Разрядные характеристики литий-ионных аккумуляторов описывают падение напряжения при разряде, пологую кривую разряда, поддерживающую стабильную мощность, и влияние тока, температуры и химического состава на производительность. Например, типичный литий-ионный аккумулятор обеспечивает номинальное напряжение от 3.5 до 3.7 В, при этом ёмкость и напряжение меняются в зависимости от нагрузки. При 50% заряде напряжение может составлять 3.55 В при разряде током 3 А, но падает до 3.0 В при разряде током 30 А. Необходимо понимать эти разрядные характеристики, чтобы оптимизировать аккумуляторные блоки для коммерческих и промышленных условий.
Узнайте больше о литий-ионных аккумуляторах.
Основные выводы
Литий-ионные аккумуляторы имеют практически плоскую кривую разрядного напряжения, что позволяет устройствам работать стабильно до тех пор, пока аккумулятор не разрядится почти полностью.
Скорость разряда, температура и химический состав аккумулятора оказывают сильное влияние на его емкость, срок службы и безопасность. Управление этими факторами повышает производительность.
Использование правильного типа аккумулятора и хорошей системы управления помогает продлить срок службы аккумулятора, обеспечить безопасность устройств и надежное электропитание промышленных и коммерческих приложений.
Часть 1: Характеристики разряда литий-ионных аккумуляторов
1.1 Кривые заряда-разряда
При анализе разрядных характеристик литий-ионных аккумуляторов особое внимание уделяется кривым заряда-разряда. Эти кривые показывают, как напряжение и ток изменяются по мере зарядки и разрядки аккумулятора. В литий-ионных аккумуляторах кривая разряда обычно плоская, что означает, что напряжение остается стабильным на протяжении большей части цикла разряда. Эта стабильность крайне важна для надежности аккумулятора. промышленность, основным медицинским и робототехнические приложения.
Сравните элементы питания Panasonic NCR18650B Energy Cell и UR18650RX Power Cell, чтобы понять, как разные конструкции элементов влияют на профиль разряда. В следующей таблице приведены их основные параметры:
Параметр | Panasonic NCR18650B (элемент энергии) | Panasonic UR18650RX (элемент питания) |
|---|---|---|
Номинальная мощность | 3,200 мАч | 1,950–2,000 мАч |
Скорость разряда (C-скорость) | До 2С (емкость падает при 2С) | До 5С непрерывно (10А) |
Емкость при разряде 2С | ~2.3 Ач (снижено с 3.2 Ач) | ~2.0 Ач (минимальные потери) |
Сохранение низкой температуры (при -20°C) | ~53% от номинальной мощности | ~80% от номинальной мощности |
Жизненный цикл | ~1000 циклов (падает быстрее при более высоких показателях C) | ~1000 циклов (более устойчив под нагрузкой) |
Энергия (Втч) | 11.5 Wh | 7.2 Wh |
Постоянный ток разряда | Умеренный (рекомендуется 1С) | Высокая (возможно до 10С) |
Вы заметили, что энергетический элемент обладает большей ёмкостью, но теряет её сильнее при высоких токах разряда и низких температурах. Силовой элемент лучше сохраняет ёмкость и выдерживает более высокие токи разряда, что делает его идеальным для электроинструментов и робототехники.
Наконечник: Плавная кривая разряда гарантирует, что аккумуляторная батарея будет выдавать постоянное напряжение, что крайне важно для чувствительной электроники и промышленных систем.
1.2 Изменения напряжения и емкости
Вы наблюдаете, как напряжение и ёмкость меняются в зависимости от тока разряда, температуры и химического состава элемента. Кривая разряда литий-ионного аккумулятора обычно начинается с высокого напряжения, остаётся плоской на протяжении большей части цикла, а затем резко снижается ближе к концу. Этот плоский участок позволяет вашим устройствам надёжно работать до тех пор, пока аккумулятор не будет близок к полному разряду.
