Principo kaj difinoj

2020-08-11 08:07

Kapacito kaj energio de kuirila sistemo aŭ stokado

La kapacito de kuirilaro aŭ akumulatoro estas la kvanto de energio konservita laŭ specifa temperaturo, ŝarĝo kaj malŝarĝa fluo kaj tempo de ŝarĝo aŭ malŝarĝo.

Taksadkapacito kaj C-imposto

C-indico estas uzata por skali la ŝarĝon kaj malŝarĝan kurenton de kuirilaro. Por difinita kapacito, C-indico estas mezuro, kiu indikas je kia nuna baterio estas ŝargita kaj malŝarĝita por atingi ĝian difinitan kapablon. 

Ŝarĝo 1C (aŭ C / 1) ŝarĝas kuirilaron, kiu estas taksita je, ekzemple, 1000 Ah je 1000 A dum unu horo, do fine de la horo la kuirilaro atingas kapaciton de 1000 Ah; 1C (aŭ C / 1) malŝarĝo drenas la kuirilaron je tiu sama rapideco.
Ŝarĝo 0.5C aŭ (C / 2) ŝarĝas kuirilaron, kiu estas taksita je, ekzemple, 1000 Ah ĉe 500 A, do necesas du horoj ŝargi la baterion je la taksa kapacito de 1000 Ah;
Ŝarĝo 2C ŝarĝas kuirilaron, kiu estas taksita je, ekzemple, 1000 Ah je 2000 A, do teorie necesas 30 minutoj por ŝarĝi la baterion je la taksa kapablo de 1000 Ah;
La Ah-indico kutime markas la baterion.
Lasta ekzemplo, plum-acida baterio kun taksa kapablo de C10 (aŭ C / 10) de 3000 Ah devas esti ŝarĝita aŭ malŝarĝi en 10 horoj kun aktuala ŝarĝo aŭ malŝarĝo de 300 A.

Kial gravas scii la C-takson aŭ C-takson de kuirilaro

C-indico estas grava datumo por baterio ĉar por la plej multaj baterioj la energio konservita aŭ disponebla dependas de la rapideco de la ŝarĝo aŭ malŝarĝa kurento. Ĝenerale, por donita kapablo, vi havos malpli da energio se vi malŝarĝas en unu horo ol se vi malŝarĝas en 20 horoj, inverse vi stokos malpli da energio en kuirilaro kun nuna ŝarĝo de 100 A dum 1 horo ol kun aktuala ŝarĝo de 10 A dum 10 h.

Formulo por kalkuli Fluon havebla en eligo de la bateria sistemo

Kiel kalkuli elira kurento, potenco kaj energio de kuirilaro laŭ C-imposto?
La plej simpla formulo estas:

Mi = Cr * Er
aŭ
Cr = Mi / Er
Kie
Er = taksita energio stokita en Ah (taksita kapablo de la kuirilaro donita de la fabrikanto)
I = fluo de ŝarĝo aŭ malŝarĝo en Amperoj (A)
Cr = C-indico de la kuirilaro
Ekvacio akiri la tempon de ŝarĝo aŭ ŝarĝo aŭ malŝarĝo "t" laŭ nuna kaj taksita kapablo estas:
t = Er / I
t = tempo, daŭro de ŝarĝo aŭ malŝarĝo (ekzekuto) en horoj
Rilato inter Cr kaj t:
Cr = 1 / t
t = 1 / Cr

Kiel Litio-jonaj Kuirilaroj funkcias

Kuirilaroj de litio-jonoj estas nekredeble popularaj ĉi tiuj tagoj. Vi povas trovi ilin en tekkomputiloj, PDA-oj, poŝtelefonoj kaj iPod-oj. Ili estas tiel oftaj, ĉar, pundo por funto, ili estas iuj el la plej energiaj reŝargeblaj kuirilaroj.

