Pag-discharge sa mga baterya sa pagtipig sa enerhiya

Usa sa labing importante nga mga kinaiya sa performance samga baterya sa pagtipig sa enerhiyamao ang ilang discharge performance. Aron mahulagway ang kinaiya sa pag-discharge sa baterya ubos sa lain-laing mga kondisyon, gikinahanglan ang pagsukod sa discharge curve sa baterya, nga kasagaran usa ka curve nga nagpakita sa pagbag-o sa discharge voltage sa paglabay sa panahon. Ang lainlaing mga kondisyon sa pag-discharge gihulagway sa mga estratehiya sa pagdiskarga, ug ang lainlaing mga estratehiya sa pagdiskarga moresulta sa lainlaing mga kurba sa pagdiskarga. Ang mga estratehiya sa pagdiskarga kasagarang naglakip sa pamaagi sa pagdiskarga, pagdiskarga sa kasamtangan, boltahe sa pagtapos, ug temperatura sa palibot.

Pamaagi sa pagdiskarga

Adunay tulo ka mga paagi nga ang baterya maka-discharge: kanunay nga pag-discharge, kanunay nga pag-discharge sa resistensya, ug kanunay nga pag-discharge sa kuryente. Ang kasagaran nga mga curve sa pagdiskarga gipakita sa Figure 1-5, nga naghulagway sa mga kausaban sa discharge current, boltahe, ug power over discharge time ubos niining tulo ka discharge modes.

Atol sa kanunay nga-resistance discharge, ang operating voltage ug discharge current sa baterya anam-anam nga mokunhod paglabay sa panahon. Sa susama, ubos sa kanunay nga-kasamtang pag-discharge, ang operating boltahe mokunhod usab samtang ang proseso sa pag-discharge nagpadayon. Kini nga pagkunhod sa boltahe sa pag-operate nga adunay dugay nga oras sa pag-discharge tungod sa pagtaas sa internal nga resistensya sa baterya. Dugang pa, sa nagkadaghang paggamit sa gahum sa baterya sa mga galamiton sa kuryente, mga de-koryenteng sakyanan, ug uban pang mga aplikasyon, ang kanunay nga-pag-discharge sa kuryente nahimong mas kaylap. Atol sa kanunay nga-pag-discharge sa kuryente, ang boltahe sa baterya padayon nga mokunhod samtang ang discharge current padayon nga motaas samtang ang discharge nagpadayon.

Discharge kasamtangan

Atol sa operasyon sa baterya, ang kasamtangan nga gipagawas niini gitawag nga discharge current. Ang discharge current kasagarang gitawag usab nga discharge rate, ug kasagaran gipahayag gamit ang hourly rate (nailhan usab nga hourly rate) ug ang multiplier.

Ang discharge rate nagtumong sa rate sa pag-discharge sa baterya, nga gisukod sa oras sa pag-discharge. Sa espesipiko, kini ang panahon nga gikinahanglan aron hingpit nga buhian ang kapasidad sa baterya gamit ang usa ka piho nga discharge nga kasamtangan, kasagaran gipahayag sa mga oras (h). Pananglitan, alang sa usa ka baterya nga adunay gimarkahan nga kapasidad nga 10 amp-oras (A·h), kung kini ma-discharge nga adunay agos nga 2A, ang katugbang nga discharge rate mao ang 5 ka oras (10A·h/2A=5h), nagpasabut nga ang baterya nag-discharge sa 5-oras nga gikusgon.

