إجابة سريعة
عادة لا.
تحت المقارنةظروف التشغيل، التقليديةبطارية ليثيوم -أيون-خصوصًا الخلية الأسطوانية عالية الجودة مثل18650 خلية البطاريةأو21700 خلية ليثيوم-سيوفر عادةً سقفًا أعلى للدورة-من دورةبطارية ليثيوم بوليمر القياسية. نطاق العمل المشترك هو300–1,000+ دورة لـ Li-ionمقابل تقريبًا300-500 دورة لـ LiPo، تم قياسها بحوالي 80% من السعة المتبقية [1].
لكن هذا الرقم وحده لا ينبغي أن يدفع إلى اتخاذ قرار بشأن المصادر.
بالنسبة لمشروع OEM، يعتمد عمر البطارية الفعلي على:
- عمق التفريغ (وزارة الدفاع)
- جهد الشحن وجهد التفريغ-قطع الجهد
- تيار التفريغ المستمر والذروة
- معدل ج-.
- درجة حرارة التشغيل والتخزين
- سرعة الشحن
- بناء الخلايا والدعم الميكانيكي
- نظام إدارة البطارية (BMS)تصميم
إذا كان منتجك رفيعًا أو خفيف الوزن أو مقيدًا ميكانيكيًا، أبطارية ليثيوم بوليمر مخصصةقد يظل الخيار الهندسي الأفضل حتى لو كانت دورة حياته الاسمية أقل.
إذا كانت الأولويات هي عمر الدورة الطويلة، والمتانة الميكانيكية، والمصادر الموحدة، وكفاءة التكلفة، فإن الشكل الأسطوانيحزمة بطارية ليثيوم-أيونغالبا ما يكون الخيار الأقوى.
بالنسبة لفرق المشتريات، السؤال الأفضل ليس ببساطة:
"ما هي الكيمياء التي تدوم لفترة أطول؟"
إنها:
"ما هي البطارية التي يمكنها تلبية دورة الحياة المطلوبة، والحمل الحالي، ونطاق درجة الحرارة، والغلاف الميكانيكي، والشهادات، والتكلفة المستهدفة في ظل ظروف التشغيل الفعلية لدينا؟"
عمر بطارية الليثيوم بوليمر والليثيوم-: مقارنة مباشرة
عند التقييمعمر بطارية ليثيوم بوليمر مقابل بطارية ليثيوم أيون، قارن ملف تعريف التشغيل الكامل-وليس فقط أسماء المواد الكيميائية.
|
المقياس الرئيسي |
ليثيوم-أيون (ليثيوم-أيون) |
ليثيوم بوليمر (LiPo / Li-Poly) |
|
عمر دورة الشحن النموذجي يصل إلى 80% من السعة |
300 إلى 1,000+ دورات شحن كاملة [1] |
300 إلى 500 دورة شحن [1] |
|
عمر التقويم |
من 3 إلى 5 سنوات |
2 إلى 3 سنوات |
|
كثافة الطاقة |
150-260 واط/كجم [2] |
130-200 واط ساعة/كجم [2] |
|
التغليف المادي |
علبة معدنية صلبة؛ خلايا اسطوانية مثل18650و21700أو الخلايا المنشورية |
كيس من الألومنيوم المرن-مصقول |
|
نوع المنحل بالكهرباء |
مذيب عضوي سائل مع أملاح الليثيوم |
هلام البوليمر بالكهرباء أو نظام فاصل مسامي [3] |
|
معدل التفريغ الذاتي- |
تقريبًا1%-2% شهريا [1] |
تقريبًا3%-5% شهريا [1] |
|
التكلفة لكل واط-ساعة |
عادةً ما يكون أقل بسبب حجم الإنتاج الموحد-الكبير |
عادةً ما تكون أعلى بالنسبة للتصميمات المخصصة والتصنيع المتخصص |
هذه نطاقات صناعية عامة، وليست مواصفات مضمونة.
يجب أن يكون مورد البطاريات الجاد قادرًا على توفير ورقة بيانات الخلية الفعلية وظروف اختبار دورة الحياة- ومعدلات الشحن/التفريغ وظروف درجة الحرارة ومعايير-نهاية-العمر الافتراضي للخلية المحددة المذكورة.
وهذا الأمر أكثر أهمية بكثير من مجرد مطالبة عامة بشأن "Li-ion vs. LiPo".
ما الذي يحدد في الواقع عمر البطارية؟
سواء قمت بتحديد أبطارية ليثيوم-أيونأو أبطارية ليبو، فإن معلمات التشغيل هذه لها تأثير أكبر على عمر الخدمة مما يتوقعه العديد من المشترين.
