Қапшық жасушаларының энергия тығыздығы түсіндірілді: Вт/кг, Вт/л, ұяшыққа қарсы қаптама және қолданылатын энергия

Энергия тығыздығы - литий батареяларының ұяшықтарын салыстыру кезінде инженерлер қарастыратын алғашқы сипаттамалардың бірі. Бірақ сияқты сан 270Wh/kg немесе 600Wh/L бүкіл оқиғаны көрсетпейді.

EV, энергия сақтау жүйесі, UAV, робот немесе өнеркәсіптік батареялар жинағы үшін дұрыс батареяны таңдау үшін сізге үш түрлі сұрақты түсіну керек:

• Жасуша өз қанша энергия жинайды салмағына ?

• Ол өз қанша энергия жинайды көлеміне ?

• Ұяшықтар толық аккумулятор жинағына біріктірілгеннен кейін бұл энергияның қанша бөлігі қолжетімді болады?

Бұл сұрақтар сәйкес келеді. гравиметриялық энергия тығыздығына (Втсағ/кг) , көлемдік энергия тығыздығына (Вт/л) және пайдалануға болатын бума энергиясына .

Бұл нұсқаулық әрбір метриканың қалай есептелетінін, ұяшық деңгейіндегі және бума деңгейіндегі энергия тығыздығы неге әртүрлі екенін және үлкен форматты қалай салыстыру керектігін түсіндіреді. литий қапшықтары .нақты батарея жобалары үшін

1. Батарея энергиясының тығыздығы нені білдіреді?

Батарея энергиясының тығыздығы белгілі бір салмақ мөлшерінде немесе кеңістікте қанша электр энергиясын сақтауға болатындығын сипаттайды. Оны тек батарея сыйымдылығымен шатастырмау керек.

Мысалы, 100Ah ұяшық 70Ah ұяшыққа қарағанда автоматты түрде энергияға тығыз емес. Үлкенірек жасуша жай ғана ауыр немесе физикалық үлкенірек болуы мүмкін.

Әртүрлі жасушаларды дұрыс салыстыру үшін инженерлер әдетте жасушаның энергиясын ватт-сағатпен бағалайды, содан кейін бұл энергияны массаға немесе көлемге байланыстырады.

Номиналды жасуша энергиясы: Вт

Бірінші есептеу өте қарапайым:

Көрсеткіштік 3,7V 70Ah литий-иондық ұяшық үшін:

Осылайша, жасуша шамамен 259 Вт/сағ номиналды энергияны сақтайды. Бұл Вт/кг және Вт/л есептеудің бастапқы нүктесі.

2. Гравиметриялық энергияның тығыздығы (Вт/кг) дегеніміз не?

Гравиметриялық энергия тығыздығы батареяның массасына қатысты қанша энергияны сақтайтынын өлшейді. Ол килограммға ватт-сағатпен көрсетіледі.

Көрнекі ұяшық 259 Вт сағ сақтайды және салмағы 0,95 кг делік:

Жоғары Вт/кг мәні батареяның бірдей салмағы үшін көбірек энергия тасымалдауға болатындығын білдіреді.

Бұл әсіресе салмаққа сезімтал қолданбаларда маңызды, мысалы:

• Электрлік көліктер

• Электрлік мотоциклдер

• ҰАО және ұшқышсыз ұшақтар

• Робототехника

• Теңіз қозғалтқышы жүйелері

• Портативті өнеркәсіптік жабдықтар

EV үшін батарея массасын азайту қашықтықты, жүк сыйымдылығын және көлік тиімділігін арттыруға көмектесуі мүмкін. UAV үшін батарея салмағының салыстырмалы түрде аз ғана өзгеруі ұшу уақытына және пайдалы жүктемеге айтарлықтай әсер етуі мүмкін.

3. Көлемдік энергия тығыздығы (Вт/л) дегеніміз не?

Көлемдік энергияның тығыздығы берілген физикалық көлемде қанша энергияны сақтауға болатындығын өлшейді. Ол литрге ватт-сағатпен көрсетіледі.

