Energiyani saqlash batareyalarining zaryadsizlanish ko'rsatkichlari

ning eng muhim ishlash xususiyatlaridan birienergiya saqlash batareyalariularning tushirish ko'rsatkichidir. Batareyaning turli sharoitlarda zaryadsizlanishini tavsiflash uchun batareyaning zaryadsizlanish egri chizig'ini o'lchash kerak, bu odatda vaqt o'tishi bilan tushirish kuchlanishining o'zgarishini ko'rsatadigan egri chiziqdir. Har xil tushirish sharoitlari tushirish strategiyalari bilan tavsiflanadi va har xil tushirish strategiyalari turli xil tushirish egri chiziqlariga olib keladi. Bo'shatish strategiyalari odatda tushirish usuli, tushirish oqimi, tugatish kuchlanishi va atrof-muhit haroratini o'z ichiga oladi.

Bo'shatish usuli

Batareyani zaryadsizlantirishning uchta usuli mavjud: doimiy oqim zaryadsizlanishi, doimiy qarshilik zaryadsizlanishi va doimiy quvvat zaryadsizlanishi. Oddiy tushirish egri chiziqlari 1-5-rasmda ko'rsatilgan, bu uchta tushirish rejimida tushirish oqimi, kuchlanish va zaryadsizlanish vaqtidagi quvvatning o'zgarishini ko'rsatadi.

Doimiy qarshilik-zaryadlanganda, batareyaning ish kuchlanishi va tushirish oqimi vaqt o'tishi bilan asta-sekin kamayadi. Xuddi shunday, doimiy{2}}joriy razryad ostida, tushirish jarayoni davom etar ekan, ish kuchlanishi ham kamayadi. Uzoq muddatli tushirish vaqti bilan ish kuchlanishining bu pasayishi batareyaning ichki qarshiligining oshishi bilan bog'liq. Bundan tashqari, elektr asboblari, elektr transport vositalari va boshqa ilovalarda batareya quvvatidan foydalanish ortib borayotganligi sababli doimiy{5}}quvvat zaryadsizlanishi keng tarqalmoqda. Doimiy{7}} quvvatsizlanish vaqtida akkumulyatorning kuchlanishi doimiy ravishda pasayadi, zaryadsizlanish davom etar ekan, zaryadsizlanish oqimi doimiy ravishda oshib boradi.

Bo'shatish oqimi

Batareyaning ishlashi paytida u chiqaradigan oqim zaryadsizlanish oqimi deb ataladi. Bo'shatish oqimi odatda zaryadsizlanish tezligi deb ham ataladi va ko'pincha soatlik tarif (shuningdek, soatlik stavka deb ham ataladi) va multiplikator yordamida ifodalanadi.

Bo'shatish tezligi batareyaning zaryadsizlanish vaqtida o'lchanadigan zaryadsizlanish tezligini anglatadi. Xususan, ma'lum bir deşarj oqimi yordamida batareya quvvatini to'liq bo'shatish uchun zarur bo'lgan vaqt, odatda soatlarda (h) ifodalanadi. Masalan, nominal quvvati 10 amper{3}}soat (A·soat) bo'lgan batareya uchun, agar u 2A tok bilan zaryadsizlansa, mos keladigan zaryadsizlanish tezligi 5 soat (10A·s/2A=5s), ya'ni batareya 5 soatlik tezlikda zaryadsizlanadi.

Zaryadlash tezligi batareyaning to'liq quvvati ma'lum bir vaqt ichida to'liq bo'shatilganda, batareyaning nominal quvvatining ko'paytmasi sifatida ifodalangan joriy qiymatni anglatadi. Misol uchun, 2C deşarj, tushirish oqimi batareyaning nominal quvvatidan ikki baravar ko'p ekanligini anglatadi, odatda 2C bilan ifodalanadi (bu erda C batareyaning nominal quvvatini bildiradi). Nominal quvvati 10A·soat bo'lgan akkumulyator uchun 2C deşarj (bu erda o'lchovli muammo bor, ya'ni sig'im va oqim birliklari bir xil emas, lekin bu umumiy foydalanish, shuning uchun u o'zgartirilmaydi) tushirish oqimi 2 x 10=20 (A) ni bildiradi, bu 0,5 soatlik zaryadsizlanish tezligiga mos keladi. Batareyalarning har xil turlari va dizaynlari zaryadsizlanish sharoitlariga har xil moslashadi: ba'zilari kam{12}}oqim zaryadsizlanishi uchun ko'proq mos keladi, boshqalari esa yuqori oqimlarda yaxshi ishlaydi. Odatda, 0,5C dan kam yoki unga teng bo'lgan zaryadsizlanish darajasi past ko'rsatkichlar deb ataladi; 0,5C dan 3,5C gacha bo'lganlar o'rtacha ko'rsatkichlar deb ataladi; 3,5C dan 7C gacha bo'lganlar yuqori ko'rsatkichlar deb ataladi; va 7C ​​dan yuqori bo'lganlar ultra-yuqori ko'rsatkichlar deb ataladi.

