Параметры аккумуляторной батареи: Характеристики аккумуляторных батарей, применяемых на электротележках и электропогрузчиках

Содержание

Характеристики аккумуляторных батарей, применяемых на электротележках и электропогрузчиках

Категория:

   Электротележки

Публикация:

   Характеристики аккумуляторных батарей, применяемых на электротележках и электропогрузчиках

Читать далее:



Характеристики аккумуляторных батарей, применяемых на электротележках и электропогрузчиках

Для электрических приводов электротележек и электропогрузчиков источником энергии является аккумуляторная батарея.

На электротележках ЕП-011 используют свинцовые аккумуляторные батареи 2Х20Х5КТ285Г, на электропогрузчиках ЕВ 717.33.22—2X20Х5КТ285Е, на ЕВ-701 и ЕВ-702 — 40Х5КТ285А. На электропогрузчиках отечественного производства ЭП-201 и ЭП-202 применяют никель-железные аккумуляторные батареи 40ТНЖ-550-У2, а на ЭП-1631—34ТНЖ-500-У2.

В обозначениях свинцовых аккумуляторных батарей первые цифры указывают число аккумуляторных элементов в батарее, цифры перед буквами КТ — число положительных пластин в каждом аккумуляторном элементе, а буквы КТ с последующими цифрами — тип тяговых пластин.

Если батарея состоит из отдельных секций, перед цифрами, указывающими количество аккумуляторных элементов, ставится еще цифра, например 2Х20Х Х5КТ285.

Рекламные предложения на основе ваших интересов:

Обозначения никель-железных аккумуляторных батарей расшифровываются так: первые цифры указывают число аккумуляторных элементов в батарее, буквы Т —область применения (тяговый), НЖ — электрохимическую систему аккумулятора (никель-железный), цифры после букв — номинальную емкость аккумулятора в ампер-часах, буква У — климатическое исполнение, цифра 2 — категорию размещения.

Элемент аккумуляторной свинцовой батареи представляет собой эбонитовый бак, имеющий на дне подставку с ребрами, на которые опираются пластины и между которыми оседают выпадающие в процессе работы мелкие частицы активной массы. Положительные и отрицательные пластины — намазные. Пластины аккумулятора сгруппированы в отдельные комплекты, которые в свою очередь, собраны в блоки, при этом разноименные пластины отделены одна от другой двухслойными сепараторами из мипласта и стекловойлока.

Аккумуляторная батарея 2Х20Х5КТ285Г состоит из 40 последовательно соединенных аккумуляторных элементов. Схема соединения позволяет получать напряжение в 40 и 80 В. Батарея имеет габаритные размеры 982X937X497 мм и массу без электролита 750 кг. Срок службы батареи 800 циклов заряда-разряда до 80% номинальной емкости.

Батарея 2Х20Х5КТ285Е состоит из двух секций по 20 аккумуляторных элементов в каждой, установленных в стальном ящике. Батарея имеет габаритные размеры 1036Х696Х 460 мм и массу без электролита 707 кг. Срок службы батареи 800 циклов заряда-разряда до 80% номинальной емкости. Общее напряжение батареи 80 В.

Батарея 40Х5КТ285А состоит из 40 последовательно соединенных аккумуляторных элементов. Межэлементные соединения представляют собой сварную конструкцию. Пространство между стенкой бака и крышкой залито мастикой. Два полюсных вывода, обозначенные знаками « + » и «—», служат для соединения батареи с кабельными зажимами электротележки или погрузчика. Батарея имеет габаритные размеры 980X845X495 мм и iaccy без электролита 767 кг. Срок службы батареи 800 циклов заряда-разряда до 80% номинальной емкости.

Никель-железный или щелочной тяговый аккумулятор состоит из блока положительных и отрицательных электродов, изолированных друг от друга сепараторами. Положительным электродом является никелевый, отрицательным — железный. Блок помещают в бак из стали или пластмассы. На стальные баки надевают резиновые чехлы.

Рис. 1. Схемы соединений элементов в свинцовых батареях: а — 2Х20Х5КТ285Г, б — 2Х20Х5КТ285Е, в – 40Х5КТ285А

Аккумуляторная батарея 40ТНЖ-550-У2 смонтирована в стальном ящике, стенки и днище которого изолированы от аккумуляторов прокладками. В днище ящика имеются отверстия, через которые электролит в случае выплескивания его из аккумуляторов может выходить наружу.

Аккумуляторные батареи объединены в две секции по 20 аккумуляторов в каждой, соединенных последовательно стальными шинами. Батарея имеет четыре вывода (по два вывода от каждой секции), подсоединенных к двум штепсельным разъемам. На рис. 7, а показана схема соединения аккумуляторных элементов в батарею каждой секции. Каждый элемент имеет габаритные размеры 162,5×124,5×556 мм и массу без электролита 18,5 кг, с электролитом 25 кг.

Батарея 34ТНЖ-500-У2 состоит из 34 аккумуляторов ТНЖ-500-У2, размещенных в железном ящике, объединенных в две секции по 17 аккумуляторов в каждой и соединенных последовательно стальными перемычками. Батарея имеет четыре вывода (по два вывода от каждой секции), присоединенных к двум штепсельным разъемам. Каждый элемент имеет габаритные размеры 155×166,5×561 мм и массу без электролита 23,5 кг, с электролитом 30 кг.

Рис. 2. Схема соединений элементов в никель-железной батарее 40ТНЖ-550-У2 (а) и общий вид батареи 34ТНЖ-500-У2 (б)

Аккумуляторы изолированы один от другого резиновыми чехами, а от батарейного ящика — деревянными щитками, окрашенными битумным или асфальтовым лаком. Элементы соединены в батарею изогнутыми стальными никелированными перемычками с конусными наконечниками. Основные технические характеристики батарей приведены ниже.

Рекламные предложения:


Читать далее: Зарядные устройства

Категория: — Электротележки

Главная → Справочник → Статьи → Форум


Зарядные характеристики аккумулятора.


Характеристика зарядки аккумуляторной батареи




Характеристикой зарядки аккумуляторной батареи называют зависимости изменения плотности электролита, ЭДС и напряжения батареи от времени зарядки при постоянной силе зарядного тока (рис. 1).

