Parimi dhe përkufizimet

2020-08-11 08:07

Kapaciteti dhe energjia e një baterie ose sistemi ruajtjeje

Kapaciteti i një baterie ose akumulatori është sasia e energjisë së ruajtur sipas temperaturës specifike, ngarkesës dhe vlerës së vlerës aktuale dhe kohës së ngarkimit ose shkarkimit.

Kapaciteti i vlerësimit dhe shkalla C

Shkalla C përdoret për të shkallëzuar rrymën e ngarkimit dhe shkarkimit të një baterie. Për një kapacitet të caktuar, shkalla C është një masë që tregon se në çfarë rryme ngarkohet një bateri dhe shkarkohet për të arritur kapacitetin e tij të përcaktuar. 

Një ngarkesë 1C (ose C / 1) ngarkon një bateri e cila vlerësohet në 1000 Ah në 1000 A gjatë një ore, kështu që në fund të orës bateria të arrijë një kapacitet prej 1000 Ah; një shkarkesë 1C (ose C / 1) kullon baterinë me të njëjtën ritëm.
Një ngarkesë 0,5C ose (C / 2) ngarkon një bateri që vlerësohet në, 1000 Ah në 500 A, kështu që duhen dy orë për të ngarkuar baterinë në kapacitetin e vlerësimit prej 1000 Ah;
Një ngarkesë 2C ngarkon një bateri që është vlerësuar në, të themi, 1000 Ah në 2000 A, kështu që duhen teorikisht 30 minuta për të ngarkuar baterinë në kapacitetin e vlerësimit prej 1000 Ah;
Vlerësimi i Ah normalisht shënohet në bateri.
Shembulli i fundit, një bateri acide plumbi me një kapacitet të vlerësuaruar C10 (ose C / 10) prej 3000 Ah duhet të ngarkohet ose shkarkohet në 10 orë me një ngarkesë aktuale ose shkarkesë prej 300 A.

Pse është e rëndësishme të njohësh normën C ose vlerësimin C të një baterie

Shkalla C është një e dhënë e rëndësishme për një bateri sepse për shumicën e baterive energjia e ruajtur ose e disponueshme varet nga shpejtësia e rrymës së ngarkimit ose shkarkimit. Në përgjithësi, për një kapacitet të caktuar do të keni më pak energji nëse shkarkoni brenda një ore sesa nëse shkarkoni në 20 orë, në mënyrë të kundërt do të ruani më pak energji në një bateri me një ngarkesë aktuale prej 100 A gjatë 1 ore sesa me një ngarkesë aktuale të 10 A gjatë 10 h.

Formula për të llogaritur rrymën e disponueshme në daljen e sistemit të baterive

Si të llogarisni rrymën e daljes, fuqinë dhe energjinë e një baterie sipas shkallës C?
Formula më e thjeshtë është:

I = Cr * Er
ose
Cr = I / Er
ku
Er = energjia e vlerësuar e ruajtur në Ah (kapaciteti i vlerësuar i baterisë së dhënë nga prodhuesi)
I = rryma e ngarkimit ose shkarkimit në Amper (A)
Cr = shkalla e C e baterisë
Ekuacioni për të marrë kohën e ngarkimit ose ngarkimit ose shkarkimit "t" sipas kapacitetit aktual dhe të vlerësuar është:
t = Er / I
t = koha, kohëzgjatja e ngarkimit ose shkarkimit (koha e funksionimit) në orë
Marrëdhënia midis Cr dhe t:
Cr = 1 / t
t = 1 / Cr

Si funksionojnë bateritë litium-jon

Bateritë litium-jonike janë tepër të njohura këto ditë. Mund t’i gjeni në laptopë, PDA, telefona celularë dhe iPod. Ata janë kaq të zakonshëm sepse, paund për paund, ato janë disa nga bateritë më energjike të rimbushshme në dispozicion.

Bateritë litium-jon gjithashtu kanë qenë në lajme kohët e fundit. Kjo për shkak se këto bateri kanë aftësinë për të shpërthyer në flakë herë pas here. Nuk është shumë e zakonshme - vetëm dy ose tre pako baterish për milion kanë një problem - por kur kjo ndodh, është ekstreme. Në disa situata, shkalla e dështimit mund të rritet, dhe kur kjo të ndodhë përfundoni me një kujtesë të baterisë në mbarë botën që mund t'i kushtojë prodhuesve miliona dollarë.