Tugatish kuchlanishi

Batareyani tushirish vaqtida dastlabki kuchlanish qiymati boshlang'ich ish kuchlanishi sifatida aniqlanadi; kuchlanish keyingi tushirish mos bo'lmagan chegaraga tushganda, bu kuchlanish nuqtasi tugatish kuchlanishi deb ataladi. Ushbu tugatish kuchlanishining o'ziga xos qiymati odatda sinovchi tomonidan haqiqiy sinov talablari va o'tgan tajribaga asoslangan holda o'rnatiladi.

O'rnatilgan tugatish kuchlanishi turli tushirish shartlariga va ularning batareya quvvati va ishlash muddatiga ta'siriga qarab o'zgaradi. Pastroq tugatish kuchlanishlari odatda past haroratli muhitda yoki yuqori{2}}joriy tushirish sharoitida ishlatiladi, yuqoriroq tugatish kuchlanishlari esa odatda past-joriy tushirish sharoitida o'rnatiladi. Buning sababi shundaki, akkumulyator elektrodlari orasidagi qutblanish past{5}}harorat yoki yuqori{6}}oqim zaryadsizlanishi vaqtida sezilarli darajada kuchayadi, bu esa faol materiallardan to'liq foydalanilmasligiga va kuchlanishning tezroq pasayishiga olib keladi. Shuning uchun tugatish kuchlanishini mos ravishda pasaytirish ko'proq energiya chiqarishga yordam beradi. Aksincha, past{9}}oqim zaryadsizlanishidan foydalanilganda, batareyadagi faol komponentlar toʻliqroq ishlatiladi. Bunday holda, chuqur zaryadsizlanishni cheklash uchun tugatish kuchlanishini oshirish batareyaning umumiy ishlash muddatini samarali ravishda uzaytirishi mumkin.

Atrof-muhit harorati

1-6-rasmda ko'rsatilganidek, atrof-muhit harorati tushirish egri chizig'iga sezilarli ta'sir ko'rsatadi. Yuqori haroratlarda tushirish egri chizig'i nisbatan yumshoq tendentsiyani ko'rsatadi; ammo, harorat pasayganda, bu o'zgarish tobora keskinlashadi. Asosiy sabab shundaki, past haroratlarda ionlarning migratsiya tezligi pasayadi, bu esa ohmik ichki qarshilikning oshishiga olib keladi. Haddan tashqari holatlarda, agar harorat juda past bo'lsa, elektrolitlar muzlashi mumkin, shuning uchun batareyaning normal tushirish jarayoniga to'sqinlik qiladi. Bundan tashqari, past haroratlarda elektrokimyoviy qutblanish va kontsentratsiya polarizatsiyasi mos ravishda kuchayadi, bu esa tushirish egri chizig'ining parchalanish tezligini yanada tezlashtiradi.

1-rasm-6 Har xil muhit haroratida qo‘rg‘oshinli akkumulyatorlarning zaryadsizlanish egri chiziqlari

Imkoniyatlar va o'ziga xos imkoniyatlar

Batareya quvvati ma'lum zaryadsizlanish sharoitida batareyadan olinishi mumkin bo'lgan elektr miqdorini bildiradi. Birlik odatda amper-soat (Ah) sifatida ifodalanadi. Haqiqiy vaziyatga qarab, batareya quvvati nazariy quvvatga, haqiqiy quvvatga va nominal quvvatga bo'linishi mumkin.