Характеристики зарядки снимают при зарядке аккумулятора постоянной силой тока, соответствующего 10 % номинальной емкости аккумулятора. Для зарядки аккумулятора необходимо, чтобы напряжение зарядного устройства превышало ЭДС аккумулятора (

Еаб). В процессе зарядки силу зарядного тока с помощью реостата поддерживают постоянной. Через равные промежутки времени измеряют напряжение UЗ на зажимах аккумулятора, а также плотность электролита ρ.
ЭДС аккумулятора измеряют при разомкнутой внешней цепи, а ЭДС покоя (Е0) подсчитывают по формуле.

Причины изменения величин ρ, Е0, Еаб и UЗ аккумуляторной батареи следующие.

Вследствие того, что в процессе зарядки постоянной силой тока в порах активной массы пластин в единицу времени выделяется одинаковое количество серной кислоты и уменьшается количество воды, плотность электролита ρ, а вместе с ней и ЭДС покоя (Е0) аккумулятора будут прямо пропорционально расти (рис. 1б).

В начале зарядки плотность электролита в порах пластин быстро увеличивается, а вместе с тем растет ЭДС аккумулятора

Еаб. При дальнейшей зарядке из-за растворения кристаллов PbSO4 увеличиваются проходные сечения пор в активной массе, что способствует свободному доступу менее плотного электролита в поры пластин.

Когда установится равновесие между образованием серной кислоты в порах пластин и притоком в поры электролита с меньшей плотностью, то в течение длительного времени зарядки разность плотностей электролита в порах активной массы и вокруг пластин будет оставаться почти неизменной. В течение этого времени рост ЭДС тоже почти прекратится.

Постепенное повышение плотности электролита в баке аккумуляторной батареи сопровождается увеличением его вязкости, что замедляет процесс диффузии в поры активной массы пластин, поэтому в порах несколько повысится плотность электролита, а вместе с тем увеличится и ЭДС.

В конце зарядки аккумулятора большая часть активной массы пластин превратится в двуокись свинца (

PbO2) и чистый свинец (Pb), при этом часть ионов кислорода и водорода, выделяющаяся на пластинах не вступит в химическую реакцию с массой пластин и нейтрализуется, что характеризуется «кипением» электролита и означает окончание процесса зарядки.

***



Газообразование начинается при напряжении аккумулятора 2,4 В, интенсивно увеличивается до напряжения 2,7 В, после чего продолжается до момента прекращения зарядки.

В период газообразования положительные ионы водорода, выделяющиеся на отрицательных пластинах, присоединяют к себе недостающие электроны с некоторым запаздыванием, поэтому в конце зарядки аккумулятора вокруг отрицательных пластин будет сосредоточиваться большое количество положительных ионов водорода, в следствие чего между отрицательными пластинами и электролитом создается дополнительная разность потенциалов (около 0,33 В), увеличивающая напряжение аккумуляторов до

2,7 В.

Напряжение UЗ на зажимах заряжаемого аккумулятора будет больше ЭДС покоя Е0 на величину прироста ЭДС (ΔЕ) и величину падения напряжения внутри аккумулятора IЗRаб:

UЗ = Е0 + IЗRаб + ΔЕ.

При достижении напряжения аккумулятора 2,7 В и в целях более полного использования активной массы пластин зарядку аккумулятора продолжают при сильном газообразовании, пока напряжение и плотность электролита будут оставаться постоянными в течение 2 часов, что служит признаком окончания зарядки аккумулятора.

При зарядке исправного аккумулятора электричества затрачивается на 10…15 % больше, чем он отдает при разрядке.

После выключения цепи напряжение на зажимах аккумулятора резко падает на величину IЗRаб, затем ЭДС снижается на 0,33 В вследствие нейтрализации ионов водорода и кислорода на пластинах. В дальнейшем ЭДС аккумулятора снижается несколько медленнее до значения

Е0 по мере выравнивания плотности электролита, находящегося в порах пластин и между пластинами.

***

Что такое «емкость аккумулятора»?


Главная страница


Дистанционное образование

Специальности

Учебные дисциплины

Олимпиады и тесты

Конфигуратор литиевой батареи V.2.1.2 Beta

C чего начать?

видеообзор №1

видеообзор №2

Шаг 1. Начните с главного.

Укажите требуемое напряжение и емкость, после чего нажмите кнопку «Подобрать конфигурацию». Конфигуратор рассчитает и отобразит варианты аккумуляторной сборки с платой БМС, зарядным устройством, проводами и разъемами.

Если вам известен требуемый долговременный ток, укажите его перед автоподбором во вкладке «Параметры для опытных пользователей».

На этом этапе, вы можете ознакомиться с предложенным выбором, изменить любой компонент на наиболее подходящий к вашему устройству. Ознакомиться со всеми характеристиками выбранного варианта и далее подобрать совместимые компоненты — корпус, зарядное устройство, BMS, провода и разъемы. Для контроля несовместимости программа подсвечивает окно ввода красным цветом.

Если вы нашли свой вариант, и определились с комплектующими, можно переходить к шагу 4.

Если предложенные на этом шаге варианты не подходят, приступаем к шагу 2.

Шаг 2. Уточните выбор в блоке «Параметры для опытных пользователей»

Для получения нужного результата, поэкспериментируйте с параметрами. После изменения значения в любом поле, конфигуратор заново пересчитывает результаты, показывает результирующие характеристики и проверяет компоненты на совместимость. Входные параметры которым не удовлетворяет один из компонентов батареи будет обведен красным цветом.

Шаг 3. Дополните вашу батарею.

Выберите компоненты — корпус, зарядное устройство, плата BMS. Конфигуратор по умолчанию учитывает складские остатки, и предлагает только подходящие к выбранному варианту батареи компоненты. От любого компонента можно отказаться, нажав кнопку

Нажатие на изображение компонента открывает окно с карточкой товара, чтобы подробнее ознакомиться с характеристиками.

Шаг 4. Можно оформлять!

Осталось определиться с проводами и разъемами в блоке «Опции». Напишите желаемую длину, выберите тип разъёма. Ознакомьтесь со стоимостью. Если всё в порядке, нажмите кнопку «Купить сборку».

