Ketumpatan Tenaga Sel Kantung Diterangkan: Wh/kg, Wh/L, Sel vs Pek dan Tenaga Boleh Digunakan

Ketumpatan tenaga ialah salah satu spesifikasi pertama yang dilihat jurutera apabila membandingkan sel bateri litium. Tetapi nombor seperti 270Wh/kg atau 600Wh/L tidak menceritakan keseluruhannya.

Untuk memilih bateri yang sesuai untuk EV, sistem storan tenaga, UAV, robot atau pek bateri industri, anda perlu memahami tiga soalan berbeza:

• Berapa banyak tenaga yang disimpan oleh sel untuk beratnya?

• Berapa banyak tenaga yang disimpan untuk isipadunya?

• Berapakah jumlah tenaga yang masih ada selepas sel-sel disatukan ke dalam pek bateri yang lengkap?

Soalan ini sepadan dengan ketumpatan tenaga gravimetrik (Wh/kg) , ketumpatan tenaga isipadu (Wh/L) dan tenaga pek yang boleh digunakan.

Panduan ini menerangkan cara setiap metrik dikira, sebab ketumpatan tenaga peringkat sel dan peringkat pek berbeza, dan cara membandingkan format besar sel kantung litium untuk projek bateri sebenar.

1. Apakah Maksud Ketumpatan Tenaga Bateri?

Ketumpatan tenaga bateri menerangkan jumlah tenaga elektrik yang boleh disimpan dalam jumlah berat atau ruang tertentu. Ia tidak boleh dikelirukan dengan kapasiti bateri sahaja.

Sebagai contoh, sel 100Ah tidak secara automatik lebih padat tenaga daripada sel 70Ah. Sel yang lebih besar mungkin lebih berat atau lebih besar secara fizikal.

Untuk membandingkan sel yang berbeza dengan betul, jurutera biasanya menilai tenaga sel dalam watt-jam dan kemudian mengaitkan tenaga itu sama ada kepada jisim atau isipadu.

Tenaga Sel Nominal: Wh

Pengiraan pertama adalah mudah:

Untuk sel litium-ion 3.7V 70Ah ilustrasi:

Oleh itu, sel menyimpan kira-kira 259Wh tenaga nominal. Ini adalah titik permulaan untuk mengira kedua-dua Wh/kg dan Wh/L.

2. Apakah Ketumpatan Tenaga Gravimetrik (Wj/kg)?

Ketumpatan tenaga gravimetrik mengukur berapa banyak tenaga yang disimpan oleh bateri berbanding jisimnya. Ia dinyatakan dalam watt-jam per kilogram.

Katakan sel ilustrasi menyimpan 259Wj dan berat 0.95kg:

Nilai Wh/kg yang lebih tinggi bermakna lebih banyak tenaga boleh dibawa untuk berat bateri yang sama.

Ini amat penting dalam aplikasi sensitif berat seperti:

• Kenderaan elektrik

• Motosikal elektrik

• UAV dan dron

• Robotik

• Sistem pendorong marin

• Peralatan industri mudah alih

Untuk EV, mengurangkan jisim bateri boleh membantu meningkatkan julat, kapasiti muatan dan kecekapan kenderaan. Untuk UAV, walaupun perubahan yang agak kecil dalam berat bateri boleh menjejaskan masa penerbangan dan muatan yang boleh digunakan dengan ketara.

3. Apakah Ketumpatan Tenaga Isipadu (Wj/L)?

Ketumpatan tenaga isipadu mengukur berapa banyak tenaga boleh disimpan dalam isipadu fizikal tertentu. Ia dinyatakan dalam watt-jam seliter.

Jika sel berukuran 400mm × 100mm × 14mm, anggaran isipadu segi empat tepatnya ialah:

Jika sel ilustrasi yang sama menyimpan 259Wh:

Wh/L menjadi sangat penting apabila petak bateri mempunyai had dimensi yang ketat. Sistem mungkin bertolak ansur dengan bateri yang lebih berat sedikit tetapi masih tiada ruang fizikal tambahan yang tersedia.

Contohnya termasuk dulang bateri EV, motosikal, robot, AGV, kabinet penyimpanan tenaga padat dan peralatan industri khusus.

