Komplexný sprievodca analýzou krivky vybíjania lítium-iónovej batérie

Najčastejšie používaný test výkonu lítium-iónovej batérie - stratégia analýzy vybíjacej krivky

Keď sa lítium-iónová batéria vybije, jej pracovné napätie sa neustále mení s plynutím času. Pracovné napätie batérie sa používa ako ordináta, čas vybíjania alebo kapacita alebo stav nabitia (SOC) alebo hĺbka vybitia (DOD) ako os a nakreslená krivka sa nazýva krivka vybíjania. Aby sme pochopili charakteristiku vybíjania batérie, musíme najprv pochopiť napätie batérie v princípe.

[Napätie batérie]

Aby elektródová reakcia vytvorila batériu, musí spĺňať nasledujúce podmienky: proces straty elektrónu pri chemickej reakcii (t. j. oxidačný proces) a proces získavania elektrónu (t. j. redukčný reakčný proces) musia byť oddelené v dvoch rôznych oblastiach. ktorá sa líši od všeobecnej redoxnej reakcie; redoxná reakcia aktívnej látky dvoch elektród musí byť prenesená vonkajším obvodom, ktorý je odlišný od reakcie mikrobatérie v procese korózie kovu. Napätie batérie je potenciálny rozdiel medzi kladnou elektródou a zápornou elektródou. Špecifické kľúčové parametre zahŕňajú napätie naprázdno, pracovné napätie, vypínacie napätie nabíjania a vybíjania atď.

[Elektródový potenciál materiálu lítium-iónovej batérie]

Elektródový potenciál sa vzťahuje na ponorenie pevného materiálu do roztoku elektrolytu, čo ukazuje elektrický efekt, to znamená potenciálny rozdiel medzi povrchom kovu a roztoku. Tento potenciálny rozdiel sa nazýva potenciál kovu v roztoku alebo potenciál elektródy. Stručne povedané, elektródový potenciál je tendencia iónu alebo atómu získať elektrón.

Preto pre určitý materiál kladnej elektródy alebo zápornej elektródy, keď sa umiestni do elektrolytu s lítiovou soľou, je jej elektródový potenciál vyjadrený ako:

Kde φ c je elektródový potenciál tejto látky. Štandardný potenciál vodíkovej elektródy bol nastavený na 0.0 V.

[Napätie naprázdno batérie]

Elektromotorická sila batérie je teoretická hodnota vypočítaná podľa reakcie batérie pomocou termodynamickej metódy, to znamená, že rozdiel medzi potenciálom rovnovážnej elektródy batérie a kladných a záporných elektród pri prerušení obvodu je maximálna hodnota. že batéria dokáže dodať napätie. V skutočnosti kladné a záporné elektródy nie sú nevyhnutne v termodynamickom rovnovážnom stave v elektrolyte, to znamená, že elektródový potenciál stanovený kladnými a zápornými elektródami batérie v roztoku elektrolytu zvyčajne nie je rovnovážny elektródový potenciál, takže napätie naprázdno batérie je vo všeobecnosti menšie ako jej elektromotorická sila. Pre elektródovú reakciu:

Ak vezmeme do úvahy neštandardný stav zložky reaktantu a aktivitu (alebo koncentráciu) aktívnej zložky v čase, skutočné napätie naprázdno článku je modifikované energetickou rovnicou:

Kde R je plynová konštanta, T je reakčná teplota a a je aktivita alebo koncentrácia zložky. Napätie naprázdno batérie závisí od vlastností materiálu kladnej a zápornej elektródy, elektrolytu a teplotných podmienok a je nezávislé od geometrie a veľkosti batérie. Príprava materiálu lítium-iónovej elektródy do pólu a lítiový kovový plech zostavený do gombíkovej polovičnej batérie môže merať materiál elektródy v rôznom stave SOC otvoreného napätia, krivka otvoreného napätia je reakcia stavu nabitia materiálu elektródy, otvorený pokles napätia pri skladovaní batérie, ale nie príliš veľký, ak je pokles napätia v otvorenom priestore príliš rýchly alebo amplitúda je abnormálny jav. Zmena stavu povrchu bipolárnych aktívnych látok a samovybíjanie batérie sú hlavnými dôvodmi poklesu napätia naprázdno pri skladovaní, vrátane zmeny vrstvy masky tabuľky materiálu kladných a záporných elektród; zmena potenciálu spôsobená termodynamickou nestabilitou elektródy, rozpustením a vyzrážaním kovových cudzích nečistôt a mikroskratom spôsobeným membránou medzi kladnou a zápornou elektródou. Keď lítium-iónová batéria starne, zmena hodnoty K (pokles napätia) je procesom tvorby a stability filmu SEI na povrchu materiálu elektródy. Ak je pokles napätia príliš veľký, vo vnútri je mikroskrat a batéria je vyhodnotená ako nekvalifikovaná.

