Энергоемкость батареи: Что такое энергоемкость аккумулятора Все про Li-ion (литиевые аккумуляторы)

Содержание

Что такое энергоемкость аккумулятора Все про Li-ion (литиевые аккумуляторы)

Емкость – основная характеристика аккумулятора. От нее зависит объем энергии, которую способен накопить и отдать источник питания, и время автономной работы питающегося от него оборудования. В случае с электровелосипедами и другими видами персонального электротранспорта от емкости аккумуляторной батареи напрямую зависит расстояние пробега на 1 заряде.

В чем измеряется емкость АКБ?

В вопросе, что такое энергоемкость аккумулятора, рассматривается несколько характеристик – от удельных до абсолютных величин. В технических характеристиках емкость АКБ указывается в ампер-часах (А·ч) и/или ватт-часах (Вт·ч). Более точно возможности источника питания отражает значение в ватт-часах. Это абсолютная емкость. Ее значение показывает, какую мощность может выдавать данная АКБ на протяжении 1 часа, независимо от разрядных токов и напряжения.

Например, батарея энергоемкостью 450 Вт·ч может выдавать мощность 450 Вт на протяжении 1 часа.

Удельная энергоемкость измеряется в Вт·ч/кг и показывает, какую мощность может предоставлять данная АКБ массой 1 кг на протяжении 1 часа. Чем больше удельная энергоемкость (другими словами – энергетическая плотность) элементов питания, тем меньше их масса при равной величине накапливаемой энергии.

Емкость в ампер-часах – это уже относительная величина, зависящая от номинального напряжения батареи. Например, литий-ионные аккумуляторы имеют номинальное напряжение 3,7 В на элемент, а литий-железо-фосфатные (LiFePO4) – 3,2 В. Для набора необходимого напряжения – 36 В, 48 В и т.д. – элементы питания соединяются в батарею последовательно. Для суммирования емкости ячеек они соединяются параллельно.

Перевод емкости из А·ч в Вт·ч

Чтобы рассчитать абсолютную постоянную энергоемкость в Вт·ч, зная значение в А·ч, нужно умножить его на номинальное напряжение АКБ:

Вт·ч (Wh) = В (V) х А·ч (Ah).

Например, для батареи емкостью 13 А·ч и вольтажом 36 В абсолютная энергоемкость составит 13 А·ч х36 В = 468 Вт·ч.

Аналогично, зная абсолютную постоянную энергоемкость батареи в Вт·ч, можно рассчитать ее реальную емкость при определенном рабочем напряжении оборудования. Для этого достаточно разделить абсолютную емкость в ватт-часах на рабочее напряжение нагрузки в вольтах:

А·ч (Ah) = Вт·ч (Wh) : В (V).

Например: 468 Вт·ч :36 В =13 А·ч, а 468 Вт·ч :24 В =19,5 А·ч.

О напряжении

Чаще всего АКБ электровелосипедов имеют рабочее напряжение 24, 36 или 48 В. С его возрастанием обычно увеличивается и максимально развиваемая скорость е-байка. Конечно, на мощность и скорость электровелосипеда влияют и другие факторы, такие как мощность мотора и эффективность трансмиссии. Но все же мощные и скоростные е-байки обычно оснащаются АКБ с напряжением 48 В и выше.

Выводы: на что влияет энергоемкость АКБ электровелосипеда

От этой характеристики зависит дальность поездок на 1 заряде батареи. Ориентировочно при езде в наиболее экономичном режиме – по ровному асфальту, без резких разгонов и торможений, встречного ветра и других препятствий – на каждый километр пути тратится 8–10 Вт·ч энергии литиевой аккумуляторной батареи (без кручения педалей). При вращении педалей велосипедист уменьшает потребляемый мотором ток, поэтому и запас энергии батареи расходуется экономнее.

Наиболее точно и наглядно емкость характеризует ее абсолютная постоянная величина, измеряемая в ватт-часах. Зная ее, легко определить и ориентировочную дальность хода на 1 заряде, и относительную емкость в ампер-часах, которая зависит от номинального напряжения питаемого оборудования.

Читайте в предыдущей статье нашего блога об интересном типе зимнего электротранспорта – электроснегокатах.

Найден способ увеличить энергоемкость аккумуляторов в 3 раза

Сегодня мы не можем представить свою жизнь без смартфонов, ноутбуков и других гаджетов, работающих без подключения к электросети и получающих энергию от литий-ионных аккумуляторов. Количество таких устройств ежегодно растет, кроме того, пользователи нуждаются в более энергоемких источниках энергии, которые позволят им работать дольше без подзарядки. Однако запасы лития в земной коре уменьшаются, а отработавшие свой ресурс аккумуляторы утилизируются неэффективно. Это приводит к постепенному удорожанию литиевого сырья. Разработка альтернативных аналогов на основе, например, натрия и калия поможет создать более дешевые и мощные источники энергии. Преимущество калий-ионных аккумуляторов заключается в высокой проводимости калийсодержащих электролитов, но сейчас такие источники энергии находятся на стадии лабораторных исследований.

Основными компонентами металл-ионных аккумуляторов являются два электрода (катод и анод), разделенные пористым сепаратором. Во время работы аккумулятора катионы лития, натрия или калия поступают из материала анода в материал катода через электролит, который заполняет корпус аккумулятора. Во время зарядки происходит обратный процесс.

Емкость электродных материалов, и, в конечном итоге, всего аккумулятора зависит от количества ионов металла, которые могут обратимо присоединять и отдавать материалы анода и катода. В литий-ионных аккумуляторах в качестве анода часто используют графит, благодаря его свойству обратимо включать литий между слоями углерода. Калий, как и литий, в отличие от натрия, тоже взаимодействует с графитовым анодом, однако в настоящий момент ведется поиск материалов, которые обладают более высокой электрохимической емкостью и устойчивостью в ходе повторяющихся циклов заряда-разряда.

В процессе исследования ученые получили новый материал на основе сульфида сурьмы и восстановленного оксида графена и изучили его свойства в качестве анода в калий-ионном аккумуляторе. Материал был получен пероксидным методом, разработанным ранее в лаборатории пероксидных соединений и материалов на их основе Института общей и неорганической химии имени Н. С. Курнакова РАН (Москва). Метод заключается в самоорганизующемся равномерном осаждении частиц пероксокомплекса сурьмы на поверхности листочков оксида графена из водно-пероксидного раствора. После обработки материала сероводородом и последующей термической обработки формируется кристалл сульфида сурьмы на поверхности подложки.

Результаты электрохимических исследований показали возможность использования материала в качестве анода калий-ионного аккумулятора.

«Полученный материал продемонстрировал более высокие значения удельной емкости по сравнению с другими анодами из сульфидов фосфора, кобальта, олова и сурьмы, свыше 650 мАч/г. Энергоемкость графита, который считается перспективным, в три раза меньше. Благодаря этому мы можем предположить, что синтезированный нами материал может быть использован при создании современных аккумуляторов», — отмечает руководитель проекта по гранту РНФ

Петр Приходченко, доктор химических наук, заведующий лабораторией пероксидных соединений и материалов на их основе ИОНХ РАН (Москва).

Результаты исследования показали, что калий-ионные аккумуляторы с анодом на основе сульфида сурьмы и восстановленного оксида графена обладают более высокой энергоемкостью, чем считалось ранее. Следующим этапом исследования может стать тестирование прототипов новых источников энергии с разной концентрацией полученного материала.

Литий-ионные аккумуляторные батареи – Особенности интерфейса и менеджмента ЛИАБ – ПАО Сатурн

Обеспечение надежности и безопасности ЛИАБ

Защита от перезаряда и переразряда внешне обеспечивается электронным устройством, абсолютно надежным в управлении.

Внутреннее КЗ предотвращается конструктивно: обертыванием (пакетированием) электродов сепараторами и тем, что при этом между электродами находится трехслойный сепаратор, который при достижении критической температуры теряет пористость (заплавляется) и останавливает электрохимический процесс.

Исключение из цепи отказавших или аномально деградировавших аккумуляторов выполняется применением байпасных переключателей.

Основные требования, которые предъявляются к байпасному переключателю для литий-ионной аккумуляторной батареи для космического аппарата, это надежность, минимальные энергетические потери, минимальная масса, сохранение неразрывности цепи ЛИАБ при переключении и механическая и радиационная стойкость.

Схема подключения байпасного переключателя и временная диаграмма работы переключателя обеспечивает сохранение неразрывности при переключении цепи соединения аккумуляторов в аккумуляторной батарее.

Таким образом, отказ любого элемента не приводит к отказу ЛИАБ. Надежность ЛИАБ обеспечивается также всеобъемлющей квалификацией (в том числе ресурсными испытаниями) и тщательным контролем при изготовлении.

Как проверить данные энергопотребления | HUAWEI поддержка россия

Если вы считаете, что уровень энергопотребления вашего телефона выше, чем обычно, перейдите в меню , чтобы проверить детали и принять меры для продления времени работы батареи.

Откройте раздел Использование батареи, чтобы посмотреть общие сведения об энергопотреблении

АО: уровень энергопотребления связан с особенностями использования телефона, такими как время, когда экран активирован, доступ в сеть и голосовые вызовы. Выберите параметр, чтобы посмотреть подробную информацию и проверить уровень энергопотребления.

