Приложение А (справочное). Степень заряженности и энергосодержания для аккумуляторов и конденсаторов

Приложение А
(справочное)

Степень заряженности и энергосодержания для аккумуляторов и конденсаторов

А.1 Содержание емкости и энергии

А.1.1 Общие положения

В настоящем стандарте емкость и энергию определяют в трех различных контекстах: теоретическом, нормированном и доступном для использования. Основная цель данного приложения состоит в том, чтобы детализировать и уточнить определения или связи, применяемые в БНЭ с батареями и/или конденсаторами в качестве принятых технологий накопления.

Например, рисунок А.1 показывает различие каждого определения, содержащего емкость и энергию для батареи и конденсатора.

Е _т - теоретическая энергоемкость; Е _н - нормированная энергоемкость; Е _д.и - энергия, доступная для использования; Q _max - максимальный заряд; Q _min - минимальный заряд; Q _Umax - заряд при максимальном напряжении; Q _Umin - заряд при минимальном напряжении; Q _д.и max - максимальный заряд, доступный для использования; Q _д.и min - минимальный заряд, доступный для использования; U - напряжение; U _НРЦ - напряжение разомкнутой цепи; U _н - нормированное напряжение; U _max - максимальное напряжение; U _min - минимальное напряжение; U _д.и - максимальное напряжение, доступное для использования; U _д.и min - минимальное напряжение, доступное для использования

Примечание - Для батарей: при очень малых токах доступная для использования энергия близка к нормированной энергии.

Рисунок А.1 - Разница в содержании емкости и энергии

А.1.2 Теоретическая энергоемкость

Теоретическая энергоемкость, Е _т, определена в 3.1.18.1. Это количество энергии, отдаваемое при разряде током очень низкой величины (которое может быть отдано из устройства накопления энергии без потерь энергии, например, из-за джоулева или омического тепла), представляющее максимальное количество энергии, которое способна накопить БНЭ.

Для конденсатора теоретическая энергоемкость E _т основана на максимальном напряжении:

,

(А.1)

где С - емкость;

U _max - максимальное напряжение.

Примечание - Для измерения емкости см. МЭК 61881-3.

Для конденсаторной технологии весь электрический заряд может быть удален или разряжен из пары электродов, и, следовательно, соответствующее теоретическое минимальное напряжение равно нулю, то есть U _min = 0.

А.1.3 Нормированная энергоемкость

Нормированная энергоемкость определена в 3.1.18.2. Это количество энергии, которое может быть отдано из БНЭ в условиях режима разряда.

Для батареи нормированная энергоемкость является интегралом от произведения постоянного тока в испытании на разряд и измеряемого напряжения (например, режим С ₅).

Например, литий-ионная батарея, см. результат в МЭК 62928 для нормированной энергоемкости и согласно МЭК 62620.

Для конденсатора нормированная энергоемкость E _н практически основана на нормированном напряжении:

,

(А.2)

где С - емкость;

U _н - нормированное напряжение.

Примечание - Для ЭХК Е _н не может быть полностью получена из-за потери на эквивалентным последовательном сопротивлении конденсатора (ЭПС).

А.1.4 Доступная для использования энергия

Энергия, доступная для использования, определена в 3.1.18.3. Это часть доступной энергии, которую можно использовать в пределах заранее определенного диапазона СЗ или пределов напряжения. Максимальный и минимальный пределы - это параметры, обычно устанавливаемые потребителем или изготовителем.

Например, могут быть определены такие параметры, как мощность, ток или максимальное и минимальное предельное напряжение для используемого оборудования.

Для батареи доступная для использования энергия - это энергия, которая может использоваться без ограничения рабочего цикла, первоначально согласованного между потребителем и изготовителем.

Для конденсатора доступная для использования энергия Е _д.и фактически представляет собой разницу между значениями энергии при напряжении заряда и при минимальном доступном для использования напряжении:

,

(А.3)

где С - емкость;

U _д.и - максимальное напряжение, доступное для использования;

U _д.и min - минимальное напряжение, доступное для использования.

Примечание - Для ЭХК Е _д.и не может быть полностью получена из-за потери ЭПС.

А.2 Содержание СЗ и СЭ

А.2.1 Общие положения

Существует несколько определений емкости и энергии, также могут быть определены степень заряженности (СЗ) и степень энергосодержания (СЭ) как комбинация содержания емкости и энергии.

Потребителем, в зависимости от намеченных целей и применений, должно быть выбрано соответствующее определение.

СЗ представляет собой отношение количества емкости, находящейся в БНЭ, к максимальному количеству, доступному в соответствии с определением (то есть теоретическому, нормированному или доступному для использования). Значение СЗ обычно выражают в десятичных числах (от 0,0 до 1,0) или в процентах (%). Значение СЗ 1,0 или 100 % относится к полностью заряженному состоянию, тогда как 0,0 или 0 % относится к полностью разряженному состоянию. Аналогично СЭ является мерой относительной энергии, доступной в БНЭ, и также выражается в десятичных дробях или процентах.

А.2.2 Использование для теории

Для теоретической цели уместны следующие определения:

,

(А.4)

,

(А.5)

где С _т - теоретическая емкость, ;

С _т.ост - оставшаяся ¹⁾ теоретическая емкость, ;

------------------------------

¹⁾_{Понятие "оставшаяся" в контексте настоящего стандарта подразумевает значение величины емкости или энергии, доступное для отдачи от текущего состояния батареи при разряде в границах рабочей зоны, определяемых безопасностью.}

------------------------------

Е _т - теоретическая энергоемкость, ;

Е _т.ост - оставшаяся теоретическая энергоемкость, .

А.2.3 Использование для общих вопросов

Для вопросов общего характера подходят следующие определения:

,

(А.6)

,

(А.7)

где С _н - нормированная емкость, ;

С _н.ост - оставшаяся нормированная емкость, ;

Е _н - нормированная энергоемкость, ;

Е _н.ост - оставшаяся нормированная энергоемкость, .

А.2.4 Использование фактического значения для практических целей

Для практической цели, при оценке фактического состояния, подходят следующие определения фактической СЗ _ф и СЭ _ф:

,

(А.8)

,

(А.9)

где С _д.и - емкость, доступная для использования, ;

С _д.и.ост - оставшаяся емкость, доступная для использования, ;

Е _д.и - энергия, доступная для использования, ;

Е _д.и.ост - оставшаяся энергия, доступная для использования, .

А.2.5 Коэффициент использования

Для цели коэффициента использования подходят следующие определения, применимые как к началу срока службы (НСС), так и к концу срока службы (КСС).

,

(А.10)

,

(А.11)

где С _н - нормированная емкость, ;

С _д.и - емкость, доступная для использования, ;

Е _н - нормированная энергия, ;

Е _д.и - энергия, доступная для использования, .

Примечание - При необходимости могут использоваться другие комбинации, такие как отношения различного содержания емкости или энергии.

,

(А.12)

,

(А.13)

,

(А.14)

.

(А.15)