Ee vun de wichtegsten Leeschtung Charakteristiken vunEnergie Stockage Akkuenass hir Offlossquantitéit Leeschtung. Fir d'Entladungsverhalen vun der Batterie ënner verschiddene Konditiounen ze charakteriséieren, ass et néideg d'Entladungskurve vun der Batterie ze moossen, wat normalerweis eng Kurve ass déi d'Verännerung vun der Entladungsspannung iwwer Zäit weist. Verschidde Entladungsbedéngungen si charakteriséiert duerch Entladungsstrategien, a verschidde Entladungsstrategien wäerten zu verschiddenen Entladungskurven resultéieren. Entladungsstrategien enthalen typesch Entladungsmethod, Entladungsstroum, Terminspannung, an Ëmfeldtemperatur.
Oflehnungsmethod
Et ginn dräi Weeër fir eng Batterie ze entlaaschten: konstante Stroumentladung, konstante Resistenzlosung, a konstante Stroumentladung. Typesch Entladungskurven ginn an der Figur 1-5 gewisen, déi d'Verännerungen am Entladungsstroum, Spannung a Kraaft iwwer d'Entladungszäit ënner dësen dräi Entladungsmodi illustréiert.
Wärend der konstanter -Resistenz Entladung, ginn d'Batteriebetriebsspannung an d'Entladungsstroum graduell mat der Zäit erof. Ähnlech, ënner konstanter -stroum Entladung, fällt d'Betribsspannung och erof wéi den Entladungsprozess weider geet. Dës Ofsenkung vun der Operatiounsspannung mat längerer Entladungszäit ass wéinst der Erhéijung vun der interner Resistenz vun der Batterie. Ausserdeem, mat der Erhéijung vun der Benotzung vun der Batteriekraaft a Kraaftwierksgeschir, elektresch Gefierer an aner Uwendungen, gëtt konstant -Kraaft Entladung méi heefeg. Wärend der konstanter -Kraaft Entladung hëlt d'Batteriespannung kontinuéierlech erof, während den Entladungsstroum kontinuéierlech eropgeet wéi d'Entladung weidergeet.
Entladungsstroum
Wärend der Batteriebetreiung gëtt de Stroum deen en ausgitt, den Auslaafstroum genannt. Den Entladungsstroum gëtt och allgemeng als Entladungsquote bezeechent, a gëtt dacks ausgedréckt mat der Stonntaux (och bekannt als de Stonnequote) an dem Multiplikator.
Den Entladungsquote bezitt sech op den Taux mat deem eng Batterie entléisst, gemooss an der Entladungszäit. Speziell ass et d'Zäit déi néideg ass fir d'Kapazitéit vun der Batterie voll ze befreien mat engem spezifeschen Entladungsstroum, normalerweis a Stonnen (h) ausgedréckt. Zum Beispill, fir eng Batterie mat enger bewäertter Kapazitéit vun 10 Amp-Stonnen (A·h), wann se mat engem Stroum vun 2A entlaascht gëtt, ass déi entspriechend Entladungsrate 5 Stonnen (10A·h/2A=5h), dat heescht datt d'Batterie mat enger 5-Stonne-Taux entlaasst.
Entladungsquote bezitt sech op den aktuelle Wäert, ausgedréckt als Multiple vun der bewäertter Kapazitéit vun der Batterie, wann déi voll Kapazitéit vun der Batterie bannent enger spezifescher Zäit komplett fräigelooss gëtt. Zum Beispill, 2C Entladung heescht datt den Entladungsstroum zweemol d'Bewäertungskapazitéit vun der Batterie ass, normalerweis representéiert duerch 2C (wou C d'bewäertte Kapazitéit vun der Batterie duerstellt). Fir eng Batterie mat enger bewäertter Kapazitéit vun 10A·h, 2C Entladung (et gëtt e Dimensiounsproblem hei, dh d'Eenheete vu Kapazitéit a Stroum sinn net d'selwecht, awer dëst ass eng allgemeng Benotzung, sou datt et net geännert gëtt) heescht datt den Entladungsstroum 2 x 10=20 (A), entsprécht enger Entladungsrate vun 0,5h. Verschidden Typen an Designen vu Batterien hunn ënnerschiddlech Adaptabilitéit fir d'Entladungsbedéngungen: e puer si méi gëeegent fir niddereg -stroum Entladung, anerer Leeschtunge besser bei héije Stroum. Generell, Offlossquantitéit Tariffer manner wéi oder gläich ze 0.5C sinn niddereg Tariffer genannt; déi tëscht 0,5C an 3,5C ginn mëttlerer Tariffer genannt; déi tëscht 3.5C an 7C sinn héich Tariffer genannt; an déi iwwer 7C ginn ultra-héich Tariffer genannt.
