İlke ve tanımlar

2020-08-11 08:07

Bir pilin veya depolama sisteminin kapasitesi ve enerjisi

Bir pilin veya akümülatörün kapasitesi, belirli sıcaklık, şarj ve deşarj akım değeri ve şarj veya deşarj süresine göre depolanan enerji miktarıdır.

Derecelendirme kapasitesi ve C oranı

C-oranı, bir pilin şarj ve deşarj akımını ölçeklendirmek için kullanılır. Belirli bir kapasite için, C oranı, bir pilin hangi akımda şarj edildiğini gösteren bir ölçüdür ve tanımlı kapasitesine ulaşmak için boşaltılır. 

Bir 1C (veya C / 1) şarjı, bir saat boyunca 1000 A'da 1000 Ah olarak derecelendirilen bir aküyü yükler, bu nedenle saatin sonunda akü 1000 Ah kapasiteye ulaşır; 1C (veya C / 1) deşarjı, pili aynı oranda boşaltır.
0,5C veya (C / 2) şarjı, örneğin 500 A'da 1000 Ah olarak derecelendirilmiş bir aküyü yükler, bu nedenle aküyü 1000 Ah nominal kapasitede şarj etmek iki saat sürer;
Bir 2C şarjı, 2000 A'da 1000 Ah olarak derecelendirilmiş bir bataryayı yükler, bu nedenle bataryayı 1000 Ah nominal kapasitede şarj etmek teorik olarak 30 dakika sürer;
Ah derecesi normalde akü üzerinde işaretlenmiştir.
Son örnek, C10 (veya C / 10) nominal kapasitesi 3000 Ah olan bir kurşun asit batarya, 300 A akım şarjı veya deşarjı ile 10 saatte şarj edilmeli veya deşarj edilmelidir.

Bir pilin C oranını veya C derecesini bilmek neden önemlidir?

C-oranı bir pil için önemli bir veridir, çünkü çoğu pil için depolanan veya mevcut enerji şarj veya deşarj akımının hızına bağlıdır. Genel olarak, belirli bir kapasite için, bir saat içinde boşalırsanız, 20 saatte boşaldığınıza göre daha az enerjiye sahip olursunuz, tersine, 1 saat boyunca 100 A akım şarjlı bir pilde, şu anki şarjdan daha az enerji depolarsınız. 10 saat içinde 10 A.

Akü sisteminin çıkışında mevcut olan Akımı hesaplamak için formül

Bir pilin çıkış akımı, gücü ve enerjisi C-oranına göre nasıl hesaplanır?
En basit formül şudur:

I = Cr * Er
veya
Cr = I / Er
Nerede
Er = Ah cinsinden depolanan nominal enerji (pilin üretici tarafından verilen nominal kapasitesi)
I = Amper cinsinden şarj veya deşarj akımı (A)
Cr = pilin C oranı
Akıma ve nominal kapasiteye göre şarj veya şarj veya deşarj "t" zamanını elde etmek için denklem:
t = Er / I
t = saat olarak şarj veya deşarj süresi (çalışma süresi)
Cr ve t arasındaki ilişki:
Cr = 1 / t
t = 1 / Cr

Lityum İyon Piller Nasıl Çalışır?

Lityum iyon piller bu günlerde inanılmaz derecede popüler. Bunları dizüstü bilgisayarlarda, PDA'larda, cep telefonlarında ve iPod'larda bulabilirsiniz. Çok yaygındırlar çünkü pound için pound, piyasadaki en enerjik şarj edilebilir pillerden bazılarıdır.

Lityum iyon piller de son zamanlarda haberlerde yer aldı. Bunun nedeni, bu pillerin ara sıra alev alma özelliğine sahip olmasıdır. Çok yaygın değil - milyonda yalnızca iki veya üç pil paketinde sorun var - ama gerçekleştiğinde, aşırı. Bazı durumlarda, arıza oranı artabilir ve bu olduğunda, üreticilere milyonlarca dolara mal olabilecek dünya çapında bir pil geri çağırma ile sonuçlanırsınız.