Ang discharge rate nagtumong sa kasamtangan nga bili, nga gipahayag isip usa ka multiple sa kapasidad sa kapasidad sa baterya, kung ang tibuok nga kapasidad sa baterya hingpit nga gipagawas sulod sa usa ka piho nga panahon. Pananglitan, ang 2C discharge nagpasabot nga ang discharge current doble sa kapasidad sa baterya, kasagaran girepresentahan sa 2C (diin ang C nagrepresentar sa kapasidad sa baterya). Alang sa usa ka baterya nga adunay gimarkahan nga kapasidad nga 10A·h, 2C discharge (adunay usa ka dimensyon nga isyu dinhi, ie, ang mga yunit sa kapasidad ug karon dili parehas, apan kini usa ka komon nga paggamit, mao nga dili kini usbon) nagpasabot nga ang discharge nga kasamtangan mao ang 2 x 10=20 (A), nga katumbas sa usa ka discharge rate nga 0.5h. Ang lain-laing mga klase ug disenyo sa mga baterya adunay lain-laing kapasibo sa mga kondisyon sa pag-discharge: ang uban mas haom alang sa ubos{12}}kasamtang pag-discharge, samtang ang uban mas maayo ang performance sa taas nga sulog. Sa kinatibuk-an, ang discharge rates ubos pa sa o katumbas sa 0.5C gitawag nga ubos nga rates; kadtong tali sa 0.5C ug 3.5C gitawag nga medium rates; kadtong tali sa 3.5C ug 7C gitawag nga taas nga rate; ug kadtong milapas sa 7C gitawag nga ultra-taas nga rates.

Boltahe sa pagtapos

Atol sa pag-discharge sa baterya, ang inisyal nga kantidad sa boltahe gihubit ingon ang pagsugod sa boltahe sa operasyon; kung ang boltahe nahulog sa usa ka threshold diin ang dugang nga pag-discharge dili na angay, kini nga punto sa boltahe gitawag nga boltahe sa pagtapos. Ang piho nga kantidad sa kini nga boltahe sa pagtapos kasagaran gitakda sa tester base sa aktuwal nga mga kinahanglanon sa pagsulay ug nangaging kasinatian.

Ang gitakda nga boltahe sa pagtapos magkalainlain depende sa lainlaing mga kondisyon sa pagdiskarga ug ang epekto niini sa kapasidad sa baterya ug gitas-on sa kinabuhi. Ang mas ubos nga boltahe sa pagtapos kasagarang gigamit sa ubos nga-temperatura nga palibot o ubos sa taas-kasamtang kondisyon sa pagdiskarga, samtang ang mas taas nga mga boltahe sa pagtapos kasagarang gitakda ubos sa-kasamtang mga kondisyon sa pagdiskarga. Kini tungod kay ang polarization tali sa mga electrodes sa baterya motaas pag-ayo panahon sa ubos nga-temperatura o taas-kasamtang pag-discharge, nga moresulta sa dili kompleto nga paggamit sa mga aktibong materyales ug mas paspas nga pag-ubos sa boltahe. Busa, ang tukma nga pagpaubos sa boltahe sa pagtapos makatabang sa pagpagawas sa daghang kusog. Sa laing bahin, sa paggamit sa ubos nga-kasamtangang pag-discharge, ang mga aktibong sangkap sa baterya magamit sa mas hingpit. Sa kini nga kaso, ang pagdugang sa boltahe sa pagtapos aron limitahan ang lawom nga pag-discharge mahimong epektibo nga mapalugway ang kinatibuk-ang kinabuhi sa baterya.

Ambient nga temperatura

Sama sa gipakita sa Figure 1-6, ang ambient temperature adunay dakong epekto sa discharge curve. Sa mas taas nga temperatura, ang discharge curve nagpakita sa medyo malumo nga uso; bisan pa, samtang ang temperatura mikunhod, kini nga pagbag-o mahimong labi ka kusog. Ang sukaranan nga hinungdan mao nga sa mubu nga temperatura, ang rate sa paglalin sa mga ion mikunhod, nga nagdala sa pagtaas sa ohmic internal nga pagsukol. Sa grabe nga mga kaso, kung ang temperatura ubos kaayo, ang electrolyte mahimong mag-freeze, sa ingon makababag sa normal nga proseso sa pag-discharge sa baterya. Dugang pa, sa mas mubu nga temperatura, ang electrochemical polarization ug polarisasyon sa konsentrasyon parehas nga gipauswag, nga labi nga nagpadali sa rate sa pagkadunot sa curve sa pagdiskarga.