Параметры испытаний батареи

EV — технические статьи

Растущий спрос на электромобили (EV) заставляет производителей разрабатывать и выпускать более доступные модели. Наиболее важным фактором при разработке аккумуляторов для электромобилей или систем управления батареями (BMS) является безопасность. Безопасность коллективно обеспечивается в промышленности с помощью строгого регулирования и сертификации и обеспечивается тестированием.

В этой статье мы подробно рассмотрим, какие факторы стандартные тесты аккумуляторов охватывают аккумуляторные системы электромобилей.

 

Аккумуляторы EV требуют тщательного тестирования, чтобы убедиться, что они достаточно безопасны для коммерческого использования. Изображение предоставлено UL (Underwriter Laboratories).

 

Почему важны испытания аккумуляторов электромобилей

Поскольку автомобили потребляют большое количество энергии, желательны только аккумуляторные технологии с высокой плотностью мощности, а поскольку автомобили должны использоваться ежедневно, аккумулятор должен быть перезаряжаемым. Однако их большая способность накапливать энергию (в результате использования реактивных металлов) означает, что они могут быть более разрушительными в случае выхода из строя.

Во время сбоя батарея на основе лития может выделять большое количество газообразного водорода, а сильное тепло, вызванное внутренним коротким замыканием, воспламеняет водород, эффективно создавая огнемет. Поскольку автомобили подвержены риску повреждения в результате столкновений, важно, чтобы батареи содержали несколько механизмов безопасности, чтобы гарантировать, что батарея ни при каких обстоятельствах не может воспламениться.

 

«Стратегии безопасности» для каждого уровня системы электромобилей, изложенные в презентации GM для Европейской экономической комиссии ООН в 2013 г.

 

Параметры тестирования EV

Как и в любом инженерном проекте, первым шагом всегда является понимание среды, в которой ваш продукт должен выжить.

Автомобильная промышленность не прощает ошибок, поэтому какие факторы необходимо учитывать при выборе аккумуляторов?

  • Механический

    Механические нагрузки и воздействия очень сильны в автомобильной промышленности из-за постоянного движения колес и неровных поверхностей, с которыми может соприкасаться транспортное средство. Следовательно, аккумуляторная система должна быть способна выдерживать эти сильные вибрации в течение длительных периодов времени. Столкновения транспортных средств также представляют собой реальную угрозу, и любая аккумуляторная система, которая подвергается такому событию, должна быть в состоянии либо выжить, либо изящно сломаться.Крайне важно, чтобы любое воздействие или нагрузка на аккумуляторную систему не приводили к возгоранию или утечке взрывоопасных газов.

  • Температура

    Хотя у электромобилей нет двигателей, большие токи, потребляемые батареями, приведут к повышению температуры. Однако можно ожидать, что эти батареи выдержат очень низкие температуры в зависимости от того, где используется транспортное средство. Но перепады температуры могут происходить и ежедневно, с холодными ночами и жаркими днями, что может привести к частым тепловым стрессам, которые необходимо учитывать.Если транспортное средство оставлено на солнце и не используется, проектировщикам может потребоваться рассмотреть вопрос о том, требуются ли автоматические системы охлаждения, которые никогда не отключаются.

  • Электрика

    В нормальных условиях проектировщики смогут определить потребляемый ток от батарей к двигателям и, таким образом, определить размер кабеля и настройки предохранителей. Однако необходимо учитывать множество других электрических факторов, которые могут серьезно повлиять на аккумулятор. Во-первых, скорость изменения напряжения на батареях во время зарядки и разрядки может вызвать перегрев.Другим фактором, который следует учитывать, будут скачки напряжения в сети во время сбоев в сети, которые могут привести к серьезному повреждению аккумуляторной системы.

 

Типы испытаний на соответствие

Существует множество стандартов для электромобилей, которые продиктованы регулирующими органами. В ISO опубликовано более 40 стандартов, которые охватывают безопасность от уровня отдельных компонентов до протоколов V2X. UL (Underwriter Laboratories) — еще один регулирующий орган, который устанавливает кодифицированные правила тестирования аккумуляторов, в том числе UL 2580, который касается безопасности аккумуляторов электромобилей и устанавливает требования к тому, как эти аккумуляторы должны выдерживать широкий спектр неправильных действий.

Несмотря на то, что существует множество стандартов и нормативных актов, все тесты, разработанные для безопасности аккумуляторов, направлены на обеспечение того, чтобы аккумуляторы электромобилей могли выдерживать различные среды и условия, которые могут вызвать проблемы с безопасностью.

Эти условия включают:

  • Стандартные тепловые испытания – Хранение при различных температурах и т. д.
  • Термическое воздействие – Выдерживает внезапные высокие температуры и т. д.
  • Потеря теплового охлаждения – Выдерживает отсутствие охлаждения
  • Механическая вибрация – Устойчивость к вибрациям автомобиля
  • Механический удар – Выдерживает внезапные удары
  • Механическое воздействие и раздавливание – Измерьте, как аккумулятор выдержит раздавливание при столкновении
  • Механическое проникновение – выдерживать проникновение (т.д., короткие клетки)
  • Электрическое короткое замыкание – Короткое замыкание ручки
  • Электрическая перезарядка – Перезарядка не приводит к повреждению аккумулятора или неисправности
  • Электрический силовой разряд – Определите, вызывает ли быстрый разряд повреждение из-за скопления газа и т. д. 
  • Восприимчивость к ЭМС – Устойчивость к источникам электромагнитных помех
  • Защита от высокого напряжения – Защита от внезапного высокого напряжения
  • Целостность электрического отключения – Убедитесь, что сепараторы отключения работают правильно
  • Зарядка из-за электрического дисбаланса – Убедитесь, что батарея находится в безопасности во время зарядки из-за дисбаланса
  • Окружающая среда – Выживание на высоте, в условиях сырости, влажности и огня 
  • Погружение в воду – Убедитесь, что аккумулятор остается безопасным при погружении в воду

 

Заключение

Стандарты

введены в действие, чтобы гарантировать, что в проектах не только используются общие совместимые аппаратные и программные решения, но и чтобы они соответствовали минимальному уровню безопасности.Электрические аккумуляторные системы, возможно, более подвержены неисправностям и повреждениям по сравнению с их аналогами двигателя / топлива, поскольку они очень чувствительны к ударам, вибрации, колебаниям температуры и проникновению. Поэтому важно соблюдать строгие стандарты при использовании систем электрических батарей, чтобы обеспечить их безопасность даже в самых неблагоприятных сценариях.