[Polarizácia batérie]

Keď prúd prechádza elektródou, jav, že elektróda sa odchyľuje od rovnovážneho elektródového potenciálu, sa nazýva polarizácia a polarizácia generuje nadmerný potenciál. Podľa príčin polarizácie možno polarizáciu rozdeliť na ohmickú polarizáciu, koncentračnú polarizáciu a elektrochemickú polarizáciu. Obr. 2 je typická krivka vybíjania batérie a vplyv rôznej polarizácie na napätie.

 Obrázok 1. Typická krivka výboja a polarizácia

(1) Ohmická polarizácia: spôsobená odporom každej časti batérie, hodnota poklesu tlaku sa riadi ohmovým zákonom, prúd klesá, polarizácia sa okamžite znižuje a prúd zmizne ihneď po zastavení.

(2) Elektrochemická polarizácia: polarizácia je spôsobená pomalou elektrochemickou reakciou na povrchu elektródy. V rámci úrovne mikrosekúnd sa výrazne znížil, keď sa prúd zmenšil.

(3) Koncentračná polarizácia: v dôsledku spomalenia procesu difúzie iónov v roztoku sa koncentračný rozdiel medzi povrchom elektródy a telesom roztoku polarizuje pod určitým prúdom. Táto polarizácia klesá alebo mizne, keď elektrický prúd klesá v makroskopických sekundách (niekoľko sekúnd až desiatok sekúnd).

Vnútorný odpor batérie sa zvyšuje so zvyšujúcim sa vybíjacím prúdom batérie, čo je hlavne preto, že veľký vybíjací prúd zvyšuje trend polarizácie batérie a čím väčší je vybíjací prúd, tým je trend polarizácie zreteľnejší, ako je znázornené na obrázku 2. Podľa Ohmovho zákona: V=E0-IRT, so zvýšením celkového vnútorného odporu RT sa zodpovedajúcim spôsobom zníži čas potrebný na to, aby napätie batérie dosiahlo vybíjacie medzné napätie, takže kapacita uvoľnenia je tiež znížený.

Obrázok 2. Vplyv prúdovej hustoty na polarizáciu

Lítium-iónová batéria je v podstate druh lítium-iónovej koncentračnej batérie. Proces nabíjania a vybíjania lítium-iónovej batérie je proces vkladania a odstraňovania lítiových iónov do kladných a záporných elektród. Medzi faktory ovplyvňujúce polarizáciu lítium-iónových batérií patria:

(1) Vplyv elektrolytu: nízka vodivosť elektrolytu je hlavným dôvodom polarizácie lítium-iónových batérií. Vo všeobecnom teplotnom rozsahu je vodivosť elektrolytu používaného pre lítium-iónové batérie vo všeobecnosti iba 0.01 ~ 0.1 S/cm, čo je jedno percento vodného roztoku. Preto, keď sa lítium-iónové batérie vybíjajú vysokým prúdom, je už neskoro doplniť Li + z elektrolytu a dôjde k javu polarizácie. Zlepšenie vodivosti elektrolytu je kľúčovým faktorom na zlepšenie kapacity vysokoprúdového vybíjania lítium-iónových batérií.

(2) Vplyv pozitívnych a negatívnych materiálov: dlhší kanál pozitívneho a negatívneho materiálu difúziou veľkých častíc lítium-iónových iónov na povrch, čo neprispieva k veľkému výboju.

