By hoppt
Όταν η μπαταρία ιόντων λιθίου αποφορτίζεται, η τάση λειτουργίας της αλλάζει συνεχώς με τη συνέχιση του χρόνου. Η τάση λειτουργίας της μπαταρίας χρησιμοποιείται ως τεταγμένη, χρόνος εκφόρτισης ή χωρητικότητα, ή κατάσταση φόρτισης (SOC), ή βάθος εκφόρτισης (DOD) ως τετμημένη και η καμπύλη που σχεδιάζεται ονομάζεται καμπύλη εκφόρτισης. Για να κατανοήσουμε τη χαρακτηριστική καμπύλη εκφόρτισης μιας μπαταρίας, πρέπει πρώτα να κατανοήσουμε την τάση της μπαταρίας καταρχήν.
Για να σχηματιστεί η αντίδραση ηλεκτροδίου, η μπαταρία πρέπει να πληροί τις ακόλουθες προϋποθέσεις: η διαδικασία απώλειας του ηλεκτρονίου στη χημική αντίδραση (π.χ. διαδικασία οξείδωσης) και η διαδικασία λήψης του ηλεκτρονίου (δηλ. διαδικασία αντίδρασης αναγωγής) πρέπει να διαχωρίζονται σε δύο διαφορετικές περιοχές, που διαφέρει από τη γενική αντίδραση οξειδοαναγωγής. η αντίδραση οξειδοαναγωγής της δραστικής ουσίας δύο ηλεκτροδίων πρέπει να μεταδίδεται από το εξωτερικό κύκλωμα, το οποίο είναι διαφορετικό από την αντίδραση της μικρομπαταρίας στη διαδικασία διάβρωσης μετάλλου. Η τάση της μπαταρίας είναι η διαφορά δυναμικού μεταξύ του θετικού ηλεκτροδίου και του αρνητικού ηλεκτροδίου. Οι συγκεκριμένες βασικές παράμετροι περιλαμβάνουν την τάση ανοιχτού κυκλώματος, την τάση λειτουργίας, την τάση διακοπής φόρτισης και εκφόρτισης κ.λπ.
Το δυναμικό ηλεκτροδίου αναφέρεται στη βύθιση ενός στερεού υλικού στο διάλυμα του ηλεκτρολύτη, που δείχνει το ηλεκτρικό αποτέλεσμα, δηλαδή τη διαφορά δυναμικού μεταξύ της επιφάνειας του μετάλλου και του διαλύματος. Αυτή η διαφορά δυναμικού ονομάζεται δυναμικό του μετάλλου στο διάλυμα ή δυναμικό του ηλεκτροδίου. Εν ολίγοις, το δυναμικό του ηλεκτροδίου είναι μια τάση για ένα ιόν ή άτομο να αποκτήσει ένα ηλεκτρόνιο.
Επομένως, για ένα συγκεκριμένο θετικό ηλεκτρόδιο ή υλικό αρνητικού ηλεκτροδίου, όταν τοποθετείται σε έναν ηλεκτρολύτη με άλας λιθίου, το δυναμικό του ηλεκτροδίου εκφράζεται ως:
Όπου φ c είναι το δυναμικό ηλεκτροδίου αυτής της ουσίας. Το τυπικό δυναμικό ηλεκτροδίου υδρογόνου ορίστηκε να είναι 0.0 V.
Η ηλεκτροκινητική δύναμη της μπαταρίας είναι η θεωρητική τιμή που υπολογίζεται σύμφωνα με την αντίδραση της μπαταρίας χρησιμοποιώντας τη θερμοδυναμική μέθοδο, δηλαδή η διαφορά μεταξύ του δυναμικού ηλεκτροδίου ισορροπίας της μπαταρίας και των θετικών και αρνητικών ηλεκτροδίων όταν διακόπτεται το κύκλωμα είναι η μέγιστη τιμή ότι η μπαταρία μπορεί να δώσει την τάση. Στην πραγματικότητα, τα θετικά και αρνητικά ηλεκτρόδια δεν βρίσκονται απαραίτητα σε κατάσταση θερμοδυναμικής ισορροπίας στον ηλεκτρολύτη, δηλαδή, το δυναμικό του ηλεκτροδίου που δημιουργείται από τα θετικά και αρνητικά ηλεκτρόδια της μπαταρίας στο διάλυμα ηλεκτρολύτη συνήθως δεν είναι το δυναμικό του ηλεκτροδίου ισορροπίας. Η τάση ανοιχτού κυκλώματος της μπαταρίας είναι γενικά μικρότερη από την ηλεκτροκινητική της δύναμη. Για την αντίδραση ηλεκτροδίου:
Λαμβάνοντας υπόψη τη μη τυπική κατάσταση του αντιδρώντος συστατικού και τη δραστηριότητα (ή τη συγκέντρωση) του ενεργού συστατικού με την πάροδο του χρόνου, η πραγματική τάση ανοιχτού κυκλώματος του στοιχείου τροποποιείται από την εξίσωση ενέργειας:
Όπου R είναι η σταθερά του αερίου, T είναι η θερμοκρασία της αντίδρασης και a είναι η δραστηριότητα ή η συγκέντρωση του συστατικού. Η τάση ανοιχτού κυκλώματος της μπαταρίας εξαρτάται από τις ιδιότητες του υλικού θετικού και αρνητικού ηλεκτροδίου, τον ηλεκτρολύτη και τις συνθήκες θερμοκρασίας και είναι ανεξάρτητη από τη γεωμετρία και το μέγεθος της μπαταρίας. Η προετοιμασία υλικού ηλεκτροδίου ιόντων λιθίου στον πόλο και το μεταλλικό φύλλο λιθίου συναρμολογημένο σε μισή μπαταρία κουμπιού, μπορεί να μετρήσει το υλικό του ηλεκτροδίου σε διαφορετική κατάσταση SOC ανοικτής τάσης, η καμπύλη ανοιχτής τάσης είναι η αντίδραση κατάστασης φόρτισης υλικού ηλεκτροδίου, η ανοικτή πτώση τάσης αποθήκευσης μπαταρίας, αλλά όχι πολύ μεγάλο, εάν η ανοιχτή πτώση τάσης πολύ γρήγορα ή το πλάτος είναι μη φυσιολογικό φαινόμενο. Η αλλαγή της επιφανειακής κατάστασης των διπολικών δραστικών ουσιών και η αυτοεκφόρτιση της μπαταρίας είναι οι κύριοι λόγοι για τη μείωση της τάσης ανοιχτού κυκλώματος στην αποθήκευση, συμπεριλαμβανομένης της αλλαγής του στρώματος μάσκας του πίνακα υλικού θετικού και αρνητικού ηλεκτροδίου. την αλλαγή δυναμικού που προκαλείται από τη θερμοδυναμική αστάθεια του ηλεκτροδίου, τη διάλυση και την καθίζηση ξένων ακαθαρσιών μετάλλων και το μικροβραχυκύκλωμα που προκαλείται από το διάφραγμα μεταξύ του θετικού και του αρνητικού ηλεκτροδίου. Όταν η μπαταρία ιόντων λιθίου γερνάει, η αλλαγή της τιμής K (πτώση τάσης) είναι η διαδικασία σχηματισμού και σταθερότητας του φιλμ SEI στην επιφάνεια του υλικού του ηλεκτροδίου. Εάν η πτώση τάσης είναι πολύ μεγάλη, υπάρχει μικροβραχυκύκλωμα μέσα και η μπαταρία κρίνεται ότι δεν είναι κατάλληλη.
