Расчет емкости li ion аккумулятора

Аккумуляторы и батареи

Информационный сайт о накопителях энергии

Как определить емкость аккумулятора li-ion

Что такое емкость для хранения энергии? Показатель, сколько можно получить электрического тока в амперах за определенное время. Единица емкости — ампер-час, А/ч. Чем больше емкость, тем мощнее аккумулятор — это показатель работоспособности. Энергия может быть выдана импульсом, многократно превышающим цифровой показатель, но в короткий промежуток времени. Так, емкость 2 А/ч можно использовать в течение 6 минут, получив ток 20 ампер, а можно по 1 амперу брать 120минут. Значение емкости в цифрах обозначается буквой С. Для потребителя важно знать истинную емкость аккумулятора и текущий уровень заряда. Проверка емкости Li-ion доступна каждому пользователю.

Способы проверки емкости литиевых аккумуляторов

Проверить емкость аккумулятора можно в состоянии полной зарядки или разрядки. Литий-ионные источники энергии работают в диапазоне напряжения 2,5 — 4,23 В. Как используя тестеры, проверить емкость Li-ion аккумулятора?

Можно воспользоваться мультиметром. Прибор сочетает амперметр, вольтметр и омметр, считается универсальным. Тестеры бывают аналоговыми, с измерительной шкалой, и цифровые, с дисплеем. Зонд с красным проводом плюсовой, с черной –минус.

Как измерить тестером емкость литиевого аккумулятора.

• зарядить проверяемый li-ion аккумулятор до 4,23В;
• на тестере поставить рычаг в положение «Постоянный ток» при этом будет задействован переменный резистор;
• соединить контакты с полюсами элемента и пропускать ток до напряжения 2,5 В.
• определение приблизительной емкости литиевых аккумуляторов производится умножением времени разрядки на силу тока, пропускаемого через тестер.

Еще проще воспользоваться «умной» зарядкой, как измерителем емкости литиевого аккумулятора. В процессе, прибор выводит на дисплей все показатели. С помощью зарядного устройства iMAX-6 можно точно и в любой момент определить емкость, как литиевых батарей, так и состояние источника энергии в смартфоне.

Можно ли проверить емкость литиевого аккумулятора и как, пользуясь подручными средствами? Если есть точное сопротивление, можно подключить его к батарее и засечь время разряда. Измерить точно не получится, но отличить есть ли в аккумуляторе заявленные 8800 мА/ч или всего 880, определится легко. Кстати, нельзя купить литиевые аккумуляторы 18650 большой емкости. Их предел 3600мА/ч.

Неплохо с бытовой задачей определения примерного заряда справляется индикатор заряда, выполненный самостоятельно или включенный в схему прибора.

Заряд li-ion аккумуляторы 18650, их можно определить по весу. С емкостью 2600мА/ч вес цилиндра должен быть 40 г, с повышением емкости он становится больше. Для 26650 вес начинается от 70 г.

Как соединить литиевые аккумуляторы для увеличения емкости

Ионно-литиевые аккумуляторы представляют цилиндрический или призматический кожух, в котором скручены проводящие пластины в виде фольги с нанесенным активным материалом и проницаемым диэлектрическим сепаратором. Каждый элемент имеет емкость, соответствующую длине лент, то есть количеству слоев в одном элементе. При этом разность потенциалов зависит только от состава компонентов.

Чтобы увеличить емкость батареи, необходимо соединить несколько банок параллельно, плюсы с плюсами, минусы с минусами. Ионно-литиевые аккумуляторы в сумме дадут большую емкость. При этом не требуется балансировки, заряды распределяются в банках, как в сообщающихся сосудах.

Чтобы поднять напряжение, нужно группы аккумуляторов, соединенные параллельно принять за один элемент, и соединить несколько штук последовательно. Так создают батарею, отвечающую запросам. Важно использовать банки с одним составом, с одинаковыми техническими параметрами. В последовательную схему должны быть включены балансиры и защита от перезаряда и глубокого разряда.