22 Параметры батареи — электромобили

2.2.1 Напряжение элемента и батареи

Все электрические элементы имеют номинальное напряжение, которое дает приблизительное значение напряжения, когда элемент выдает электроэнергию.Ячейки могут быть соединены последовательно для получения необходимого общего напряжения. Тяговые батареи для электромобилей обычно рассчитаны на 6 В или 12 В, и эти блоки, в свою очередь, соединены последовательно для получения необходимого напряжения. На практике это напряжение будет меняться. Когда выдается ток, напряжение падает; когда батарея заряжается, напряжение будет расти.

Это лучше всего выражается через «внутреннее сопротивление», и эквивалентная схема батареи показана на рисунке 2.1. Батарея представлена ​​как имеющая фиксированное напряжение E, но напряжение на клеммах представляет собой другое напряжение V из-за напряжения на внутреннем сопротивлении R. Предположим, что ток I вытекает из батареи, как показано на рисунке. 2.1, то по базовой теории цепей мы можем сказать, что:

Обратите внимание, что если ток I равен нулю, напряжение на клеммах равно E, поэтому E часто называют напряжением холостого хода. Если батарея заряжается, то явно напряжение будет увеличиваться на ИК.Очевидно, что в аккумуляторах электромобилей внутреннее сопротивление должно быть как можно меньше.1

1 Свинцово-кислотная батарея хорошего качества на 12 В, 25 ампер, как правило, имеет внутреннее сопротивление около 0,005 Ом.

Внешняя нагрузка

Рисунок 2.1. Простая модель эквивалентной схемы батареи. Эта батарея состоит из шести элементов

.

Внешняя нагрузка

Рисунок 2.1. Простая модель эквивалентной схемы батареи. Эта батарея состоит из шести элементов

.

Обычно это уравнение (2.1) дает довольно хороший прогноз напряжения батареи «во время использования». Однако напряжение холостого хода Е на самом деле не является постоянным. На напряжение также влияет «состояние заряда» и другие факторы, такие как температура. Более подробно это рассматривается в разделе 2.11, где мы рассматриваем проблему моделирования производительности батарей.

2.2.2 Зарядная (или амперная) емкость

Электрический заряд, который может обеспечить аккумулятор, безусловно, является наиболее важным параметром. Единицей СИ для этого является кулон, заряд, когда один ампер течет в течение одной секунды.Тем не менее, эта единица неудобно мала. Вместо этого используется амфора: один ампер течет в течение одного часа. Емкость батареи может быть, скажем, 10 ампер. Это означает, что он может обеспечить 1 ампер в течение 10 часов, или 2 ампер в течение 5 часов, или теоретически 10 ампер в течение 1 часа. Однако на практике для большинства аккумуляторов так не получается.

Обычно бывает так, что, хотя батарея может обеспечить 1 А в течение 10 часов, если от нее потребляется 10 А, ее хватит менее чем на один час. Это важнее всего понять.Емкость больших аккумуляторов, используемых в электромобилях (тяговых аккумуляторов), обычно рассчитана на 5-часовой разряд. На рис. 2.2 показано, как на емкость влияет более быстрое или более медленное удаление заряда. Диаграмма для номинальной батареи 100 ампер. Обратите внимание, что если заряд снять в течение одного часа, емкость значительно упадет примерно до 70 ампер-час. С другой стороны, если ток отводится медленнее, скажем, за 20 часов, емкость возрастет примерно до 110 ампер-час.

Это изменение емкости происходит из-за нежелательных побочных реакций внутри клетки. Эффект наиболее заметен в свинцово-кислотных батареях, но встречается во всех типах. Очень важно иметь возможность точно предсказать последствия этого явления, и это рассматривается в разделе 2.11, когда мы рассматриваем моделирование батареи.

Емкость заряда ведет к важному моменту обозначений, который следует пояснить здесь. Емкость батареи в амфорах обозначается буквой C.Однако это несколько сбивает с толку, пока вы не привыкнете к этому, это также используется для обозначения тока.

Предположим, что батарея имеет емкость 42 ампер-часа, тогда говорят, что C = 42 ампер-часа. Пользователи аккумуляторов говорят о «токе разряда 2C» или «зарядке аккумулятора при 0,4C». В этих случаях это будет означать разрядный ток 84 А или зарядный ток 16,8 А.

График изменения емкости аккумулятора в зависимости от времени разряда

График изменения емкости аккумулятора в зависимости от времени разряда

320 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 Время разряда/часы

Рис. 2.2 График, показывающий изменение зарядной емкости в ампер-часах батареи с номинальной емкостью 42 ампер-часа. Этот график основан на измерениях свинцово-кислотной тяговой батареи производства Hawker Energy Products Inc.

.

320 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 Время разрядки/часы

Рис. 2.2 График, показывающий изменение емкости заряда в ампер-часах номинальной батареи на 42 ампер-часа. Этот график основан на измерениях свинцово-кислотной тяговой батареи производства Hawker Energy Products Inc.

.

Дальнейшее усовершенствование заключается в добавлении нижнего индекса к символу C.Как мы отмечали выше, амперная емкость аккумулятора зависит от времени, необходимого для разряда. В нашем примере батарея емкостью 42 ампер рассчитана на 10-часовую разрядку. В этой более полной записи разрядный ток 84 Ампер следует записывать как 2С10.

Пример: Выразите силу тока 21 ампер из нашего примера 42 амперной батареи в нотации C.

В отношении 42 ампер 21 равно 1/2 или 0,5. Таким образом, ток 21 Ампер = 0,5C10.

Этот способ выражения тока батареи очень удобен, так как он связывает ток с размером батареи.Он почти повсеместно используется в литературе и спецификациях аккумуляторов, хотя нижний индекс, относящийся к номинальному времени разряда, часто опускается.

2.2.3 Сохраненная энергия

Батарея предназначена для хранения энергии. Энергия, хранящаяся в батарее, зависит от ее напряжения и накопленного заряда. Единицей СИ является джоуль, но это неудобно маленькая единица, поэтому вместо нее мы используем ватт-час. Это энергетический эквивалент работы на мощности 1 Вт в течение 1 часа. Ватт-час эквивалентен 3600 Дж.Ватт-час совместим с нашим использованием амфоры для зарядки, поскольку дает простую формулу:

.