Литий-ионные аккумуляторы используют метод зарядки CC-CV (постоянный ток – постоянное напряжение). Напряжение повышается во время зарядки постоянным током, а затем ток снижается во время фазы постоянного напряжения.
При более высоких токах разряда наблюдается снижение разрядной ёмкости. Например, NCR18650B обеспечивает около 2.3 А·ч при токе 2C по сравнению с номинальными 3.2 А·ч.
Силовой элемент UR18650RX сохраняет практически полную разрядную емкость даже при высоких значениях тока, поддерживая такие требовательные приложения, как робототехника и промышленная автоматика.
Более низкие значения C во время зарядки и разрядки помогают максимально сохранить емкость и продлить срок службы батареи.
Внутреннее сопротивление увеличивается с температурой и скоростью разряда, влияющих на состояние заряда и оценку работоспособности.
Вы можете использовать методы статистического анализа, такие как Анализ приростной емкости (ICA) и модели машинного обучения для оценки состояния аккумулятора и прогнозирования снижения его ёмкости. Эти инструменты помогут вам эффективнее управлять аккумуляторными батареями в критически важных для бизнеса средах.
1.3 Температурные эффекты
Температура играет важную роль в разрядных характеристиках литий-ионных аккумуляторов. При проектировании аккумуляторных батарей для промышленного, медицинского или инфраструктурного применения необходимо учитывать как температуру окружающей среды, так и рабочую температуру.
При температуре 25°C аккумулятор Panasonic NCR18650B сохраняет полную ёмкость. При температуре –20°C сохранение ёмкости падает примерно до 53%.
Элемент питания UR18650RX лучше работает в холодных условиях, сохраняя около 80% своей номинальной емкости при температуре –20 °C.
Более высокие скорости разряда и более низкие температуры окружающей среды приводят к большему повышению температуры и большим градиентам внутри аккумулятора, что может повлиять на безопасность и производительность.
Внутреннее сопротивление и контактное сопротивление способствуют возникновению температурных градиентов, что обуславливает необходимость управления температурой для больших аккумуляторных батарей.
Экспериментальный параметр | Описание | Влияние на снижение производительности |
|---|---|---|
Изменяйте, сохраняя при этом постоянными скорость зарядки и периоды отдыха. | Снижение емкости зависит от величины разрядного тока. | |
Продолжительность разряда | Различный для фиксированного разряда Ампер-час с постоянным током зарядки и периодами отдыха. | Более длительная продолжительность разряда влияет на деградацию иначе, чем величина тока. |
Продолжительность периода отдыха | Меняется после фаз разряда и заряда при постоянных скоростях заряда и разряда. | Периоды отдыха влияют на скорость деградации, что подчеркивает важность продолжительности фаз цикла. |
Скорость заряда | Менялся с постоянной скоростью разряда и периодами отдыха. | Изменения скорости заряда существенно влияют на механизмы снижения емкости и деградации. |
Температура окружающей среды | Эксперименты проводились при разных температурах для оценки тепловых эффектов. | Температура сильно влияет на деградацию: более высокие температуры ускоряют снижение емкости. |
Всегда следите за температурой и конструкцией аккумулятора для оптимального терморегулирования. Такой подход обеспечивает стабильную разрядную ёмкость и продлевает срок службы аккумуляторных батарей.
Примечание: Для получения информации об устойчивых решениях в области аккумуляторов и ответственном подходе к выбору поставщиков ознакомьтесь с нашими подход к устойчивому развитию и заявление о конфликтных минералах.
Если вам нужна индивидуальные решения по аккумуляторным батареям, соответствующие вашим промышленным или бизнес-потребностям, обратитесь к нашим специалистам для консультации.
Часть 2: Производительность и управление литий-ионными аккумуляторами
2.1 Влияние скорости сброса
Необходимо понимать, как скорость разряда влияет на литий-ионные аккумуляторы в реальных условиях эксплуатации. При увеличении скорости разряда аккумулятор выдаёт больше тока, но это влечет за собой определенные компромиссы. Высокие скорости разряда ускоряют снижение ёмкости и повышают внутреннюю температуру. Со временем это приводит к более быстрому износу и сокращению срока службы.
