Batterieleistungsdichte-Berechnung und Vergleich

Batterien können wegwerfbar oder wiederaufladbar sein, aber sie sind normalerweise wegwerfbar. Batterien werden normalerweise verwendet, um Elektrofahrzeuge, tragbare elektronische Geräte und andere Geräte mit Strom zu versorgen. Batterien enthalten eine oder mehrere elektrochemische Zellen, die chemische Energie in elektrische Energie umwandeln. Die chemische Energie stammt normalerweise entweder von einer Brennstoffzelle oder einer elektrochemischen Zelle (manchmal auch als Voltasäule bezeichnet).

Batterien gibt es in verschiedenen Größen und Formen, je nach Anwendung der Batterie. Einige Batterien sind für einen schnellen Austausch ausgelegt, während andere länger halten und für Anwendungen konzipiert sind, bei denen sie für lange Zeit an Ort und Stelle bleiben, wie z. B. Elektroautos oder tragbare Elektronik wie Laptops und Mobiltelefone.

Viele moderne Batterien verwenden auch die Lithium-Ionen-Chemie, die aufgrund ihrer hohen Energiedichte, geringen Selbstentladung und guten Lebensdauer im Vergleich zu anderen Chemikalien zur dominierenden Chemie geworden ist.

Die Batterieleistungsdichte ist die Energiemenge, die in einer Batterie gespeichert werden kann. Je höher die Batterieleistungsdichte, desto mehr Energie kann in einer Batterie gespeichert werden.

Die Batterieleistungsdichte nimmt mit der Zeit zu, da die Batterie mit der Zeit an Ladung verliert. Eine Batterie mit hoher Dichte hält mehr Energie als eine mit niedriger Dichte, hält aber auch länger, bevor sie ihre Ladung verliert.

Je höher die Leistungsdichte, desto leistungsfähiger das Gerät. Die Leistungsdichte wird in Wattstunden pro Kilogramm (Wh/kg) gemessen. Beispielsweise hat eine typische Lithium-Ionen-Batterie eine Leistungsdichte von etwa 1.500 Wh/kg.

Die Kapazität einer Batterie ist die Menge an Strom, die sie speichern kann, wenn sie voll aufgeladen ist. Die Kapazität einer Batterie hängt von der Größe, Form und dem Material ab, aus dem sie hergestellt ist. Batterien werden typischerweise in kWh/kg oder mAh/g oder Milliamperestunden pro Gramm (mAh/g) angegeben.

3,2 V 20 A Niedertemperatur-LiFePO4-Batteriezelle -40 ℃ 3 C Entladekapazität ≥ 70 % Ladetemperatur: -20 ~ 45 ℃ Entladetemperatur : -40 ~ + 55 ℃ Akupunkturtest bestehen -40 ℃ maximale Entladerate: 3 C

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Berechnung der Batterieleistungsdichte

Die Batterieleistungsdichte ist ein Maß für die verfügbare Ladung einer Batterie. Eine höhere Batterieleistungsdichte bedeutet, dass mehr Leistung in einer Batterie gleicher Größe gespeichert werden kann, sodass Batterien mit höherer Leistungsdichte für Anwendungen mit hohem Leistungsbedarf, wie z. B. Elektrofahrzeuge, nützlich sind.

Die Formel zur Berechnung der Leistungsdichte einer Batterie lautet:

Leistungsdichte = Energiedichte x Spannung

Wo:

Die Energiedichte ist die Energiemenge, die pro Volumeneinheit oder Masse der Batterie gespeichert werden kann, üblicherweise gemessen in Wattstunden pro Liter (Wh/L) oder Wattstunden pro Kilogramm (Wh/kg).

Die Spannung ist die Potentialdifferenz zwischen den beiden Anschlüssen der Batterie, die normalerweise in Volt (V) gemessen wird.

Um die Leistungsdichte einer Batterie zu berechnen, müssen Sie ihre Energiedichte und Spannung kennen. Die Energiedichte und Spannung einer Batterie hängen von ihrer Chemie und ihrem Aufbau ab. Unterschiedliche Batterietypen haben unterschiedliche Energiedichten und Spannungen.

Beispielsweise liegt die Energiedichte einer Lithium-Ionen-Batterie typischerweise zwischen 100 und 265 Wh/kg und ihre Spannung liegt typischerweise zwischen 3,6 und 3,7 V. Die Leistungsdichte einer Lithium-Ionen-Batterie kann also zwischen 360 und 981 liegen W/kg.

Hier ist ein weiteres Beispiel: Angenommen, Sie möchten 500 Wh/kg (oder 500 Wattstunden pro Kilogramm) Kapazität von Ihrem Paket. Das würde etwa 36 Zellen in Reihe erfordern – das sind 24 V/36 Wh oder 3,6 V/Zelle oder etwa 3 Ah. Wenn Sie bereit sind, bei 30 Wh/lb (oder 1 kWh pro Kilogramm) eine Kapazität von bis zu 6 Ah zu erreichen, können Sie 250 Wh (6 x 3 Ah) pro Pfund Gewicht erhalten – das ist 1 kW.