Pra, pyetja është, çfarë i bën këto bateri kaq energjike dhe kaq të njohura? Si shpërthejnë në flakë? Dhe a ka ndonjë gjë që mund të bësh për të parandaluar problemin ose të ndihmoni bateritë tuaja të zgjasin më shumë? Në këtë artikull, ne do t'u përgjigjemi këtyre pyetjeve dhe më shumë.

Bateritë litium-jonike janë të njohura sepse ato kanë një numër përparësish të rëndësishme sesa teknologjitë konkurruese:

• Ata në përgjithësi janë shumë më të lehta se llojet e tjera të baterive të rimbushshme me të njëjtën madhësi. Elektrodat e një baterie litium-jon janë bërë nga litium i lehtë dhe karboni. Litiumi është gjithashtu një element shumë reaktiv, që do të thotë se shumë energji mund të ruhen në lidhjet e tij atomike. Kjo përkthehet në një densitet energjie shumë të lartë për bateritë litium-jon. Këtu është një mënyrë për të marrë një perspektivë mbi densitetin e energjisë. Një bateri tipike litium-jon mund të ruajë 150 vat-orë energji elektrike në 1 kilogram bateri. Një paketë baterie NiMH (hidride nikeli-metali) mund të ruajë ndoshta 100 vat-orë për kilogram, megjithëse 60 - 70 vat-orë mund të jenë më tipike. Një bateri e acidit plumb mund të ruajë vetëm 25 vat-orë për kilogram. Duke përdorur teknologjinë e acidit plumb, duhen 6 kilogramë për të ruajtur të njëjtën sasi energjie që mund të trajtojë një bateri litium-jon 1 kilogram. Ky është një ndryshim i madh
• Ata mbajnë akuzën e tyre. Një paketë baterie litium-jon humbet vetëm rreth 5 përqind të tarifës së saj në muaj, krahasuar me një humbje prej 20 përqind në muaj për bateritë NiMH.
• Ata nuk kanë asnjë efekt memorie, që do të thotë se nuk keni nevojë t’i shkarkoni plotësisht ato para se të rimbushni, si me disa kimistika të tjera të baterive.
• Bateritë litium-jon mund të trajtojnë qindra cikle ngarkimi / shkarkimi.

Kjo nuk do të thotë që bateritë litium-jon janë të përsosura. Ata gjithashtu kanë disa disavantazhe:

• Ata fillojnë të degradojnë sapo të largohen nga fabrika. Ato do të zgjasin vetëm dy ose tre vjet nga data e prodhimit, nëse i përdorni apo jo.
• Ata janë jashtëzakonisht të ndjeshëm ndaj temperaturave të larta. Nxehtësia bën që paketat e baterive litium-jon të degjenerohen shumë më shpejt nga sa zakonisht.
• Nëse shkarkoni plotësisht një bateri litium-jonik, ajo është shkatërruar.
• Një paketë baterie litium-jon duhet të ketë një kompjuter në bord për të menaxhuar baterinë. Kjo i bën ata edhe më të shtrenjtë se sa janë tashmë.
• Ekziston një shans i vogël që nëse një paketë e baterisë litium-jon dështon, ajo do të shpërthejë në flakë.

Shumë nga këto karakteristika mund të kuptohen duke parë kiminë brenda një qelizë litium-jon. Do ta shikojmë këtë tjetër.

Paketat e baterive litium-jon vijnë në të gjitha format dhe madhësitë, por të gjitha ato duken pothuajse të njëjta nga brenda. Nëse do të hiqnit një paketë baterie laptopë (diçka që NUK ju rekomandojmë për shkak të mundësisë së ndërprerjes së baterisë dhe fillimit të zjarrit) do të gjeni më poshtë:

• Qelizat litium-jon mund të jenë ose bateri cilindrike që duken pothuajse identike me qelizat AA, ose ato mund të jenë prizmatike, që do të thotë se ato janë katrore ose drejtkëndëshe Kompjuteri, i cili përfshin:
• Një ose më shumë sensorë të temperaturës për të monitoruar temperaturën e baterisë
• Një qark i konvertuesit të tensionit dhe rregullatorit për të ruajtur nivelet e sigurta të tensionit dhe rrymës
• Një lidhës i mbrojtur fletore që lejon energjinë dhe informacionin të rrjedhin brenda dhe jashtë paketës së baterisë
• Një rubinet voltazhi, i cili monitoron kapacitetin e energjisë së qelizave individuale në paketën e baterisë
• Një monitor i gjendjes së ngarkimit të baterisë, i cili është një kompjuter i vogël që merret me të gjithë procesin e karikimit për të siguruar që bateritë të ngarkohen sa më shpejt dhe plotësisht të jetë e mundur.

