Prestaçioin de descharge de battëie d’immagazzinamento d’energia

Unna de caratteristiche de prestaçioin ciù importante debattëie d'immagazzinamento d'energial’é a seu prestaçion de descharge. Pe caratterizzâ o comportamento de descarica da batteria inte de condiçioin despæge, l’é neçessäio mesuâ a curva de descarica da batteria, che pe-o sòlito a l’é unna curva ch’a mostra o cangio da tenscion de descarica into tempo. Diverse condiçioin de descharge son caratterizzæ da de strategie de descharge e de strategie de descharge despæge se traduxan inte de curve de descharge despæge. E strategie de descarica pe-o sòlito comprendan o metodo de descarica, a corrente de descarica, a tenscion de terminaçion e a temperatua ambiente.

Metodo de descharge

Gh’é træ mainee che unna batteria a peu descaricâ: descarica de corrente costante, descarica de rescistensa costante e descarica de potensa costante. E curve de descharge tipiche vëgnan mostræ inta figua 1-5, ch’a l’ascciæisce i cangi inta corrente de descharge, inta tenscion e inta potensa in sciô tempo de descharge inte ste træ modalitæ de descharge.

Durante a descharge de rescistensa costante-, a tenscion de fonçionamento e a corrente de descharge da batteria se diminuiscian de maniman into tempo. Do mæximo, sotta unna descarica de corrente costante-, a tenscion de fonçionamento a se diminuisce ascì tanto che o proçesso de descarica o va avanti. Sta diminuçion da tenscion de fonçionamento con un tempo de descharge prolongou a l’é dovua à l’aumento da rexistensa interna da batteria. Pe de ciù, co-o crescente deuvio de l'energia da batteria inte di attressi elettrichi, inti veicoli elettrichi e inte de atre applicaçioin, a descharge de potensa costante a l'é apreuvo à vegnî ciù prevalente. Durante unna descharge de potensa costante-, a tenscion da batteria a se diminuisce delongo, tanto che a corrente de descharge a l’aumenta delongo co-o progredî da descharge.

Corrente de descharge

Durante o fonçionamento da batteria, a corrente ch’a produxe a piggia o nomme de corrente de descarica. A corrente de descharge a l’é ciammâ ascì pe commun tasso de descharge e de spesso a l’é espressa pe mezo do tasso pe oe (conosciuo ascì comme tasso pe oe) e o moltiplicatô.

O tasso de descarica o fa referensa a-o tasso co-o quæ unna batteria a se descarga, mesuâ into tempo de descarica. Into dettaggio, o l’é o tempo neçessäio pe relasciâ do tutto a capaçitæ da batteria pe mezo de unna speçifica corrente de descarica, pe-o sòlito espressa inte de oe (h). Pe fâ un exempio, pe unna batteria con unna capaçitæ nominâ de 10 amp{3}}oe (A·h), s'a vëgne descarica con unna corrente de 2A, a velocitæ de descarica correspondente a l'é de 5 oe (10A·h/2A=5h), che veu dî che a batteria a se descarga à unna lestixe de 5 oe.

O tasso de descarica o fa referensa a-o valô corrente, espresso comme moltiplo da capaçitæ nominâ da batteria, quande a capaçitæ completa da batteria a ven relasciâ do tutto drento de un çerto tempo. Prexempio, a descarica de 2C a veu dî che a corrente de descarica a l’é doggio da capaçitæ nominâ da batteria, pe-o sòlito rappresentâ da 2C (donde C o rappresenta a capaçitæ nominâ da batteria). Pe unna batteria con unna capaçitæ nominâ de 10A·h, a descharge de 2C (gh’é un problema dimenscionale chì, saieiva à dî che e unitæ de capaçitæ e de corrente no son pæge, ma sto chì o l’é unn’utilizzaçion commun, donca a no saià cangiâ) a veu dî che a corrente de descharge a l’é 2 x 10=20 (A), ch’a corresponde à un ra.5 . Diversci tipi e disegni de battëie an de adattabilitæ despæge a-e condiçioin de descharge: çerte son ciù adatte pe-a descharge de bassa corrente, tanto che de atre fonçioñan megio à de corrente erte. Pe commun, i tasci de descharge ciù basci ò pægi à 0.5C en diti tasci basci; quelli tra 0,5C e 3,5C en ciammæ tasci medi; quelli tra 3,5C e 7C son ciammæ tasci erti; e quelli che passan o 7C en diti tasci ultra-erti.

