แรงดันไฟฟ้าและความจุในแบตเตอรี่ลิเธียม: อะไรคือความแตกต่าง

ที่ GEB เราสร้างแบตเตอรี่ลิเธียมสำหรับการใช้งานจริง-ในโลกแห่งความเป็นจริงทุกวัน ลูกค้ามักถามเราว่าทำไมแบตเตอรี่ถึงอ่านค่าไฟ 3.8V สักครู่หนึ่งและลดลงอย่างรวดเร็วเมื่อโหลด แม้ว่าจะยังมีประจุเหลืออยู่อีกมากก็ตาม ความสับสนมักจะมาในสิ่งเดียวกันเสมอ นั่นคือการปะปนกันแรงดันไฟฟ้าและความจุ.

ตัวเลขสองตัวนี้อธิบายสิ่งที่แตกต่างกันอย่างสิ้นเชิง แต่ตัวเลขทั้งสองนี้ทำงานร่วมกันเพื่อตัดสินใจว่าแบตเตอรี่ของคุณสามารถทำงานได้ดีเพียงใด มาแจกแจงรายละเอียดให้ชัดเจนเพื่อให้คุณสามารถตัดสินใจได้ดีขึ้นเมื่อเลือกหรือใช้แบตเตอรี่ลิเธียม

แรงดันและความจุหมายถึงอะไรจริงๆ

แรงดันไฟฟ้าคือความแตกต่างของแรงดันไฟฟ้าระหว่างขั้วบวกและขั้วลบของเซลล์ โดยจะบอกคุณว่าแบตเตอรี่สามารถผลักอิเล็กตรอนผ่านวงจรได้แรงแค่ไหน ในทางปฏิบัติ เราพูดถึงค่าแรงดันไฟฟ้าที่สำคัญสามค่า:

• แรงดันไฟฟ้าที่กำหนด(แรงดันใช้งานเฉลี่ย เช่น 3.2V สำหรับ LiFePO4 หรือ 3.7V สำหรับ NMC)
• การชาร์จตัด-แรงดันไฟฟ้า(ปกติคือ 4.2V สำหรับเซลล์ Li- ส่วนใหญ่)
• การคายประจุตัด-แรงดันไฟฟ้า(โดยทั่วไปคือ 3.0V หรือ 2.5V ขึ้นอยู่กับเคมี)

ความจุในทางกลับกัน จะวัดปริมาณประจุทั้งหมดที่แบตเตอรี่สามารถจ่ายได้ โดยแสดงเป็นแอมแปร์-ชั่วโมง (Ah) หรือมิลลิแอมป์{1}}ชั่วโมง (mAh) ตามทฤษฎีแล้ว แบตเตอรี่ 100Ah สามารถจ่ายกระแสไฟได้ 100 แอมป์เป็นเวลาหนึ่งชั่วโมง หรือ 10 แอมป์เป็นเวลาสิบชั่วโมงก่อนที่แบตเตอรี่จะหมด

พลังงานที่แท้จริงที่มีอยู่มาจากการรวมทั้งสองอย่างเข้าด้วยกัน:

พลังงาน (Wh)=แรงดันไฟฟ้า × ความจุ

ตัวอย่างเช่น ชุดแบตเตอรี่ 48V 100Ah เก็บพลังงานได้ 4.8 kWh นี่คือตัวเลขที่บอกคุณว่าระบบพลังงานแสงอาทิตย์ รถยก หรือเครื่องมือไฟฟ้าของคุณสามารถทำงานได้นานแค่ไหน

หลายๆ คนมองดูเฉพาะแรงดันไฟฟ้าบนมัลติมิเตอร์ และคิดว่าแบตเตอรี่ใกล้จะหมดเมื่อแรงดันไฟฟ้าลดลงต่ำกว่า 3.7V ในความเป็นจริง การอ่านค่ามักหมายความว่าแบตเตอรี่ยังคงมีความจุเหลือ 40-60% ขึ้นอยู่กับโหลดและเคมี

แรงดันและความจุสัมพันธ์กันอย่างไร

แรงดันและความจุไม่เป็นอิสระ แรงดันไฟฟ้าที่คุณวัดจะเปลี่ยนไปเมื่อแบตเตอรี่ปล่อยประจุที่เก็บไว้ ความสัมพันธ์นี้เกิดจากการเคลื่อนที่ของลิเธียมไอออนระหว่างอิเล็กโทรดกับศักยภาพทางเคมีที่เกิดขึ้น

กล่าวง่ายๆ ก็คือ เมื่อแบตเตอรี่หมด ลิเธียมไอออนจะออกจากขั้วบวกและเคลื่อนไปทางแคโทด ที่วัดได้แรงดันไฟวงจรเปิด (OCV)คือความต่างระหว่างศักย์ไฟฟ้าที่ขั้วไฟฟ้าทั้งสอง เมื่อความเข้มข้นของลิเธียมไอออนเปลี่ยนไป แรงดันไฟฟ้าจะค่อยๆ ลดลง

