Kurze Analyse der Hauptparameter von Lithium-Ionen-Batterien

Hauptparameterindex

Lithium-Ionen-Batterien haben die Vorteile einer hohen Energiedichte, einer hohen Umwandlungseffizienz, einer langen Lebensdauer, keinem Speichereffekt, keiner Lade- und Entladeverzögerung, einer geringen Selbstentladungsrate, eines weiten Betriebstemperaturbereichs und einer Umweltfreundlichkeit und werden somit zu einem idealen Träger für elektrische Energie. Es ist in verschiedenen Bereichen weit verbreitet.

Wenn wir Lithium-Ionen-Batterien verwenden, werden wir im Allgemeinen einige technische Indikatoren als Hauptfaktor für die Messung der Leistung ihrer Leistung berücksichtigen. Welche Indikatoren müssen wir also besonders beachten, wenn wir sie brauchen?

Kapazität

Dies ist ein Parameter, den jeder interessiert. Smartphones sind seit langem beliebt. Wenn wir Smartphones verwenden, ist das Besorgniserregendste, dass der Akku fast leer ist, häufig aufgeladen werden muss und manchmal keinen Ort zum Aufladen findet. Frühe Funktionsmaschine, bei normalem Gebrauch kann der Akku mit voller Ladung 3 bis 5 Tage lang stehen, und einige Produkte können sogar länger als 7 Tage stehen. Im Zeitalter der Smartphones ist die Standby-Zeit jedoch schrecklich. Einer der wichtigsten Gründe dafür ist, dass der Stromverbrauch von Mobiltelefonen immer größer wird, während die Kapazität von Batterien nicht proportional wächst.

Die Kapazitätseinheit ist im Allgemeinen "mAh" (mAh) oder "Ah" (Ah), und es gibt einen Unterschied zwischen der Nennkapazität und der tatsächlichen Kapazität bei Verwendung. Die Nennkapazität bezieht sich auf die Gesamtmenge an Elektrizität, die ein vollständig geladener Lithium-Ionen-Akku unter Laborbedingungen (bevorzugte Temperatur und Luftfeuchtigkeit) liefern kann, wenn er mit einer bestimmten Entladungsrate (C-Rate) auf eine Abschaltspannung entladen wird. Die tatsächliche Kapazität ist im Allgemeinen nicht gleich der Nennkapazität, die in direktem Zusammenhang mit Temperatur, Feuchtigkeit, Lade- und Entladerate und dergleichen steht. Im Allgemeinen ist die tatsächliche Kapazität kleiner als die Nennkapazität und manchmal sogar kleiner als die Nennkapazität. Wenn das Mobiltelefon beispielsweise im Norden im Norden im Freien verwendet wird, sinkt die Akkukapazität rapide.

2. Energiedichte

Die Energiedichte bezieht sich auf das Volumen oder das Gewicht der Batterie, die Menge an Elektrizität, die gespeichert und freigesetzt werden kann. Es gibt zwei Arten von Einheiten: Wh / kg, Wh / L, die die Energie des Gewichtsverhältnisses bzw. die Energie des Volumenverhältnisses darstellen. Die Elektrizitätsmenge ist hier das Integral der oben genannten Kapazität (Ah) und der Betriebsspannung (V). Bei Anwendung ist der Indikator für die Energiedichte aufschlussreicher als die Kapazität.

Basierend auf der aktuellen Lithium-Ionen-Batterietechnologie kann eine Energiedichte von etwa 100 bis 200 Wh / kg erreicht werden, was immer noch relativ niedrig ist und in vielen Anwendungen zu einem Engpass für Lithium-Ionen-Batterieanwendungen geworden ist. Dieses Problem tritt auch im Bereich der Elektrofahrzeuge auf. In dem Fall, in dem Größe und Gewicht streng begrenzt sind, bestimmt die Energiedichte der Batterie die maximale Kilometerleistung des Elektrofahrzeugs. Daher tritt der eindeutige Begriff „Kilometerangst“ auf, wenn das Elektrofahrzeug eine Kilometerleistung von 500 zurücklegen muss Kilometer (vergleichbar mit einem herkömmlichen Kraftstofffahrzeug) muss die Energiedichte der Batterieeinheit 300 Wh / kg oder mehr erreichen.

Die Zunahme der Energiedichte von Lithium-Ionen-Batterien ist ein langsamer Prozess, der weit unter dem Moore'schen Gesetz der Industrie für integrierte Schaltkreise liegt und einen Unterschied in der Leistung elektronischer Produkte und der Zunahme der Energiedichte von Batterien verursacht. erweitern.