Figure 1-6 Discharge curves sa lead-acid nga mga baterya sa lain-laing ambient temperature

Kapasidad ug piho nga kapasidad

Ang kapasidad sa baterya nagtumong sa gidaghanon sa elektrisidad nga makuha gikan sa usa ka baterya ubos sa pipila ka mga kondisyon sa pag-discharge. Ang yunit kasagarang gipahayag isip ampere-hour (Ah). Depende sa aktuwal nga sitwasyon, ang kapasidad sa baterya mahimong bahinon pa ngadto sa teoretikal nga kapasidad, aktuwal nga kapasidad, ug rated nga kapasidad.

Ang teoretikal nga kapasidad (Co) nagtumong sa gidaghanon sa elektrisidad nga mahatag ubos sa sulundon nga mga kondisyon kung ang aktibo nga materyal hingpit nga moapil sa electrochemical reaksyon sa baterya. Kini nga bili gikalkulo base sa masa sa aktibong materyal, nga nagsunod sa balaod ni Faraday. Ang balaod ni Faraday nag-ingon nga adunay direkta nga proporsyonal nga relasyon tali sa masa sa materyal nga nag-apil sa reaksyon sa electrode ug sa kantidad sa bayad nga gibalhin niini; sa dihang ang 1 mol sa aktibong materyal moapil sa electrochemical nga proseso sa baterya, kini makapagawas ug bayad nga katumbas sa 26.8 A·h o 1 farad (F). Busa, ang mosunod nga pormula sa pagkalkula anaa:

Sa pormula, ang m mao ang masa sa aktibong substansiya kung kini hingpit nga mo-react; n mao ang gidaghanon sa mga electron naangkon o nawala sa panahon sa dagan reaksyon; ug M mao ang molar mass sa aktibong substansiya.

Sa pormula, ang K gitawag nga electrochemical equivalent sa active substance.

Ingon sa gipakita sa equation (1.5), ang teoretikal nga kapasidad sa usa ka electrode adunay kalabutan sa masa sa aktibo nga materyal ug ang katumbas sa electrochemical. Uban sa parehas nga masa sa aktibo nga materyal, ang gamay nga katumbas sa electrochemical, mas dako ang teoretikal nga kapasidad. Ang electrochemical equivalents sa pipila ka mga electrode nga materyales gipakita sa Table 1-3.

Talaan 1-3 Electrochemical Equivalents sa Pipila ka Electrode Materials

Dugang pa, ang mga konsepto sa aktuwal nga kapasidad ug rated nga kapasidad kanunay nga gigamit. Ang aktuwal nga kapasidad nagtumong sa kinatibuk-ang kantidad sa kuryente nga mahatag sa usa ka baterya ubos sa piho nga mga kondisyon sa pagdiskarga. Ang aktuwal nga kapasidad limitado dili lamang sa teoretikal nga maximum nga kantidad kondili sa piho nga mga kondisyon sa pagdiskarga.

Ang gi-rate nga kapasidad, sa laing bahin, usa ka sumbanan nga set alang sa baterya sa panahon sa disenyo ug proseso sa paghimo; nga mao, ang minimum nga kapasidad sa output nga kinahanglan makab-ot sa baterya ubos sa espesipikong mga kondisyon sa pagdiskarga, nailhan usab nga nominal nga kapasidad.

