اصطلاحات پایه ۳ کتاب راهنمای طراحی باتری لیتیوم یون شیمی

اصطلاحات پایه ۳ کتاب راهنمای طراحی باتری لیتیوم یون شیمی – ایران ترجمه – Irantarjomeh

مقالات ترجمه شده آماده گروه مهندسی صنایع

مقالات ترجمه شده آماده کل گروه های دانشگاهی

مقالات

چگونگی سفارش مقاله

الف – پرداخت وجه بحساب وب سایت ایران ترجمه(شماره حساب)ب- اطلاع جزئیات به ایمیل irantarjomeh@gmail.comشامل: مبلغ پرداختی – شماره فیش / ارجاع و تاریخ پرداخت – مقاله مورد نظر --مقالات آماده سفارش داده شده پس از تایید به ایمیل شما ارسال خواهند شد.

کتاب راهنمای طراحی باتری لیتیوم – یون

شیمی، اجزا، انواع و اصطلاحات

فصل ۳: اصطلاحات پایه

شاید حتی گیج کننده تر از مشخص کردن اندازه یک باتری و یا نوع آن درک و شناخت مناسب اصطلاحات مربوط به این مبحث می باشد. دلیل این ویژگی مرتبط با تعاریف و معانی متعدد اصطلاحات اختصاری است. یک منبع خوب برای شناخت بسیاری از اصطلاحات مختلف که به مراتب کامل تر از این خلاصه می باشد، مشخصه جامعه مهندسین خودرو (SAE) J1715 است. با این حال به یاد داشته باشید که این فهرست مختص موارد کاربردی خودرو است؛ کاربردهای دیگر در خصوص فرآیندهایی نظیر برق قابل حمل، شبکه و انرژی ساکن ممکن است از اصطلاحات مختلف استفاده کنند.

اصطلاحات پایه ۳ کتاب راهنمای طراحی باتری لیتیوم یون شیمی

اصطلاحات صنعت و خودرو

برای شروع ساده، مخفف EV به خودروی برقی (EV) اشاره می کند، خودرویی که بدون موتور احتراق داخلی کاملاَ برقی است. تمامی برق این خودرو از طریق باتری الکتریکی تأمین می شود که منبع محرکه یک یا چند موتور برقی برای نیروی حرکتی و منبع حرکتی تمامی سیستم های دیگر خودرو می باشد. همچنین گاهی اوقات به عنوان خودروهای برقی باتری (BEVs) شناخته شده است، که هر دو عبارت به جای همدیگر بکار گرفته شده اند. مخفف مشابه EV به معنای خودروهای برق دار (EVs) نیز بکار رفته است که به معنای خودروهایی با تمامی فرم های پشتیبان توان الکتریکی شامل میکروهیبریدها، خودروهای برقی هیبرید (HEVs) , خودروهای برقی هیبرید با قابلیت اتصال به برق (PHEVs) و خودروهای برقی باتری دار (BEVs) می باشد. مطابق اهداف این کتاب، از واژه EV تنها برای خودرهای برقی استفاده می کنم.

اصطلاحات پایه ۳ کتاب راهنمای طراحی باتری لیتیوم یون شیمی

اصطلاحات ایستگاهی / ثابت و شبکه ای

ما بطور مختصر چندین اصطلاح کلیدی را شرح می دهیم که در بازار ذخیره انرژی ثابت بزرگ قبلا از این که اصطلاحات خاص باتری را واکاوی کنیم استفاده شده اند. ذخیره انرژی ایستگاهی / ثابت و مبتنی بر شبکه به سیستم های بزرگ و غالبا مگاوات مربوط می شود که شرکت برای ارائه چندین کارکرد جهت پشتیبانی از عملیات شبکه از آنها استفاده می کنند. این کارکردها شامل تأمین فضای ذخیره برای منابع تولید متناوب و تجدیدپذیر نظیر باد و انرژی خورشیدی، واکنش سریع، تنظیم بار، مدیریت کیفیت قدرت و تضمین قابلیت اطمینان خدمات تولید انرژی برق می باشند.

