Ien fan de meast wichtige prestaasjes skaaimerken fanenerzjy opslach batterijenis harren ûntslach prestaasje. Om it ûntlaadgedrach fan 'e batterij ûnder ferskate omstannichheden te karakterisearjen, is it nedich om de ûntladingskromme fan' e batterij te mjitten, wat normaal in kromme is dy't de feroaring fan 'e ûntladingsspanning oer de tiid sjen lit. Ferskillende ûntladingsbetingsten wurde karakterisearre troch ûntladingsstrategyen, en ferskate ûntladingsstrategyen sille resultearje yn ferskate ûntladingskurven. Ontladingsstrategyen omfetsje typysk ûntladingsmetoade, ûntlaadstroom, beëinigingsspanning en omjouwingstemperatuer.
Discharge metoade
D'r binne trije manieren wêrop in batterij kin ûntlaad wurde: konstante stroomûntlading, konstante fersetûntlading, en konstante krêftûntlading. Typyske ûntladingskurven wurde werjûn yn figuer 1-5, dy't de feroaringen yllustrearret yn ûntlaadstroom, spanning en macht oer ûntladingstiid ûnder dizze trije ûntladingsmodi.
Tidens konstante-resistance-ûntlading sakje de wurkspanning en ûntlaadstroom fan 'e batterij stadichoan oer de tiid. Lykas, ûnder konstante -streamûntlading, nimt de wurkspanning ek ôf as it ûntladingsproses trochgiet. Dizze fermindering fan wurkspanning mei langere ûntladingstiid komt troch de tanimming fan 'e ynterne wjerstân fan' e batterij. Fierder, mei it tanimmend gebrûk fan batterijkrêft yn elektryske ark, elektryske auto's en oare tapassingen, wurdt konstante -krêftútlading mear foarkommen. Tidens konstante-krêftûntlading nimt de batterijspanning kontinu ôf, wylst de ûntlaadstroom kontinu tanimt as de ûntlading foarútgiet.
Discharge stroom
Tidens batterij operaasje wurdt de stroom dy't it útfiert de ûntlaadstroom neamd. De ûntlaadstroom wurdt ek ornaris oantsjutten as de ûntladingsrate, en wurdt faak útdrukt mei it oere taryf (ek bekend as it oere taryf) en de multiplier.
De ûntladingsrate ferwiist nei de snelheid wêrmei't in batterij ûntslacht, mjitten yn ûntlaadtiid. Spesifyk is it de tiid dy't nedich is om de kapasiteit fan 'e batterij folslein frij te meitsjen mei in spesifike ûntlaadstroom, meastentiids útdrukt yn oeren (h). Bygelyks, foar in batterij mei in nominearre kapasiteit fan 10 amp-oeren (A·h), as it wurdt ûntladen mei in stroom fan 2A, is de oerienkommende ûntlaadsnelheid 5 oeren (10A·h/2A=5h), wat betsjut dat de batterij mei in 5-oere taryf ûntlaadt.
Discharge rate ferwiist nei de hjoeddeiske wearde, útdrukt as in mearfâldichheid fan de batterij syn rated kapasiteit, as de batterij syn folsleine kapasiteit wurdt folslein frijlitten binnen in spesifike tiid. Bygelyks, 2C-ûntlading betsjut dat de ûntlaadstroom twa kear de nominale kapasiteit fan 'e batterij is, meastentiids fertsjintwurdige troch 2C (wêr't C de nominale kapasiteit fan 'e batterij stiet). Foar in batterij mei in nominearre kapasiteit fan 10A·h, 2C-ûntlading (d'r is hjir in diminsjoneel probleem, dat wol sizze, de ienheden fan kapasiteit en stroom binne net itselde, mar dit is in gewoan gebrûk, dus it sil net feroare wurde) betsjut dat de ûntlaadstroom 2 x 10=20 (A), oerienkomt mei in ûntladingsrate fan 0.5h. Ferskillende soarten en ûntwerpen fan batterijen hawwe ferskillende oanpassingsfermogen foar ûntladingsomstannichheden: guon binne mear geskikt foar lege-streamûntlading, wylst oaren better prestearje by hege streamingen. Algemien wurde ûntladingsraten minder as of gelyk oan 0.5C neamd lege tariven; dy tusken 0,5C en 3,5C wurde neamd medium tariven; dy tusken 3.5C en 7C wurde neamd hege tariven; en dyjingen dy't boppe 7C wurde neamd ultra-hege tariven.
