Litium-Ion Batareyanın Boşalma Əyrisi Təhlili üçün Kompleks Bələdçi

Litium-ion batareyasının ən çox istifadə edilən performans testi - boşalma əyri analiz strategiyası

Litium-ion batareyası boşaldıqda, onun iş gərginliyi həmişə vaxtın davamı ilə daim dəyişir. Batareyanın iş gərginliyi ordinat, boşalma vaxtı və ya tutumu və ya yük vəziyyəti (SOC) və ya boşalma dərinliyi (DOD) kimi absis kimi istifadə olunur və çəkilmiş əyri boşalma əyrisi adlanır. Batareyanın boşalma xarakterik əyrisini başa düşmək üçün əvvəlcə batareyanın gərginliyini prinsipcə başa düşməliyik.

[Batareyanın gərginliyi]

Elektrod reaksiyasının əmələ gəlməsi üçün akkumulyator aşağıdakı şərtlərə cavab verməlidir: kimyəvi reaksiyada elektronun itirilməsi prosesi (yəni oksidləşmə prosesi) və elektron əldə edilməsi prosesi (yəni reduksiya reaksiyası prosesi) iki fərqli sahədə ayrılmalıdır, ümumi redoks reaksiyasından fərqli olan; iki elektrodun aktiv maddəsinin redoks reaksiyası metal korroziya prosesində mikrobatareyanın reaksiyasından fərqli olan xarici dövrə ilə ötürülməlidir. Batareyanın gərginliyi müsbət elektrod və mənfi elektrod arasındakı potensial fərqdir. Xüsusi əsas parametrlərə açıq dövrə gərginliyi, iş gərginliyi, yükləmə və boşalma kəsmə gərginliyi və s.

[Litium-ion batareya materialının elektrod potensialı]

Elektrod potensialı elektrik effektini, yəni metalın səthi ilə məhlul arasındakı potensial fərqi göstərən bərk materialın elektrolit məhluluna batırılmasına aiddir. Bu potensial fərq məhluldakı metalın potensialı və ya elektrodun potensialı adlanır. Qısacası, elektrod potensialı bir ion və ya atomun elektron əldə etmə meylidir.

Buna görə də, müəyyən müsbət elektrod və ya mənfi elektrod materialı üçün litium duzu olan bir elektrolitə yerləşdirildikdə, onun elektrod potensialı aşağıdakı kimi ifadə edilir:

Burada φ c bu maddənin elektrod potensialıdır. Standart hidrogen elektrod potensialı 0.0V olaraq təyin edilmişdir.

[Batareyanın açıq dövrə gərginliyi]

Akkumulyatorun elektromotor qüvvəsi termodinamik üsulla batareyanın reaksiyasına görə hesablanmış nəzəri qiymətdir, yəni dövrə pozulduqda batareyanın tarazlıq elektrod potensialı ilə müsbət və mənfi elektrodlar arasındakı fərq maksimum dəyərdir. batareyanın gərginliyi verə biləcəyi. Əslində, müsbət və mənfi elektrodlar mütləq elektrolitdə termodinamik tarazlıq vəziyyətində deyillər, yəni elektrolit məhlulunda batareyanın müsbət və mənfi elektrodları tərəfindən qurulan elektrod potensialı adətən tarazlıq elektrod potensialı deyil, buna görə də batareyanın açıq dövrə gərginliyi ümumiyyətlə onun elektromotor qüvvəsindən kiçikdir. Elektrod reaksiyası üçün:

Reaktiv komponentin qeyri-standart vəziyyətini və aktiv komponentin zamanla aktivliyini (və ya konsentrasiyasını) nəzərə alaraq, hüceyrənin faktiki açıq dövrə gərginliyi enerji tənliyi ilə dəyişdirilir:

Burada R qaz sabiti, T reaksiya temperaturu, a komponent aktivliyi və ya konsentrasiyasıdır. Batareyanın açıq dövrə gərginliyi müsbət və mənfi elektrod materialının xüsusiyyətlərindən, elektrolitdən və temperatur şəraitindən asılıdır və batareyanın həndəsəsindən və ölçüsündən asılı deyildir. Litium ion elektrod materialının dirəyə hazırlanması və düymənin yarım batareyasına yığılmış litium metal təbəqə, açıq gərginliyin müxtəlif SOC vəziyyətində elektrod materialını ölçə bilər, açıq gərginlik əyrisi elektrod materialının yüklənmə vəziyyəti reaksiyasıdır, batareyanın saxlanması açıq gərginliyin azalmasıdır, lakin çox böyük deyil, əgər açıq gərginliyin çox sürətli düşməsi və ya amplituda anormal bir hadisədirsə. Bipolyar aktiv maddələrin səth vəziyyətinin dəyişməsi və batareyanın öz-özünə boşaldılması anbarda açıq dövrə gərginliyinin azalmasının, o cümlədən müsbət və mənfi elektrod materialı cədvəlinin maska ​​qatının dəyişməsinin əsas səbəbləridir; elektrodun termodinamik qeyri-sabitliyi, metal xarici çirklərin əriməsi və çökməsi və müsbət və mənfi elektrodlar arasında diafraqmanın yaratdığı mikro qısaqapanma nəticəsində yaranan potensial dəyişiklik. Litium ion batareyası köhnəldikdə, K dəyərinin dəyişməsi (gərginlik düşməsi) elektrod materialının səthində SEI filminin formalaşması və sabitlik prosesidir. Gərginlik düşməsi çox böyükdürsə, içəridə mikro-qısaqapanma var və akkumulyatorun keyfiyyətsiz olduğu mühakimə olunur.

[Batareyanın Polarizasiyası]

Cari elektroddan keçdikdə, elektrodun tarazlıq elektrod potensialından kənara çıxması fenomeni qütbləşmə adlanır və qütbləşmə həddindən artıq potensial yaradır. Qütbləşmənin səbəblərinə görə qütbləşməni ohmik qütbləşmə, konsentrasiya polarizasiyası və elektrokimyəvi qütbləşməyə bölmək olar. ŞEK. 2 batareyanın tipik boşalma əyrisidir və müxtəlif polarizasiyanın gərginliyə təsiridir.

 Şəkil 1. Tipik boşalma əyrisi və polarizasiya

(1) Ohmik qütbləşmə: batareyanın hər bir hissəsinin müqaviməti nəticəsində yaranan təzyiq düşmə dəyəri ohm qanununa uyğundur, cərəyan azalır, polarizasiya dərhal azalır və cərəyan dayandıqdan dərhal sonra yox olur.

(2) Elektrokimyəvi qütbləşmə: qütbləşmə elektrod səthində yavaş elektrokimyəvi reaksiya nəticəsində yaranır. Cərəyan kiçildikcə mikrosaniyə səviyyəsində əhəmiyyətli dərəcədə azaldı.

(3) Konsentrasiya qütbləşməsi: məhlulda ion diffuziya prosesinin ləngiməsi səbəbindən elektrodun səthi ilə məhlulun gövdəsi arasındakı konsentrasiya fərqi müəyyən bir cərəyan altında qütbləşir. Makroskopik saniyələrdə (bir neçə saniyədən on saniyəyə qədər) elektrik cərəyanı azaldıqca bu polarizasiya azalır və ya yox olur.

Batareyanın daxili müqaviməti, batareyanın boşalma cərəyanının artması ilə artır, bu, əsasən, böyük boşalma cərəyanı batareyanın qütbləşmə tendensiyasını artırır və boşalma cərəyanı nə qədər böyükdürsə, göstərildiyi kimi qütbləşmə tendensiyası daha aydın görünür. Şəkil 2-də. Ohm qanununa görə: V=E0-IRT daxili ümumi müqavimət RT-nin artması ilə akkumulyatorun gərginliyinin boşalmanın kəsilmə gərginliyinə çatması üçün tələb olunan vaxt müvafiq olaraq azalır, ona görə də buraxma qabiliyyəti də azaldılmış.