Ұяшықтың өлшемі 400 мм × 100 мм × 14 мм болса, оның шамамен тікбұрышты көлемі:

Егер бірдей иллюстрациялық ұяшық 259 Вт сағ сақтайтын болса:

Батарея бөлігінде қатаң өлшемдік шектеу болған кезде Wh/L әсіресе маңызды болады. Жүйе сәл ауыррақ батареяны көтере алады, бірақ әлі де бос орын жоқ.

Мысалдарға EV аккумуляторлық науалар, мотоциклдер, роботтар, AGV, ықшам энергия сақтау шкафтары және мамандандырылған өнеркәсіптік жабдықтар жатады.

4. Wh/kg vs Wh/L: қайсысы маңызды?

Көрсеткіштердің ешқайсысы жалпыға бірдей маңызды емес. Дұрыс басымдық қолданбаға байланысты.

5. Неліктен дорба жасушалары жоғары энергия тығыздығына қол жеткізе алады?

Литий қапшық ұяшығы цилиндрлік және көптеген призмалық ұяшықтар пайдаланатын қатты металдан гөрі ламинатталған икемді қаптаманы пайдаланады. Бұл кейбір белсенді емес орау массасын азайтуы мүмкін және батарея өндірушілеріне ұяшықтың енін, ұзындығын және қалыңдығын жобалауға көбірек еркіндік береді.

Тегіс пішін батарея дизайнерлеріне бос орынды тиімді пайдалануға көмектеседі, өйткені ұяшықтарды салыстырмалы түрде ықшам жинақтарға орналастыруға болады.

Дегенмен, деп ойламау маңызды. әрбір қалта ұяшығы автоматты түрде әрбір цилиндрлік немесе призмалық ұяшыққа қарағанда жоғары энергия тығыздығына ие болады .

Нақты өнімділікке байланысты:

• Жасуша химиясы

• Электродты құрастыру

• Жасуша сыйымдылығы

• Қаптаманың дизайны

• Қажетті босату жылдамдығы

• Қауіпсіздік шекаралары

• Цикл өмірінің мақсаттары

• Жұмыс температурасы

• Өндіріс процесі

Ұяшық пішімі энергия тығыздығы теңдеуінің бір бөлігі ғана.

Жоғары қуатты литий-иондық опцияларды салыстыратын тұтынушылар үшін Misen бірқатар ұсынады NCM қалта ұяшықтары .EV, ұтқырлық, робототехника және өнеркәсіптік батарея қолданбаларына арналған

6. Химия ұяшық пішімі сияқты маңызды

Өлшемдері бірдей дерлік екі дорба ұяшықтарының энергия тығыздығы, қуат мүмкіндігі, цикл мерзімі және жылулық мінез-құлқы өте әртүрлі болуы мүмкін. Себебі, ішкі химиясы мен жасуша құрылымы әртүрлі.

Сондықтан батареяны тек ең жоғары Вт/кг саны бойынша таңдау қате нәтижеге әкелуі мүмкін. Ең жақсы ұяшық жүйенің толық талаптарын қанағаттандыратын ұяшық болып табылады.

7. Жасуша энергиясының тығыздығы пакеттің энергия тығыздығы емес

Бұл батарея дизайнындағы ең маңызды тұжырымдамалардың бірі.

Өндірушінің ұяшық сипаттамасы әдетте жалаң ұяшықты сипаттайды . Дайын батарея жинағында электр энергиясын сақтамайтын, бірақ қауіпсіз және сенімді жұмыс істеу үшін қажет көптеген қосымша компоненттер бар.

Әрбір қосымша компонент ұяшық энергиясын қоспай, масса мен көлемді қосады. Нәтижесінде, бір қуат негізінде өлшенген кезде, бума деңгейіндегі Вт/кг және Вт/л әрқашан сәйкес ұяшықтағы көрсеткіштерден төмен болады.