Es ist wichtig zu beachten, dass die Leistungsdichte einer Batterie nicht mit ihrer Ausgangsleistung identisch ist. Die Leistungsabgabe einer Batterie hängt von der Stromstärke ab, die sie liefern kann, die durch ihren Innenwiderstand und andere Faktoren begrenzt ist. Die Leistungsdichte gibt einfach an, wie viel Leistung in einem bestimmten Volumen oder Masse der Batterie gespeichert werden kann.

Hohe Energiedichte bei niedriger Temperatur Robuster Laptop-Polymer-Akku Batteriespezifikation: 11,1 V 7800 mAh -40℃ 0,2C Entladekapazität ≥80% Staubdicht, sturzsicher, korrosionsbeständig, elektromagnetische Interferenz

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Batterieleistungsdichte vs. Energiedichte

Batterieleistungsdichte und Energiedichte sind zwei wichtige Metriken, die verwendet werden, um die Leistung von Batterien zu charakterisieren. Die Leistungsdichte bezieht sich auf die Energiemenge, die von einer Batterie pro Gewichts- oder Volumeneinheit geliefert werden kann, während sich die Energiedichte auf die Energiemenge bezieht, die in einer Batterie pro Gewichts- oder Volumeneinheit gespeichert werden kann.

Mit anderen Worten, die Leistungsdichte ist ein Maß dafür, wie schnell eine Batterie Energie liefern kann, während die Energiedichte ein Maß dafür ist, wie viel Energie eine Batterie speichern kann.

Beispielsweise kann eine hochleistungsbatterie in kurzer Zeit eine große Energiemenge liefern, während eine Hochenergiebatterie eine große Energiemenge speichern, aber langsamer abgeben kann.

Sowohl die Leistungsdichte als auch die Energiedichte sind wichtige Überlegungen bei der Auswahl einer Batterie für eine bestimmte Anwendung. hochleistungsbatterien werden häufig in Anwendungen verwendet, die eine schnelle Energielieferung erfordern, wie beispielsweise Elektrofahrzeuge, während Hochenergiebatterien häufig in Anwendungen verwendet werden, die eine langfristige Energiespeicherung erfordern, wie beispielsweise erneuerbare Energiesysteme.

Mit einfachen Worten, während sich die Leistungsdichte auf die Energiemenge bezieht, die eine Batterie pro Gewichts- oder Volumeneinheit liefern kann, bezieht sich die Energiedichte auf die Energiemenge, die eine Batterie pro Gewichts- oder Volumeneinheit speichern kann. Beide Metriken sind wichtig bei der Auswahl einer Batterie für eine bestimmte Anwendung.

Vergleich der Batterieleistungsdichte

Hier ein Vergleich der Leistungsdichten verschiedener Batterietypen:

lithium-ionen-batterien

lithium-ionen-akkus haben eine Leistungsdichte von etwa 100-265 Wh/kg und 250-670 Wh/L. Sie sind der am häufigsten verwendete Batterietyp in tragbarer Elektronik und Elektrofahrzeugen.

Nickel-Cadmium-Batterien

Nickel-Cadmium-Akkus haben eine Leistungsdichte von etwa 50-80 Wh/kg und 140-300 Wh/L. Sie werden häufig in Elektrowerkzeugen und Notfall-Backup-Systemen verwendet.

Blei-Säure-Batterien

Bleibatterien haben eine Leistungsdichte von etwa 30-50 Wh/kg und 60-75 Wh/L. Sie werden häufig in Autos und anderen Fahrzeugen sowie als Notstromversorgung in industriellen Umgebungen verwendet.

Nickel-Metallhydrid-Batterien

Nickel-Metallhydrid-Akkus haben eine Leistungsdichte von etwa 60-120 Wh/kg und 140-300 Wh/L. Sie werden häufig in Hybridfahrzeugen und tragbarer Elektronik verwendet.

Festkörperbatterien

Festkörperbatterien haben das Potenzial, viel höhere Leistungsdichten als herkömmliche Batterien zu erreichen, wobei einige Schätzungen sie auf 500–1000 Wh/kg und 1000–2000 Wh/L beziffern. Sie befinden sich jedoch noch in einem frühen Entwicklungsstadium und sind noch nicht flächendeckend verfügbar.

Es ist erwähnenswert, dass die Leistungsdichte einer Batterie nicht der einzige Faktor ist, der ihre Eignung für eine bestimmte Anwendung bestimmt. Andere Faktoren wie Kosten, Lebensdauer, Sicherheit und Umweltauswirkungen müssen ebenfalls berücksichtigt werden.