Şəkil 2. Cərəyan sıxlığının polarizasiyaya təsiri

Litium ion batareyası əslində bir növ litium ion konsentrasiyası batareyasıdır. Litium ion batareyasının doldurulması və boşaldılması prosesi müsbət və mənfi elektrodlarda litium ionlarının yerləşdirilməsi və soyulması prosesidir. Litium-ion batareyalarının polarizasiyasına təsir edən amillərə aşağıdakılar daxildir:

(1) Elektrolitin təsiri: elektrolitin aşağı keçiriciliyi litium-ion batareyalarının polarizasiyasının əsas səbəbidir. Ümumi temperatur diapazonunda, litium-ion batareyaları üçün istifadə olunan elektrolitin keçiriciliyi ümumiyyətlə yalnız 0.01 ~ 0.1 S/sm təşkil edir ki, bu da sulu məhlulun bir faizini təşkil edir. Buna görə də, litium-ion batareyaları yüksək cərəyanla boşaldıqda, elektrolitdən Li + əlavə etmək çox gecdir və polarizasiya fenomeni baş verəcəkdir. Elektrolitin keçiriciliyinin yaxşılaşdırılması litium-ion batareyalarının yüksək cərəyan boşalma qabiliyyətini yaxşılaşdırmaq üçün əsas amildir.

(2) Müsbət və mənfi materialların təsiri: müsbət və mənfi materialın daha uzun kanalı böyük litium ion hissəciklərinin səthə yayılması, bu da böyük sürətlə axıdılması üçün əlverişli deyil.

(3) keçirici agent: keçirici maddənin məzmunu yüksək nisbətin axıdılması performansına təsir edən mühüm amildir. Katod düsturunda keçirici maddənin tərkibi qeyri-kafi olarsa, böyük cərəyan boşaldıqda elektronlar vaxtında ötürülə bilməz və qütbləşmə daxili müqaviməti sürətlə artır, beləliklə batareyanın gərginliyi tez boşalma kəsmə gərginliyinə endirilir. .

(4) Qütb dizaynının təsiri: qütb qalınlığı: böyük cərəyan boşalması halında, aktiv maddələrin reaksiya sürəti çox sürətlidir, bu da litium ionunun tez bir zamanda materiala daxil edilməsini və ayrılmasını tələb edir. Qütb plitəsi qalındırsa və litium ionunun diffuziya yolu artarsa, qütb qalınlığının istiqaməti böyük bir litium ion konsentrasiyası gradienti yaradacaqdır.

Sıxılma sıxlığı: dirək təbəqəsinin sıxılma sıxlığı daha böyükdür, məsamə daha kiçik olur və dirək təbəqəsinin qalınlığı istiqamətində litium ionunun hərəkət yolu daha uzundur. Bundan əlavə, sıxılma sıxlığı çox böyük olarsa, material və elektrolit arasındakı əlaqə sahəsi azalır, elektrod reaksiya sahəsi azalır və batareyanın daxili müqaviməti də artacaq.

(5) SEI membranının təsiri: SEI membranının formalaşması elektrod/elektrolit interfeysinin müqavimətini artırır, nəticədə gərginlik histerisisi və ya qütbləşməsi baş verir.

[Batareyanın işləmə gərginliyi]

Son gərginlik kimi də tanınan iş gərginliyi, cərəyan iş vəziyyətində dövrədə axdığı zaman batareyanın müsbət və mənfi elektrodları arasındakı potensial fərqə aiddir. Batareyanın boşalmasının iş vəziyyətində, cərəyan batareyadan axdıqda, daxili müqavimətin yaratdığı müqaviməti aradan qaldırmaq lazımdır ki, bu da ohmik təzyiqin azalmasına və elektrodun qütbləşməsinə səbəb olacaq, buna görə iş gərginliyi həmişə açıq dövrə gərginliyindən aşağıdır, və şarj edərkən, son gərginlik həmişə açıq dövrə gərginliyindən yüksəkdir. Yəni, qütbləşmənin nəticəsi batareyanın boşaldılmasının son gərginliyini batareyanın elektromotor potensialından daha aşağı edir, bu da doldurulmuş batareyanın elektromotor potensialından yüksəkdir.

Polarizasiya fenomeninin mövcudluğuna görə, yüklənmə və boşalma prosesində ani gərginlik və faktiki gərginlik. Doldurularkən, ani gərginlik faktiki gərginlikdən bir qədər yüksəkdir, boşalmadan sonra ani gərginlik və faktiki gərginlik azaldıqda polarizasiya yox olur və gərginlik azalır.

