Printzipioa eta definizioak

2020-08-11 08:07

Bateria edo biltegiratze sistema baten edukiera eta energia

Bateria edo metagailu baten ahalmena tenperatura, karga eta deskarga korrontearen eta kargatzeko edo deskargatzeko une jakin baten arabera gordetzen den energia da.

Balorazio ahalmena eta C tasa

C-tasa bateriaren karga eta deskarga korrontea eskalatzeko erabiltzen da. Edukiera jakin baterako, C-tasa bateria kargatzen den eta zein kargutan adierazten den neurria da deskargatu bere definitutako gaitasuna lortzeko. 

1C (edo C / 1) karga batek 1000 A-tan 1000 A-tan puntuatutako bateria kargatzen du, beraz, ordu amaieran bateriak 1000 Ah-ko ahalmena lortzen du; 1C (edo C / 1) deskargak bateria erritmo berean xukatzen du.
0,5C edo (C / 2) karga batek 500 A-tan puntuatuta dagoen bateria kargatzen du, beraz, bi ordu behar dira bateria kargatzeko 1000 Ah-ko ahalmenean;
2C-ko karga batek, 2000 A-tan, 1000 A-ko puntuazioa duen bateria kargatzen du, beraz, teorian 30 minutu behar da bateria kargatzeko 1000 Ah-ko ahalmenean;
Ah puntuazioa baterian markatzen da normalean.
Azken adibidea, 3000 Ah-ko C10 (edo C / 10) potentzia duen berun azido bateria kargatu edo deskargatu beharko litzateke 10 ordutan, uneko karga edo deskarga 300 A-rekin.

Zergatik da garrantzitsua bateriaren C-tasa edo C-rating ezagutzea

C-tasa bateriarentzako datu garrantzitsua da, gordetako edo eskuragarri dagoen energia gehieneko karga edo deskarga korrontearen abiaduraren araberakoa baita. Oro har, energia jakin batetan energia gutxiago izango duzu 20 ordutan deskargatzen baduzu baino ordu batean deskargatzen baduzu, alderantziz, bateria batean energia gutxiago edukiko duzu 100 A-ko karga duen 1 h-tan. 10 A 10 h zehar.

Bateriaren sistemaren irteeran erabilgarri dagoen korrontea kalkulatzeko formula

Nola kalkulatu bateriaren irteera-korrontea, potentzia eta energia C-tasaren arabera?
Formula sinpleena hau da:

I = Cr * Er
edo
Cr = I / Er
Non
Er = Ah gordetako energia kalkulatua (fabrikatzaileak emandako bateriaren ahalmena)
I = karga edo alta Amperesen (A)
Cr = B bateriaren C-tasa
Kargaren edo kargatzeko edo deskargatzeko denbora "t" lortzeko ekuazioa, uneko eta gaitutako gaitasunaren arabera, hau da:
t = Er / I
t = denbora, kargaren edo altaren iraupena (exekuzioa) orduetan
Cr eta t-ren arteko erlazioa:
Cr = 1 / t
t = 1 / Cr

Litio-ioizko bateriek nola funtzionatzen duten

Litio-ioizko bateriak oso ezagunak dira egun. Ordenagailu eramangarrietan, PDAetan, sakelako telefonoetan eta iPodetan aurkitu ditzakezu. Hain dira ohikoak, izan ere, kilo kilo, eskuragarri dauden bateria kargagarriak dira.

Litio-ioi bateriak ere egon dira azkenaldian. Izan ere, bateria horiek noizean behin sugarretan lehertzeko gaitasuna dute. Ez da oso ohikoa - milioi bakoitzeko bi edo hiru bateriak bakarrik dute arazo bat, baina gertatzen denean muturrekoa da. Zenbait egoeretan, porrot-tasa igo egin daiteke eta hori gertatzen denean, mundu osoko bateriaren oroitzapenarekin milioika dolar kostatu daitezke.

Galdera da, beraz, zerk egiten ditu bateria horiek hain energetikoak eta hain ezagunak? Nola lehertu dira? Ba al dago arazoren bat saihesteko edo zure bateriek gehiago iraun dezaten? Artikulu honetan galdera hauei eta gehiago erantzungo diegu.

