Prinsip və təriflər

2020-08-11 08:07

Bir batareya və ya saxlama sisteminin tutumu və enerjisi

Bir batareyanın və ya akkumulyatorun tutumu, müəyyən bir temperatur, yükləmə və boşaltma cari dəyərinə və doldurma və ya boşaltma müddətinə görə saxlanan enerjidir.

Reytinq gücü və C dərəcəsi

C dərəcəsi bir batareyanın şarj və boşalma cərəyanını ölçmək üçün istifadə olunur. Verilən bir tutum üçün C dərəcəsi bir batareyanın nə qədər şarj edildiyini və nəyin olduğunu göstərir müəyyən edilmiş gücə çatmaq üçün boşaldılır. 

1C (və ya C / 1) şarj, bir saat ərzində 1000 A-da 1000 A-da qiymətləndirilən bir batareyanı yükləyir, buna görə saat sonunda batareya 1000 Ah tutumuna çatır; 1C (və ya C / 1) axıdılması batareyanı eyni nisbətdə boşaltır.
0.5C və ya (C / 2) bir şarj, məsələn, 500 A-da 1000 Ah qiymətləndirilən bir batareyanı yükləyir, buna görə batareyanı 1000 Ah dərəcəsi ilə doldurmaq üçün iki saat çəkir;
A 2C şarj, deyək ki, 2000 A-da 1000 Ah qiymətləndirilən bir batareyanı yükləyir, buna görə nəzəri cəhətdən batareyanı 1000 Ah dərəcəsi ilə doldurmaq üçün 30 dəqiqə çəkir;
Ah reytinqi normal olaraq batareyada qeyd olunur.
Son nümunə, C10 (və ya C / 10) nominal gücü 3000 Ah olan bir qurğuşun turşusu batareyası, cari şarj və ya axıdılması ilə 10 saat ərzində 300 A yüklü və ya boşaldılmalıdır.

Bir batareyanın C dərəcəsini və ya C-reytinqini bilmək niyə vacibdir?

C dərəcəsi bir batareya üçün vacib bir məlumatdır, çünki batareyaların əksəriyyəti üçün saxlanılan və ya mövcud olan enerji şarj və ya boşalma cərəyanının sürətindən asılıdır. Ümumiyyətlə, müəyyən bir tutum üçün 20 saat boşaldılmağınızdan bir saat daha çox boşalsanız, daha az enerji qazanacaqsınız, əksinə cari şarj ilə müqayisədə 1 saat ərzində 100 A cərəyanı olan bir batareyada daha az enerji saxlayacaqsınız. 10 saat ərzində 10 A.

Batareya sisteminin çıxışında mövcud cərəyanı hesablamaq üçün formula

C-dərəcəsinə görə bir batareyanın çıxış cərəyanını, gücünü və enerjisini necə hesablamaq olar?
Ən sadə düstur:

I = Cr * Er
və ya
Cr = I / Er
Harada
Er = Ahda saxlanılan enerji (istehsalçı tərəfindən verilən batareyanın nominal gücü)
I = Amperdə yükləmə və ya axıdma cərəyanı (A)
Batareyanın Cr = C-dərəcəsi
Cari və nominal tutumuna görə yükləmə və ya yükləmə və ya "t" boşaltma müddətini əldə etmək üçün bərabərlik:
t = Er / I
t = vaxt, şarj və ya boşalma müddəti (saatlarla) saatlarla
Cr və t arasındakı əlaqə:
Cr = 1 / t
t = 1 / Cr

Lityum-ion batareyaları necə işləyir

Lityum-ion batareyaları bu günlərdə olduqca məşhurdur. Onları noutbuklarda, PDA-larda, cib telefonlarında və iPodlarda tapa bilərsiniz. Bunlar çox yaygındır, çünki funt sterlinq, ən enerjili təkrar doldurulan batareyalardır.

Lityum-ion batareyaları da son vaxtlar xəbərlərdə yer alır. Bu batareyaların zaman-zaman alov alma qabiliyyətinə sahib olmasıdır. Bu çox yaygın deyil - milyonda iki və ya üç batareya paketində problem var - amma bu baş verəndə həddindən artıqdır. Bəzi hallarda, uğursuzluq dərəcəsi yüksələ bilər və bu baş verdikdə istehsalçılara milyonlarla dollara başa gələ biləcək bir dünya batareyası xatırlatması ilə başa çatacaqsınız.