ПО: уровень энергопотребления позволяет получить информацию об энергопотреблении отдельных приложений. Нажмите на приложение, чтобы посмотреть подробную информацию и проверить уровень энергопотребления.
Вы можете настроить функции Сообщать об энергоемкости и Запуск приложений для определенных приложений, чтобы контролировать энергопотребление.
В разделе Запуск приложений отключите функцию Автоматическое управление и по необходимости включите или выключите функции Автозапуск, Косвенный запуск и Работа в фоновом режиме.
Примечание: изменение настроек может повлиять на получение уведомлений от приложений, работающих в фоновом режиме.

Откройте раздел Статистика использования батареи, чтобы проверить уровень энергопотребления в разное время

На экране АО (по умолчанию) можно посмотреть график энергопотребления всего телефона и конкретных параметров: камера, сеть Wi-Fi, экран, процесс зарядки, сигнал мобильной сети, активация телефона. Цветная полоса под элементом указывает на то, что телефон использовал эту функцию. Когда цветная полоса уровня сигнала мобильной сети становится желтой или красной в течение определенного периода времени, это указывает на низкое качество сигнала и высокий уровень энергопотребления.
Уменьшение высоты графика указывает на то, что уровень заряда батареи резко снизился. Вы можете открыть раздел ПО (или нажать на значок ), чтобы посмотреть энергоемкие приложения.

Более подробную информацию смотрите в разделе Как снизить энергопотребление телефона и продлить время работы батареи.

Тяговые литий-ионные батареи Tesla, что внутри?

Тяговые литий-ионные батареи Tesla, что внутри?

Тесла Моторс является создателем поистине революционных экомобилей — электромобилей, которые не только выпускаются серийно, но и обладают уникальными показателями, позволяющими их использование буквально ежедневно. Сегодня мы заглянем внутрь тяговой аккумуляторной батареи электромобиля Tesla Model S, узнаем, как она устроена и раскроем магию успеха этой аккумуляторной батареи.

Поставка батарей клиентам осуществляется в таких вот ящиках из ОСБ.

Самая крупная и дорогая запчасть для Tesla Model S – блок тяговой аккумуляторной батареи.

Блок тяговой аккумуляторной батареи находится в днище автомобиля (по сути это пол электромобиля — машины), за счёт чего Tesla Model S имеет очень низкий центр тяжести и великолепную управляемость. Батарея крепится к силовой части кузова при помощи мощных кронштейнов (см. фото ниже) или выполняет роль силовой – несущей части кузова авто.

По данным североамериканского Агентства по защите окружающей US Environmental Protection Agency (EPA) одного заряда тяговой литий-ионной аккумуляторной батареи Tesla с номинальным напряжением 400В DC, ёмкостью 85 кВт·ч хватает на 265 миль (426 км) пробега, что позволяет преодолевать наибольшую дистанцию среди подобных электромобилей. При этом от 0 до 100 км/ч подобная машина разгоняется всего за 4,4 секунды.

Секрет успеха Tesla Model S – это высокоэффективные цилиндрические литий-ионные батареи высокой энергоёмкости, поставщик базовых элементов известная японская фирма Panasonic. Вокруг этих батарей ходит немало слухов.

Один из них – это не влезай, убьёт!

Один из владельцев и энтузиастов Tesla Model S из США решил полностью разобрать использованную батарею для Tesla Model S энергоёмкостью 85 кВт·ч, чтобы детально изучить её конструкцию. Кстати, её стоимость, как запчасти, в США составляет 12 000 USD.

Сверху блок батареи размещено тепло и звука изоляционное покрытие, которое закрывается толстой полиэтиленовой плёнкой. Снимаем это покрытие, в виде ковра и готовимся к разборке. Для работы с батареей необходимо иметь изолированный инструмент и пользоваться резиновой обувью, и резиновыми защитными перчатками.

Батарея Tesla. Разбираем!

Тяговая аккумуляторная батарея Tesla (блок тяговой аккумуляторной батареи) состоит 16 батарейных модулей, каждый номинальным напряжением 25В (исполнение батарейного блока — IP56). Шестнадцать батарейных модулей соединены последовательно в батарею с номинальным напряжением 400В. Каждый батарейный модуль состоит из 444 элементов (аккумуляторов) 18650 Panasonic (вес одного аккумулятора 46 г), которые соединены по схеме 6s74p (6 элементов последовательно и 74 таких групп параллельно). Всего в тяговой аккумуляторной батарее Tesla – 7104 таких элементов (аккумуляторов). Батарея защищена от окружающей среды посредством использования металлического корпуса с алюминиевой крышкой. На внутренней стороне общей алюминиевой крышки имеются пластиковые накладки, в виде плёнки. Общая алюминиевая крышка крепится винтами с металлическими, и резиновыми прокладками, которые герметизируются, дополнительно силиконовым герметиком. Блок тяговой аккумуляторной батареи разделен на 14 отсеков, в каждом отсеке размещен батарейный модуль. В каждом отсеке сверху и снизу батарейных модулей размещены листы прессованной слюды. Листы слюды обеспечивают хорошую изоляцию батареи электрическую, и тепловую от корпуса электромобиля. Отдельно спереди батареи под своей крышкой размещены два таких же батарейных модуля. В каждом из 16 батарейных модулей имеется встроенный блок BMU, который соединён с общей системой BMS, которая управляет работой, следит за параметрами, а так же обеспечивает защиту всей аккумуляторной батареи. Общие выводные клеммы (терминал) находится в задней части блока тяговой батареи.

До того, как полностью её разобрать, было замерено электрическое напряжение (оно составили около 313,8В), что говорит о том, что батарея разряжена, но находится в рабочем состоянии.

Батарейные модули отличается высокой плотностью элементов (аккумуляторов) 18650 Panasonic, которые там размещены и точностью подгонки деталей. Весь процесс сборки на заводе Tesla проходит в полностью стерильном помещении, с использованием роботов, выдерживается даже определенная температура и влажность.

Каждый батарейный модуль состоит из 444 элементов (аккумуляторов), которые по виду крайне схожих с простыми пальчиковыми батарейками — это литий-ионные цилиндрические аккумуляторы 18650, производства компании Panasonic. Энергоемкость каждого батарейного модуля из таких элементов составляет 5,3 кВт·ч.

В аккумуляторах 18650 Panasonic положительный электрод — графит, а отрицательный электрод — никель, кобальт и оксид алюминия.

Тяговая аккумуляторная батарея Tesla весит 540 кг, а её размеры равны 210 см в длину, 150 см в ширину, и 15 см в толщину. Количество энергии (5,3 кВт·ч), вырабатываемой всего одним блоком (из 16 батарейных модулей), равно количеству, производимому сотней аккумуляторов от 100 портативных компьютеров. К минусу каждого элемента (аккумулятора) в качестве соединителя припаяна проволочка (внешний токовый ограничитель), который при превышении тока (или при коротком замыкании) сгорает и защищает цепь, при этом не работает только группа (из 6 аккумуляторов), в которой был этот элемент, все остальные аккумуляторы продолжают работать.

Тяговая аккумуляторная батарея Tesla охлаждается и подогревается с помощью жидкостной системы на основе антифриза.

При сборке своих батарей Тесла применяет элементы (аккумуляторы), произведенные компанией Panasonic в различных странах, таких, как Индия, КНР и Мексика. Финальная доработка и размещение в корпус батарейного отсека, производятся в Соединенных Штатах. Компания Tesla предоставляет гарантийной обслуживание своей продукции (в том числе и аккумуляторной батареи) на срок до 8 лет.

На фото (сверху) элементы — аккумуляторы 18650 Panasonic (завальцовка у элементов со стороны плюса «+»).

Таким образом, мы узнали, из чего состоит тяговая аккумуляторная батарея Tesla Model S.

Благодарим за внимание!

Революция закончилась. Есть ли альтернатива литий-ионному аккумулятору?

Недавно мы рассказывали об истории изобретения литий-ионных аккумуляторов, которые дали мощнейший толчок развитию портативной электроники. Каждый год технологические СМИ сообщают нам о готовящейся энергетической революции — ещё чуть-чуть, еще год-другой, и мир увидит аккумуляторы с фантастическими характеристиками. Время идет, а революции не видно, в наших телефонах, ноутбуках, квадрокоптерах, электромобилях и смарт-часах по-прежнему установлены разные модификации литий-ионных батарей. Так куда делись все инновационные аккумуляторы и есть ли вообще какая-то альтернатива Li-Ion?

Когда ждать аккумуляторную революцию?

Жаль вас расстраивать, но она уже прошла. Просто растянулась на пару десятилетий и потому осталась почти незамеченной. Дело в том, что изобретение литий-ионных батарей стало апогеем эволюции химических аккумуляторов.

Химические источники тока основаны на окислительно-восстановительной реакции между элементами. В периодической таблице существует всего 90 природных элементов, которые могут участвовать в такой реакции. Так вот, литий оказался металлом с предельными характеристиками: самой низкой массой, самым низким электродным потенциалом (–3,05 В) и самой высокой токовой нагрузкой (3,83 А·ч/г).

Литий является лучшим активным веществом для катода из существующих на Земле. Использование других элементов может улучшить одну характеристику и неизбежно ухудшит другую. Именно поэтому уже 30 лет продолжаются эксперименты именно с литиевыми батареями — комбинируя материалы, среди которых бессменно есть литий, исследователи создают типы аккумуляторов с нужными характеристиками, которые находят очень узкое применение. Старый-добрый аккумулятор с катодом из оксида литий-кобальта, который пришел к нам аж из 80-х годов прошлого века, до сих пор можно считать самым распространенным и универсальным благодаря отличному сочетанию напряжения, токонагрузки и энергетической плотности.