1. عمق التفريغ (DoD) وقطع الجهد-متوقف
يؤدي التفريغ العميق المتكرر إلى زيادة الضغط على مواد أقطاب أيون الليثيوم-.
تشغيل خلية الليثيوم في حالة -نافذة الشحن-الجزئية-مثل تقريبًاحالة الشحن من 20% إلى 80% (SoC)-يمكن أن يطيل عمر الدورة الإجمالي بشكل ملحوظ مقارنةً بدورات العمق الكامل-المتكررة [1]، [4].
بالنسبة للتطبيقات التي يكون فيها الحد الأقصى لعمر الدورة أكثر أهمية من الحد الأقصى لوقت التشغيل لكل عملية شحن، يمكن أن تكون هذه إستراتيجية مفيدة على مستوى النظام-.
انتبه جيدًا أيضًا إلى جهد قطع التفريغ-.
التفريغ العميق الزائد-الأسفل تقريبًا3.0 فولت لكل خليةيمكن أن يؤدي إلى تدهور لا رجعة فيه، بما في ذلك انحلال مجمع التيار النحاسي-وآليات الفشل الداخلي المحتملة الخطيرة [5].
نصيحة مواصفات المشتري
لا تسأل مورد البطارية فقط عن "دورة الحياة".
تحديد حالة الاختبار الكاملة:
- شحن الجهد
- الشحن الحالي
- تيار التفريغ
- قطع التفريغ-جهد الكهربية
- درجة حرارة الاختبار
- عمق التفريغ
- الحد الأقصى للاحتفاظ بالقدرة-
على سبيل المثال:
أكبر من أو يساوي 500 دورة عند 25 درجة، شحن 0.5 درجة مئوية / تفريغ 0.5 درجة مئوية، إلى أكبر من أو يساوي 80% من السعة المقدرة الأولية.
هذه هي مواصفات الشراء.
"دورة الحياة الطويلة" ليست كذلك.
2. الشحن السريع وتدهور المعدل-.
يعد الشحن السريع أمرًا مريحًا، ولكنه يأتي مع-مقايضة.
يمكن أن يؤدي تيار الشحن العالي إلى زيادة الاستقطاب والتسخين الداخلي وخطر طلاء الليثيوم على أنود الجرافيت [6].
وهذا مهم بشكل خاص عند استخدام المنتجالشحن السريع, USB-PDأو بنية شحن أخرى-عالية الطاقة.
إذا كان منتجك يتطلب شحنًا سريعًا، فقم بتزويد مورد البطارية بملف الشحن الفعلي.
لا تقم ببساطة بتحديد سعة البطارية.
على سبيل المثال، أبطارية ليثيوم بوليمر 3.7 فولت 5000 مللي أمبيرمشحونة عند 0.5 درجة مئوية تعمل تحت ضغط مختلف تمامًا عن نفس الخلية المشحونة عند 1 درجة مئوية أو أعلى.
قبل الموافقة على البطارية، تأكد مما يلي:
- الحد الأقصى لتيار الشحن القياسي
- الحد الأقصى لتيار الشحن السريع-.
- نطاق درجة حرارة الشحن الموصى به
- • الحد الأقصى لجهد الشحن
- مطلوب إنهاء الحالي
- دورة الحياة المتوقعة بمعدل الشحن المقصود
يجب التعامل مع الشحن السريع كجزء من تأهيل البطارية، ولا تتم إضافته بعد تحديد الخلية بالفعل.
3. درجة الحرارة المحيطة وظروف التخزين
تؤثر ظروف التخزين أيضًاعمر بطارية الليثيوم، حتى في حالة عدم تدوير البطارية.
للتخزين لمدة أطول-:
- أوصى تخزين الجهد:تقريبًا3.80 فولت – 3.85 فولت لكل خلية، أو حولهاحالة الشحن 40%-50% [1].
- درجة حرارة التخزين الموصى بها:تقريبًا15 درجة إلى 25 درجة / 59 درجة فهرنهايت إلى 77 درجة فهرنهايت.
- تجنب تخزين بطاريات الليثيوم مشحونة بالكامل لفترات طويلة في درجة حرارة مرتفعة.
قد تفقد البطارية المخزنة بجهد عالي في مستودع ساخن أو حجرة مركبة أو منطقة تخزين غير مكيفة سعتها قبل تثبيتها في المنتج النهائي.