Litio-ioi bateriak ezagunak dira lehian dauden teknologien abantaila garrantzitsuak dituztelako:

• Oro har, tamaina bereko beste bateria kargagarriak baino askoz ere arinagoak dira. Litio-ioizko bateria baten elektrodoak litio eta karbono arinez eginda daude. Litioa ere erreaktibo handiko elementua da, hau da, energia asko gorde daiteke bere lotura atomikoetan. Horrek energia-dentsitate oso altu bihurtzen du litio-ioi baterientzako. Hemen duzu energia-dentsitatearen inguruko ikuspegia lortzeko modua. Litio-ioizko bateria arrunt batek 150 watt orduko elektrizitatea gorde dezake 1 kilo baterian. NiMH (nikel-metalezko hidruroa) bateria paketeak 100 watt ordu gorde ditzake kilogramoko, baina 60 eta 70 watt ordu ohikoagoak izan daitezke. Berun-azido bateriak 25 watt ordu bakarrik gorde ditzake kilogramoko. Berun-azido teknologia erabiliz, 6 kilogramo behar dira 1 kilo litio-ioi bateriak sor dezakeen energia kopuru bera gordetzeko. Hori izugarrizko aldea da
• Haien kargu dira. Litio-ioizko bateria-pakete batek hileroko kargaren% 5 inguru galtzen du, hilean 20 ehuneko galera NiMH baterien aldean.
• Memoria eraginik ez dute eta horrek esan nahi du ez duzula berriro deskargatu behar, bateria-farmazia batzuekin gertatzen den bezala.
• Litio-ioi bateriek ehunka karga / deskarga ziklo kudeatu ditzakete.

Ez da esan nahi litio ioi bateriak akatsik ez duenik. Desabantaila batzuk ere badituzte:

• Fabrikatik irten bezain laster degradatzen hasten dira. Bi edo hiru urte baino ez dituzte iraungo fabrikatzen denetik aurrera erabiltzen dituzun ala ez.
• Tenperatura altuak oso sentikorrak dira. Beroak litio ioi bateria paketeek normalean baino askoz azkarrago degradatzen dute.
• Litio ioi bateria erabat deskargatzen baduzu, hondatu egiten da.
• Litio-ioizko bateri bateriak bateria kudeatzeko taulako ordenagailu bat izan behar du. Horrek dagoeneko baino garestiagoak dira.
• Aukera txikia da, litio ioi bateria paketek huts egiten badute, sugarra lehertuko dela.

Ezaugarri horietako asko litio ioiko zelula baten barruan dagoen kimika aztertuta uler daitezke. Hurrengo honetan aztertuko dugu.

Litio-ioizko bateria paketeak forma eta tamaina guztietakoak dira, baina denak berdinak dira barrutik. Ordenagailu eramangarriko bateria-papera kenduko bazenu (EZ gomendatzen dugun zerbait, bateria laburtu eta sutea pizteagatik) honako hau aurkituko zenuke:

• Litio-ioizko zelulak bateria zilindrikoak izan daitezke, AA zelulen ia berdinak direnak edo prismatikoak izan daitezke; hau da, karratua edo laukizuzena da. Ordenagailua hau da:
• Bateriaren tenperatura kontrolatzeko tenperatura sentsore bat edo gehiago
• Tentsio bihurgailu eta erregulatzaile zirkuitua tentsio eta korronte maila seguruak mantentzeko
• Blokeatutako koaderno konektore bat, bateria paketetik ateratzeko eta informazioa ateratzeko aukera ematen duena
• Tentsio-txorrota, bateria-unitateko gelaxka indibidualen potentzia kontrolatzen duena
• Bateriaren kargaren egoeraren monitorea, kargatze prozesu osoa kudeatzen duen ordenagailu txikia da, bateriak ahalik eta azkarren eta ahalik eta azkar kargatu daitezen.

Bateria-paketea kargatzen edo erabiltzerakoan beroegi badoa, ordenagailuak potentzia-fluxua itzaliko du gauzak hozten saiatzeko. Ordenagailu eramangarria oso bero kotxean uzten baduzu eta ordenagailu eramangarria erabiltzen saiatzen bazara, ordenagailu honek pizten zaitu gauzak okertu arte. Zelulak erabat deskargatzen badira, bateria papera itzaliko da, zelulak hondatu direlako. Karga / deskarga zikloen jarraipena ere egin dezake eta informazioa bidali, ordenagailu eramangarriaren bateria neurgailuak baterian zenbat karga geratzen den esan diezazuke.

Nahiko sofistikatua den ordenagailu txiki bat da, eta bateriak boterea ateratzen du. Potentzia zozketa hau arrazoi bat da litio ioi bateriek hilero beren potentziaren% 5 galtzen dutenean.

