Breve análisis de los principales parámetros de las baterías de iones de litio

Índice de parámetro principal

Las baterías de iones de litio tienen las ventajas de alta densidad de energía, alta eficiencia de conversión, larga vida útil, sin efecto memoria, sin demora de carga y descarga, baja tasa de autodescarga, amplio rango de temperatura de funcionamiento y respeto al medio ambiente, convirtiéndose así en un portador ideal para energía eléctrica. Es ampliamente utilizado en varios campos.

En general, cuando utilizamos baterías de iones de litio, prestaremos atención a algunos indicadores técnicos, como factor principal en la medición del desempeño de su desempeño. Entonces, ¿a qué indicadores debemos prestar especial atención cuando los necesitamos?

Capacidad

Este es un parámetro que a todo el mundo le importa. Los teléfonos inteligentes han sido populares durante mucho tiempo. Cuando usamos teléfonos inteligentes, lo más preocupante es que la batería está baja, hay que recargarla con frecuencia y, a veces, no encuentra un lugar para cargar. Máquina de función temprana, bajo uso normal, la batería de carga completa puede durar de 3 a 5 días, y algunos productos pueden durar más de 7 días. Sin embargo, en la era de los teléfonos inteligentes, el tiempo de espera es terrible. Una de las razones más importantes de esto es que el consumo de energía de los teléfonos móviles es cada vez mayor, mientras que la capacidad de las baterías no crece proporcionalmente.

La unidad de capacidad es generalmente "mAh" (mAh) o "Ah" (Ah), y existe una diferencia entre la capacidad nominal y la capacidad real cuando está en uso. La capacidad nominal se refiere a la cantidad total de electricidad que una batería de iones de litio completamente cargada puede proporcionar en condiciones de laboratorio (temperatura y humedad preferidas) cuando se descarga a un voltaje de corte a una tasa de descarga específica (tasa C). La capacidad real generalmente no es igual a la capacidad nominal, que está directamente relacionada con la temperatura, la humedad, la tasa de carga y descarga y similares. En general, la capacidad real es menor que la capacidad nominal y, a veces, incluso menor que la capacidad nominal. Por ejemplo, en el invierno en el norte, si el teléfono móvil se utiliza al aire libre, la capacidad de la batería se reducirá rápidamente.

2. Densidad energética

La densidad de energía se refiere a la unidad de volumen o peso unitario de la batería, la cantidad de electricidad que se puede almacenar y liberar. Hay dos tipos de unidades: Wh / kg, Wh / L, que representan la relación ponderal de energía y la relación de volumen de energía, respectivamente. La cantidad de electricidad aquí es la integral de la capacidad (Ah) y el voltaje de operación (V) mencionados anteriormente. Cuando se aplica, el indicador de densidad de energía es más instructivo que la capacidad.

Basado en la tecnología actual de baterías de iones de litio, el nivel de densidad de energía que se puede lograr es de aproximadamente 100 ~ 200Wh / kg, que todavía es relativamente bajo y se ha convertido en un cuello de botella para las aplicaciones de baterías de iones de litio en muchas aplicaciones. Este problema también se da en el campo de los vehículos eléctricos. En el caso de que el tamaño y el peso estén estrictamente limitados, la densidad de energía de la batería determina el kilometraje máximo único del vehículo eléctrico, por lo que aparece el término único "ansiedad por el kilometraje", si el vehículo eléctrico tiene que recorrer un solo kilometraje de 500 kilómetros (comparable a un vehículo de combustible convencional), la densidad de energía de la unidad de batería debe alcanzar 300 Wh / kg o más.

El aumento de la densidad energética de las baterías de iones de litio es un proceso lento, muy inferior a la Ley de Moore de la industria de circuitos integrados, lo que provoca una diferencia en el rendimiento de los productos electrónicos y el aumento de la densidad energética de las baterías. expandir.