Энергия в ватт-часах = напряжение x ампер-час или энергия = V x C (2.2)

Однако это уравнение следует использовать с большой осторожностью. Мы уже отмечали, что как напряжение батареи V, так и, тем более, амперная емкость C значительно различаются в зависимости от того, как используется батарея. Оба уменьшаются, если ток увеличивается и аккумулятор быстро разряжается. Таким образом, накопленная энергия представляет собой довольно переменную величину и уменьшается, если энергия высвобождается быстро.Обычно она указывается в соответствии с номиналом в ампер-часах, т. е. если емкость заряда указана для пятичасового разряда, то логично, что энергия должна быть указана для этой скорости разряда.

2.2.4 Удельная энергия

Удельная энергия – это количество электроэнергии, хранящейся на каждый килограмм массы батареи. Имеет единицы Втч.кг-1. Как только известна энергетическая емкость батареи, необходимой в транспортном средстве (Втч), ее можно разделить на удельную энергию (Втч.кг-1), чтобы получить первое приближение массы батареи.Упомянутая конкретная энергия может быть не более чем ориентиром, потому что, как мы видели, энергия, хранящаяся в батарее, значительно зависит от таких факторов, как температура и скорость разряда.

В разделе 2.2.6 ниже и на графике Рагона на рис. 2.3 мы увидим, насколько может измениться удельная энергия батареи.

2.2.5 Плотность энергии

Плотность энергии — это количество электроэнергии, хранящейся на кубический метр объема батареи. Обычно он измеряется в Втч.м-3. Это тоже важный параметр, так как энергоемкость

График Рагона для свинцово-кислотных и никель-кадмиевых тяговых аккумуляторов

График Рагона для свинцово-кислотных и никель-кадмиевых тяговых аккумуляторов

20 30

Удельная энергия/Втч.кг-1

Рисунок 2.3 График Рагона — график зависимости удельной мощности от удельной энергии — для типичных свинцово-кислотных и никель-кадмиевых тяговых батарей

20 30

Удельная энергия/Втч.кг-1

Рисунок 2.3 График Рагона — график зависимости удельной мощности от удельной энергии — для типичных свинцово-кислотных и никель-кадмиевых тяговых батарей батареи (Втч) можно разделить на плотность энергии батареи (Втч.м-3), чтобы показать объем батареи обязательный. В качестве альтернативы, если имеется известный объем батарей, объем (м3) можно умножить на плотность энергии батарей (Втч.m-3), чтобы дать первое приближение того, сколько электроэнергии может быть доступно. Объем аккумуляторной батареи может иметь значительное влияние на конструкцию автомобиля. Как и в случае с удельной энергией, плотность энергии является номинальной величиной.

2.2.6 Удельная мощность

Удельная мощность — это количество энергии, полученное на килограмм батареи. Это сильно изменчивая и довольно аномальная величина, поскольку мощность, выдаваемая батареей, гораздо больше зависит от подключенной к ней нагрузки, чем от самой батареи.Несмотря на то, что батареи имеют максимальную мощность, нецелесообразно эксплуатировать их при максимальной мощности более нескольких секунд, так как они не прослужат долго и будут работать очень неэффективно.

Обычными единицами измерения являются Вт.кг-1. Некоторые аккумуляторы имеют очень хорошую удельную энергию, но имеют низкую удельную мощность, а значит, хранят много энергии, но могут лишь медленно ее отдавать. С точки зрения электромобилей, они могут очень медленно вести транспортное средство на большие расстояния. Высокая удельная мощность обычно приводит к более низкой удельной энергии для любого конкретного типа батареи.Это связано с тем, что, как мы видели в разделе 2.2.2, быстрое снятие энергии с батареи, то есть при высокой мощности, снижает доступную энергию.

Эта разница в изменении удельной мощности с удельной энергией для разных типов батарей очень важна, и полезно иметь возможность их сравнивать. Это часто делается с помощью графика зависимости удельной мощности от удельной энергии, известного как график Рагона. Используются логарифмические шкалы, поскольку мощность, потребляемая от батареи, может сильно различаться в разных приложениях.График Рагона для свинцово-кислотной тяговой батареи хорошего качества и аналогичной никель-кадмиевой батареи показан на рис. 2.3.

Видно, что для обеих батарей по мере увеличения удельной мощности удельная энергия уменьшается. В диапазоне мощностей от 1 до 100 Вт.кг-1 никель-кадмиевая батарея показывает несколько меньшие изменения. Однако при нагрузке свыше 100 Вт·кг-1 никель-кадмиевая батарея разряжается намного быстрее, чем свинцово-кислотная.

Диаграммы Рагона, подобные рисунку 2.3, используются для сравнения источников энергии всех типов. В этом случае мы должны заключить, что, игнорируя другие факторы, такие как стоимость, NiCad аккумулятор работает лучше, если удельная мощность менее 100 Вт.кг-1. Однако при более высоких значениях, до 250 Вт.кг-1 и более, свинцово-кислотные начинают становиться более привлекательными. График Рагона также подчеркивает тот факт, что нельзя дать простой однозначный ответ на вопрос «Какова удельная мощность этой батареи?».

2.2.7 Эффективность в ампер-часах (или заряде)

В идеальном мире батарея вернула бы весь вложенный в нее заряд, и в этом случае КПД в ампер-часах составляет 100%. Однако ни одна батарея этого не делает; его эффективность зарядки составляет менее 100%.Точное значение зависит от типа аккумулятора, температуры и скорости заряда. Он также будет варьироваться в зависимости от состояния заряда. Например, при переходе от примерно 20% к 80% заряженности КПД обычно будет очень близок к 100%, но когда последние 20% заряжены, эффективность сильно падает. Причины этого станут ясны, когда мы рассмотрим каждый из типов батарей далее в этой главе.