8. Қарапайым жасушадан пакетке энергия тығыздығының мысалы

20 ұяшықты қолданатын жеңілдетілген батареяны қарастырыңыз. Әрбір ұяшықта бар делік:

• Номиналды энергия 250 Вт сағ

• салмағы 0,95 кг

• 0,55 л ұяшық көлемі

Жасушалар бірге қамтамасыз етеді:

Тек ұяшық деңгейінде:

Енді дайын қаптамаға оның қоршауы, BMS, электр қосылымдары, құрылымдық компоненттері және жылуды басқару үшін қосымша 7 кг және 5 л қажет делік.

Дайын батарея шамамен келесіге айналады:

• Жалпы салмағы 26 кг

• Жалпы көлемі 16 л

• 5 кВт/сағ номиналды энергия

Сондықтан пакеттік деңгейдегі номиналды энергия тығыздығы шамамен:

Жасушалар өзгерген жоқ. Айырмашылық толығымен жарамды батарея жүйесін жасау үшін қажетті құрамдастардан келеді.

Ескерту: Бұл тек көрнекі есептеу. Батарея жинағының нақты архитектурасы, үстеме және пайдаланылатын қуат қолданбасы мен дизайны бойынша айтарлықтай өзгереді.

9. Пакет деңгейіндегі энергия тығыздығын не азайтады?

Бірнеше қажетті жүйе құрамдастары соңғы бума деңгейінде Вт/кг және Вт/л азайтады.

Батареяны басқару жүйесі

BMS батареяны қорғау функцияларын басқара отырып, ұяшық кернеуін, температураны, токты және заряд күйін бақылайды. Электроника, сенсорлық сымдар және олармен байланысты аппараттық құралдар массаны қосады және физикалық кеңістікті қажет етеді.

Шиналар, контакторлар және сақтандырғыштар

Токтың жоғары аккумуляторлық жүйелері дұрыс өлшемді электр өткізгіштерді және қорғаныс құрылғыларын қажет етеді. Жұмыс тогы неғұрлым жоғары болса, соғұрлым электр кедергісі, өткізгіштің көлденең қимасы және жылу генерациясы маңыздырақ болады.

Жасушаны қысу және механикалық қолдау

Қалта ұяшықтары икемді ламинатталған қаптаманы пайдаланады, сондықтан әдетте жобаланған тірек құрылымын қажет етеді. Модуль ұяшықтың сәйкес орналасуын және қысылуын сақтай отырып, ұяшықты шамадан тыс иілуден, дірілден және механикалық зақымданудан қорғауы керек.

Жылулық басқару

Жоғары қуатты немесе жоғары энергиялы батарея жүйелері салқындатқыш тақталарды, жылу интерфейсінің материалдарын, ауа арналарын немесе басқа жылуды басқару компоненттерін қажет етуі мүмкін. Бұл компоненттер салмақты да, көлемді де алады.

Қоршау және қоршаған ортаны қорғау

Толық батареяны соққыдан, дірілден, шаңнан, ылғалдан және сыртқы электр қауіптерінен қорғау қажет болуы мүмкін. Қоршау дайын жүйе салмағының маңызды бөлігін көрсете алады.

10. Номиналды энергия және пайдаланылатын батарея энергиясы

Тағы бір жиі кездесетін қателік - номиналды батарея қуаты мен пайдаланылатын энергияны бірдей сан ретінде қарастыру.

100 кВт/сағ деп есептелген пакет қалыпты жұмыс кезінде міндетті түрде 100 кВт/сағ энергияны қамтамасыз етпейді. BMS батареяны қорғау және талап етілетін қызмет мерзімін қолдау үшін зарядталған күй диапазонының жоғарғы және төменгі жағында қуат сақтай алады.