Tenscion de terminaçion

Durante a descharge da batteria, o valô de tenscion de comenso o l’é definio comme a tenscion de fonçionamento de comenso; quande a tenscion a chiña à un livello donde no l’é ciù adatto unn’atra descharge, sto ponto de tenscion o piggia o nomme de tenscion de terminaçion. O valô speçifico de sta tenscion de terminaçion pe-o sòlito o l’é fissou da-o testatô in sciâ base di requixiti de test effettivi e de l’esperiensa passâ.

A tenscion de terminaçion impostâ a cangia à segonda de despæge condiçioin de descharge e do seu impatto in sciâ capaçitæ e in sciâ duâ da batteria. E tenscioin de terminaçion ciù basse vëgnan deuviæ pe-o sòlito inte di ambienti à bassa temperatua ò inte de condiçioin de descharge de corrente erta, mentre e tenscioin de terminaçion ciù erte pe-o sòlito vëgnan impostæ inte de condiçioin de descharge de corrente bassa. Questo o l’avvëgne perché a polarizzaçion tra i elettrodi da batteria a l’aumenta de mainea scignificativa quande gh’é unna bassa temperatua ò unna descharge de corrente erta, co-o resultato de unn’utilizzaçion incompleta di materiali attivi e de unna caduta de tenscion ciù spedia. De conseguensa, l’abbassamento appropiou da tenscion de terminaçion o l’aggiutta à relasciâ ciù energia. Pe contra, quande se deuvia unna bassa descharge de corrente-, i componenti attivi da batteria vëgnan deuviæ ciù do tutto. Inte sto caxo, l’aumento da tenscion de terminaçion pe limitâ a descharge profonda o peu estende effettivamente a duâ complesciva da batteria.

Temperatua ambiente

Comme se vedde inta figua 1-6, a temperatua ambiente a l'à un impatto scignificativo in sciâ curva de descharge. À de temperatue ciù erte, a curva de descharge a mostra unna tendensa relativamente delicata; però, da maniman che a temperatua a se reduxe, sto cangio o vëgne delongo ciù drastico. A raxon fondamentale a l’é che à basse temperatue o tasso de migraçion di ioin o se diminuisce, e o pòrta à un aumento da rexistensa interna ohmica. Inte di caxi estremi, se a temperatua a l’é tròppo bassa, l’elettrolito o peu zeâ, impedindo coscì o normale proçesso de descharge da batteria. Pe de ciù, à de temperatue ciù basse, a polarizzaçion elettrochimica e a polarizzaçion de conçentraçion vëgnan megioæ in correspondensa, e acceleran ancon de ciù o tasso de decadimento da curva de descharge.

Figua 1-6 Curve de descharge de battëie à ciongio-açido à despæge temperatue ambiente

Capaçitæ e capaçitæ speçifica .

A capaçitæ da batteria a fa referensa a-a quantitæ d’elettriçitæ ch’a se peu ottegnî da unna batteria inte çerte condiçioin de descharge. L’unitæ pe-o sòlito a l’é espressa comme ampere-oa (Ah). À segonda da scituaçion reale, a capaçitæ da batteria a peu ëse scompartia ancon de ciù inte capaçitæ teòrica, capaçitæ reale e capaçitæ nominâ.

