Die Energiedichte ist einer der wichtigsten Leistungsindikatoren einesLithium-Ionen-AkkuSie bezeichnet die Energiemenge, die pro Volumen- oder Masseneinheit in der Batterie gespeichert werden kann. Die Energiedichte wird üblicherweise in Wattstunden pro Kilogramm (Wh/kg) oder Wattstunden pro Liter (Wh/l) angegeben. Um die Energiedichte einer Lithium-Ionen-Batterie zu berechnen, müssen mehrere wichtige Parameter berücksichtigt werden, darunter die Kapazität, die durchschnittliche Betriebsspannung und die Masse bzw. das Volumen der Batterie. Nachfolgend finden Sie eine detaillierte Berechnungsanleitung.
Konzept der Energiedichte
Die Energiedichte bezeichnet die pro Volumen- oder Masseeinheit gespeicherte Energiemenge. Sie ist ein entscheidender Indikator für die Beurteilung der Batterieleistung. Im Bereich der Batterien ist dieMasse-Energiedichte(in Wh/kg) wird häufiger verwendet und bezeichnet die Energie, die eine Batterie pro Masseneinheit freisetzen kann. Je höher die Energiedichte, desto mehr Energie kann die Batterie bei gleicher Masse oder gleichem Volumen bereitstellen. Dies ist vorteilhaft für Anwendungen, die eine hohe Energiespeicherung erfordern.
Berechnungsformel
Die Energiedichte eines Lithium-Ionen-Akkus lässt sich mit folgender Formel berechnen:
Energiedichte (Wh/kg) = (Batterie-Nennkapazität (Ah)×Durchschnittliche Betriebsspannung der Batterie (V) )/ Batteriemasse (kg)
Wo:
- Nennkapazität der Batterie (Ah):Die Ladungsmenge, die die Batterie unter Standardbedingungen (typischerweise bei 20 °C und einer Entladerate von 1C) abgeben kann. Hat eine Batterie beispielsweise eine Nennkapazität von 10 Ah, bedeutet dies, dass sie unter diesen Bedingungen nach 10 Stunden Entladung bei einer Entladerate von 1C keine Energie mehr hat.
- Durchschnittliche Batteriebetriebsspannung (V):Die durchschnittliche Spannung der Batterie während der Entladung, die normalerweise durch Untersuchung der Entladekurve der Batterie bestimmt werden kann.
- Batteriemasse (kg):Die Gesamtmasse der Batterie, einschließlich Elektroden, Elektrolyt, Separator, Gehäuse und aller anderen Komponenten.
Berechnungsschritte
Ermitteln Sie die Nennkapazität der Batterie:
Ermitteln Sie die Nennkapazität des Akkus entweder aus dem Datenblatt des Akkus oder durch experimentelle Messung. Beispielsweise könnte ein Akku eine Nennkapazität von 2,6 Ah haben.
Bestimmen Sie die durchschnittliche Betriebsspannung der Batterie:
Berechnen Sie anhand der Entladekurve der Batterie die durchschnittliche Betriebsspannung. Beispielsweise kann die durchschnittliche Betriebsspannung 3,7 V betragen.
Messen Sie die Batteriemasse:
Wiegen Sie die Gesamtmasse der Batterie mit einer präzisen Waage. Beispielsweise könnte die Gesamtmasse der Batterie 0,5 kg betragen.
Berechnen Sie die Energiedichte:
Setzen Sie die Werte in die Formel ein:
Energiedichte =(2,6 Ah × 3,7 V)/(0,5 kg) = 19,24 Wh/kg
Praktische Überlegungen
Bei der Berechnung der Energiedichte in realen Anwendungen müssen außerdem folgende Faktoren berücksichtigt werden:
Masse nichtaktiver Materialien:Nicht aktive Materialien in der Batterie, wie Stromkollektoren, leitfähige Additive, Bindemittel, Separatoren, Elektrolyte und Verpackungsmaterialien, tragen zur Gesamtmasse der Batterie bei. Diese müssen bei der Berechnung der Energiedichte berücksichtigt werden.
Batterieform und Verpackung:Design und Verpackung der Batterie können den Anteil nichtaktiver Materialien beeinflussen, was wiederum die endgültige Energiedichte beeinflusst. Verschiedene Formen und Verpackungsarten weisen unterschiedliche Anteile aktiver und nichtaktiver Materialien auf.
Beispiel
Verwenden wir eine gemeinsame18650Lithium-Ionen-Akkuals Beispiel. Die wichtigsten Parameter sind wie folgt:
- Nennkapazität:2,6 Ah
- Durchschnittliche Betriebsspannung:3,7 V
- Batteriemasse:0,5 kg
Mit der Formel:
Energiedichte =(2,6 Ah × 3,7 V)/(0,5 kg) = 19,24 Wh/kg
In diesem Fall beträgt die Energiedichte der 18650 Lithium-Ionen-Batterie19,24 Wh/kg.
Abschluss
Die Energiedichte ist ein wichtiger Messwert für Lithium-Ionen-Batterien, insbesondere bei der Bewertung ihrer Leistung in Energiespeicheranwendungen. Mithilfe der oben beschriebenen Berechnungsschritte können Sie die Energiedichte einer Lithium-Ionen-Batterie anhand ihrer Nennkapazität, Durchschnittsspannung und Masse schätzen. Das Verständnis der Energiedichte ermöglicht es Herstellern und Verbrauchern, verschiedene Batterieoptionen für Anwendungen wie Elektrofahrzeuge, Unterhaltungselektronik und Speicherlösungen für erneuerbare Energien zu vergleichen.
Veröffentlichungszeit: 20. Januar 2025