Nëse pakoja e baterisë nxehet shumë gjatë ngarkimit ose përdorimit, kompjuteri do të mbyllë rrjedhën e energjisë për të provuar të qetësojë gjërat. Nëse e lini laptopin tuaj në një makinë jashtëzakonisht të nxehtë dhe përpiqeni të përdorni laptopin, ky kompjuter mund të ju ndalojë të ndizni fuqinë derisa gjërat të qetësohen. Nëse qelizat ndonjëherë shkarkohen plotësisht, paketa e baterisë do të mbyllet sepse qelizat janë shkatërruar. Ai gjithashtu mund të mbajë shënime për numrin e cikleve të ngarkimit / shkarkimit dhe të dërgojë informacione në mënyrë që matësi i baterisë së laptopit të mund t'ju tregojë se sa ngarkesë ka mbetur në bateri.

Shtë një kompjuter pak i sofistikuar, dhe tërheq fuqinë nga bateritë. Kjo tërheqje e energjisë është një arsye pse bateritë litium-jon humbasin 5 përqind të fuqisë së tyre çdo muaj kur ulen në punë.

Qelizat litium-jon

Si me shumicën e baterive, ju keni një rast të jashtëm të bërë prej metali. Përdorimi i metaleve është veçanërisht i rëndësishëm këtu sepse bateria është nën presion. Ky rast metalik ka një lloj vrimë të ndjeshme ndaj presionit. Nëse bateria nxehet ndonjëherë aq shumë sa rrezikon të shpërthejë nga presioni i tepërt, kjo ndenja do të lëshojë presionin shtesë. Bateria ndoshta do të jetë e padobishme më pas, kështu që kjo është diçka për të shmangur. Ndarja është rreptësisht atje si një masë sigurie. Kështu është edhe ndërprerësi i Koeficientit të Temperaturës Pozitive (PTC), një pajisje që supozohet se e mban baterinë nga mbinxehja.

Ky rast metalik mban një spirale të gjatë që përfshin tre fletë të hollë të shtypura së bashku:

• Një elektrodë pozitive
• Një elektrodë negative
• Një ndarës

Brenda këtij rasti këto fletë janë zhytur në një tretës organik që vepron si elektrolit. Eteri është një tretës i zakonshëm.

Ndarësi është një fletë shumë e hollë e plastikës mikro të shpuar. Siç nënkupton edhe emri, ai ndan elektrodat pozitive dhe negative ndërsa lejon që jonet të kalojnë.

Elektroda pozitive është bërë nga oksidi i kobaltit Lithium, ose LiCoO2. Elektroda negative është bërë nga karboni. Kur bateria ngarkohet, jonet e litiumit lëvizin nëpër elektrolit nga elektroda pozitive në elektrodën negative dhe bashkëngjiten me karbonin. Gjatë shkarkimit, jonet e litiumit lëvizin përsëri në LiCoO2 nga karboni.

Lëvizja e këtyre joneve të litiumit ndodh me një tension mjaft të lartë, kështu që secila qelizë prodhon 3.7 volt. Kjo është shumë më e lartë se 1.5 volt që është tipike për një qelizë alkaline normale AA që blini në supermarket dhe ndihmon që bateritë litium-jon më kompakte në pajisje të vogla si celularët. Shikoni Si funksionojnë bateritë për detaje mbi kimistatet e baterive të ndryshme.

Ne do të shikojmë se si të zgjasim jetën e një baterie litium-jon dhe të shqyrtojmë pse ato mund të shpërthejnë tjetër.