2.2.8 Энергоэффективность

Это еще один очень важный параметр, и он определяется как отношение электрической энергии, отдаваемой батареей, к количеству электрической энергии, необходимой для ее возврата в состояние перед разрядом.Веский аргумент в пользу использования электромобилей основан на эффективном использовании энергии, что приводит к сокращению общих выбросов; поэтому желательна высокая энергоэффективность. Из того, что было сказано в предыдущих разделах, должно быть ясно, что энергоэффективность будет сильно различаться в зависимости от того, как используется батарея. Например, если батарея быстро заряжается и разряжается, эффективность использования энергии значительно снижается. Однако он служит ориентиром для сравнения аккумуляторов почти так же, как расход топлива для автомобилей.

2.2.9 Скорость саморазряда

Большинство аккумуляторов разряжаются, когда их не используют, и это известно как саморазряд. Это важно, так как это означает, что некоторые аккумуляторы нельзя оставлять на длительное время без подзарядки. Причины этого саморазряда будут объяснены в следующих разделах. Скорость зависит от типа батареи и других факторов, таких как температура; более высокие температуры значительно увеличивают саморазряд.

2.2.10 Геометрия батареи

Ячейки бывают разных форм: круглые, прямоугольные, призматические или шестиугольные.Обычно они упакованы в прямоугольные блоки. Некоторые батареи могут поставляться только с фиксированной геометрией. Некоторые из них могут поставляться в широком диапазоне высоты, ширины и длины. Это может дать дизайнеру значительные возможности, особенно если он начинает с чистого листа бумаги или, что более вероятно сегодня, с чистого экрана САПР. Он/она может, например, распределить батареи по всей площади пола, обеспечив низкий центр тяжести и очень хорошие характеристики управляемости.

2.2.11 Температура батареи, потребности в нагреве и охлаждении

Хотя большинство аккумуляторов работают при температуре окружающей среды, некоторые из них работают при более высоких температурах и нуждаются в предварительном нагреве, а затем при использовании в охлаждении.В других производительность батареи падает при низких температурах, что нежелательно, но эту проблему можно решить путем нагрева батареи. При выборе батареи разработчик должен знать о температуре батареи, потребностях в нагреве и охлаждении и учитывать их в процессе проектирования транспортного средства.

2.2.12 Срок службы батареи и количество глубоких циклов

Большинство перезаряжаемых аккумуляторов выдерживают всего несколько сотен глубоких циклов до 20% заряда аккумулятора.Однако точное количество зависит от типа батареи, а также от деталей конструкции батареи и от того, как батарея используется. Это очень важная цифра в спецификации батареи, поскольку она отражает срок службы батареи, что, в свою очередь, отражается на эксплуатационных расходах электромобиля. Более подробная информация об этом и всех других упомянутых параметрах батареи приведена в следующих разделах, посвященных конкретным типам батарей.

Продолжить чтение здесь: 23 свинцово-кислотных аккумулятора

Была ли эта статья полезной?

наборов параметров — PyBaMM 22.3 документация

Наборы параметров из документов. Запись «Цитата» содержит ссылку на соответствующий статья в файле «pybamm/CITATIONS.txt». Чтобы увидеть, какие наборы параметров использовались в вашей симуляции, добавьте в скрипт строку «pybamm.print_citations()».

Свинцово-кислотные наборы параметров

  • Sulzer2019 :
    • Валентин Зульцер, С. Джон Чепмен, Колин П. Пожалуйста, Дэвид А. Хоуи и Чарльз В.Монро. Более быстрое моделирование свинцово-кислотных аккумуляторов на основе теории пористых электродов: Часть I. Физическая модель. Журнал Электрохимического общества, 166(12):A2363–A2371, 2019. doi:10.1149/2.0301910jes.

Наборы параметров для литий-ионных аккумуляторов

  • Ai2020 :
    • Вейлонг Ай, Людвиг Крафт, Йоханнес Штурм, Андреас Джоссен и Билли Ву. Электрохимическое термомеханическое моделирование неоднородности напряжений в литий-ионные карманные элементы.Журнал Электрохимического общества, 167(1):013512, 2019. doi: 10.1149/2.0122001JES.

  • Чен2020 :
    • Чан-Хуэй Чен, Ферран Броса Планелла, Киран О’Реган, Доминика Гастол, В. Дхаммика Виданадж и Эмма Кендрик. Развитие экспериментальных методов для параметризации многомасштабных моделей литий-ионных аккумуляторов. Журнал Электрохимическое общество, 167(8):080534, 2020. doi:10.1149/1945-7111/ab9050.

  • Chen2020_plating :
    • Чан-Хуэй Чен, Ферран Броса Планелла, Киран О’Реган, Доминика Гастол, В. Дхаммика Виданадж и Эмма Кендрик. Развитие экспериментальных методов для параметризации многомасштабных моделей литий-ионных аккумуляторов. Журнал Электрохимическое общество, 167(8):080534, 2020. doi:10.1149/1945-7111/ab9050.

  • Ecker2015 :
    • Мадлен Экер, Стефан Кебиц, Изаро Ларесгоити и Дирк Уве Зауэр.Параметризация физико-химической модели литий-ионной батареи. II. Проверка модели. Журнал Электрохимического общества, 162 (9): A1849–A1857, 2015. doi: 10.1149/2.0541509jes.

    • Мадлен Экер, Ти Ким Дунг Тран, Филипп Дехент, Стефан Кебиц, Александр Варнеке и Дирк Уве Зауэр. Параметризация физико-химической модели Литий-ионная батарея: I. Определение параметров. Журнал Электрохимическое общество, 162(9):A1836–A1848, 2015. doi:10.1149/2.0551509йес.

    • Аластер Хейлз, Лаура Браво Диас, Мохамед Васим Марзук, Ян Чжао, Ятиш Патель и Грегори Оффер. Коэффициент охлаждения ячейки: стандарт для определения отвод тепла от литий-ионных аккумуляторов. Журнал Электрохимический Общество, 166(12):A2383, 2019.

    • Джайлз Ричардсон, Иван Короткин, Рахифа Раном, Майкл Кастл и Джейми М. Взращивать. Обобщенные одночастичные модели для высокоскоростной работы градуированных литий-ионные электроды: систематическое получение и проверка.Электрохимика Acta, 339:135862, 2020. doi:10.1016/j.electacta.2020.135862.

    • Ян Чжао, Ятиш Патель, Тэн Чжан и Грегори Дж. Оффер. Моделирование эффектов температурных градиентов, вызванных охлаждением вкладки и поверхности на ионно-литиевом элементе спектакль. Журнал Электрохимического общества, 165(13):A3169, 2018.