Yuxarıdakı təsviri ümumiləşdirmək üçün ifadə belədir:

E +, E- -müvafiq olaraq müsbət və mənfi elektrodların potensiallarını, E + 0 və E- -0 müvafiq olaraq müsbət və mənfi elektrodların tarazlıq elektrod potensialını, VR ohmik polarizasiya gərginliyini, η + , η - -müvafiq olaraq müsbət və mənfi elektrodların həddindən artıq potensialını təmsil edir.

[Boşaltma testinin əsas prinsipi]

Batareyanın gərginliyi haqqında əsas anlayışdan sonra litium-ion batareyalarının boşalma əyrisini təhlil etməyə başladıq. Boşaltma əyrisi əsasən elektrodun vəziyyətini əks etdirir, bu, müsbət və mənfi elektrodların vəziyyət dəyişikliklərinin superpozisiyasıdır.

Litium-ion batareyalarının boşalma prosesi boyunca gərginlik əyrisini üç mərhələyə bölmək olar

1) Batareyanın ilkin mərhələsində gərginlik sürətlə aşağı düşür və boşalma dərəcəsi nə qədər çox olarsa, gərginlik bir o qədər tez düşür;

2) Batareyanın gərginliyi batareyanın platforma sahəsi adlanan yavaş dəyişmə mərhələsinə keçir. Boşaltma dərəcəsi nə qədər kiçikdir,

Platforma sahəsinin müddəti nə qədər uzun olarsa, platformanın gərginliyi nə qədər yüksək olarsa, gərginliyin düşməsi bir o qədər yavaş olar.

3) Batareyanın gücü demək olar ki, bitdikdə, boşalmanın dayandırılması gərginliyinə çatana qədər batareyanın yük gərginliyi kəskin şəkildə düşməyə başlayır.

Test zamanı məlumat toplamaq üçün iki yol var

(1) Müəyyən edilmiş vaxt intervalı Δ t uyğun olaraq cərəyan, gərginlik və vaxt məlumatlarını toplamaq;

(2) Müəyyən edilmiş gərginlik dəyişmə fərqinə uyğun olaraq cərəyan, gərginlik və vaxt məlumatlarını toplayın Δ V. Avadanlığın doldurulması və boşaldılmasının dəqiqliyinə əsasən cərəyan dəqiqliyi, gərginlik dəqiqliyi və vaxt dəqiqliyi daxildir. Cədvəl 2 müəyyən bir doldurma və boşaltma maşınının avadanlıq parametrlərini göstərir, burada% FS tam diapazonun faizini, 0.05% RD isə oxunuşun 0.05% diapazonunda ölçülmüş xətaya aiddir. Doldurma və boşaltma avadanlığı ümumiyyətlə yük üçün yük müqaviməti əvəzinə CNC sabit cərəyan mənbəyindən istifadə edir, belə ki, batareyanın çıxış gərginliyinin dövrədəki seriya müqaviməti və ya parazit müqaviməti ilə heç bir əlaqəsi yoxdur, ancaq yalnız gərginlik E və daxili müqavimətlə əlaqələndirilir. r və batareyaya ekvivalent olan ideal gərginlik mənbəyinin dövrə cərəyanı I. Müqavimət yük üçün istifadə edilərsə, akkumulyatorun ekvivalenti olan ideal gərginlik mənbəyinin gərginliyini E, daxili müqaviməti r, yük müqavimətini isə R kimi təyin edin. Yük müqavimətinin hər iki ucundakı gərginliyi gərginliklə ölçün. metr, Şəkil 6-da yuxarıdakı şəkildə göstərildiyi kimi. Bununla belə, praktikada dövrədə qurğuşun müqaviməti və qurğunun əlaqə müqaviməti (vahid parazitar müqavimət) mövcuddur. Şəkldə göstərilən ekvivalent dövrə diaqramı. 3 Şəklin aşağıdakı şəkildə göstərilmişdir. 3. Təcrübədə, parazit müqaviməti qaçılmaz olaraq tətbiq edilir, belə ki, ümumi yük müqaviməti böyük olur, lakin ölçülmüş gərginlik R yük müqavimətinin hər iki ucunda gərginlikdir, buna görə də xəta təqdim olunur.