Kuirilaroj de litio-ion ankaŭ estis en la novaĵoj lastatempe. Tio estas ĉar ĉi tiuj kuirilaroj kapablas foje ekbruliĝi en flamoj. Ĝi ne estas tre ofta - nur du aŭ tri bateriaj pakoj je miliono havas problemon - sed kiam ĝi okazas, ĝi estas ekstrema. En iuj situacioj, la fiaska indico povas altiĝi, kaj kiam tio okazas, vi finos kun monda bateria revokado, kiu povas kosti al fabrikantoj milionojn da dolaroj.

Do la demando estas, kio faras ĉi tiujn kuirilarojn tiel energiajn kaj tiel popularajn? Kiel ili eksplodas en flamon? Kaj ĉu vi povas fari ion por malhelpi la problemon aŭ helpi viajn kuirilarojn daŭri pli longe? En ĉi tiu artikolo, ni respondos ĉi tiujn demandojn kaj pli.

Kuirilaroj de litio-jonoj estas popularaj, ĉar ili havas kelkajn gravajn avantaĝojn pri konkurencaj teknologioj:

• Ili ĝenerale multe pli malpezaj ol aliaj tipoj de reŝargeblaj baterioj samaj. La elektrodoj de litio-jona baterio estas faritaj el malpeza litio kaj karbono. Litio estas ankaŭ tre reakcia elemento, signifante ke multe da energio povas esti stokita en siaj atomaj ligoj. Ĉi tio tradukas al tre alta energia denseco por litio-jonoj-baterioj. Jen maniero akiri perspektivon pri la energia denseco. Tipa baterio de litio-jonoj povas stoki 150-vat-horojn da elektro en 1-kilogramo da kuirilaro. Baterilo de NiMH (nikel-metala hidruro) povas stoki eble 100 vatt-horojn por kilogramo, kvankam 60 ĝis 70 vatoj-horoj eble estas pli tipaj. Plum-acida baterio povas stoki nur 25 vat-horojn por kilogramo. Uzante plumbo-acidan teknologion, ĝi bezonas 6 kilogramojn por stoki la saman energion, kiun litero-jona baterio de 1 kilogramo povas pritrakti. Tio estas grandega diferenco
• Ili tenas sian pagendaĵon. Kuirilaro de litio-jono perdas nur ĉirkaŭ 5 procentojn de sia ŝarĝo ĉiumonate, kompare kun 20-procenta perdo en monato por NiMH-baterioj.
• Ili havas neniun memorigan efikon, kio signifas, ke vi ne devas komplete malŝarĝi ilin antaŭ ol lardi, kiel ĉe iuj aliaj bateriaj kemiaĵoj.
• Kuirilaroj de litio-jonoj povas pritrakti centojn da ŝarĝaj / malŝarĝaj cikloj.

Tio estas ne diri, ke litio-jonoj-baterioj estas perfektaj. Ili havas ankaŭ kelkajn malavantaĝojn:

• Ili komencas degeneri tuj kiam ili forlasas la fabrikon. Ili daŭros nur du aŭ tri jarojn de la dato de fabrikado, ĉu vi uzas ilin aŭ ne.
• Ili estas ekstreme sentemaj al altaj temperaturoj. Varmeco kaŭzas bateriojn de litio-jonoj degeli multe pli rapide ol ili kutime farus.
• Se vi tute malŝarĝas lition-ion-kuirilaron, ĝi ruinigas.
• Kuirilaro de litio-jono devas havi surŝipe komputilon por administri la baterion. Ĉi tio faras ilin eĉ pli multekostaj ol ili jam estas.
• Estas malgranda ebleco, ke se baterio de litio-jonoj malsukcesas, ĝi krevos en flamo.

Multajn el ĉi tiuj karakterizaĵoj kompreneblas rigardante la kemion ene de litio-jona ĉelo. Ni rigardos ĉi tion poste.