Jeta dhe vdekja e baterisë litium-jon

Paketat e baterive litium-jon janë të shtrenjta, kështu që nëse dëshironi që e juaja të zgjasë më gjatë, ja disa gjëra që duhet të mbani mend:

• Kimia e jonit litium preferon shkarkimin e pjesshëm ndaj shkarkimeve të thella, kështu që është më mirë të shmangni marrjen e baterisë përgjatë gjithë rrugës deri në zero. Meqenëse kimi litium-jon nuk ka një "memorje", ju nuk e dëmtoni paketën e baterisë me një shkarkesë të pjesshme. Nëse tensioni i një qelize litium-jon bie nën një nivel të caktuar, është shkatërruar.
• Bateritë litium-jonike janë në moshë. Ato zgjasin vetëm dy deri në tre vjet, edhe nëse ata janë ulur në një raft të papërdorur. Pra, mos e "shmangni përdorimin" e baterisë me mendimin se paketa e baterisë do të zgjasë pesë vjet. Nuk do të Gjithashtu, nëse jeni duke blerë një paketë të re të baterive, dëshironi të siguroheni që ajo me të vërtetë është e re. Nëse ka qenë ulur në një raft në dyqan për një vit, nuk do të zgjasë shumë. Datat e prodhimit janë të rëndësishme.
• Shmangni nxehtësinë, e cila degradon bateritë.

Bateritë e shpërthimit

Tani që dimë ta mbajmë baterinë litium-jon që funksionon më gjatë, le të shohim pse ato mund të shpërthejnë.

Nëse bateria nxehet mjaftueshëm për të ndezur elektrolitin, do të merrni një zjarr. Ka video klipe dhe foto në internet që tregojnë se sa serioze mund të jenë këto zjarre. Artikulli i CBC, "Vera e Laptopit të Shpërthimit" rrumbullakon disa nga këto incidente.

Kur ndodh një zjarr si kjo, zakonisht shkaktohet nga një i shkurtër i brendshëm në bateri. Kujtojmë nga pjesa e mëparshme që qelizat litium-jon përmbajnë një fletë ndarëse që mban larg elektrodat pozitive dhe negative. Nëse ajo fletë shpohet dhe elektrodat preken, bateria nxehet shumë shpejt. Ju mund të keni provuar llojin e nxehtësisë që një bateri mund të prodhojë nëse keni vendosur ndonjëherë në xhep një bateri normale 9 volt. Nëse një monedhë shkurton në të dy terminalet, bateria nxehet mjaft.

Në një dështim ndarës, i njëjti lloj i shkurtër ndodh brenda baterisë litium-jon. Meqenëse bateritë litium-jon janë kaq energjikë, ato nxehen shumë. Nxehtësia bën që bateria të ndizet tretësin organik të përdorur si elektrolit, dhe nxehtësia (ose një shkëndijë afër) mund ta ndezë atë. Sapo të ndodhë brenda njërës prej qelizave, nxehtësia e kaskadave të zjarrit në qelizat e tjera dhe e gjithë pakoja rritet në flakë.

Shtë e rëndësishme të theksohet se zjarret janë shumë të rralla. Sidoqoftë, duhen vetëm disa zjarr dhe pak media mbulim për të nxitur një kujtesë.

Teknologji të ndryshme të litiumit

Së pari, është e rëndësishme të theksohet se ka shumë lloje të baterive "Lithium Ion". Pika për t’u shënuar në këtë përkufizim i referohet një “familje baterish”.
Ekzistojnë disa bateri të ndryshme "Lithium Ion" brenda kësaj familje që përdorin materiale të ndryshme për katodën dhe anodën e tyre. Si rezultat, ata shfaqin karakteristika shumë të ndryshme dhe për këtë arsye janë të përshtatshme për aplikime të ndryshme.

Fosfati i hekurit litium (LiFePO4)

Fosfati i litiumit të hekurit (LiFePO4) është një teknologji e njohur e litiumit në Australi për shkak të përdorimit të gjerë dhe përshtatshmërisë së saj për një gamë të gjerë aplikimesh.
Karakteristikat e çmimit të ulët, sigurisë së lartë dhe energjisë së mirë specifike, e bëjnë këtë një mundësi të fortë për shumë aplikime.
Tensioni i qelizave LiFePO4 prej 3.2V / qelizë gjithashtu e bën atë teknologjinë e litiumit të zgjedhur për zëvendësimin e acidit plumb të mbyllur në një numër aplikimesh kryesore.