 Şəkil 3 Müqavimətin boşaldılması metodunun prinsipial blok diaqramı və faktiki ekvivalent dövrə diaqramı

Yük kimi I1 cərəyanı olan sabit cərəyan mənbəyi istifadə edildikdə, sxematik diaqram və faktiki ekvivalent dövrə diaqramı Şəkil 7-də göstərilmişdir. E, I1 sabit qiymətlər, r isə müəyyən vaxt üçün sabitdir.

Yuxarıdakı düsturdan görə bilərik ki, A və B-nin iki gərginliyi sabitdir, yəni batareyanın çıxış gərginliyi dövrədə ardıcıl müqavimətin ölçüsü ilə əlaqəli deyil və əlbəttə ki, heç bir əlaqəsi yoxdur. parazit müqaviməti ilə. Bundan əlavə, dörd terminallı ölçmə rejimi batareyanın çıxış gərginliyinin daha dəqiq ölçülməsinə nail ola bilər.

Şəkil 4 Avadanlıqların blok diaqramı və sabit cərəyan mənbəyi yükünün faktiki ekvivalent sxemi

Paralel mənbə yükə sabit cərəyan verə bilən enerji təchizatı cihazıdır. Xarici enerji təchizatı dəyişdikdə və empedans xüsusiyyətləri dəyişdikdə hələ də çıxış cərəyanını sabit saxlaya bilər.

[Boşaltma test rejimi]

Doldurma və boşaltma test avadanlığı ümumiyyətlə yarımkeçirici cihazdan axın elementi kimi istifadə edir. Yarımkeçirici cihazın idarəetmə siqnalını tənzimləyərək, sabit cərəyan, sabit təzyiq və sabit müqavimət və s. kimi müxtəlif xüsusiyyətlərə malik bir yükü simulyasiya edə bilər. Litium-ion batareyanın boşaldılması test rejiminə əsasən sabit cərəyan boşalması, sabit müqavimət boşalması, sabit enerji boşalması və s. daxildir. Hər bir boşalma rejimində fasiləsiz boşalma və interval boşalması da bölünə bilər, bu da vaxtın uzunluğuna görə, interval boşalması aralıq boşalma və nəbz boşalmasına bölünə bilər. Boşaltma testi zamanı batareya təyin edilmiş rejimə uyğun olaraq boşalır və müəyyən edilmiş şərtlərə çatdıqdan sonra boşalmağı dayandırır. Boşalmanın kəsilməsi şərtlərinə gərginliyin kəsilməsinin təyin edilməsi, vaxtın kəsilməsinin təyin edilməsi, gücün kəsilməsinin təyin edilməsi, mənfi gərginlik qradiyentinin kəsilməsinin təyin edilməsi və s. daxildir. Batareyanın boşaldılması gərginliyinin dəyişməsi boşalma sistemi ilə əlaqədardır ki, ki, boşalma əyrisinin dəyişməsinə axıdma sistemi də təsir edir, o cümlədən: boşaltma cərəyanı, boşalma temperaturu, axıdmanın dayandırılması gərginliyi; aralıq və ya davamlı boşalma. Boşaltma cərəyanı nə qədər böyükdürsə, işləmə gərginliyi bir o qədər tez düşür; axıdma temperaturu ilə axıdma əyrisi yumşaq şəkildə dəyişir.

(1) Sabit cərəyan boşalması

Sabit cərəyan boşaldıqda, cari dəyər təyin edilir və sonra batareyanın sabit cərəyan boşalmasını həyata keçirmək üçün CNC sabit cərəyan mənbəyini tənzimləməklə cari dəyərə çatılır. Eyni zamanda, batareyanın boşalma xüsusiyyətlərini aşkar etmək üçün batareyanın son gərginlik dəyişməsi toplanır. Sabit cərəyan boşalması eyni boşalma cərəyanının axıdılmasıdır, lakin batareyanın gərginliyi düşməyə davam edir, buna görə də güc düşməyə davam edir. Şəkil 5, litium-ion batareyalarının sabit cərəyan boşalmasının gərginlik və cərəyan əyrisidir. Sabit cərəyan boşalması səbəbindən zaman oxu asanlıqla tutum oxuna (cari və zamanın məhsulu) çevrilir. Şəkil 5 sabit cərəyan boşalmasında gərginlik-tutum əyrisini göstərir. Sabit cərəyan boşalması litium-ion batareya testlərində ən çox istifadə edilən boşalma üsuludur.

