovos kreivei, gnybtų įtampa išlieka didesnė nei 12 V, naudojant 85–90% talpos. Dėl to reikia mažiau amperų, kad būtų tiekiamas toks pat energijos kiekis (P = VxA), todėl efektyvesnis pajėgumų panaudojimas lemia ilgesnį veikimo laiką. Vartotojas taip pat nepastebės prietaiso sulėtėjimo (pavyzdžiui, golfo krepšelis) anksčiau.
Be to, Peukerto dėsnis ličio atžvilgiu yra daug mažiau reikšmingas nei AGM. Tai lemia tai, kad yra didelis procentas akumuliatoriaus talpos, nesvarbu, koks iškrovimo greitis. Esant 1C (arba 100A iškrova 100AH akumuliatoriui), „LiFePO4“ parinktis vis tiek suteiks jums 100AH, palyginti su 50AH AGM.
Funkcija - didesnis pajėgumų panaudojimas:
Palyginimas
- AGM rekomenduojama DoD = 50%
- „LiFePO4“ rekomenduojama DoD = 80%
- AGM Gilus ciklas - 100AH x 50% = 50Ah tinkami naudoti
- „LiFePO4“ - 100Ah x 80% = 80Ah
- Skirtumas = 30Ah arba 60% daugiau pajėgumų
Privalumai
- Padidėjęs veikimo laikas arba mažesnės talpos akumuliatorius keičiamas
Didesnis turimos talpos panaudojimas reiškia, kad vartotojas iš tos pačios talpos LiFePO4 talpos gali gauti iki 60% daugiau veikimo laiko, arba pasirinkti mažesnės talpos LiFePO4 akumuliatorių, tačiau vis tiek pasiekti tą patį veikimo laiką kaip didesnės talpos AGM.
Funkcija - didesnis įkrovimo efektyvumas:
Palyginimas
- AGM - Visas įkrovimas trunka apytiksliai. 8 valandos
- „LiFePO4“ - visas įkrovimas gali būti tik 2 valandos
Privalumai
- Akumuliatorius įkrautas ir paruoštas naudoti greičiau
Kitas didelis privalumas daugelyje programų. Dėl mažesnio vidinio pasipriešinimo, be kitų veiksnių, „LiFePO4“ gali priimti krūvį daug labiau nei AGM. Tai leidžia juos įkrauti ir paruošti naudoti daug greičiau, o tai suteikia daug naudos.
Funkcija - mažas savaiminio iškrovimo lygis:
Palyginimas
- AGM - išmetimas iki 80% SOC po 4 mėnesių
- LiFePO4 - išmetimas iki 80% po 8 mėnesių
Privalumai
- Galima palikti ilgesniam laikui
Ši savybė yra puiki pramoginėms transporto priemonėms, kurios gali būti naudojamos tik keletą mėnesių per metus, prieš pradedant jas laikyti saugyklose likusiems metams, pavyzdžiui, nameliams ant ratų, valtims, motociklams ir vandens motociklams ir tt. Be to, LiFePO4 nekalkėja ir todėl net palikę ilgą laiką akumuliatorius yra visapusiškai sugadintas. „LiFePO4“ akumuliatoriui nepadaroma žala, jei jis nepaliekamas visiškai įkrautas.
Taigi, jei jūsų programos pateisina bet kurią iš aukščiau išvardytų funkcijų, įsitikinsite, kad gausite pinigų, kuriuos papildomai išleisite naudodami „LiFePO4“ akumuliatorių. Ateinančiomis savaitėmis bus pateiktas straipsnis apie tolesnius veiksmus, kuriuose bus aprašyti saugos aspektai „LiFePO4“ ir skirtingose ličio chemijos priemonėse.
100% saugus mokėjimas