اصطلاحات پایه ۳ کتاب راهنمای طراحی باتری لیتیوم یون شیمی

اصطلاحات باتری

قبل از این که صحبت در مورد طراحی باتری را شروع کنیم، ابتدا لازم است برخی از اصطلاحات مربوط به باتری را بشناسیم. لطفا توجه داشته باشید که این لیست یک فهرست جامع نیست بلکه بیشتر توضیح برخی از رایج ترین اصطلاحاتی است که در صنعت باتری لیتیوم-یون آنها را خواهید یافت.  برای داشتن یک فهرست جامع تر و تعاریف، مجدداَ به خواننده یکی از عبارت های سازمان های استانداردهای صنعتی نظیر عبارت باتری J1715 استاندارد SAE را نشان می دهم.

آمپر – غالباَ به صورت Amp نشان داده شده و یک واحد اندازه گیری جریان باتری است.

آند – آند ترمینال منفی داخل سلول باتری است و معمولا یک قطعه نازک از جنس آلومینیوم بسیار رسانا یا مس است که با گرافیت، کربن یا دیگر مواد رسانای مشابه پوشیده شده است.

سیستم مدیریت باتری (BMS)- BMS سیستم کنترل درون بسته باتری است که متشکل از یک یا چند کنترل کننده الکترونیکی است، که شارژ  و دشارژ، دما و ولتاژ را کنترل کرده، با سیستم حامل ارتباط برقرار کرده، سلول ها را متعادل کرده و قابلیت ایمنی بسته باتری را مدیریت می کند.

میزان C– عبارت C مهم است؛ این اصطلاح به سرعتی اشاره می کند که باتری می تواند شارژ یا دشارژ شود.

ظرفیت – ظرفیت به آمپر ساعت (Ah) اندازه گیری شده و معیار مقدار انرژی در یک سیستم است. ظرفیت به مثابه شلنگی می ماند که آب می تواند از طریق آن جریان یابد. ظرفیت بیشتر معادل شلنگ بزرگتر است.

CARB– CARB یک گروه قانون گذار در کالیفرنیا با دستور تصویب قانونی هستند که کیفیت هوای ایالت را بهبود می بخشد. CARB غالبا همچنین برای انجمن منبع هوا CARB نامیده شده است.

کاتد-کاتد نقطه مقابل آند است و یک ترمینال مثبت در درون سلول باتری است. این قطب معمولا یک قطعه نازک از جنس آلومینیوم یا مس است که با مواد شیمیایی لیتیوم-یون نظیر فسفات لیتیوم-آهن (LFP)، اکسید لیتیوم کبالت (LCO)، اکسید لیتیوم- منگنز (LMO)، لیتیوم-نیکل-منگنز-کبالت (NMC)،  یا مواد شیمیایی لیتیومی دیگر پوشیده شده است.

جریان- جریان اندازه گیری سیلان بار الکتریکی است که ممکن است توسط الکترون هایی که از یک کابل یا برد مدار و توسط یون هایی که از یک الکترولیت بین کاتد و آند عبور می کنند منتقل شود و به آمپر اندازه گیری شده است.

سیکل- عبارت سیکل به فرایند دشارژ و سپس شارژ یک باتری اطلاق می شود. یک دشارژ کامل و سپس شارژ به عنوان یک سیکل شناخته شده است. یک سیکل ممکن است در سطوح مختلف توان و یا ولتاژ یا حتی با استفاده از میزان ثابت شارژ و دشارژ، بسته به نیازهای کاربردی اجرا شود.

عمق دشارژ (DOD)- DOD اندازه گیری مقدار سلول یا بسته باتری است که برای این کاربد انتخاب خواهند شد. شما معمولاَ از باتری لیتیوم-یون تنها بین ۲۰ و ۹۰ درصد کل مقدار انرژی برای جلوگیری از شارژ بیش از اندازه در بالا و مدیریت ولتاژ انتهای پائینی استفاده می کنید.

الکترودها – عبارت الکترودها به زوج ترکیبی آند و کاتد در زمان تجمع در یک سلول باتری اشاره می کند.

الکترولیت – الکترولیت مایع، ژل یا هر ماده دیگری که به عنوان رسانه برای انتقال لیتیوم-یون به صورت رفت و برگشت بین آند و کاتد استفاده شده است.