A capaçitæ teòrica (Co) a fa referensa a-a quantitæ d’elettriçitæ ch’a peu ëse fornia inte condiçioin ideale quande o materiale attivo o parteçipa do tutto a-a reaçion elettrochimica da batteria. Sto valô o vëgne carcolou in sciâ base da massa do materiale attivo, segondo a lezze de Faraday. A lezze de Faraday a l’afferma che existe unna relaçion proporçionale diretta tra a massa do materiale ch’o piggia parte a-a reaçion à l’elettrodo e a quantitæ de carrega ch’o trasferisce; quande 1 mol de materiale attivo o parteçipa a-o proçesso elettrochimico da batteria, o peu relasciâ unna carrega ch’a l’é pægia à 26,8 A·h ò 1 farad (F). Pe quello existe a seguente formola de carcolo:

Inta formola, m a l’é a massa da sostasa attiva quand’a reagisce do tutto; n o l’é o numero d’elettroin guägni ò persci durante a reaçion de flusso; e M a l’é a massa molare da sostasa attiva.

Inta formola K o piggia o nomme d’equivalente elettrochimico da sostasa attiva.

Comme se vedde inte l’equaçion (1.5), a capaçitæ teòrica de un elettrodo a l’é ligâ a-a massa do materiale attivo e à l’equivalente elettrochimico. Con a mæxima massa de materiale attivo, ciù piccin l’equivalente elettrochimico, ciù grande a capaçitæ teòrica. I equivalenti elettrochimichi de çerti materiali d’elettrodi vëgnan mostræ inta tabella 1-3.

Tabella 1-3 Equivalenti elettrochimichi de çerti materiali elettròdichi

Pe de ciù, vëgne addeuviou de spesso i conçetti de capaçitæ effettiva e capaçitæ nominâ. A capaçitæ effettiva a fa referensa a-a quantitæ totale d’elettriçitæ che unna batteria a peu fornî inte de condiçioin de descharge speçifiche. A capaçitæ effettiva a l'é limitâ no solo che da-o valô mascimo teòrico, ma ascì da-e condiçioin speçifiche de descharge.

A capaçitæ nominâ, d’atro canto, a l’é un insemme standard pe-a batteria durante o proçesso de progettaçion e produçion; saieiva à dî a capaçitæ de sciortia minima che a batteria a dovieiva razzonze inte de condiçioin de descharge speçificæ, conosciua ascì comme capaçitæ nominale.

Quande se confronta diversci tipi de battëie drento da mæxima serie, pe-o sòlito se deuvia unna capaçitæ speçifica pe-a valutaçion. Into dettaggio, a capaçitæ speçifica a fa referensa a-a quantitæ d’elettriçitæ che unna batteria a peu fornî pe unitæ de massa ò volumme, saieiva à dî a capaçitæ speçifica de massa (Ah/kg) e a capaçitæ speçifica volumetrica (Ah/L). L’é importante nottâ che quande se carcola a massa e o volumme de unna batteria, ciù che piggiâ in conscideraçion i materiali di elettrodi e l’elettrolito, dev’ëse tegnuo in conscideraçion ascì di atri componenti da batteria, comme l’involucro, o separatô e i componenti conduttoî correlæ. Mascime pe-e battëie de conservaçion e e çellole à carburante, a massa e o volumme totale comprendan ascì tutti i appægi ausiliäi neçessäi, comme di serbatoî pe conservâ di liquidi, di dispoxitivi d’attivaçion (pe-e battëie de conservaçion) ò di scistemi de conservaçion e de fornitua de materiale attivo, di scistemi de contròllo, de unitæ de rescädamento, etc. (pe-e çellole à carburante).

Introduxendo o conçetto de capaçitæ speçifica, se peu confrontâ e prestaçioin de battëie de qualitæ e dimenscioin despæge. A capaçitæ da batteria a se dividde inte capaçitæ teòrica e capaçitæ reale; in correspondensa, a capaçitæ speçifica a l'à ascì di aspeti teòrichi e reali.

Energia e energia speçifica

L'energia da batteria a fa referensa à l'energia elettrica totale produta da-a batteria quande a l'exeguisce di travaggi inte de condiçioin de descharge particolæ, pe commun espresse in watt-oe (W·h). L'energia da batteria a l'à ascì unn'energia teòrica e unn'energia reale.

Se se soppoñe che a batteria a l’arreste in equilibrio durante a descharge e a seu tenscion de descharge a segge costante pægia a-a seu fòrsa elettromotiva, e se se soppoñe ascì che tutti i materiali attivi piggian parte a-a reaçion chimica, aloa l’energia fornia da-a batteria a dovieiva ëse pægia a-a seu energia mascima teòrica Wo.