Öyleyse soru şu, bu pilleri bu kadar enerjik ve bu kadar popüler yapan nedir? Nasıl alev alırlar? Sorunu önlemek veya pillerinizin daha uzun süre dayanmasına yardımcı olmak için yapabileceğiniz herhangi bir şey var mı? Bu yazıda, bu soruları ve daha fazlasını cevaplayacağız.

Lityum iyon piller, rakip teknolojilere göre bir dizi önemli avantaja sahip oldukları için popülerdir:

• Genellikle aynı boyuttaki diğer şarj edilebilir pil türlerinden çok daha hafiftirler. Lityum iyon pilin elektrotları, hafif lityum ve karbondan yapılmıştır. Lityum aynı zamanda oldukça reaktif bir elementtir, yani atomik bağlarında çok fazla enerji depolanabilir. Bu, lityum iyon piller için çok yüksek bir enerji yoğunluğu anlamına gelir. İşte enerji yoğunluğu hakkında bir bakış açısı edinmenin bir yolu. Tipik bir lityum iyon pil, 1 kilogram pilde 150 watt-saat elektrik depolayabilir. Bir NiMH (nikel-metal hidrit) pil paketi, kilogram başına belki 100 watt-saat depolayabilir, ancak 60 ila 70 watt-saat daha tipik olabilir. Kurşun asitli bir pil, kilogram başına yalnızca 25 watt-saat depolayabilir. Kurşun asit teknolojisini kullanarak, 1 kilogram lityum iyon pilin kaldırabileceği kadar enerji depolamak 6 kilogram alır. Bu çok büyük bir fark
• Sorumluluklarını koruyorlar. Bir lityum iyon pil paketi, NiMH piller için aylık yüzde 20'lik bir kayıpla karşılaştırıldığında, şarjının yalnızca yaklaşık yüzde 5'ini kaybeder.
• Hafıza etkisi yoktur, bu da diğer bazı pil kimyalarında olduğu gibi yeniden şarj etmeden önce tamamen boşaltmanız gerekmediği anlamına gelir.
• Lityum iyon piller yüzlerce şarj / deşarj döngüsünü idare edebilir.

Bu, lityum iyon pillerin kusursuz olduğu anlamına gelmez. Birkaç dezavantajları da var:

• Fabrikadan çıkar çıkmaz aşağılanmaya başlarlar. Kullansanız da kullanmasanız da, üretim tarihinden itibaren yalnızca iki veya üç yıl dayanacaktır.
• Yüksek sıcaklıklara karşı son derece hassastırlar. Isı, lityum iyon pil paketlerinin normalde olduğundan çok daha hızlı bozulmasına neden olur.
• Bir lityum iyon pili tamamen boşaltırsanız, mahvolur.
• Bir lityum iyon pil paketinde, pili yönetmek için yerleşik bir bilgisayar bulunmalıdır. Bu, onları olduğundan daha pahalı hale getirir.
• Bir lityum iyon pil takımı arızalanırsa aleve dönüşme ihtimali çok düşüktür.

Bu özelliklerin çoğu, bir lityum iyon hücresinin içindeki kimyaya bakılarak anlaşılabilir. Bundan sonra buna bakacağız.

Lityum-iyon pil takımları tüm şekil ve boyutlarda gelir, ancak içlerinde hepsi aynı görünür. Bir dizüstü bilgisayar pil takımını (bir pili kısa devre yapma ve bir yangın başlatma olasılığı nedeniyle TAVSİYE ETMEYECEĞİMİZ bir şey) ayırırsanız, aşağıdakileri bulacaksınız:

• Lityum iyon piller, AA pilleriyle neredeyse aynı görünen silindirik piller olabilir veya prizmatik olabilirler, yani kare veya dikdörtgen olabilirler Bilgisayar şunları içerir:
• Pil sıcaklığını izlemek için bir veya daha fazla sıcaklık sensörü
• Güvenli voltaj ve akım seviyelerini korumak için bir voltaj dönüştürücü ve regülatör devresi
• Güç ve bilginin pil paketine girip çıkmasını sağlayan korumalı dizüstü bilgisayar konektörü
• Pil paketindeki bireysel hücrelerin enerji kapasitesini izleyen bir voltaj musluğu
• Pillerin olabildiğince hızlı ve tam olarak şarj olmasını sağlamak için tüm şarj sürecini gerçekleştiren küçük bir bilgisayar olan pil şarj durumu monitörü.