Nazariy quvvat (Co) faol material batareyaning elektrokimyoviy reaktsiyasida to'liq ishtirok etganida, ideal sharoitlarda ta'minlanishi mumkin bo'lgan elektr miqdorini bildiradi. Bu qiymat Faraday qonuniga binoan faol moddaning massasiga qarab hisoblanadi. Faraday qonuni elektroddagi reaksiyada ishtirok etuvchi moddaning massasi bilan u uzatuvchi zaryad miqdori o‘rtasida to‘g‘ridan-to‘g‘ri proportsional bog‘liqlik borligini aytadi; 1 mol faol modda batareyaning elektrokimyoviy jarayonida ishtirok etganda, u 26,8 A·h yoki 1 farad (F) ga teng zaryadni chiqarishi mumkin. Shunday qilib, quyidagi hisoblash formulasi mavjud:

Formulada m - faol moddaning to'liq reaksiyaga kirishgandagi massasi; n - oqim reaktsiyasi paytida olingan yoki yo'qolgan elektronlar soni; M esa faol moddaning molyar massasi.

Formulada K faol moddaning elektrokimyoviy ekvivalenti deb ataladi.

(1.5) tenglamada ko'rsatilganidek, elektrodning nazariy sig'imi faol moddaning massasi va elektrokimyoviy ekvivalentga bog'liq. Faol moddaning bir xil massasi bilan elektrokimyoviy ekvivalent qanchalik kichik bo'lsa, nazariy sig'im shunchalik katta bo'ladi. Ayrim elektrod materiallarining elektrokimyoviy ekvivalentlari 1-3-jadvalda keltirilgan.

1-3-jadval Ba'zi elektrod materiallarining elektrokimyoviy ekvivalentlari

Bundan tashqari, ko'pincha haqiqiy quvvat va nominal quvvat tushunchalari qo'llaniladi. Haqiqiy quvvat batareyaning muayyan zaryadsizlanishi sharoitida ta'minlay oladigan elektr energiyasining umumiy miqdorini anglatadi. Haqiqiy quvvat faqat nazariy maksimal qiymat bilan emas, balki maxsus tushirish shartlari bilan ham cheklangan.

Boshqa tomondan, nominal quvvati dizayn va ishlab chiqarish jarayonida batareya uchun standart to'plamdir; ya'ni, nominal quvvat sifatida ham tanilgan, belgilangan tushirish sharoitida batareya erishishi kerak bo'lgan minimal chiqish quvvati.

Bir xil seriyadagi turli turdagi batareyalarni solishtirganda, odatda baholash uchun o'ziga xos quvvat ishlatiladi. Xususan, o'ziga xos sig'im batareyaning massa yoki hajm birligi uchun berishi mumkin bo'lgan elektr energiyasi miqdorini anglatadi, ya'ni massaning o'ziga xos sig'imi (Ah / kg) va hajmning o'ziga xos sig'imi (Ah / L). Shuni ta'kidlash kerakki, batareyaning massasi va hajmini hisoblashda, elektrod materiallari va elektrolitlarni hisobga olishdan tashqari, batareyaning boshqa komponentlari, masalan, korpus, ajratuvchi va tegishli o'tkazuvchan komponentlar ham hisobga olinishi kerak. Ayniqsa, akkumulyator batareyalari va yonilg'i xujayralari uchun umumiy massa va hajm, shuningdek, suyuqliklarni saqlash uchun tanklar, faollashtirish qurilmalari (akkumulyator batareyalari uchun) yoki faol materiallarni saqlash va ta'minlash tizimlari, boshqaruv tizimlari, isitish birliklari va boshqalar (yonilg'i xujayralari uchun) kabi barcha zarur yordamchi uskunalarni o'z ichiga oladi.

Muayyan quvvat kontseptsiyasini joriy qilish orqali biz har xil turdagi va o'lchamdagi batareyalarning ishlashini solishtirishimiz mumkin. Batareya quvvati nazariy quvvatga va haqiqiy quvvatga bo'linadi; mos ravishda, xususiy imkoniyatlar ham nazariy va dolzarb jihatlarga ega.

Energiya va xususiy energiya

Batareya quvvati ma'lum zaryadsizlanish sharoitida ishni bajarishda batareya tomonidan chiqarilgan umumiy elektr energiyasini bildiradi, odatda vatt-soatda (Vt·h) ifodalanadi. Batareya energiyasi ham nazariy energiyaga va haqiqiy energiyaga ega.

Batareyani zaryadsizlantirish vaqtida muvozanat holatida bo'lishini va uning zaryadsizlanish kuchlanishini uning elektromotor kuchiga teng deb hisoblasak, shuningdek, kimyoviy reaktsiyada barcha faol moddalar ishtirok etadi deb hisoblasak, batareya tomonidan taqdim etilgan energiya uning nazariy maksimal energiyasi Wo ga teng bo'lishi kerak.