Όταν το ρεύμα διέρχεται από το ηλεκτρόδιο, το φαινόμενο ότι το ηλεκτρόδιο αποκλίνει από το δυναμικό του ηλεκτροδίου ισορροπίας ονομάζεται πόλωση και η πόλωση δημιουργεί το υπερδυναμικό. Σύμφωνα με τα αίτια της πόλωσης, η πόλωση μπορεί να χωριστεί σε ωμική πόλωση, πόλωση συγκέντρωσης και ηλεκτροχημική πόλωση. ΣΥΚΟ. 2 είναι η τυπική καμπύλη εκφόρτισης της μπαταρίας και η επίδραση διαφόρων πόλωσης στην τάση.
Εικόνα 1. Τυπική καμπύλη εκφόρτισης και πόλωση
(1) Ωμική πόλωση: που προκαλείται από την αντίσταση κάθε τμήματος της μπαταρίας, η τιμή πτώσης πίεσης ακολουθεί το νόμο του Ohm, το ρεύμα μειώνεται, η πόλωση μειώνεται αμέσως και το ρεύμα εξαφανίζεται αμέσως μετά τη διακοπή της.
(2) Ηλεκτροχημική πόλωση: η πόλωση προκαλείται από την αργή ηλεκτροχημική αντίδραση στην επιφάνεια του ηλεκτροδίου. Μειώθηκε σημαντικά εντός του επιπέδου μικροδευτερόλεπτου καθώς το ρεύμα γίνεται μικρότερο.
(3) Πόλωση συγκέντρωσης: λόγω της επιβράδυνσης της διαδικασίας διάχυσης ιόντων στο διάλυμα, η διαφορά συγκέντρωσης μεταξύ της επιφάνειας του ηλεκτροδίου και του σώματος του διαλύματος πολώνεται υπό ένα ορισμένο ρεύμα. Αυτή η πόλωση μειώνεται ή εξαφανίζεται καθώς το ηλεκτρικό ρεύμα μειώνεται στα μακροσκοπικά δευτερόλεπτα (λίγα δευτερόλεπτα έως δεκάδες δευτερόλεπτα).
Η εσωτερική αντίσταση της μπαταρίας αυξάνεται με την αύξηση του ρεύματος εκφόρτισης της μπαταρίας, η οποία οφείλεται κυρίως στο ότι το μεγάλο ρεύμα εκφόρτισης αυξάνει την τάση πόλωσης της μπαταρίας και όσο μεγαλύτερο είναι το ρεύμα εκφόρτισης, τόσο πιο εμφανής είναι η τάση πόλωσης, όπως φαίνεται στο Σχήμα 2. Σύμφωνα με το νόμο του Ohm: V=E0-IRT, με την αύξηση της εσωτερικής συνολικής αντίστασης RT, ο χρόνος που απαιτείται για να φτάσει η τάση της μπαταρίας στην τάση διακοπής εκφόρτισης μειώνεται αντίστοιχα, επομένως μειώνεται και η ικανότητα απελευθέρωσης μειωμένος.
Εικόνα 2. Επίδραση της πυκνότητας ρεύματος στην πόλωση
Η μπαταρία ιόντων λιθίου είναι ουσιαστικά ένα είδος μπαταρίας συγκέντρωσης ιόντων λιθίου. Η διαδικασία φόρτισης και εκφόρτισης της μπαταρίας ιόντων λιθίου είναι η διαδικασία ενσωμάτωσης και απογύμνωσης ιόντων λιθίου στα θετικά και αρνητικά ηλεκτρόδια. Οι παράγοντες που επηρεάζουν την πόλωση των μπαταριών ιόντων λιθίου περιλαμβάνουν:
(1) Η επίδραση του ηλεκτρολύτη: η χαμηλή αγωγιμότητα του ηλεκτρολύτη είναι ο κύριος λόγος για την πόλωση των μπαταριών ιόντων λιθίου. Στο γενικό εύρος θερμοκρασίας, η αγωγιμότητα του ηλεκτρολύτη που χρησιμοποιείται για τις μπαταρίες ιόντων λιθίου είναι γενικά μόνο 0.01~0.1 S/cm, που είναι το ένα τοις εκατό του υδατικού διαλύματος. Επομένως, όταν οι μπαταρίες ιόντων λιθίου εκφορτίζονται με υψηλό ρεύμα, είναι πολύ αργά να συμπληρωθεί το Li + από τον ηλεκτρολύτη και θα συμβεί το φαινόμενο της πόλωσης. Η βελτίωση της αγωγιμότητας του ηλεκτρολύτη είναι ο βασικός παράγοντας για τη βελτίωση της ικανότητας εκφόρτισης υψηλού ρεύματος των μπαταριών ιόντων λιθίου.
(2) Η επίδραση θετικών και αρνητικών υλικών: το μεγαλύτερο κανάλι θετικού και αρνητικού υλικού μεγάλα σωματίδια ιόντων λιθίου διαχέονται στην επιφάνεια, το οποίο δεν ευνοεί την εκφόρτιση μεγάλου ρυθμού.