Beləliklə, sual yaranır ki, bu batareyaları bu qədər enerjili və bu qədər populyar edən nədir? Alovu necə yandırırlar? Problemin qarşısını almaq və ya batareyalarınızın daha uzun müddət davam etməsinə kömək etmək üçün edə biləcəyiniz bir şey varmı? Bu yazıda bu və digər suallara cavab verəcəyik.

Lityum-ion batareyaları məşhurdur, çünki rəqabətədavamlı texnologiyalardan bir sıra vacib üstünlüklərə malikdirlər:

• Onlar ümumiyyətlə eyni ölçülü təkrar doldurulan batareyalarla müqayisədə daha yüngüldürlər. Litium-ion batareyasının elektrodları yüngül litium və karbondan hazırlanmışdır. Litium, eyni zamanda çox reaktiv bir elementdir, yəni çox miqdarda enerji onun atom bağlarında saxlanıla bilər. Bu litium-ion batareyaları üçün çox yüksək enerji sıxlığına çevrilir. Enerji sıxlığına dair bir perspektiv əldə etməyin bir yolu budur. Tipik lityum-ion batareya 1 kiloqram batareyada 150 vatt-saat elektrik saxlaya bilər. Bir NiMH (nikel metal hidrit) batareya paketi hər kiloqram üçün 100 vatt saat saxlaya bilər, halbuki 60 ilə 70 vatt-saat daha tipik ola bilər. Bir qurğuşun turşusu batareyası hər kiloqrama cəmi 25 vatt / saat saxlaya bilər. Qurğuşun turşusu texnologiyasından istifadə edərək, 1 kiloqram litium-ion batareyanın idarə edə biləcəyi eyni miqdarda enerji saxlamaq üçün 6 kiloqram çəkir. Bu böyük bir fərqdir
• Yüklərini tuturlar. Litium-ion batareya paketi, NiMH batareyaları üçün ayda 20 faiz itkiyə nisbətən ayda yüklənmənin yalnız 5 faizini itirir.
• Onların yaddaş effekti yoxdur, yəni bəzi batareya kimya idarələrində olduğu kimi doldurulmadan əvvəl onları tamamilə boşaltmağınız lazım deyil.
• Lityum-ion batareyaları yüzlərlə şarj / axıdma dövrünü idarə edə bilər.

Yəni litium-ion batareyalarının qüsursuz olduğunu söyləmək olmaz. Onların bir neçə mənfi cəhətləri də var:

• Zavoddan çıxan kimi pisləşməyə başlayırlar. İstehsal etdiyiniz və istifadə etməməyiniz yalnız istehsal tarixindən etibarən iki və ya üç il davam edəcəkdir.
• Onlar yüksək temperatura son dərəcə həssasdırlar. İstilik, litium-ion batareya paketlərinin normaldan daha sürətli aşınmasına səbəb olur.
• Lityum-ion batareyasını tamamilə boşaltarsanız, xarab olur.
• Lityum-ion batareya paketində batareyanı idarə etmək üçün on-board bir kompüter olmalıdır. Bu onları onsuz da olduğundan daha baha edir.
• Bir litium-ion batareya paketi uğursuz olarsa, alova çevriləcəyi kiçik bir şans var.

Bu xüsusiyyətlərdən bir çoxunu litium-ion hüceyrə içərisindəki kimya nəzərdən keçirməklə başa düşmək olar. Bu barədə sonrakılara baxacağıq.

Lityum-ion batareya paketləri hər cür formada və ölçüdə olur, lakin hamısı eyni tərəfdədir. Bir dizüstü batareya paketini (bir batareyanın qısaldılması və yanğın başlaması ehtimalı səbəbindən tövsiyə etmədiyimiz bir şey) ayırsaydınız, aşağıdakıları tapa bilərsiniz.

