Что такое аккумулятор с высокой плотностью энергии?

Плотность энергии батарей может отображаться двумя способами: гравиметрическая плотность энергии и объемная энергия плотность. Гравиметрическая плотность энергии является мерой того, сколько энергии содержит батарея по отношению к ее весу. Это измерение обычно представлено в ватт-часах на килограмм ( Вт-ч / кг). Объемная плотность энергии, с другой стороны, сравнивается с его объемом и обычно выражается в ватт-часах на литр (9).0003 Вт-ч/л ). Как правило, мы называем плотность энергии батареи гравиметрической (весовой) плотностью энергии, а ватт-час является мерой электрической энергии, эквивалентной одному часу, одному ватту потребления.

Напротив, плотность мощности батареи является мерой того, насколько быстро может быть доставлена ​​энергия, а не того, сколько запасенной энергии доступно. Плотность энергии часто путают с плотностью мощности, поэтому важно понимать разницу между ними.

Плотность энергии батареи можно легко рассчитать по следующей формуле: Номинальное напряжение батареи (В) x Номинальная емкость батареи (Ач) / Вес батареи (кг) = удельная энергия или плотность энергии (Втч / кг).

Вообще говоря, аккумуляторы LiCo имеют плотность энергии 150-270 Втч/кг 9 0004 . Их катод состоит из оксида кобальта и типичного углеродного анода со слоистой структурой, которая перемещает ионы лития от анода к катоду и обратно. Этот аккумулятор популярен благодаря своей высокой плотности энергии и обычно используется в потребительских товарах, таких как сотовые телефоны и ноутбуки. 9Аккумуляторы 0003 LiFe , с другой стороны, имеют плотность энергии 100-120 Втч/кг . Хотя это ниже, чем у LiCo-батарей, в категории перезаряжаемых аккумуляторов все же считается выше. В батареях LiFe используется фосфат железа для катода и графитовый электрод в сочетании с металлической подложкой для анода. Они идеально подходят для тяжелого оборудования и промышленного применения из-за их лучшей способности выдерживать высокие и низкие температуры.

Что касается отдельного элемента, положительные и отрицательные материалы и производственный процесс батареи будут влиять на плотность энергии, поэтому необходимо разработать более разумные материалы и лучшую технологию производства, чтобы получить более эффективную батарею. Grepow мы не только производим батареи LiCo и LiFe, но также производим батарею NMC811 с высокой плотностью энергии из 275~300 Втч/кг , что выше, чем у двух ранее упомянутых батарей, и Снижение веса на 15% по сравнению с обычными батареями той же емкости. Это будет лучший выбор для моделей, которым требуется меньший вес и большая выносливость .

Grepow’s Battery Monday  C hannel посвящен знанию аккумуляторов и советам по аккумуляторам. Если у вас есть вопросы по этой теме ( Что такое батарея с высокой плотностью энергии?  ) или у вас есть какие-либо вопросы, связанные с аккумулятором, пожалуйста, свяжитесь с нами по электронной почте [email protected].

Официальный сайт Grepow: https://www.grepow.com/

Grepow Facebook: https://www.facebook.com/grepowbattery

Grepow Linkedin: аккумулятор Grepow

Как рассчитать литий-ионный аккумулятор 18650 Емкость и время работы

Емкость зависит от тока нагрузки – Аккумуляторы имеют номинальную емкость, но их реальная емкость зависит от потребляемого от них тока.

Емкость зависит от типа используемой батареи, тока нагрузки, температуры и возраста элемента. Емкость литий-ионных аккумуляторов может быть снижена на 25 % при высоком токе (класс C) и рабочей температуре по сравнению с заявленной емкостью. Производители обычно публикуют данные о емкости, когда нагрузка составляет C/5 или одну пятую от номинальной мощности. Когда вы пытаетесь определить емкость в ваших условиях использования, требуется немного больше инженерных работ.

Аккумуляторы имеют внутреннее сопротивление, которое снижает емкость и время работы при высоких токах нагрузки. Базовые калькуляторы аккумуляторов не учитывают снижение емкости. Лучшее решение — генерировать эмпирические данные о циклах при желаемом токе или использовать усовершенствованный калькулятор батареи, учитывающий уникальный профиль импеданса элемента.

Емкость ячейки 101:

Что такое номинальная емкость ячейки? Опубликованная номинальная емкость литий-ионной батареи — это емкость элемента, когда ток нагрузки составляет одну пятую от номинальной емкости (C Rate). Когда ток изменяется от C/5, емкость будет изменяться из-за скоростей химических реакций, включая химический эффект, называемый концентрационной поляризацией.

Какова емкость ячейки при увеличении тока нагрузки? Если ток нагрузки превышает одну пятую номинальной мощности, мощность и время работы уменьшаются. Емкость ячейки будет меньше номинальной .

Какова емкость ячейки при уменьшении тока нагрузки? Если ток нагрузки ниже номинальной мощности, мощность и время работы увеличиваются. Емкость ячейки будет больше номинальной .

Четыре метода расчета емкости и времени работы аккумулятора

Метод 1. Калькуляторы стандартных аккумуляторов

Стандартные онлайн-калькуляторы аккумуляторов используют формулу

Преимущества калькуляторов стандартных аккумуляторов. для времени выполнения. Вы можете поэкспериментировать с нашим стандартным калькулятором здесь.

Ограничения стандартных калькуляторов аккумуляторов — эта формула является лишь приближением , потому что он использует одинаковую номинальную мощность независимо от тока нагрузки. Фактическая емкость ячейки зависит от тока нагрузки.