Terminatioun Volt
Wärend der Batterie Entladung gëtt den initialen Spannungswäert als Startbetribsspannung definéiert; wann d'Spannung op eng Schwell fällt wou weider Entladung net méi gëeegent ass, gëtt dëse Spannungspunkt d'Terminéierungsspannung genannt. De spezifesche Wäert vun dëser Terminatiounspannung gëtt normalerweis vum Tester festgeluegt baséiert op aktuellen Testfuerderunge a fréier Erfahrung.
Déi festgeluegt Terminspannung variéiert jee no de verschiddenen Entladungsbedéngungen an hiren Impakt op d'Batteriekapazitéit an d'Liewensdauer. Méi niddereg Terminspannungen ginn typesch an niddregen -Temperaturëmfeld oder ënner héije -stroum Entladungsbedéngungen benotzt, während méi héich Terminspannungen normalerweis ënner nidderegen -stroum Entladungsbedéngungen gesat ginn. Dëst ass well d'Polariséierung tëscht de Batterieelektroden däitlech eropgeet wärend der niddereger -Temperatur oder héijer -stroum Entladung, wat zu enger onvollstänneger Notzung vun aktive Materialien an e méi séier Spannungsfall resultéiert. Dofir hëlleft eng entspriechend Ofsenkung vun der Terminatiounspannung méi Energie ze befreien. Ëmgekéiert, wann Dir niddereg -stroum Entladung benotzt, ginn déi aktiv Komponenten an der Batterie méi voll genotzt. An dësem Fall kann d'Erhéijung vun der Terminatiounsspannung fir déif Entladung ze limitéieren effektiv d'Gesamt Batterie Liewensdauer verlängeren.
Ëmgéigend Temperatur
Wéi an der Figur 1-6 gewisen, huet d'Ëmfeldstemperatur e wesentlechen Impakt op d'Entladungskurve. Bei méi héijen Temperaturen weist d'Entladungskurve e relativ sanften Trend; allerdéngs, wéi d'Temperatur erofgeet, gëtt dës Ännerung ëmmer méi drastesch. De fundamentale Grond ass datt bei niddregen Temperaturen d'Migratiounsquote vun Ionen erofgeet, wat zu enger Erhéijung vun der ohmescher interner Resistenz féiert. An extremen Fäll, wann d'Temperatur ze niddreg ass, kann den Elektrolyt afréieren, sou datt den normalen Entladungsprozess vun der Batterie behënnert gëtt. Ausserdeem, bei méi nidderegen Temperaturen, ginn d'elektrochemesch Polariséierung an d'Konzentratiounspolariséierung entspriechend verstäerkt, wat den Zerfallsquote vun der Entladungskurve weider beschleunegt.
Figur 1-6 Entladungskurven vu Bläi-Säure-Batterien bei verschiddenen Ëmfeldstemperaturen
Kapazitéit a spezifesch Kapazitéit
Batteriekapazitéit bezitt sech op d'Quantitéit un Elektrizitéit, déi aus enger Batterie ënner bestëmmten Entladungsbedéngungen kritt ka ginn. D'Eenheet gëtt normalerweis als Ampere-Stonn (Ah) ausgedréckt. Ofhängeg vun der aktueller Situatioun kann d'Batteriekapazitéit weider an theoretesch Kapazitéit, aktuell Kapazitéit a bewäert Kapazitéit opgedeelt ginn.
Theoretesch Kapazitéit (Co) bezitt sech op d'Quantitéit un Elektrizitéit, déi ënner ideale Bedéngungen geliwwert ka ginn, wann dat aktive Material voll un der elektrochemescher Reaktioun vun der Batterie deelhëllt. Dëse Wäert gëtt op Basis vun der Mass vum aktive Material berechent, no Faradays Gesetz. D'Gesetz vum Faraday seet datt et eng direkt proportional Relatioun tëscht der Mass vum Material ass, dat un der Reaktioun op der Elektrode deelhëllt, an der Quantitéit vun der Ladung déi se iwwerdroen; wann 1 mol vun aktiv Material an der electrochemical Prozess vun der Batterie matmaachen, et kann eng charge gläichwäerteg zu 26,8 Ah oder 1 farad (F) Fräisetzung. Dofir existéiert déi folgend Berechnungsformel:
An der Formel ass m d'Mass vun der aktiver Substanz wann et komplett reagéiert; n ass d'Zuel vun den Elektronen, déi während der Flowreaktioun gewonnen oder verluer sinn; a M ass d'molar Mass vun der aktiver Substanz.