3. Lade- und Entladerate

Diese Anzeige beeinflusst den Dauerstrom und den Spitzenstrom einer Lithium-Ionen-Batterie. Die Einheit ist normalerweise C (kurz für C-Rate), z. B. 1 / 10C, 1 / 5C, 1C, 5C, 10C usw. Geben Sie ein Beispiel, um die spezifische Bedeutung des Ratenindikators zu veranschaulichen. Die Nennkapazität einer Batterie beträgt 10 Ah. Wenn die Nennlade- / Entladerate 1 ° C beträgt, bedeutet dies, dass dieser Batterietyp wiederholt mit einem Strom von 10 A, der zu ladenden oder zu entladenden Abschaltspannung, geladen und entladen werden kann. Wenn die maximale Entladerate 10 ° C bei 10 s und die maximale Laderate 5 ° C bei 10 s beträgt, kann der Akku 10 Sekunden lang mit einem Strom von 100 A und 10 Sekunden lang mit einem Strom von 50 A entladen werden.

Die Dauerleistung und Spitzenleistung der Lithiumionenbatterie kann erhalten werden, indem der Stromwert, der der Lade- und Entladerate entspricht, mit der Betriebsspannung multipliziert wird. Je detaillierter die Definition des Lade- und Entladeratenindikators ist, desto größer ist die Leitbedeutung für die Verwendung. Insbesondere Lithium-Ionen-Batterien, die Stromquellen für Elektrofahrzeuge sind, müssen kontinuierliche und Pulsfrequenzindikatoren unter verschiedenen Temperaturbedingungen angeben, um sicherzustellen, dass Lithium-Ionen-Batterien in einem angemessenen Bereich verwendet werden.

4. Spannung

Die Spannung der Lithium-Ionen-Batterie hat einige Parameter wie Leerlaufspannung, Arbeitsspannung, Ladungsabschaltspannung, Entladungsabschaltspannung usw. In diesem Artikel werden diese nicht separat behandelt, sondern auf eine Erläuterung konzentriert.

Die Leerlaufspannung bedeutet, wie der Name schon sagt, dass keine externe Last oder Stromversorgung an die Batterie angeschlossen ist und die Potentialdifferenz zwischen den positiven und negativen Anschlüssen der Batterie gemessen wird. Dies ist die Leerlaufspannung der Batterie.

Die Arbeitsspannung ist die externe Last oder Stromversorgung der Batterie, die sich im Arbeitszustand befindet. Wenn Strom fließt, wird die Potentialdifferenz zwischen der positiven und der negativen Elektrode gemessen. Im Allgemeinen ist aufgrund des Innenwiderstands der Batterie die Betriebsspannung im Entladezustand niedriger als die Leerlaufspannung und die Betriebsspannung während des Ladens höher als die Leerlaufspannung.

Die Lade- / Entladungs-Abschaltspannung ist die maximale und minimale Betriebsspannung, die von der Batterie zugelassen wird. Das Überschreiten dieser Grenze führt zu irreversiblen Schäden an der Batterie, was zu einer Verringerung der Batterieleistung und in schweren Fällen sogar zu einem Brand oder einer Explosion führt.

Die Leerlaufspannung und die Betriebsspannung der Batterie entsprechen in gewisser Weise der Kapazität der Batterie.

5. Lebenserwartung

Die Lebensdauer eines Lithium-Ionen-Akkus nimmt mit der Verwendung und Lagerung allmählich ab und weist eine offensichtlichere Leistung auf. Wenn Sie immer noch ein Smartphone als Beispiel nehmen, kann es nach längerer Verwendung des Mobiltelefons offensichtlich sein, dass der Akku des Mobiltelefons „nicht langlebig“ ist. Es kann nur einmal am Tag berechnet werden und muss möglicherweise zweimal am Tag berechnet werden. Dies ist die Batterielebensdauer, die die Ausführungsform verringert.

Die Lebensdauer eines Lithium-Ionen-Akkus ist in zwei Parameter unterteilt: Zykluslebensdauer und Kalenderlebensdauer. Die Zykluslebensdauer wird im Allgemeinen in der Häufigkeit ausgedrückt, die angibt, wie oft die Batterie zum Laden und Entladen gefahren werden kann. Natürlich gibt es hier Bedingungen. Im Allgemeinen wird bei idealer Temperatur und Luftfeuchtigkeit die Lade- und Entladetiefe (100% DOD oder 80% DOD) mit dem Nennlade- und Entladestrom durchgeführt, und die Batteriekapazität wird auf 80% der Nennkapazität reduziert. Die Anzahl der erlebten Zyklen.

Die Definition der Kalenderlebensdauer ist komplizierter. Der Akku kann nicht ständig geladen und entladen werden. Es hat Lagerung und Regale. Es kann nicht immer unter idealen Umgebungsbedingungen sein. Es werden verschiedene Temperatur- und Feuchtigkeitsbedingungen auftreten. Die Lade- und Entladerate ändert sich ebenfalls zeitweise, sodass die tatsächliche Lebensdauer simuliert und getestet werden muss. Einfach ausgedrückt ist die Kalenderlebensdauer die Zeitspanne des Akkus unter bestimmten Umgebungsbedingungen und End-of-Life-Bedingungen (z. B. Kapazitätsabfall auf 80%) unter Umgebungsbedingungen. Die Lebensdauer des Kalenders ist eng an die spezifischen Nutzungsanforderungen gebunden. In der Regel müssen bestimmte Verwendungsbedingungen, Umgebungsbedingungen, Lagerungsintervalle usw. angegeben werden.