Kuirilaroj de litio-jonoj estas en ĉiuj formoj kaj grandecoj, sed ĉiuj aspektas proksimume interne. Se vi forprenus tekkomputilan baterian pakon (ion, kion ni NE rekomendas pro la ebleco mallongigi baterion kaj ekigi fajron), vi trovus la jenon:

• La litio-jonoj-ĉeloj povas esti aŭ cilindraj kuirilaroj, kiuj aspektas preskaŭ identaj al AA-ĉeloj, aŭ ili povas esti prismaj, kio signifas, ke ili estas kvadrataj aŭ rektangulaj. La komputilo, kiu enhavas:
• Unu aŭ pluraj temperatur-sensiloj por monitori la baterian temperaturon
• Tensia konvertilo kaj reguliga cirkvito por konservi sekurajn nivelojn de tensio kaj kurento
• Ŝirmita kajera konektilo, kiu lasas potencon kaj informojn flui en kaj el la bateria kaso
• Volva krano, kiu monitoras la energian kapablon de unuopaj ĉeloj en la bateria kaso
• Kontrolita ŝtata monitoro de baterio, kiu estas malgranda komputilo, kiu manipulas la tutan ŝarĝan procezon por certigi, ke la kuirilaroj ŝarĝas kiel eble plej rapide kaj plene.

Se la bateria pako tro varmiĝas dum ŝargado aŭ uzado, la komputilo haltigos la fluon de potenco por provi malvarmigi aferojn. Se vi lasas vian tekkomputilon en ege varma aŭto kaj provas uzi la tekkomputilon, ĉi tiu komputilo eble malhelpos vin ŝalti ĝis aferoj malvarmetigos. Se la ĉeloj iam komplete malŝarĝiĝas, la baterio malŝaltos ĉar la ĉeloj ruiniĝas. Ĝi ankaŭ povas konservi trakon de la nombro de ŝarĝaj / malŝarĝaj cikloj kaj sendi informojn, do la bateria metro de la portebla komputilo povas diri al vi, kiom da ŝarĝo restas en la kuirilaro.

Ĝi estas sufiĉe sofistika malgranda komputilo, kaj ĝi tiras potencon el la kuirilaroj. Ĉi tiu potenco-remizo estas unu kialo, kial litio-jonoj-baterioj perdas 5-procenton de sia potenco ĉiun monaton kiam ili sidas malrapidaj.

Litio-jono-Ĉeloj

Kiel ĉe plej multaj baterioj, vi havas eksteran keston el metalo. La uzo de metalo estas aparte grava ĉi tie ĉar la kuirilaro estas premita. Ĉi tiu metala ujo havas ian preman ventan truon. Se la kuirilaro iam varmiĝas, ke ĝi riskas eksplodi pro troa premo, ĉi tiu aero liberigos la ekstran premon. La kuirilaro probable estos senutila poste, do ĉi tio devas eviti. La elirejo estas strikte tie kiel sekureca mezuro. Tiel estas la ŝaltilo de Pozitiva Temperaturo-Koeficiento (PTC), aparato, kiu supozeble malhelpas la kuirilaron.

Ĉi tiu metala kesto tenas longan spiralon, kun kiu kunpremiĝas tri maldikaj litoj:

• Pozitiva elektrodo
• Negativa elektrodo
• Apartigilo

Ene de la kazo ĉi tiuj litoj estas mergitaj en organikan solvon, kiu agas kiel elektrolito. Etero estas unu ofta solvilo.

La apartigilo estas tre maldika folio de miksa borita plasto. Kiel la nomo implicas, ĝi apartigas la pozitivajn kaj negativajn elektrodojn, lasante ion al trairi.

La pozitiva elektrodo estas farita el Litio-kobalta rusto, aŭ LiCoO2. La negativa elektrodo estas farita el karbono. Kiam la baterio ŝarĝas, jonoj de litio moviĝas tra la elektrolito de la pozitiva elektrodo al la negativa elektrodo kaj ligiĝas al la karbono. Dum malŝarĝo, la litiaj jonoj translokiĝas al la LiCoO2 el la karbono.

La movado de ĉi tiuj litiaj jonoj okazas ĉe sufiĉe alta tensio, do ĉiu ĉelo produktas 3.7-voltojn. Ĉi tiu estas multe pli alta ol la 1,5-voltoj tipa de normala AA-alkala ĉelo, kiun vi aĉetas ĉe la superbazaro kaj helpas igi litio-jajn bateriojn pli kompaktaj en malgrandaj aparatoj kiel poŝtelefonoj. Vidu Kiel Baterioj funkcias por detaloj pri diversaj bateriaj kemiaĵoj.