Алдын ала жоспарлау үшін пайдаланылатын энергияны келесідей бағалауға болады:

Мысалы, 100 кВт/сағ батарея 80% жарамды SOC терезесінде жұмыс істесе:

Бұл оңайлатылған инженерлік бағалау. Нақты жеткізілетін энергия сонымен қатар ұяшық кернеуіне, температураға, токқа, қартаюға, BMS шектеулеріне және жүйе тиімділігіне байланысты.

11. Номиналды бума энергиясы және пайдаланылатын пакет энергиясының тығыздығы

Алдыңғы 5 кВт/сағ батарея мысалына оралсақ, BMS шамамен 80% пайдалануға болатын қуат терезесіне мүмкіндік береді делік.

Жеңілдетілген пайдаланылатын энергия келесіге айналады:

Толық 26 кг, 16 л батареяны пайдалану:

Бұл мысал неліктен үш санды шатастырмау керектігін көрсетеді:

• Жалаңаш жасушаның энергия тығыздығы

• Дайын пакеттің номиналды энергия тығыздығы

• Қолданылатын дайын пакеттің энергия тығыздығы

Олар әртүрлі инженерлік сұрақтарға жауап береді.

12. Энергия тығыздығы қуат тығыздығы емес

Жоғары энергиялы ұяшық автоматты түрде жоғары қуатты ұяшық емес.

Энергия тығыздығы қанша энергияны сақтауға болатынын көрсетеді. Қуат мүмкіндігі бұл энергияның қаншалықты тез жеткізілетінін немесе қабылданатынын сипаттайды.

Мысалы, екі 70Аh дорба ұяшықтары ұқсас Вт/кг мәндеріне ие болуы мүмкін, бірақ өте әртүрлі:

• Үздіксіз разряд тогы

• Ең жоғары разряд тогы

• Жылдам зарядтау мүмкіндігі

• Ішкі қарсылық

• Жылу генерациясы

Сондықтан, егер ол әлдеқайда күшті разряд мүмкіндігін қамтамасыз етсе, UAV, өнімділік EV немесе жоғары қуатты теңіз жүйесі энергия тығыздығы сәл төменірек ұяшықты қажет етуі мүмкін.

Сондықтан жасуша таңдауы энергияны, қуатты, циклдің қызмет ету мерзімін, өлшемдерді және жылу өнімділігін бірге салыстыруы керек.

13. Үлкен форматты дорба ұяшықтары мен қаптаманың дизайны

Үлкен форматты дорба ұяшықтары батареяның кейбір архитектурасын жеңілдетеді, себебі әрбір ұяшық кішкентай цилиндрлік ұяшыққа қарағанда көбірек энергия сақтайды. Бұл мақсатты бума сыйымдылығына жету үшін қажет параллель ұяшықтар мен электр қосылым нүктелерінің санын азайтуы мүмкін.

Дегенмен, үлкенірек жасушалар да мұқият қарастыруды қажет етеді:

• Жылудың жасуша беті бойынша таралуы

• Температура және қосылым кедергісі

• Механикалық қолдау

• Жасушаның қысылуы

• Жасуша консистенциясы

• Қызмет көрсету мүмкіндігі

• Сәтсіздікті шектеу

Аз ұяшықтар автоматты түрде жақсырақ батарея жинағы дегенді білдірмейді. Ұяшықтың дұрыс өлшемі толық жүйенің электрлік және механикалық архитектурасына байланысты.

Misen тұтынушыларды бір сыйымдылықпен шектемей, бірнеше үлкен форматты дорба ұяшық опцияларын ұсынады. Мысалдар мыналарды қамтиды P70A 70Ah қапшық ұяшығы,119Ah NMC дорба ұяшығы жәнеK103 103Ah NMC қалта ұяшығы.

14. Қапшық жасушаларының энергия тығыздығын қалай дұрыс салыстыруға болады

Егер өлшемдер бірдей шарттарға негізделмесе, деректер кестесін салыстыру жаңылыстыруы мүмкін. Екі ұяшықты Вт/кг немесе Вт/л бойынша дәрежелеуден бұрын, әрбір мәннің нені көрсететінін тексеріңіз.

