ولتاژ در مقابل ظرفیت در باتری های لیتیومی: چه تفاوت هایی دارند

در GEB، ما هر روز باتری‌های لیتیومی را برای کاربردهای واقعی-در جهان می‌سازیم. مشتریان اغلب از ما می پرسند که چرا یک باتری یک لحظه ولتاژ 3.8 ولت را می خواند و به سرعت در زیر بار سقوط می کند، حتی اگر هنوز مقدار زیادی شارژ باقی مانده باشد. سردرگمی تقریباً همیشه به یک چیز منتهی می شود: اختلاطولتاژ و ظرفیت.

این دو عدد چیزهای کاملاً متفاوتی را توصیف می کنند، اما با هم کار می کنند تا تصمیم بگیرند که باتری شما واقعاً چقدر کار می کند. بیایید آن را به وضوح تجزیه کنیم تا بتوانید هنگام انتخاب یا استفاده از باتری های لیتیومی تصمیمات بهتری بگیرید.

ولتاژ و ظرفیت در واقع به چه معناست

ولتاژاختلاف فشار الکتریکی بین پایانه های مثبت و منفی سلول است. این به شما می گوید که باتری با چه قدرتی می تواند الکترون ها را در مدار فشار دهد. در عمل، ما در مورد سه مقدار مهم ولتاژ صحبت می کنیم:

• ولتاژ اسمی(متوسط ​​ولتاژ کاری، مانند 3.2 ولت برای LiFePO4 یا 3.7 ولت برای NMC)
• ولتاژ قطع{0}شارژ(معمولاً 4.2 ولت برای اکثر سلول های لیتیوم یونی)
• ولتاژ قطع{0}دشارژ(معمولا 3.0 ولت یا 2.5 ولت بسته به شیمی)

ظرفیتاز سوی دیگر، مقدار کل شارژی را که باتری می‌تواند تحویل دهد را اندازه‌گیری می‌کند که بر حسب آمپر-ساعت (Ah) یا میلی‌آمپر-ساعت (mAh) بیان می‌شود. یک باتری 100 آمپر ساعتی از نظر تئوری می تواند 100 آمپر برای یک ساعت یا 10 آمپر برای ده ساعت قبل از خالی شدن آن تامین کند.

انرژی واقعی موجود از ترکیب هر دو حاصل می شود:

انرژی (وات ساعت)=ولتاژ × ظرفیت

به عنوان مثال، یک بسته باتری 48 ولتی 100 آمپر ساعتی، 4.8 کیلووات ساعت انرژی ذخیره می کند. این عددی است که در واقع به شما می گوید که منظومه شمسی، لیفتراک یا ابزار برقی شما چقدر می تواند کار کند.

بسیاری از مردم فقط به ولتاژ یک مولتی متر نگاه می کنند و فکر می کنند وقتی باتری به زیر 3.7 ولت می رسد تقریباً تمام شده است. در واقع، این خواندن اغلب به این معنی است که باتری همچنان 40 تا 60 درصد ظرفیت باقی مانده است، بسته به بار و مواد شیمیایی.

چگونه ولتاژ و ظرفیت با یکدیگر ارتباط دارند

ولتاژ و ظرفیتمستقل نیستند ولتاژی که اندازه می‌گیرید با آزاد کردن شارژ باتری تغییر می‌کند. این رابطه توسط حرکت یون های لیتیوم بین الکترودها و پتانسیل شیمیایی حاصل ایجاد می شود.

به عبارت ساده، زمانی که باتری تخلیه می شود، یون های لیتیوم از آند خارج شده و به سمت کاتد حرکت می کنند. قابل اندازه گیریولتاژ مدار باز-(OCV)تفاوت بین پتانسیل در دو الکترود است. با تغییر غلظت یون های لیتیوم، ولتاژ به تدریج کاهش می یابد.

با این حال، این افت به ندرت خطی است. بیشتر ظرفیت در یک وضعیت نسبتاً صاف تحویل داده می شود.پلت فرم ولتاژهنگامی که پلت فرم به پایان می رسد، ولتاژ به شدت به سمت نقطه قطع می افتد. این رفتار غیر خطی دقیقاً دلیل تکیه برولتاژ به تنهاییتخمین زمان اجرا باقی مانده منجر به اشتباه می شود.

در GEB هر بار که بسته ها را آزمایش می کنیم، این را می بینیم. یک سلول ممکن است برای مدت طولانی در ولتاژ 3.65 ولت به راحتی بنشیند و در عین حال اکثریت امتیاز خود را ارائه دهد.ظرفیت.

درک منحنی تخلیه

رامنحنی تخلیهدقیقاً نشان می دهد که ولتاژ با مصرف ظرفیت چگونه رفتار می کند. یک منحنی باتری لیتیومی معمولی دارای سه فاز مجزا است:

افت اولیه از ولتاژ شارژ کامل

سکوی طولانی و نسبتاً مسطح که بیشترین ظرفیت در آن تحویل داده می شود

زانو تیز در انتها به دلیل کاهش سریع ولتاژ برای قطع-

در اینجا یک عملی استجدول ولتاژ در مقابل SOCبرای یک سلول استاندارد NMC تحت شرایط مختلف (اندازه گیری شده در 25 درجه):

توجه کنید که چگونه ولتاژ تحت بار همیشه کمتر از ولتاژ مدار-باز است. جریان تخلیه بالاتر به دلیل مقاومت داخلی و اثرات پلاریزاسیون باعث کاهش ولتاژ بیشتر می شود.