Поэтому, когда очередной стартап устами СМИ громко обещает миру энергетическую революцию со дня на день, ученые скромно умалчивают о том, что у новых батарей есть некоторые проблемы и ограничения, которые только предстоит решить. Решить их обычно не получается.

Главная проблема «революционных» батарей

Сегодня существует множество типов аккумуляторов с разным химических составом, в том числе и без использования лития. Каждый из типов со своими характеристиками нашел свое применение в определенном виде техники. Легкие, тонкие и с высоким напряжением литий-кобальтовые аккумуляторы давно прописались в компактных смартфонах. Выносливые, мощные, но очень габаритные литий-титанатные батареи уместились в общественном транспорте. А малоемкие пожаробезопасные литий-фосфатные ячейки используются в виде больших массивов на электростанциях.

Но всё же самыми востребованными являются именно литий-кобальтовые батареи для потребительской мобильной техники. Главные критерии, которым они отвечают, — высокое напряжение 3,6 В при сохранении высокой энергоемкости на единицу объема. К сожалению, многие альтернативные виды литиевых батарей имеют гораздо меньшее напряжение — ниже 3,0 В и даже ниже 2,0 В — запитать от которых современный смартфон невозможно.

Компенсировать проседание любой из характеристик можно объединением батарей в ячейки, но тогда растут габариты. Так что если очередная перспективная батарея с чудо-характеристиками оказывается непригодной для применения в мобильной технике или электромобилях, ее будущее почти гарантированно предрешено. Зачем нужен аккумулятор со сроком жизни в 100 тысяч циклов и быстрой зарядкой, от которого можно запитать разве что наручные часы со стрелками?

Неудачные эксперименты

Не все из описанных далее аккумуляторов можно считать неудачными — некоторые требуют очень долгой доработки, некоторые могут найти свое применение не в смартфонах, а специализированной технике. Тем не менее, все эти разработки позиционировали как замену литий-ионных батарей в смартфонах.

В 2007 году американский стартап Leyden Energy получил $4,5 млн инвестиций от нескольких венчурных фондов на создание, как они сами заявляли, литий-ионных батарей нового поколения. Компания использовала новый электролит (Solvent-in-Salt) и кремниевый катод, которые позволили значительно увеличить энергоемкость и стойкость к высоким температурам вплоть до 300 °C. Попытки сделать на основе разработок аккумуляторы для ноутбуков закончились неудачно, поэтому Leyden Energy переориентировался на рынок электромобилей.

Несмотря на постоянные вливания десятков миллионов долларов, компания так и не смогла наладить производство аккумуляторов со стабильными характеристиками — показатели плавали от экземпляра к экземпляру. Будь у компании больше времени и финансирования, возможно, ей и не пришлось бы в 2012 году распродавать оборудование, патенты и уходить под крыло другой энергетической компании, A123 Systems.

Литий-металлические батареи — не новость: к их числу относится любая неперезаряжаемая литиевая батарейка. SolidEnergy занялась созданием перезаряжаемых литий-металлических ячеек. Новый продукт обладал удвоенной энергоемкостью по сравнению с литий-кобальтовыми батареями. То есть в прежний объем можно было уместить вдвое больше энергии. Вместо традиционного графита на катоде в них использовалась литий-металлическая фольга. До недавних пор литий-металлические аккумуляторы были крайне взрывоопасны из-за роста дендритов (вырастающих на аноде и катоде деревообразных металлических образований), приводивших к короткому замыканию, но добавление в электролит серы и фосфора помогло избавиться от дендритов (правда, SolidEnergy пока не обладает технологией). Помимо очень высокой цены среди известных проблем аккумуляторов SolidEnergy значится долгая зарядка — 20% от емкости в час.

Сравнение размеров литий-металлической и литий-ионной батарей равной емкости. Источник: SolidEnergy Systems

Активные работы над серно-магниевыми элементами начали в 2010-х годах, когда Toyota объявила об исследованиях в этой области. Анодом в таких батареях является магний (хороший, но не равноценный аналог лития), катод состоит из серы и графита, а электролит представляет собой обычный соляной раствор NaCl. Проблема электролита в том, что он разрушает серу и делает аккумулятор неработоспособным, поэтому заливать электролит приходилось непосредственно перед использованием.

Инженеры Toyota создали электролит из ненуклеофильных частиц, неагрессивный к сере. Как оказалось, стабилизированный аккумулятор все равно невозможно использовать на протяжении долгого времени, так как спустя 50 циклов его емкость падает вдвое. В 2015 году в состав батареи интегрировали литий-ионную добавку, а спустя еще два года обновили электролит, доведя срок службы аккумулятора до 110 циклов. Единственная причина, по которой продолжаются работы над столь капризной батареей, это высокая теоретическая энергоемкость (1722 Вт·ч/кг). Но может оказаться, что к моменту появления удачных прототипов серно-магниевые элементы уже будут не нужны.

Выработка вместо накопления энергии

Некоторые исследователи предлагают пойти от обратного: не запасать, а вырабатывать энергию прямо в устройстве. Можно ли превратить смартфон в маленькую электростанцию? За последнее десятилетие было несколько попыток избавить гаджеты от необходимости в подзарядке через электросеть. Судя по тому, как мы сейчас заряжаем смартфоны, попытки оказались неудачными — напомним о самых «удачных» изобретениях.

Топливная ячейка с прямым распадом метанола (DFMC). Попытки внедрить топливные элементы на метаноле в мобильную технику начались в середине 2000-х. В это время как раз происходил переход от долгоживущих кнопочных телефонов к требовательным смартфонам с большим экраном — литий-ионных аккумуляторов в них хватало максимум на два дня работы, поэтому идея мгновенной перезарядки казалась очень привлекательной.

В топливной ячейке метанол на полимерной мембране, выступающей в роли электролита, окисляется в диоксид углерода. Протон водорода переходит к катоду, соединяется с кислородом и образует воду. Нюанс: для эффективного протекания реакции нужна температура около 120 °C, но ее можно заменить платиновым катализатором, что закономерно влияет на стоимость элемента.

Уместить топливный элемент в корпус телефона оказалось невозможно: слишком уж габаритным получался топливный отсек. Поэтому к концу 2000-х идея DFMC оформилась в виде портативных аккумуляторов (пауэр-банков). В 2009 году Toshiba выпустила в продажу серийный пауэр-банк на метаноле под названием Dynario. Он весил 280 г и размерами напоминал современные портативные аккумуляторы на 30000 мА·ч, то есть был размером с ладонь. Цена на Dynario в Японии составляла впечатляющие $328 и еще $36 за комплект из пяти пузырьков по 50 мл метанола. Одна «заправка» требует 14 мл, ее объема хватало на две зарядки кнопочного телефона через USB током 500 мА.

Видео с демонстрацией заправки и работы Toshiba Dynario

Дальше выпуска экспериментальной партии в 3000 экземпляров дело не пошло, потому что топливный пауэр-банк оказался слишком противоречивым: сам по себе дорог, с дорогими расходниками и высокой стоимостью одной зарядки телефона (около $1 для кнопочного). Кроме того, метанол ядовит и в некоторых странах требует лицензии на его продажу и даже покупку.

Прозрачные солнечные панели. Солнечные батареи — это отличное решение для добычи нескончаемой (на нашем веку) энергии Солнца. У таких панелей невысокий КПД при высокой стоимости и слишком малая мощность, при этом они являются самым простым способом выработки электричества. Но настоящей мечтой человечества являются прозрачные солнечные панели, которые можно было бы устанавливать вместо стекол в окна домов, автомобилей и теплиц. Так сказать, сочетать приятное с полезным — генерирование электроэнергии и естественное освещение пространства. Хорошая новость заключается в том, что прозрачные солнечные панели существуют. Плохая — в том, что они практически бесполезны.

Разработчик и Университете Мичигана демонстрирует прозрачную панель без рамки. Источник: YouTube / Michigan State University

Чтобы «поймать» фотоны света и превратить их в электричество, солнечная панель в принципе не может быть прозрачной, но новый прозрачный материал может поглощать УФ- и ИК-излучение, переводя всё в ИК-диапазон и отводя на грани панели. По краям прозрачной панели в качестве рамки установлены обычные кремниевые фотовольтаические панели, которые улавливают отведенный свет в ИК-диапазоне и вырабатывают электричество. Система работает, только с КПД 1-3%… Средний КПД современных солнечных батарей составляет 20%.

Несмотря на более чем сомнительную эффективность решения, известный производитель часов TAG Heuer в 2014 году анонсировал премиальный кнопочный телефон Tag Heuer Meridiist Infinite, в котором поверх экрана была установлена прозрачная солнечная панель производства Wysis. Еще во время анонса решения для смартфонов Wysis обещала мощность такой солнечной зарядки порядка 5 мВт с 1 см2 экрана, что крайне мало. Например, это всего 0,4 Вт для экрана iPhone X. Учитывая, что комплектный адаптер смартфона Apple ругают за неприлично низкую мощность 5 Вт, понятно, что с мощностью 0,4 Вт его не зарядишь.

Кстати, пускай с метанолом не получилось, но топливные ячейки на водороде получили билет в жизнь, став основой электромобиля Toyota Mirai и мобильных электростанций Toshiba.

