L'energia della batteria si riferisce all'energia che una batteria può rilasciare sotto un determinato regime di scarica, solitamente espressa in Wh o kW · h. L’energia della batteria è principalmente suddivisa nelle seguenti tipologie:
(1) Energia teorica
Supponendo che la batteria sia in equilibrio durante la scarica, la sua tensione di scarica mantiene il valore della forza elettromotrice (E) e il tasso di utilizzo del materiale attivo è del 100%, cioè la capacità di scarica è la capacità teorica, quindi l'energia prodotta in queste condizioni è l'energia teorica W₀, cioè
(2) Energia effettiva
L'energia effettiva si riferisce all'energia effettivamente prodotta dalla batteria durante la scarica. Numericamente, è uguale all'integrale della tensione di scarica effettiva, della corrente di scarica e del tempo di scarica della batteria, ovvero
Nelle applicazioni pratiche di ingegneria, l'energia effettiva di una batteria viene spesso stimata utilizzando sia la capacità nominale del pacco batteria che la tensione di scarica media della batteria.
Poiché il materiale attivo non può essere completamente utilizzato, la tensione operativa della batteria è sempre inferiore alla sua forza elettromotrice, quindi l'energia effettiva della batteria è sempre inferiore alla sua energia teorica.
(3) Energia totale
L'energia totale si riferisce all'energia elettrica totale prodotta da una batteria durante la sua durata di vita, misurata in Wh.
(4) Energia di ricarica
L'energia di carica si riferisce all'energia elettrica immessa nella batteria durante la carica, misurata in W·h.
(5) Scaricare energia
L'energia di scarica si riferisce all'energia elettrica prodotta dalla batteria durante la scarica, misurata in W·h. L'energia di una batteria, o l'energia che un'unità di massa o un'unità di volume della batteria può produrre, è chiamata energia di massa. La densità della batteria (W·h/kg) e la densità di energia volumetrica (W·h/L), note anche come energia specifica o energia volumetrica, sono indicatori importanti per valutare la qualità delle batterie. Nelle applicazioni per veicoli elettrici, l'energia specifica di una batteria influisce sul peso complessivo del veicolo e sull'autonomia di guida, mentre l'energia volumetrica influisce sullo spazio di posizionamento della batteria. L’energia specifica è anche un indicatore cruciale per confrontare le prestazioni di diversi tipi di batterie. L'energia specifica si divide in energia specifica teorica (W₀) ed energia specifica effettiva (W').
L'energia specifica teorica corrisponde all'energia teorica, ovvero all'energia che teoricamente può essere emessa quando un'unità di massa o un'unità di volume dei reagenti della batteria è completamente scarica. L'energia specifica effettiva corrisponde all'energia effettiva, che rappresenta l'energia effettiva rilasciata quando un'unità di massa o volume unitario di reagenti della batteria è completamente scarica. È caratterizzato dal rapporto tra l'energia effettivamente prodotta dalla batteria e la sua massa (o volume).
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Nella formula, C--rappresenta la massa della batteria; V--rappresenta il volume della batteria. A causa di vari fattori, l’energia specifica effettiva di una batteria è molto inferiore alla sua energia specifica teorica. La relazione tra energia specifica effettiva e teorica può essere espressa come segue:
Nella formula, K_E rappresenta l'efficienza della tensione; K_B rappresenta l'efficienza della reazione; e K_m rappresenta l'efficienza di massa.
Nell'applicazione delle batterie di potenza nei veicoli elettrici, l'energia specifica effettiva del pacco batteria è inferiore all'energia specifica delle singole celle della batteria perché l'installazione del pacco batteria richiede scatole batteria corrispondenti, cavi di collegamento, dispositivi di protezione di corrente e tensione e altri componenti. L'energia specifica del pacco batteria viene calcolata moltiplicando l'energia specifica delle singole celle della batteria per il fattore di imballaggio. Il fattore di imballaggio per una batteria tipica è compreso tra 0,6 e 0,8. Man mano che il livello di progettazione del pacco batteria migliora, l'integrazione del pacco batteria aumenta. Pertanto, l’energia specifica di massa della batteria è spesso un indicatore importante delle prestazioni della batteria. In generale, l’energia specifica di massa della batteria è inferiore di oltre il 20% rispetto all’energia specifica delle singole celle della batteria.