(3) Vodivé činidlo: obsah vodivého činidla je dôležitým faktorom ovplyvňujúcim vysoký pomer vybíjania. Ak je obsah vodivého činidla v katódovom vzorci nedostatočný, elektróny sa pri vybití veľkého prúdu nedokážu včas preniesť a polarizačný vnútorný odpor sa rýchlo zvýši, takže napätie batérie sa rýchlo zníži na vybíjacie napätie. .

(4) Vplyv konštrukcie pólu: hrúbka pólu: v prípade veľkého výboja prúdu je reakčná rýchlosť účinných látok veľmi rýchla, čo si vyžaduje rýchle zapustenie a uvoľnenie lítneho iónu do materiálu. Ak je pólová doska hrubá a dráha difúzie lítiových iónov sa zvyšuje, smer hrúbky pólu vytvorí veľký gradient koncentrácie lítiových iónov.

Hustota zhutnenia: hustota zhutnenia pólového plechu je väčšia, póry sa zmenšujú a dráha pohybu lítnych iónov v smere hrúbky pólového plechu je dlhšia. Okrem toho, ak je hustota zhutnenia príliš veľká, kontaktná plocha medzi materiálom a elektrolytom sa znižuje, miesto reakcie elektródy sa zmenšuje a vnútorný odpor batérie sa tiež zvyšuje.

(5) Vplyv SEI membrány: vytvorenie SEI membrány zvyšuje odpor rozhrania elektróda/elektrolyt, čo vedie k napäťovej hysteréze alebo polarizácii.

[Prevádzkové napätie batérie]

Prevádzkové napätie, tiež známe ako koncové napätie, sa vzťahuje na potenciálny rozdiel medzi kladnými a zápornými elektródami batérie, keď prúd preteká obvodom v prevádzkovom stave. V pracovnom stave vybitia batérie, keď prúd preteká batériou, by sa mal prekonať odpor spôsobený vnútorným odporom, čo spôsobí ohmický pokles tlaku a polarizáciu elektród, takže pracovné napätie je vždy nižšie ako napätie naprázdno, a pri nabíjaní je koncové napätie vždy vyššie ako napätie naprázdno. To znamená, že výsledkom polarizácie je koncové napätie vybitia batérie nižšie ako elektromotorický potenciál batérie, ktorý je vyšší ako elektromotorický potenciál nabíjanej batérie.

V dôsledku existencie javu polarizácie, okamžitého napätia a skutočného napätia v procese nabíjania a vybíjania. Pri nabíjaní je okamžité napätie o niečo vyššie ako skutočné napätie, polarizácia mizne a napätie klesá pri poklese okamžitého napätia a skutočného napätia po vybití.

Aby sme zhrnuli vyššie uvedený popis, výraz je:

E +, E- -predstavujú potenciály kladných a záporných elektród, E + 0 a E- -0 predstavujú rovnovážny elektródový potenciál kladných a záporných elektród, VR predstavuje ohmické polarizačné napätie a η + , η - -predstavujú nadmerný potenciál kladných a záporných elektród.

[Základný princíp vybíjacej skúšky]

Po základnom pochopení napätia batérie sme začali analyzovať vybíjaciu krivku lítium-iónových batérií. Výbojová krivka v podstate odráža stav elektródy, čo je superpozícia zmien stavu kladných a záporných elektród.

Krivku napätia lítium-iónových batérií počas procesu vybíjania možno rozdeliť do troch etáp

1) V počiatočnom štádiu batérie napätie rýchlo klesá a čím väčšia je rýchlosť vybíjania, tým rýchlejšie klesá napätie;

2) Napätie batérie prechádza do fázy pomalej zmeny, ktorá sa nazýva oblasť platformy batérie. Čím menšia je rýchlosť vybíjania,

Čím dlhšie je trvanie oblasti plošiny, tým vyššie napätie plošiny, tým pomalší pokles napätia.

3) Keď je napájanie batérie takmer ukončené, napätie záťaže batérie začne prudko klesať, kým sa nedosiahne napätie na zastavenie vybíjania.

