Удельная энергия аккумулятора: Вт·ч/кг по ячейке и по пакету

Как считается удельная энергия

Энергия сборки в ватт-часах равна ёмкости в ампер-часах, умноженной на номинальное напряжение. Сборка 12S на 16 А·ч при номинале 3,7 В на банку несёт 16 × 44,4 = 710 Вт·ч.

Разделив на фактическую массу, получаем удельную энергию. Shengya SY-12S-44.4V-16Ah из каталога — ровно такая сборка: 710,4 Вт·ч при массе 2,98 кг, то есть 238 Вт·ч/кг.

Число на этикетке бывает больше, и это не жульничество: там показатель голой ячейки, а 238 — пакета в сборе. В пакете есть корпус, межэлементные перемычки, балансировочный шлейф, силовой провод, разъём и усадка. Это 10–20 % массы, которые энергии не несут.

Почему сравнивать нужно по пакету

Взлётная масса аппарата складывается из массы пакета, а не из массы ячеек. Любые расчёты времени полёта, тяговооружённости и полезной нагрузки идут от числа, которое покажут весы.

Доля «лишней» массы сильно зависит от конструкции. Малые пакеты на 1300–2200 мА·ч теряют до 20 %: у них короткие провода, но толстые относительно массы, и разъём весит заметную долю. Большие тяговые сборки теряют 8–12 %.

Практический приём: попросить у поставщика паспортную массу готовой сборки и посчитать Вт·ч/кг самостоятельно. Если реклама выше расчёта на 5–20 %, в ней стоит показатель ячейки; если расчёт с рекламой сходится — производитель указал пакет.

Пример из каталога — полутвердотельные Tattu с надписью «380 Вт·ч/кг»: по паспортным ёмкости, напряжению и массе пакеты дают 333–363 Вт·ч/кг. Расхождение 5–12 % — масса корпуса и проводов, то есть 380 относится к ячейке.

Чем платят за удельную энергию

Током. Энергоёмкие ячейки строят с тонкими токосъёмами и толстыми электродами, у них выше внутреннее сопротивление. 3–5C длительно — типичный потолок там, где высокотоковая ячейка даёт 30C. В каталоге пакеты Xing 6S на 80–100C дают 151–178 Вт·ч/кг, а полутвердотельные Tattu на 333–363 Вт·ч/кг держат 3C длительно и 10C не дольше трёх секунд.

Ресурсом. Это хорошо видно на ячейках с кремниевым анодом Amprius SiCore из каталога: модели на 450 Вт·ч/кг рассчитаны на 125–150 циклов, на 400 Вт·ч/кг — на 200–500, а SA04 на 315 Вт·ч/кг — на 1400.

Поведением на холоде. Ёмкость и отдаваемая мощность на −10 °C у энергоёмких ячеек падают заметнее. Подогрев перед вылетом для них не блажь, а условие получения паспортных цифр.

Что ещё влияет на реальную цифру

Глубина разряда. До 3,0 В на банку доступна почти вся энергия, но такой разряд быстро убивает ячейку. На практике садятся с остатком 20–30 %, и полезная энергия оказывается на столько же ниже паспортной.

Ток разряда. Паспортную ёмкость меряют при 0,2–0,5C. На рабочем токе мультиротора доступная ёмкость ниже на 5–15 % из-за просадки.

Возраст. Сборка, отходившая 200 циклов, обычно отдаёт 90–95 % начальной ёмкости и имеет заметно большее внутреннее сопротивление — оба эффекта складываются.