Batareyaning nazariy energiyasi bu batareyaning doimiy harorat, doimiy bosim va qaytariladigan zaryadsizlanish sharoitida -hajmsiz bajargan maksimal ishidir.

Haqiqiy energiya (Vt) ma'lum zaryadsizlanish sharoitida batareya tomonidan haqiqatda ta'minlangan energiyani anglatadi. Haqiqiy quvvatni o'rtacha ish kuchlanishiga ko'paytirish orqali raqamli ravishda olinadi. Batareya ichidagi faol materiallardan to'liq foydalanish mumkin emasligi va uning ish kuchlanishi odatda nazariy elektromotor kuchdan past bo'lganligi sababli, haqiqiy energiya har doim nazariy energiyadan kamroq bo'ladi.

Maxsus energiya deganda batareyaning massa birligi yoki hajmi birligi uchun ajratilgan energiya tushuniladi. Batareyaning massa birligi uchun ishlab chiqarilgan energiya massaga xos energiya sifatida aniqlanadi, odatda kilogramm uchun vatt-soatda (Vt/kg) o'lchanadi. Batareyaning hajmi birligi uchun ishlab chiqarilgan energiya hajmi, odatda litriga vatt-soatda (Vt/L) ifodalangan hajmli o'ziga xos energiya sifatida aniqlanadi. Bundan tashqari, o'ziga xos energiya kontseptsiyasini nazariy (Vt) va haqiqiy (Vt) ga bo'lish mumkin, bunda nazariy massaning o'ziga xos energiyasini (1.9) tenglama yordamida hisoblash mumkin:

Formulada K+ musbat elektrod materialining elektrokimyoviy ekvivalenti; K- - manfiy elektrod materialining elektrokimyoviy ekvivalenti; E - batareyaning elektromotor kuchi.

Quvvat va o'ziga xos quvvat

Batareya quvvati muayyan zaryadsizlanish sharoitida batareyaning vaqt birligidagi energiya chiqishini anglatadi va uning o'lchov birligi vatt (Vt) yoki kilovatt (kVt) dir. Ushbu chiqish quvvati batareyaning massasi yoki hajmiga nisbatan hisobga olinsa, o'ziga xos quvvat tushunchasi olinadi. Xususan, massa o'ziga xos quvvat batareyaning birlik massasi qancha vatt quvvat berishi mumkinligini o'lchaydi va uning birligi Vt / kg; Volumetrik o'ziga xos quvvat batareyaning birlik hajmi tomonidan ishlab chiqarilgan quvvatni aks ettiradi va uning mos keladigan birligi Vt / L ni tashkil qiladi.

Quvvat va o'ziga xos quvvat batareyaning zaryadsizlanish tezligini ko'rsatadi. Batareyaning yuqori quvvati batareyaning yuqori oqim yoki yuqori tezlikda zaryadsizlanishi mumkinligini anglatadi. Misol uchun, sink{2}}kumush batareya o'rtacha oqim zichligida zaryadsizlanganda 100 Vt/kg dan oshiq quvvatga ega bo'lishi mumkin, bu past ichki qarshilik va yuqori -ajallash tezligini ko'rsatadi. Bundan farqli o'laroq, rux{6}}marganets quruq hujayra batareyasi past oqim zichligida ishlaganda faqat 10 Vt/kg ma'lum quvvatga erisha oladi, bu esa yuqori ichki qarshilik va yuqori{8}}ajallash tezligining pastligini ko'rsatadi. Batareya energiyasiga o'xshab, quvvat ham nazariy quvvatga va haqiqiy quvvatga ega.

Batareyaning nazariy quvvatini quyidagicha ifodalash mumkin:

Formulada t - vaqt; Co - batareyaning nazariy quvvati; va men oqimman.

Batareyaning haqiqiy quvvati quyidagicha bo'lishi kerak:

Formulada I²R batareyaning ichki qarshiligi tomonidan iste'mol qilinadigan quvvatni bildiradi. Bu kuch qo'llaniladigan yuk uchun foydasiz; u asosan issiqlik energiyasiga aylanadi va issiqlik sifatida chiqariladi.

Velosiped hayoti

Batareyalar uchun aylanish muddati yoki foydalanish davri batareyaning ishlashini baholashning asosiy ko'rsatkichlaridan biridir. Har bir toʻliq zaryadsizlanish davri -batareya uchun vaqt davri hisoblanadi.

