Batterij is de belangrijkste elektronica in uw hardware. Maar hoe kunt u ervoor zorgen dat u de op maat gemaakte lithium-ionbatterij kiest die geschikt is voor uw hardware?
Dit artikel bevat twee delen om de vraag te demonstreren. Deel 1 bespreekt de belangrijke overwegingen bij het selecteren van de juiste batterij voor een consumententoepassing. Deze omvatten oplaadbaarheid, energiedichtheid, vermogensdichtheid, houdbaarheid, veiligheid, vormfactor, kosten en flexibiliteit. In deel 2 wordt bekeken hoe de chemie belangrijke batterijgegevens beïnvloedt, en dus de batterijselectie voor uw toepassing. In deel 3 zullen we kijken naar de algemene chemische eigenschappen van secundaire batterijen.
ENKELE BELANGRIJKE OVERWEGINGEN BIJ DE BATTERIJKEUZE ZIJN:
1. Primair versus secundair – Een van de eerste keuzes bij het selecteren van batterijen is beslissen of de toepassing primaire (eenmalig te gebruiken) of secundaire (oplaadbare) batterijen vereist. Voor het grootste deel is dit een gemakkelijke beslissing voor de ontwerper. Toepassingen met incidenteel gebruik (zoals een rookmelder, speelgoed of een zaklamp) en wegwerptoepassingen waarbij opladen onpraktisch wordt, rechtvaardigen het gebruik van een primaire batterij. Hoortoestellen, horloges (met uitzondering van smartwatches), wenskaarten en pacemakers zijn goede voorbeelden. Als de batterij continu en gedurende langere tijd moet worden gebruikt, zoals in een laptop, een mobiele telefoon of een smartwatch, is een oplaadbare batterij geschikter.
Primaire batterijen hebben een veel lagere zelfontlading - een aantrekkelijk kenmerk wanneer opladen vóór het eerste gebruik niet mogelijk of praktisch is. Secundaire batterijen hebben de neiging sneller energie te verliezen. Dit is bij de meeste toepassingen minder belangrijk vanwege de mogelijkheid om op te laden.
2. Energie versus vermogen - De looptijd van een batterij wordt bepaald door de batterijcapaciteit, uitgedrukt in mAh of Ah, en is de ontlaadstroom die een batterij in de loop van de tijd kan leveren.
Bij het vergelijken van batterijen met verschillende chemie is het nuttig om naar de energie-inhoud te kijken. Om de energie-inhoud van een batterij te verkrijgen, vermenigvuldigt u de batterijcapaciteit in Ah met de spanning om energie in Wh te verkrijgen. Een nikkel-metaalhydridebatterij van 1,2 V en een lithium-ionbatterij van 3,2 V kunnen bijvoorbeeld dezelfde capaciteit hebben, maar de hogere spanning van de lithium-ion zou de energie verhogen.
De nullastspanning wordt vaak gebruikt bij energieberekeningen (dat wil zeggen de accuspanning wanneer deze niet is aangesloten op een belasting). Zowel de capaciteit als de energie zijn echter beide sterk afhankelijk van de afvoersnelheid. De theoretische capaciteit wordt alleen bepaald door actieve elektrodematerialen (chemie) en actieve massa. Toch behalen praktische batterijen slechts een fractie van de theoretische cijfers vanwege de aanwezigheid van inactieve materialen en kinetische beperkingen, die het volledige gebruik van actieve materialen en de ophoping van ontladingsproducten op de elektroden verhinderen.
Batterijfabrikanten specificeren vaak de capaciteit bij een bepaalde ontladingssnelheid, temperatuur en uitschakelspanning. De opgegeven capaciteit is afhankelijk van alle drie de factoren. Wanneer u de capaciteitsclassificaties van fabrikanten vergelijkt, moet u vooral naar de afvoersnelheden kijken. Een batterij die op een specificatieblad een hoge capaciteit lijkt te hebben, kan in werkelijkheid slecht presteren als het stroomverbruik voor de toepassing hoger is. Een accu met een vermogen van 2 Ah bij een ontlading van 20 uur kan bijvoorbeeld niet gedurende 1 uur 2 A leveren, maar zal slechts een fractie van de capaciteit leveren.
Accu's met een hoog vermogen bieden een snel ontladingsvermogen bij hoge afvoersnelheden, zoals in elektrisch gereedschap of toepassingen met startaccu's voor auto's. Normaal gesproken hebben batterijen met een hoog vermogen een lage energiedichtheid.
Een goede analogie voor kracht versus energie is door te denken aan een emmer met een tuit. Een grotere emmer kan meer water bevatten en lijkt op een batterij met veel energie. De grootte van de opening of uitloop waaruit het water de emmer verlaat, is vergelijkbaar met vermogen: hoe hoger het vermogen, hoe hoger de afvoersnelheid. Om de energie te verhogen, zou je normaal gesproken de batterijgrootte vergroten (voor een bepaalde chemie), maar om het vermogen te vergroten, verlaag je de interne weerstand. De celconstructie speelt een grote rol bij het verkrijgen van batterijen met een hoge vermogensdichtheid.
Je zou theoretische en praktische energiedichtheden voor verschillende chemieën uit batterijleerboeken moeten kunnen vergelijken. Omdat de vermogensdichtheid echter zo sterk afhankelijk is van de batterijconstructie, zult u deze waarden zelden aantreffen.