А что получилось: удачные эксперименты с Li-Ion

Успеха достигли те, кто не рвался во что бы то ни стало перевернуть мир, а просто работал над совершенствованием отдельных характеристик аккумуляторов. Смена материала катода сильно влияет на напряжение, энергоемкость и жизненный цикл батарей. Далее мы расскажем о прижившихся разработках, которые лишний раз подтверждают универсальность литий-ионной технологии — на каждую «революционную» разработку находится более эффективный и дешевый существующий аналог.

Литий-кобальтовые (LiCoO2, или LCO). Рабочее напряжение: 3,6 В, энергоемкость до 200 Вт·ч/кг, срок жизни до 1000 циклов. Графитовый анод, катод из оксида литий-кобальта, классический аккумулятор, описанный выше. Это сочетание чаще всего используется в батареях для мобильной техники, где требуется высокая энергоемкость на единицу объема.

Литий-марганцевый (LiMn2O4, или LMO). Рабочее напряжение: 3,7 В, энергоемкость до 150 Вт·ч/кг, срок жизни до 700 циклов. Первый эффективный альтернативный состав был разработан еще до начала продаж литий-ионных аккумуляторов как таковых. На катоде использовалась литий-марганцевая шпинель, позволившая уменьшить внутреннее сопротивление и значительно повысить отдаваемый ток. Литий-марганцевые аккумуляторы применяются в требовательном к силе тока оборудовании, например, электроинструменте.

Литий-никель-марганец-кобальтовые (LiNiMnCoO2, или NMC). Рабочее напряжение: 3,7 В, энергоемкость до 220 Вт·ч/кг, срок жизни до 2000 циклов. Сочетание никеля, марганца и кобальта оказалось очень удачным, аккумуляторы нарастили и энергоемкость, и силу отдаваемого тока. В тех же «банках» 18650 емкость поднялась до 2800 мА·ч, а максимальный отдаваемый ток — до 20 А. NMC-аккумуляторы устанавливают в большинство электромобилей, иногда разбавляя их литий-марганцевыми ячейками, так как у таких аккумуляторов большой срок жизни.

Новая NMC-батарея электрокара Nissan Leaf по расчетам производителя проживет 22 года. Прошлый LMO-аккумулятор имел меньшую емкость и изнашивался гораздо быстрее. Источник: Nissan

Литий-железо-фосфатный (LiFePO4, или LFP). Рабочее напряжение: 3,3 В, энергоемкость до 120 Вт·ч/кг, срок жизни до 2000 циклов. Открытый в 1996 году состав помог увеличить силу тока и повысить жизненный цикл литий-ионных аккумуляторов до 2000 зарядок. Литий-фосфатные батареи безопаснее предшественников, лучше выдерживают перезаряд. Вот только энергоемкость у них неподходящая для мобильной техники — при поднятии напряжения до 3,2 В энергоемкость снижается минимум вдвое относительно литий-кобальтового состава. Но зато у LFP меньше проявляется саморазряд и наблюдается особая выносливость к низким температурам.

Массив литий-фосфатных ячеек с общей емкостью 145,6 кВт⋅ч. Такие массивы используют для безопасного накопления энергии с солнечных батарей. Источник: Yo-Co-Man / Wikimedia

Литий-никель-кобальт-алюминий-оксидный (LiNiCoAlO2, или NCA). Рабочее напряжение: 3,6 В, энергоемкость до 260 Вт·ч/кг, срок жизни до 500 циклов. Очень похож на NMC-аккумулятор, обладает отличной энергоемкостью, подходящим для большинства техники номинальным напряжением 3,6 В, но высокая стоимость и скромный срок жизни (порядка 500 циклов зарядки) не дают NCA-батареям победить конкурентов. Пока что их используют лишь в некоторых электромобилях.

Видео вскрытия святая святых — NCA-ячейки батареи электромобиля Tesla Model S

Литий-титанатный (Li4Ti5O12, или SCiB/LTO).

Рабочее напряжение: 2,4 В, энергоемкость до 80 Вт·ч/кг, срок жизни до 7000 циклов (SCiB: до 15 000 циклов). Один из самых интересных типов литий-ионных аккумуляторов, в которых анод состоит из нанокристаллов титаната лития. Кристаллы помогли увеличить площадь поверхности анода с 3 м2/г в графите до 100 м2/г, то есть более чем в 30 раз! Литий-титанатный аккумулятор заряжается до полной емкости в пять раз быстрее и отдает в десять раз более высокий ток, чем другие батареи. Однако у литий-титанатных аккумуляторов есть свои нюансы, ограничивающие сферу применения батарей. А именно, низкое напряжение (2,4 В) и энергоемкость в 2-3 раза ниже, чем у других литий-ионных аккумуляторов. Это значит, что для достижения аналогичной емкости литий-титанатную батарейку надо увеличить в объеме в несколько раз, из-за чего в тот же смартфон ее уже не вставишь.

SCiB-модуль производства Toshiba с емкостью 45 А·ч, номинальным напряжением 27,6 В и током разрядки 160 А (импульсно до 350 А). Весит 15 кг, а размером с коробку для обуви: 19х36х12 см. Источник: Toshiba

Зато литий-титанатные батареи сразу же прописались в транспорт, где важна быстрая зарядка, высокие токи при разгоне и устойчивость к холодам. Например, электромобилях Honda Fit-EV, Mitsubishi i-MiEV и в московских электробусах! На старте проекта московские автобусы использовали другой тип батарей, из-за чего возникали неполадки еще на середине первого проезда по маршруту, но после установки литий-титанатных батарей производства Toshiba сообщений о разрядившихся электробусах больше не поступало. SCiB-аккумуляторы Toshiba благодаря использованию в аноде титана-ниобия восстанавливают до 90% емкости всего за 5 минут — допустимое время для стоянки автобуса на конечной остановке, где есть зарядная станция. Число циклов зарядки, которое выдерживает SCiB-батарея, превосходит 15 000.

Тест литий-титанатной батареи Toshiba на разгерметизацию. Загорится или нет?

Энергетическая сингулярность

Больше полувека человечество мечтает уместить в батарейки энергию атома, которая обеспечивала бы электричество многие годы. На самом деле еще в 1953 году был изобретен бетавольтаический элемент, в котором в результате бета-распада радиоактивного изотопа электроны превращали атомы полупроводника в ионы, создавая электрический ток. Такие батареи используются, например, в кардиостимуляторах.

А что насчет смартфонов? Да пока ничего, мощность атомных элементов ничтожна, она измеряется в милливаттах и даже микроваттах. Купить такой элемент питания можно даже в интернет-магазине, правда, запитать от него не выйдет даже пресловутые наручные часы.

Долго ли ждать атомных батареек? Пожалуйста, City Labs P200 — 2,4 В, 20 лет службы, правда, мощность до 0,0001 Вт и цена около $8000. Источник: City Labs

С момента изобретения стабильных литий-ионных аккумуляторов до начала их серийного производства прошло более 10 лет. Возможно, одна из очередных новостей о прорывном источнике питания станет пророческой, и к 2030-м годам мы попрощаемся с литием и необходимостью ежедневной зарядки телефонов. Но пока именно литий-ионные батареи определяют прогресс в области носимой электроники и электромобилей.

Почему технологии аккумуляторов застыли на месте

В последнее время развитие аккумуляторов портативных устройств зашло в тупик. Производители не пытаются создавать инновационные решения, вместо этого они оснащают свои девайсы аккумуляторами большей емкости либо выпускают какие-то дополнительные аксессуары, как сделала Apple, официально запустив в продажу чехол с встроенной батареей.

Увеличение аккумулятора или дополнительные чехлы напрямую влияют на толщину устройства и его восприятие пользователем. При этом с уменьшением размеров плат и чипов внутри корпуса остается много места, которое как раз и занимает аккумулятор. Из-за этого борьба за толщину устройств упирается в развитие батарей.

Первые телефоны использовали никель-кадмиевые (Ni-Cd) аккумуляторы. Несмотря на свои плюсы вроде большого ресурса и высокой токоотдачи, они обладали низкой удельной емкостью (45–65 Втч/кг).

Кроме того, этот тип батарей подвержен эффекту памяти: при зарядке не до конца разряженного аккумулятора его напряжение снижается, что ведет к потере емкости.

По этим причинам от Ni-Cd-аккумуляторов отказались в пользу никель-металл-гидридных (Ni-MH) батарей, которые меньше подвержены эффекту памяти и имеют большую удельную емкость (60–72 Втч/кг). Минусом же можно назвать малый срок службы — примерно 200–500 циклов. Однако устройства с таким типом аккумулятора выпускались до конца ХХ века.

Но прорывом в области аккумуляторостроения стал представленный компанией Sony в 1991 литий-ионный аккумулятор (Li-Ion), который остается одними из самых популярных и по сей день. Благодаря его сбалансированным характеристикам, этот аккумулятор остается одними из самых распространенных.

На данный момент Li-Ion-аккумуляторы имеют удельную емкость до 240 Втч/кг, что в несколько раз больше, чем у предшественников, они практически не подвержены саморазряду, но срок службы составляет более 600 циклов. Эффект памяти присутствует, но он проявляется только при частых циклах неполного разряда и заряда. Конечно, не стоит забывать о том, что высокая химическая активность лития приводит к тому, что при определенных условиях он способен воспламениться.