3. Tasa de carga y descarga

Este indicador afecta la corriente continua y la corriente máxima de una batería de iones de litio. La unidad suele ser C (abreviatura de tasa C), como 1 / 10C, 1 / 5C, 1C, 5C, 10C, etc. Dé un ejemplo para ilustrar el significado específico del indicador de tasa. La capacidad nominal de una batería es de 10 Ah. Si su tasa de carga-descarga nominal es 1C, significa que este tipo de batería se puede cargar y descargar repetidamente con una corriente de 10A, el voltaje de corte para cargar o descargar. Si su tasa de descarga máxima es 10C @ 10s y la tasa de carga máxima es 5C @ 10s, la batería se puede descargar con una corriente de 100A durante 10 segundos y con una corriente de 50A durante 10 segundos.

La potencia continua y la potencia máxima de la batería de iones de litio se pueden obtener multiplicando el valor actual correspondiente a la tasa de carga y descarga por la tensión de funcionamiento. Cuanto más detallada sea la definición del indicador de tasa de carga y descarga, mayor será la importancia de orientación para el uso. En particular, las baterías de iones de litio, que son fuentes de energía para vehículos eléctricos, deben especificar indicadores continuos y de frecuencia de pulso en diferentes condiciones de temperatura para garantizar que las baterías de iones de litio se utilicen dentro de un rango razonable.

4. Voltaje

El voltaje de la batería de iones de litio tiene algunos parámetros como voltaje de circuito abierto, voltaje de trabajo, voltaje de corte de carga, voltaje de corte de descarga, etc. Este artículo no los discute por separado, pero se concentra en una explicación.

El voltaje de circuito abierto, como su nombre lo indica, es que no hay carga externa o fuente de alimentación conectada a la batería, y se mide la diferencia de potencial entre los terminales positivo y negativo de la batería. Este es el voltaje de circuito abierto de la batería.

El voltaje de funcionamiento es la carga externa o la fuente de alimentación de la batería, que está en estado de funcionamiento. Cuando hay corriente fluyendo, se mide la diferencia de potencial entre los electrodos positivo y negativo. Generalmente, debido a la resistencia interna de la batería, el voltaje de operación en el estado de descarga es menor que el voltaje de circuito abierto, y el voltaje de operación durante la carga es mayor que el voltaje de circuito abierto.

El voltaje de corte de carga / descarga es el voltaje de operación máximo y mínimo permitido por la batería. Exceder este límite causará daños irreversibles a la batería, lo que resultará en una disminución en el rendimiento de la batería y, en casos severos, incluso un incendio o explosión.

La tensión de circuito abierto y la tensión de funcionamiento de la batería tienen cierta correspondencia con la capacidad de la batería.

5. Esperanza de vida

La vida útil de una batería de iones de litio disminuirá gradualmente con el uso y el almacenamiento, y tendrá un rendimiento más evidente. Aún tomando un teléfono inteligente como ejemplo, después de usar el teléfono móvil durante un período de tiempo, puede resultar obvio que la batería del teléfono móvil “no es duradera”. Es posible que solo se cargue una vez al día y es posible que deba cargarse dos veces al día. Esta es la duración de la batería que está disminuyendo la realización.

La vida de una batería de iones de litio se divide en dos parámetros: ciclo de vida y vida de calendario. El ciclo de vida se expresa generalmente en número de veces que caracteriza el número de veces que la batería se puede ciclar para cargar y descargar. Por supuesto, aquí hay condiciones. Generalmente, bajo la temperatura y humedad ideales, la profundidad de carga y descarga (100% DOD o 80% DOD) se realiza con la corriente nominal de carga y descarga, y la capacidad de la batería se reduce al 80% de la capacidad nominal. El número de ciclos experimentados.

La definición de vida del calendario es más complicada. La batería no se puede cargar y descargar todo el tiempo. Tiene almacenaje y estanterías. No siempre puede estar en condiciones ambientales ideales. Experimentará diversas condiciones de temperatura y humedad. La tasa de carga y descarga también cambia a veces, por lo que la vida útil real requiere simulación y pruebas. En pocas palabras, la vida útil del calendario es el período de tiempo de la batería en determinadas condiciones ambientales y condiciones de final de vida (como la disminución de la capacidad al 80%) en condiciones ambientales. La duración del calendario está estrechamente relacionada con los requisitos de uso específicos. Por lo general, es necesario especificar condiciones de uso específicas, condiciones ambientales, intervalos de almacenamiento, etc.