Pil takımı şarj etme veya kullanım sırasında çok ısınırsa, bilgisayar işleri soğutmak için güç akışını keser. Dizüstü bilgisayarınızı çok sıcak bir arabada bırakırsanız ve dizüstü bilgisayarı kullanmaya çalışırsanız, bu bilgisayar, işler soğuyana kadar açmanızı engelleyebilir. Hücreler tamamen boşalırsa, pil paketi kapanır çünkü hücreler harap olur. Ayrıca, şarj / deşarj döngülerinin sayısını takip edebilir ve bilgi gönderebilir, böylece dizüstü bilgisayarın pil ölçer size pilde ne kadar şarj kaldığını söyleyebilir.

Oldukça karmaşık, küçük bir bilgisayar ve pillerden güç alıyor. Bu güç tüketimi, lityum iyon pillerin boşta durduklarında her ay güçlerinin yüzde 5'ini kaybetmelerinin bir nedenidir.

Lityum-iyon Hücreler

Çoğu pilde olduğu gibi, metalden yapılmış bir dış kasanız vardır. Metal kullanımı burada özellikle önemlidir çünkü pil basınçlıdır. Bu metal kasa bir tür basınca duyarlı havalandırma deliğine sahiptir. Pil aşırı basınç nedeniyle patlama riskine neden olacak kadar ısınırsa, bu havalandırma deliği fazla basıncı serbest bırakacaktır. Batarya muhtemelen daha sonra işe yaramaz, bu yüzden bundan kaçınılması gereken bir şey. Havalandırma kesinlikle bir güvenlik önlemi olarak oradadır. Pilin aşırı ısınmasını önleyen bir cihaz olan Pozitif Sıcaklık Katsayısı (PTC) anahtarı da öyle.

Bu metal kasa, birbirine bastırılmış üç ince tabakadan oluşan uzun bir spirali tutar:

• Pozitif bir elektrot
• Negatif elektrot
• Ayırıcı

Kasanın içinde, bu tabakalar elektrolit görevi gören organik bir çözücüye batırılmış durumda. Eter, yaygın bir çözücüdür.

Ayırıcı, çok ince bir mikro delikli plastik tabakadır. Adından da anlaşılacağı gibi, iyonların geçmesine izin verirken pozitif ve negatif elektrotları ayırır.

Pozitif elektrot, Lityum kobalt oksit veya LiCoO2'den yapılmıştır. Negatif elektrot karbondan yapılmıştır. Pil şarj olduğunda, lityum iyonları elektrolit boyunca pozitif elektrottan negatif elektroda hareket eder ve karbona bağlanır. Deşarj sırasında lityum iyonları karbondan LiCoO2'ye geri döner.

Bu lityum iyonlarının hareketi oldukça yüksek bir voltajda gerçekleşir, bu nedenle her hücre 3,7 volt üretir. Bu, süpermarkette satın aldığınız normal bir AA alkalin pilin tipik 1,5 voltundan çok daha yüksektir ve lityum iyon pilleri cep telefonları gibi küçük cihazlarda daha kompakt hale getirmeye yardımcı olur. Farklı pil kimyaları hakkında ayrıntılar için Piller Nasıl Çalışır konusuna bakın.

Lityum iyon pilin ömrünün nasıl uzatılacağına bakacağız ve bir sonraki adımda neden patlayabileceklerini keşfedeceğiz.