  • Маркиз2019 :
    • Скотт Г. Маркиз, Валентин Зульцер, Роберт Тиммс, Колин П.Пожалуйста, и С. Джон Чепмен. Асимптотический вывод одночастичной модели с электролитом. Журнал Электрохимического общества, 166(15):A3693–A3706, 2019. doi:10.1149/2.0341915jes.

  • Мохтат2020 :
    • Пейман Мохтат, Сухак Ли, Валентин Зульцер, Джейсон Б. Сигел и Анна Г. Стефанопулу. Дифференциальное расширение и модель напряжения для литий-ионных аккумуляторов при Практические тарифные ставки. Журнал Электрохимического общества, 167(11):110561, 2020.дои: 10.1149/1945-7111/aba5d1.

  • NCA_Kim2011 :
    • Ги-Хон Ким, Кэндлер Смит, Кю-Джин Ли, Шрирам Сантанагопалан и Ахмад Пезаран. Многодоменное моделирование литий-ионных аккумуляторов, охватывающее мультифизика в различных масштабах длины. Журнал Электрохимического общества, 158(8):A955–A969, 2011. doi:10.1149/1.3597614.

  • ORegan2021 :
    • Чанг-Хуэй Чен, Ферран Броса Планелла, Киран О’Реган, Доминика Гастол, В.Дхаммика Виданадж и Эмма Кендрик. Развитие экспериментальных методов для параметризации многомасштабных моделей литий-ионных аккумуляторов. Журнал Электрохимическое общество, 167(8):080534, 2020. doi:10.1149/1945-7111/ab9050.

    • Киран О’Реган, Ферран Броса Планелла, В. Дхаммика Виданадж и Эмма Кендрик. Термоэлектрохимическая параметризация литий-ионного аккумулятора: отображение Li зависимости от концентрации и температуры. Журнал Электрохимический Общество, ():, 2021.дои:.

  • Prada2013 :
    • Чанг-Хуэй Чен, Ферран Броса Планелла, Киран О’Реган, Доминика Гастол, В. Дхаммика Виданадж и Эмма Кендрик. Развитие экспериментальных методов для параметризации многомасштабных моделей литий-ионных аккумуляторов. Журнал Электрохимическое общество, 167(8):080534, 2020. doi:10.1149/1945-7111/ab9050.

    • Майкл Дж. Лейн, Джеймс Брэндон и Эмма Кендрик.Стратегии дизайна для высоких мощность по сравнению с высокоэнергетическими литий-ионными элементами. Батареи, 5(4):64, 2019. doi: 10.3390/batteries5040064.

    • Эрик Прада, Д. Ди Доменико, Ю. Крефф, Ж. Бернар, Валери Совант-Мойно и Франсуа Юэ. Упрощенная модель электрохимического и термического старения LiFePO4-графитовые литий-ионные аккумуляторы: моделирование снижения мощности и емкости. Журнал Электрохимического общества, 160(4):A616, 2013. doi:10.1149/2.053304jes.

  • Ramadass2004 :
    • P Ramadass, Bala Haran, Parthasarathy M Gomadam, Ralph White и Branko N Попов.Разработка модели снижения емкости из первых принципов для литий-ионных аккумуляторов. Журнал Электрохимического общества, 151 (2): A196, 2004 г. дои: 10.1149/1.1634273.

  • Сюй2019 :
    • Шаньшань Сюй, Куан-Хунг Чен, Нил П. Дасгупта, Джейсон Б. Сигел и Анна Г. Стефанопулу. Эволюция мертвого лития в литий-металлических батареях: экспериментально подтвержденная модель кажущейся потери мощности. Журнал Электрохимическое общество, 166(14):A3456, 2019.

Использование глубокого обучения для прогнозирования параметров батарей на электромобилях

Блок-схема того, как метод, используемый исследователями, предварительно обрабатывает транспортные и метеорологические данные. Кредит: Хонг и др.

Аккумуляторы, используемые для питания электромобилей, имеют несколько ключевых характеризующих параметров, включая напряжение, температуру и состояние изменения (SOC). Поскольку неисправности аккумуляторов связаны с аномальными колебаниями этих параметров, их эффективное прогнозирование имеет жизненно важное значение для обеспечения безопасной и надежной работы электромобилей в течение долгого времени.

Исследователи из Пекинского технологического института, Пекинского центра совместных инноваций для электромобилей и Государственного университета Уэйна недавно разработали новый метод, основанный на глубоком обучении, для синхронного прогнозирования нескольких параметров аккумуляторных систем, используемых для электромобилей. Предложенный ими метод, представленный в статье, опубликованной в журнале Elsevier Applied Energy , основан на рекуррентной нейронной сети с долговременной кратковременной памятью (LSTM); архитектура глубокого обучения, которая может обрабатывать как отдельные точки данных (например,грамм. изображения) и целые последовательности данных (например, записи речи или видеоматериалы).

«В этой статье исследуется новый метод глубокого обучения для выполнения точного синхронного многопараметрического прогнозирования для аккумуляторных систем с использованием рекуррентной нейронной сети с долговременной кратковременной памятью (LSTM)», — пишут исследователи в своей статье.

Исследователи обучили и оценили свою модель LSTM на наборе данных, собранном Центром обслуживания и управления электромобилями (SMC-EV) в Пекине, который включал данные, связанные с батареями электрического такси, в течение одного года.В их модели учитываются три основных характеризующих параметра аккумуляторов, используемых в электромобилях, а именно напряжение, температура и SOC. Благодаря своей структуре и дизайну, когда все гиперпараметры, учитываемые моделью, предварительно оптимизированы, ее также можно обучать в автономном режиме.

Архитектура LSTM-RNN. Кредит: Хонг и др.

Исследователи также разработали методику проведения анализа погодных условий и водителей транспортных средств. Этот метод учитывает влияние погоды и поведения водителя на производительность аккумуляторной системы, что в конечном итоге повышает точность прогнозирования их модели.Кроме того, исследователи использовали метод предварительного исключения, который предотвращает переоснащение модели LSTM за счет определения наиболее подходящих параметров перед обучением.