Şəkil 5 sabit cərəyan sabit gərginlik doldurulması və müxtəlif çarpan dərəcələrində sabit cərəyan boşalma əyriləri

(2) Sabit enerji boşalması

Sabit güc boşaldıqda, ilk olaraq sabit güc gücünün dəyəri P təyin edilir və batareyanın çıxış gərginliyi U toplanır. Boşaltma prosesində P-nin sabit olması tələb olunur, lakin U daim dəyişir, buna görə də sabit enerji boşalması məqsədinə nail olmaq üçün CNC sabit cərəyan mənbəyinin I cərəyanını I = P / U düsturuna uyğun olaraq davamlı olaraq tənzimləmək lazımdır. . Boşaltma gücünü dəyişmədən saxlayın, çünki boşalma prosesində batareyanın gərginliyi düşməyə davam edir, buna görə də sabit enerji boşalmasında cərəyan artmağa davam edir. Sabit güc boşalması sayəsində zaman koordinat oxu asanlıqla enerjiyə (güc və zamanın məhsulu) koordinat oxuna çevrilir.

Şəkil 6 Müxtəlif ikiqat sürətlərdə sabit gücün doldurulması və boşaldılması əyriləri

Sabit cərəyan boşalması və sabit enerji boşalması arasında müqayisə

Şəkil 7: (a) müxtəlif nisbətlərdə yükləmə və boşaltma qabiliyyəti diaqramı; (b) yükləmə və boşalma əyrisi

 Şəkil 7 iki rejimdə müxtəlif nisbətdə yükləmə və boşaltma testlərinin nəticələrini göstərir lityum dəmir fosfat batareyası. ŞEKİL-dəki tutum əyrisinə görə. 7 (a), sabit cərəyan rejimində şarj və boşaltma cərəyanının artması ilə batareyanın faktiki doldurulması və boşaldılması qabiliyyəti tədricən azalır, lakin dəyişiklik diapazonu nisbətən kiçikdir. Batareyanın faktiki doldurulması və boşaldılması gücü gücün artması ilə tədricən azalır və çarpan nə qədər böyükdürsə, tutum daha sürətli çürüyür. 1 saatlıq axıdma qabiliyyəti sabit axın rejimindən aşağıdır. Eyni zamanda, şarj-boşaltma sürəti 5 saatlıq sürətdən aşağı olduqda, batareyanın tutumu sabit güc şəraitində daha yüksəkdir, batareyanın tutumu isə 5 saatdan yüksək olduqda, sabit cərəyan şəraitində daha yüksəkdir.

Şəkil 7-dən (b) aşağı nisbət, litium-dəmir fosfat akkumulyatorunun iki rejimli tutum-gərginlik əyrisi və yükləmə və boşalma gərginliyi platformasının dəyişməsi böyük deyil, lakin yüksək nisbət şəraitində, tutum-gərginlik əyrisini göstərir, sabit cərəyan-sabit gərginlik rejimi sabit gərginlik vaxt xeyli uzun və doldurulması gərginlik platforma əhəmiyyətli dərəcədə artıb, axıdılması gərginlik platforma əhəmiyyətli dərəcədə azalıb.

(3) Sabit müqavimət boşalması

Daimi müqavimət boşaldıqda, batareyanın çıxış gərginliyini toplamaq üçün əvvəlcə sabit müqavimət dəyəri R təyin edilir U. Boşaltma prosesi zamanı R sabit olmalıdır, lakin U daim dəyişir, buna görə də CNC sabit cərəyanının cari I dəyəri daimi müqavimət boşalma məqsədinə nail olmaq üçün mənbə daim I = U / R düsturuna uyğun olaraq tənzimlənməlidir. Boşaltma prosesində batareyanın gərginliyi həmişə azalır və müqavimət eynidir, buna görə də boşalma cərəyanı I də azalan prosesdir.

(4) Davamlı boşalma, aralıq boşalma və nəbz boşalması

Davamlı boşalma, aralıq boşalma və nəbz boşalmasına nəzarəti həyata keçirmək üçün vaxt funksiyasından istifadə edərkən batareya sabit cərəyanda, sabit gücdə və sabit müqavimətdə boşaldılır. Şəkil 11 tipik bir nəbz yükü/boşaltma testinin cari əyriləri və gərginlik əyrilərini göstərir.