Вместе с Li-Ion-аккумуляторами недюжинной популярностью обладают и литий-полимерные (Li-Po). Отличие заключается в том, что Li-Po-аккумуляторы можно делать любой формы, включая гибкие. Плюсы и минусы у обоих типов батарей схожи: не самый впечатляющий срок службы и «смерть» после глубокого разряда. Кроме этого, они менее токсичны, чем Li-Ion-собратья, и более безопасны.

100%

То есть те аккумуляторы, что используются в смартфонах и планшетах по сей день, появились, грубо говоря, более 20 лет назад.

Нынешние разработки двигаются в нескольких направлениях, но пока нет ни одного решения, которое было бы полностью сбалансированным по всем характеристикам и при этом на голову выше литий-полимерных и литий-ионных.

Так, серебряно-цинковые батареи, которые активно используются в военной и космической технике, абсолютно безопасны и не загрязняют окружающую среду. Также они обладают внушительной удельной емкостью (в теории до 425 Втч/кг) и имеют высокую токоотдачу (до 50 ампер на 1 ампер-час емкости). Однако они обладают высокой стоимостью и выдерживают до 100 циклов заряда / разряда.

В Стэнфордском университете разрабатываются алюминиево-ионные (Al-Ion) аккумуляторы. Они, как и Li-Po-аккумуляторы, могут принимать абсолютно любую форму, способны заряжаться за несколько минут и имеют колоссальный срок службы (более 7,5 тыс. циклов). Но низкое выдаваемое напряжение в 2 вольта против 3,6 вольта у Li-Ion-батарей и удельная емкость в 140 Втч/кг пока не позволяют использовать эти батареи повсеместно.

Еще одной разработкой стали литий-серные (Li-S) аккумуляторы. Их энергоемкость вдвое превышает последнюю у литий-ионных. Кроме этого, они выдерживают хороший срок службы (1,5 тыс. циклов заряда), при этом практически не теряя максимальной мощности. Тем не менее необходимость доработки и тестов в сложных условиях (влажность, температура) пока не дают выйти Li-S-аккумуляторам на рынок.

Конечно, основная причина продолжающейся эксплуатации литий-ионных и литий-полимерных аккумуляторов происходит вовсе не оттого, что нет технологий. При активном желании производители могли бы попытаться ввести в оборот нечто инновационное, а не выпускать чехлы и переносные батареи с теми же литий-ионными компонентами.

С другой стороны, это бы потребовало долгих тестов и перестройки всего процесса производства аккумуляторов на работающей как часы фабрике. Поэтому крупным игрокам рынка мобильных устройств это совсем не на руку.

Емкость батареи — обзор

20.2.3 Емкость батареи

Емкость батареи соответствует количеству электрического заряда, который может быть накоплен во время заряда, сохранен во время пребывания в разомкнутой цепи и высвобожден во время разрядки обратимым образом . Он получается путем интегрирования тока разряда, начиная с полностью заряженной батареи и заканчивая процесс разряда при определенном пороге напряжения, часто обозначаемом как напряжение отсечки или U _{cut_off}, достигнутом в момент t _{cut_off}.В этом случае она обозначается как разрядная емкость или C _d, а в случае электрохимии свинцово-кислотных аккумуляторов она может быть выражена как

(20,5) Cd = ∫0tcut_offIdt = −2FMPbO2 (mPbO2initial − mPbO2cut_off ) = — 2FMPb (mPbinitial − mPbcut_off)

Уравнение (20.5) показывает, что емкость батареи пропорциональна количеству активных материалов, которые могут быть преобразованы электрохимически, пока напряжение батареи не достигнет порогового значения U _{cut_off} .Знак разрядной емкости отрицательный; однако на практике его значение рассматривается как модуль. Когда батарея разряжается постоянным током, ее емкость определяется формулой C _d = I · t _d, где t _d — продолжительность разряда. Когда последнее выражается в часах, типичной единицей измерения емкости аккумулятора является ампер-час.

Разрядная емкость новой батареи (т. Е. До заметного начала деградации батареи) является функцией температуры и профиля тока разряда.Основным этапом разработки каждого алгоритма управления батареями является оценка зависимости разрядной емкости от тока и температуры. Обычно это делается путем подвергания одной или нескольких идентичных батарей или элементов нескольким циклам заряда / разряда при постоянной температуре с использованием гальваностатического разряда с разными токами разряда и фиксированным режимом полной перезарядки. Процедура повторяется при нескольких разных температурах. При разработке такого плана экспериментов следует учитывать типичную скорость разрушения батареи при циклическом включении.Для аккумуляторов, скорость старения которых в режиме глубокого цикла высока (например, свинцово-кислотные аккумуляторы с тонкими пластинами и решетками, не содержащими сурьмы), количество таких глубоких циклов характеризации должно быть меньше, а количество экспериментальных точек на батарею должно быть ограничено. можно было бы компенсировать испытанием большего количества батарей.

Зависимость разрядной емкости от тока разряда часто соответствует уравнению Пойкерта [2]:

(20.6a) Cd = K · I1 − n

, где K и n — эмпирические константы.Коэффициент n сильно зависит от конструкции электродов. Например, свинцово-кислотные батареи с толстыми пластинами имеют значение n в диапазоне 1,4 [3], а для конструкций с более тонкими пластинами n находится в диапазоне 1,20–1,25 [4]. Для таких технологий, как литий-ионные батареи, где пластины очень тонкие (в диапазоне 0,2–0,3 мм), значение n близко к 1 [5]. В этом случае уравнение Пойкерта и соответствующие экспериментальные данные могут быть представлены с использованием продолжительности разряда t _d вместо емкости:

(20.6b) td = K · I − n

Когда экспериментальные данные t _d (I) построены в двойных логарифмических координатах, уравнение (20.6b) преобразуется в прямую линию с наклоном, равным к коэффициенту n . Уравнение Пейкерта демонстрирует одну и ту же тенденцию почти для всех типов первичных и аккумуляторных батарей — чем выше ток разряда, тем меньше емкость. Последнее с электрохимической точки зрения соответствует меньшему количеству активных материалов, превращающихся в продукты разряда.В технологии аккумуляторов степень этого преобразования обозначается как «использование активных материалов». Уменьшение использования активных материалов при высоких токах разряда очень часто можно приписать эффектам диффузии. Например, в случае разряда свинцово-кислотной батареи (уравнения (20.1a) и (20.1b)) серная кислота, необходимая для преобразования PbO ₂ и Pb в PbSO ₄, должна диффундировать из объема электролита. к геометрической поверхности электрода, а затем внутрь его пористого объема.При высоких токах разряда электролит из объема элемента, расположенного между пластинами батареи, не успевает диффундировать внутри объема пластин, где он быстро истощается из-за электрохимических реакций. Это приводит к развитию локальных градиентов концентрации и появлению диффузной поляризации [6]. Последнее вызывает быстрое снижение напряжения разряда ячейки. По логике вещей, мы можем достичь большей емкости при более высоких токах только в аккумуляторных технологиях, использующих конструкции ячеек с более тонкими пластинами, где диффузия происходит быстрее.

Уравнение Пейкерта имеет различный диапазон применимости для каждой аккумуляторной технологии — для очень высокого и очень низкого тока разряда оно больше не действует. Следует отметить, что точный алгоритм BMS должен также полагаться на набор параметров n и K , измеренных для конкретного типа батареи, используемой в энергетической системе, т. Е. Пара «батарея плюс BMS» ведет себя как ключ и замочная скважина.

Уравнение (20.6b) может использоваться для объяснения терминов «номинальная емкость» и «номинальный ток», которые часто используются в аккумуляторной практике.Здесь «номинальный» соответствует выбору тока, соответствующего заданной продолжительности разряда (или желаемой автономности), или наоборот — как долго мы будем работать от батареи при приложенном токе разряда. Таким образом, ток, соответствующий 20-часовому разряду, обозначается как 20-часовой номинальный ток или I ₂₀ (или I _20h). Когда последнее умножается на 20 часов, произведение обозначается как 20-часовая номинальная производительность C ₂₀ (C _20h).

Другой термин, связанный с емкостью батареи, — это «номинальная емкость» (или емкость, указанная на паспортной табличке), обозначенная как C _n. Определение C _n часто связано с определенным приложением или стандартом тестирования батарей. Например, номинальная емкость свинцово-кислотных аккумуляторов для запуска, освещения и зажигания обычно совпадает с 20-часовой номинальной емкостью C _20h. Номинальная емкость может использоваться для выражения плотности тока заряда и разряда в виде рейтинга C, представленного как отношение между номинальной емкостью и « целевой » длительностью разряда или заряда (последняя отличается от реальной продолжительности заряда или продолжительности заряда). увольнять).Таким образом, для тока, предназначенного для зарядки или разрядки аккумулятора в течение 10 часов, плотность тока выражается как C _n/10 час. Более высокие токи, такие как C _n/1 ч, обозначаются как 1 C, C _{n 900 10/30 мин как 2 C, C _{n 900 10/15 мин как 4 C и т. Д. позволяет применять одинаковые условия тестирования к батареям разного размера и надежно сравнивать полученные результаты. Удобство такого подхода связано с большой разницей между возможностями тестирования аккумуляторов в лаборатории, на которую возложена задача разработки BMS, и фактическими размерами установки для аккумулирования энергии.Обычно стенды для проверки аккумуляторных батарей предназначены для проверки ячеек в диапазоне напряжений 0–5 В и тока ± 5–50 А (чем выше ток, тем дороже оборудование). Во многих реальных аккумуляторных установках для хранения возобновляемой энергии и поддержки сети типичный диапазон постоянного напряжения составляет 400 В, а токи могут достигать 500–1000 А в случае, когда используются огромные аккумуляторные элементы, что свидетельствует о том, что BMS фактически экстраполирует лабораторные характеристики элементов и батарей меньшего размера, чтобы контролировать и прогнозировать работу крупногабаритных аккумуляторов энергии.}}

Емкость аккумулятора | PVEducation

«Емкость батареи» — это мера (обычно в ампер-часах) заряда, накопленного в батарее, и определяется массой активного материала, содержащегося в батарее. Емкость аккумулятора представляет собой максимальное количество энергии, которое может быть извлечено из аккумулятора при определенных условиях. Однако фактические возможности аккумулирования энергии аккумулятора могут значительно отличаться от «номинальной» номинальной емкости, поскольку емкость аккумулятора сильно зависит от возраста и прошлой истории аккумулятора, режимов зарядки или разрядки аккумулятора и температуры.