مایل الکتریک در هر گالن (eMPG)- Empg به مایل الکتریک در هر گالن اطلاق می شود که توسط سازمان حفاظت محیط زیست امریکا (EPA) برای یک مقایسه برابر جهت استفاده مصرف کنندگان از mpg معمول در خودروهای ICE بکار رفته است.

پایان زندگی (EOL)- EOL یک باتری زمانی فرا می رسد که حداکثر توان باتری و انرژی به حدود ۸۰ درصد اندازه گیری های BOL آنها کاهش یابد.

انرژی-اصطلاح انرژی، که به کیلووات برساعت (kWh)اندازه گیری شده است،به مقدار انرژی اطلاق می شود که یک باتری در خود ذخیره می کند،قابل قیاس با اندازه مخزن گاز در نظر گرفته شده است.

چگالی انرژی-چگالی انرژی اندازه گیری مقدار انرژی است که یک سلول یا بسته در رابطه با جرم یا حجم آن را دارد. چگالی انرژی به وات ساعت در هر کیلوگرم (Wh/kg) یا وات ساعت در هر لیتر (Wh/L) اندازه گیری شده است.

سیستم ذخیره سازی انرژی- اصطلاح ESS در شکل های مختلف استفاده شده است،اما بطور کلی به معنای سیستم بسته باتری کامل می باشد. ESS ترکیبی از سلول ها است که از لحاظ مکانیکی و الکتریکی با ساختار مکانیکی، الکترونیکی و حرارتی مناسب برای جای دادن واحد کامل بهم متصل شده اند. در اصل، هر چیزی که در باکس باتری داده شده است. ولتاژ بالای (HV) هر سیستم با یک ولتاژ بیشتر از ۶۰ ولت به عنوان ولتاژ زیاد در نظر گرفته شده است و در این رابطه باید حفاظت های مناسب (حلقه حفاظتی ولتاژ بالا، کابل گذاری پرتغالی و غیره) برای جلوگیری آسیب دیدن پرسنل یا هر فردی که ممکن است با سیستم تماس داشته باشد بعمل آید.

امپدانس- امپدانس اساسا اندازه گیری مقدار مواد درون سلول کند شده است، یا مانع جاری شدن جریان در زمان اعمال ولتاژ می شود.

اصطلاحات پایه ۳ کتاب راهنمای طراحی باتری لیتیوم یون شیمی

LIB– یک مخفف که گاهی اوقات بجای باتری لیتیوم-یون یا li-ion استفاده شده است.

مایل در هر گالن-این معیار اندازه گیری استاندارد بهره وری سوخت است که برای تقریبا تمامی خودروهای موتور احتراقی در امریکا بکار رفته است. در مناطق دیگر، کیلومتر در هر گرم CO2 (kg/CO2) برای همین منظور استفاده شده است.

موازی-یک باتری با اتصالات موازی به سلول هایی اطلاق می شود که بطور موازی وصل شده اند( یعنی مثبت به مثبت،منفی به منفی).

چگالی توان-به کیلووات در هر کیلوگرم (kW/kg) یا کیلووات در هر لیتر (kW/L) اندازه گیری شده است. همانند چگالی انرژی، چگالی توان مقایسه توان یک باتری در رابطه با وزن یا حجم آن است.

پاورنت- اصطلاح پاورنت یک عبارت نسبتا جدید است. این عبارت عمدتا در کشورهای اروپایی توسط خودروسازان برای اشاره به مجموعه ای از فن آوری های آنبرد و نرم افزاری که بطور الکترونیکی راه اندازی شده است بکار رفته است. این اصطلاح معمولا شامل سیستم های سرگرمی، سیستم های رادیویی و ارتباطات، سیستم های ناوبری، و هر چیز دیگری که با برق کار می کند می باشد.

باتری اولیه-یک باتری اولیه باتری است که قابل شارژ نیست. یک مثال از باتری اولیه باتری نوع AA-, C  یا  D است که ممکن است در لوازم برقی خانگی استفاده شود که غالبا با استفاده از ماده شیمی آلکالین ساخته شده اند.