(3) Αγωγός παράγοντας: το περιεχόμενο του αγώγιμου παράγοντα είναι ένας σημαντικός παράγοντας που επηρεάζει την απόδοση εκφόρτισης υψηλής αναλογίας. Εάν το περιεχόμενο του αγώγιμου παράγοντα στον τύπο της καθόδου είναι ανεπαρκές, τα ηλεκτρόνια δεν μπορούν να μεταφερθούν εγκαίρως όταν εκφορτιστεί το μεγάλο ρεύμα και η εσωτερική αντίσταση πόλωσης αυξάνεται γρήγορα, έτσι ώστε η τάση της μπαταρίας να μειώνεται γρήγορα στην τάση αποκοπής εκφόρτισης .
(4) Η επίδραση του σχεδιασμού του πόλου: πάχος πόλου: στην περίπτωση μεγάλης εκφόρτισης ρεύματος, η ταχύτητα αντίδρασης των δραστικών ουσιών είναι πολύ γρήγορη, γεγονός που απαιτεί ιόν λιθίου να ενσωματωθεί γρήγορα και να αποκολληθεί στο υλικό. Εάν η πλάκα πόλων είναι παχιά και η διαδρομή διάχυσης ιόντων λιθίου αυξάνεται, η κατεύθυνση του πάχους του πόλου θα παράγει μια μεγάλη κλίση συγκέντρωσης ιόντων λιθίου.
Πυκνότητα συμπύκνωσης: η πυκνότητα συμπίεσης του φύλλου πόλου είναι μεγαλύτερη, ο πόρος γίνεται μικρότερος και η διαδρομή κίνησης ιόντων λιθίου στην κατεύθυνση του πάχους του φύλλου πόλου είναι μεγαλύτερη. Επιπλέον, εάν η πυκνότητα συμπίεσης είναι πολύ μεγάλη, η περιοχή επαφής μεταξύ του υλικού και του ηλεκτρολύτη μειώνεται, η θέση αντίδρασης του ηλεκτροδίου μειώνεται και η εσωτερική αντίσταση της μπαταρίας θα αυξηθεί επίσης.
(5) Η επίδραση της μεμβράνης SEI: ο σχηματισμός της μεμβράνης SEI αυξάνει την αντίσταση της διεπιφάνειας ηλεκτροδίου/ηλεκτρολύτη, με αποτέλεσμα την υστέρηση ή την πόλωση της τάσης.
Η τάση λειτουργίας, γνωστή και ως τελική τάση, αναφέρεται στη διαφορά δυναμικού μεταξύ των θετικών και αρνητικών ηλεκτροδίων της μπαταρίας όταν το ρεύμα ρέει στο κύκλωμα σε κατάσταση λειτουργίας. Στην κατάσταση λειτουργίας της εκφόρτισης της μπαταρίας, όταν το ρεύμα ρέει μέσω της μπαταρίας, θα πρέπει να ξεπεραστεί η αντίσταση που προκαλείται από την εσωτερική αντίσταση, η οποία θα προκαλέσει πτώση ωμικής πίεσης και πόλωση ηλεκτροδίου, έτσι ώστε η τάση εργασίας να είναι πάντα χαμηλότερη από την τάση ανοιχτού κυκλώματος. και κατά τη φόρτιση, η τελική τάση είναι πάντα υψηλότερη από την τάση ανοιχτού κυκλώματος. Δηλαδή, το αποτέλεσμα της πόλωσης κάνει την τελική τάση της εκφόρτισης της μπαταρίας χαμηλότερη από το ηλεκτροκινητικό δυναμικό της μπαταρίας, το οποίο είναι υψηλότερο από το ηλεκτροκινητικό δυναμικό της φορτισμένης μπαταρίας.
Λόγω της ύπαρξης φαινομένου πόλωσης, η στιγμιαία τάση και η πραγματική τάση στη διαδικασία φόρτισης και εκφόρτισης. Κατά τη φόρτιση, η στιγμιαία τάση είναι ελαφρώς υψηλότερη από την πραγματική τάση, η πόλωση εξαφανίζεται και η τάση πέφτει όταν η στιγμιαία τάση και η πραγματική τάση μειώνονται μετά την εκφόρτιση.
Για να συνοψίσουμε την παραπάνω περιγραφή, η έκφραση είναι:
Τα E +, E- αντιπροσωπεύουν τα δυναμικά των θετικών και αρνητικών ηλεκτροδίων, αντίστοιχα, τα E + 0 και E--0 αντιπροσωπεύουν το δυναμικό του ηλεκτροδίου ισορροπίας των θετικών και αρνητικών ηλεκτροδίων, αντίστοιχα, το VR αντιπροσωπεύει την ωμική τάση πόλωσης και η + , η - αντιπροσωπεύουν το υπερδυναμικό των θετικών και αρνητικών ηλεκτροδίων, αντίστοιχα.
Μετά από μια βασική κατανόηση της τάσης της μπαταρίας, αρχίσαμε να αναλύουμε την καμπύλη εκφόρτισης των μπαταριών ιόντων λιθίου. Η καμπύλη εκφόρτισης αντανακλά βασικά την κατάσταση του ηλεκτροδίου, η οποία είναι η υπέρθεση των αλλαγών κατάστασης των θετικών και αρνητικών ηλεκτροδίων.
Η καμπύλη τάσης των μπαταριών ιόντων λιθίου σε όλη τη διαδικασία εκφόρτισης μπορεί να χωριστεί σε τρία στάδια
1) Στο αρχικό στάδιο της μπαταρίας, η τάση πέφτει γρήγορα και όσο μεγαλύτερος είναι ο ρυθμός εκφόρτισης, τόσο πιο γρήγορα πέφτει η τάση.
2) Η τάση της μπαταρίας εισέρχεται σε ένα στάδιο αργής αλλαγής, το οποίο ονομάζεται περιοχή πλατφόρμας της μπαταρίας. Όσο μικρότερος είναι ο ρυθμός εκκένωσης,
Όσο μεγαλύτερη είναι η διάρκεια της περιοχής της πλατφόρμας, τόσο μεγαλύτερη είναι η τάση της πλατφόρμας, τόσο πιο αργή είναι η πτώση τάσης.