Počas testovania existujú dva spôsoby zberu údajov

(1) Zhromažďujte údaje o prúde, napätí a čase podľa nastaveného časového intervalu Δ t;

(2) Zbierajte údaje o prúde, napätí a čase podľa nastaveného rozdielu zmeny napätia Δ V. Presnosť nabíjacieho a vybíjacieho zariadenia zahŕňa najmä presnosť prúdu, presnosť napätia a presnosť času. Tabuľka 2 ukazuje parametre zariadenia určitého nabíjacieho a vybíjacieho stroja, kde % FS predstavuje percento z celého rozsahu a 0.05 % RD označuje nameranú chybu v rozsahu 0.05 % odčítanej hodnoty. Nabíjacie a vybíjacie zariadenia vo všeobecnosti používajú CNC zdroj konštantného prúdu namiesto záťažového odporu pre záťaž, takže výstupné napätie batérie nemá nič spoločné so sériovým odporom alebo parazitným odporom v obvode, ale súvisí iba s napätím E a vnútorným odporom r a obvodový prúd I ideálneho zdroja napätia ekvivalentného batérii. Ak sa pre záťaž používa odpor, nastavte napätie ideálneho zdroja napätia ekvivalentu batérie na E, vnútorný odpor je r a odpor záťaže je R. Zmerajte napätie na oboch koncoch odporu záťaže s napätím meracieho prístroja, ako je znázornené na obrázku vyššie na obrázku 6. V praxi však existuje v obvode odpor vedenia a kontaktný odpor prípravku (rovnomerný parazitný odpor). Ekvivalentná schéma zapojenia znázornená na obr. 3 je znázornený na nasledujúcom obrázku obr. 3. V praxi sa nevyhnutne zavádza parazitný odpor, takže celkový odpor záťaže sa zväčší, ale namerané napätie je napätie na oboch koncoch odporu záťaže R, takže sa zavedie chyba.

 Obr. 3 Principiálna bloková schéma a skutočná schéma ekvivalentného zapojenia metódy odporového výboja

Keď sa ako záťaž použije zdroj konštantného prúdu s prúdom I1, schematický diagram a skutočná schéma ekvivalentného zapojenia sú znázornené na obrázku 7. E, I1 sú konštantné hodnoty a r je konštantné počas určitého času.

Z vyššie uvedeného vzorca vidíme, že dve napätia A a B sú konštantné, to znamená, že výstupné napätie batérie nesúvisí s veľkosťou sériového odporu v slučke a samozrejme to nemá nič spoločné. s parazitnou rezistenciou. Navyše režim merania so štyrmi svorkami môže dosiahnuť presnejšie meranie výstupného napätia batérie.

Obrázok 4 Equiple bloková schéma a skutočná ekvivalentná schéma zapojenia zdroja konštantného prúdu

Súbežný zdroj je napájacie zariadenie, ktoré môže dodať záťaži konštantný prúd. Stále môže udržiavať výstupný prúd konštantný, keď externé napájanie kolíše a menia sa impedančné charakteristiky.

[Režim testu vybíjania]

Zariadenie na testovanie nabíjania a vybíjania vo všeobecnosti používa ako prietokový prvok polovodičové zariadenie. Úpravou riadiaceho signálu polovodičového zariadenia môže simulovať zaťaženie rôznych charakteristík, ako je konštantný prúd, konštantný tlak a konštantný odpor atď. Režim testovania vybitia lítium-iónovej batérie zahŕňa hlavne vybíjanie konštantným prúdom, vybíjanie konštantným odporom, vybíjanie konštantným výkonom atď. V každom režime vybíjania je možné rozdeliť aj nepretržité vybíjanie a intervalové vybíjanie, v ktorom podľa dĺžky času, intervalový výboj možno rozdeliť na prerušovaný výboj a pulzný výboj. Pri teste vybíjania sa batéria vybíja podľa nastaveného režimu a po dosiahnutí nastavených podmienok sa vybíja. Podmienky vypínania vybíjania zahŕňajú nastavenie odpojenia napätia, nastavenie doby vypnutia, nastavenie vypínania kapacity, nastavenie vypínania záporným gradientom napätia atď. Zmena vybíjacieho napätia batérie súvisí s vybíjacím systémom, ktorý je, že zmena vybíjacej krivky je ovplyvnená aj vybíjacím systémom, vrátane: vybíjacieho prúdu, vybíjacej teploty, koncového napätia vybíjania; prerušovaný alebo nepretržitý výboj. Čím väčší je vybíjací prúd, tým rýchlejšie klesá prevádzkové napätie; s teplotou výtlaku sa krivka výboja jemne mení.