Kung itandi ang lainlaing mga lahi sa mga baterya sa parehas nga serye, ang piho nga kapasidad kasagarang gigamit alang sa pagtimbang-timbang. Sa piho, ang espesipikong kapasidad nagtumong sa gidaghanon sa elektrisidad nga mahatag sa usa ka baterya kada yunit sa masa o volume, ie, mass specific capacity (Ah/kg) ug volumetric specific capacity (Ah/L). Mahinungdanon nga timan-an nga kung ang pagkalkula sa masa ug gidaghanon sa usa ka baterya, dugang sa pagkonsiderar sa mga materyales sa electrode ug electrolyte, ang ubang mga sangkap sa baterya kinahanglan usab nga tagdon, sama sa casing, separator, ug mga may kalabutan nga conductive nga sangkap. Ilabi na alang sa pagtipig sa mga baterya ug mga fuel cell, ang kinatibuk-ang masa ug gidaghanon naglakip usab sa tanan nga gikinahanglan nga auxiliary nga kagamitan, sama sa mga tangke alang sa pagtipig sa mga likido, mga himan sa pagpaaktibo (alang sa mga baterya sa pagtipig), o aktibo nga materyal nga pagtipig ug mga sistema sa suplay, mga sistema sa pagkontrol, mga yunit sa pagpainit, ug uban pa (alang sa mga fuel cell).

Pinaagi sa pagpaila sa konsepto sa piho nga kapasidad, mahimo natong itandi ang pasundayag sa mga baterya sa lain-laing mga matang ug gidak-on. Ang kapasidad sa baterya gibahin sa teoretikal nga kapasidad ug aktwal nga kapasidad; katugbang, piho nga kapasidad usab adunay teoretikal ug aktuwal nga mga aspeto.

Enerhiya ug espesipikong enerhiya

Ang enerhiya sa baterya nagtumong sa kinatibuk-ang elektrisidad nga enerhiya nga gipagawas sa baterya sa dihang nagbuhat sa trabaho ubos sa espesipikong kondisyon sa pag-discharge, kasagarang gipahayag sa watt-oras (W·h). Ang enerhiya sa baterya usab adunay usa ka teoretikal nga kusog ug usa ka aktwal nga kusog.

Sa pag-ingon nga ang baterya nagpabilin sa panimbang sa panahon sa pag-discharge ug ang boltahe sa pag-discharge niini kanunay nga katumbas sa iyang electromotive nga puwersa, ug usab sa paghunahuna nga ang tanan nga aktibo nga mga materyales moapil sa kemikal nga reaksyon, nan ang enerhiya nga gihatag sa baterya kinahanglan nga katumbas sa iyang theoretical maximum energy Wo.

Ang teoretikal nga kusog sa usa ka baterya mao ang pinakataas nga dili{0}}volume nga trabaho nga gihimo sa baterya ubos sa kanunay nga temperatura, kanunay nga presyur, ug mabalik nga mga kondisyon sa pag-discharge.

Ang aktuwal nga enerhiya (W) nagtumong sa enerhiya nga aktuwal nga gihatag sa usa ka baterya ubos sa pipila ka mga kondisyon sa pagdiskarga. Gikuha kini sa numero pinaagi sa pagpadaghan sa aktwal nga kapasidad sa kasagaran nga boltahe sa operasyon. Tungod kay ang mga aktibo nga materyales sa sulod sa baterya dili hingpit nga magamit, ug ang operating boltahe niini kasagaran mas ubos kaysa sa teoretikal nga electromotive force, ang aktwal nga enerhiya kanunay nga mas ubos kaysa sa teoretikal nga enerhiya.

Ang piho nga enerhiya nagtumong sa enerhiya nga gipagawas sa usa ka baterya kada yunit nga masa o gidaghanon sa yunit. Ang output sa enerhiya kada yunit nga masa sa baterya gihubit isip mass specific nga enerhiya, kasagarang gisukod sa watt-oras kada kilo (Wh/kg). Ang output sa enerhiya kada yunit nga gidaghanon sa baterya gihubit isip volumetric specific nga enerhiya, kasagarang gipahayag sa watt{3}}oras kada litro (Wh/L). Dugang pa, ang konsepto sa espesipikong enerhiya mahimong dugang nga bahinon ngadto sa teoretikal (W) ug aktuwal (W), diin ang theoretical mass specific nga enerhiya mahimong kalkulado gamit ang equation (1.9):

Sa pormula, ang K + mao ang electrochemical nga katumbas sa positibo nga electrode nga materyal; Ang K- mao ang electrochemical equivalent sa negatibo nga electrode material; ug E mao ang battery electromotive force.