Lityum İyon Pil Ömrü ve Ölümü

Lityum iyon pil paketleri pahalıdır, bu nedenle sizinkinin daha uzun süre dayanmasını istiyorsanız, aklınızda bulundurmanız gereken bazı noktalar şunlardır:

• Lityum iyon kimyası, kısmi deşarjı derin deşarja tercih eder, bu nedenle pili tamamen sıfıra düşürmekten kaçınmak en iyisidir. Lityum iyon kimyasının bir "hafızası" olmadığı için, kısmi deşarj ile pil takımına zarar vermezsiniz. Bir lityum iyon hücrenin voltajı belirli bir seviyenin altına düşerse, mahvolur.
• Lityum iyon piller eskir. Kullanılmadan bir rafta otursalar bile sadece iki ila üç yıl dayanırlar. Bu nedenle, pil paketinin beş yıl dayanacağını düşünerek pili "kullanmaktan" kaçının. Olmayacak. Ayrıca, yeni bir pil paketi satın alıyorsanız, gerçekten yeni olduğundan emin olmak istersiniz. Bir yıldır mağazada bir rafta oturmuşsa, çok uzun sürmez. Üretim tarihleri önemlidir.
• Pilleri bozan ısıdan kaçının.

Patlayan Piller

Artık lityum iyon pillerin nasıl daha uzun süre çalışmasını sağlayacağımızı bildiğimize göre, neden patlayabileceklerine bakalım.

Pil, elektroliti tutuşturacak kadar ısınırsa, yangın çıkarırsınız. İnternette bu yangınların ne kadar ciddi olabileceğini gösteren video klipler ve fotoğraflar var. CBC makalesi "Patlayan Dizüstü Bilgisayarın Yazı" bu olayların birçoğunu özetlemektedir.

Bunun gibi bir yangın meydana geldiğinde, genellikle bataryadaki dahili bir kısa devre neden olur. Önceki bölümden, lityum iyon hücrelerin pozitif ve negatif elektrotları ayrı tutan bir ayırma tabakası içerdiğini hatırlayın. Bu tabaka delinir ve elektrotlar temas ederse, pil çok hızlı ısınır. Cebinize normal bir 9 voltluk pil koyduysanız, bir pilin üretebileceği türden bir ısı deneyimlemiş olabilirsiniz. Bir bozuk para iki terminal arasında kısalırsa, pil oldukça ısınır.

Bir ayırıcı arızasında, aynı tür bir kısa devre lityum iyon pilin içinde meydana gelir. Lityum iyon piller çok enerjik oldukları için çok ısınırlar. Isı, pilin elektrolit olarak kullanılan organik çözücüyü dışarı atmasına neden olur ve ısı (veya yakındaki bir kıvılcım) onu yakabilir. Bu, hücrelerden birinin içinde olduğunda, yangının ısısı diğer hücrelere akar ve tüm paket alevler içinde yükselir.

Yangınların çok nadir olduğuna dikkat etmek önemlidir. Yine de, sadece birkaç yangın ve biraz medya bir geri çağırma talep etmek için kapsam.

Farklı Lityum Teknolojileri

İlk olarak, pek çok “Lityum İyon” pil çeşidi olduğuna dikkat etmek önemlidir. Bu tanımda dikkat edilmesi gereken nokta, bir “pil ailesine” atıfta bulunmaktadır.
Bu ailede katot ve anotları için farklı malzemeler kullanan birkaç farklı "Lityum İyon" pil vardır. Sonuç olarak, çok farklı özellikler sergilerler ve bu nedenle farklı uygulamalar için uygundurlar.

Lityum Demir Fosfat (LiFePO4)

Lityum Demir Fosfat (LiFePO4), geniş kullanımı ve çok çeşitli uygulamalara uygunluğu nedeniyle Avustralya'da iyi bilinen bir lityum teknolojisidir.
Düşük fiyat, yüksek güvenlik ve iyi özgül enerji özellikleri, bunu birçok uygulama için güçlü bir seçenek haline getirir.
3.2V / hücre LiFePO4 hücre voltajı, onu bir dizi önemli uygulamada sızdırmaz kurşun asit değişimi için tercih edilen lityum teknolojisi yapar.