• Litium-ion hüceyrələri ya da demək olar ki, AA hüceyrələri ilə eyni olan silindrik batareyalar ola bilər və ya onlar prizmatik ola bilər, yəni kvadrat və ya düzbucaqlıdır.
• Batareyanın istiliyini izləmək üçün bir və ya daha çox temperatur sensörləri
• Gərginlik və cərəyanın təhlükəsiz səviyyələrini qorumaq üçün bir gərginlik çeviricisi və tənzimləyici dövrə
• Batareya paketində və xaricində enerji və məlumat axını təmin edən ekranlı bir notebook bağlayıcı
• Batareya paketindəki fərdi hüceyrələrin enerji tutumunu izləyən bir voltaj kranı
• Batareyaları mümkün qədər tez və tam doldurduğundan əmin olmaq üçün bütün şarj prosesini idarə edən kiçik bir kompüter olan bir batareya ilə işləyən bir monitor.

Batareya paketi şarj və ya istifadəsi zamanı çox istiləşirsə, kompüter sərinləməyə çalışmaq üçün güc axını bağlayır. Laptopunuzu son dərəcə isti bir avtomobildə tərk etsəniz və laptopdan istifadə etməyə çalışarsanız, bu kompüter işlərin sərinləşməsinə qədər güclənməyinizə mane ola bilər. Hüceyrələr heç vaxt tamamilə boşalırsa, batareyalar paketi bağlanır, çünki hüceyrələr məhv olur. Laptopun batareya sayğacının batareyada nə qədər yükləndiyini söyləyə bilməsi üçün doldurma / boşaltma dövrlərinin sayını izləyə və məlumat göndərə bilər.

Olduqca inkişaf etmiş bir balaca kompüterdir və batareyalardan güc çəkir. Bu güc çəkmə litium-ion batareyaları boş oturarkən hər ay gücünün 5 faizini itirməsinin bir səbəbidir.

Lityum-ion hüceyrələri

Bir çox batareyada olduğu kimi, metaldan hazırlanmış xarici bir korpusunuz var. Burada metaldan istifadə xüsusilə vacibdir, çünki batareya təzyiqə məruz qalır. Bu metal korpusda bir növ təzyiqə həssas havalandırma çuxuru var. Batareya nə qədər istiləşərsə, həddindən artıq təzyiqdən partlayışa məruz qalsa, bu ventilyasiya əlavə təzyiqi buraxacaqdır. Batareya bundan sonra yəqin ki, yararsız olacaq, buna görə qarşısını almaq üçün bir şey var. Havalandırma bir təhlükəsizlik tədbiri olaraq qəti şəkildə var. Batareyanın həddindən artıq istiləşməməsi lazım olduğu bir cihaz olan Müsbət Temperatur Katsayısı (PTC) açarı da belədir.

Bu metal çanta, birlikdə basılan üç nazik təbəqədən ibarət uzun bir spiralə malikdir:

• Müsbət elektrod
• Mənfi bir elektrod
• Ayrılıq

İşin içərisində bu təbəqələr elektrolit rolunu oynayan üzvi bir həllediciyə batırılır. Eter ümumi yayılmış bir həlledicidir.

Ayırıcı mikro delikli plastikdən çox nazik bir təbəqədir. Adından göründüyü kimi, ionların keçməsinə icazə verərkən müsbət və mənfi elektrodları ayırır.

Müsbət elektrod Litium kobalt oksidi və ya LiCoO2-dən hazırlanmışdır. Mənfi elektrod karbondan hazırlanmışdır. Batareya doldurulduqda, litium ionları elektrolitdən müsbət elektroddan mənfi elektroda keçir və karbonla birləşir. Boşaltma zamanı litium ionları karbondan LiCoO2-yə geri dönür.

Bu litium ionlarının hərəkəti kifayət qədər yüksək gərginlikdə baş verir, buna görə hər hüceyrə 3,7 volt istehsal edir. Bu, supermarketdə satın aldığınız normal AA qələvi hüceyrə tipik 1,5 voltdan daha yüksəkdir və cib telefonu kimi kiçik cihazlarda litium-ion batareyalarının daha yığcam olmasına kömək edir. Fərqli batareya kimya təfərrüatları üçün Batareyaların necə işlədiyinə baxın.

Lityum-ion batareyasının ömrünü necə uzatacağına və sonrakı partlayışa səbəb olacağına baxacağıq.

Lityum-ion Batareya həyatı və ölüm

Lityum-ion batareya paketləri bahadır, buna görə də öz əşyalarını daha uzun müddətə düzəltmək istəyirsinizsə, burada yadda saxlamaq lazım olan bəzi şeylər var.