Bateria LiPO

Nga të gjitha opsionet e litiumit në dispozicion, ekzistojnë disa arsye pse LiFePO4 është zgjedhur si teknologji ideale e litiumit për zëvendësimin e SLA. Arsyet kryesore zbresin në karakteristikat e tij të favorshme kur shikojmë në aplikimet kryesore ku SLA ekziston aktualisht. Kjo perfshin:

• Një tension i ngjashëm me SLA (3.2V për qelizë x 4 = 12.8V) duke i bërë ato ideale për zëvendësimin e SLA.
• Forma më e sigurt e teknologjive të litiumit.
• Fosfati miqësor ndaj mjedisit nuk është i rrezikshëm dhe kështu është miqësor si për mjedisin, ashtu edhe me një rrezik për shëndetin.
• Gama e gjerë e temperaturës.

Karakteristikat dhe përfitimet e LiFePO4 kur krahasohet me SLA

Më poshtë janë disa nga veçoritë kryesore të një baterie fosfati Lithium Iron, të cilat japin disa avantazhe domethënëse të SLA në një sërë aplikimesh. Kjo nuk është një listë e plotë me të gjitha mënyrat, megjithatë mbulon çështjet kryesore. Një bateri 100AH AGM është zgjedhur si SLA, pasi kjo është një nga madhësitë më të përdorura në aplikimet e ciklit të thellë. Kjo 100AH AGM është krahasuar me një 100AH LiFePO4 në mënyrë që të krahasojmë një pëlqim të ngjashëm sa më afër.

Karakteristikat - Pesha:

krahasim

• LifePO4 është më pak se gjysma e peshës së SLA
• Cikli i thellë i AGM - 27.5Kg
• LiFePO4 - 12.2Kg

përfitimet

• Rrit efikasitetin e karburantit
  • Në aplikimet e karvanit dhe varkave, pesha tërheqëse zvogëlohet.
• Rrit shpejtësinë
  • Në aplikimet e anijeve shpejtësia e ujit mund të rritet
• Reduktimi i peshës së përgjithshme
• Kohëzgjatja më e gjatë

Pesha ka një ndikim të madh në shumë aplikacione, veçanërisht kur tërheqja ose shpejtësia në të përfshirë, të tilla dhe karavani dhe shëtitjet. Aplikime të tjera duke përfshirë ndriçimin portativ dhe aplikimet e kamerës ku duhet të transportohen bateritë.

Tipar - Cikli më i madh i jetës:

krahasim

• Deri në 6 herë jeta e ciklit
• Cikli i thellë i AGM - 300 cikle @ 100% DoD
• LiFePO4 - 2000 cikle @ 100% DoD

përfitimet

• Kosto totale më e ulët e pronësisë (kostoja për kWh shumë më e ulët gjatë jetës së baterisë për LiFePO4)
• Ulja e kostove të zëvendësimit - zëvendësoni AGM-në deri në 6 herë para se LiFePO4 të ketë nevojë për zëvendësim

Jeta më e madhe e ciklit do të thotë që kostoja shtesë e sipërme e një baterie LiFePO4 është më shumë sesa e parashikuar për përdorimin gjatë gjithë jetës së baterisë. Nëse përdoret çdo ditë, një AGM do të duhet të zëvendësohet përafërsisht. 6 herë para se LiFePO4 të ketë nevojë për zëvendësim

Karakteristikat - Kurba e Shkarkimit të Flatëve:

krahasim

• Në shkarkimin 0.2C (20A)
• AGM - bie nën 12V pas
• 1.5 orë kohë të ekzekutimit
• LiFePO4 - bie nën 12V pas afro 4 orësh nga koha e funksionimit

përfitimet

• Përdorimi më efikas i kapacitetit të baterisë
• Fuqia = Volt x Amps
• Sapo voltazhi të fillojë të bjerë, bateria do të duhet të furnizojë amps më të larta për të siguruar të njëjtën sasi energjie.
• Tension më i lartë është më i mirë për elektronikën
• Koha më e gjatë e funksionimit për pajisjet
• Përdorimi i plotë i kapacitetit edhe në shkallë të lartë të shkarkimit
• Shkarkim AGM @ 1C = Kapacitet 50%
• Shkarkim LiFePO4 @ 1C = 100% kapacitet