Метод 2 –

Используйте лист технических данных ячейки (например, этот для ячейки MoliCell ICP103450DA 2200 мАч) для конкретной ячейки, которую вы оцениваете. Используйте кривую разряда для аппроксимации емкости при желаемом токе нагрузки, затем используйте формулу Время работы = емкость при токе нагрузки/ток нагрузки

Преимущества кривых разряда. Кривые разряда, если они доступны, обеспечивают более точный расчет времени работы, поскольку они основаны на эмпирических данных.

Ограничения кривых расхода — даже если поставщики предоставляют спецификации, они могут быть не самыми полезными. Например, LG INR 21700 M50LT и Samsung NR21700-50E — очень популярные литий-ионные аккумуляторы 21700 емкостью ~4900 мАч. Их технические паспорта содержат только емкость элемента при стандартной скорости разряда, равной одной четвертой номинальной емкости (известной как C/5). Кроме того, кривые разряда показывают только несколько различных профилей нагрузки. Для профилей нагрузки, которые не отображаются, мощность может быть только приблизительной. Они показывают только емкость свежей батареи и не показывают, как емкость десегрегируется с течением времени.

Способ 3. Использование расширенного калькулятора литий-ионных аккумуляторов

Усовершенствованные калькуляторы времени работы аккумуляторов учитывают внутреннее сопротивление, используя эмпирические данные о циклах элементов для более точного расчета времени работы. Каждая клетка имеет уникальный химический профиль, который фиксируется в ходе клеточного цикла и загружается в базу данных. Расширенный калькулятор использует профиль импеданса ячейки для расчета емкости при токе нагрузки. Вы можете воспользоваться нашим расширенным калькулятором литий-ионных аккумуляторов 18650.

Преимущество калькуляторов аккумуляторных батарей Advance. Усовершенствованные калькуляторы аккумуляторных батарей — отличный способ получить быстрый ответ. Вы можете экспериментировать со сценариями «что, если» и одновременно сравнивать разные ячейки.

Ограничения передовых калькуляторов аккумуляторных батарей. Для расширенных калькуляторов аккумуляторных батарей требуется большая база данных данных о циклах элементов. Часто рассматриваемая ячейка может не входить в набор данных. Результат основан на математической модели и, следовательно, имеет некоторое отклонение от реальной емкости. Поэтому продвинутые калькуляторы батарейных блоков лучше всего использовать для инженеров, которые хотят понять, как разные батареи ведут себя в различных условиях нагрузки.

Метод 4. Использование эмпирических данных о циклах элементов

Самый точный способ определить время работы элемента — это выполнить цикл нескольких элементов на анализаторе батарей в тех же условиях, в которых будет использоваться элемент. Анализаторы могут работать с переменными токами, нагрузками постоянного тока, нагрузками постоянной мощности и импульсными токами. Полученные данные обеспечат как кривую напряжения во времени, так и отклонение от ячеек внутри партии.

Преимущества эмпирических данных о циклах ячеек. Данные циклов обеспечивают наиболее точные результаты. Циклирование батареи сотни раз также может предоставить данные о том, как происходит десегрегация емкости по мере использования. Используя термокамеру, можно проводить циклические исследования при различных температурах.

Ограничения эмпирических данных о циклах клеток. Самым большим ограничением являются время и стоимость. Для получения данных о циклах ячеек, особенно при низких токах, могут потребоваться недели или месяцы.

Роуз предлагает услуги лабораторного тестирования. Мы предлагаем первый цикл бесплатно! Чтобы узнать больше, свяжитесь с нами для получения услуг лабораторных испытаний.

Пример: ячейка MoliCell ICP103450DA 2200 мАч

MoliCell ICP103450DA — очень популярная призматическая ячейка. Его номинальная емкость составляет 2200 мАч. Как видно из приведенных ниже характеристик скорости разряда, эта емкость составляет всего 0,44 А, что составляет одну пятую от номинальной емкости. При нагрузке 0,44А батарея будет иметь емкость 2200 мАч и время работы 5 часов (2200 мАч разделить на 440 мА)

Источник: MoliCell

Что, если мы увеличим ток нагрузки до 4А? Что будет со временем выполнения?

• Метод 1: Использование стандартного калькулятора батареи – Если мы используем формулу стандартного калькулятора батареи, мы используем номинальную емкость 2200 мАч, вычисляем время работы как 2200 мАч, деленное на 4000 мА, и делаем вывод, что время работы равно 0,55. часов или 33 минуты. Это только приближение.
• Способ 2: использование кривой разряда с использованием паспорта ячейки

Как видно из графика и даташита, при нагрузке 4А емкость аккумулятора снижается до ~1980 мАч. Таким образом, время работы составит 1980 мАч, деленное на 4000 мАч, что составляет ~0,4950 часа или ~29,7 минуты. Емкость уменьшилась, потому что большой ток увеличивает внутреннее сопротивление.

Ответ метода 1 отличается примерно на 11 %

• Метод 3: использование калькулятора аккумуляторных батарей

Калькуляторы аккумуляторных батарей Advance используют эмпирические данные. В лабораторных условиях емкость может быть ближе к 1982 мАч. Таким образом, время работы составит 1982 мАч, деленное на 4000 мАч, что составляет ~0,4955 часа или ~29,7 минуты. Емкость уменьшилась, потому что большой ток увеличивает внутреннее сопротивление.

Метод 2 дает результат, аналогичный методу 3, поскольку в обоих случаях используются эмпирические данные

• Метод 4: использование эмпирических данных цикла клеток

В лабораторных условиях емкость может быть ближе к 1982 мАч. Таким образом, время работы составит 1982 мАч, деленное на 4000 мАч, что составляет ~0,49.55 часов или ~ 29,7 минут. Емкость уменьшилась, потому что большой ток увеличивает внутреннее сопротивление.