3) Όταν η ισχύς της μπαταρίας έχει σχεδόν τελειώσει, η τάση φορτίου της μπαταρίας αρχίζει να πέφτει απότομα μέχρι να επιτευχθεί η τάση διακοπής εκφόρτισης.
Κατά τη διάρκεια της δοκιμής, υπάρχουν δύο τρόποι συλλογής δεδομένων
(1) Συλλέξτε τα δεδομένα του ρεύματος, της τάσης και του χρόνου σύμφωνα με το καθορισμένο χρονικό διάστημα Δ t.
(2) Συλλέξτε τα δεδομένα ρεύματος, τάσης και χρόνου σύμφωνα με την καθορισμένη διαφορά αλλαγής τάσης Δ V. Η ακρίβεια του εξοπλισμού φόρτισης και εκφόρτισης περιλαμβάνει κυρίως την ακρίβεια ρεύματος, την ακρίβεια τάσης και την ακρίβεια χρόνου. Ο Πίνακας 2 δείχνει τις παραμέτρους εξοπλισμού μιας συγκεκριμένης μηχανής φόρτισης και εκφόρτισης, όπου το% FS αντιπροσωπεύει το ποσοστό του πλήρους εύρους και το 0.05% RD αναφέρεται στο μετρούμενο σφάλμα εντός του εύρους 0.05% της ένδειξης. Ο εξοπλισμός φόρτισης και εκφόρτισης χρησιμοποιεί γενικά πηγή σταθερού ρεύματος CNC αντί για αντίσταση φορτίου για φορτίο, έτσι ώστε η τάση εξόδου της μπαταρίας να μην έχει καμία σχέση με την αντίσταση σειράς ή την παρασιτική αντίσταση στο κύκλωμα, αλλά σχετίζεται μόνο με την τάση E και την εσωτερική αντίσταση r και το ρεύμα κυκλώματος I της ιδανικής πηγής τάσης που ισοδυναμεί με την μπαταρία. Εάν η αντίσταση χρησιμοποιείται για φορτίο, ορίστε την τάση της ιδανικής πηγής τάσης της μπαταρίας σε E, η εσωτερική αντίσταση είναι r και η αντίσταση φορτίου είναι R. Μετρήστε την τάση και στα δύο άκρα της αντίστασης φορτίου με την τάση μετρητή, όπως φαίνεται στο παραπάνω σχήμα στο Σχήμα 6. Ωστόσο, στην πράξη, υπάρχουν αντίσταση ηλεκτροδίων και αντίσταση επαφής εξαρτήματος (ομοιόμορφη παρασιτική αντίσταση) στο κύκλωμα. Το ισοδύναμο διάγραμμα κυκλώματος που φαίνεται στο ΣΧ. 3 φαίνεται στο παρακάτω σχήμα του ΣΧ. 3. Στην πράξη, η παρασιτική αντίσταση εισάγεται αναπόφευκτα, έτσι ώστε η συνολική αντίσταση φορτίου να γίνεται μεγάλη, αλλά η μετρούμενη τάση είναι η τάση και στα δύο άκρα της αντίστασης φορτίου R, οπότε εισάγεται το σφάλμα.
Εικ. 3 Το αρχικό μπλοκ διάγραμμα και το πραγματικό ισοδύναμο διάγραμμα κυκλώματος της μεθόδου εκφόρτισης αντίστασης
Όταν η πηγή σταθερού ρεύματος με το ρεύμα I1 χρησιμοποιείται ως φορτίο, το σχηματικό διάγραμμα και το πραγματικό ισοδύναμο διάγραμμα κυκλώματος φαίνονται στο Σχήμα 7. Τα E, I1 είναι σταθερές τιμές και το r είναι σταθερό για ορισμένο χρόνο.
Από τον παραπάνω τύπο, μπορούμε να δούμε ότι οι δύο τάσεις του Α και του Β είναι σταθερές, δηλαδή, η τάση εξόδου της μπαταρίας δεν σχετίζεται με το μέγεθος της αντίστασης σειράς στον βρόχο και φυσικά δεν έχει καμία σχέση με την παρασιτική αντίσταση. Επιπλέον, η λειτουργία μέτρησης τεσσάρων ακροδεκτών μπορεί να επιτύχει μια πιο ακριβή μέτρηση της τάσης εξόδου της μπαταρίας.
Σχήμα 4 Μπλοκ διάγραμμα Equip και πραγματικό ισοδύναμο διάγραμμα κυκλώματος φορτίου πηγής σταθερού ρεύματος
Η παράλληλη πηγή είναι μια συσκευή τροφοδοσίας που μπορεί να παρέχει σταθερό ρεύμα στο φορτίο. Μπορεί ακόμα να διατηρήσει σταθερό το ρεύμα εξόδου όταν το εξωτερικό τροφοδοτικό παρουσιάζει διακυμάνσεις και αλλάζουν τα χαρακτηριστικά σύνθετης αντίστασης.
Ο εξοπλισμός δοκιμής φόρτισης και εκφόρτισης χρησιμοποιεί γενικά τη συσκευή ημιαγωγών ως στοιχείο ροής. Ρυθμίζοντας το σήμα ελέγχου της συσκευής ημιαγωγών, μπορεί να προσομοιώσει ένα φορτίο διαφορετικών χαρακτηριστικών όπως σταθερό ρεύμα, σταθερή πίεση και σταθερή αντίσταση και ούτω καθεξής. Η δοκιμαστική λειτουργία εκφόρτισης μπαταρίας ιόντων λιθίου περιλαμβάνει κυρίως εκφόρτιση σταθερού ρεύματος, εκφόρτιση σταθερής αντίστασης, εκφόρτιση σταθερής ισχύος κ.λπ. η διαλειμματική εκφόρτιση μπορεί να χωριστεί σε διαλείπουσα εκφόρτιση και παλμική εκφόρτιση. Κατά τη διάρκεια της δοκιμής αποφόρτισης, η μπαταρία αποφορτίζεται σύμφωνα με τον καθορισμένο τρόπο λειτουργίας και σταματά να αποφορτίζεται αφού φτάσει τις καθορισμένες συνθήκες. Οι συνθήκες διακοπής εκφόρτισης περιλαμβάνουν ρύθμιση διακοπής τάσης, ρύθμιση χρόνου διακοπής, ρύθμιση διακοπής χωρητικότητας, ρύθμιση αρνητικής διαβάθμισης τάσης, κ.λπ. Η αλλαγή της τάσης εκφόρτισης της μπαταρίας σχετίζεται με το σύστημα εκφόρτισης, που Δηλαδή, η αλλαγή της καμπύλης εκφόρτισης επηρεάζεται επίσης από το σύστημα εκφόρτισης, συμπεριλαμβανομένων: ρεύμα εκφόρτισης, θερμοκρασία εκφόρτισης, τάση τερματισμού εκφόρτισης. διακοπτόμενη ή συνεχής εκφόρτιση. Όσο μεγαλύτερο είναι το ρεύμα εκφόρτισης, τόσο πιο γρήγορα πέφτει η τάση λειτουργίας. με τη θερμοκρασία εκφόρτισης, η καμπύλη εκφόρτισης αλλάζει απαλά.