L’energia teòrica de unna batteria a l’é o travaggio mascimo no de volumme fæto da-a batteria inte de condiçioin de temperatua costante, prescion costante e descarica reverscibile.

L'energia effettiva (W) a fa referensa à l'energia fornia effettivamente da unna batteria inte çerte condiçioin de descharge. O vëgne derivou numericamente moltiplicando a capaçitæ reale pe-a tenscion media de fonçionamento. Dæto che i materiali attivi drento da batteria no peuan ëse deuviæ do tutto e a seu tenscion de fonçionamento pe-o sòlito a l'é ciù bassa che a fòrsa elettromotiva teòrica, l'energia reale a l'é delongo ciù bassa che l'energia teòrica.

L'energia speçifica a fa referensa à l'energia relasciâ da unna batteria pe unitæ de massa ò unitæ de volumme. L'energia produta pe unitæ de massa da batteria a l'é definia comme energia speçifica de massa, mesuâ pe commun in watt{1}}oe pe chilogrammo (Wh/kg). L'energia produta pe unitæ de volumme da batteria a l'é definia comme energia speçifica volumetrica, pe commun espressa in watt{3}}oe pe litro (Wh/L). Pe de ciù, o conçetto d’energia speçifica o peu ëse scompartio ancon de ciù inte teòrica (W) e reale (W), donde l’energia speçifica da massa teòrica a peu ëse carcolâ pe mezo de l’equaçion (1.9):

Inta formola, K+ o l’é l’equivalente elettrochimico do materiale de l’elettrodo poxitivo; K- o l’é l’equivalente elettrochimico do materiale de l’elettrodo negativo; e E a l’é a fòrsa elettromotiva da batteria.

Potensa e potensa speçifica .

L'energia da batteria a fa referensa a-a produçion d'energia de unna batteria pe unitæ de tempo inte de condiçioin de descharge speçifiche e a seu unitæ de mesuaçion a l'é watt (W) ò kilowatt (kW). Quande sta potensa de sciortia a ven consciderâ in relaçion a-a massa ò a-o volumme da batteria, s’ottëgne o conçetto de potensa speçifica. Into dettaggio, a potensa speçifica de massa a mesua quante watt de potensa unna massa unitäia de batteria a peu fornî, e a seu unitæ a l’é W/kg; tanto che a potensa speçifica volumetrica a riflette a potensa generâ da un volumme unitæ de batteria, e a seu unitæ correspondente a l'é W/L.

A potensa e a potensa speçifica indican o tasso de descarica de unna batteria. Unna potensa ciù erta da batteria a veu dî che a batteria a peu descaricâse à erta corrente ò à di tasci erti. Pe fâ un exempio, unna batteria de zinco-d'argento a peu razzonze unna potensa speçifica de ciù de 100 W/kg quand'a se descarga à unna denscitæ de corrente media, cösa ch'a l'indica unna bassa rescistensa interna e unna boña prestaçion de descharge à erta tasso. Pe contra, unna batteria à çellola secca de zinco de manganese a peu razzonze solo che unna potensa speçifica de 10 W/kg quand’a fonçioña à unna bassa denscitæ de corrente, cösa ch’a l’indica unn’erta rescistensa interna e unna scarsa prestaçion de descharge à erta velocitæ. Comme pe l'energia da batteria, l'energia a l'à ascì l'energia teòrica e l'energia reale.

A potensa teòrica de unna batteria a peu ëse espressa comme:

Inta formola, t o l’é o tempo; Co a l’é a capaçitæ teòrica da batteria; e mi son o corrente.

A potensa effettiva da batteria a dovieiva ëse:

Inta formola, I .²R o rappresenta a potensa consummâ da-a rexistensa interna da batteria. Sta potensa a no serve à ninte a-a carrega applicâ; o vëgne essençialmente convertio inte de l'energia de calô e relasciou comme cado.