Termination voltage
Tidens batterij discharge, de inisjele spanning wearde wurdt definiearre as de begjinnende bestjoeringssysteem spanning; as de spanning sakket ta in drompel dêr't fierdere ûntlading net mear geskikt is, wurdt dit spanningspunt de ôfslutspanning neamd. De spesifike wearde fan dizze beëinigingsspanning wurdt normaal ynsteld troch de tester basearre op werklike testeasken en ferline ûnderfining.
De ynstelde beëinigingsspanning ferskilt ôfhinklik fan 'e ferskillende ûntladingsbetingsten en har ynfloed op batterijkapasiteit en libbensdoer. Legere beëinigingsspanningen wurde typysk brûkt yn omjouwings mei lege-temperatuer of ûnder hege-streamûntladingsbetingsten, wylst hegere beëinigingsspanningen gewoanlik ynsteld wurde ûnder lege-streamûntladingsomstannichheden. Dit komt om't polarisaasje tusken de batterijelektroden signifikant tanimme by lege-temperatuer of hege-streamûntlading, wat resulteart yn ûnfolslein gebrûk fan aktive materialen en in flugger spanningsfal. Dêrom helpt it passend ferleegjen fan de beëinigingsspanning mear enerzjy frij te meitsjen. Oarsom, by it brûken fan lege-streaming, wurde de aktive komponinten yn 'e batterij folsleiner brûkt. Yn dit gefal kin it fergrutsjen fan de beëinigingsspanning om djippe ûntlading te beheinen de totale batterijlibben effektyf ferlingje.
Ambient temperatuer
Lykas werjûn yn figuer 1-6, ambient temperatuer hat in wichtige ynfloed op de ôflossing kromme. By hegere temperatueren fertoant de ûntslachkromme in relatyf sêfte trend; lykwols, as de temperatuer nimt ôf, dizze feroaring wurdt hieltyd mear drastyske. De fûnemintele reden is dat by lege temperatueren de migraasjesnelheid fan ioanen ôfnimt, wat liedt ta in tanimming fan ohmic ynterne wjerstân. Yn ekstreme gefallen, as de temperatuer te leech is, kin de elektrolyt befrieze, sadat it normale ûntladingsproses fan 'e batterij hinderet. Fierder, by legere temperatueren, elektrogemyske polarisaasje en konsintraasje polarisaasje wurde navenant fersterke, fierder versnellen fan it ferfal taryf fan de ûntlading kromme.
Ofbylding 1-6 Untladingskurven fan lead-sûre batterijen by ferskate omjouwingstemperatueren
Kapasiteit en spesifike kapasiteit
Batterijkapasiteit ferwiist nei de hoemannichte elektrisiteit dy't kin wurde krigen fan in batterij ûnder bepaalde ûntladingsomstannichheden. De ienheid wurdt meastentiids útdrukt as ampère-oere (Ah). Ofhinklik fan 'e eigentlike situaasje kin batterijkapasiteit fierder wurde ferdield yn teoretyske kapasiteit, werklike kapasiteit en rated kapasiteit.
Teoretyske kapasiteit (Co) ferwiist nei de hoemannichte elektrisiteit dat kin wurde levere ûnder ideale omstannichheden as it aktive materiaal folslein meidocht oan 'e elektrogemyske reaksje fan' e batterij. Dizze wearde wurdt berekkene op basis fan 'e massa fan it aktive materiaal, neffens Faraday's wet. De wet fan Faraday stelt dat der in direkte evenredige relaasje is tusken de massa fan it materiaal dat dielnimme oan de reaksje by de elektrode en de hoemannichte lading dy't it oerdraacht; doe't 1 mol fan aktyf materiaal meidocht oan de elektrogemyske proses fan de batterij, it kin loslitte in lading lykweardich oan 26,8 Ah · of 1 farad (F). Dêrom bestiet de folgjende berekkeningsformule:
Yn 'e formule is m de massa fan 'e aktive stof as it folslein reagearret; n is it oantal elektroanen wûn of ferlern by de streamreaksje; en M is de molêre massa fan 'e aktive stof.