LiPO Batarya

Mevcut tüm lityum seçenekleri arasında, LiFePO4'ün SLA'nın yerini almak için ideal lityum teknolojisi olarak seçilmesinin birkaç nedeni vardır. Ana nedenler, SLA'nın şu anda mevcut olduğu ana uygulamalara bakıldığında olumlu özelliklerine iniyor. Bunlar şunları içerir:

• SLA'ya benzer voltaj (hücre başına 3,2V x 4 = 12,8V) onları SLA değişimi için ideal kılar.
• Lityum teknolojilerinin en güvenli şekli.
• Çevre dostu - fosfat tehlikeli değildir ve bu nedenle hem çevreye dosttur hem de sağlık riski taşımaz.
• Geniş sıcaklık aralığı.

Özellikleri ve faydaları LiFePO4 SLA ile karşılaştırıldığında

Aşağıda, bir dizi uygulamada SLA'nın bazı önemli avantajlarını sağlayan bir Lityum Demir Fosfat pilin bazı temel özellikleri bulunmaktadır. Bu elbette tam bir liste değildir, ancak temel öğeleri kapsamaktadır. Derin döngü uygulamalarında en yaygın kullanılan boyutlardan biri olduğu için SLA olarak 100AH AGM pil seçilmiştir. Bu 100AH AGM, benzerleri olabildiğince yakın bir şekilde karşılaştırmak için 100AH LiFePO4 ile karşılaştırılmıştır.

Özellik - Ağırlık:

karşılaştırma

• LifePO4, SLA'nın ağırlığının yarısından daha azdır
• AGM Derin döngüsü - 27.5Kg
• LiFePO4 - 12,2 Kg

Yararları

• Yakıt verimliliğini artırır
  • Karavan ve tekne uygulamalarında çekme ağırlığı azaltılır.
• Hızı artırır
  • Tekne uygulamalarında su hızı artırılabilir
• Toplam ağırlıkta azalma
• Daha uzun çalışma süresi

Ağırlık, özellikle karavan ve tekne gezintisi gibi çekme veya hızın söz konusu olduğu birçok uygulamada büyük bir etkiye sahiptir. Pillerin taşınması gereken taşınabilir aydınlatma ve kamera uygulamaları dahil diğer uygulamalar.

Özellik - Daha Uzun Çevrim Ömrü:

karşılaştırma

• 6 kata kadar çevrim ömrü
• AGM Derin döngü -% 100 DoD'de 300 döngü
• LiFePO4 -% 100 DoD'de 2000 döngü

Yararları

• Daha düşük toplam sahip olma maliyeti (kWh başına maliyet, LiFePO4 için pil ömrü boyunca çok daha düşük)
• Değiştirme maliyetlerinde azalma - LiFePO4'ün değiştirilmesi gerekmeden önce AGM'yi 6 defaya kadar değiştirin

Daha uzun çevrim ömrü, bir LiFePO4 pilin ekstra peşin maliyetinin, pilin kullanım ömrü boyunca kullanılmasından daha fazlası olduğu anlamına gelir. Günlük kullanılıyorsa, bir AGM'nin yaklaşık olarak değiştirilmesi gerekecektir. LiFePO4'ün değiştirilmesi gerekmeden önce 6 kez

Özellik - Düz Boşalma Eğrisi:

karşılaştırma

• 0.2C (20A) deşarjda
• AGM - sonra 12V'nin altına düşer
• 1,5 saat çalışma süresi
• LiFePO4 - yaklaşık 4 saatlik çalışma süresinden sonra 12V'nin altına düşer

Yararları

• Pil kapasitesinin daha verimli kullanılması
• Güç = Volt x Amper
• Voltaj düşmeye başladığında, pilin aynı miktarda güç sağlamak için daha yüksek amper sağlaması gerekecektir.
• Elektronik cihazlar için daha yüksek voltaj daha iyidir
• Ekipman için daha uzun çalışma süresi
• Yüksek deşarj hızında bile tam kapasite kullanımı
• AGM @ 1C deşarj =% 50 Kapasite
• LiFePO4 @ 1C deşarj =% 100 kapasite

