Фундаментальные параметры литиевых батарей являются основной основой для оценки их производительности, применимых сценариев и безопасного использования. Различные параметры напрямую влияют на дальность действия аккумулятора, эффективность зарядки/разрядки, срок службы и совместимость приложений. Ниже подробно описаны основные фундаментальные параметры литиевых батарей в трех основных категориях: параметры электрических характеристик, срок службы и параметры стабильности, а также параметры адаптации к окружающей среде.
1. Параметры,-связанные с напряжением
Напряжение — это «уровень мощности» литиевой батареи, напрямую влияющий на совместимость устройства (например, аккумуляторы мобильных телефонов нельзя использовать в электромобилях). Он включает в себя три ключевых значения напряжения:
| Имя параметра | определение | единица | Основное значение | Типичный пример |
|
Номинальное напряжение |
Среднее рабочее напряжение аккумулятора при нормальной зарядке и разрядке также соответствует напряжению, указанному на модели аккумулятора (например, «литиевая батарея 3,7 В»). |
V |
Определение совместимости источника питания устройства (устройство должно соответствовать номинальному напряжению) является одним из основных критериев классификации аккумуляторов. | Тройной литий: 3,7 В; Литий-железо-фосфат: 3,2 В; Литий-полимерный: 3,7 В |
|
Напряжение отключения-отключения заряда |
Превышение максимально допустимого напряжения при зарядке аккумулятора может привести к разложению электролита, вздутию или даже возгоранию. |
V |
Контроль безопасности зарядки (зарядное устройство должно быть точно настроено на это напряжение) является основным порогом «защиты от перезарядки». | Тройной литий: 4,2 В (стандарт)/4,35 В (высокая емкость); Литий-железо-фосфат: 3,65 В |
|
Напряжение отключения-разряда |
Минимально допустимое напряжение разряда аккумулятора; напряжение ниже этого приведет к отложению лития на отрицательном электроде и необратимому снижению емкости. |
V |
Контроль безопасности разряда (оборудование должно прекратить разрядку до достижения этого напряжения) является основным порогом «защиты от чрезмерного-разряда». | Тройной литий: 2,75 В; Литий-железо-фосфат: 2,5 В |
2. Параметры,-связанные с емкостью
Емкость относится к «емкости хранения энергии» литиевой батареи, которая напрямую определяет срок службы батареи устройства. Важно различать «номинальную мощность» и «фактическую мощность».
| Имя параметра | определение | единица | Факторы влияния | Типичный пример |
|
Номинальная мощность |
«Номинальная емкость аккумулятора», указанная производителями аккумуляторов при стандартных условиях (25 градусов, разряд 0,2°C до напряжения отключения). |
мАч/Ач |
Обещанный производителем базовый срок службы батареи составляет 1 Ач=1000 мАч (например, батарея емкостью 1000 мАч может работать 10 часов при токе 100 мА). | Аккумуляторы для мобильных телефонов: 3000-5000 мАч; Аккумуляторы электромобилей: 50–200 Ач. |
|
Фактическая мощность |
Фактическая энергоемкость аккумулятора в реальных-условиях использования (например, при низкой температуре и высокой-скорости разряда). |
мАч/Ач |
Зависит от температуры (снижение характеристик при низкой температуре), скорости разряда (снижение характеристик при высокой скорости) и количества циклов (снижение характеристик при старении). | Аккумулятор с номинальной емкостью 5000 мАч может иметь емкость только 3500 мАч при температуре -10 градусов. |
|
Плотность энергии |
Энергия, запасенная на единицу массы/объема батареи, подразделяется на «гравиметрическую плотность энергии» и «объемную плотность энергии». |
Втч/кг, Втч/л |
Факторы, определяющие «легкость» и «миниатюризацию» устройства (например, запас хода электромобиля и толщина мобильного телефона). | Тройной литий: 200–300 Втч/кг; Литий-железо-фосфат: 150-200 Вт/кг. |
3. Скорость зарядки/разрядки (скорость C-)
Скорость — это «скорость заряда и разряда» литиевой батареи, обозначаемая буквой «C». Это напрямую влияет на эффективность зарядки и мощность разряда (например, требования быстрой зарядки и-мощных устройств).