(1) Výboj konštantného prúdu

Keď sa vybije konštantný prúd, nastaví sa aktuálna hodnota a potom sa aktuálna hodnota dosiahne nastavením zdroja konštantného prúdu CNC, aby sa realizovalo vybitie batérie konštantným prúdom. Súčasne sa zhromažďuje zmena koncového napätia batérie, aby sa zistili charakteristiky vybíjania batérie. Vybíjanie konštantným prúdom je vybitie rovnakého vybíjacieho prúdu, ale napätie batérie stále klesá, takže výkon stále klesá. Obrázok 5 je krivka napätia a prúdu konštantného prúdu vybíjania lítium-iónových batérií. Vďaka konštantnému výboju prúdu sa časová os ľahko prevedie na os kapacity (súčin prúdu a času). Obrázok 5 znázorňuje krivku napätia a kapacity pri vybíjaní konštantným prúdom. Vybíjanie konštantným prúdom je najbežnejšie používaná metóda vybíjania pri testoch lítium-iónových batérií.

Obrázok 5 krivky nabíjania konštantným napätím a vybíjania konštantným prúdom pri rôznych multiplikačných rýchlostiach

(2) Konštantný výkon

Keď sa konštantný výkon vybije, najprv sa nastaví hodnota konštantného výkonu P a zhromažďuje sa výstupné napätie U batérie. V procese vybíjania sa vyžaduje, aby P bolo konštantné, ale U sa neustále mení, takže je potrebné neustále upravovať prúd I zdroja konštantného prúdu CNC podľa vzorca I = P / U, aby sa dosiahol účel vybíjania konštantného výkonu. . Udržujte vybíjací výkon nezmenený, pretože napätie batérie počas procesu vybíjania stále klesá, takže prúd pri konštantnom vybíjaní stále stúpa. Vďaka konštantnému vybíjaniu výkonu sa časová súradnicová os ľahko premení na súradnicovú os energie (súčin výkonu a času).

Obrázok 6 Krivky nabíjania a vybíjania konštantným výkonom pri rôznych rýchlostiach zdvojenia

Porovnanie medzi výbojom konštantným prúdom a výbojom konštantným výkonom

Obrázok 7: (a) diagram kapacity nabíjania a vybíjania pri rôznych pomeroch; b) krivka nabíjania a vybíjania

 Obrázok 7 ukazuje výsledky testov rôzneho pomeru nabíjania a vybíjania v dvoch režimoch lítium-železofosfátová batéria. Podľa kapacitnej krivky na obr. 7 (a), so zvyšovaním nabíjacieho a vybíjacieho prúdu v režime konštantného prúdu skutočná kapacita nabíjania a vybíjania batérie postupne klesá, ale rozsah zmien je relatívne malý. Skutočná kapacita nabitia a vybitia batérie sa s nárastom výkonu postupne znižuje a čím väčší je multiplikátor, tým rýchlejšie klesá kapacita. Kapacita vypúšťania 1 h je nižšia ako v režime konštantného prietoku. Súčasne, keď je rýchlosť nabíjania a vybíjania nižšia ako rýchlosť 5 hodín, kapacita batérie je vyššia v podmienkach konštantného napájania, zatiaľ čo kapacita batérie je vyššia ako rýchlosť 5 hodín je vyššia v podmienkach konštantného prúdu.

Z obrázku 7 (b) je znázornená krivka kapacity a napätia v podmienkach nízkeho pomeru, dvojrežimová krivka kapacity a napätia lítium-železofosfátovej batérie a zmena platformy nabíjacieho a vybíjacieho napätia nie je veľká, ale v podmienkach vysokého pomeru, konštantný prúd-konštantné napätie režim konštantného napätia čas výrazne dlhší, a nabíjacie napätie platforma výrazne zvýšila, vybíjacie napätie platforma je výrazne znížená.