Şəkil 8 Tipik impuls yükləmə-boşaltma testləri üçün cərəyan əyriləri və gərginlik əyriləri

[Boşaltma əyrisinə daxil edilmiş məlumat]

Boşaltma əyrisi boşalma prosesi zamanı batareyanın gərginlik, cərəyan, tutum və digər dəyişikliklərin əyrisinə aiddir. Doldurma və boşalma əyrisində olan məlumat çox zəngindir, o cümlədən tutum, enerji, iş gərginliyi və gərginlik platforması, elektrod potensialı ilə yük vəziyyəti arasında əlaqə və s. Boşaltma testi zamanı qeydə alınan əsas məlumatlar vaxtdır. cərəyan və gərginliyin təkamülü. Bu əsas məlumatlardan çoxlu parametrlər əldə etmək olar. Aşağıdakılar boşalma əyrisi ilə əldə edilə bilən parametrləri təfərrüatlandırır.

(1) Gərginlik

Litium ion batareyasının boşalma testində gərginlik parametrləri əsasən gərginlik platforması, orta gərginlik, orta gərginlik, kəsmə gərginliyi və s. , dQ / dV-nin pik dəyərindən əldə edilə bilər. Orta gərginlik batareya tutumunun yarısının müvafiq gərginlik dəyəridir. Litium dəmir fosfat və litium titanat kimi platformada daha aydın görünən materiallar üçün median gərginlik platformanın gərginliyidir. Orta gərginlik, gərginlik tutumunun əyrisinin effektiv sahəsidir (yəni, batareyanın boşaldılması enerjisi) tutumun hesablanması düsturuna bölünür u = U (t) * I (t) dt / I (t) dt. Kəsmə gərginliyi batareyanın boşaldılması zamanı icazə verilən minimum gərginliyə aiddir. Gərginlik boşalmanın kəsilmə gərginliyindən aşağı olarsa, batareyanın hər iki ucundakı gərginlik sürətlə aşağı düşərək həddindən artıq boşalma əmələ gətirir. Həddindən artıq boşalma elektrodun aktiv maddəsinə zərər verə, reaksiya qabiliyyətini itirə və batareyanın ömrünü qısalda bilər. Birinci hissədə təsvir olunduğu kimi, batareyanın gərginliyi katod materialının doldurulma vəziyyəti və elektrod potensialı ilə bağlıdır.

(2) Tutum və xüsusi tutum

Batareyanın tutumu müəyyən bir boşalma sistemi altında (müəyyən bir boşalma cərəyanı altında I, boşalma temperaturu T, axıdmanın kəsilməsi gərginliyi V altında) batareyanın buraxdığı elektrik miqdarına aiddir, bu batareyanın enerjini Ah və ya C-də saxlamaq qabiliyyətini göstərir. Tutum bir çox elementdən təsirlənir, məsələn, boşalma cərəyanı, boşalma temperaturu və s. Tutumun ölçüsü müsbət və mənfi elektrodlarda aktiv maddələrin miqdarı ilə müəyyən edilir.

Nəzəri tutum: reaksiyada aktiv maddənin verdiyi tutum.

Faktiki tutum: müəyyən bir boşaltma sistemi altında buraxılan faktiki tutum.

Nominal tutum: nəzərdə tutulmuş boşalma şəraitində akkumulyatorun zəmanət verdiyi minimum güc miqdarına aiddir.

Boşaltma sınağında tutum cərəyanı zamanla birləşdirməklə hesablanır, yəni C = I (t) dt, t sabit boşalmada sabit cərəyan, C = I (t) dt = I t; sabit müqavimət R axıdılması, C = I (t) dt = (1 / R) * U (t) dt (1 / R) * out (u orta boşalma gərginliyi, t boşalma vaxtıdır).