Litio-ioizko zelulak

Bateria gehienetan gertatzen den bezala, metalez egindako kanpoko zorroa duzu. Metala erabiltzea bereziki garrantzitsua da hemen, bateria presionatuta dagoelako. Metalezko maleta honek nolabaiteko presioarekiko sarrerako zuloa du. Bateriak sekulako bero egiten badu presio gehiegizko leherketak arriskuan jartzen badu, aireztapen honek presio gehigarria askatuko du. Bateria seguru asko ez da alferrikakoa izango, hortaz, saihestu beharreko zerbait da. Aireztapena segurtasun neurri gisa dago erabat. Hala ere, tenperatura positiboaren koefizientea (PTC) etengailua da, ustez bateria gehiegi berotzen ez den gailua.

Metalezko maleta honek hiru orri mehez osatutako espiral luze bat dauka:

• Elektrodo positiboa
• Elektrodo negatiboa
• Bereizle bat

Kasuaren barnean xafla hauek elektrolitoa bezala jarduten duen disolbatzaile organiko batean murgilduta daude. Etereoa disolbatzaile arrunt bat da.

Bereizgarria plastiko mikro perforatu baten oso xafla mehea da. Izenak dioen bezala, elektrodo positiboak eta negatiboak bereizten ditu, ioiak igarotzen uzten duten bitartean.

Elektrodo positiboa Litio kobalto oxidoz edo LiCoO2-rekin eginda dago. Elektrodo negatiboa karbonoz eginda dago. Bateria kargatzen denean, litio ioiak elektrolitoaren bidez elektrodo positibotik elektrodo negatibora pasatzen dira eta karbonoari atxikitzen zaizkio. Deskargatzen den bitartean, litio ioiak karbonoaren LiCoO2ra itzultzen dira.

Litio ioien higidura nahiko tentsio altuan gertatzen da, beraz, zelula bakoitzak 3,7 volt ekoizten ditu. Hau supermerkatuan erosten duzun AA alkalino gelaxka arruntaren 1,5 volt baino askoz ere handiagoa da eta litio-ioi bateriak trinkoagoak egiten ditu telefono mugikorrak bezalako gailu txikietan. Ikusi nola funtzionatzen duten bateriak bateria-kimika desberdinen inguruko xehetasunak.

Litio ioizko bateria baten bizitza nola luzatu aztertuko dugu eta hurrengoan zergatik lehertu daitezkeen aztertuko dugu.

Litio-ioizko Bateriaren Bizitza eta Heriotza

Litio-ioi bateria paketeak garestiak dira, beraz, zurea iraun dezan nahi baduzu, hona hemen kontuan hartu beharreko zenbait gauza:

• Litio ioien kimikak nahiago du deskarga partziala deskarga sakona baino, eta, beraz, komeni da bateria zero batera eramatea saihestea. Litio-ioien kimikak "memoriarik" ez duenez, ez duzu bateriaren kalteak deskargatu partzialarekin. Litio-ioizko zelula baten tentsioa maila jakin baten azpitik jaisten bada, hondatu egiten da.
• Litio-ioizko baterien adina. Bizpahiru urte baino ez dituzte irauten, nahiz eta erabili gabeko apal batean eserita egon. Beraz, ez ezazu "saihestu" bateria bateriak bost urte iraungo duela pentsatzearekin. Ez da egingo. Gainera, bateria berri bat erosten ari bazara, benetan berria dela ziurtatu nahi duzu. Urtebete daramazu dendako apal batean eseri bada, ez da oso luzaro iraungo. Fabrikazio datak garrantzitsuak dira.
• Saihestu beroa, eta horrek pilak degradatzen ditu.

Bateriak lehertzen

Orain litio ioi bateriak denbora gehiagoz mantentzen dakigula, ikus dezakegu zergatik lehertu daitezkeen.

Bateria elektrolitoa pizteko nahikoa beroa izanez gero, sutea lortuko duzu. Webgunean bideoklipak eta argazkiak agertzen dira sute horiek nola larriak izan daitezkeen erakusten dutenak. CBC artikuluak, "Uda lehertzeko ordenagailu eramangarria", gertakari horietako batzuk biribiltzen ditu.

Horrelako sutea gertatzen denean, normalean bateriaren barruko laburpena izaten da. Gogora ezazu aurreko atalean litio ioi zelulek elektrodo positiboak eta negatiboak bereizten dituzten xafla bereizgailua dutela. Xafla hori zulatu eta elektrodoak ukitzen badira, bateria oso azkar berotzen da. Baliteke bateria batek izandako bero mota hori 9 voltiko bateria normal bat poltsikoan jarri baduzu. Txanpon bat bi terminaletan laburtuz gero, bateria nahiko berotu egiten da.