مقاومت. مقاومت به امپدانس مربوط است و اندازه گیری مقدار مواد درون سلول تثبیت شده یا مقاومت شار جریان در زمان اعمال ولتاژ است. این کمیت به اهم اندازه گیری شده و با نماد Ω نشان داده شده است. مقاومت جریان مستقیم بطور کلی در رابطه با اندازه گیری در سطح بسته استفاده شده است. مقاومت جریان مستقیم مقدار تفاوت ولتاژ و جریان را شرح می دهد (عدم تفاوت در جابجایی فازی بین ولتاژ و جریان را فرض می کند).

باتری ثانویه-یک باتری ثانویه بطور ساده باتری است که قابل شارژ است؛ برخی مثال های باتری ثانویه شامل باتری اسیدسرب، نیکل هیدرید فلزو لیتیوم یون می باشد.

جداکننده –جداکننده یک ورقه نازک از مواد غالبا پلاستیکی تک لایه ای یا چند لایه ای(پلی پروپیلن) یا مواد سرامیکی است که آند را برای جلوگیری از تماس با کاتد و یک مدار کوتاه از آن جدا می کند. جداکننده همچنین باید به یون های لیتیوم اجازه دهد بین آند و کاتد عبور کنند.

سری-یک پیکربندی سری به یک گروه بندی از سلول های متصل به صورت سری(منفی به مثبت) اطلاق می شود. اتصال سلول ها به صورت سری ولتاژ کل سیستم را افزایش می دهد. مثال زیر سه سلول را نشان می دهد:فرض می کنیم که این سه سلول مشابه مثال قبلی ۳٫۶ ولت و ۵آمپربر ساعت به صورت سری هستند.

اصطلاحات پایه ۳ کتاب راهنمای طراحی باتری لیتیوم یون شیمی

مدار کوتاه-یک مدار کوتاه زمانی روی می دهد که قطب های مثبت و منفی یا الکترودهای یک باتری بهم متصل شده باشند. دراصل، یک مدار کوتاه یک اتصال دایره ای در یک سلول است که کل جریان را به سلول یا بسته برمی گرداند که در نهایت خیلی سریع به نقص فاجعه بار منجر می شود. این حالت می تواند در درون سلول بخاطر رشد مواد دندریتیک روی دهد که بین آند و کاتد متثل کننده آنها به صورت الکتریکی رشد می کند.

وضعیت شارژ (SOC)-با توجه به این که عمق دشارژ مقدار باتری استفاده شده را محاسبه می کند، SOCمشخص می کند چه مقدار شارژ در یک نقطه خاص قرار دارد. SOC معمولاَ از ۰ تا۱۰۰ درصد اندازه گیری شده است، اما در مقابل عمق تخلیه اندازه گیری شده است. اساساَ SOC به شما می گوید چه مقدار انرژی یا توان را هم اکنون دارید و همانند آمپر بنزین در خودروی شما می باشد(شکل۸).

وضعیت سلامت (SOH)- SOH یک معیار جالب است چون هیچ اندازه گیری استانداردی را نشان نمی دهد؛ شرکت های مختلف باتری ساز، شرکت های کنترل کننده و کاربران تجهیزات برقی ممکن است تعاریف مختلفی داشته باشند. بطور کلی، SOH به وضعیت کنونی سلامتی باتری در مقایسه با شروع حیات آن اطلاق می شوند.

وضعیت حیات (SOL)- SOLغالبا هم معنا با وضعیت سلامت استفاده شده است. با این حال، ممکن است یک الگوریتم مجزا باشد که هدف آن تعیین مقدار طول عمر باقیمانده در باتری برمبنای برخی اندازه گیری های بکار رفته در محاسبه وضعیت سلامت است.

Sox– اصطلاح Sox برای نمایش کل وضعیت محاسبات بطور هم زمان بکار می رود که شامل وضعیت سلامت، وضعیت شارژ، وضعیت حیات است.

ولتاژ (V)- ولتاژ پتانسیل شارژ در یک باتری است، اما روشن شدن موضوع می تواند مشابه با فشار در شلنگ در نظر گرفته شود.

حال یک شناخت پایه از اصطلاحات و زبان ویژه بکار رفته در طراحی باتری را داریم. فصل۴ برخی محاسبات، سؤالات بینادی و روش شناسی انجام یک توسعه مفهومی باتری سطح بالا را بحث می کند.