Gustoća energije LiPo vs Li-ion: Wh/kg vs Wh/L Objašnjeno

Cilindrične Li-ion bateriječesto postižu višegustina energije na nivou ćelije, dokLiPo pouch baterijemože pružiti bolju iskorišćenost prostora u tankim ili prilagođenim uređajima.

Za OEM izvor baterija, uporedite tri metrike:

• Wh/kg (gravimetrijska gustina energije):Pohranjena energija po kilogramu mase baterije.
• Wh/L (volumetrijska gustina energije):Pohranjena energija po litri zapremine baterije.
• Instalirana gustoća energije:Energija pohranjena u okviru težine i dimenzija kompletne baterije.

Ključno pitanje kupovine:Koja baterija daje više upotrebljivih vat-sati u okviru težine, prostora i radnih ograničenja vašeg proizvoda?

Za šire razlike u punjenju, sigurnosti i vijeku trajanja, pogledajteBlumotijev vodič za Li-polimersku bateriju protiv litijum-jonske baterije

1. Wh/kg vs Wh/L: Koju metriku bi kupci baterija trebali uporediti?

Gravimetrijska gustina energije (Wh/kg) mjeri pohranjenu energiju u odnosu na težinu baterije:
Wh/kg=Nominalna energija (Wh) ÷ Masa baterije (kg)

Volumetrijska gustina energije (Wh/L) mjeri pohranjenu energiju u odnosu na zauzetu zapreminu:
Wh/L=Nominalna energija (Wh) ÷ Volumen baterije (L)

Nazivna energija je približno napon (V) × kapacitet (Ah). [1]
Uzmite u obzir dvije hipotetičke ćelije litijumske baterije od 3,7 V, 3,000 mAh, od kojih svaka ima 11,1 Wh:

Ćelija A isporučuje približno 10% više energije po kilogramu. Ćelija B skladišti istu energiju u otprilike 18% manjem volumenu.

Za osobe osjetljive na težinuUAV baterija, ćelija A može biti privlačnija. Za tanak medicinski uređaj, ćelija B može bolje odgovarati.

Provjera nabavke:Potvrdite da li brojke Wh/kg i Wh/L svakog dobavljača opisuju golu ćeliju, zaštićenu ćeliju ili kompletnu bateriju. Poređenje različitih granica mjerenja daje pogrešne rezultate.

2. Zašto se brojke gustoće energije LiPo i Li-iona razlikuju?

Razlika dolazi od togahemija elektroda, konstrukcija ćelija i pakovanje- ne samo LiPo ili Li-ion etiketa.

Obje tehnologije pripadaju litijum-jonskoj porodici koja se može puniti. KomercijalniLiPo baterijeobično koriste laminiranu vrećicu pakovanja, dok18650 i 21700 Li-ion baterijekoristite kruta cilindrična kućišta.

► Kako materijali elektroda utiču na Wh/kg i Wh/L?

Katodni materijali kao nprNMC, NCA i LCO, zajedno sa opterećenjem elektrode, debljinom i sadržajem neaktivnog materijala, određuju koliko energije ćelija može pohraniti.

Visokoenergetske formulacije kao nprNMC 811može podržati veću gustoću energije, ali dizajn elektrode i operativni zahtjevi utiču na konačni rezultat.

 

► Kako ćelijska ambalaža utiče na gustinu energije?

Cilindrična ćelija ima kruto metalno kućište. ALiPo torbica ćelijakoristi lakšu aluminijsku laminiranu ambalažu, ali može zahtijevati dodatnu mehaničku potporu i oslobađanje od bubrenja. [3][5]

A prilagođena LiPo baterijamože zauzimati više tankog kućišta nego cilindrično pakovanje. To poboljšava iskorišćenost prostora, ali ne znači automatski da džepna ćelija ima veći intrinzični Wh/L.

Provjera nabavke:Uporedite tačnu hemiju ćelije, nominalnu energiju, vanjske dimenzije i konfiguraciju gotovog pakovanja - ne samo format baterije.

3. Gustoća energije na nivou ćelije u odnosu na nivo pakovanja: koji broj odražava vaš proizvod?

Dobavljač citira a600 Wh/L litijum-jonska ćelija. Da li to znači da vaša gotova baterija isporučuje 600 Wh/L?

br.

Razmak ćelija, ožičenje, izolacija, zaštitna kola i strukturne komponente zauzimaju prostor. Isto važi i za težinu pakovanja.

Za gotov sklop baterije:

• Instalirana Wh/L=Ukupna nominalna energija paketa (Wh) ÷ Zapremina kompletnog sistema baterije (L)
• Instalirana Wh/kg=Ukupna nominalna energija pakovanja (Wh) ÷ Masa kompletne baterije (kg)

► Urađen primjer: Može li donja ćelija Wh/L isporučiti više energije u istom prostoru?

Pretpostavimo da proizvod ima aPretinac za baterije od 0,10 L.

Dva hipotetička dizajna koriste različite gustoće energije ćelije i frakcije pakiranja.