(1) Εκφόρτιση σταθερού ρεύματος
Κατά την εκφόρτιση σταθερού ρεύματος, ορίζεται η τρέχουσα τιμή και, στη συνέχεια, επιτυγχάνεται η τρέχουσα τιμή ρυθμίζοντας την πηγή σταθερού ρεύματος CNC, έτσι ώστε να πραγματοποιηθεί η εκφόρτιση σταθερού ρεύματος της μπαταρίας. Ταυτόχρονα, συλλέγεται η αλλαγή της τελικής τάσης της μπαταρίας για να ανιχνευθούν τα χαρακτηριστικά εκφόρτισης της μπαταρίας. Η εκφόρτιση σταθερού ρεύματος είναι η εκφόρτιση του ίδιου ρεύματος εκφόρτισης, αλλά η τάση της μπαταρίας συνεχίζει να πέφτει, επομένως η ισχύς συνεχίζει να πέφτει. Το σχήμα 5 είναι η καμπύλη τάσης και ρεύματος της εκφόρτισης σταθερού ρεύματος των μπαταριών ιόντων λιθίου. Λόγω της σταθερής εκφόρτισης ρεύματος, ο άξονας του χρόνου μετατρέπεται εύκολα στον άξονα χωρητικότητας (το γινόμενο ρεύματος και χρόνου). Το σχήμα 5 δείχνει την καμπύλη τάσης-χωρητικότητας σε σταθερή εκφόρτιση ρεύματος. Η εκφόρτιση σταθερού ρεύματος είναι η πιο συχνά χρησιμοποιούμενη μέθοδος εκφόρτισης στις δοκιμές μπαταριών ιόντων λιθίου.
Σχήμα 5 Καμπύλες φόρτισης σταθερής τάσης σταθερού ρεύματος και εκφόρτισης σταθερού ρεύματος σε διαφορετικούς ρυθμούς πολλαπλασιαστή
(2) Σταθερή εκφόρτιση ισχύος
Όταν η σταθερή ισχύς αποφορτιστεί, πρώτα ρυθμίζεται η τιμή σταθερής ισχύος P και συλλέγεται η τάση εξόδου U της μπαταρίας. Στη διαδικασία εκφόρτισης, το P απαιτείται να είναι σταθερό, αλλά το U αλλάζει συνεχώς, επομένως είναι απαραίτητο να ρυθμίζεται συνεχώς το ρεύμα I της πηγής σταθερού ρεύματος CNC σύμφωνα με τον τύπο I = P / U για να επιτευχθεί ο σκοπός της σταθερής εκφόρτισης ισχύος . Διατηρήστε την ισχύ εκφόρτισης αμετάβλητη, επειδή η τάση της μπαταρίας συνεχίζει να πέφτει κατά τη διαδικασία εκφόρτισης, επομένως το ρεύμα στη σταθερή εκφόρτιση ισχύος συνεχίζει να αυξάνεται. Λόγω της σταθερής εκφόρτισης ισχύος, ο άξονας συντεταγμένων χρόνου μετατρέπεται εύκολα στον άξονα συντεταγμένων ενέργειας (το γινόμενο ισχύος και χρόνου).
Σχήμα 6 Καμπύλες φόρτισης και εκφόρτισης σταθερής ισχύος με διαφορετικούς ρυθμούς διπλασιασμού
Σύγκριση μεταξύ εκφόρτισης σταθερού ρεύματος και εκφόρτισης σταθερής ισχύος
Σχήμα 7: (α) Διάγραμμα χωρητικότητας φόρτισης και εκφόρτισης σε διαφορετικές αναλογίες. (β) καμπύλη φόρτισης και εκφόρτισης
Το Σχήμα 7 δείχνει τα αποτελέσματα διαφορετικών δοκιμών αναλογίας φόρτισης και εκφόρτισης στους δύο τρόπους λειτουργίας του μπαταρία φωσφορικού σιδήρου λιθίου. Σύμφωνα με την καμπύλη χωρητικότητας στο ΣΧ. 7 (α), με την αύξηση του ρεύματος φόρτισης και εκφόρτισης στη λειτουργία σταθερού ρεύματος, η πραγματική χωρητικότητα φόρτισης και εκφόρτισης της μπαταρίας σταδιακά μειώνεται, αλλά το εύρος αλλαγής είναι σχετικά μικρό. Η πραγματική χωρητικότητα φόρτισης και εκφόρτισης της μπαταρίας μειώνεται σταδιακά με την αύξηση της ισχύος, και όσο μεγαλύτερος είναι ο πολλαπλασιαστής, τόσο πιο γρήγορα μειώνεται η χωρητικότητα. Η χωρητικότητα εκφόρτισης ταχύτητας 1 ώρας είναι χαμηλότερη από τη λειτουργία σταθερής ροής. Ταυτόχρονα, όταν ο ρυθμός φόρτισης-εκφόρτισης είναι χαμηλότερος από τον ρυθμό των 5 ωρών, η χωρητικότητα της μπαταρίας είναι υψηλότερη υπό τη συνθήκη σταθερής ισχύος, ενώ η χωρητικότητα της μπαταρίας είναι υψηλότερη από την ταχύτητα 5 ωρών είναι υψηλότερη υπό τη συνθήκη σταθερού ρεύματος.