An der Formel gëtt K den elektrochemesche Äquivalent vun der aktiver Substanz genannt.
Wéi an der Equatioun (1.5) gewisen, ass d'theoretesch Kapazitéit vun enger Elektrode mat der Mass vum aktive Material an dem elektrochemesche Äquivalent verbonnen. Mat der selwechter Mass vum aktive Material, wat méi kleng ass den elektrochemesche Äquivalent, dest méi grouss ass d'theoretesch Kapazitéit. D'elektrochemesch Äquivalente vun e puer Elektrodenmaterialien ginn an der Tabell 1-3 gewisen.
Dësch 1-3 Electrochemical Equivalent vun e puer Elektroden Material
| Negativ Elektroden Material | Dicht (g/cm³) | Spezifesch Kapazitéit (mA·h/g) | Positiv Elektroden Material | Dicht (g/cm³) | Spezifesch Kapazitéit (mA·h/g) |
|---|---|---|---|---|---|
| H₂ | - | 0.037 | O₂ | - | 0.30 |
| Li | 0.534 | 0.259 | SOCl₂ | 1.63 | 2.22 |
| Mg | 0.74 | 0.454 | AgO | 7.4 | 2.31 |
| Al | 2.699 | 0.335 | SO₂ | 1.37 | 2.38 |
| Fe | 7.85 | 1.04 | MnO₂ | 5.0 | 3.24 |
| Zn | 7.1 | 1.22 | NiOOH | 7.4 | 3.42 |
| Cd | 8.65 | 2.10 | Ag₂O | 7.1 | 4.33 |
| (Li)Cl₂ | 2.25 | 2.68 | PbO₂ | 9.3 | 4.45 |
| Pb | 11.34 | 3.87 | I₂ | 4.94 | 4.73 |
Zousätzlech ginn d'Konzepter vun der aktueller Kapazitéit an der bewäertter Kapazitéit dacks benotzt. Tatsächlech Kapazitéit bezitt sech op de Gesamtbetrag vun der Elektrizitéit déi eng Batterie ënner spezifesche Entladungsbedéngungen liwwere kann. Tatsächlech Kapazitéit ass limitéiert net nëmmen duerch den theoreteschen Maximumwäert, awer och duerch déi spezifesch Entladungsbedéngungen.
Bewäert Kapazitéit, op der anerer Säit, ass e Standardset fir d'Batterie wärend dem Design a Fabrikatiounsprozess; dat ass, d'Mindestoutputkapazitéit déi d'Batterie ënner spezifizéierte Entladungsbedéngungen erreechen soll, och bekannt als nominale Kapazitéit.
Wann Dir verschidden Aarte vu Batterien an der selwechter Serie vergläicht, gëtt spezifesch Kapazitéit typesch fir Evaluatioun benotzt. Spezifesch, spezifesch Kapazitéit bezitt sech op d'Quantitéit un Elektrizitéit, déi eng Batterie pro Eenheet Mass oder Volume liwwere kann, dh Massspezifesch Kapazitéit (Ah / kg) a volumetresch spezifesch Kapazitéit (Ah / L). Et ass wichteg ze bemierken datt wann Dir d'Mass a Volumen vun enger Batterie berechnen, zousätzlech fir d'Elektrodematerialien an d'Elektrolyt ze berücksichtegen, mussen och aner Komponente vun der Batterie berücksichtegt ginn, sou wéi d'Gehäuse, d'Separator, a verbonne konduktiv Komponenten. Besonnesch fir Späicherbatterien a Brennstoffzellen enthalen d'Gesamtmass a Volumen och all néideg Hëllefsausrüstung, wéi Panzer fir Flëssegkeeten ze späicheren, Aktivéierungsapparater (fir Späicherbatterien), oder aktive Materiallagerung a Versuergungssystemer, Kontrollsystemer, Heizungsunitéiten, asw. (fir Brennstoffzellen).
Duerch d'Aféierung vum Konzept vun der spezifescher Kapazitéit kënne mir d'Performance vu Batterien vu verschiddenen Typen a Gréissten vergläichen. Batterie Kapazitéit ass an theoretesch Muecht an aktuell Kapazitéit ënnerdeelt; entspriechend, spezifesch Kapazitéit huet och theoretesch an aktuell Aspekter.
Energie a spezifesch Energie
Batterieenergie bezitt sech op déi total elektresch Energieausgab vun der Batterie wann Dir Aarbecht ënner spezifesche Entladungsbedéngungen ausféiert, allgemeng ausgedréckt a Watt -Stonnen (W·h). Batterieenergie huet och eng theoretesch Energie an eng tatsächlech Energie.