Banatzailearen porrot batean, motz hori bera gertatzen da litio ioizko bateriaren barruan. Litio-ioi bateriak oso energetikoak direnez, oso beroak izaten dira. Beroak elektrolito gisa erabiltzen den disolbatzaile organikoa aireztatzen du bateriak eta beroak (edo gertuko txinpartak) piztu dezake. Zelularen baten barruan gertatzen denean, suaren beroa beste zeluletara erortzen da eta pakete osoa sugarretan igotzen da.

Garrantzitsua da kontutan hartzea suteak oso bakanak direla. Oraindik ere, sute pare bat eta komunikabide apur bat baino ez ditu behar estaldura gogorarazteko.

Litio teknologia desberdinak

Lehenik eta behin, garrantzitsua da "Litio ioizko" pila mota asko daudela. Definizio honetan adierazi beharreko puntuak "baterien familia" aipatzen du.
Zenbait bateria "Ion litio" daude familia barruan, material desberdinak erabiltzen dituzte beren katodo eta anodoetarako. Ondorioz, ezaugarri oso desberdinak erakusten dituzte eta, beraz, aplikazio desberdinetarako egokiak dira.

Lithium Iron Phosphate (LiFePO4)

Lithium Iron Phosphate (LiFePO4) Australiako litio teknologia ezaguna da, aplikazio ugarientzako erabilpen eta egokitasunengatik.
Prezio baxuaren, segurtasun altuaren eta energia espezifiko onaren ezaugarriek aukera sendoa bihurtzen dute aplikazio askotan.
3,2 V / zelulako LiFePO4 zelulen tentsioak ere aukera ematen du litio teknologia aukeratzen duen berun azido zigilatua ordezkatzeko funtsezko aplikazio batzuetan.

LiPO Bateria

Eskuragarri dauden litio aukera guztien artean, zenbait arrazoi daude SLA ordezkatzeko litio teknologia aproposa izateko. Arrazoi nagusiak bere SLA dauden aplikazio nagusiak aztertzerakoan bere ezaugarrien mesederako dira. Hauek dira:

• SLAren antzeko tentsioa (3,2 V gelaxka x 4 = 12,8 V), SLA ordezkatzeko aproposak bihurtuz.
• Litioaren teknologien forma seguruena.
• Ingurumenarekiko errespetua: fosfatoa ez da arriskutsua eta, beraz, ingurugiroarekiko errespetatzen da eta ez da osasunerako arriskua.
• Tenperatura zabalak.

Ezaugarriak eta onurak LiFePO4 SLArekin alderatuta

Jarraian, funtsezko ezaugarriak Lithium Iron Phosphate bateria da, SLAren abantaila garrantzitsuak eskaintzen dituzten aplikazio sorta batean. Hau ez da zerrenda osoa bide guztietan, baina elementu garrantzitsuak estaltzen ditu. 100AH AGM bateria SLA aukeratu da, ziklo sakonerako aplikazioetan gehien erabiltzen den neurrietako bat baita. 100AH AGM hau 100AH LiFePO4 batekin konparatu da, antzeko bat ahalik eta gertuen konparatzeko.

Feature - Pisua:

konparazioa

• LifePO4 SLAren pisuaren erdia baino gutxiago da
• AGM Ziklo sakona - 27,5Kg
• LiFePO4 - 12,2Kg

Abantailak

• Erregai-efizientzia handitzen du
  • Karabana eta itsasontzien aplikazioetan, dorreen pisua murriztu egiten da.
• Abiadura handitzen du
  • Itsasontzien aplikazioetan uraren abiadura handitu daiteke
• Pisua orokorrean murriztea
• Lanaldi luzeagoa

Pisuak aplikazio ugarien eragina du, batez ere parte hartzen duten dorreak edo abiadurak, hala nola karabanak eta itsasontziak. Beste aplikazio batzuk argiztapen eramangarriak eta kameraren aplikazioak, bateriak eraman behar direnean.

Ezaugarria - Bizitza Ziklo Handia:

konparazioa

• Zikloaren bizitza 6 aldiz gehienez
• Ziklo sakona AGM - 300 ziklo @% 100 DoD
• LiFePO4 - 2000 ziklo @% 100 DoD

Abantailak

• Jabetza kostu txikiagoa txikiagoa (kWh bakoitzeko kostua bateriaren bizitza osoan askoz txikiagoa LiFePO4-rako)
• Ordezko kostuen murrizketa - AGMa 6 aldiz ordezkatu behar da LiFePO4 ordezkatu aurretik

Bizitza ziklo handiagoak esan nahi du LiFePO4 bateria baten aurrez aurreko kostua bateriaren bizitza gehiagorako baino gehiago dela. Egunero erabiltzen bada, AGM bat ordezkatu beharko da gutxi gorabehera. LiFePO4-k 6 aldiz ordezkatu behar ditu