چندین عامل این منحنی را در استفاده روزانه تغییر می دهد:

• نرخ C{0}}بالاتر → افت ولتاژ زودتر و عمیق‌تر
• دمای پایین تر → ولتاژ کاهش یافته و در دسترس استظرفیت
• شارژ بیشتر-دوره های تخلیه → پلت فرم به تدریج پایین می آید و کمتر صاف می شود

به همین دلیل است که باتری ای که یک بار به مدت 8 ساعت با ولتاژ یکسان کار می کرد، ممکن است تنها 6 ساعت پس از 500 چرخه دوام بیاورد.

LiFePO4 در مقابل NMC: رفتار ولتاژ و ظرفیت بسیار متفاوت

شیمی که انتخاب می کنید تغییر می کندرابطه ظرفیت-ولتاژبه طور چشمگیری

LiFePO4 (LFP)سلول ها در ولتاژ اسمی 3.2 ولت با یک بسیار مسطح کار می کنندسکوی تخلیه. ولتاژ به طور قابل توجهی بین 3.3 ولت و 3.0 ولت برای بیشتر ظرفیت ثابت می ماند. این صافی زمان اجرا قابل پیش بینی بیشتر و ظرفیت قابل استفاده بهتر در برنامه های واقعی را به شما می دهد. LFP انتخاب ارجح برای ذخیره انرژی خورشیدی، سیستم های دریایی، و هر جایی که عمر چرخه طولانی و ایمنی اهمیت دارد، است.

NMCسلول ها با ولتاژ اسمی 3.6-3.7V کار می کنند و چگالی انرژی بالاتری ارائه می دهند. آنهامنحنی تخلیهشیب قابل توجهی دارد، به این معنی که با استفاده از ظرفیت، ولتاژ به طور پیوسته افت می کند. این باعث می شود NMC برای برنامه هایی که به توان خروجی بالا یا اندازه فشرده نیاز دارند، مانندابزار قدرتs، پهپادها و بسته های برقی خاص.

در اینجا یک مقایسه-به-در کنار هم وجود دارد:

در GEB ما هر دو شیمی تولید می‌کنیم و اغلب LFP را در زمانی که مشتریان نیاز به برق طولانی مدت{0} قابل اعتماد دارند، توصیه می‌کنیم، در حالی که بسته‌های مبتنی بر NMC{1}}را پیشنهاد می‌کنیم که وزن و چگالی توان در اولویت‌های اصلی هستند.

مفاهیم عملی برای استفاده واقعی

ولتاژافتادگی تحت بار، اثرات دما و پیری همگی بر میزان ظرفیتی که می توانید واقعاً استخراج کنید تأثیر می گذارد.

A سیستم 48 ولتدارای مزیت آشکار نسبت به 24 ولت یا 12 ولت برای خروجی برق یکسان است. از آنجایی که جریان به نصف می رسد، تلفات I²R به طور قابل توجهی - اغلب 30-40٪ کاهش می یابد. شارژ نیز سریعتر تمام می شود و سیم کشی می تواند نازک تر شود. برای ذخیره انرژی بیشتر یا قدرت محرکه، حرکت به ولتاژ بالاتر تقریباً همیشه کارایی را بهبود می بخشد.

شرایط ذخیره سازی نیز مهم است. ما توصیه می کنیم باتری های لیتیومی را در 40-60٪ نگه داریدSOCبرای ذخیره سازی طولانی مدت-. اکثر سلول‌های GEB با حدود 50 درصد شارژ ارسال می‌شوند، زیرا این سطح برای به حداقل رساندن پیری تقویم بهترین عملکرد را دارد و در عین حال حتی پس از یک سال کامل بازیابی را بالای 98 درصد نگه می‌دارد.

هرگز ظرفیت باقیمانده را تنها بر اساس ولتاژ تحت بار قضاوت نکنید. همیشه اجازه دهید باتری برای چند دقیقه استراحت کند و در صورت نیاز به تخمین تقریبی OCV را اندازه گیری کنید. مدرنواحدهای BMSولتاژ، ادغام جریان (شمار ​​کولن) و دما را برای دقت بسیار بیشتر ترکیب کنیدSOCقرائت

افکار نهایی

ولتاژنیرو را به شما می گویدظرفیتکل شارژ موجود را به شما می گوید. عملکرد واقعی از نحوه تعامل این دو تحت بار، دما و چرخه کاری خاص شما ناشی می شود.

برقراری تعادل درست بینپلت فرم ولتاژ, ظرفیت کلو شیمی چیزی است که یک باتری خوب را از باتری ای که در میدان عملکرد ضعیفی دارد جدا می کند. در GEB ما زمان قابل توجهی را صرف بهینه‌سازی نسبت‌های الکترود، پنجره‌های ولتاژ و انتخاب مواد می‌کنیم تا سلول‌های ما رفتار ولتاژ ثابت و ظرفیت قابل اعتماد را در صدها یا هزاران چرخه ارائه دهند.

اگر سیستم جدیدی طراحی می‌کنید یا گزینه‌های باتری را ارزیابی می‌کنید، راحت باشید. ولتاژ مورد نیاز، زمان اجرا مورد انتظار و شرایط عملیاتی خود را به ما بگویید. ما می توانیم شیمی و پیکربندی بسته مناسب را توصیه کنیم که در واقع با برنامه شما مطابقت داشته باشد به جای اینکه فقط با مشخصات سرفصل مطابقت داشته باشد.