3. Spanning – De bedrijfsspanning van de batterij is een andere belangrijke overweging en wordt bepaald door de gebruikte elektrodematerialen. Een nuttige batterijclassificatie hier is om waterige of op water gebaseerde batterijen te overwegen versus op lithium gebaseerde chemicaliën. Loodzuur, zinkkoolstof en nikkelmetaalhydride gebruiken allemaal elektrolyten op waterbasis en hebben nominale spanningen variërend van 1,2 tot 2 V. Op lithium gebaseerde batterijen gebruiken daarentegen organische elektrolyten en hebben nominale spanningen van 3,2 tot 4 V (zowel primaire als ondergeschikt).
Veel elektronische componenten werken op een minimale spanning van 3 V. Door de hogere bedrijfsspanning van op lithium gebaseerde chemicaliën kan één enkele cel worden gebruikt in plaats van twee of drie op water gebaseerde cellen in serie om de gewenste spanning te verkrijgen.
Een ander ding om op te merken is dat sommige batterijsamenstellingen, zoals zink-MnO2, een hellende ontladingscurve hebben, terwijl andere een vlak profiel hebben. Dit beïnvloedt de uitschakelspanning (Fig. 3).
Figuur 3: Spanningsgrafiek gebaseerd op batterijchemie
VTC Power spanning plot batterij op chemie
4. Temperatuurbereik – De batterijchemie bepaalt het temperatuurbereik van de toepassing. Zink-koolstofcellen op basis van waterige elektrolyten kunnen bijvoorbeeld niet worden gebruikt beneden 0°C. Alkalische cellen vertonen bij deze temperaturen ook een scherpe afname van de capaciteit, hoewel minder dan zink-koolstof. Primaire lithiumbatterijen met een organische elektrolyt kunnen worden gebruikt tot -40°C, maar met een aanzienlijke prestatievermindering.
Bij oplaadbare toepassingen kunnen lithium-ionbatterijen alleen op maximale snelheid worden opgeladen binnen een smal venster van ongeveer 20° tot 45°C. Buiten dit temperatuurbereik moeten lagere stromen/spanningen worden gebruikt, wat resulteert in langere laadtijden. Bij temperaturen onder de 5° of 10°C kan een druppellading nodig zijn om het gevreesde probleem met de dendritische plating van lithium te voorkomen, waardoor het risico op thermische overstroming toeneemt (we hebben allemaal gehoord van exploderende op lithium gebaseerde batterijen, die als gevolg daarvan kunnen ontstaan van overladen, opladen bij lage of hoge temperatuur, of kortsluiting door verontreinigingen).
ANDERE OVERWEGINGEN ZIJN OMVAT:
5. Houdbaarheid – Dit verwijst naar hoe lang een batterij in een opslagruimte of op een plank zal staan voordat deze wordt gebruikt. Primaire batterijen hebben een veel langere houdbaarheid dan secundaire batterijen. Voor primaire batterijen is de houdbaarheid echter over het algemeen belangrijker, omdat secundaire batterijen kunnen worden opgeladen. Een uitzondering hierop is wanneer opladen niet praktisch is.
6. Chemie – Veel van de hierboven genoemde eigenschappen worden bepaald door de celchemie. In het volgende deel van deze blogserie bespreken we algemeen verkrijgbare batterijchemie.
7. Fysieke grootte en vorm – Batterijen zijn doorgaans verkrijgbaar in de volgende formaten: knoopcelbatterijen, cilindrische cellen, prismatische cellen en buidelcellen (de meeste in gestandaardiseerde formaten).
8. Kosten – Er zijn momenten waarop u een batterij met betere prestatiekenmerken moet laten liggen, omdat de toepassing erg kostengevoelig is. Dit geldt vooral voor wegwerptoepassingen met grote volumes.
9. Transport- en verwijderingsvoorschriften – Het transport van op lithium gebaseerde batterijen is gereguleerd. Het verwijderen van bepaalde chemische stoffen uit batterijen is ook gereguleerd. Dit kan een overweging zijn voor toepassingen met een hoog volume.
10. Veiligheid van de lithiumbatterij door de fabrikant. Sommige fabrikanten hebben vóór de massaproductie zelfs geen enkele veiligheids- en betrouwbaarheidstest uitgevoerd. Dit vormt het grote gevaar bij de uiteindelijke toepassing.
Er zijn veel overwegingen bij het selecteren van een batterij. Verschillende hiervan hebben betrekking op de chemie, terwijl andere verband houden met het ontwerp, de constructie en de capaciteiten van de fabrikant. Het kiezen van de meest ervaren fabrikant van lithium-ionbatterijen is het belangrijkste. VTC Power Co., Ltd is al 20 jaar gespecialiseerd in de productie van lithium-ionbatterijen en geef het beste voorstel voor u！
VTC Power Co., Ltd
Tel: 0086-0755-32937425
Fax: 0086-0755-05267647
Toevoegen: nr. 10, JinLing Road, Zhongkai Industrial Park, Huizhou City, China
E-mail: info@vtcpower.com
website: http://www.vtcpower.com
trefwoorden: #aangepaste lithium-ionbatterij #Primaire versus secundaire batterij#Lithium-ionbatterijpak #Fysieke grootte en vorm #productie van lithium-ionbatterijen # cilindrische cellen# prismatische cellen #houdbaarheid#Transport van op lithium gebaseerde batterijen#veiligheid van lithiumbatterijen#VTC Power Co ., Ltd