Ni rigardos kiel plilongigi la vivon de litio-jona baterio kaj esploros kial ili povas eksplodi poste.

Baterio pri Litio-Jono-Vivo kaj Morto

La baterioj de litio-jonoj estas multekostaj, do se vi volas igi vian daŭri pli longe, jen kelkaj aferoj por memori:

• Kemia jono de litio preferas partan malŝarĝon ol profundan malŝarĝon, do plej bone evitu porti la baterion ĝis la nulo. Ĉar kemiaĵoj de litio-jono ne havas "memoron", vi ne damaĝas la baterian pakon per parta malŝarĝo. Se la tensio de litio-jona ĉelo falas sub certa nivelo, ĝi ruinigas.
• Kuirilaroj de litio-jonoj maljuniĝas. Ili nur daŭras du ĝis tri jarojn, eĉ se ili sidas sur breto neuzata. Do ne "evitu uzi" la baterion kun la penso, ke la baterio daŭros kvin jarojn. Ĝi ne foriros. Ankaŭ se vi aĉetas novan baterian pakon, vi volas certigi, ke ĝi vere estas nova. Se ĝi sidis sur breto en la vendejo antaŭ unu jaro, ĝi ne daŭros tre longe. Fabrikaj datoj estas gravaj.
• Evitu varmon, kiu degelas la kuirilarojn.

Eksplodantaj Baterioj

Nun, ke ni scias teni bateriojn de litio-ion funkciantajn pli longe, ni rigardu kial ili povas eksplodi.

Se la kuirilaro sufiĉe varmiĝas por ŝalti elektroliton, vi ekbruligos. Estas videoklipoj kaj fotoj en la Retejo, kiuj montras nur kiom gravaj ĉi tiuj fajroj povas esti. La artikolo de CBC, "Somero de la Eksplodanta Laptop", rondigas plurajn el ĉi tiuj okazaĵoj.

Kiam incendio kiel ĉi tio okazas, ĝi estas kutime kaŭzita de interna fuŝkontakto en la baterio. Memoru de la antaŭa sekcio, ke litio-jonoj ĉeloj enhavas apartigan folion, kiu tenas la pozitivajn kaj negativajn elektrodojn. Se tiu folio pikas kaj la elektrodoj tuŝas, la kuirilaro varmiĝas tre rapide. Vi eble spertis la specon de varmego, kiun baterio povas produkti, se vi iam metis normalan 9-volan baterion en vian poŝon. Se monero mallongigas tra la du fina stacioj, la kuirilaro varmiĝas.

En aparta fiasko, tiu sama speco de mallongaj okazoj en la litio-jona baterio. Ĉar baterioj de litio-jonoj tiom energias, ili tre varmiĝas. La varmego kaŭzas, ke la kuirilaro ventolu la organikan solvon uzatan kiel elektrolito, kaj la varmego (aŭ proksima fajrero) povas lumigi ĝin. Unufoje tio okazas ene de unu el la ĉeloj, la varmego de la fajro akvofluas al la aliaj ĉeloj kaj la tuta pakaĵo ekflamas.

Gravas rimarki, ke fajroj estas tre maloftaj. Tamen, ĝi nur portas paron da fajroj kaj iom da amaskomunikilaro priraportado por instigi revokon.

Malsamaj litio-teknologioj

Unue, estas grave noti, ke ekzistas multaj specoj de "Litio-Ion" baterioj. La punkto noti en ĉi tiu difino rilatas al "familio de kuirilaroj".
Estas multaj malsamaj kuirilaroj "Ion de litio" en ĉi tiu familio, kiuj uzas malsamajn materialojn por sia katodo kaj anodo. Rezulte ili elmontras tre malsamajn karakterizaĵojn kaj tial taŭgas por malsamaj aplikoj.