Από το σχήμα 7 (β) δείχνει την καμπύλη χωρητικότητας-τάσης, υπό την προϋπόθεση χαμηλής αναλογίας, μπαταρία φωσφορικού σιδήρου λιθίου δύο τρόπων καμπύλης χωρητικότητας-τάσης και η αλλαγή της πλατφόρμας τάσης φόρτισης και εκφόρτισης δεν είναι μεγάλη, αλλά υπό την προϋπόθεση της υψηλής αναλογίας, σταθερό ρεύμα-σταθερή τάση λειτουργίας σταθερού χρόνου τάσης σημαντικά μεγαλύτερο, και η πλατφόρμα τάσης φόρτισης αυξήθηκε σημαντικά, η πλατφόρμα τάσης εκφόρτισης μειώνεται σημαντικά.
(3) Εκκένωση σταθερής αντίστασης
Κατά την εκφόρτιση σταθερής αντίστασης, μια σταθερή τιμή αντίστασης ορίζεται πρώτα για τη συλλογή της τάσης εξόδου της μπαταρίας U. Κατά τη διαδικασία εκφόρτισης, το R απαιτείται να είναι σταθερό, αλλά το U αλλάζει συνεχώς, επομένως η τιμή ρεύματος I του σταθερού ρεύματος CNC Η πηγή πρέπει να ρυθμίζεται συνεχώς σύμφωνα με τον τύπο I=U / R για να επιτευχθεί ο σκοπός της εκκένωσης σταθερής αντίστασης. Η τάση της μπαταρίας μειώνεται πάντα στη διαδικασία εκφόρτισης και η αντίσταση είναι η ίδια, επομένως το ρεύμα εκφόρτισης I είναι επίσης μια φθίνουσα διαδικασία.
(4) Συνεχής εκφόρτιση, διαλείπουσα εκκένωση και παλμική εκκένωση
Η μπαταρία αποφορτίζεται με σταθερό ρεύμα, σταθερή ισχύ και σταθερή αντίσταση, ενώ χρησιμοποιεί τη λειτουργία χρονισμού για να πραγματοποιήσει τον έλεγχο της συνεχούς εκφόρτισης, της διακοπτόμενης εκφόρτισης και της παλμικής εκφόρτισης. Το σχήμα 11 δείχνει τις καμπύλες ρεύματος και τις καμπύλες τάσης μιας τυπικής δοκιμής φόρτισης/εκφόρτισης παλμού.
Σχήμα 8 Καμπύλες ρεύματος και καμπύλες τάσης για τυπικές δοκιμές παλμικής φόρτισης-εκφόρτισης
Η καμπύλη εκφόρτισης αναφέρεται στην καμπύλη της τάσης, του ρεύματος, της χωρητικότητας και άλλων μεταβολών της μπαταρίας με την πάροδο του χρόνου κατά τη διάρκεια της διαδικασίας εκφόρτισης. Οι πληροφορίες που περιέχονται στην καμπύλη φόρτισης και εκφόρτισης είναι πολύ πλούσιες, συμπεριλαμβανομένης της χωρητικότητας, της ενέργειας, της τάσης λειτουργίας και της πλατφόρμας τάσης, της σχέσης μεταξύ του δυναμικού του ηλεκτροδίου και της κατάστασης φόρτισης κ.λπ. Τα κύρια δεδομένα που καταγράφονται κατά τη δοκιμή εκφόρτισης είναι ο χρόνος εξέλιξη του ρεύματος και της τάσης. Πολλές παράμετροι μπορούν να ληφθούν από αυτά τα βασικά δεδομένα. Τα ακόλουθα περιγράφουν τις παραμέτρους που μπορούν να ληφθούν από την καμπύλη εκφόρτισης.
(1) Τάση
Στη δοκιμή εκφόρτισης της μπαταρίας ιόντων λιθίου, οι παράμετροι τάσης περιλαμβάνουν κυρίως πλατφόρμα τάσης, διάμεση τάση, μέση τάση, τάση διακοπής κ.λπ. Η τάση πλατφόρμας είναι η αντίστοιχη τιμή τάσης όταν η αλλαγή τάσης είναι ελάχιστη και η αλλαγή χωρητικότητας είναι μεγάλη , το οποίο μπορεί να ληφθεί από την τιμή κορυφής dQ / dV. Η διάμεση τάση είναι η αντίστοιχη τιμή τάσης του μισού της χωρητικότητας της μπαταρίας. Για υλικά πιο εμφανή στην πλατφόρμα, όπως φωσφορικό λίθιο και τιτανικό λίθιο, η διάμεση τάση είναι η τάση της πλατφόρμας. Η μέση τάση είναι το ενεργό εμβαδόν της καμπύλης τάσης-χωρητικότητας (δηλαδή, ενέργεια εκφόρτισης μπαταρίας) διαιρούμενη με τον τύπο υπολογισμού χωρητικότητας είναι u = U (t) * I (t) dt / I (t) dt. Η τάση διακοπής αναφέρεται στην ελάχιστη επιτρεπόμενη τάση όταν η μπαταρία αποφορτίζεται. Εάν η τάση είναι χαμηλότερη από την τάση διακοπής εκφόρτισης, η τάση και στα δύο άκρα της μπαταρίας θα πέσει γρήγορα, σχηματίζοντας υπερβολική εκφόρτιση. Η υπερβολική εκφόρτιση μπορεί να προκαλέσει βλάβη στη δραστική ουσία του ηλεκτροδίου, να χάσει την ικανότητα αντίδρασης και να μειώσει τη διάρκεια ζωής της μπαταρίας. Όπως περιγράφεται στο πρώτο μέρος, η τάση της μπαταρίας σχετίζεται με την κατάσταση φόρτισης του υλικού της καθόδου και το δυναμικό του ηλεκτροδίου.
(2) Χωρητικότητα και ειδική χωρητικότητα
Η χωρητικότητα της μπαταρίας αναφέρεται στην ποσότητα ηλεκτρικής ενέργειας που απελευθερώνεται από την μπαταρία κάτω από ένα συγκεκριμένο σύστημα εκφόρτισης (κάτω από ένα ορισμένο ρεύμα εκφόρτισης I, θερμοκρασία εκφόρτισης T, τάση διακοπής εκφόρτισης V), υποδεικνύοντας την ικανότητα της μπαταρίας να αποθηκεύει ενέργεια σε Ah ή C Η χωρητικότητα επηρεάζεται από πολλά στοιχεία, όπως το ρεύμα εκφόρτισης, η θερμοκρασία εκφόρτισης κ.λπ. Το μέγεθος της χωρητικότητας καθορίζεται από την ποσότητα των δραστικών ουσιών στα θετικά και αρνητικά ηλεκτρόδια.