Muayyan zaryadsizlanish-sharoitlarida batareya quvvati ma'lum bir qiymatga tushishidan oldin bardosh bera oladigan davrlar soni uning aylanish muddati yoki foydalanish davri sifatida aniqlanadi. Davolanish muddati qanchalik uzoq bo'lsa, batareyaning aylanish ko'rsatkichlari shunchalik yaxshi bo'ladi. Turli turdagi batareyalar turli xil aylanish muddatini namoyish etadi; masalan, nikel{3}}kadmiy batareyalar minglab tsikllarga erisha oladi, rux{4}}kumush batareyalar esa nisbatan kamroq, ba'zilarida hatto yuztadan ham kamroq aylanishlarga ega. Shunisi e'tiborga loyiqki, hatto bir xil turdagi akkumulyatorlar ham ichki tuzilishidagi farqlar tufayli turli xil aylanish muddatiga ega bo'lishi mumkin.

Batareyaning ishlash muddati turli omillarga ta'sir qiladi. To'g'ri foydalanish va texnik xizmat ko'rsatishdan tashqari, quyidagi asosiy jihatlar ham qo'llaniladi: ① Zaryadlash davrlari- davomida faol moddaning sirt maydoni asta-sekin kamayadi, bu esa ish oqimining zichligi oshishiga va qutblanishning kuchayishiga olib keladi; ② Elektrodlardagi faol komponentlar ajralib chiqishi yoki o'tkazilishi mumkin; ③ Batareyaning ishlashi paytida ba'zi elektrod materiallari korroziyaga tushishi mumkin; ④ Velosiped paytida elektrodlarda hosil bo'lgan dendritlar batareya ichida qisqa tutashuvga olib kelishi mumkin; ⑤ Separator shikastlangan bo'lishi mumkin; ⑥ Faol moddaning kristall morfologiyasi takroriy zaryad-zaryadlanish davrlarida o'zgaradi va shu bilan uning faolligini pasaytiradi.

Saqlash samaradorligi

Batareyani saqlash unumdorligi batareyaning muayyan atrof-muhit sharoitida (masalan, harorat va namlik) -ochiq tutashuv holatida bo‘lganida tabiiy energiya yo‘qotish darajasini bildiradi. Bu hodisa, shuningdek, o'z-o'zidan tushirish-deb ataladi. Saqlash vaqtida energiya yo'qotish nisbati kichik bo'lsa, bu batareyaning mukammal saqlash ko'rsatkichlariga ega ekanligini ko'rsatadi.

Batareya ochiq{0}}oʻchirish holatida boʻlsa-da, tashqi quvvatni elektr energiyasi bilan taʼminlamasa ham, u hali ham oʻz-oʻzidan zaryadsizlanish jarayonini- boshidan kechiradi. Bu hodisa, asosan, elektrolitlar muhitida elektrodlarning termodinamik beqarorligi bilan bog'liq bo'lib, elektrodlar orasidagi o'z-o'zidan redoks reaktsiyalariga olib keladi. Quruq sharoitda ham, muhr yetarli darajada mahkam bo'lmasa, havo yoki namlik kabi tashqi omillarning kirib kelishi hali ham batareya ichida o'z-o'zidan zaryadsizlanish effektini-qo'zg'atishi mumkin.

Oʻz-oʻzidan zaryadsizlanish tezligini{0}}shuningdek, batareya quvvati saqlanganda belgilangan qiymatgacha kamayishi uchun zarur boʻlgan kunlar soni sifatida ham ifodalanishi mumkin, yaʼni yaroqlilik muddati deb nomlanadi. Quruq saqlash muddati va nam saqlash muddati bor. Misol uchun, saqlash batareyasi, ishlatishdan oldin elektrolit qo'shmasdan, uzoq vaqt davomida saqlanishi mumkin; bunday batareya uzoq vaqt quruq saqlash muddatiga ega bo'lishi mumkin. Elektrolitlar bilan saqlash nam saqlash deb ataladi; ho'l saqlash kuchliroq o'z-o'zidan tushirish effekti- va nisbatan qisqaroq nam saqlash muddatiga olib keladi. Misol uchun, rux{6}}kumush batareyaning quruq saqlash muddati 5–8 yil bo'lishi mumkin, nam holatda esa odatda bir necha oy.