В чем разница между емкостью и энергией?

Хотя мы используем слово «емкость» в повседневных разговорах, оно имеет особое значение для специалистов по батареям, что может повлиять на наше понимание производительности батареи. Проще говоря, емкость батареи описывает, сколько электронов она может хранить для последующего использования.

Емкость аккумулятора не говорит вам о количестве энергии, которую он хранит, или о запасе хода, который он может обеспечить. Даже при хорошей емкости невозможно узнать, сколько энергии хранит аккумулятор, не зная напряжения. Это связано с тем, что более высокое напряжение будет поставлять больше энергии для данной мощности. Математика проста:

Энергия (ватт-часы) = емкость (ампер-часы) x напряжение (вольты)

Давайте рассмотрим пример, используя приведенное выше уравнение: если батарея имеет емкость 3 ампер-часа и среднее напряжение 3,7 вольта, общая энергия, хранящаяся в этой батарее, составляет 11,1 ватт-часа — 3 ампер-часа (емкость) x 3,7 вольта (напряжение) = 11,1 ватт-часа (энергия). Этого примерно достаточно для питания смартфона в течение дня[1]; тысячи таких батарей составляют аккумуляторную батарею электромобиля.

На этой диаграмме представлена ​​аналогия, иллюстрирующая разницу между емкостью и энергией. Емкость представлена ​​количеством воды на вершине холма, а напряжение - его высотой. Энергия извлекается мельницей у подножия холма. Чтобы узнать, сколько энергии сможет использовать мельница, вам нужно знать как высоту, так и количество воды. В батареях принцип тот же; напряжение оказывает такое же влияние на энергию батареи, как и ее емкость.

Срок службы: энергия или мощность?

Запас хода электромобилей может уменьшиться после многих циклов зарядки (этот эффект измеряется как срок службы). Это исчезновение может быть вызвано такими факторами, как многократная быстрая зарядка или экстремальные температуры. Вот почему QuantumScape подвергает свои аккумуляторы испытаниям в течение многих сотен циклов с высокой скоростью зарядки и типичными условиями эксплуатации.

Таким образом, для прогнозирования полезного срока службы батареи необходимо понимать, как батарея теряет способность накапливать энергию с течением времени (или многих циклов). Вот почему в Green Tech мы всегда сообщаем об удержании энергии разряда в наших тестах срока службы. Это мера того, сколько энергии батарея может отдать за каждый цикл, и в нашей батарее она исчезает очень медленно: после 10000 циклов наша батарея все еще может выдавать более 80% исходного количества энергии.

Когда тесты жизненного цикла включают только сохранение емкости, а не сохранение энергии, это говорит только о половине истории. Не зная также, как меняется напряжение с течением времени, невозможно определить разницу между батареей, которая может работать сотни циклов, и батареей, которая станет практически бесполезной всего через несколько десятков.

Это важно, потому что ускорение революции электромобилей требует новых батарей, которые могут обеспечить улучшенную производительность для водителей, а также выдерживать многолетние циклы зарядки. Аккумулятор, который может накапливать больше энергии в электромобиле, бесполезен, если эта энергия быстро истощается в течение нескольких месяцев, а аккумулятор, который может быстро заряжаться, бесполезен, если быстрая зарядка ставит под угрозу срок службы и ценность автомобиля. Итак, в следующий раз, когда вы увидите отчет батареи о сроке службы, обязательно проверьте, является ли это фактической энергией или просто емкостью. Если сообщается только емкость, у вас нет всего, что вам нужно, чтобы понять, как эта батарея со временем будет изнашиваться в реальном электромобиле.