Θεωρητική ικανότητα: η ικανότητα που δίνει η δραστική ουσία στην αντίδραση.
Πραγματική χωρητικότητα: η πραγματική χωρητικότητα που απελευθερώνεται στο πλαίσιο ενός συγκεκριμένου συστήματος εκκένωσης.
Ονομαστική χωρητικότητα: αναφέρεται στην ελάχιστη ποσότητα ισχύος που εγγυάται η μπαταρία υπό τις σχεδιασμένες συνθήκες εκφόρτισης.
Στη δοκιμή εκφόρτισης, η χωρητικότητα υπολογίζεται ολοκληρώνοντας το ρεύμα με την πάροδο του χρόνου, δηλαδή C = I (t) dt, σταθερό ρεύμα σε t σταθερή εκφόρτιση, C = I (t) dt = I t; σταθερή αντίσταση R εκφόρτιση, C = I (t) dt = (1 / R) * U (t) dt (1 / R) * out (u είναι η μέση τάση εκφόρτισης, t είναι ο χρόνος εκφόρτισης).
Ειδική χωρητικότητα: Για να συγκριθούν οι διάφορες μπαταρίες, εισάγεται η έννοια της ειδικής χωρητικότητας. Η ειδική χωρητικότητα αναφέρεται στη χωρητικότητα που δίνεται από τη δραστική ουσία της μονάδας μάζας ή του ηλεκτροδίου μονάδας όγκου, η οποία ονομάζεται χωρητικότητα ειδικής μάζας ή χωρητικότητα ειδικής όγκου. Η συνήθης μέθοδος υπολογισμού είναι: ειδική χωρητικότητα = χωρητικότητα πρώτης εκφόρτισης μπαταρίας / (μάζα ενεργού ουσίας * ρυθμός χρήσης δραστικής ουσίας)
Παράγοντες που επηρεάζουν τη χωρητικότητα της μπαταρίας:
ένα. Το ρεύμα εκφόρτισης της μπαταρίας: όσο μεγαλύτερο είναι το ρεύμα, η χωρητικότητα εξόδου μειώνεται.
σι. Θερμοκρασία εκφόρτισης της μπαταρίας: όταν η θερμοκρασία μειώνεται, η χωρητικότητα εξόδου μειώνεται.
ντο. Η τάση αποκοπής εκφόρτισης της μπαταρίας: ο χρόνος εκφόρτισης που ορίζεται από το υλικό του ηλεκτροδίου και το όριο της ίδιας της αντίδρασης του ηλεκτροδίου είναι γενικά 3.0 V ή 2.75 V.
ρε. Χρόνοι φόρτισης και εκφόρτισης της μπαταρίας: μετά από πολλαπλή φόρτιση και εκφόρτιση της μπαταρίας, λόγω αστοχίας του υλικού του ηλεκτροδίου, η μπαταρία θα μπορεί να μειώσει την ικανότητα εκφόρτισης της μπαταρίας.
μι. Οι συνθήκες φόρτισης της μπαταρίας: ο ρυθμός φόρτισης, η θερμοκρασία, η τάση διακοπής επηρεάζουν τη χωρητικότητα της μπαταρίας, καθορίζοντας έτσι την ικανότητα εκφόρτισης.
Μέθοδος προσδιορισμού της χωρητικότητας της μπαταρίας:
Διαφορετικές βιομηχανίες έχουν διαφορετικά πρότυπα δοκιμών ανάλογα με τις συνθήκες εργασίας. Για μπαταρίες ιόντων λιθίου για προϊόντα 3C, σύμφωνα με το εθνικό πρότυπο GB / T18287-2000 Γενικές προδιαγραφές για μπαταρίες ιόντων λιθίου για κινητό τηλέφωνο, η μέθοδος δοκιμής ονομαστικής χωρητικότητας της μπαταρίας είναι η εξής: α) φόρτιση: φόρτιση 0.2C5A. β) εκφόρτιση: 0.2C5A εκφόρτιση. γ) πέντε κύκλους, εκ των οποίων ο ένας είναι κατάλληλος.
Για τη βιομηχανία ηλεκτρικών οχημάτων, σύμφωνα με το εθνικό πρότυπο GB / T 31486-2015 Απαιτήσεις ηλεκτρικής απόδοσης και μέθοδοι δοκιμής για μπαταρία ισχύος για ηλεκτρικά οχήματα, η ονομαστική χωρητικότητα της μπαταρίας αναφέρεται στην χωρητικότητα (Ah) που απελευθερώνεται από την μπαταρία σε θερμοκρασία δωματίου με 1I1 (Α) εκφόρτιση ρεύματος για να φτάσει στην τάση τερματισμού, στην οποία το I1 είναι ρεύμα εκφόρτισης 1 ώρας, η τιμή του οποίου είναι ίση με C1 (A). Η μέθοδος δοκιμής είναι:
Α) Σε θερμοκρασία δωματίου, σταματήστε τη σταθερή τάση κατά τη φόρτιση με φόρτιση σταθερού ρεύματος στην τάση τερματισμού φόρτισης που καθορίζεται από την επιχείρηση και σταματήστε τη φόρτιση όταν το ρεύμα τερματισμού φόρτισης πέσει στο 0.05I1 (A) και κρατήστε τη φόρτιση για 1 ώρα μετά φόρτιση.
Ββ) Σε θερμοκρασία δωματίου, η μπαταρία αποφορτίζεται με ρεύμα 1I1 (A) έως ότου η εκφόρτιση φτάσει την τάση τερματισμού εκφόρτισης που καθορίζεται στους τεχνικούς όρους της επιχείρησης.
Γ) μετρημένη ικανότητα εκφόρτισης (μετρούμενη με Ah), υπολογίστε την ειδική ενέργεια εκφόρτισης (μετρούμενη με Wh / kg).