Оценки и симуляции, тестирующие модель на основе LSTM, дали многообещающие результаты: новый метод превзошел другие стратегии прогнозирования параметров батареи, не требуя дополнительного времени для обработки данных. Выводы, собранные исследователями, позволяют предположить, что их модель можно использовать для определения различных неисправностей аккумуляторной батареи, своевременного информирования водителей и пассажиров и предотвращения несчастных случаев со смертельным исходом.

«Стабильность и надежность этого метода были проверены посредством 10-кратной перекрестной проверки и сравнительного анализа нескольких наборов гиперпараметров», — пишут исследователи. «Результаты показывают, что предложенная модель обладает мощными и точными возможностями онлайн-прогнозирования для трех целевых параметров».

Исследователи заметили, что после завершения автономного обучения модель LSTM может выполнять быстрые и точные онлайн-прогнозы. Другими словами, тот факт, что он был обучен в автономном режиме, не повлиял на скорость и точность его прогнозов.

В будущем модель прогнозирования параметров батареи, разработанная этой исследовательской группой, может помочь повысить безопасность и эффективность электромобилей. Тем временем исследователи планируют обучить разработанную ими сеть LSTM на большем количестве наборов данных, поскольку это может еще больше повысить ее производительность и обобщаемость.


Моделирование на основе данных и оценка свойств литий-ионных аккумуляторов
Дополнительная информация: Цзичао Хонг и др.Синхронное многопараметрическое прогнозирование аккумуляторных систем на электромобилях с использованием сетей с долговременной кратковременной памятью, Applied Energy (2019). DOI: 10.1016/j.apenergy.2019.113648

© 2019 Наука Х Сеть

Цитата : Использование глубокого обучения для прогнозирования параметров аккумуляторов на электромобилях (2019, 26 августа) получено 20 апреля 2022 г. с https://techxplore.com.com/news/2019-08-deep-parameters-batteries-electric-vehicles.html

Этот документ защищен авторским правом. Помимо любой добросовестной сделки с целью частного изучения или исследования, никакие часть может быть воспроизведена без письменного разрешения. Контент предоставляется только в ознакомительных целях.

6 важных параметров проектирования литий-полимерных аккумуляторов – Jauch Blog-Seite

Подходит стандартная батарея в любой совместимый отсек — в конце концов, для этого и определены стандарты.Однако, в зависимости от применения, кнопочные элементы и цилиндрические батареи достигают своих пределов.

Смарт-часы, например, имеют значительно более высокое энергопотребление, чем у обычных наручных часов. Просто поэтому кнопочной ячейки далеко не достаточно, чтобы покрыть мощность устройства. требования. Однако корпус часов слишком мал для мощного литий-ионный аккумулятор. Только литий-полимерный аккумулятор способен удовлетворить особые требования к умным часам.

Гибкая конструкция продукта

Литий-полимерная технология не уступают литий-ионным батареям по производительности, но намного превосходят их. гибкий в плане дизайна и размера.Причиной этого является отсутствие цельнометаллический корпус, как у литий-ионных аккумуляторов. Вместо этого ячейки просто окружены тонким слоем ламинированной пластиком алюминиевой фольги. Благодаря многослойной структуре аккумуляторных элементов, даже изогнутых или ультраплоские конструкции толщиной менее одного миллиметра мыслимо.

Для разработчиков продуктов и дизайнеры, большая гибкость литий-полимерных аккумуляторов — это благословение. И наоборот, новая свобода дизайна также может привести к неопределенности.это поэтому целесообразно брать разработчиков аккумуляторов, таких как Jauch Quartz GmbH, на Совет на ранней стадии для новых разработок.

Следующие шесть параметров должны быть определены на ранней стадии, если проектирование должно быть успешным.

1) Напряжение

Средняя одиночная ячейка напряжение для литий-полимерных элементов стандартно составляет 3,6 вольта. Отключение напряжение составляет 3,0 вольта, а максимальное зарядное напряжение составляет 4,2 вольта. Если выше требуется напряжение, несколько ячеек можно соединить последовательно.Параллель подключение нескольких ячеек также дает возможность увеличить емкость.

2) Токи

В дополнение к напряжению, текущие требования приложения также должны быть определены. Среднее должны быть указаны непрерывные токи, а также максимальные импульсные токи и длины импульсов. Также необходимо учитывать пусковые токи и их длину. учетная запись.

3) Температура

В связи с действующим профили силовой нагрузки приложения, температуры, при которых они используются также необходимо учитывать.По умолчанию литий-полимерные элементы рассчитан на диапазон температур от -20 до 60 градусов Цельсия. При зарядке аккумулятора должна преобладать температура от 0 до 45 градусов Цельсия. клетки.

Доступны специальные ячейки для использования в экстремальных температурных условиях выше или ниже этого диапазона.

4) Размеры батарейного отсека

Разумеется, размеры Батарейный отсек также должен быть определен заранее. Это важно помните, что литий-полимерные элементы со временем расширяются.Это «вздутие» явление отвечает за то, что клетки со временем становятся на 10% толще. Соответственно, батарейный отсек должен быть вместительным. В Кроме того, острые края и т. п. в непосредственной близости от аккумулятора отсека следует избегать любой ценой, чтобы не повредить батарею.

5) Емкость

Емкость аккумулятора указывает количество электрического заряда, который батарея может хранить или высвобождать. Емкость определяется напряжением, потребляемым током, температурой и доступной места в батарейном отсеке.

6) Безопасность

Для защиты литий-полимера батареи от перезарядки, глубокой разрядки или короткого замыкания, они оборудованы с индивидуально программируемой электроникой защиты. Для того чтобы оптимально адаптировать эту так называемую «систему управления батареями» к соответствующим приложения определяются индивидуальные значения отключения для системы.

Кроме того, батареи должны соответствовать определенным нормам и стандартам безопасности, чтобы гарантировать, что приложения одобренный.Здесь действуют строгие правила — и это понятно — особенно в области медицинской техники.

На основе этих шести параметров Эксперты Jauch по аккумуляторам найдут правильное решение для литий-полимерных аккумуляторов для каждого приложения. Однако, чтобы гарантировать оптимальные результаты, свяжитесь с должны быть сделаны как можно раньше на этапе проектирования. В противном случае желаемое решение для аккумуляторов может быть недоступно или неосуществимо.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.