Единицы емкости аккумулятора: Ампер-часы

Энергия, запасенная в батарее, называемая емкостью батареи, измеряется в ватт-часах (Втч), киловатт-часах (кВтч) или ампер-часах (Ач). Наиболее распространенной мерой емкости батареи является Ач, определяемая как количество часов, в течение которых батарея может обеспечивать ток, равный скорости разряда при номинальном напряжении батареи. Единица измерения в ампер-часах обычно используется при работе с аккумуляторными системами, так как напряжение аккумулятора будет меняться в течение цикла зарядки или разрядки.Емкость Втч может быть приблизительно равна емкости Ач путем умножения емкости АН на номинальное (или, если известно, среднее по времени) напряжение батареи. Более точный подход учитывает изменение напряжения путем интегрирования емкости AH x V (t) за время цикла зарядки. Например, 12-вольтовая батарея емкостью 500 Ач позволяет аккумулировать энергию примерно 100 Ач x 12 В = 1200 Втч или 1,2 кВтч. Однако из-за большого влияния скорости зарядки или температуры для практического или точного анализа производители аккумуляторов предоставляют дополнительную информацию об изменении емкости аккумулятора.

Влияние скорости зарядки и разрядки на емкость

Скорость зарядки / разрядки влияет на номинальную емкость аккумулятора. Если батарея разряжается очень быстро (т. Е. Большой ток разряда), то количество энергии, которое может быть извлечено из батареи, уменьшается, и емкость батареи ниже. Это связано с тем, что компоненты, необходимые для возникновения реакции, не обязательно имеют достаточно времени, чтобы переместиться в свои необходимые положения. Только часть всех реагентов превращается в другие формы, и поэтому доступная энергия снижается.В качестве альтернативы, если батарея разряжается очень медленно с использованием низкого тока, из батареи может быть извлечено больше энергии и емкость батареи выше. Следовательно, емкость аккумулятора должна включать скорость зарядки / разрядки. Обычный способ определения емкости батареи — это указать емкость батареи как функцию времени, которое требуется для полной разрядки батареи (обратите внимание, что на практике батарея часто не может быть полностью разряжена).

Температура

Температура батареи также влияет на энергию, которая может быть извлечена из нее.При более высоких температурах емкость аккумулятора обычно выше, чем при более низких температурах. Однако намеренное повышение температуры батареи не является эффективным методом увеличения емкости батареи, так как это также сокращает срок службы батареи.

Возраст и история батареи

Возраст и история батареи сильно влияют на ее емкость. Даже если следовать спецификациям производителя в отношении DOD, емкость аккумулятора будет оставаться на уровне номинальной емкости или приближаться к нему в течение ограниченного числа циклов зарядки / разрядки.История батареи оказывает дополнительное влияние на емкость, так как если батарея была взята ниже ее максимального значения DOD, то емкость батареи может быть преждевременно уменьшена, и номинальное количество циклов заряда / разряда может быть недоступно.

Аккумулятор iPhone и производительность — Поддержка Apple

При низком уровне заряда аккумулятора, более высоком химическом возрасте или более низких температурах пользователи с большей вероятностью столкнутся с неожиданными отключениями. В крайних случаях отключения могут происходить чаще, что делает устройство ненадежным или непригодным для использования.Для iPhone 6, iPhone 6 Plus, iPhone 6s, iPhone 6s Plus, iPhone SE (1-го поколения), iPhone 7 и iPhone 7 Plus iOS динамически управляет пиками производительности, чтобы предотвратить неожиданное выключение устройства, чтобы iPhone все еще мог работать. использовал. Эта функция управления производительностью специфична для iPhone и не применяется к другим продуктам Apple. Начиная с iOS 12.1, iPhone 8, iPhone 8 Plus и iPhone X включают эту функцию; iPhone XS, iPhone XS Max и iPhone XR включают эту функцию, начиная с iOS 13.1. Влияние управления производительностью на эти новые модели может быть менее заметным из-за их более совершенного аппаратного и программного обеспечения.

Это управление производительностью работает на основе комбинации температуры устройства, состояния заряда аккумулятора и сопротивления аккумулятора. Только если этого требуют эти переменные, iOS будет динамически управлять максимальной производительностью некоторых компонентов системы, таких как ЦП и ГП, чтобы предотвратить неожиданные отключения. В результате рабочие нагрузки устройства будут самобалансироваться, что позволит более плавно распределять системные задачи, а не сразу увеличивать резкие скачки производительности.В некоторых случаях пользователь может не заметить никаких различий в повседневной производительности устройства. Уровень воспринимаемых изменений зависит от того, насколько управление производительностью требуется для конкретного устройства.

В случаях, когда требуются более экстремальные формы этого управления производительностью, пользователь может заметить такие эффекты, как:

Более длительное время запуска приложения
Пониженная частота кадров при прокрутке
Затемнение подсветки (может быть отключено в Центре управления)
Уменьшить громкость динамика до -3 дБ
Постепенное снижение частоты кадров в некоторых приложениях
В самых крайних случаях вспышка камеры будет отключена, как видно в пользовательском интерфейсе камеры
Приложения, обновляющиеся в фоновом режиме, могут потребовать перезагрузки при запуске

Эта функция управления производительностью не влияет на многие ключевые области.Некоторые из них включают:

Качество сотовой связи и пропускная способность сети
Качество снятых фото и видео
Характеристики GPS
Точность местоположения
Датчики, такие как гироскоп, акселерометр, барометр
Apple Pay

Из-за низкого уровня заряда аккумулятора и более низких температур изменения в управлении производительностью являются временными. Если аккумулятор устройства химически состарился достаточно долго, изменения в управлении производительностью могут быть более длительными.Это связано с тем, что все аккумуляторные батареи являются расходными материалами и имеют ограниченный срок службы, и в конечном итоге их необходимо заменить. Если это повлияло на вас и вы хотите повысить производительность своего устройства, может помочь замена аккумулятора устройства.

Проверьте электромобили, указав вес на единицу емкости аккумулятора (кВтч)

Продолжая изучать данные о весе электромобилей, предоставленные Bjørn Nyland, сегодня мы посмотрим на вес автомобиля в сравнении с общей емкостью аккумулятора (официальной или оценочной).

В таблице ниже мы перечислили все электромобили, взвешенные Бьёрном Ниландом по их весу (в кг) на емкость аккумулятора (в кВтч). Результаты составляют от 22 до 75 кг / кВтч.

Например, в случае с Ford Mustang Mach-E (ER, AWD), показанным на видео, его вес 2300 кг и емкость аккумулятора почти 98,9 кВтч соответствует 23,2 кг / кВтч. И это второй лучший результат в целом. Проблема с Mach-E заключается в его эффективности.

Как видим, самые низкие результаты у моделей Teslas — Model 3 LR (23.5-24,5 кг / кВтч) и Model S LR Raven (22,4 кг / кВтч) — однако Volkswagen ID.3 также неплохо показал себя с показателем 24,6 кг / кВтч.

Среднее значение (средний результат) 30,7 кг / кВтч:

В целом, наилучшие результаты обычно имеют модели, оснащенные большими аккумуляторными блоками (например, Mach-E) и высокоэнергетическими аккумуляторными элементами.

Если мы внимательно присмотримся, мы увидим, что последняя модель MIC Tesla Model 3 SR + находится в середине пакета по 30,7 кг / кВтч — во-первых, потому что батарея меньше (уровень 60 кВтч или около того) и батареи LFP CATL. менее энергоемкие.

Это на самом деле неплохой результат для Tesla начального уровня, поскольку он почти соответствует 62-киловаттной версии Volkswagen ID.3 с ячейками с более высокой плотностью энергии (химия NCM).

Новый Hyundai Ioniq 5 стоит 28,4 кг / кВтч, что почти на уровне Volkswagen ID.4 и Skoda Enyaq iV (27,1-27,8 кг / кВтч), что, учитывая меньшую на несколько процентов батарею, является очень похожим результатом.

Будет интересно посмотреть, будет ли новая модель MIC Model Y LR приближаться к 25 кг / кВтч.Этот меньший вес на единицу емкости аккумулятора является одним из основных факторов высокой эффективности Tesla.

Огромный и тяжелый внедорожник Audi e-tron 55 расходует 28,6 кг / кВтч, но имеет аккумулятор на 95 кВтч.