Die Kalenderlebensdauer ist praktischer als die Zykluslebensdauer. Da die Berechnung der Kalenderlebensdauer jedoch sehr kompliziert ist und zu lange dauert, gibt der durchschnittliche Batteriehersteller nur Daten zur Zykluslebensdauer an. Wenn Sie Daten zur Kalenderlebensdauer abrufen möchten, müssen Sie normalerweise extra bezahlen und lange warten.

6. Innenwiderstand

Der Innenwiderstand einer Lithium-Ionen-Batterie bezieht sich auf den Widerstand, den der Strom während des Betriebs durch das Innere der Batterie fließt. Es enthält ohmschen Innenwiderstand und Polarisationsinnenwiderstand. Der Polarisationsinnenwiderstand umfasst den Innenwiderstand der elektrochemischen Polarisation und den Innenwiderstand der Konzentrationsdifferenz.

Der ohmsche Innenwiderstand besteht aus dem Elektrodenmaterial, dem Elektrolyten, dem Membranwiderstand und dem Kontaktwiderstand jedes Teils. Der Innenwiderstand der Polarisation bezieht sich auf den Widerstand, der durch die Polarisation während der elektrochemischen Reaktion verursacht wird, einschließlich des Widerstands, der durch die elektrochemische Polarisation und die Konzentrationspolarisation verursacht wird.

Die Einheit des Innenwiderstands ist im Allgemeinen Milliohm (mΩ), und die Batterie mit großem Innenwiderstand hat einen großen Innenstromverbrauch und eine starke Wärmeerzeugung während des Ladens und Entladens, was zu einer beschleunigten Alterung und einem verkürzten Lebensdauer der Lithiumionenbatterie führt und auch die Größe begrenzt Vergrößerungs-, Lade- und Entladeanwendungen. Je kleiner der Innenwiderstand ist, desto besser ist daher die Lebensdauer und Geschwindigkeit der Lithium-Ionen-Batterie.

7. Selbstentladung

Wenn der Akku eingelegt wird, nimmt seine Kapazität ab. Die Rate, mit der die Kapazität sinkt, wird als Selbstentladungsrate bezeichnet, normalerweise ausgedrückt als Prozentsatz:% / Monat.

Selbstentladung ist das, was wir nicht sehen wollen. Ein voll aufgeladener Akku hat einige Monate lang eine viel geringere Leistung, daher hoffen wir, dass die Selbstentladungsrate des Lithium-Ionen-Akkus so niedrig wie möglich ist.

Besondere Aufmerksamkeit sollte hier geschenkt werden. Sobald die Selbstentladung eines Lithium-Ionen-Akkus zu einer Überentladung des Akkus führt, ist der Effekt normalerweise irreversibel. Selbst wenn es aufgeladen wird, geht die verfügbare Kapazität des Akkus stark verloren und die Lebensdauer wird schnell verkürzt. Wenn Sie nicht verwendete Lithium-Ionen-Batterien langfristig einsetzen, müssen Sie daran denken, diese regelmäßig aufzuladen, um eine Überentladung aufgrund von Selbstentladung zu vermeiden. Die Leistung wird stark beeinträchtigt.

8. Betriebstemperaturbereich

Aufgrund der Eigenschaften der internen chemischen Materialien von Lithium-Ionen-Batterien haben Lithium-Ionen-Batterien einen angemessenen Betriebstemperaturbereich (gemeinsame Daten liegen zwischen -40 ° C und 60 ° C). Wenn es außerhalb des angemessenen Bereichs liegt, hat es die Leistung von Lithium-Ionen-Batterien, die eine größere Auswirkung haben.

Lithium-Ionen-Batterien aus verschiedenen Materialien haben unterschiedliche Betriebstemperaturbereiche, einige weisen eine gute Hochtemperaturleistung auf und einige können sich an Niedertemperaturbedingungen anpassen. Die Betriebsspannung, Kapazität, Lade- und Entladerate und andere Parameter eines Lithium-Ionen-Akkus ändern sich erheblich mit der Temperatur. Die langfristige Verwendung von hohen oder niedrigen Temperaturen beschleunigt auch die Lebensdauer von Lithium-Ionen-Batterien. Daher wird durch die Bemühungen um die Schaffung eines geeigneten Betriebstemperaturbereichs die Leistung von Lithium-Ionen-Batterien maximiert.

Neben der begrenzten Betriebstemperatur ist auch die Lagertemperatur von Lithium-Ionen-Batterien stark eingeschränkt. Eine langfristige Lagerung bei hohen oder niedrigen Temperaturen hat einen irreversiblen Einfluss auf die Batterieleistung.

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