Duâ do çiclo

Pe-e battëie, a duâ do çiclo ò o çiclo d’utilizzaçion o l’é un di indicatoî ciave pe valuâ a prestaçion da battëia. Ògni çiclo de carrega completa-de descarica o l’é tegnuo pe un periodo de tempo pe unna batteria.

Inte condiçioin speçifiche de carrega-de descarica, o numero de çicli che unna batteria a peu rescistî primma che a seu capaçitæ a cazze à un çerto valô speçificou o l’é definio comme a seu duâ de çiclo ò çiclo d’utilizzaçion. Ciù longa a l'é a duâ do çiclo, megio a l'é a prestaçion do çiclo da batteria.Diversci tipi de battëie mostran de duæ de çiclo despæge; pe fâ un exempio, e battëie de nichel-cadmio peuan razzonze miggiæa de çicli, mentre e battëie de zinco-argento an di çicli relativamente ciù pöchi, çerte fiña ciù pöchi de çento. Va dito che fiña e battëie do mæximo tipo peuan avei de vitte de çiclo despæge apreuvo à de differense inta seu struttua interna.

A duâ do çiclo de unna batteria a l’é influensâ da unna gran quantitæ de fattoî. In azzonta à l’utilizzaçion e a-a manutençion corretta, s’applican ascì i seguenti aspeti ciave: 1 Durante i çicli de carrega-descarica, l’area de superfiçie do materiale attivo a se diminuisce de maniman, con portâ à un aumento da denscitæ de corrente de fonçionamento e à unna polarizzaçion intenscificâ; I componenti attivi in ​​scî elettrodi peuan destaccâse ò trasferîse; Durante o fonçionamento da batteria, çerti materiali di elettrodi peuan ëse corroxi; I dendriti formæ in scî elettrodi durante o çiclo peuan provocâ di curti circuiti drento da batteria; O separatô o peu ëse dannezzou; A morfologia de cristallo do materiale attivo a cangia durante di çicli de carrega-repetui, reduxendo coscì a seu attivitæ.

Prestaçioin de archiviaçion

A prestaçion d’immagazzinamento da batteria a fa referensa a-o graddo de perdia d’energia naturale drento da batteria quand’a l’é inte un stato de çircuito averto inte de condiçioin ambientale speçifiche (comme temperatua e umiditæ). Sto fenòmeno o l’é conosciuo ascì comme auto-scarica. Se a proporçion de perdia d’energia durante l’immagazzinamento a l’é picciña, questo o l’indica che a batteria a l’à de prestaçioin de immagazzinamento eccellente.

Quande unna batteria a l’é inte un stato de çircuito averto, sciben ch’a no fornisce de l’energia elettrica à l’esterno, a patisce ancon un proçesso d’auto-scarica. Sto fenòmeno o l’é dovuo sorviatutto à l’instabilitæ termodinamica di elettrodi inte l’ambiente elettròlitico, ch’a pòrta à de reaçioin redox spontanee tra i elettrodi. Anche inte condiçioin secche, se a guarniçion a no l'é streita à basta, l'infiltraçion de fattoî de feua comme l'äia ò l'umiditæ a peu ancon provocâ un effetto auto-descarga drento da batteria.

O tasso de auto-de descarica o peu ëse espresso ascì comme o numero de giorni che ghe veu pe-a capaçitæ da batteria de diminuise à un valô speçificou quand’a ven conservâ, conosciua comme duâ de conservaçion. Pe fâ un exempio, unna batteria de conservaçion, sensa azzonze de l’elettrolito avanti de l’utilizzaçion, a peu ëse conservâ pe tanto tempo; unna batteria de sta meña a peu avei unna longa duâ de conservaçion à secco. L’immagazzinamento con l’elettrolito o piggia o nomme de immagazzinamento umido; l’immagazzinamento à l’umido o se traduxe inte un effetto de auto-scarica ciù fòrte e unna duâ de conservaçion à l’umido relativamente ciù curta. Pe fâ un exempio, unna batteria de zinco-d’argento a peu avei unna duâ de conservaçion à secco de 5-8 anni, mentre a seu duâ à umido a l’é pe-o sòlito solo che de pöchi meixi.