Данные испытаний на снижение емкости показывают, что высокие скорости разряда создают большую нагрузку на электроды батареиЭто напряжение может привести к образованию трещин в электродных частицах, что снижает способность аккумулятора удерживать заряд. Электрохимическая импедансная спектроскопия и дифференциальный анализ напряжения подтверждают, что высокие скорости разряда увеличивают кинетические потери и структурные повреждения. В результате наблюдается более быстрое падение ёмкости и повышенный риск термических повреждений.
Наконечник: Чтобы продлить срок службы аккумулятора, следует проектировать аккумуляторную батарею так, чтобы она работала при умеренной скорости разряда, когда это возможно. Использование аккумулятора большего размера или элементов, рассчитанных на более высокий ток, поможет отвести нагрев и замедлить деградацию.
Также необходимо учитывать повышение температуры при интенсивном разряде. Экспериментальные исследования показывают, что при разрядить литий-ионный аккумулятор токами от 1С до 4СВнутренняя температура быстро растёт. При отсутствии должного контроля это может привести к тепловому разгону. Для промышленных аккумуляторных батарей необходимо внедрить надёжные системы терморегулирования и тщательно контролировать температуру ячеек.
2.2 Различия в химии
Выбор правильного химического состава литий-ионных аккумуляторов критически важен для эффективности разряда, безопасности и срока службы аккумулятора. Различные химические составы обладают уникальными преимуществами для конкретных областей применения. В таблице ниже сравниваются основные характеристики популярных литий-ионных аккумуляторов, используемых в промышленных аккумуляторах:
Химия | Напряжение платформы (В) | Плотность энергии (Втч/кг) | Типичная скорость разряда (C-скорость) | Срок службы (циклов) | Термостойкость | Промышленное применение |
|---|---|---|---|---|---|---|
Литиевая батарея NMC | 3.6-3.7 | 160-270 | 1С (до 2С) | 1000-2000 | ~ 210 ° С | Электроинструменты, электровелосипеды, электромобили, накопители энергии |
Литиевая батарея LiFePO4 | 3.2 | 100-180 | До 3C | 2000-5000 | Прекрасно | ИБП, солнечная энергия, инфраструктура, промышленность |
Литиевая батарея LMO | 3.7 | 120-170 | 1–5 ° C | 300-700 | Хорошо | Медицина, робототехника, бытовая электроника |
Литиевая батарея LCO | 3.7 | 180-230 | 1C | 500-1000 | Средняя | Бытовая электроника, медицина |
Литиевая батарея LTO | 2.4 | 60-90 | До 10C | 10000-20000 | Прекрасно | Электроприводы, ИБП, солнечное освещение |
Как видите, литиевые аккумуляторы NMC обеспечивают баланс высокой энергии и мощности, что делает их популярным выбором для электромобилей и электроинструментов. Литиевые аккумуляторы LiFePO4 обеспечивают выдающийся срок службы и термостабильность, что идеально подходит для инфраструктурных и промышленных аккумуляторов. Литиевые аккумуляторы LMO и LCO хорошо подходят для медицинской и бытовой электроники благодаря стабильному разряду и умеренному сроку службы. Литиевые аккумуляторы LTO отличаются чрезвычайно длительным сроком службы и способностью к быстрому разряду, несмотря на меньшую плотность энергии.
Сравнительные исследования показывают, что клетки LFP и NCA проявляют более сильные эффекты гистерезиса, что влияет на моделирование разряда и точность прогнозирования.
Элементы NMC и LMO демонстрируют схожие характеристики разряда, что позволяет использовать более простые модели управления батареями.
Клетки LFP достигают лучшей точности прогнозирования модели, в то время как клетки NCA демонстрируют большую изменчивость при динамических профилях нагрузки.