• Lityum ion kimyası qismən axıdılmanı dərin axıdmağı üstün tutur, buna görə batareyanı bütünlüklə sıfıra endirməkdən çəkinmək yaxşıdır. Lityum-ion kimya bir "yaddaş" a sahib olmadığından batareya paketinə qismən boşalma ilə zərər vermirsiniz. Bir litium-ion hüceyrəsinin gərginliyi müəyyən bir səviyyədən aşağı düşərsə, xarab olar.
• Lityum-ion batareyaları yaşı. İstifadəsiz bir rəfdə otursalar da, cəmi iki-üç il davam edirlər. Beləliklə, batareya paketinin beş il davam edəcəyini düşünərək batareyanı "istifadə etməkdən" çəkinin. Olmaz. Ayrıca, yeni bir batareya paketi alırsınızsa, həqiqətən də yeni olduğundan əmin olmaq istəyirsiniz. Bir ildir mağazadakı bir rəfdə oturursa, çox çəkməyəcəkdir. İstehsal tarixləri vacibdir.
• Batareyaları korlayan istidən çəkinin.

Partlayan batareyalar

İndi litium-ion batareyalarının daha uzun müddət işləməsini necə bildiyimizi, niyə partlaya biləcəyinə baxaq.

Batareya elektroliti alovlandırmaq üçün kifayət qədər istiləşirsə, yanğın alacaqsınız. İnternetdə bu yanğınların nə qədər ciddi ola biləcəyini göstərən videokliplər və fotoşəkillər var. CBC məqaləsi, "Partlayan Laptopun Yazı" bu hadisələrin bəzilərini əhatə edir.

Buna bənzər bir yanğın baş verdikdə, ümumiyyətlə batareyada daxili qısaqapanma olur. Əvvəlki hissədən xatırladaq ki, litium-ion hüceyrələrində müsbət və mənfi elektrodları bir-birindən ayıran bir ayırıcı təbəqə var. Bu təbəqə deşilmiş olur və elektrodlar toxunarsa, batareya çox tez qızdırır. Əgər cibinizə normal 9 voltluq bir batareya qoymusunuzsa, bir batareyanın istehsal edə biləcəyi istilik növü ilə qarşılaşmış ola bilərsiniz. Bir sikkə iki terminal arasında qısaldılırsa, batareya olduqca isti olur.

Bir ayırıcı uğursuzluqda, litium-ion batareyasının içərisində eyni qısa bir qisim olur. Lityum-ion batareyaları bu qədər enerjili olduğundan, çox qızdırılır. İstilik, batareyanın bir elektrolit olaraq istifadə edilən üzvi həlledicini boşaltmasına səbəb olur və istilik (və ya yaxınlıqdakı bir qığılcım) onu yandıra bilər. Bu, hüceyrələrin birində baş verdikdən sonra yanğın istisi digər hüceyrələrə keçir və bütün paket alov içində yüksəlir.

Qeyd etmək vacibdir ki, yanğınlar çox nadirdir. Yenə də yalnız bir neçə atəş və bir az media alır geri çağırılması üçün əhatə.

Fərqli Lityum Texnologiyaları

Əvvəlcə qeyd etmək vacibdir ki, "Lityum Ion" batareyaları çoxdur. Bu tərifdə qeyd edilməli məqam "batareyalar ailəsinə" aiddir.
Bu ailənin içərisində katod və anod üçün müxtəlif materiallardan istifadə edən bir neçə fərqli "Lithium Ion" batareyaları var. Nəticədə, çox fərqli xüsusiyyətlər nümayiş etdirirlər və buna görə də fərqli tətbiqlər üçün uyğundur.

Lityum dəmir fosfat (LiFePO4)

Lityum Demir Fosfat (LiFePO4) geniş istifadəsi və geniş tətbiq sahəsinə uyğun olması səbəbiylə Avstraliyada məşhur bir litium texnologiyasıdır.
Aşağı qiymət, yüksək təhlükəsizlik və yaxşı spesifik enerjinin xüsusiyyətləri, bu, bir çox tətbiq üçün güclü bir seçim halına gətirir.
3.2V / hüceyrə LiFePO4 hüceyrə gərginliyi, bu da bir sıra əsas tətbiqlərdə möhürlənmiş qurğuşun turşusunun dəyişdirilməsi üçün seçim lityum texnologiyasına imkan verir.