La vida útil del calendario es más práctica que la vida útil del ciclo, pero debido a que el cálculo de la vida útil del calendario es muy complicado y lleva demasiado tiempo, el fabricante promedio de baterías solo proporciona datos sobre la vida útil del ciclo. Si necesita obtener datos sobre la vida útil del calendario, generalmente debe pagar más y esperar mucho tiempo.

6. Resistencia interna

La resistencia interna de una batería de iones de litio se refiere a la resistencia a la que la corriente fluye a través del interior de la batería durante el funcionamiento. Incluye resistencia interna óhmica y resistencia interna de polarización. La resistencia interna de polarización incluye la resistencia interna de polarización electroquímica y la resistencia interna de diferencia de concentración.

La resistencia óhmica interna consiste en el material del electrodo, el electrolito, la resistencia del diafragma y la resistencia de contacto de cada parte. La resistencia interna de polarización se refiere a la resistencia causada por la polarización durante la reacción electroquímica, incluida la resistencia causada por la polarización electroquímica y la polarización de concentración.

La unidad de resistencia interna es generalmente miliohmios (mΩ), y la batería con una gran resistencia interna tiene un gran consumo de energía interna y una fuerte generación de calor durante la carga y descarga, lo que provocará un envejecimiento acelerado y una disminución de la vida útil de la batería de iones de litio, y también limitará las aplicaciones de aumento, carga y descarga. Por lo tanto, cuanto menor sea la resistencia interna, mejor será la vida útil y el rendimiento de la batería de iones de litio.

7. Autodescarga

Cuando se coloca la batería, su capacidad disminuye. La tasa a la que cae la capacidad se llama tasa de autodescarga, generalmente expresada como un porcentaje:% / mes.

La autodescarga es lo que no queremos ver. Una batería completamente cargada tendrá una potencia mucho menor durante unos meses, por lo que esperamos que la tasa de autodescarga de la batería de iones de litio sea lo más baja posible.

Se debe prestar especial atención aquí. Una vez que la autodescarga de una batería de iones de litio hace que la batería se descargue en exceso, el efecto suele ser irreversible. Incluso si se recarga, la capacidad disponible de la batería se perderá en gran medida y la vida útil se atenuará rápidamente. Por lo tanto, la colocación a largo plazo de las baterías de iones de litio no utilizadas, debe recordar cargar periódicamente, para evitar la descarga excesiva debido a la autodescarga, el rendimiento se ve muy afectado.

8. Rango de temperatura de funcionamiento

Debido a las características de los materiales químicos internos de las baterías de iones de litio, las baterías de iones de litio tienen un rango de temperatura de funcionamiento razonable (los datos comunes se encuentran entre -40 ° C y 60 ° C). Si está fuera del rango razonable, tendrá el rendimiento de las baterías de iones de litio que causan un mayor impacto.

Las baterías de iones de litio de diferentes materiales tienen diferentes rangos de temperatura de funcionamiento, algunas tienen un buen rendimiento a alta temperatura y otras pueden adaptarse a condiciones de baja temperatura. El voltaje de funcionamiento, la capacidad, la tasa de carga y descarga y otros parámetros de una batería de iones de litio cambiarán significativamente con la temperatura. El uso prolongado de temperaturas altas o bajas también acelerará la vida útil de las baterías de iones de litio. Por lo tanto, los esfuerzos para crear un rango de temperatura de funcionamiento adecuado maximizarán el rendimiento de las baterías de iones de litio.

Además de la temperatura de funcionamiento limitada, la temperatura de almacenamiento de las baterías de iones de litio también está estrictamente restringida. El almacenamiento a alta o baja temperatura a largo plazo tendrá un impacto irreversible en el rendimiento de la batería.

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