4. Wj/kg vs Wh/L: Mana Yang Lebih Penting?

Kedua-dua metrik secara universal tidak lebih penting. Keutamaan yang betul bergantung pada aplikasi.

5. Mengapa Sel Pouch Boleh Mencapai Ketumpatan Tenaga Tinggi

Sel kantung litium menggunakan pakej fleksibel berlamina dan bukannya logam tegar yang boleh digunakan oleh sel silinder dan banyak sel prismatik. Ini boleh mengurangkan beberapa jisim pembungkusan yang tidak aktif dan memberi pengeluar bateri lebih kebebasan untuk mereka bentuk lebar, panjang dan ketebalan sel.

Bentuk rata juga boleh membantu pereka bateri menggunakan ruang yang tersedia dengan cekap kerana sel boleh disusun dalam susunan yang agak padat.

Walau bagaimanapun, adalah penting untuk tidak menganggap bahawa setiap sel kantung secara automatik mempunyai ketumpatan tenaga yang lebih tinggi daripada setiap sel silinder atau prismatik..

Prestasi sebenar bergantung kepada:

• Kimia sel

• Formulasi elektrod

• Kapasiti sel

• Reka bentuk pembungkusan

• Kadar pelepasan yang diperlukan

• Margin keselamatan

• Sasaran hidupan kitaran

• Suhu operasi

• Proses pembuatan

Format sel hanyalah satu bahagian daripada persamaan ketumpatan tenaga.

Bagi pelanggan yang membandingkan pilihan litium-ion bertenaga tinggi, Misen menyediakan rangkaian Sel kantung NCM untuk EV, mobiliti, robotik dan aplikasi bateri industri.

6. Kimia Penting Sama Seperti Format Sel

Dua sel kantung dengan dimensi yang hampir sama boleh mempunyai ketumpatan tenaga, keupayaan kuasa, hayat kitaran dan kelakuan terma yang sangat berbeza. Sebabnya ialah kimia dalaman dan reka bentuk sel adalah berbeza.

Inilah sebabnya mengapa memilih bateri hanya dengan nombor Wh/kg tertinggi boleh membawa kepada hasil yang salah. Sel terbaik ialah sel yang memenuhi keperluan sistem yang lengkap.

7. Ketumpatan Tenaga Sel Bukan Ketumpatan Tenaga Pek

Ini adalah salah satu konsep yang paling penting dalam reka bentuk bateri.

Spesifikasi sel pengilang biasanya menerangkan sel kosong . Pek bateri yang telah siap mengandungi banyak komponen tambahan yang tidak menyimpan tenaga elektrik tetapi diperlukan untuk operasi yang selamat dan boleh dipercayai.

Setiap komponen tambahan menambah jisim dan isipadu tanpa menambah tenaga sel. Akibatnya, Wh/kg dan Wh/L tahap pek akan sentiasa lebih rendah daripada angka sel kosong yang sepadan apabila diukur pada asas tenaga yang sama.

8. Contoh Ketumpatan Tenaga Sel-ke-Pek Mudah

Pertimbangkan bateri yang dipermudahkan menggunakan 20 sel. Andaikan setiap sel mempunyai:

• Tenaga nominal 250Wj

• Berat 0.95kg

• Isipadu sel 0.55L

Sel-sel bersama-sama menyediakan:

Pada peringkat sel sahaja:

Sekarang anggapkan pek siap memerlukan tambahan 7kg dan 5L untuk kepungannya, BMS, sambungan elektrik, komponen struktur dan pengurusan terma.

Bateri siap menjadi lebih kurang:

• 26kg jumlah jisim

• 16L jumlah isipadu

• Tenaga nominal 5kWj

Oleh itu, ketumpatan tenaga nominal peringkat pek adalah lebih kurang:

Sel-sel tidak berubah. Perbezaannya datang sepenuhnya daripada komponen yang diperlukan untuk mencipta sistem bateri yang boleh digunakan.

Nota: Ini adalah pengiraan ilustrasi sahaja. Seni bina pek bateri sebenar, overhed dan tenaga boleh guna berbeza dengan ketara mengikut aplikasi dan reka bentuk.

9. Apakah yang Mengurangkan Ketumpatan Tenaga Tahap Pek?

Beberapa komponen sistem yang diperlukan mengurangkan Wh/kg dan Wh/L tahap pek akhir.