Unzehuelen datt d'Batterie während der Entladung am Gläichgewiicht bleift a seng Entladungsspannung konstant gläich ass mat senger elektromotorescher Kraaft, an och unzehuelen datt all aktive Materialien un der chemescher Reaktioun deelhuelen, da sollt d'Energie, déi vun der Batterie zur Verfügung gestallt gëtt, gläich wéi seng theoretesch maximal Energie Wo sinn.
Déi theoretesch Energie vun enger Batterie ass déi maximal net-Volumenaarbecht, déi vun der Batterie ënner konstanter Temperatur, konstantem Drock an reversibelen Entladungsbedéngungen gemaach gëtt.
Tatsächlech Energie (W) bezitt sech op d'Energie déi tatsächlech vun enger Batterie ënner bestëmmten Entladungsbedéngungen geliwwert gëtt. Et gëtt numeresch ofgeleet andeems d'tatsächlech Kapazitéit mat der duerchschnëttlecher Betribsspannung multiplizéiert gëtt. Well déi aktiv Materialien an der Batterie net voll genotzt kënne ginn, a seng Betribsspannung normalerweis méi niddereg ass wéi déi theoretesch elektromotoresch Kraaft, ass tatsächlech Energie ëmmer manner wéi theoretesch Energie.
Spezifesch Energie bezitt sech op d'Energie déi vun enger Batterie pro Eenheet Mass oder Eenheetsvolumen verëffentlecht gëtt. D'Energieausgang pro Masseenheet vun der Batterie gëtt definéiert als massespezifesch Energie, typesch a Watt -Stonnen pro Kilogramm (Wh/kg) gemooss. D'Energieausgang pro Eenheet Volumen vun der Batterie gëtt definéiert als volumetresch spezifesch Energie, typesch ausgedréckt a Watt - Stonnen pro Liter (Wh/L). Ausserdeem kann d'Konzept vu spezifescher Energie weider an theoretesch (W) an aktuell (W) ënnerdeelt ginn, wou theoretesch Mass spezifesch Energie mat der Equatioun (1.9) berechent ka ginn:
An der Formel ass K+ den elektrochemesche Äquivalent vum positiven Elektrodenmaterial; K - ass den elektrochemesche Äquivalent vum negativen Elektrodenmaterial; an E ass d'Batterie elektromotoresch Kraaft.
Kraaft a spezifesch Kraaft
D'Batteriekraaft bezitt sech op d'Energieausgang vun enger Batterie pro Unitéit Zäit ënner spezifeschen Entladungsbedéngungen, a seng Moosseenheet ass Watt (W) oder Kilowatt (kW). Wann dës Ausgangskraaft a Relatioun mat der Mass oder Volume vun der Batterie berücksichtegt gëtt, gëtt d'Konzept vu spezifescher Kraaft kritt. Spezifesch, Mass spezifesch Muecht Moossnam wéivill Watt Muecht eng Eenheet Mass vun Batterie kann, a seng Eenheet ass W / kg; während volumetresch spezifesch Kraaft reflektéiert d'Kraaft generéiert vun enger Eenheetsvolumen vun der Batterie, a seng entspriechend Eenheet ass W / L.
Kraaft a spezifesch Kraaft weisen d'Entladungsquote vun enger Batterie un. Eng méi héich Batteriekraaft bedeit datt d'Batterie sech mat héije Stroum oder héijen Tariffer entlaascht. Zum Beispill kann eng Zink-Sëlwerbatterie eng spezifesch Kraaft vun iwwer 100 W/kg erreechen wann se bei enger mëttlerer Stroumdicht entlaascht, wat op niddereg intern Resistenz a gutt héich-Entladungsleistung bezeechent. Am Géigesaz, eng Zink-Mangan Trockenzellbatterie kann nëmmen eng spezifesch Kraaft vun 10 W/kg erreechen wann se bei enger gerénger Stroumdicht funktionnéiert, wat héich intern Resistenz a schlecht héich-Entladungsleistung ugeet. Ähnlech wéi Batterieenergie huet d'Kraaft och theoretesch Kraaft an tatsächlech Kraaft.
Déi theoretesch Kraaft vun enger Batterie kann ausgedréckt ginn wéi:
An der Formel ass t Zäit; Co ass déi theoretesch Kapazitéit vun der Batterie; an ech sinn déi aktuell.