Litio Fera Fosfato (LiFePO4)

Litio-Fera fosfato (LiFePO4) estas konata litio-teknologio en Aŭstralio pro ĝia vasta uzo kaj taŭgeco al vasta gamo de aplikoj.
Karakterizaĵoj de malalta prezo, alta sekureco kaj bona specifa energio, faras ĉi tiun fortan eblon por multaj aplikoj.
LiFePO4-ĉela tensio de 3.2V / ĉelo ankaŭ igas la litian teknologion elekteblan por sigelita plumba acida anstataŭaĵo en kelkaj ŝlosilaj aplikoj.

Baterio LiPO

El ĉiuj disponeblaj litiaj ebloj, ekzistas pluraj kialoj, kial LiFePO4 estis elektita kiel la ideala litio-teknologio por anstataŭigo de SLA. La ĉefaj kialoj malsupreniras al ĝiaj favoraj trajtoj kiam oni rigardas la ĉefajn aplikojn kie SLA nuntempe ekzistas. Ĉi tiuj inkluzivas:

• Simila tensio al SLA (3.2V per ĉelo x 4 = 12.8V) igante ilin idealaj por SLA-anstataŭaĵo.
• La plej sekura formo de la litiaj teknologioj.
• Mediprotekta - fosfato ne estas danĝera kaj do amikigas ambaŭ al la medio kaj ne al sano-risko.
• Larĝa temperaturo.

Trajtoj kaj avantaĝoj de LiFePO4 se kompare al SLA

Malsupre prezentas kelkajn ŝlosilajn funkciojn baterio de Litio-Fosfato kiu donas iujn signifajn avantaĝojn de SLA en diversaj aplikoj. Ĉi tio tute ne estas kompleta listo, tamen ĝi kovras la ŝlosilajn erojn. 100AH AGM-baterio estis elektita kiel la SLA, ĉar ĉi tiu estas unu el la plej ofte uzataj grandecoj en profundaj ciklaj aplikoj. Ĉi tiu 100AH AGM estis komparata al 100AH LiFePO4 por kompari similan similan kiel eble plej proksime.

Karakterizaĵo - Pezo:

Komparo

• LifePO4 estas malpli ol la duono de la pezo de SLA
• Profunda ciklo AGM - 27,5Kg
• LiFePO4 - 12,2Kg

Avantaĝoj

• Pliigas brula efikecon
  • En karavanaj kaj boataj aplikoj, trenanta pezo estas malpliigita.
• Pliigas rapidecon
  • En boataplikoj akvebleco povas esti pliigita
• Redukto de entuta pezo
• Pli longa ritmo

Pezo havas grandan influon por multaj aplikoj, precipe pri tirado aŭ rapideco engaĝitaj, tiaj kaj karavanaj kaj ŝipoj. Aliaj aplikoj inkluzive de porteblaj lumigado kaj fotilaj aplikoj, kie la baterioj devas esti portataj.

Feature - Plej granda Ciklo-Vivo:

Komparo

• Ĝis 6 fojoj la ciklo vivo
• Profunda ciklo AGM - 300 cikloj @ 100% DoD
• LiFePO4 - 2000 cikloj @ 100% DoD

Avantaĝoj

• Pli malalta tuta kosto de posedado (kosto po kWh multe pli malalta dum vivo de baterio por LiFePO4)
• Redukto de anstataŭaj kostoj - anstataŭigu la AGM ĝis 6 fojojn antaŭ ol la LiFePO4 bezonas anstataŭadon

La pli granda ciklo-vivo signifas, ke la kroma antaŭkosto de baterio LiFePO4 estas pli ol kompensita dum la dumviva uzo de la kuirilaro. Se vi uzas ĉiutage, AGM bezonos esti anstataŭita ĉ. 6 fojojn antaŭ la LiFePO4 necesas anstataŭigo

Feature - Ebena Malŝarĝa Kurbo:

Komparo

• Je 0.2C (20A) senŝargiĝo
• AGM - falas sub 12V post
• 1,5 horoj de runtempo
• LiFePO4 - falas sub 12V post proksimume 4 horoj da daŭro