Маңызды салыстыру үшін мынаны растаңыз:

• Номиналды кернеу: бірдей кернеу анықтамасы қолданыла ма?

• Сыйымдылық: Сыйымдылық қандай разряд жылдамдығы мен температурада өлшенді?

• Ұяшықтың салмағы: оған құлақшалар, оқшаулау немесе қосымша жабдық кіреді ме?

• Өлшемдер: қойындылар қосылған ба, жоқ па?

• Қалыңдығы: Қалыңдық қандай SOC және механикалық қысымда өлшенді?

• Энергияны есептеу: Энергия номиналды V × Ah көмегімен есептеледі ме немесе разряд қисығын біріктіру арқылы өлшенеді ме?

• Температура: жасушалар салыстырмалы жағдайларда сыналған ба?

• Жасуша жағдайы: Екі жасуша да жаңа және салыстырмалы өндіріс партияларынан алынған ба?

Дәйекті өлшем шекарасы болмаса, екі жарнамаланған энергия тығыздығы санын салыстыру қате қорытындыны оңай шығаруы мүмкін.

15. Ең жоғары энергия тығыздығы ең жақсы батареяны білдіреді ме?

Жоқ.

Энергия тығыздығы тек бір жобалық айнымалы болып табылады. Өте жоғары Wh/kg көрсеткіші бар ұяшық, егер жобаңыз қажет болса, ең жақсы нұсқа болмауы мүмкін:

• Өте жоғары үздіксіз ток

• Ең жоғары қуат

• Өте ұзақ циклдің қызмет ету мерзімі

• Жылдам зарядтау

• Төмен температурада жұмыс істеу

• Белгілі бір ұяшық қалыңдығы немесе ізі

• Жүйенің төмен құны

• Әртүрлі қауіпсіздік немесе сертификаттау талаптары

Сондықтан батареяны таңдау ең жоғары спецификация саны үшін бәсеке емес, көп айнымалы оңтайландыру мәселесі болып табылады.

16. Қолданбаңыз үшін оң қапшық ұяшығын таңдау

Ұяшықты таңдамас бұрын, толық батарея жүйесінің талаптарын анықтаңыз.

Егер сіз EV немесе басқа жоғары энергия қолданбасы үшін ұяшықтарды салыстырсаңыз, Misen'sEV батарея модулінің шешімдері.

17. Ұяшық деңгейін оңтайландыру және жүйе деңгейін оңтайландыру

Ең жақсы деректер парағы нөмірі бар ұяшық міндетті түрде ең жақсы толық батареяны шығармайды.

Аздап ауыр ұяшық салқындатуды жеңілдетуі мүмкін. Үлкенірек ұяшық шина мен қосылым күрделілігін азайтуы мүмкін. Төмен энергиялы химия ұзақ қызмет ету мерзімін қамтамасыз етуі мүмкін. Жіңішке ұяшық модульдің орналасуын әлдеқайда жақсырақ жасауға мүмкіндік береді.

Сондықтан кәсіби аккумуляторлық дизайн бүкіл жүйені оңтайландыруы керек.тек ұяшықты ғана емес,

BMS таңдауды, ұяшықтарды сәйкестендіруді, модуль құрылымын, шиналарды жоспарлауды немесе теңшелген батарея жинағын әзірлеуді қажет ететін жобалар үшін Misen сонымен қатар қамтамасыз етеді.OEM және ODM аккумуляторлық инженерлік қолдау.

Жиі қойылатын сұрақтар

Қапшық ұяшығы үшін жақсы Вт/кг деген не?

Жақсы дорба ұяшығын анықтайтын жалғыз Вт/кг мәні жоқ. Тиісті мақсат химияға, разрядқа қойылатын талаптарға, цикл мерзіміне, температураға, қауіпсіздік дизайнына және қолдануға байланысты. Ұяшықтар эквивалентті сынақ жағдайында салыстырылуы керек.

Вт/кг мен Вт/л арасындағы айырмашылық неде?