Gahum ug espesipikong gahum

Ang gahum sa baterya nagtumong sa output sa enerhiya sa usa ka baterya matag yunit sa oras ubos sa piho nga mga kondisyon sa pagdiskarga, ug ang yunit sa pagsukod niini mao ang watt (W) o kilowatt (kW). Kung kini nga gahum sa output gikonsiderar nga may kalabotan sa masa o volume sa baterya, makuha ang konsepto sa piho nga gahum. Sa espesipiko, ang espesipikong masa sa gahum nagsukod kung pila ka watts sa gahum ang mahatag sa usa ka yunit nga masa sa baterya, ug ang yunit niini W/kg; samtang ang volumetric nga piho nga gahum nagpakita sa gahum nga namugna sa usa ka yunit nga gidaghanon sa baterya, ug ang katugbang nga yunit niini mao ang W/L.

Ang gahum ug espesipikong gahum nagpakita sa gidaghanon sa pagdiskarga sa usa ka baterya. Ang usa ka mas taas nga gahum sa baterya nagpasabut nga ang baterya mahimong ma-discharge sa taas nga kasamtangan o taas nga rate. Pananglitan, ang zinc-silver nga baterya mahimong makab-ot ang espesipikong gahum nga labaw sa 100 W/kg kon mag-discharge sa medium nga densidad sa kasamtangan, nga nagpakita nga ubos ang internal nga resistensya ug maayo nga taas-rate nga pagdiskarga. Sa kasukwahi, ang zinc-manganese dry cell battery makab-ot lang ang espesipikong gahum nga 10 W/kg kon mag-operate sa ubos nga densidad sa kasamtangan, nga nagpakita sa taas nga internal nga pagsukol ug dili maayo nga taas-rate nga pagdiskarga nga performance. Sama sa enerhiya sa baterya, ang gahum usab adunay teoretikal nga gahum ug aktwal nga gahum.

Ang teoretikal nga gahum sa usa ka baterya mahimong ipahayag ingon:

Sa pormula, t ang panahon; Ang Co mao ang teoretikal nga kapasidad sa baterya; ug ako ang kasamtangan.

Ang aktuwal nga gahum sa baterya kinahanglan nga:

Sa pormula, si I²Ang R nagrepresentar sa gahum nga gigamit sa internal nga resistensya sa baterya. Kini nga gahum walay kapuslanan sa gipadapat nga load; kini esensya nakabig ngadto sa kainit enerhiya ug gipagawas ingon nga kainit.

Siklo sa kinabuhi

Para sa mga baterya, cycle life, o usa ka cycle sa paggamit, maoy usa sa importanteng indicators sa pagtimbang-timbang sa performance sa battery. Ang matag kompleto nga bayad-siklo sa pagdiskarga gikonsiderar nga usa ka yugto sa panahon alang sa usa ka baterya.

Ubos sa piho nga kondisyon sa pagkarga-, ang gidaghanon sa mga cycle nga maagwanta sa usa ka baterya sa dili pa ang kapasidad niini mous-os ngadto sa usa ka piho nga bili kay gihubit isip iyang cycle sa kinabuhi o sa paggamit sa cycle. Kon mas taas ang siklo sa kinabuhi, mas maayo ang performance sa cycle sa baterya. Lain-laing matang sa mga baterya nagpakita sa lain-laing mga kinabuhi sa siklo; pananglitan, ang nickel-cadmium nga mga baterya mahimong makab-ot ang liboan ka mga cycle, samtang ang zinc-silver nga mga baterya adunay medyo mas gamay nga mga cycle, ang uban gani ubos pa sa usa ka gatos. Angay nga matikdan nga bisan ang mga baterya sa parehas nga tipo mahimong adunay lainlaing mga kinabuhi sa siklo tungod sa mga kalainan sa ilang internal nga istruktura.

