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

Приложение В
(справочное)

Степень заряженности и энергосодержания для аккумуляторов и конденсаторов

В.1 Содержание емкости и энергии

В.1.1 Общие положения

Примечание - Приложение В взято из МЭК 62864-1:2016, приложение А.

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 В.1 показывает различие каждого определения, содержащего емкость и энергию для батареи и конденсатора.

E _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 энергоемкости.

Рисунок В.1 - Разница в содержании понятий емкости и энергии

В.1.2 Теоретическая энергоемкость

Теоретическая энергоемкость Е _т определена в 3.1.22. 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 Е _т основана на максимальном напряжении

,

(В.1)

где С - емкость;

- 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.

В.1.3 Нормированная энергоемкость

Нормированная энергоемкость определена в 3.1.23. 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).

Пример для нормированной энергоемкости литий-ионной батареи согласно МЭК 62620 приведен в МЭК 62928.

Для конденсатора нормированная энергоемкость Е _н практически основана на номинальном напряжении

,

(В.2)

где С - емкость;

- номинальное напряжение.

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

В.1.4 Доступная для использования энергия

Энергия, доступная для использования, определена в 3.1.24. Это часть доступной энергии, которую можно использовать в пределах заранее установленного диапазона СЗ или пределов напряжения. Максимальный и минимальный пределы - это параметры, как правило, 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

,

(В.3)

где С - емкость;

- максимальное напряжение, доступное для использования;

- минимальное напряжение, доступное для использования.

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

В.2 Степень заряженности и степень энергосодержания

В.2.1 Общие положения

Существует несколько определений емкости и энергии, также могут быть определены СЗ и 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 электрического заряда, находящегося 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 % соответствует полностью заряженному состоянию, тогда как 0,0 или 0 % соответствует полностью разряженному состоянию. Аналогично СЭ является мерой относительной энергии, доступной в БНЭ, и также выражается в десятичных дробях или процентах.

В.2.2 Использование для теоретической цели

Для теоретической цели уместны следующие определения:

;

(В.4)

,

(В.5)

где - теоретическая емкость, ;

- 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.}

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

- теоретическая энергоемкость, ;

- оставшаяся теоретическая энергоемкость, .

В.2.3 Использование для общих вопросов

Для вопросов общего характера подходят следующие определения:

;

(В.6)

,

(В.7)

где - нормированная емкость, ;

- оставшаяся нормированная емкость, ;

- нормированная энергоемкость, ;

- оставшаяся нормированная энергоемкость, .

В.2.4 Использование фактического значения для практических целей

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

;

(В.8)

,

(В.9)

где - емкость, доступная для использования, ;

- оставшаяся емкость, доступная для использования, ;

- энергия, доступная для использования, ;

- оставшаяся энергия, доступная для использования, .

В.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):

;

(В.10)

,

(В.11)

где - нормированная емкость, ;

- емкость, доступная для использования, ;

- нормированная энергия, ;

- энергия, доступная для использования, .

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

;

(В.12)

;

(В.13)

;

(В.14)

.

(В.15)