В конце списка мы увидим автомобили с аккумулятором от 40 кВтч и меньше. Интересно то, что коэффициент кг / кВтч начинает быстро увеличиваться в случае меньших версий батареи.

* по некоторым данным

** Вес автомобиля, измеренный с водителем

Обзор аккумуляторной батареи Apple MagSafe: удобство выше емкости

Новый аккумулятор MagSafe от Apple — это белый прямоугольник, который можно прикрепить к задней части iPhone 12 для зарядки.Это уже третий опыт Apple по разработке решения для внешней батареи для iPhone, и он мне нравится больше, чем предыдущие чехлы для аккумуляторов.

Однако любой, кто собирается потратить 99 долларов на эту батарею, должен помнить один важный факт: даже Apple не может нарушить законы физики. Он так же связан теми же правилами магнетизма и электронов, как и все остальные.

Эти законы требуют компромиссов: батарея, способная полностью зарядить большинство моделей iPhone 12, будет большой. Батареи, достаточно маленькой, чтобы не выглядеть странно на телефоне, не хватит заряда.Кроме того, электроны могут двигаться очень быстро, не нагревая и не разрушая батарею.

Apple не может победить законы физики

Apple нашла баланс между всеми этими крайностями и поддерживает этот баланс с помощью тесной интеграции программного обеспечения, которое активно управляет тем, как эта батарея заряжает ваш телефон. В результате получился гаджет, ориентированный исключительно на iPhone — иногда в ущерб себе.

Лучшее в аккумуляторе MagSafe заключается в том, что он также служит беспроводной шайбой MagSafe с быстрой зарядкой, когда он подключен.Так что большой вопрос в том, достаточно ли всего этого, чтобы оправдать цену, особенно по сравнению с конкурентами.

Хорошие вещи

Отлично работает как проводное зарядное устройство MagSafe
Хорошо интегрирован с программным обеспечением iPhone
Может также заряжать другие устройства Qi, такие как AirPods

Плохие вещи

Не обеспечивает полную зарядку для iPhone 12 модели
Разъем Lightning не универсален
Дорого

У аккумулятора MagSafe недостаточно энергии для полной зарядки iPhone 12 Mini с нуля до 100 процентов.

В моем тестировании аккумулятор MagSafe был полностью разряжен, когда мой iPhone 12 Mini достиг 83 процентов, что потребовало 130 минут зарядки. У меня не было его подключенного к этому тесту, что означало, что он заряжался с относительно быстрой скоростью 5 Вт, чтобы минимизировать нагрев и максимально продлить срок службы батареи.

Я очень редко использовал iPhone во время периода зарядки (в основном для записи результатов каждые 15 минут), хотя я слушал 15-минутный подкаст через Bluetooth, что немного замедлило зарядку.

Итог: это маленькая батарея, и она поможет вам зарядить ваш iPhone, а не полностью зарядить его. На более крупных моделях iPhone 12 он даже не достигнет этих 83 процентов.

Он работает лучше, чем можно предположить из его 1460 мАч Экран, который появляется при установке батареи MagSafe. Аккумулятор MagSafe на iPhone 12 Pro Max.

Существует дискуссия о том, как правильно говорить о размере батареи. Батарея MagSafe имеет только батарею емкостью 1460 мАч, но это количество несопоставимо с другими батареями, потому что она может выдерживать большее напряжение (7,62 В). Таким образом, номинальная мощность аккумулятора MagSafe составляет 11,13 Вт-ч (ватт-часов), и это действительно имеет значение. Между тем, Anker производит аккумулятор емкостью 5000 мАч с беспроводной зарядкой и магнитами по цене менее 50 долларов. Он рассчитан на 18,5 Вт-ч, поэтому разница меньше, чем кажется на первый взгляд.

Обсуждение измерения батареи интересно, но это не меняет того факта, что батарея MagSafe просто мала. Он должен быть карманным и удобным для переноски, поэтому вы должны думать о нем как о чем-то, что может немного продлить срок службы батареи, а не через несколько дней без зарядного устройства.

Как и следовало ожидать, программное обеспечение MagSafe Battery тесно интегрировано в iPhone. Есть большие анимации, которые показывают заряд вашего телефона и аккумулятора, когда вы его подсоединяете.Он также отображается на виджете уровня заряда батареи.

Что еще более интересно, когда вы впервые подключаете аккумулятор, на вашем iPhone появляется уведомление о том, что этот аккумулятор не заряжает ваш телефон более чем на 90 процентов — по задумке. Эти последние несколько процентных пунктов создают большую нагрузку на батареи, и в данном контексте это того не стоит. Я думаю, что это разумный ход, но если вы абсолютно хотите, чтобы эти последние 10 процентов, вы можете долго нажимать значок батареи в Центре управления и сказать, что батарея заряжается более чем на 90 процентов.

Аккумулятор Anker рядом с аккумулятором MagSafe. Батарея Anker немного больше, но в ней также есть батарея большего размера.

Я знаю, что это звучит одновременно сложно и разочаровывающе, но на практике все наоборот. Я просто вставлял аккумулятор на задней панели телефона, когда беспокоился о сроке службы аккумулятора и не беспокоился о деталях.В результате не нужно было следить за временем автономной работы так сильно, как я обычно. Это элегантно, а не мощно.

Это все умно, но это происходит только с iPhone. В целом это, безусловно, приятнее, чем с батареей Anker, которая к тому же толще. Но у Анкера есть и другие преимущества. Во-первых, его батарея больше. На нем также есть порт USB-C, который заряжается при подключении и , который можно использовать для зарядки устройств через провод. Он менее элегантен для пользователей iPhone, но гораздо более универсален.

Порт Lightning в нижней части аккумулятора MagSafe означает, что пользователи iPhone могут продолжать использовать один и тот же кабель для зарядки, поэтому, вероятно, лучше оставить его. Жаль, что Lightning не может заряжаться ни в одном направлении, как порт USB-C.

Аккумулятор Apple MagSafe почти идеально подходит для iPhone 12 Mini.

Аккумулятор MagSafe идеально соответствует размерам iPhone 12 Mini.Он ровно выравнивается по краям и его удобнее держать, чем я ожидал. Если у вас iPhone большего размера, он будет сидеть на задней панели немного более неудобно — на iPhone 12 Pro Max он выглядит крошечным.

Каждый аккумулятор выглядит глупо прикрепленным к телефону Аккумулятор MagSafe выглядит немного забавно на iPhone 12 Pro Max.

Я опросил Twitter, чтобы задать вопросы о батарее, и был поражен купоросом, который я видел в своих ответах — и в других местах.Легко посмеяться над тем, как аккумулятор выглядит на задней панели телефона. За ним также легко пойти, потому что он не обеспечивает достаточного заряда. Пользуясь им, я не уверен, что захочу, чтобы он был больше, и уж точно не хотел бы меньше. Для меня не существует красивой внешней батареи. В конце концов, это все квадратные или продолговатые куски пластика или металла.

Белый пластик имеет матовое покрытие, что немного помогает удерживать его в руке, но я бы не назвал это soft touch. Интересно, со временем на нем появятся пятна от синих джинсов, но за те несколько дней, что я проверял, он оставался чистым.

Он защелкивается на задней панели iPhone без чехла с приятным фырканьем. Это настолько безопасно, насколько я могу ожидать от чего-то, связанного с магнитами. Было бы неплохо, если бы выравнивающий магнит был немного сильнее, но я рад, что в моем iPhone нет магнитов, настолько сильных, что они портят работу с кредитными картами. Физика!

Вы можете намеренно стряхнуть аккумулятор или заставить его выскользнуть, когда кладете его в карман, но у меня таких проблем не было. Однако, если вы планируете использовать его с чехлом, вам обязательно понадобится чехол, совместимый с MagSafe, который сам имеет магниты.Я использую очень тонкий пластиковый корпус, и этого минимального слоя было более чем достаточно, чтобы магниты не работали эффективно.

Аккумулятор MagSafe показывает оставшийся заряд в виджете iPhone.

После двух дней тестирования пары разных аккумуляторов MagSafe на iPhone 12 Mini и iPhone 12 Pro Max я пришел к удивительному выводу. Больше всего мне нравится не аккумулятор, а зарядное устройство MagSafe.

Когда я думаю о MagSafe Battery как о зарядной шайбе MagSafe, к которой случайно прикреплен аккумулятор, я думаю, что это имеет немного больше смысла как продукт.Шайба Apple MagSafe стоит 40 долларов — это, конечно, не означает, что запрашиваемая цена этой батареи в 99 долларов является выгодной сделкой, но некоторым людям, возможно, стоит купить батарею вместо шайбы.

Я должен отметить, что за 99 долларов я ожидал, что Apple, по крайней мере, включит кабель Lightning. Его нет и в комплекте нет зарядного устройства.

При подключении к достаточно мощному зарядному устройству аккумулятор MagSafe может заряжать телефон до 15 Вт, как и стандартный диск MagSafe.Зарядное устройство может заряжать как само устройство, так и ваш iPhone. Если вы хотите установить приоритет скорости зарядки на iPhone, вы можете подключить вместо него и , и тогда iPhone будет использовать обратную беспроводную зарядку для пополнения аккумулятора. (К сожалению, в отличие от телефонов Android, обратная беспроводная зарядка iPhone не работает с другими устройствами, такими как AirPods.)

Аккумулятор MagSafe также может заряжать AirPods по беспроводной сети.