Kjo veçori është e njohur pak por është një avantazh i fortë dhe jep përfitime të shumta. Me kurbën e shkarkimit të sheshtë të LiFePO4, tensioni i terminalit mban mbi 12V për përdorim të kapacitetit deri në 85-90%. Për shkak të kësaj, kërkohen më pak ampte për të furnizuar të njëjtën sasi të energjisë (P = VxA) dhe për këtë arsye përdorimi më efikas i kapacitetit çon në një kohë më të gjatë pune. Përdoruesi gjithashtu nuk do të vërejë ngadalësimin e pajisjes (karroca e golfit) më herët.

Së bashku me këtë efekti i ligjit të Peukert është shumë më pak i rëndësishëm me litium sesa ai i AGM. Kjo rezulton në disponimin e një përqindje të madhe të kapacitetit të baterisë pa marrë parasysh sa është niveli i shkarkimit. Në 1C (ose 100A shkarkesë për baterinë 100AH) opsioni LiFePO4 do t'ju japë ende 100AH vs vetëm 50AH për AGM.

Karakteristika - Rritja e Përdorimit të Kapacitetit:

krahasim

• Rekomanduar AGM DoD = 50%
• DoD e rekomanduar LiFePO4 = 80%
• Cikli i thellë AGM - 100AH x 50% = 50Ah i përdorshëm
• LiFePO4 - 100Ah x 80% = 80Ah
• Diferenca = 30Ah ose 60% më shumë përdorim i kapacitetit

përfitimet

• Rritja e baterisë në rritje ose kapaciteti më i vogël për zëvendësim

Përdorimi i shtuar i kapacitetit të disponueshëm do të thotë që përdoruesi mund të marrë ose deri në 60% më shumë kohë të ekzekutimit nga i njëjti opsion i kapacitetit në LiFePO4, ose në mënyrë alternative të zgjedhë një bateri LiFePO4 me kapacitet më të vogël, ndërsa ende arrin të njëjtën kohë ekzekutimi me kapacitetin më të madh AGM.

Tipar - Efikasitet më i madh i Karikimit:

krahasim

• AGM - Pagesa e plotë kërkon përafërsisht. 8 orë
• LiFePO4 - Tarifa e plotë mund të jetë aq e ulët sa 2 orë

përfitimet

• Bateria e ngarkuar dhe e gatshme për t’u përdorur përsëri më shpejt

Një përfitim tjetër i fortë në shumë aplikacione. Për shkak të rezistencës më të ulët të brendshme midis faktorëve të tjerë, LiFePO4 mund të pranojë tarifë në një shkallë shumë të madhe se AGM. Kjo lejon që ata të ngarkohen dhe të jenë gati për t'u përdorur shumë më shpejt, duke çuar në përfitime të shumta.

Karakteristikat - Shkalla e ulët e shkarkimit të vetvetes:

krahasim

• AGM - Shkarkimi në 80% KOS pas 4 muajsh
• LiFePO4 - Shkarkimi në 80% pas 8 muajsh

përfitimet

• Mund të lihet në ruajtje për një periudhë më të gjatë

Kjo veçori është e madhe për automjetet rekreative të cilat mund të përdoren vetëm për disa muaj në vit para se të futeni në depo për pjesën tjetër të vitit siç janë karvanët, anijet, motoçikletat dhe Jet Skis etj. Së bashku me këtë pikë, LiFePO4 nuk llogarit dhe kështu që edhe pasi të lihet për periudha të zgjatura kohore, bateria ka më pak të ngjarë të dëmtohet përgjithmonë. Një bateri LiFePO4 nuk dëmtohet duke mos u ruajtur në gjendje të ngarkuar plotësisht.

Pra, nëse aplikimet tuaja garantojnë ndonjë nga karakteristikat e mësipërme, atëherë do të jeni të sigurt se do të merrni vlerën e parave tuaja për shpenzimin shtesë për një bateri LiFePO4. Artikulli vijues do të pasojë në javët e ardhshme i cili do të përfshijë aspektet e sigurisë në LiFePO4 dhe kimistika të ndryshme të litiumit.