Какая емкость литиевых аккумуляторов необходима для шуруповерта

Бытовые приборы в работе используют высокотоковые аккумуляторы. Это значит, при пуске и усилиям при работе, прибор может забрать в короткий срок импульс до 15-20 С. Аккумулятор 18650 способен обеспечить параметры тока, но напряжение необходимо 10, 12, 14, 18 В.

Расчетное количество элементов, соединенных последовательно, невозможно подобрать точно, так как средний заряд литий-ионной банки 3,7 В. Расчет ведут с небольшим превышением по напряжению, чтобы двигатель шуруповерта работал в безопасном диапазоне. В схеме управления мотором предусмотрены ограничители.

Чем больше емкость батареи, тем реже потребуется подзарядка. Для шуруповертов на 18 В, инструмента профессионального, емкость батарей увеличивают, создавая гирлянду из пяти последовательных групп. Каждая из них имеет параллельное соединение 2 элементов. Для легких шуруповертов такое увеличение емкости заметно утяжелит инструмент.

Как восстановить емкость литиевого аккумулятора

Каждый цикл работы, длительное хранение связаны с постоянной потерей емкости батарей. Особенно губительно действует перезаряд, работа в отсеке, где температура поднимается до +60 0 С. При понижении температуры окружающего воздуха до минуса, емкость банок снижается. Можно ли восстановить емкость аккумулятора li-ion?

Из всех случаев потери емкости, восстановление возможно только охлажденных li-ion аккумуляторов. Согревшись, они продолжают работать. В других случаях банки, потерявшие емкость, не восстанавливаются. Внутри активный элемент уже не принимает заряд, не происходит реакции, не создается разность потенциалов между обкладками.

Чтобы восстановить аккумулятор, необходимо исследовать каждый элемент на емкость и заменить севшие. В последовательной схеме соединения достаточно одной неисправной банки, чтобы комплект не работал.

Вывод

Покупая батарею или литиевые аккумуляторы, обратите внимание, когда их изготовили. При хранении в ненадлежащих условиях, банка теряет до 5 % емкости в год. Срок годности батарейки производители заявляют 8 лет. То же касается и готовых аккумуляторов из блоков элементов.

Видео

Для тех кто интересуется , как замерить емкость аккумулятора, держать заряд под контролем и восстановить емкость, представляем видео.

Источник

Определение оптимального времени автономной работы и коэффициента мощности литий-ионного аккумулятора

Электрическая батарея может быть оптимизирована для хранения большого количества энергии, а может – под высокие показатели силы тока. Аналогией может служить емкость с водой, где ее общий объем — это количество электроэнергии, а размер горлышка, который определяет пропускную способность, — это мощность.

Физические размеры батареи определяются объемом в литрах (л) и весом в килограммах (кг). Введение объема и веса позволяют манипулировать такими характеристиками как удельная энергоемкость в Вт*ч/кг, плотность мощности в Вт*ч/л и удельная мощность в Вт/кг. Большинство батарей рассчитываются в Вт*ч/кг, показывая, сколько энергии данная масса сможет генерировать. (Смотрите: Характеристики электрической батареи и их предназначение).

Standard Range AGM	Deep Cycle Range AGM	Gellyte Range GEL
10 — 12 лет / 600 циклов	10 — 12 лет / 700 циклов	10 — 12 лет / 750 циклов
универсальная серия AGM	для глубоких разрядов AGM	универсальная серия GEL

Соотношение между энергией и мощностью лучше всего демонстрируется с помощью графика — с показателем энергоемкости в Вт*ч на оси X и с мощностью в Вт на оси Y. Диагональные линии поперек поля показывают время работы определенного электрического элемента при разных условиях нагрузки. Полученная кривая мощности четко показывает, какой уровень мощности может обеспечить батарея. Данный график демонстрирует логарифмическую зависимость между очень высокими и низкими значениями.

Рисунок 1: График взаимозависимости между мощностью и энергоемкостью литий-ионных аккумуляторов типоразмера 18650. Четыре литий-ионные модели сравниваются по мощности и энергоемкости в зависимости от времени работы.