Yn 'e formule wurdt K it elektrogemyske ekwivalint fan' e aktive stof neamd.
Lykas werjûn yn fergeliking (1.5), is de teoretyske kapasiteit fan in elektrode besibbe oan de massa fan it aktive materiaal en it elektrogemyske ekwivalint. Mei deselde massa fan aktyf materiaal, hoe lytser it elektrogemyske ekwivalint, hoe grutter de teoretyske kapasiteit. De elektrogemyske ekwivalinten fan guon elektrodesmaterialen wurde werjûn yn Tabel 1-3.
Tabel 1-3 Electrochemical ekwivalinten fan guon elektrodes Materials
| Negatyf elektrodes Materiaal | Tichtheid (g/cm³) | Spesifike kapasiteit (mA·h/g) | Posityf elektrodes materiaal | Tichtheid (g/cm³) | Spesifike kapasiteit (mA·h/g) |
|---|---|---|---|---|---|
| H₂ | - | 0.037 | O₂ | - | 0.30 |
| Li | 0.534 | 0.259 | SOCl₂ | 1.63 | 2.22 |
| Mg | 0.74 | 0.454 | Lyn | 7.4 | 2.31 |
| Al | 2.699 | 0.335 | SO₂ | 1.37 | 2.38 |
| Fe | 7.85 | 1.04 | MnO₂ | 5.0 | 3.24 |
| Zn | 7.1 | 1.22 | NiOOH | 7.4 | 3.42 |
| Cd | 8.65 | 2.10 | Ag₂O | 7.1 | 4.33 |
| (Li)Cl₂ | 2.25 | 2.68 | PbO₂ | 9.3 | 4.45 |
| Pb | 11.34 | 3.87 | I₂ | 4.94 | 4.73 |
Dêrnjonken wurde de begripen fan werklike kapasiteit en nominearre kapasiteit faak brûkt. Werklike kapasiteit ferwiist nei it totale bedrach fan elektrisiteit dat in batterij kin leverje ûnder spesifike ûntladingsbetingsten. Eigentlike kapasiteit wurdt net allinich beheind troch de teoretyske maksimale wearde, mar ek troch de spesifike ûntladingsbetingsten.
Rated kapasiteit, oan 'e oare kant, is in standert set foar de batterij tidens it ûntwerp en produksjeproses; dat is de minimale útfierkapasiteit dy't de batterij moat berikke ûnder oantsjutte ûntladingsbetingsten, ek bekend as nominale kapasiteit.
By it fergelykjen fan ferskate soarten batterijen binnen deselde searje, wurdt spesifike kapasiteit typysk brûkt foar evaluaasje. Spesifyk ferwiist spesifike kapasiteit nei de hoemannichte elektrisiteit in batterij kin leverje per ienheid massa of folume, dat wol sizze, massa spesifike kapasiteit (Ah / kg) en volumetryske spesifike kapasiteit (Ah / L). It is wichtich om te notearjen dat by it berekkenjen fan 'e massa en folume fan in batterij, neist it beskôgjen fan' e elektrodematerialen en elektrolyt, ek oare komponinten fan 'e batterij moatte wurde rekken holden, lykas de behuizing, separator, en relatearre conductive komponinten. Benammen foar opslachbatterijen en brânstofsellen omfetsje de totale massa en folume ek alle nedige helpapparatuer, lykas tanks foar it opslaan fan floeistoffen, aktivearringsapparaten (foar opslachbatterijen), of aktive materiaal opslach- en oanfiersystemen, kontrôlesystemen, ferwaarmingsienheden, ensfh. (foar brânstofsellen).
Troch it konsept fan spesifike kapasiteit yn te fieren, kinne wy de prestaasjes fan batterijen fan ferskate soarten en maten fergelykje. Batterij kapasiteit is ferdield yn teoretyske kapasiteit en eigentlike kapasiteit; navenant, spesifike kapasiteit hat ek teoretyske en eigentlike aspekten.