Déi tatsächlech Kraaft vun der Batterie soll sinn:
An der Formel I2R representéiert d'Kraaft verbraucht vun der interner Resistenz vun der Batterie. Dës Kraaft ass nëtzlos fir déi ugewandt Laascht; et gëtt wesentlech an Hëtztenergie ëmgewandelt an als Hëtzt verëffentlecht.
Zyklus Liewen
Fir Batterien, Zyklus Liewen, oder Notzung Zyklus, ass ee vun de Schlëssel Indicateuren fir Batterie Leeschtung ze evaluéieren. All komplette Charge-Entladungszyklus gëtt als Zäitperiod fir eng Batterie ugesinn.
Ënner spezifesche Charge-Entladungsbedéngungen ass d'Zuel vun den Zyklen déi eng Batterie widderstoen kann, ier seng Kapazitéit op e bestëmmte spezifizéierte Wäert erofgeet, definéiert als seng Zyklusliewen oder d'Benotzungszyklus. Wat d'Zyklusdauer méi laang ass, wat d'Batterie-Zyklusleistung besser ass.Different Type of batterys exhibit different cycle lives; zum Beispill, Nickel-Kadmiumbatterien kënnen Dausende vun Zyklen erreechen, während Zink-Sëlwerbatterien relativ manner Zyklen hunn, e puer souguer manner wéi honnert. Et ass derwäert ze bemierken datt souguer Batterien vun der selwechter Aart ënnerschiddlech Zyklusliewen kënnen hunn wéinst Differenzen an hirer interner Struktur.
D'Zyklusdauer vun enger Batterie gëtt vu verschiddene Faktoren beaflosst. Nieft der adäquate Notzung an Ënnerhalt, déi folgend Schlëssel Aspekter gëllen och: ① Wärend Lade-Entladungszyklen fällt d'Uewerfläch vum aktive Material graduell erof, wat zu enger Erhéijung vun der Operatiounsstroumdicht a verstäerkter Polariséierung féiert; ② Aktiv Komponenten op den Elektroden kënnen trennen oder transferéieren; ③ Wärend der Batteriebetreiung kënnen e puer Elektrodenmaterial korrodéiert ginn; ④ Dendriten, déi op den Elektroden wärend dem Vëlo geformt ginn, kënne Kuerzschluss an der Batterie verursaachen; ⑤ De Separator kann beschiedegt ginn; ⑥ D'Kristallmorphologie vum aktive Material ännert sech während widderholl Laden-Entladungszyklen, doduerch seng Aktivitéit reduzéiert.
Stockage Leeschtung
D'Batteriespäicherleistung bezitt sech op de Grad vum natierlechen Energieverloscht bannent der Batterie wann se an engem oppene -Circuitzoustand ënner spezifeschen Ëmweltbedéngungen (wéi Temperatur a Fiichtegkeet) ass. Dëst Phänomen ass och als Selbst-Entladung bekannt. Wann den Undeel vum Energieverloscht während der Lagerung kleng ass, beweist et datt d'Batterie exzellent Späicherleistung huet.
Wann eng Batterie an engem oppenen-Circuitzoustand ass, obwuel se keng elektresch Energie no baussen liwwert, mécht se nach ëmmer e Selbst-Entladungsprozess. Dëst Phänomen ass haaptsächlech wéinst der thermodynamescher Onstabilitéit vun den Elektroden am Elektrolytëmfeld, wat zu spontane Redoxreaktiounen tëscht den Elektroden féiert. Och ënner dréchene Bedéngungen, wann d'Dichtung net enk genuch ass, kann d'Infiltratioun vun externe Faktoren wéi Loft oder Fiichtegkeet nach ëmmer e Selbst-Entladungseffekt an der Batterie ausléisen.
D'Selbst-Entladungsquote kann och ausgedréckt ginn als d'Zuel vun den Deeg et dauert fir d'Kapazitéit vun der Batterie op e spezifizéierte Wäert ze reduzéieren wann se gespäichert sinn, bekannt als Haltbarkeet. Zum Beispill kann eng Späicherbatterie, ouni Elektrolyt virum Gebrauch ze addéieren, fir eng laang Zäit gespäichert ginn; esou eng Batterie kann eng laang dréchen Regal Liewen hunn. Lagerung mat Elektrolyt gëtt naass Lagerung genannt; naass Lagerung féiert zu engem méi staarke Selbst-Entladungseffekt an e relativ kuerzer naass Haltbarkeet. Zum Beispill, eng Zink -Sëlwer Batterie kann eng dréchen Haltbarkeet vu 5-8 Joer hunn, während hir naass Haltbarkeet typesch nëmmen e puer Méint ass.