Лучшая особенность аккумулятора MagSafe заключается в том, что это хорошее беспроводное зарядное устройство MagSafe.Это также приличный аккумулятор, но только если вы думаете о нем как о небольшом удлинителе, в котором долговечность меняется на размер. Хотел бы я, чтобы у него было больше возможностей? Конечно. Я также хотел бы, чтобы у него было больше возможностей, но при этом он не стал больше, чем он есть. Я не завидую физике и понимаю, почему Apple выбрала именно такой размер.

Но платить 99 долларов за всю элегантность и интеграцию MagSafe Battery не имеет смысла, когда есть гораздо более дешевые варианты, которые в меньшей степени связаны с работой только с одним телефоном.Батарейный блок будет выглядеть глупо, несмотря ни на что, вы могли бы также получить настолько универсальный, насколько это возможно.

Связанные:

Сохранение емкости аккумулятора в среднем 90% после 200000 миль

В «Отчете о воздействии на 2020 год». Tesla подтверждает сохранение высокой емкости аккумуляторов (низкий уровень деградации) в своих электромобилях.

Согласно данным компании, средний автомобильный аккумулятор в Tesla по-прежнему должен иметь , что составляет около 90% от его первоначальной емкости после использования (322000 км).

«Сохранение емкости автомобильных аккумуляторов Tesla в среднем ~ 90% после 200 000 миль использования»

Это очень хороший результат при снижении емкости аккумулятора (и дальности действия) всего на 10%: 1% на 20 000 миль (32 200 км).

Предполагая, что 250 миль за полный цикл (только для иллюстративных целей), это также около 800 циклов со скоростью ухудшения 1% за 80 циклов (или большее количество частичных циклов).

Это много, особенно если учесть, что обычно автомобиль списывают примерно через 200 000 миль в U.С. В Европе это 241 000 км (150 000 миль). Подход Tesla состоит в том, чтобы спроектировать пакет таким образом, чтобы он мог прослужить дольше автомобиля.

Другими словами, батареи не должны быть проблемой, и, помимо редкой неисправной батареи, обычному пользователю, вероятно, никогда не придется беспокоиться о замене батареи.

Как и в предыдущие годы, Tesla показывает диаграмму сохранения емкости аккумулятора в зависимости от пройденного расстояния для Model S (производится с 2012-2020 гг.) И Model X (производится с 2015-2020 гг.).

Эти два автомобиля оснащены цилиндрическими аккумуляторными элементами (формат 1865, литий-ионная химия NCA), поставляемыми Panasonic из Японии.

Как мы видим, автомобили с пробегом от 150 000 до 200 000 миль (241 000-322 000 км), в среднем, все еще имеют более 85% начальной емкости аккумулятора (степень разряда аккумулятора ниже 15%). На самом деле мы можем видеть около 88% на расстоянии 200 000 миль (красная линия).

Примечания:

начальное уменьшение емкости батареи вначале выше, а затем стабилизируется с более медленной скоростью
мы оцениваем (из диаграммы), что первые 5% емкости батареи разряжаются (в среднем) примерно через 25 000 миль (40 000 км)
еще 5% (всего 10%) уходит (в среднем) примерно на 125 000–150 000 миль (200 000–241 000 км), но это трудно оценить, потому что кривая действительно плоская
после 200000 миль (322000 км) в среднем снижение емкости составляет менее 15% (автомобиль по-прежнему имеет более 85% емкости и соответствующего диапазона)
самая низкая пропускная способность в пределах стандартного отклонения (см. Вики) превышает 80% после 200000 миль (322000 км), но могут быть случаи и похуже (мы предполагаем, что популяция таких случаев может составлять 10-20%)
существует более высокая вариация результатов с большим пробегом (150 000–200 000 миль), так как случаев просто меньше, а некоторые могут быть очень конкретными.
имейте в виду, что время, температура и другие факторы (например, как долго батарея оставалась на высоком уровне заряда) также влияют на деградацию батареи.

По очевидным причинам в диаграмму не включены данные для последней обновленной модели S / Model X. Новые версии Model S / Model X (с 2021 года) также оснащены 1865 аккумуляторными элементами от Panasonic (Япония), но И пакеты, и модули были полностью переработаны. Их емкость аккумулятора может быть разной.

Ничего не можем сказать о сохранении емкости аккумулятора в Model 3 / Model Y, оснащенной цилиндрическими ячейками типа 2170 (различные поставщики — Panasonic, LG Chem’s LG Energy Solution), а также призматическими ячейками LFP (CATL в Китае). Нам бы очень хотелось увидеть аналогичную диаграмму специально для Model 3 / Model Y, тем более, что эти две машины уже продано более миллиона единиц.

Tesla утверждает, что ее аккумуляторные блоки теряют только ~ 10% емкости после 200 000 миль

В последних новостях, опубликованных в рамках отчета о воздействии, Tesla утверждает, что ее аккумуляторные блоки теряют только около 10% своей энергоемкости после 200 000 миль.

Ухудшение заряда батареи, которое представляет собой потерю емкости и запаса хода с течением времени с увеличением пробега, является одной из самых больших проблем покупателей новых электромобилей.

Это также важная часть уравнения, позволяющего сделать электромобили более экологичными.

Чем дольше аккумуляторная батарея может проработать, тем дольше она не подвергнется утилизации и тем дольше сможет поддерживать работу всего автомобиля.

Tesla время от времени публиковала некоторые данные о деградации своей батареи за эти годы.

В этом году он обновил статистику своего парка Model S и Model X и утверждает, что емкость аккумулятора сохраняется примерно на 90% после 200000 миль:

Данные также подтверждают реальные сообщения о том, что деградация более крутая в течение первых 100 000 миль, а затем замедляется и стабилизируется на протяжении следующих 100 000 миль.

Tesla считает, что 200000 миль — это когда автомобили списываются в среднем:

«Аккумуляторы Tesla рассчитаны на то, чтобы продержаться дольше, чем автомобиль.По нашим оценкам, автомобиль будет утилизирован примерно после 200 000 миль использования в США и примерно 150 000 миль в Европе ».

Данные относятся только к Model S и Model X, которые существуют дольше, но Tesla утверждает, что аккумуляторные блоки Model 3 рассчитаны на 500000 миль, а автопроизводитель стремится к тому, чтобы его батареи следующего поколения прослужили 1 миллион миль.

Не все пакеты одинаковы

Для Model S и Model X у Tesla за эти годы было довольно много разных аккумуляторных блоков, и не все они так хорошо сохраняют энергоемкость.

В прошлом году мы сообщили об утечке данных, которая позволила нам очень точно оценить разницу между мощностью 90 и 85 кВтч Tesla.

Он показал, что батарея на 90 кВтч теряет емкость намного быстрее, чем батарея на 85 кВтч:

Каждая точка на этой диаграмме представляет Model S или Model X в парке клиентов Tesla на конец 2017 года. У нас есть десятки тысяч точек данных непосредственно от Tesla, что, возможно, является лучшим из когда-либо опубликованных данных о деградации батареи Tesla.

Ось «Y» представляет текущую полезную емкость аккумуляторной батареи автомобиля в кВтч, полученную от собственной системы управления батареями Tesla, а ось «X» — общее использование аккумуляторной батареи в кВтч с момента появления нового автомобиля.

Он показывает, что аккумуляторная батарея на 90 кВтч (зеленый) начинается с ~ 85 кВтч полезной емкости и падает в среднем примерно на 6 кВтч после 20 000 кВтч или 235 циклов, что должно составлять более 60 000 миль.

Что касается аккумуляторной батареи на 85 кВтч, она начинается с полезной емкости около 80.5 кВтч, а после 20 000 кВтч оно падает в среднем до 77 кВтч.

Это означает, что за первые несколько лет использования аккумуляторная батарея на 90 кВтч изнашивается почти в два раза быстрее, чем старая аккумуляторная батарея на 85 кВтч.

Хорошая новость заключается в том, что более резкая деградация аккумуляторных блоков на 90 кВтч, похоже, со временем и пробегом уменьшается.

Tesla Model X с пробегом более 400000 миль

Как некоторые из вас, возможно, знают, у меня есть опыт работы с электромобилями с большим пробегом, особенно с автомобилями Tesla с большим пробегом.

В прошлом году я купил один из самых дешевых автомобилей Tesla Model X с самым большим пробегом.

С пробегом более 400 000 миль (650 000 км) это один из электромобилей с самым высоким пробегом в мире, который служит отличным примером долговечности электромобилей в целом и автомобилей Tesla в частности.

Ранее мы сообщали о разряде батареи на автомобиле с очень большим пробегом.

Это модель X 90D, которая на момент выпуска имела рейтинг EPA 257 миль (414 км).

Сегодня он проезжает около 370 км при полной зарядке, что означает снижение емкости аккумулятора на 10,5%.

Тем не менее, эта Model X получила замену батареи по гарантии через 317 000 миль. Это более полумиллиона километров.

Интересно, что оригинальная аккумуляторная батарея была заменена не из-за ее износа, а из-за еще более серьезной проблемы с аккумулятором.

Как только уровень заряда достигнет около 40%, что обычно означает дальность действия чуть более 90 миль, емкость быстро упадет до 0.

Tesla заменила аккумулятор по гарантии. Впечатляет то, что он продержался более 300 000 миль, прежде чем потерпел неудачу.

Теперь у второй аккумуляторной батареи этой модели X почти 100 000 миль (160 000 км), и, как упоминалось ранее, батарея разряжается примерно на 10%.