(3) Konštantný odporový výboj

Pri vybíjaní konštantného odporu sa najprv nastaví konštantná hodnota odporu R, aby sa zhromaždilo výstupné napätie batérie U. Počas procesu vybíjania sa vyžaduje, aby R bolo konštantné, ale U sa neustále mení, takže hodnota prúdu I konštantného prúdu CNC zdroj by mal byť neustále upravovaný podľa vzorca I=U/R, aby sa dosiahol účel konštantného odporového vybíjania. Napätie batérie v procese vybíjania vždy klesá a odpor je rovnaký, takže vybíjací prúd I je tiež klesajúci proces.

(4) Nepretržitý výboj, prerušovaný výboj a pulzný výboj

Batéria sa vybíja konštantným prúdom, konštantným výkonom a konštantným odporom, pričom sa pomocou funkcie časovania realizuje riadenie nepretržitého vybíjania, prerušovaného vybíjania a pulzného vybíjania. Obrázok 11 zobrazuje krivky prúdu a krivky napätia typického testu pulzného nabíjania/vybíjania.

Obrázok 8 Krivky prúdu a krivky napätia pre typické testy pulzného nabíjania a vybíjania

[Informácie zahrnuté v krivke vybíjania]

Krivka vybíjania sa vzťahuje na krivku napätia, prúdu, kapacity a iných zmien batérie v čase počas procesu vybíjania. Informácie obsiahnuté v krivke nabíjania a vybíjania sú veľmi bohaté, vrátane kapacity, energie, pracovného napätia a napäťovej platformy, vzťahu medzi potenciálom elektródy a stavom nabitia atď. Hlavným údajom zaznamenaným počas testu vybíjania je čas vývoj prúdu a napätia. Z týchto základných údajov možno získať mnoho parametrov. Nasleduje podrobný popis parametrov, ktoré možno získať pomocou krivky vybíjania.

(1) Napätie

Vo vybíjacom teste lítium-iónovej batérie parametre napätia zahŕňajú hlavne napäťovú platformu, stredné napätie, priemerné napätie, medzné napätie atď. Napätie platformy je zodpovedajúca hodnota napätia, keď je zmena napätia minimálna a zmena kapacity je veľká , ktorú možno získať z maximálnej hodnoty dQ / dV. Stredné napätie je zodpovedajúca hodnota napätia polovice kapacity batérie. Pre materiály zreteľnejšie na platforme, ako je fosforečnan lítno-železitý a titaničitan lítny, je stredným napätím napätie platformy. Priemerné napätie je efektívna plocha krivky napätia a kapacity (tj energie vybitia batérie) vydelená vzorcom na výpočet kapacity je u = U (t) * I (t) dt / I (t) dt. Vypínacie napätie sa vzťahuje na minimálne napätie povolené pri vybití batérie. Ak je napätie nižšie ako vypínacie napätie, napätie na oboch koncoch batérie rýchlo klesne a vytvorí sa nadmerné vybíjanie. Nadmerné vybitie môže spôsobiť poškodenie aktívnej látky elektródy, stratu reakčnej schopnosti a skrátenie životnosti batérie. Ako je opísané v prvej časti, napätie batérie súvisí so stavom nabitia materiálu katódy a potenciálom elektródy.

(2) Kapacita a špecifická kapacita

Kapacita batérie sa vzťahuje na množstvo elektriny uvoľnenej batériou pri určitom vybíjacom systéme (pri určitom vybíjacom prúde I, vybíjacej teplote T, vypínacom napätí V), čo udáva schopnosť batérie ukladať energiu v Ah alebo C Kapacita je ovplyvnená mnohými prvkami, ako je výbojový prúd, teplota výboja atď. Veľkosť kapacity je určená množstvom aktívnych látok v kladných a záporných elektródach.

Teoretická kapacita: kapacita daná účinnou látkou v reakcii.

Skutočná kapacita: skutočná kapacita uvoľnená v rámci určitého vypúšťacieho systému.

Menovitá kapacita: označuje minimálne množstvo energie zaručené batériou pri navrhnutých podmienkach vybíjania.