Dizajn Y prihvata približno 4,6% više nominalne energije, uprkos tome što je Wh/L na nivou ćelije 20% niži.

Pojednostavljeni proračun je:

• Instalirana energija (Wh) ≈ Cell Wh/L × Volumen odjeljka (L) × Efektivna frakcija pakiranja

Ovo su ilustrativne pretpostavke, a ne testirane vrijednosti proizvoda ili standardna mjerila efikasnosti pakovanja. Stvarni rezultati ovise o završenom mehaničkom i električnom projektu.

Evo zaštogustina energije na nivou ćelijesama po sebi ne može odrediti najbolju bateriju za uređaj sa ograničenim prostorom.

Provjera nabavke:Zatražite gotovi crtež pakovanja, maksimalne sklopljene dimenzije, kompletnu težinu i ukupnu nominalnu Wh. Izračunajte instalirane Wh/L i Wh/kg iz tih brojki.

4. Koje vrijednosti gustoće energije LiPo naspram Li-iona trebaju vjerovati kupcima?

Blumotijev vodič za roditelje pruža širok spektargravimetrijska gustina energijerasponi od približno:

• Konvencionalni Li-ion:150–250 Wh/kg
• Litijum polimer (LiPo):100–265 Wh/kg

Ovi rasponi se preklapaju i variraju u zavisnosti od ćelijske hemije i dizajna.

Mogu se navesti i druga tehnička poređenja200–270 Wh/kg i 550–700+ Wh/Lza odabrane cilindrične Li-ion ćelije, u odnosu na140–220 Wh/kg i 300–500 Wh/Lza posebne dizajne LiPo torbica. Takve brojke ne bi trebale biti tretirane kao specifikacije univerzalnih kategorija ili direktno uporedivi rezultati ispitivanja.

► Kako kupci mogu potvrditi zahtjev dobavljača za Wh/kg ili Wh/L?

A citirano250 Wh/kgili700 Wh/Lje korisno samo kada su uslovi merenja jasni.

Prije prihvatanja specifikacije, provjerite:

• nazivna energija:Nazivni kapacitet (Ah) i nazivni napon (V).
• Granica mjerenja:Gola ćelija, zaštićena ćelija ili gotovo pakovanje.
• Fizički podaci:Izmjerena masa i maksimalne vanjske dimenzije.
• Uslovi testiranja:Struja pražnjenja, temperatura i napon prekida.
• Tolerancija proizvodnje:Tipična vrijednost naspram garantovanog minimuma.

Na primjer, dobavljač koji traži 250 Wh/kg za ćeliju od 11,1 Wh trebao bi osigurati ćelijsku masu od približno 44,4 g, pod pretpostavkom da navedene vrijednosti dijele istu granicu mjerenja.

Provjera nabavke:Ponovo izračunajte navedene Wh/kg i Wh/L. Za odobrenje proizvodnje koristite dogovorene minimalne specifikacije i dokumentovane testove prihvata, a ne marketinške brojke.

 

5. Da li veća gustoća energije znači duže vrijeme rada baterije?

Nije nužno.

Nominalni Wh/kgmjeri uskladištenu energiju pod određenim uslovima. Stvarno vrijeme rada ovisi o tome koliko energije baterija isporučuje pri potrebnom opterećenju.

 

unutrašnji otpor,pad napona, radna temperatura i napon prekida mogu smanjiti dostupnu energiju.

 

Na primjer, visokoenergetska cilindrična Li-ion ćelija može nadmašiti ćeliju sa vrećicom pri umjerenom pražnjenju, dokLiPo baterija visokog pražnjenjamože održavati korisniji napon pod velikim zahtjevima struje. Rezultati zavise od specifičnih ćelija, a ne samo od njihovog pakovanja.

 

ZaUAV baterije dugog dometa, robotiku i druge proizvode visoke potrošnje, usporedite:

• Isporučena energija (Wh)na specificiranoj radnoj struji.
• Sposobnost kontinuiranog i vršnog pražnjenja (C-rate/A).
• DC unutrašnji otpor (mΩ)i pad napona.
• Porast temperature i minimalni radni napon.

Provjera nabavke:Pitajte dobavljače za krivulje pražnjenja i izmjerene isporučene Wh pri vašem stvarnom opterećenju. Veća nominalna gustina energije ne garantuje duže vreme rada.

6. Šta bi kupci trebali uključiti u RFQ o gustoći energije LiPo u odnosu na Li-ion?

Zahtjev za aBaterija od 3,7 V, 3000 mAhne pruža dovoljno informacija za poređenje gustoće energije.

Zatražite uporedive ponude koristeći iste uslove.

Korisna ponuda dobavljača bi trebala pokazati obojena nivou ćelije Wh/kg/Wh/Ligotovi paket na nivou Wh/kg/Wh/L, gdje je primjenjivo.

Za OEM projekte, ovo sprečava da specifikacija ćelije visokih performansi maskira neefikasan gotov dizajn baterije.