Sistem Pengurusan Bateri

BMS memantau voltan sel, suhu, arus dan keadaan cas sambil mengawal fungsi perlindungan bateri. Elektronik, wayar penderiaan dan perkakasan yang berkaitan menambah jisim dan memerlukan ruang fizikal.

Bar bas, Penyentuh dan Fius

Sistem bateri arus tinggi memerlukan konduktor elektrik dan peranti perlindungan bersaiz betul. Semakin tinggi arus operasi, semakin penting rintangan elektrik, keratan rentas konduktor dan penjanaan haba.

Pemampatan Sel dan Sokongan Mekanikal

Sel kantung menggunakan pembungkusan berlamina fleksibel dan oleh itu biasanya memerlukan struktur sokongan yang direka bentuk. Modul mesti melindungi sel daripada lenturan, getaran dan kerosakan mekanikal yang berlebihan sambil mengekalkan kedudukan dan mampatan sel yang sesuai.

Pengurusan Terma

Sistem bateri berkuasa tinggi atau bertenaga tinggi mungkin memerlukan plat penyejuk, bahan antara muka haba, saluran udara atau komponen pengurusan haba yang lain. Komponen ini menduduki kedua-dua berat dan isipadu.

Kepungan dan Perlindungan Alam Sekitar

Bateri yang lengkap mungkin memerlukan perlindungan daripada hentaman, getaran, habuk, lembapan dan bahaya elektrik luaran. Kepungan boleh mewakili bahagian yang bermakna dari berat sistem siap.

10. Tenaga Nominal vs Tenaga Bateri Boleh Digunakan

Satu lagi kesilapan biasa ialah menganggap tenaga bateri nominal dan tenaga boleh guna sebagai nombor yang sama.

Pek yang diberi nilai 100kWj tidak semestinya memberikan 100kWj tenaga semasa operasi biasa. BMS mungkin menyimpan tenaga di bahagian atas dan bawah julat keadaan cas untuk melindungi bateri dan menyokong hayat perkhidmatan yang diperlukan.

Untuk perancangan awal, tenaga boleh guna boleh dianggarkan sebagai:

Contohnya, jika bateri 100kWj dikendalikan pada 80% tetingkap SOC yang boleh digunakan:

Ini adalah anggaran kejuruteraan yang dipermudahkan. Tenaga sebenar yang dihantar juga bergantung pada kelakuan voltan sel, suhu, arus, penuaan, had BMS dan kecekapan sistem.

11. Tenaga Pek Nominal lwn Ketumpatan Tenaga Pek Boleh Diguna

Berbalik kepada contoh bateri 5kWj sebelumnya, katakan BMS membenarkan kira-kira 80% tetingkap tenaga boleh guna.

Tenaga boleh guna yang dipermudahkan menjadi:

Menggunakan bateri 26kg, 16L yang lengkap:

Contoh ini menunjukkan mengapa tiga nombor tidak boleh dikelirukan:

• Ketumpatan tenaga sel kosong

• Ketumpatan tenaga pek siap nominal

• Ketumpatan tenaga pek siap yang boleh digunakan

Mereka menjawab soalan kejuruteraan yang berbeza.

12. Ketumpatan Tenaga Bukan Ketumpatan Kuasa

Sel bertenaga tinggi bukanlah sel berkuasa tinggi secara automatik.

Ketumpatan tenaga memberitahu anda berapa banyak tenaga boleh disimpan. Keupayaan kuasa menerangkan seberapa cepat tenaga itu boleh dihantar atau diterima.

Contohnya, dua sel kantung 70Ah mungkin mempunyai nilai Wh/kg yang serupa tetapi sangat berbeza:

• Arus nyahcas berterusan

• Arus nyahcas puncak

• Keupayaan pengecasan pantas

• Rintangan dalaman

• Penjanaan haba

Oleh itu, UAV, EV prestasi atau sistem marin berkuasa tinggi mungkin memerlukan sel ketumpatan tenaga yang lebih rendah sedikit jika ia memberikan keupayaan nyahcas yang lebih kuat.

Inilah sebabnya mengapa pemilihan sel harus membandingkan tenaga, kuasa, hayat kitaran, dimensi dan prestasi terma bersama-sama.