2.3 Срок службы батареи и безопасность
При эксплуатации литий-ионных аккумуляторов необходимо уделять первостепенное внимание как сроку службы аккумулятора, так и безопасности. В следующей таблице приведены основные статистические данные о надежности и безопасности литий-ионных аккумуляторов:
Статистически | Стоимость литий-ионного аккумулятора | Значение твердотельного аккумулятора | Заметки |
|---|---|---|---|
Жизненный цикл | 500 – 3000 циклов | 5000+ циклов (оценочно) | Указывает на устойчивость к заряду/разряду до существенной потери емкости. |
Скорость саморазряда | ~2-8% в месяц | <1% в месяц | Влияет на долгосрочную надежность и сохранение энергии. |
Вероятность внутреннего короткого замыкания | 1 из 40 миллионов | Почти ноль | Внутренние короткие замыкания могут стать причиной пожара или взрыва; твердотельные батареи значительно снижают этот риск. |
Максимальная безопасная скорость зарядки | ~1С - 2С | ARCXNUMX | Скорость заряда влияет на срок службы аккумулятора и безопасность. |
Следует учитывать, что литий-ионные аккумуляторы состоят из множества ячеек, соединённых последовательно и параллельно. Деградация отдельных ячеек взаимозависима, поэтому самая слабая ячейка может ограничивать производительность всей батареи. Расширенные статистические инструменты, такие как функции копулы, помогут вам моделировать эти зависимости и точнее прогнозировать срок службы аккумуляторов. Это особенно важно для электромобилей, инфраструктуры и промышленных аккумуляторных систем.
⚡ Лучшие практики управления аккумуляторными батареями:
Увеличьте габариты аккумуляторной батареи, чтобы снизить нагрузку на отдельные элементы.
Реализуйте активное терморегулирование, чтобы поддерживать температуру ячеек в безопасных пределах.
Чтобы продлить срок службы аккумулятора, избегайте циклов глубокой разрядки.
Используйте надежную систему управления батареями (BMS) для мониторинга и балансировки в режиме реального времени.
Реальные сценарии применения
Вам необходимо подобрать подходящий тип ячейки для вашего приложения. Например:
Энергетические ячейки как Panasonic NCR18650B, идеально подходят для приложений, требующих длительного времени работы при умеренных скоростях разряда, таких как медицинские приборы, резервное копирование инфраструктуры и бытовая электроника.
Силовые элементы как Panasonic UR18650RX, отлично справляются с задачами с высокой нагрузкой и короткими периодами времени, включая робототехника, электроинструменты и Индустриальная автоматизация.
Понимание характеристик разряда повышает производительность и безопасность аккумуляторных батарей. Выберите правильный тип элементов питания и управляйте скоростью разряда для достижения оптимальных результатов. В таблице ниже представлены практические рекомендации по эффективному управлению аккумуляторными батареями в промышленных условиях:
Аспект | Рекомендация |
|---|---|
Управление питанием от батарей | |
Оптимизация дизайна | Отдайте приоритет переработке и снижению сложности |
FAQ
1. Какие факторы больше всего влияют на разрядку литий-ионных аккумуляторов?
Наибольшее влияние оказывают скорость разряда, температура и химический состав аккумулятора. Правильное управление этими факторами обеспечивает стабильную производительность и длительный срок службы.
2. Как можно максимально повысить безопасность и срок службы промышленных литий-ионных аккумуляторных батарей?
Используйте надежную систему управления аккумулятором (BMS), следите за температурой и избегайте циклов глубокой разрядки. Эти меры помогут обеспечить безопасность и продлить срок службы.
3. Где можно приобрести индивидуальные решения по литий-ионным аккумуляторам для вашего бизнеса?
Вы можете связаться с Large Power для индивидуальных консультаций по аккумуляторным батареям и услуг OEM/ODM. Запросите индивидуальное решение здесь.