• Определение: Ток 1C =, соответствующий номинальной емкости аккумулятора (например, для аккумулятора емкостью 1000 мАч ток 1C=1000мА; для аккумулятора 200 Ач ток 1C=200A).
• Классификация:
• Скорость зарядки C-: например, «Зарядка 1C»=полностью заряжается за 1 час; «Зарядка 2C»=полностью заряжается за 30 минут (требуется зарядное устройство).
• Скорость разряда C-: например, «разрядка 0,5C»=полностью разряжается за 2 часа (устройства с низким-энергопотреблением, такие как мобильные телефоны); «Разрядка 10C»=полностью разряжается за 6 минут (устройства высокой мощности, такие как дроны и электроинструменты).
• Примечание.-Высокая скорость зарядки и разрядки приведет к повышенному выделению тепла аккумулятором, сокращению срока службы и снижению фактической емкости (например, фактическая емкость разряда 10C может составлять только 70 % от номинальной емкости).
4. Внутреннее сопротивление
Внутреннее сопротивление — это сумма сопротивлений внутренних материалов (электродов, электролита, сепаратора) литиевой батареи, единица измерения — миллиом (мОм).
• Ключевые воздействия:
а. Выделение тепла: чем выше ток, тем больше тепла выделяется внутренним сопротивлением (Q=I²Rt). Аккумуляторы с высоким внутренним сопротивлением склонны к перегреву во время быстрой зарядки.
б. Падение напряжения: во время разрядки внутреннее сопротивление приводит к уменьшению фактического выходного напряжения (фактическое напряжение=номинальное напряжение - I × внутреннее сопротивление). Батареи с высоким внутренним сопротивлением имеют низкую-нагрузочную способность (например, внезапная потеря мощности во время игры на мобильном телефоне).
в. Срок службы: Внутреннее сопротивление увеличивается с увеличением количества циклов (старение материала). Когда внутреннее сопротивление превышает пороговое значение, батарею нельзя использовать нормально.
Типичные значения: Небольшие литиевые батареи (мобильные телефоны, наушники) имеют внутреннее сопротивление примерно 50–200 мОм; Аккумуляторы большой мощности (электромобили) имеют внутреннее сопротивление примерно 1–10 мОм.
II. Параметры срока службы и стабильности
Эти параметры определяют «долговечность» литиевых батарей, что напрямую влияет на затраты на их использование (например, цикл замены аккумуляторов электромобилей).
5. Цикл жизни
• Определение: количество циклов, которые аккумулятор выполняет после полного цикла зарядки-разряда (от напряжения отключения зарядки до напряжения отключения разрядки), когда его емкость снижается до 80 % от номинальной емкости (отраслевой стандарт).
• Ключевые факторы влияния:
• Скорость зарядки/разрядки: низкие скорости (0,2C-1C) приводят к увеличению срока службы, тогда как высокие скорости (выше 5C) приводят к сокращению срока службы.
• Температура: 25-40 градусов — оптимальная температура для езды на велосипеде. Низкие температуры (<0℃) or high temperatures (>60 градусов) ускоряет старение.
Глубина заряда (DOD): Неглубокая зарядка и разрядка (например, зарядка до 80% и разрядка до 20%) могут значительно продлить срок службы (например, тройные литиевые батареи могут выдерживать более 2000 мелких циклов и примерно 800-1200 полных циклов).
• Типичные примеры:
• Литиевые аккумуляторы мобильных телефонов: 500–1000 циклов (полная зарядка и разрядка).
• Литий-железо-фосфатные аккумуляторы электромобилей: 1500–3000 циклов (полный заряд и разряд).
6. Скорость саморазряда-
• Определение: Скорость, с которой батарея естественным образом теряет заряд из-за внутренних химических реакций, когда она не используется, обычно рассчитывается как «процентная потеря в месяц».
• Основное преимущество: литий-ионные батареи имеют значительно более низкую скорость саморазряда-, чем традиционные никель-кадмиевые/никель-металлогидридные батареи (никель-металлогидридные батареи имеют ежемесячную скорость саморазряда-примерно 20–30 %.