Enerzjy en spesifike enerzjy
Batterij-enerzjy ferwiist nei de totale elektryske enerzjyútfier troch de batterij by it útfieren fan wurk ûnder spesifike ûntladingsbetingsten, algemien útdrukt yn watt-oeren (W·h). Batterij enerzjy hat ek in teoretyske enerzjy en in werklike enerzjy.
Oannommen dat de batterij bliuwt yn lykwicht by ûntlading en syn ûntlaad spanning is konstant lyk oan syn electromotive krêft, en ek oannommen dat alle aktive materialen dielnimme oan de gemyske reaksje, dan de enerzjy levere troch de batterij moat wêze gelyk oan syn teoretyske maksimum enerzjy Wo.
De teoretyske enerzjy fan in batterij is it maksimum net-folume wurk dat dien wurdt troch de batterij ûnder konstante temperatuer, konstante druk en omkearbere ûntladingsomstannichheden.
Werklike enerzjy (W) ferwiist nei de enerzjy dy't feitlik wurdt levere troch in batterij ûnder bepaalde ûntladingsbetingsten. It wurdt numerike ôflaat troch it fermannichfâldigjen fan de eigentlike kapasiteit mei de gemiddelde wurkspanning. Om't de aktive materialen yn 'e batterij net folslein kinne wurde brûkt, en har wurkspanning normaal leger is dan de teoretyske elektromotoryske krêft, is de werklike enerzjy altyd minder dan teoretyske enerzjy.
Spesifike enerzjy ferwiist nei de enerzjy frijjûn troch in batterij per ienheid massa of ienheid folume. De enerzjyútfier per ienheid massa fan de batterij wurdt definiearre as massa spesifike enerzjy, typysk mjitten yn watt - oeren per kilogram (Wh/kg). De enerzjyútfier per ienheid folume fan batterij wurdt definiearre as volumetryske spesifike enerzjy, typysk útdrukt yn watt - oeren per liter (Wh/L). Fierder kin it konsept fan spesifike enerzjy fierder ûnderferdield wurde yn teoretyske (W) en werklike (W), wêrby't teoretyske massa-spesifike enerzjy kin wurde berekkene mei help fan fergeliking (1.9):
Yn 'e formule is K+ it elektrogemyske ekwivalint fan it positive elektrodemateriaal; K - is it elektrogemyske ekwivalint fan it negative elektrodemateriaal; en E is de batterij elektromotoryske krêft.
Macht en spesifike krêft
Batterij macht ferwiist nei de enerzjy útfier fan in batterij per ienheid tiid ûnder spesifike ûntlading omstannichheden, en syn ienheid fan mjitting is watt (W) of kilowatt (kW). As dizze útfierkrêft wurdt beskôge yn relaasje ta de massa of folume fan 'e batterij, wurdt it konsept fan spesifike krêft krigen. Spesifyk, massa spesifike macht mjit hoefolle watt macht in ienheid massa fan batterij kin foarsjen, en syn ienheid is W / kg; wylst volumetryske spesifike macht wjerspegelet de macht opwekt troch in ienheid folume fan batterij, en syn oerienkommende ienheid is W / L.
Krêft en spesifike krêft jouwe de ûntladingsrate fan in batterij oan. In hegere batterijmacht betsjut dat de batterij kin ûntlaad wurde mei hege aktuele of hege tariven. Bygelyks, in sink-sulveren batterij kin in spesifyk fermogen fan mear dan 100 W/kg berikke by it ûntladen by in medium aktuele tichtens, wat oanjout op lege ynterne wjerstân en goede prestaasje mei hege-rate ûntlading. Yn tsjinstelling, in sink -mangaan droege sel batterij kin allinnich berikke in spesifyk fermogen fan 10 W/kg by it operearjen by in lege hjoeddeiske tichtheid, wat oanjout hege ynterne wjerstân en minne hege -rate ûntlading prestaasjes. Krekt as batterijenerzjy hat macht ek teoretyske krêft en eigentlike krêft.
De teoretyske krêft fan in batterij kin wurde útdrukt as:
Yn de formule is t tiid; Co is de teoretyske kapasiteit fan 'e batterij; en ik is de hjoeddeiske.
