Jännite vs kapasiteetti litiumparistoissa: mitkä ovat erot

GEB:llä valmistamme litiumparistoja todellisiin{0}}sovelluksiin päivittäin. Asiakkaat kysyvät meiltä usein, miksi akku lukee hetkessä 3,8 V ja putoaa nopeasti kuormitettuna, vaikka siinä on vielä paljon latausta jäljellä. Hämmennys johtuu melkein aina samasta asiasta: sekoittumisestajännite ja kapasiteetti.

Nämä kaksi numeroa kuvaavat täysin erilaisia ​​asioita, mutta ne toimivat yhdessä päättäessään, kuinka paljon työtä akkusi voi todella tehdä. Puretaan se selkeästi, jotta voit tehdä parempia päätöksiä valitessasi tai käyttäessäsi litiumparistoja.

Mitä jännite ja kapasiteetti oikeastaan ​​tarkoittavat

Jänniteon sähköinen paine-ero kennon positiivisen ja negatiivisen navan välillä. Se kertoo, kuinka voimakkaasti akku voi työntää elektroneja piirin läpi. Käytännössä puhumme kolmesta tärkeästä jännitearvosta:

• Nimellisjännite(keskimääräinen käyttöjännite, kuten 3,2 V LiFePO4:lle tai 3,7 V NMC:lle)
• Latauskatkos-katkaisujännite(yleensä 4,2 V useimmille Li-ionikennoille)
• Purkauskatkos-katkaisujännite(yleensä 3,0 V tai 2,5 V kemiasta riippuen)

Kapasiteettitoisaalta mittaa akun kokonaislatauksen määrän ilmaistuna ampeeri-tunteina (Ah) tai milliampeeri-tunteina (mAh). 100 Ah:n akku voi teoriassa syöttää 100 ampeeria tunnin ajan tai 10 ampeeria kymmenen tunnin ajan, ennen kuin se on tyhjä.

Todellinen käytettävissä oleva energia saadaan yhdistämällä molemmat:

Energia (Wh)=Jännite × Kapasiteetti

Esimerkiksi 48 V 100 Ah akku varastoi 4,8 kWh energiaa. Tämä on numero, joka itse asiassa kertoo, kuinka kauan aurinkokuntasi, trukkisi tai sähkötyökalusi voivat toimia.

Monet ihmiset katsovat vain yleismittarin jännitettä ja ajattelevat, että akku on melkein tyhjä, kun se laskee alle 3,7 V:n. Todellisuudessa tämä lukema tarkoittaa usein sitä, että akussa on vielä 40-60% kapasiteettia jäljellä kuormituksesta ja kemiasta riippuen.

Kuinka jännite ja kapasiteetti liittyvät toisiinsa

Jännite ja kapasiteettieivät ole itsenäisiä. Mittaamasi jännite muuttuu, kun akku vapauttaa tallennetun latauksensa. Tätä suhdetta ohjaa litiumionien liike elektrodien välillä ja tuloksena oleva kemiallinen potentiaali.

Yksinkertaisesti sanottuna, kun akku purkautuu, litiumionit poistuvat anodista ja liikkuvat kohti katodia. Mitattavissa olevaavoimen-piirin jännite (OCV)on kahden elektrodin potentiaalien välinen ero. Kun litiumionien pitoisuus muuttuu, jännite laskee vähitellen.

Tämä pudotus on kuitenkin harvoin lineaarinen. Suurin osa kapasiteetista toimitetaan suhteellisen tasaisena aikana"jännitealustaa." Kun alusta päättyy, jännite laskee jyrkästi kohti katkaisukohtaa-. Tämä epälineaarinen käyttäytyminen on juuri syy siihen, miksipelkkä jännitejäljellä olevan käyttöajan arvioiminen johtaa virheisiin.

Näemme tämän GEB:llä joka kerta, kun testaamme paketteja. Kenno voi istua mukavasti 3,65 V:n jännitteellä pitkään, samalla kun se tuottaa suurimman osan nimellisarvostaankapasiteettia.

Purkauskäyrän ymmärtäminen

Thepurkauskäyränäyttää tarkalleen, kuinka jännite käyttäytyy, kun kapasiteettia käytetään loppuun. Tyypillisellä litiumakun käyrällä on kolme erillistä vaihetta:

Ensimmäinen pudotus täydestä latausjännitteestä

Pitkä, suhteellisen tasainen alusta, jolle suurin osa kapasiteetista toimitetaan

Terävä polvi päässä, kun jännite putoaa nopeasti{0}}katkaistakseen

Tässä on käytännöllinenjännite vs SOC-taulukkostandardi NMC-kennolle eri olosuhteissa (mitattu 25 asteessa):

Huomaa, että kuormitettu jännite on aina pienempi kuin avoimen-piirin jännite. Suurempi purkausvirta aiheuttaa suuremman jännitteen laskun sisäisen resistanssin ja polarisaatiovaikutusten vuoksi.