Pri vybíjacej skúške sa kapacita vypočíta integrovaním prúdu v čase, tj C = I (t) dt, konštantný prúd v t konštantného vybitia, C = I (t) dt = I t; konštantný odpor R výboj, C = I (t) dt = (1 / R) * U (t) dt (1 / R) * out (u je priemerné vybíjacie napätie, t je čas vybíjania).

Špecifická kapacita: Aby bolo možné porovnať rôzne batérie, zaviedla sa koncepcia špecifickej kapacity. Špecifická kapacita sa vzťahuje na kapacitu danú účinnou látkou jednotkovej hmotnosti alebo jednotkovej objemovej elektródy, ktorá sa nazýva hmotnostne špecifická kapacita alebo objemová špecifická kapacita. Obvyklá metóda výpočtu je: špecifická kapacita = kapacita prvého vybitia batérie / (hmotnosť účinnej látky * miera využitia účinnej látky)

Faktory ovplyvňujúce kapacitu batérie:

a. Vybíjací prúd batérie: čím väčší je prúd, tým klesá výstupná kapacita;

b. Teplota vybíjania batérie: pri poklese teploty sa zníži výstupná kapacita;

c. Vypínacie napätie batérie: čas vybíjania nastavený materiálom elektródy a limit samotnej reakcie elektródy je všeobecne 3.0 V alebo 2.75 V.

d. Časy nabíjania a vybíjania batérie: po viacnásobnom nabití a vybití batérie v dôsledku zlyhania materiálu elektród bude batéria schopná znížiť vybíjaciu kapacitu batérie.

e. Podmienky nabíjania batérie: rýchlosť nabíjania, teplota, vypínacie napätie ovplyvňujú kapacitu batérie, čím určujú kapacitu vybíjania.

 Spôsob stanovenia kapacity batérie:

Rôzne priemyselné odvetvia majú rôzne testovacie normy podľa pracovných podmienok. V prípade lítium-iónových batérií pre produkty 3C podľa národnej normy GB / T18287-2000 Všeobecnej špecifikácie pre lítium-iónové batérie pre mobilné telefóny je metóda testovania menovitej kapacity batérie nasledovná: a) nabíjanie: nabíjanie 0.2C5A; b) vybíjanie: vybíjanie 0.2C5A; c) päť cyklov, z ktorých jeden je kvalifikovaný.

Pre priemysel elektrických vozidiel sa podľa národnej normy GB / T 31486-2015 Požiadavky na elektrický výkon a skúšobné metódy pre napájaciu batériu pre elektrické vozidlá menovitá kapacita batérie vzťahuje na kapacitu (Ah) uvoľnenú batériou pri izbovej teplote. s prúdovým vybíjaním 1I1 (A) na dosiahnutie koncového napätia, v ktorom I1 je 1 hodinový vybíjací prúd, ktorého hodnota sa rovná C1 (A). Testovacia metóda je:

A) Pri izbovej teplote zastavte konštantné napätie pri nabíjaní s nabíjaním konštantným prúdom na koncové napätie nabíjania špecifikované podnikom a zastavte nabíjanie, keď koncový prúd nabíjania klesne na 0.05 I1 (A), a podržte nabíjanie 1 hodinu po nabíjanie.

Bb) Pri izbovej teplote sa batéria vybíja prúdom 1I1 (A), kým vybitie nedosiahne vybíjacie ukončovacie napätie uvedené v podnikových technických podmienkach;

C) nameraná kapacita výboja (meraná v Ah), výpočet špecifickej energie výboja (meraná vo Wh / kg);

3 d) Opakujte kroky a) -) c) 5-krát. Keď je extrémny rozdiel 3 po sebe nasledujúcich testov menší ako 3 % menovitej kapacity, test môže byť ukončený vopred a výsledky posledných 3 testov môžu byť spriemerované.