Avantaĝoj

• Pli efika uzo de bateria kapablo
• Potenco = Voltoj x Amperoj
• Unufoje tensio ekfalas, kuirilaro devos provizi pli altajn amperojn por provizi saman potencon.
• Pli alta tensio estas pli bona por elektroniko
• Pli longa rultempo por ekipaĵo
• Plena uzo de kapablo eĉ je alta malŝarĝa rapideco
• AGM @ 1C-malŝarĝo = 50% Kapacito
• LiFePO4 @ 1C malŝarĝo = 100% kapablo

Ĉi tiu ĉefaĵo estas malmulte konata sed havas fortan avantaĝon kaj ĝi donas multoblajn avantaĝojn. Kun la plata malŝarĝa kurbo de LiFePO4, la fina tensio tenas super 12V por ĝis 85-90% kapacita uzado. Pro tio necesas malpli amperoj por provizi la saman potencon (P = VxA) kaj tial pli efika uzado de la kapablo kondukas al pli longa ekzekuto. La uzanto ankaŭ ne rimarkos la malrapidiĝon de la aparato (golfa ĉaro ekzemple) pli frue.

Kune kun ĉi tio la efiko de la leĝo de Peukert estas multe malpli signifa kun litio ol tiu de AGM. Tio rezultigas havi disponeblan grandan procenton de la kapablo de la kuirilaro, negrave kio estas la malŝarĝa indico. Je 1C (aŭ 100A malŝarĝo por 100AH-baterio) la opcio LiFePO4 ankoraŭ donos al vi 100AH kontraŭ nur 50AH por AGM.

Feature - Pliigita Uzo de Kapacito:

Komparo

• AGM rekomendis DoD = 50%
• LiFePO4 rekomendis DoD = 80%
• Profunda ciklo de AGM - 100AH x 50% = 50Ah uzebla
• LiFePO4 - 100Ah x 80% = 80Ah
• Diferenco = 30Ah aŭ 60% pli da kapacita uzado

Avantaĝoj

• Pliigita rultempo aŭ pli malgranda kapabla baterio por anstataŭigo

La pliigita uzo de la disponebla kapacito signifas, ke la uzanto povas akiri ĝis 60% pli da tempo de ekzekuto el la sama kapacita opcio en LiFePO4, aŭ alternative elekti por pli malgranda kapablo LiFePO4-baterio, tamen ankoraŭ atingante la saman daŭron kiel la pli granda kapablo AGM.

Trajto - Plej granda ŝarĝa efikeco:

Komparo

• AGM - Plena ŝarĝo prenas ĉ. 8 horoj
• LiFePO4 - Plena ŝarĝo povas esti tiel malalte kiel 2 horoj

Avantaĝoj

• Baterio ŝarĝita kaj preta uzi denove pli rapide

Alia forta avantaĝo en multaj aplikoj. Pro la pli malalta interna rezisto inter aliaj faktoroj, LiFePO4 povas akcepti ŝarĝon je multe pli granda prezo ol AGM. Ĉi tio permesas ilin esti ŝargitaj kaj pretaj uzi multe pli rapide, kondukante al multaj avantaĝoj.

Feature - Malalta Mem-Malŝarĝa Imposto:

Komparo

• AGM - Malŝarĝo al 80% SOC post 4 monatoj
• LiFePO4 - Malŝarĝo al 80% post 8 monatoj

Avantaĝoj

• Povas esti lasita en stokado por pli longa periodo

Ĉi tiu ĉefaĵo estas granda por la distraj veturiloj, kiuj nur povas uzi kelkajn monatojn jare antaŭ ol konservi la reston de la jaro, kiel karavanoj, boatoj, motorcikloj kaj jeto-skioj ktp. Kune kun ĉi tiu punkto, LiFePO4 ne kalkulas, do eĉ post restado dum longaj tempodaŭroj, la kuirilaro malpli ofte damaĝiĝas. LiFePO4-kuirilaro ne damaĝas ne resti en stokado en plene ŝarĝita stato.

Do, se viaj aplikoj pravigas iun el la supraj funkcioj, tiam vi certe ricevos viajn monsumojn por la kroma elspezo en baterio LiFePO4. Sekva artikolo sekvos en la venontaj semajnoj, kiuj inkluzivos la sekurecajn aspektojn pri LiFePO4 kaj malsamaj litiaj kemiistoj.