Вт/кг салмаққа қатысты энергияны өлшейді, ал Вт/л физикалық көлемге қатысты энергияны өлшейді. Вт/кг салмаққа сезімтал жүйелер үшін өте маңызды, ал қол жетімді батарея кеңістігі шектеулі болғанда Вт/л маңызды болады.

Қалта жасушаларының энергия тығыздығын қалай есептеуге болады?

Алдымен кернеу × сыйымдылықты пайдаланып номиналды ұяшық энергиясын есептеңіз. Бұл энергияны Вт/кг үшін килограммдағы жасуша салмағына бөліңіз немесе Вт/л үшін литрдегі ұяшық көлеміне бөліңіз.

Неліктен батарея жинағының энергия тығыздығы ұяшық энергиясының тығыздығынан төмен?

Дайын пакетте BMS, қоршау, шиналар, сымдар, салқындату құрылымы, оқшаулау, қысу жүйесі және қорғаныс құрылғылары сияқты компоненттер бар. Олар жасуша энергиясын арттырмай, пакеттің салмағы мен көлемін арттырады.

Қапшық ұяшығы әрқашан цилиндрлік ұяшыққа қарағанда энергияға тығызырақ бола ма?

Жоқ. Қалта орамасы белсенді емес орау массасын азайтып, икемді өлшемдерді қамтамасыз ете алады, бірақ нақты энергия тығыздығы толық жасуша дизайны мен химиясына байланысты. Жеке ұяшық үлгілерін бір пішім әрқашан жоғары деп есептемей, тікелей салыстыру керек.

Жоғары энергия тығыздығы жоғары разрядтық токты білдіре ме?

Міндетті емес. Энергия тығыздығы мен қуат мүмкіндігі әртүрлі сипаттамалар. Жоғары энергиялық ұяшық өте жоғары ток емес, жұмыс уақыты үшін оңтайландырылған болуы мүмкін. Әрқашан үздіксіз токты, максималды токты, ішкі кедергіні және жылулық шектерді бөлек тексеріңіз.

Қолданылатын батарея энергиясы дегеніміз не?

Қолданылатын қуат – батарея жүйесі қалыпты жұмыс кезінде қолданбаға қол жеткізуге мүмкіндік беретін номиналды энергия мөлшері. BMS кернеуінің шектері, SOC шектері, температура, қартаю және жүйе тиімділігінің барлығы нақты пайдаланылатын қуатқа әсер етуі мүмкін.

Қорытынды

Қалта жасушаларының энергия тығыздығын бір саннан бағалау мүмкін емес.

Вт/кг ұяшық энергияны салмағы бойынша қаншалықты тиімді сақтайтынын көрсетеді, ал Вт/л кеңістікті қаншалықты тиімді пайдаланатынын көрсетеді. Бірақ ешбір мән дайын батарея жинағының өнімділігін тікелей көрсетпейді.

Ұяшықтар құрылымдық тірекпен, шиналармен, BMS электроникасымен, жылуды басқарумен және қорғаныс корпусымен біріктірілгеннен кейін, бума деңгейіндегі энергия тығыздығы төмендейді. Күнделікті жұмыста қол жетімді қуат SOC шектеулеріне және жүйенің басқа шектеулеріне байланысты қайтадан төмен болуы мүмкін.

EV, ESS, UAV, робототехника және өнеркәсіптік аккумулятор жобалары үшін ең жақсы тәсіл мыналарды бағалау болып табылады:

• Вт/кг

• Вс/л

• Үздіксіз және ең жоғары ток

• Цикл өмірі

• Ұяшық өлшемдері

• Температура диапазоны

• Пакетті біріктіру талаптары

• Пайдаланылатын жүйенің жалпы энергиясы

Мисеннің толық ауқымын шолуға боладыүлкен форматты дорба ұяшықтары немесе ұяшықтарды таңдау және батарея жинағын инженерлік қолдау үшін біздің топқа хабарласыңыз.