Feature - Deskarga kurba laua:

konparazioa

• 0,2C-ko (20A) isurketetan
• AGM - ondoren 12V azpitik jaisten da
• 1,5 orduko iraupena
• LiFePO4 - 12V azpitik jaisten da gutxi gorabehera 4 orduren buruan

Abantailak

• Bateriaren ahalmenaren erabilera eraginkorragoa
• Potentzia = Tentsioak x anplifikadoreak
• Tentsioa erortzen hasten denean, bateriak anplifikadore altuagoak eman beharko ditu energia kopuru bera emateko.
• Tentsio altuagoa elektronikarako hobea da
• Ekipamenduetarako denbora luzeagoa
• Edukiera erabateko erabilera, nahiz eta alta-tasa altuan
• AGM @ 1C alta =% 50 edukiera
• LiFePO4 @ 1C alta =% 100 edukiera

Ezaugarri hau gutxi ezagutzen da baina abantaila handia da eta hainbat abantaila ematen ditu. LiFePO4 deskarga-kurba laua erabilita, terminalaren tentsioak 12V-tik gorako edukiera du% 85-90% edukiera lortzeko. Hori dela eta, anplifikadore gutxiago behar dira potentzia bera (P = VxA) hornitzeko eta, beraz, gaitasunaren erabilera eraginkorragoak denbora luzeagoa izatera eramaten du. Erabiltzaileak ere ez du gailuaren moteltzeaz ohartuko (golf saskia adibidez).

Honekin batera, Peukert-en legearen efektua litioarekin askoz ere nabarmenagoa da AGM-ekin baino. Horrenbestez, bateriaren kapazitatearen portzentaje handi bat eskuragarri egotea lortzen da, edozein dela ere. 1C-tan (edo 100A bateria 100AH bateriarako), LiFePO4 aukerak oraindik 100AH emango dizu AGM-rako 50AH bakarrik.

Feature - Gaitasunaren erabilera areagotzea:

konparazioa

• AGMk DoD = 50% gomendatu du
• LiFePO4 gomendatutako DoD =% 80
• AGM Ziklo sakona - 100AH x% 50 = 50Ah erabil daiteke
• LiFePO4 - 100Ah x% 80 = 80Ah
• Aldea = 30Ah edo% 60 gehiago edukieraren erabilera

Abantailak

• Ordezko denbora gehiago edo bateria handiagoa ordezkatzeko

Erabilgarri dagoen gaitasunaren erabileraren arabera, erabiltzaileak LiFePO4-en gaitasun aukera berritik% 60 denbora gehiago lortu dezake edo, bestela, gaitasun txikiagoko LiFePO4 bateria aukeratu.

Feature - Karga eraginkortasun handiagoa:

konparazioa

• AGM - Karga osoak gutxi gorabehera hartzen du. 8 ordu
• LiFePO4 - Karga osoa 2 ordu bezain txikia izan daiteke

Abantailak

• Bateria kargatu eta berriro azkarrago erabiltzeko prest dago

Beste abantaila handia aplikazio askotan. Beste faktore batzuen barne-erresistentzia txikiagoa dela eta, LiFePO4-k karga AGMek baino tasa handiagoetan onar dezake. Horri esker, askoz ere azkarrago erabiltzeko prest egon daitezke eta kobratu ahal izango dira, eta abantaila asko ekarriko ditu.

Feature - Autoskargu tasa baxua:

konparazioa

• AGM - 4 hilabetetan% 80% SOC deskargatzea
• LiFePO4 -% 80raino deskargatu 8 hilabeteren ondoren

Abantailak

• Epe luzerako biltegian gorde daiteke

Ezaugarri hau aisialdirako ibilgailuentzako urtebete pare batez bakarrik erabili ahal izango da urte osorako biltegian sartu baino lehen, hala nola karabanak, itsasontziak, motoak eta Jet Skiak, etab. Honekin batera, LiFePO4 ez da zehazten eta, beraz, denbora luzez egon ondoren, bateria etengabe kaltetuta egongo da. LiFePO4 bateria batek ez du kalteik jasan beharrik kargatutako egoeran.

Beraz, zure aplikazioek aurreko ezaugarrietakoren bat justifikatzen badute, ziur zure dirua LiFePO4 baterian gastatutako aparteko balioa lortuko duzula. Jarraipen artikulua datozen asteetan izango da, LiFePO4 eta Lithium kimikako segurtasun alderdiak bilduko dituena.