Типичное значение: при нормальной температуре (25 градусов) ежемесячная скорость саморазряда литий-ионных-батарей составляет примерно 2 %-5 %; повышение температуры хранения (например, выше 40 градусов) приведет к увеличению скорости саморазряда.
6.1. Эффект памяти
• Определение: явление, при котором емкость аккумулятора снижается из-за того, что он заряжается до полной разрядки (часто встречается в никель-кадмиевых батареях).
• Характеристики литий-ионного-аккумулятора: практически отсутствует эффект памяти; можно заряжать при необходимости (нет необходимости полностью разряжать перед подзарядкой), но длительное хранение при полной зарядке (например, если оставить батарею незаряженной после зарядки до 100%) ускорит ее старение.
7. Параметры адаптации к окружающей среде
Эти параметры определяют «применимые сценарии» литиевых батарей, особенно их безопасность и стабильность в экстремальных условиях.
7.1. Диапазон рабочих температур
• Определение: Диапазон температур, в пределах которого аккумулятор может нормально заряжаться и разряжаться. Превышение этого диапазона приведет к ухудшению производительности или риску безопасности.
• Типичный диапазон (различные типы литий-ионных- аккумуляторов):
| Тип батареи | Нормальная температура нагнетания | Нормальная температура зарядки | Экстремальные температурные воздействия |
| троичная литиевая батарея |
-20 градусов ~ 60 градусов |
0 градусов ~ 45 градусов |
<-20℃ discharge capacity drops sharply;>60 градусов склонны к выпучиванию |
| Литий-железо-фосфатные аккумуляторы |
-30 градусов ~ 60 градусов |
0 градусов ~ 50 градусов |
Он превосходит тройные литиевые батареи при низких температурах и более стабилен при высоких температурах. |
| Литий-полимерные аккумуляторы |
-10 градусов ~ 50 градусов |
0 градусов ~ 40 градусов |
Плохая производительность при низких температурах и склонность к утечкам при высоких температурах. |
8. Диапазон температур хранения
• Определение: безопасный диапазон температур для длительного-хранения аккумулятора, влияющий на сохранение емкости после хранения.
• Рекомендуемый диапазон:
• Кратковременное-хранение (в течение 1 месяца): 0–35 градусов, поддержание уровня заряда 30–50 %.
• Длительное-хранение (более 3 месяцев): -20–25 градусов, поддержание уровня заряда 30–40 % (избегайте хранения полностью заряженных или полностью разряженных аккумуляторов).
9. Сравнение основных параметров литиевых батарей разных типов.
Основные литиевые батареи на рынке делятся на три категории: тройной литий, литий-железо-фосфатный и литий-полимерный. Различия в их параметрах напрямую определяют применимые сценарии:
| параметр |
троичная литиевая батарея (Li-NCM/LCO) |
Литий-железо-фосфатные аккумуляторы (LiFePO4) |
Литий-полимерные батареи(Li-полимер) |
| номинальное напряжение |
3.7V |
3.2V |
3.7V |
| Плотность энергии |
высокий (200-300 Втч/кг) |
средний(150-200Втч/кг) |
средний(180-250Втч/кг) |
| Цикл жизни |
средний(800-1200 жизней) |
высокий(1500-3000 жизней) |
средний(500-1000 жизней) |
| Производительность при низких температурах |
лучше (-20 градусов, разрядка) |
Как правило (он может разряжаться при -30 градусах, но емкость значительно снижается.) |
Плохо (емкость резко падает ниже -10 градусов) |
| Безопасность |
Обычно (высокая температура может легко привести к выходу из строя) |
высокий (обладает хорошей термической стабильностью и его нелегко воспламенить.) |
обычно (склонен к утечке, для защиты требуется мягкая упаковка) |
| Применимые сценарии | Мобильные телефоны, ноутбуки,-электромобили высокого класса. | Электромобили, накопители энергии, электроинструменты | Сверхтонкие-устройства (например, наушники и умные часы) |