De eigentlike krêft fan 'e batterij moat wêze:
Yn de formule, I2R stiet foar de krêft konsumearre troch de ynterne wjerstân fan 'e batterij. Dizze krêft is nutteloos foar de tapaste lading; it wurdt yn essinsje omset yn waarmte-enerzjy en frijlitten as waarmte.
Cycle libben
Foar batterijen, sykluslibben, as gebrûkssyklus, is ien fan 'e wichtichste yndikatoaren foar it evaluearjen fan batterijprestaasjes. Elke folsleine lading-ûntladingssyklus wurdt beskôge as in tiidperioade foar in batterij.
Under spesifike lading-ûntladingsbetingsten wurdt it oantal syklusen dy't in batterij ferneare kin foardat de kapasiteit sakket nei in bepaalde spesifisearre wearde, definiearre as syn sykluslibben of gebrûkssyklus. Hoe langer it fytslibben is, hoe better de syklusprestaasjes fan 'e batterij. Ferskillende soarten batterijen eksposearje ferskate fytslibben; bygelyks nikkel-kadmiumbatterijen kinne tûzenen syklusen berikke, wylst sink-sulveren batterijen relatyf minder syklusen hawwe, guon sels minder as hûndert. It is de muoite wurdich opskriuwen dat sels batterijen fan itselde type kinne hawwe ferskillende syklus libben fanwege ferskillen yn har ynterne struktuer.
De sykluslibben fan in batterij wurdt beynfloede troch in ferskaat oan faktoaren. Njonken goed gebrûk en ûnderhâld jilde ek de folgjende kaaiaspekten: ① Tidens ladings-ûntladingssyklusen nimt it oerflak fan it aktive materiaal stadichoan ôf, wat liedt ta in tanimming fan wurkstreamdichtheid en fersterke polarisaasje; ② Aktive komponinten op 'e elektroden kinne losmeitsje of oerdrage; ③ Under batterij operaasje kinne guon elektrodes materialen wurde corroded; ④ Dendriten foarme op 'e elektroden tidens it fytsen kinne koartslutingen yn' e batterij feroarsaakje; ⑤ De separator kin beskeadige wurde; ⑥ De kristalmorfology fan it aktive materiaal feroaret tidens werhelle ladings-ûntladingssyklusen, en ferminderet dêrmei syn aktiviteit.
Storage prestaasjes
Batterijopslachprestaasjes ferwiist nei de graad fan natuerlik enerzjyferlies binnen de batterij as it yn in iepen -circuit steat is ûnder spesifike omjouwingsomstannichheden (lykas temperatuer en fochtigens). Dit ferskynsel is ek bekend as sels-ûntlading. As it oanpart fan enerzjyferlies by opslach lyts is, jout it oan dat de batterij poerbêste opslachprestaasjes hat.
As in batterij yn in iepen-circuit steat is, hoewol it gjin elektryske enerzjy nei bûten leveret, ûndergiet it noch in sels-ûntladingsproses. Dit ferskynsel komt benammen troch de thermodynamyske ynstabiliteit fan 'e elektroden yn' e elektrolytomjouwing, dy't liedt ta spontane redoxreaksjes tusken de elektroden. Sels ûnder droege omstannichheden, as de seal net strak genôch is, kin de ynfiltraasje fan eksterne faktoaren lykas lucht of focht noch in sels-ûntladingseffekt yn 'e batterij útlizze.
De sels-ûntladingsfrekwinsje kin ek útdrukt wurde as it oantal dagen dat it duorret foar de kapasiteit fan de batterij om te ferminderjen nei in spesifisearre wearde by opslach, bekend as shelf life. Bygelyks, in opslachbatterij, sûnder it tafoegjen fan elektrolyt foar gebrûk, kin in lange tiid opslein wurde; sa'n batterij kin in lange droege houdbaarheid hawwe. Opslach mei elektrolyt hjit wiete opslach; wiete opslach resultearret yn in sterker sels-ûntladingseffekt en in relatyf koartere wiete houdbaarheid. Bygelyks, in sink-sulveren batterij kin in droege hâldberens fan 5-8 jier hawwe, wylst syn wiete houdbaarheid typysk mar in pear moannen is.