Одним из свойств ячейки является то, что напряжение зависит от количества оставшейся энергии – состояния заряда (SoC). Чем больше энергии, тем выше напряжение при отсутствии нагрузки. Это напряжение без нагрузки называется напряжением холостого хода (сокращенно OCV). Однако точное соотношение между напряжением холостого хода и SoC зависит от химических характеристик батареи. Например, LiFePO4 имеет довольно плоскую кривую, особенно между 40% и 80%, в то время как химические вещества NMC и NCA имеют более крутой наклон.
Пример зависимости OCV LiFePO4 от SoC:

Каждый элемент батареи имеет собственное сопротивление. Для простоты мы обсудим только сопротивление постоянному току. Внутреннее сопротивление элемента батареи зависит от таких факторов, как тип батареи, производственный процесс, возраст батареи и температура. В общем, вы хотите, чтобы сопротивление было как можно ниже. Меньшее сопротивление означает меньшие потери мощности и проблемы. BMS поддерживает батарею в максимально возможном состоянии, чтобы поддерживать низкое внутреннее сопротивление.

Падение напряжения #

Внутреннее сопротивление влияет на измеряемое напряжение. Падение напряжения на сопротивлении элемента можно рассчитать по известной формуле:
U = I x R
Это означает, что падение напряжения равно разрядному току, умноженному на сопротивление элемента.
Возьмем стандартный элемент LiFePO4 90 Ач, который имеет внутреннее сопротивление (при постоянном токе) около 1 мОм при 20°C. Когда вы берете 40 А из этой ячейки, падение напряжения составляет:
40 А x 0,001 Ом = 0,040 В
Другими словами, при разряде током 40 А напряжение элемента упадет на 40 мВ ниже напряжения холостого хода. Если напряжение холостого хода было 3,30 В, напряжение на ячейке упадет до 3,26 В. Когда нагрузка снимается, падение исчезает, и напряжение возвращается к напряжению холостого хода.

Более высокое напряжение при зарядке
Падение напряжения при зарядке меняется на противоположное. Вместо более низкого напряжения напряжение ячейки станет выше при зарядке. Чем выше зарядный ток, тем выше измеренное напряжение на ячейке. Следуя тому же примеру, что и выше, ток заряда 40 А увеличивает напряжение элемента на 40 мВ выше напряжения холостого хода. Ячейка с 3,30 В без нагрузки мгновенно поднимется до 3,34 В при зарядке 40 А.

Влияние на сопротивление #

Одним из важнейших факторов, определяющих внутреннее сопротивление, является емкость батареи. В общем: чем больше емкость, тем меньше внутреннее сопротивление. Меньшее сопротивление означает, что вы можете заряжать и разряжать более высокими токами.
Другим фактором является температура. Оптимальная температура составляет от 20 до 40 градусов и обеспечивает наименьшее сопротивление. Ниже 10 градусов сопротивление быстро возрастает. Вот почему электромобили сначала должны прогреть аккумулятор перед наддувом!

Время отдыха #

Вы когда-нибудь замечали, что когда вы прекращаете зарядку, аккумулятор медленно возвращается к более низкому напряжению, даже если зарядный ток был отключен некоторое время назад? Это связано с химическим процессом. Клетке нужно время, прежде чем она полностью перейдет в состояние покоя. Для LiFePO4 это может занять до 24 часов.

Каковы основные характеристики литий-ионных аккумуляторов?

Брюс Фэн

Аккумулятор для электровелосипеда, электромотоцикла, электросамоката и электроинструмента | Домашний источник питания/наружный источник питания | Решение для быстрой зарядки | Эксперт по батареям/Инженер по продуктам/Руководитель проекта в Appear Inc.

Опубликовано 9 февраля 2023 г.

+ Подписаться

Каковы основные характеристики литий-ионных аккумуляторов?

Литий-ионные аккумуляторы известны несколькими ключевыми характеристиками, благодаря которым они превосходят свинцово-кислотные аккумуляторы во многих областях применения. Эти функции включают в себя более высокую надежность, более длительный срок службы, меньший вес, меньшие размеры, более высокую плотность энергии, способность работать в условиях более высокой температуры, меньшее техническое обслуживание, более быструю зарядку и экологические преимущества.

Одним из наиболее значительных преимуществ литий-ионных аккумуляторов является их надежность и доступность. Из-за различных производственных процессов литий-ионные аккумуляторы имеют гораздо более низкую частоту отказов по сравнению со свинцово-кислотными аккумуляторами. В результате они обеспечивают более длительный срок службы и меньшие требования к техническому обслуживанию, что делает их идеальными для источников питания ИБП. Литий-ионные аккумуляторы могут работать до 15 лет, что намного дольше, чем у свинцово-кислотных аккумуляторов, что снижает затраты на замену.

Кроме того, литий-ионные батареи имеют более длительный срок службы, обычно обеспечивая 500-7000 циклов разрядки (в зависимости от используемого химического состава), прежде чем им потребуется замена. Кроме того, эти батареи имеют более низкую скорость саморазряда, что позволяет дольше хранить их без разрядки.

Еще одним преимуществом литий-ионных аккумуляторов является их меньший вес. Они примерно на треть легче свинцово-кислотных аккумуляторов, что снижает затраты на строительство и транспортировку. Меньший размер шкафа с литий-ионной батареей также может сэкономить до 50 % площади пола, позволяя организациям перепроектировать центры обработки данных, чтобы увеличить полезную площадь для ИТ-систем.

Литий-ионные аккумуляторы имеют более высокую плотность энергии и удельную мощность, что означает, что они могут обеспечивать ту же энергию, что и свинцово-кислотные аккумуляторы, при меньшем размере и весе. Они также могут работать в среде с более высокой температурой, что позволяет организациям повышать температуру в помещении центра обработки данных, что экономит электроэнергию, используемую для охлаждения, снижает затраты на охлаждение и снижает общую стоимость владения (TCO).

Кроме того, литий-ионные батареи требуют меньше обслуживания, поскольку они оснащены встроенной системой управления батареями (BMS), которая обеспечивает функции мониторинга и обслуживания, такие как автоматическое состояние, мониторинг неисправностей, балансировка элементов, оптимизация энергопотребления и внешняя связь. . Системы управления батареями (BMS) позволяют инженерам центров обработки данных более легко контролировать время работы и состояние батарей, сокращая трудозатраты и затраты на техническое обслуживание, а также значительно снижая риск выхода из строя аккумуляторных батарей.

Литий-ионные аккумуляторы заряжаются быстрее, чем свинцово-кислотные. Они могут полностью заряжаться примерно за два часа, в то время как свинцово-кислотным аккумуляторам требуется около 24 часов. Это более быстрое время зарядки означает, что литий-ионные батареи лучше справляются с несколькими перебоями в подаче электроэнергии, обеспечивая полное резервное время ИБП для каждого отключения.