อย่างไรก็ตาม การลดลงนี้ไม่ค่อยเป็นเชิงเส้น กำลังการผลิตส่วนใหญ่จะส่งมอบในช่วงที่ค่อนข้างคงที่”แพลตฟอร์มแรงดันไฟฟ้า" เมื่อชานชาลาสิ้นสุดลง แรงดันไฟฟ้าจะลดลงอย่างรวดเร็วไปยังจุดตัด- พฤติกรรมที่ไม่เป็นเชิงเส้น- นี้เป็นเหตุผลว่าทำไมจึงต้องพึ่งพาแรงดันไฟฟ้าเพียงอย่างเดียวเพื่อประมาณรันไทม์ที่เหลืออยู่ทำให้เกิดข้อผิดพลาด

ที่ GEB เราเห็นสิ่งนี้ทุกครั้งที่เราทดสอบแพ็ก เซลล์อาจนั่งสบายที่ 3.65V เป็นเวลานานในขณะที่ยังคงให้ค่าพิกัดส่วนใหญ่อยู่ความจุ.

ทำความเข้าใจกับเส้นโค้งการคายประจุ

ที่เส้นโค้งการปล่อยแสดงให้เห็นอย่างชัดเจนว่าแรงดันไฟฟ้าทำงานอย่างไรเมื่อความจุหมด เส้นโค้งแบตเตอรี่ลิเธียมทั่วไปมีสามขั้นตอนที่แตกต่างกัน:

การลดลงครั้งแรกจากแรงดันไฟฟ้าที่ชาร์จเต็ม

แพลตฟอร์มที่ยาวและค่อนข้างแบนซึ่งมีความจุมากที่สุด

เข่าแหลมที่ปลายเมื่อแรงดันไฟฟ้าลดลงอย่างรวดเร็วจนต้องตัด-

นี่คือการปฏิบัติแรงดันไฟฟ้าเทียบกับตาราง SOCสำหรับเซลล์ NMC มาตรฐานภายใต้สภาวะที่แตกต่างกัน (วัดที่ 25 องศา ):

สังเกตว่าแรงดันไฟฟ้าภายใต้โหลดจะต่ำกว่าแรงดันไฟฟ้าวงจรเปิด-เสมอ กระแสคายประจุที่สูงขึ้นทำให้เกิดแรงดันไฟฟ้าตกมากขึ้นเนื่องจากความต้านทานภายในและผลกระทบจากโพลาไรเซชัน

มีหลายปัจจัยที่เปลี่ยนเส้นโค้งนี้ในการใช้งานรายวัน:

• อัตรา C- ที่สูงขึ้น → แรงดันไฟฟ้าตกเร็วขึ้นและลึกขึ้น
• อุณหภูมิที่ต่ำกว่า → แรงดันไฟฟ้าลดลงและพร้อมใช้งานความจุ
• รอบการชาร์จที่มากขึ้น- → แพลตฟอร์มจะค่อยๆ ลดลงและแบนลงน้อยลง

นี่คือสาเหตุที่แบตเตอรี่ที่เคยใช้งาน 8 ชั่วโมงด้วยแรงดันไฟฟ้าเท่าเดิมอาจใช้งานได้เพียง 6 ชั่วโมงหลังจาก 500 รอบ

LiFePO4 กับ NMC: พฤติกรรมแรงดันและความจุที่แตกต่างกันมาก

เคมีที่คุณเลือกจะเปลี่ยนความสัมพันธ์ของแรงดันไฟฟ้า-กับความจุอย่างมาก

LiFePO4 (แอลเอฟพี)เซลล์ทำงานที่แรงดันไฟฟ้าปกติ 3.2V โดยมีลักษณะแบนราบมากแพลตฟอร์มจำหน่าย. แรงดันไฟฟ้าคงที่อย่างน่าทึ่งระหว่างประมาณ 3.3V ถึง 3.0V สำหรับความจุส่วนใหญ่ ความเรียบนี้ช่วยให้คุณรันไทม์ที่คาดการณ์ได้มากขึ้นและความสามารถในการใช้งานที่ดีขึ้นในแอปพลิเคชันจริง LFP เป็นตัวเลือกที่ต้องการสำหรับการจัดเก็บพลังงานแสงอาทิตย์ ระบบทางทะเล และทุกที่ที่มีอายุการใช้งานยาวนานและมีความสำคัญด้านความปลอดภัยมากที่สุด

กทชเซลล์ทำงานที่ 3.6–3.7V ที่กำหนดและให้พลังงานที่มีความหนาแน่นสูงขึ้น ของพวกเขาเส้นโค้งการปล่อยมีความชันที่เห็นได้ชัดเจน ซึ่งหมายความว่าแรงดันไฟฟ้าจะลดลงอย่างต่อเนื่องมากขึ้นเมื่อใช้ความจุ ทำให้ NMC เหมาะสมยิ่งขึ้นสำหรับการใช้งานที่ต้องการเอาต์พุตกำลังสูงหรือขนาดกะทัดรัด เช่นเครื่องมือไฟฟ้าsโดรน และชุด EV บางประเภท