Bu özellik az bilinir, ancak güçlü bir avantajdır ve birçok fayda sağlar. LiFePO4'ün düz deşarj eğrisi ile, terminal voltajı% 85-90'a kadar kapasite kullanımı için 12V'un üzerinde tutar. Bu nedenle, aynı miktarda güç (P = VxA) sağlamak için daha az amper gerekir ve bu nedenle kapasitenin daha verimli kullanılması daha uzun çalışma süresine yol açar. Kullanıcı, daha önce cihazın yavaşladığını da (örneğin golf arabası) fark etmeyecektir.

Bununla birlikte, Peukert yasasının etkisi, lityum ile AGM'ninkinden çok daha az önemlidir. Bu, deşarj oranı ne olursa olsun, pilin kapasitesinin büyük bir yüzdesine sahip olmasıyla sonuçlanır. 1C'de (veya 100AH pil için 100A deşarjda) LiFePO4 seçeneği, AGM için yalnızca 50AH yerine size 100AH verecektir.

Özellik - Artan Kapasite Kullanımı:

karşılaştırma

• AGM önerilen DoD =% 50
• LiFePO4 önerilen DoD =% 80
• AGM Derin döngüsü - 100AH x% 50 = 50Ah kullanılabilir
• LiFePO4 - 100Ah x% 80 = 80Ah
• Fark = 30Ah veya% 60 daha fazla kapasite kullanımı

Yararları

• Daha uzun çalışma süresi veya değiştirme için daha küçük kapasiteli pil

Mevcut kapasitenin artan kullanımı, kullanıcının LiFePO4'teki aynı kapasite seçeneğinden% 60'a kadar daha fazla çalışma süresi elde edebileceği veya alternatif olarak daha büyük kapasiteli AGM ile aynı çalışma süresine ulaşırken daha küçük kapasiteli bir LiFePO4 pil seçebileceği anlamına gelir.

Özellik - Daha Fazla Şarj Verimliliği:

karşılaştırma

• AGM - Tam şarj yakl. 8 saat
• LiFePO4 - Tam şarj 2 saat kadar düşük olabilir

Yararları

• Pil şarj edildi ve daha hızlı tekrar kullanıma hazır

Birçok uygulamada bir başka güçlü fayda. Diğer faktörlerin yanı sıra düşük iç direnç nedeniyle, LiFePO4 AGM'den çok daha büyük bir oranda şarj kabul edebilir. Bu, çok daha hızlı şarj edilmelerini ve kullanıma hazır olmalarını sağlayarak birçok avantaj sağlar.

Özellik - Düşük Kendi Kendine Boşalma Oranı:

karşılaştırma

• AGM - 4 ay sonra% 80 SOC'ye deşarj
• LiFePO4 - 8 ay sonra% 80'e boşalma

Yararları

• Daha uzun süre depoda bırakılabilir

Bu özellik, karavanlar, tekneler, motosikletler ve Jet Skiler gibi yılın geri kalanında depoya girmeden önce yılda sadece birkaç ay kullanılabilen eğlence araçları için büyük bir özelliktir. Bu nokta ile birlikte LiFePO4 kireçlenmez ve bu nedenle uzun süre bırakıldıktan sonra bile pilin kalıcı olarak hasar görme olasılığı daha düşüktür. Bir LiFePO4 pil, tam şarjlı durumda depoda bırakılmadığından zarar görmez.

Dolayısıyla, uygulamalarınız yukarıdaki özelliklerden herhangi birini garanti ediyorsa, LiFePO4 piline harcadığınız fazladan paranın karşılığını alacağınızdan emin olabilirsiniz. Sonraki haftalarda LiFePO4 ve farklı Lityum kimyaları ile ilgili güvenlik hususlarını içeren takip makalesi yayınlanacaktır.