بالنسبة للمستوردين ومشتري المعدات الأصلية، يجب أن تكون مواصفات التخزين جزءًا من الخطة اللوجستية-وليس فقط ورقة البيانات الهندسية.
Li-Ion أم LiPo: أيهما يجب أن تشتري؟
تعتمد الإجابة على ما يحاول منتجك تحقيقه بالفعل.
اختر بطارية ليثيوم بوليمر مخصصة عندما:
A بطارية ليثيوم بوليمر مخصصةعادة ما تكون نقطة البداية الأفضل عندما:
- إن غلافك رقيق جدًا أو محدود المساحة-.
- يجب أن يكون سمك البطارية أقل تقريبًا5 ملم.
- يجب أن تتناسب البطارية مع طول أو عرض أو سُمك محدد.
- يحتوي منتجك على تجويف داخلي غير منتظم أو مسطح.
- الوزن هو هدف التصميم الحاسم.
- أنت بحاجة إلى أسلاك أو موصلات أو PCM أو NTC أو تكوين حماية مخصص.
- يجب أن يتم تصميم البطارية حول الهيكل الميكانيكي بدلاً من تصميم الهيكل الميكانيكي حول خلية قياسية.
تشمل التطبيقات النموذجية ما يلي:
- الأجهزة القابلة للارتداء
- الأجهزة الطبية الذكية
- أجهزة تعقب GPS
- طائرات بدون طيار
- منتجات إنترنت الأشياء
- الالكترونيات المحمولة
- الالكترونيات الاستهلاكية ضئيلة
- تصميمات بطاريات الكمبيوتر المحمول والكمبيوتر اللوحي المدمجة
الميزة الرئيسية ليست عمرًا أطول تلقائيًا.
إنهاحرية عامل النموذج-وتكامل المنتج.
اختر الليثيوم الأسطواني-أيون عندما:
أسطوانيحزمة بطارية ليثيوم-أيونغالبًا ما يكون مناسبًا بشكل أفضل عندما:
- يعد أداء دورة الحياة-متطلبًا أساسيًا.
- يمكن أن يستوعب العلبة الخلايا الأسطوانية.
- المتانة الميكانيكية مهمة.
- تريد أبعاد خلية موحدة وسلاسل التوريد القائمة.
- التكلفة لكل واط-ساعة أمر مهم.
- يتطلب تصميمك سلسلة وحدات -تكوينات متوازية.
- يلزم وجود-سعة عالية أو{1}}بنية حزمة طاقة أعلى.
تشمل التطبيقات الشائعة ما يلي:
- المركبات الكهربائية
- دراجات إلكترونية-
- أدوات كهربائية
- المعدات الصناعية
- تجاريأنظمة تخزين الطاقة (ESS)
- بنوك طاقة-عالية السعة
- أنظمة الطاقة المحمولة
لهذه التطبيقات،18650 بطاريةو21700 بطاريةيمكن أن يوفر مزيجًا قويًا من دورة الحياة، والمتانة الميكانيكية، واستقرار المصادر، وتصميم العبوة القابل للتطوير.
الأسئلة المتداولة
01. أيهما يدوم لفترة أطول، الليثيوم-أيون أم ليثيوم بوليمر؟
في التطبيقات النموذجية، التقليديةبطارية ليثيوم -أيونيمكنها توفير نطاق حياة-دورة أعلى من المعياربطارية ليثيوم بوليمر.
الأرقام النموذجية تقريبًا300 إلى 1,000+ دورة لـ Li-ionو300 إلى 500 دورة لـ LiPo، اعتمادًا على الخلية ودرجة حرارة التشغيل ومعدل الشحن ومعدل التفريغ وتعريف -نهاية-العمر [1].
بالنسبة لمشروع تصنيع المعدات الأصلية، اطلب بيانات اختبار الدورة الفعلية-للخلية المحددة بدلاً من الاعتماد على متوسط واسع للكيمياء-.
02. هل يتحلل بوليمر الليثيوم بشكل أسرع من أيون الليثيوم-؟
A بطارية الحقيبة بوليمر الليثيوميمكن أن تكون أكثر عرضة للتورم والتشوه الميكانيكي والتدهور المرتبط بالحرارة-وارتفاع المقاومة الداخلية خلال الدورات المتكررة [4]، [5].
وهذا لا يعني أن كل خلية LiPo سوف تتحلل بشكل أسرع من كل خلية أيون أسطوانية-.
تعتمد الحياة الفعلية بشكل كبير على تصميم الخلية وظروف التشغيل.