13. Sel Poket Berformat Besar dan Reka Bentuk Pek

Sel kantung format besar boleh memudahkan sesetengah seni bina bateri kerana setiap sel menyimpan lebih banyak tenaga daripada sel silinder kecil. Ini boleh mengurangkan bilangan sel selari dan titik sambungan elektrik yang diperlukan untuk mencapai kapasiti pek sasaran.

Walau bagaimanapun, sel yang lebih besar juga memerlukan pertimbangan yang teliti terhadap:

• Pengagihan haba merentasi permukaan sel

• Suhu tab dan rintangan sambungan

• Sokongan mekanikal

• Pemampatan sel

• Konsistensi sel

• Kebolehkhidmatan

• pembendungan kegagalan

Lebih sedikit sel tidak bermakna pek bateri yang lebih baik secara automatik. Saiz sel yang betul bergantung pada seni bina elektrik dan mekanikal sistem lengkap.

Misen membekalkan berbilang pilihan sel kantung format besar dan bukannya mengehadkan pelanggan kepada kapasiti tunggal. Contohnya termasuk Sel kantung P70A 70Ah,sel kantung 119Ah NMC danSel kantung K103 103Ah NMC.

14. Cara Membandingkan Ketumpatan Tenaga Sel Kantung Dengan Betul

Perbandingan lembaran data boleh mengelirukan jika ukuran tidak berdasarkan keadaan yang sama. Sebelum menentukan kedudukan dua sel mengikut Wh/kg atau Wh/L, semak dengan tepat apa yang diwakili oleh setiap nilai.

Untuk perbandingan yang bermakna, sahkan:

• Voltan nominal: Adakah definisi voltan yang sama digunakan?

• Kapasiti: Di ​​bawah apakah kadar nyahcas dan suhu kapasiti diukur?

• Berat sel: Adakah ia termasuk tab, penebat atau perkakasan tambahan?

• Dimensi: Adakah tab disertakan atau dikecualikan?

• Ketebalan: Pada SOC dan tekanan mekanikal apakah ketebalan diukur?

• Pengiraan tenaga: Adakah tenaga dikira menggunakan nominal V × Ah atau diukur dengan menyepadukan lengkung nyahcas?

• Suhu: Adakah sel diuji di bawah keadaan yang setanding?

• Keadaan sel: Adakah kedua-dua sel baharu dan daripada kumpulan pengeluaran yang setanding?

Tanpa sempadan ukuran yang konsisten, membandingkan dua nombor ketumpatan tenaga yang diiklankan boleh dengan mudah menghasilkan kesimpulan yang salah.

15. Adakah Ketumpatan Tenaga Tertinggi Bermaksud Bateri Terbaik?

Tidak.

Ketumpatan tenaga hanyalah satu pembolehubah reka bentuk. Sel dengan angka Wh/kg yang sangat tinggi mungkin bukan pilihan terbaik jika projek anda memerlukan:

• Arus berterusan yang sangat tinggi

• Kuasa puncak tinggi

• Hayat kitaran yang sangat panjang

• Pengecasan pantas

• Operasi suhu rendah

• Ketebalan atau jejak sel tertentu

• Kos sistem yang lebih rendah

• Keperluan keselamatan atau pensijilan yang berbeza

Oleh itu pemilihan bateri adalah masalah pengoptimuman berbilang pembolehubah dan bukannya persaingan untuk nombor spesifikasi tertinggi.

16. Memilih Sel Kantung yang Tepat untuk Permohonan Anda

Sebelum memilih sel, tentukan keperluan sistem bateri yang lengkap.

Jika anda membandingkan sel untuk EV atau aplikasi bertenaga tinggi yang lain, anda juga boleh meneroka Misen'sPenyelesaian modul bateri EV.

17. Pengoptimuman Peringkat Sel vs Pengoptimuman Peringkat Sistem

Sel dengan nombor lembaran data terbaik tidak semestinya menghasilkan bateri lengkap terbaik.

Sel yang lebih berat sedikit boleh memudahkan penyejukan. Sel yang lebih besar boleh mengurangkan busbar dan kerumitan sambungan. Kimia bertenaga rendah mungkin memberikan hayat perkhidmatan yang lebih lama. Sel yang lebih nipis mungkin membenarkan susun atur modul yang lebih baik.