(3) Stav nabitia, SOC

SOC (State of Charge) je stav nabitia, ktorý predstavuje pomer zostávajúcej kapacity batérie k jej stavu plného nabitia po určitom čase alebo po dlhom čase pri určitej rýchlosti vybíjania. Metóda „napätia naprázdno + hodinová integrácia“ používa metódu napätia naprázdno na odhad počiatočnej kapacity nabitia batérie a potom používa metódu hodinovej integrácie na získanie energie spotrebovanej akumulátorom. - metóda časovej integrácie. Spotrebovaný výkon je súčinom vybíjacieho prúdu a doby vybíjania a zostávajúci výkon sa rovná rozdielu medzi počiatočným výkonom a spotrebovaným výkonom. Matematický odhad SOC medzi napätím naprázdno a hodinovým integrálom je:

Kde CN je menovitá kapacita; η je účinnosť nabíjania a vybíjania; T je teplota používania batérie; I je prúd batérie; t je čas vybitia batérie.

DOD (Hĺbka výboja) je hĺbka výboja, miera stupňa výboja, čo je percento výbojovej kapacity k celkovej výbojovej kapacite. Hĺbka vybitia má veľký vzťah k životnosti batérie: čím hlbšia je hĺbka vybitia, tým je životnosť kratšia. Vzťah je vypočítaný pre SOC = 100 % -DOD

4) Energia a merná energia

Elektrická energia, ktorú môže batéria vydať externou prácou za určitých podmienok, sa nazýva energia batérie a jednotka sa vo všeobecnosti vyjadruje vo wh. Vo výbojovej krivke sa energia vypočíta takto: W = U (t) * I (t) dt. Pri vybíjaní konštantným prúdom W = I * U (t) dt = It * u (u je priemerné vybíjacie napätie, t je čas vybíjania)

a. Teoretická energia

Proces vybíjania batérie je v rovnovážnom stave a vybíjacie napätie udržuje hodnotu elektromotorickej sily (E) a miera využitia účinnej látky je 100%. Za týchto podmienok je výstupná energia batérie teoretická energia, to znamená maximálna práca vykonaná reverzibilnou batériou pri konštantnej teplote a tlaku.

b. Skutočná energia

Skutočná výstupná energia vybitia batérie sa nazýva skutočná energia, podľa predpisov priemyslu elektrických vozidiel ("GB / T 31486-2015 Power Battery Požiadavky na elektrický výkon a skúšobné metódy pre elektrické vozidlá"), batéria pri izbovej teplote s 1I1 (A ) prúdový výboj na dosiahnutie energie (Wh) uvoľnenej koncovým napätím, nazývanej menovitá energia.

c. špecifická energia

Energia daná batériou na jednotku hmotnosti a na jednotku objemu sa nazýva hmotnostne špecifická energia alebo objemovo špecifická energia, tiež nazývaná hustota energie. V jednotkách wh / kg alebo wh / L.

[Základný tvar krivky vybíjania]

Najzákladnejšou formou vybíjacej krivky je krivka napätie-čas a prúd-čas. Transformáciou výpočtu časovej osi má spoločná krivka vybíjania aj krivku napätie-kapacita (špecifická kapacita), krivku napätie-energia (špecifická energia), krivku napätie-SOC atď.

(1) Krivka napätia a času a prúdu

Obrázok 9 Krivky napätia-čas a prúd-čas

(2) Krivka napätia a kapacity

Obrázok 10 Krivka napätia a kapacity

(3) Krivka napätia a energie

Obrázok Obrázok 11. Krivka napätia a energie

[referenčná dokumentácia]

• Wang Chao a kol. Porovnanie nabíjacích a vybíjacích charakteristík konštantného prúdu a konštantného výkonu v elektrochemických zásobníkoch energie [J]. Veda a technika skladovania energie.2017(06)：1313-1320.
• Eom KS，Joshi T，Bordes A，et al. Dizajn lítium-iónovej celočlánkovej batérie s použitím nano-silikónovej a nano viacvrstvovej grafénovej kompozitnej anódy[J]
• Guo Jipeng a kol. Porovnanie testovacích charakteristík konštantného prúdu a konštantného výkonu lítium-železofosfátových batérií [J].pamäťová batéria.2017(03)：109-115
• Marinaro M，Yoon D，Gabrielli G，et al. Vysokovýkonná 1.2 Ah zliatina Si/Grafit|LiNi0.5Mn0.3Co0.2O2 prototyp Li-ion batérie[J].Journal of Power Sources.2017，357(dodatok C)：188-197.