LiPO Batareya

Mövcud olan bütün litium variantlarından LiFePO4-in SLA-nın dəyişdirilməsi üçün ideal litium texnologiyası olaraq seçilməsinin bir neçə səbəbi var. SLA hazırda mövcud olduğu əsas tətbiqlərə baxarkən əsas səbəblər onun əlverişli xüsusiyyətlərinə aiddir. Bunlara daxildir:

• SLA ilə oxşar gərginlik (hüceyrə başına 3.2V x 4 = 12.8V), onları SLA dəyişdirmək üçün ideal hala gətirir.
• Lityum texnologiyalarının ən təhlükəsiz forması.
• Ekoloji cəhətdən təmiz - fosfat təhlükəli deyil və həm ətraf mühitə, həm də sağlamlığa təhlükəlidir.
• Geniş temperatur aralığı.

Xüsusiyyətləri və faydaları LiFePO4 SLA ilə müqayisədə

Aşağıda bir sıra tətbiqlərdə SLA-nın əhəmiyyətli üstünlüklərini verən bir Litium Dəmir Fosfat batareyası var. Bu heç bir şəkildə tam siyahı deyil, ancaq əsas maddələri əhatə edir. 100AH AGM batareyası SLA olaraq seçildi, çünki bu dərin dövr tətbiqlərində ən çox istifadə olunan ölçülərdən biridir. Bu 100AH AGM, mümkün qədər yaxın birinə bənzəmək üçün 100AH LiFePO4 ilə müqayisə edildi.

Xüsusiyyət - Çəki:

Müqayisə

• LifePO4 SLA ağırlığının yarısından azdır
• AGM Dərin dövr - 27.5Kq
• LiFePO4 - 12.2Kq

Faydaları

• Yanacağın səmərəliliyini artırır
  • Karvan və gəmi tətbiqetmələrində yedək çəkisi azalır.
• Sürəti artırır
  • Qayıq tətbiqetmələrində suyun sürəti artırıla bilər
• Ümumi çəkidə azalma
• Daha uzun müddət

Çəki, bir çox tətbiqetməyə böyük təsir göstərir, xüsusən yedəkləmə və ya sürət, məsələn, karvan və qayıqda. Batareyaların daşınması lazım olduğu portativ işıqlandırma və kamera tətbiqləri də daxil olmaqla digər tətbiqlər.

Xüsusiyyət - Böyük dövrəli həyat:

Müqayisə

• Dövrün ömrü 6 dəfəyə qədər
• AGM Dərin dövr - 300 dövr, @ 100% DoD
• LiFePO4 - 2000 dövr, @ 100% DoD

Faydaları

• Mülkiyyətin ümumi dəyərinin aşağı olması (LiFePO4 üçün batareyanın ömrü ilə müqayisədə bir kVt / saata görə dəyəri)
• Dəyişdirmə xərclərinin azaldılması - LiFePO4-in dəyişdirilməsindən əvvəl AGM-ni 6 dəfə dəyişdirin

Daha böyük bir dövr ömrü, bir LiFePO4 batareyasının əlavə xərcinin batareyanın ömrü boyu istifadəyə verildiyindən daha çox olması deməkdir. Gündəlik istifadə edilərsə, bir AGM-in təqribən dəyişdirilməsi lazımdır. LiFePO4-nin dəyişdirilməsindən 6 dəfə əvvəl

Xüsusiyyət - Düz axıdma əyrisi:

Müqayisə

• 0.2C (20A) axıdılması zamanı
• AGM - 12V-dən sonra aşağı düşür
• 1.5 saat iş vaxtı
• LiFePO4 - təxminən 4 saatlıq iş vaxtından sonra 12V-dən aşağı düşür

Faydaları

• Batareya tutumundan daha səmərəli istifadə
• Güc = Volts x Amper
• Gərginlik düşməyə başladıqdan sonra, eyni miqdarda enerji təmin etmək üçün batareya daha yüksək amper təmin etməlidir.
• Daha yüksək gərginlik elektronika üçün daha yaxşıdır
• Avadanlıq üçün daha uzun iş vaxtı
• Enerji axıdılması sürətində belə gücü tam istifadə
• AGM @ 1C axıdılması = 50% Tutum
• LiFePO4 @ 1C axıdılması = 100% gücü