إذا كان العمر الافتراضي حرجًا، فقارن بيانات المورد باستخدام البيانات المتطابقة:
- درجة حرارة
- الشحن الحالي
- تيار التفريغ
- حدود الجهد
- عمق التفريغ
- معايير الاحتفاظ بالقدرة-.
بدون مطابقة شروط الاختبار، لن تكون مقارنات دورات الحياة- ذات معنى.
03. هل بوليمر الليثيوم أكثر أمانًا من أيون الليثيوم-؟
لا ينبغي تحديد أي نوع من البطاريات بناءً على ملصق بسيط "أكثر أمانًا".
ويمكن استخدام كلاهما بأمان عندما يتم تصميم الخلية ودائرة الحماية والشاحن والغلاف الميكانيكي والتصميم الحراري بشكل صحيح.
قد تشمل المتطلبات ذات الصلةيو ال 1642, الأمم المتحدة 38.3، وإيك 62133-2 [7].
قد تنتفخ خلية LiPo بشكل واضح في ظل ظروف غير طبيعية، بينما تحتوي الخلايا الأسطوانية على أغلفة معدنية صلبة. ومع ذلك، تتطلب خلايا الحقيبة أيضًا حماية ضد الثقب والضغط والأضرار الميكانيكية.
يمكن لكلتا التقنيتين الدخول في مرحلة الانفلات الحراري في ظل ظروف سوء الاستخدام الشديدة.
بالنسبة للمشترين، يجب تقييم السلامة على مستوى-البطارية الكاملة والمنتج النهائي-.
هل تبحث عن حلول موثوقة لبطاريات OEM/ODM؟
في Blumoti Battery، نقوم بالتطويرمجموعات بطاريات الليثيوم-أيون المخصصة, حلول بطارية ليثيوم بوليمر مخصصة، وأنظمة البطاريات الذكية الصناعيةلمشاريع تصنيع المعدات الأصلية وأوديإم.
للحصول على توصية دقيقة بشأن البطارية، قم بتقديم ما يلي:
الجهد + السعة + الأبعاد القصوى + التيار المستمر / الذروة + درجة حرارة التشغيل + الموصل + متطلبات الحماية + الشهادات + الحجم السنوي المقدر.
وهذا يمنح الفريق الهندسي معلومات كافية للتوصية ببنية البطارية التي تناسب المنتج-وليس مجرد خلية ذات رقم mAh الصحيح.
المراجع والمصادر الرسمية
[1]جامعة البطارية / كاديكس للإلكترونيات.BU-808: كيفية إطالة عمر البطاريات التي تعتمد على الليثيوموBU-206: ليثيوم بوليمر: مادة أم ضجيج؟المراجع التجريبية القياسية لدورة الحياة،-والتفريغ الذاتي، وظروف التخزين، وحدود الجهد الكهربي.
[2]وزارة الطاقة الأمريكية (DOE) والمختبر الوطني للطاقة المتجددة (NREL).تقييم تكنولوجيا تخزين طاقة البطارية.معايير كثافة الطاقة الوزنية في تقنيات بطاريات الليثيوم-أيون والليثيوم-البوليمر التجارية.
[3]Tarascon، JM، & Armand، M. "القضايا والتحديات التي تواجه بطاريات الليثيوم القابلة لإعادة الشحن."طبيعة، 414(6861)، 359-367. مناقشة كهروكيميائية لأنظمة الإلكتروليت القائمة على السائل والبوليمر-.
[4]المختبر الوطني للطاقة المتجددة (NREL).نموذج التنبؤ بالحياة -أنظمة تخزين الطاقة المتصلة بالشبكة.الأبحاث التي تغطي آثارعمق التفريغ (وزارة الدفاع)على شيخوخة التقويم وشيخوخة الدورة.
[5] قوه، L.، وآخرون. بحث حول تحلل مجمعات تيار بطارية أيون الليثيوم-، بما في ذلك التحلل الأنودي لرقائق النحاس في ظل ظروف التفريغ الزائدة-.مجلة الفيزياء: الطاقة / مجلة مصادر الطاقة.
[6] طاقة الطبيعة / معاملات IEEE بشأن كهربة وسائل النقل.بحث حول آليات طلاء الليثيوم وتحلله في أنودات الجرافيت أثناء عملية الشحن-المعدل العالي والسريع-.
[7] اللجنة الكهروتقنية الدولية ومختبرات التأمين.إيك 62133-2, يو ال 1642، والأمم المتحدة 38.3المتطلبات التي تغطي سلامة بطارية الليثيوم المحمولة القابلة لإعادة الشحن واختبار النقل.