Ang siklo sa kinabuhi sa usa ka baterya maapektuhan sa lainlaing mga hinungdan. Dugang pa sa hustong paggamit ug pagmentinar, ang mosunod nga importanteng mga aspeto magamit usab: ① Sa panahon sa charge-discharge cycles, ang surface area sa active material anam-anam nga mokunhod, nga mosangpot sa pagsaka sa operating current density ug pagpakusog sa polarization; ② Ang mga aktibo nga sangkap sa mga electrodes mahimong matangtang o mabalhin; ③ Atol sa operasyon sa baterya, ang pipila ka mga materyales sa elektrod mahimong corroded; ④ Ang mga dendrite nga naporma sa mga electrodes sa panahon sa pagbisikleta mahimong hinungdan sa mga mubu nga sirkito sa sulod sa baterya; ⑤ Mahimong madaot ang separator; ⑥ Ang kristal nga morpolohiya sa aktibong materyal nagbag-o sa panahon sa balikbalik nga pagkarga-mga siklo sa pag-discharge, sa ingon nagpamenos sa kalihokan niini.

Kahimoan sa pagtipig

Ang pasundayag sa pagtipig sa baterya nagtumong sa ang-ang sa natural nga pagkawala sa enerhiya sulod sa baterya kon kini anaa sa bukas nga-circuit nga kahimtang ubos sa piho nga kahimtang sa kinaiyahan (sama sa temperatura ug humidity). Kini nga panghitabo nailhan usab nga self-discharge. Kung ang proporsyon sa pagkawala sa enerhiya sa panahon sa pagtipig gamay ra, kini nagpakita nga ang baterya adunay maayo kaayo nga pasundayag sa pagtipig.

Kung ang baterya naa sa bukas nga-circuit state, bisan kung wala kini nagsuplay ug elektrikal nga enerhiya sa gawas, moagi gihapon kini sa proseso sa kaugalingon-pagdiskarga. Kini nga panghitabo mao ang nag-una tungod sa thermodynamic instability sa electrodes sa electrolyte palibot, nga mosangpot ngadto sa kusog nga redox reaksyon sa taliwala sa mga electrodes. Bisan ubos sa uga nga mga kondisyon, kung ang selyo dili igo nga hugot, ang paglusot sa gawas nga mga hinungdan sama sa hangin o kaumog mahimo gihapon nga magpahinabo sa kaugalingon nga-discharge effect sulod sa baterya.

Ang kaugalingon nga-discharge rate mahimo usab nga ipahayag ingon ang gidaghanon sa mga adlaw nga gikinahanglan aron ang kapasidad sa baterya mokunhod ngadto sa usa ka piho nga kantidad kung gitipigan, nailhan nga estante sa kinabuhi. Adunay uga nga estante sa kinabuhi ug basa nga estante sa kinabuhi. Pananglitan, ang usa ka storage battery, nga walay pagdugang sa electrolyte sa dili pa gamiton, mahimong tipigan sa dugay nga panahon; ang ingon nga baterya mahimong adunay taas nga uga nga estante sa kinabuhi. Ang pagtipig nga adunay electrolyte gitawag nga basa nga pagtipig; Ang basa nga storage moresulta sa mas kusog nga self-discharge effect ug medyo mas mubo nga basa nga shelf life. Pananglitan, ang zinc-silver nga baterya mahimong adunay uga nga estante sa kinabuhi nga 5–8 ka tuig, samtang ang basa nga estante sa kinabuhi niini kasagarang pipila lang ka bulan.