Обозначения: A123 APR18650M1 представляет собой литий-железо-фосфатный (LiFePO4) аккумулятор с емкостью 1100 мАч и непрерывным током разряда 30 А. Sony US18650VT и Sanyo UR18650W – это литий-марганцевые модели емкостью 1500 мАч и непрерывным током разряда 20 А. Sanyo UR18650F имеет емкость 2600 мАч, но умеренную силу тока — 5 А. Это модель обеспечивает самую высокую энергоемкость, но по мощности разряда она самая слабая из рассматриваемых.

Sanyo UR18650F благодаря своей высокой удельной энергоемкости может служить источником питания в течение нескольких часов ноутбуку или даже электровелосипеду при условии умеренной нагрузки. Sanyo UR18650W в сравнении имеет более низкую удельную энергоемкость, но может обеспечить силу тока до 20 А. A123 же имеет самую низкую удельную энергоемкость, но и обеспечивает отличнейший показатель непрерывной силы тока в 30 А.

AGM Deep Cycle	GEL Deep Cycle	Литиевые (LiFePO4)
10 лет / 400 циклов	10 лет / 500 циклов	20 лет / 2200 циклов
универсальное применение	для циклических разрядов	для частых глубоких разрядов

Данный график, называемый еще графиком Рэгона, помогает при выборе наилучшей литий-ионной системы с оптимальными показателями мощности и энергоемкости в зависимости от времени разряда. Если устройство требует очень высокой разрядной силы тока, то 3,3-минутная диагональная линия, пересекающая кривую A123 (Батарея 1), указывает на нее как на оптимальное решение, ведь это пересечение сообщает о возможности питания 40 Вт мощности в течение 3,3 минут. Sanyo UR18650F (Батарея 4 ) имеет несколько более скромные показатели и в течение 3,3 минут может питать 36 Вт мощности. Фокусируясь и дальше на времени работы батареи, можно проследить и за 33-х минутной линией. A123 за такое время сможет питать лишь нагрузку мощностью 5,8 Вт, а более емкая Sanyo UR18650F за то же время обеспечит энергией мощность в 17 Вт — но это теоретический показатель, так как батарея имеет номинальную силу тока 5 А.

При разработке новых моделей электрохимических батарей производители активно пользуются графиком Рэгона. Но при расчете пороговых значений мощности и энергоемкости разработчики должны учитывать деградационные процессы, которые необратимо будут возникать в результате циклических нагрузок и старения. Функциональные характеристики батареи должны сохраняться хотя бы до падения уровня ее емкости до 70-80%. Еще одним фактором, который влияет на функциональность, является низкая температура, так как она замедляет электрохимические процессы. График Рэгона не включает в себя эти нюансы.

Следует отметить, что зарядка аккумулятора до полной допустимой емкости вызывает стресс и укорачивает его жизнь. При необходимости постоянных высоких значений силы тока, необходимо создавать аккумуляторную систему из нескольких батарей или ячеек. Именно таким путем идет компания Tesla в своих электромобилях — для избежания перезаряда. Аналогией может служить сравнение грузовика с дизельным двигателем, оптимизированным под длительную и надежную службу, и спортивного автомобиля с форсированным мотором, где при сопоставимых значениях мощности в лошадиных силах специфика работы и обслуживания кардинально другая.

Trojan Marine RV	AGM Deep Cycle	Trojan GEL Deep Cycle
10 — 12 лет / 700 циклов	10 — 12 лет / 600 циклов	10 — 12 лет / 800 циклов
для речного и морского траспорта	для электромоторов, солнечных электростанций, высоких нагрузок

График Рэгона также может рассчитывать требования к мощности других источников энергии, таких как конденсаторы, маховики и топливные элементы и т.д. Но в случае топливных элементов и двигателей внутреннего сгорания следует учитывать зависимость от подачи топлива — это может стать узким местом и внести свои коррективы. Принципы, заложенные в графике, могут быть применимы и к источникам возобновляемой энергии, таким как солнечные батареи и ветряные турбины.

Источник