Useat tekijät muuttavat tätä käyrää päivittäisessä käytössä:

• Korkeampi C-nopeus → aikaisempi ja syvempi jännitehäviö
• Alempi lämpötila → alennettu jännite ja käytettävissäkapasiteettia
• Lisää lataus{0}}purkausjaksoja → alusta laskee vähitellen ja litistyy vähemmän

Tästä syystä akku, joka käytti kerran 8 tuntia samalla jännitteellä, voi kestää vain 6 tuntia 500 jakson jälkeen.

LiFePO4 vs NMC: Hyvin erilainen jännite- ja kapasiteettikäyttäytyminen

Valitsemasi kemia muuttaajännite{0}}kapasiteettisuhdedramaattisesti.

LiFePO4 (LFP)kennot toimivat nimellisjännitteellä 3,2 V erittäin litteälläpoistoalusta. Jännite pysyy huomattavan vakaana noin 3,3 V ja 3,0 V välillä suurimman osan kapasiteetista. Tämä tasaisuus antaa sinulle ennakoitavamman käyttöajan ja paremman käyttökapasiteetin todellisissa sovelluksissa. LFP on ensisijainen valinta aurinkoenergian varastointiin, merijärjestelmiin ja missä tahansa pitkällä käyttöiällä ja turvallisuudella.

NMCkennot toimivat 3,6–3,7 V nimellisjännitteellä ja tuottavat korkeamman energiatiheyden. Niidenpurkauskäyräon huomattava kaltevuus, mikä tarkoittaa, että jännite laskee tasaisemmin kapasiteettia käytettäessä. Tämä tekee NMC:stä paremmin soveltuvan sovelluksiin, joissa tarvitaan suurta tehoa tai kompaktia kokoa, kuten esimsähkötyökalus, droneja ja tiettyjä sähköautopakkauksia.

Tässä on rinnakkainen--vertailu:

GEB:llä tuotamme molempia kemikaaleja ja suosittelemme usein LFP:tä, kun asiakkaat tarvitsevat luotettavaa pitkäkestoista-tehoa, kun taas suosittelemme NMC-pohjaisia ​​pakkauksia, kun paino ja tehotiheys ovat etusijalla.

Käytännön vaikutukset todelliseen käyttöön

Jännitepainuma kuormituksen alaisena, lämpötilavaikutukset ja vanheneminen vaikuttavat kaikki siihen, kuinka paljon kapasiteettia voit todella ottaa.

A 48V järjestelmäon selkeä etu verrattuna 24V tai 12V samalla teholla. Koska virta puolittuu, I²R-häviöt putoavat merkittävästi - usein 30-40 %. Lataus myös valmistuu nopeammin ja johdot voivat olla ohuempia. Suurempaan energiavarastointiin tai käyttövoimaan siirtyminen korkeampaan jännitteeseen parantaa lähes aina tehokkuutta.

Myös säilytysolosuhteilla on väliä. Suosittelemme pitämään litiumparistot 40-60 %:ssaSOCpitkäaikaiseen varastointiin-. Useimmat GEB-kennot toimitetaan noin 50 %:n latauksella, koska tämä taso on osoittautunut parhaaksi minimoimaan kalenterin ikääntymistä ja pitämään palautumisen yli 98 % jopa kokonaisen vuoden jälkeen.

Älä koskaan arvioi jäljellä olevaa kapasiteettia pelkästään kuormitetun jännitteen perusteella. Anna akun levätä aina muutaman minuutin ajan ja mittaa OCV, jos tarvitset karkean arvion. ModerniBMS-yksikötYhdistä jännite, virran integrointi (coulomb-laskenta) ja lämpötilatiedot saadaksesi paljon tarkempiaSOClukemat.

Viimeisiä ajatuksia

Jännitekertoo voiman.Kapasiteettikertoo käytettävissä olevan kokonaismaksun. Todellinen suorituskyky johtuu siitä, kuinka nämä kaksi toimivat vuorovaikutuksessa tietyn kuormituksen, lämpötilan ja käyttöjakson aikana.

Tasapainon löytäminen välilläjännitealustaa, kokonaiskapasiteetti, ja kemia erottaa hyvän akun kentällä heikommin suoriutuvasta akusta. Käytämme GEB:llä paljon aikaa elektrodisuhteiden, jänniteikkunoiden ja materiaalivalintojen optimointiin, jotta kennämme toimittavat johdonmukaisen jännitteen ja luotettavan kapasiteetin satojen tai tuhansien jaksojen aikana.

Jos suunnittelet uutta järjestelmää tai arvioit akkuvaihtoehtoja, ota rohkeasti yhteyttä. Kerro meille jännitetarpeesi, odotettu käyttöaika ja käyttöolosuhteet. Voimme suositella oikeaa kemiaa ja pakkauskokoonpanoa, joka todella sopii sovellukseesi sen sijaan, että se täyttäisi otsikon vaatimukset.