นี่คือการเปรียบเทียบ-ต่อ-:

ที่ GEB เราผลิตทั้งเคมีภัณฑ์และมักจะแนะนำ LFP เมื่อลูกค้าต้องการพลังงานที่มีอายุการใช้งานยาวนาน-ที่เชื่อถือได้ ขณะเดียวกันก็แนะนำบรรจุภัณฑ์ที่ใช้ NMC- เมื่อน้ำหนักและความหนาแน่นของพลังงานมีความสำคัญสูงสุด

ผลกระทบเชิงปฏิบัติสำหรับการใช้งานจริง

แรงดันไฟฟ้าการลดลงภายใต้โหลด ผลกระทบของอุณหภูมิ และการเสื่อมสภาพ ล้วนส่งผลต่อความจุที่คุณสามารถสกัดได้จริง

A ระบบ 48Vมีข้อได้เปรียบที่ชัดเจนกว่า 24V หรือ 12V สำหรับกำลังเอาต์พุตเดียวกัน เนื่องจากกระแสไฟฟ้าลดลงครึ่งหนึ่ง การสูญเสีย I²R จึงลดลงอย่างมาก - บ่อยครั้งถึง 30-40% การชาร์จยังเสร็จสิ้นเร็วขึ้นและสายไฟอาจบางลง สำหรับการจัดเก็บพลังงานที่มากขึ้นหรือพลังขับเคลื่อน การย้ายไปยังแรงดันไฟฟ้าที่สูงกว่ามักจะปรับปรุงประสิทธิภาพเกือบทุกครั้ง

สภาพการเก็บรักษาก็มีความสำคัญเช่นกัน เราแนะนำให้เก็บแบตเตอรี่ลิเธียมไว้ที่ 40-60%ซเพื่อการจัดเก็บระยะยาว- เซลล์ GEB ส่วนใหญ่จัดส่งที่ค่าใช้จ่ายประมาณ 50% เนื่องจากระดับนี้ได้รับการพิสูจน์แล้วว่าดีที่สุดในการลดอายุของปฏิทินในขณะเดียวกันก็รักษาการฟื้นตัวให้สูงกว่า 98% แม้ว่าจะผ่านไปหนึ่งปีเต็มก็ตาม

อย่าตัดสินความจุที่เหลืออยู่ด้วยแรงดันไฟฟ้าเพียงอย่างเดียวภายใต้โหลด ปล่อยให้แบตเตอรี่พักสักครู่เสมอและวัด OCV หากคุณต้องการค่าประมาณคร่าวๆ ทันสมัยหน่วยบีเอ็มเอสรวมข้อมูลแรงดัน การรวมกระแส (การนับคูลอมบ์) และข้อมูลอุณหภูมิเพื่อความแม่นยำยิ่งขึ้นซการอ่าน

ความคิดสุดท้าย

แรงดันไฟฟ้าบอกคุณถึงพลังความจุบอกคุณถึงค่าใช้จ่ายทั้งหมดที่มีอยู่ ประสิทธิภาพที่แท้จริงมาจากการที่ทั้งสองมีปฏิสัมพันธ์กันภายใต้ภาระ อุณหภูมิ และรอบการทำงานเฉพาะของคุณ

ได้รับความสมดุลระหว่างแพลตฟอร์มแรงดันไฟฟ้า, ความจุรวมและเคมีคือสิ่งที่แยกแบตเตอรี่ที่ดีออกจากแบตเตอรี่ที่มีประสิทธิภาพต่ำกว่าในภาคสนาม ที่ GEB เราใช้เวลาอย่างมากในการปรับอัตราส่วนอิเล็กโทรด หน้าต่างแรงดันไฟฟ้า และการเลือกใช้วัสดุ เพื่อให้เซลล์ของเรามีพฤติกรรมแรงดันไฟฟ้าที่สม่ำเสมอและกำลังการผลิตที่เชื่อถือได้ตลอดหลายร้อยหรือหลายพันรอบ

หากคุณกำลังออกแบบระบบใหม่หรือกำลังประเมินตัวเลือกแบตเตอรี่ โปรดติดต่อได้ตลอดเวลา บอกความต้องการแรงดันไฟฟ้า ระยะเวลาการทำงานที่คาดหวัง และสภาวะการทำงานของคุณ เราสามารถแนะนำการกำหนดค่าทางเคมีและบรรจุภัณฑ์ที่เหมาะสมซึ่งตรงกับการใช้งานของคุณจริงๆ แทนที่จะตรงตามข้อกำหนดเฉพาะทั่วไป