3 δ) Επαναλάβετε τα βήματα α) -) γ) 5 φορές. Όταν η ακραία διαφορά 3 διαδοχικών δοκιμών είναι μικρότερη από το 3% της ονομαστικής χωρητικότητας, η δοκιμή μπορεί να ολοκληρωθεί εκ των προτέρων και τα αποτελέσματα των τελευταίων 3 δοκιμών μπορούν να υπολογιστούν κατά μέσο όρο.
(3) Κράτος χρέωσης, SOC
SOC (Κατάσταση Φόρτισης) είναι μια κατάσταση φόρτισης, που αντιπροσωπεύει την αναλογία της υπολειπόμενης χωρητικότητας της μπαταρίας προς την κατάσταση πλήρους φόρτισής της μετά από ένα χρονικό διάστημα ή για μεγάλο χρονικό διάστημα κάτω από ένα συγκεκριμένο ρυθμό εκφόρτισης. Η μέθοδος της μεθόδου "ανοιχτό κύκλωμα τάση + ολοκλήρωση ώρας" χρησιμοποιεί τη μέθοδο τάσης ανοιχτού κυκλώματος για την εκτίμηση της αρχικής κατάστασης χωρητικότητας φόρτισης της μπαταρίας και στη συνέχεια χρησιμοποιεί τη μέθοδο ολοκλήρωσης ώρας για να λάβει την ισχύ που καταναλώνεται από το -μέθοδος ολοκλήρωσης χρόνου. Η ισχύς που καταναλώνεται είναι το γινόμενο του ρεύματος εκφόρτισης και του χρόνου εκφόρτισης και η υπολειπόμενη ισχύς είναι ίση με τη διαφορά μεταξύ της αρχικής ισχύος και της ισχύος που καταναλώνεται. Η μαθηματική εκτίμηση SOC μεταξύ της τάσης ανοιχτού κυκλώματος και του ολοκληρώματος μιας ώρας είναι:
Όπου ΣΟ είναι η ονομαστική χωρητικότητα. η είναι η απόδοση φόρτισης-εκφόρτισης. T είναι η θερμοκρασία χρήσης της μπαταρίας. I είναι το ρεύμα της μπαταρίας. t είναι ο χρόνος αποφόρτισης της μπαταρίας.
Το DOD (Βάθος εκφόρτισης) είναι το βάθος εκφόρτισης, ένα μέτρο του βαθμού εκφόρτισης, το οποίο είναι το ποσοστό της χωρητικότητας εκφόρτισης προς τη συνολική ικανότητα εκφόρτισης. Το βάθος εκφόρτισης έχει μεγάλη σχέση με τη διάρκεια ζωής της μπαταρίας: όσο μεγαλύτερο είναι το βάθος εκφόρτισης, τόσο μικρότερη είναι η διάρκεια ζωής. Η σχέση υπολογίζεται για SOC = 100% -DOD
4) Ενέργεια και ειδική ενέργεια
Η ηλεκτρική ενέργεια που μπορεί να παράγει η μπαταρία κάνοντας εξωτερική εργασία υπό ορισμένες συνθήκες ονομάζεται ενέργεια της μπαταρίας και η μονάδα εκφράζεται γενικά σε wh. Στην καμπύλη εκφόρτισης, η ενέργεια υπολογίζεται ως εξής: W = U (t) * I (t) dt. Σε εκφόρτιση σταθερού ρεύματος, W = I * U (t) dt = It * u (u είναι η μέση τάση εκφόρτισης, t είναι ο χρόνος εκφόρτισης)
ένα. Θεωρητική ενέργεια
Η διαδικασία εκφόρτισης της μπαταρίας βρίσκεται σε κατάσταση ισορροπίας και η τάση εκφόρτισης διατηρεί την τιμή της ηλεκτροκινητικής δύναμης (E) και ο ρυθμός χρήσης της δραστικής ουσίας είναι 100%. Υπό αυτή την προϋπόθεση, η ενέργεια εξόδου της μπαταρίας είναι η θεωρητική ενέργεια, δηλαδή η μέγιστη εργασία που γίνεται από την αντιστρέψιμη μπαταρία υπό σταθερή θερμοκρασία και πίεση.
σι. Η πραγματική ενέργεια
Η πραγματική ενέργεια εξόδου της εκφόρτισης της μπαταρίας ονομάζεται πραγματική ενέργεια, οι κανονισμοί της βιομηχανίας ηλεκτρικών οχημάτων ("GB / T 31486-2015 Power Battery Electrical Performance Requirements and Test Methods for ηλεκτρικά οχήματα"), η μπαταρία σε θερμοκρασία δωματίου με 1I1 (A ) εκφόρτιση ρεύματος, για να επιτευχθεί η ενέργεια (Wh) που απελευθερώνεται από την τάση τερματισμού, που ονομάζεται ονομαστική ενέργεια.
ντο. συγκεκριμένη ενέργεια
Η ενέργεια που δίνεται από μια μπαταρία ανά μονάδα μάζας και ανά μονάδα όγκου ονομάζεται ενέργεια ειδικής μάζας ή ενέργεια ειδικής όγκου, που ονομάζεται επίσης πυκνότητα ενέργειας. Σε μονάδες wh / kg ή wh / L.
Η πιο βασική μορφή της καμπύλης εκφόρτισης είναι η καμπύλη χρόνου τάσης-χρόνου και ρεύματος. Μέσω του μετασχηματισμού του υπολογισμού του άξονα χρόνου, η καμπύλη κοινής εκφόρτισης έχει επίσης την καμπύλη τάσης-χωρητικότητας (ειδικής χωρητικότητας), καμπύλη τάσης-ενέργειας (ειδικής ενέργειας), καμπύλη τάσης-SOC και ούτω καθεξής.
(1) Καμπύλη χρόνου τάσης-χρόνου και ρεύματος
Σχήμα 9 Καμπύλες τάσης-χρόνου και ρεύματος-χρόνου
(2) Καμπύλη τάσης-χωρητικότητας
Σχήμα 10 Καμπύλη τάσης-χωρητικότητας
(3) Καμπύλη τάσης-ενέργειας
Σχήμα Εικόνα 11. Καμπύλη τάσης-ενέργειας
απαντήστε εντός 6 ωρών, οποιεσδήποτε ερωτήσεις είναι ευπρόσδεκτες!