Itulah sebabnya reka bentuk bateri profesional harus mengoptimumkan keseluruhan sistem , bukan sahaja sel kosong.

Untuk projek yang memerlukan pemilihan BMS, pemadanan sel, struktur modul, perancangan busbar atau pembangunan pek bateri tersuai, Misen juga menyediakanSokongan kejuruteraan bateri OEM dan ODM.

Soalan Lazim

Apakah Wh/kg yang baik untuk sel kantung?

Tiada nilai Wh/kg tunggal yang mentakrifkan sel kantung yang baik. Sasaran yang sesuai bergantung pada kimia, keperluan pelepasan, hayat kitaran, suhu, reka bentuk keselamatan dan aplikasi. Sel harus dibandingkan di bawah keadaan ujian yang setara.

Apakah perbezaan antara Wh/kg dan Wh/L?

Wh/kg mengukur tenaga berbanding berat, manakala Wh/L mengukur tenaga berbanding isipadu fizikal. Wh/kg amat penting untuk sistem sensitif berat, manakala Wh/L menjadi kritikal apabila ruang bateri yang tersedia terhad.

Bagaimanakah cara mengira ketumpatan tenaga sel kantung?

Mula-mula hitung tenaga sel nominal menggunakan voltan × kapasiti. Bahagikan tenaga ini dengan berat sel dalam kilogram untuk Wh/kg, atau bahagikannya dengan isipadu sel dalam liter untuk Wh/L.

Mengapa ketumpatan tenaga pek bateri lebih rendah daripada ketumpatan tenaga sel?

Pek siap mengandungi komponen seperti BMS, kepungan, bar bas, pendawaian, struktur penyejukan, penebat, sistem mampatan dan peranti perlindungan. Mereka meningkatkan berat dan isipadu pek tanpa meningkatkan tenaga sel.

Adakah sel kantung sentiasa lebih padat tenaga daripada sel silinder?

Tidak. Pembungkusan kantung boleh mengurangkan jisim pembungkusan yang tidak aktif dan memberikan dimensi yang fleksibel, tetapi ketumpatan tenaga sebenar bergantung pada reka bentuk sel yang lengkap dan kimia. Model sel individu harus dibandingkan secara langsung dan bukannya menganggap satu format sentiasa unggul.

Adakah ketumpatan tenaga yang lebih tinggi bermakna arus nyahcas yang lebih tinggi?

Tak semestinya. Ketumpatan tenaga dan keupayaan kuasa adalah spesifikasi yang berbeza. Sel bertenaga tinggi mungkin dioptimumkan untuk masa jalan dan bukannya arus yang sangat tinggi. Sentiasa semak arus berterusan, arus puncak, rintangan dalaman dan had haba secara berasingan.

Apakah tenaga bateri yang boleh digunakan?

Tenaga boleh guna ialah jumlah tenaga nominal yang sistem bateri membenarkan aplikasi untuk mengakses semasa operasi biasa. Had voltan BMS, had SOC, suhu, penuaan dan kecekapan sistem semuanya boleh menjejaskan tenaga boleh guna sebenar.

Kesimpulan

Ketumpatan tenaga sel kantung tidak boleh dinilai daripada satu nombor.

Wh/kg memberitahu anda betapa cekap sel menyimpan tenaga mengikut berat, manakala Wh/L memberitahu anda betapa cekapnya ia menggunakan ruang. Tetapi tiada nilai langsung mewakili prestasi pek bateri siap.

Setelah sel disepadukan dengan sokongan struktur, bar bas, elektronik BMS, pengurusan haba dan kandang pelindung, ketumpatan tenaga peringkat pek berkurangan. Tenaga boleh guna yang tersedia dalam operasi harian mungkin lebih rendah lagi kerana had SOC dan kekangan sistem lain.

Untuk projek EV, ESS, UAV, robotik dan bateri industri, pendekatan terbaik adalah untuk menilai:

• Wj/kg

• Wh/L

• Arus berterusan dan puncak

• Kitaran hidup

• Dimensi sel

• Julat suhu

• Keperluan integrasi pek

• Jumlah tenaga sistem yang boleh digunakan

Anda boleh menyemak imbas rangkaian penuh Misensel kantung format besar atau hubungi pasukan kami untuk pemilihan sel dan sokongan kejuruteraan pek bateri.