Bu xüsusiyyət az tanınır, lakin güclü bir üstünlükdür və bir çox üstünlük verir. LiFePO4'ün düz axıdma əyrisi ilə, terminal gərginliyi 85-90% -ə qədər istifadə üçün 12V-dən yuxarıdır. Buna görə eyni miqdarda enerji (P = VxA) təmin etmək üçün daha az amper tələb olunur və buna görə tutumun daha səmərəli istifadəsi daha uzun iş vaxtına səbəb olur. İstifadəçi əvvəlcədən cihazın (məsələn, golf arabası) yavaşladığını görməyəcək.

Bununla yanaşı Peukert qanununun təsiri litium ilə AGM-dən daha az əhəmiyyətlidir. Bu, axıdma dərəcəsindən asılı olmayaraq batareyanın tutumunun böyük bir faizinin olmasına səbəb olur. 1C-də (və ya 100AH batareyası üçün 100A boşalma) LiFePO4 seçimi yenə də sizə AGAH üçün yalnız 50AH-a qarşı 100AH verəcəkdir.

Xüsusiyyət - Tutumun Artırılması:

Müqayisə

• AGM tövsiyə olunan DoD = 50%
• LiFePO4 tövsiyə olunan DoD = 80%
• AGM Dərin dövr - 100AH x 50% = 50A istifadə edilə bilər
• LiFePO4 - 100Ah x 80% = 80Ah
• Fərq = 30Ah və ya 60% daha çox güc istifadəsi

Faydaları

• Artan iş vaxtı və ya dəyişdirmə üçün daha kiçik tutumlu batareya

Mövcud tutumun artan istifadəsi istifadəçinin LiFePO4-dəki eyni tutum seçimindən ya 60% daha çox iş vaxtı əldə edə biləcəyini və ya alternativ olaraq daha böyük tutumlu AGM ilə eyni iş müddətinə çatarkən daha kiçik bir tutumlu LiFePO4 batareyasına üstünlük verməsi deməkdir.

Xüsusiyyət - Daha böyük şarj effektivliyi:

Müqayisə

• AGM - Tam yükləmə təxminən davam edir. 8 saat
• LiFePO4 - Tam yükləmə 2 saat qədər ola bilər

Faydaları

• Batareya doldurulub yenidən tez istifadəyə hazırdır

Bir çox tətbiqdə başqa bir güclü fayda. Digər amillər arasında daxili müqavimətin daha aşağı olması səbəbindən LiFePO4 şarjı AGM-dən daha yüksək dərəcədə qəbul edə bilər. Bu, onlara yüklənməyə və daha sürətli istifadə etməyə hazır olmağa imkan verir və bu da bir çox fayda gətirir.

Xüsusiyyət - Öz-özünə axıdılması nisbəti:

Müqayisə

• AGM - 4 aydan sonra 80% SOC-a boşaldın
• LiFePO4 - 8 aydan sonra 80% axıdılması

Faydaları

• Daha uzun müddət saxlanıla bilər

Bu xüsusiyyət istirahət avtomobilləri üçün böyük bir vasitədir, ilin sonuna karvanlar, qayıqlar, motosikletlər və Jet kayakları və s. Kimi il boyunca saxlamağa getmədən bir il əvvəl bir neçə ay istifadə edilə bilər. Bu nöqtəyə əlavə olaraq LiFePO4 kalsifikasiya etmir və buna görə də uzun müddət qaldıqdan sonra batareyanın daimi zədələnmə ehtimalı azdır. LiFePO4 batareyası tam doldurulmuş vəziyyətdə saxlanmamaqdan zərər görmür.

Beləliklə, tətbiqləriniz yuxarıda göstərilən xüsusiyyətlərdən hər hansı birini təmin edərsə, LiFePO4 batareyasına sərf etdiyi əlavə pula pul qazanacağınızdan əmin olacaqsınız. Növbəti həftələrdə LiFePO4 və fərqli Lityum kimyəvi maddələrindəki təhlükəsizlik aspektlərini özündə ehtiva edən məqaləni izləyin.