Xüsusi tutum: Müxtəlif batareyaları müqayisə etmək üçün xüsusi tutum anlayışı təqdim olunur. Xüsusi tutum vahid kütlənin aktiv maddəsinin və ya vahid həcm elektrodunun verdiyi tutuma aiddir ki, bu da kütlənin xüsusi tutumu və ya həcmin xüsusi tutumu adlanır. Adi hesablama üsulu belədir: xüsusi tutum = akkumulyatorun ilk boşalma qabiliyyəti / (aktiv maddə kütləsi * aktiv maddənin istifadə dərəcəsi)

Batareyanın tutumuna təsir edən amillər:

a. Batareyanın axıdılması cərəyanı: cərəyan nə qədər böyükdürsə, çıxış gücü azalır;

b. Batareyanın boşalma temperaturu: temperatur azaldıqda çıxış gücü azalır;

c. Batareyanın boşalma kəsmə gərginliyi: elektrod materialı tərəfindən təyin olunan boşalma müddəti və elektrod reaksiyasının həddi ümumiyyətlə 3.0V və ya 2.75V-dir.

d. Batareyanın doldurulması və boşaldılması müddətləri: batareyanın çoxlu doldurulması və boşaldılmasından sonra, elektrod materialının nasazlığı səbəbindən batareya batareyanın boşalma qabiliyyətini azalda biləcək.

e. Batareyanın doldurulma şərtləri: doldurma dərəcəsi, temperatur, kəsmə gərginliyi batareyanın tutumuna təsir edir, beləliklə boşalma qabiliyyətini təyin edir.

 Batareyanın tutumunun təyini üsulu:

Fərqli sənayelərdə iş şəraitinə görə fərqli sınaq standartları var. 3C məhsulları üçün litium-ion batareyaları üçün, milli standart GB / T18287-2000 Mobil Telefon üçün Litium-ion Batareyalar üçün Ümumi Spesifikasiyaya uyğun olaraq, batareyanın nominal tutumunun sınaq metodu aşağıdakı kimidir: a) doldurulması: 0.2C5A doldurulması; b) boşalma: 0.2C5A boşalma; c) beş dövrə, onlardan biri uyğundur.

Elektrikli nəqliyyat vasitələri sənayesi üçün, GB / T 31486-2015 Elektrik Performans Tələbləri və Elektrikli Avtomobillər üçün Akkumulyator Batareyasının Test Metodlarına uyğun olaraq, akkumulyatorun nominal tutumu, batareyanın otaq temperaturunda buraxdığı tutuma (Ah) aiddir. 1I1 (A) cərəyan boşalması ilə, dəyəri C1 (A) -ə bərabər olan I1 1 saatlıq boşalma cərəyanı olan son gərginliyə çatmaq üçün. Test üsulu belədir:

A) Otaq temperaturunda müəssisə tərəfindən müəyyən edilmiş doldurma son gərginliyinə qədər sabit cərəyanla doldurarkən sabit gərginliyi dayandırın və şarjın dayandırılması cərəyanı 0.05I1 (A) səviyyəsinə düşdükdə şarjı dayandırın və sonra şarjı 1 saat saxlayın. doldurulur.

Bb) Otaq temperaturunda akkumulyator 1I1 (A) cərəyanı ilə boşalma müəssisənin texniki şərtlərində göstərilən boşalmanın dayandırılması gərginliyinə çatana qədər boşaldılır;

C) ölçülmüş boşaltma qabiliyyəti (Ah ilə ölçülür), axıdmanın xüsusi enerjisini hesablayın (Wh / kq ilə ölçülür);

3 d) a) -) c) addımlarını 5 dəfə təkrarlayın. Ardıcıl 3 testin ifrat fərqi nominal gücün 3%-dən az olduqda, sınaq əvvəlcədən başa çatdırıla bilər və son 3 testin nəticələri orta hesabla götürülə bilər.

(3) Ödəniş vəziyyəti, SOC

SOC (State of Charge) müəyyən bir boşalma dərəcəsi altında bir müddət və ya uzun müddət sonra batareyanın qalan tutumunun tam doldurulma vəziyyətinə nisbətini təmsil edən bir şarj vəziyyətidir. "Açıq dövrə gərginliyi + saat vaxtı inteqrasiyası" metodu, batareyanın ilkin vəziyyətini doldurmaq qabiliyyətini qiymətləndirmək üçün açıq dövrəli gərginlik metodundan istifadə edir və daha sonra amperatorun istehlak etdiyi gücü əldə etmək üçün saat vaxtı inteqrasiyası metodundan istifadə edir. -zaman inteqrasiyası metodu. İstehlak olunan güc boşalma cərəyanının və boşalma vaxtının məhsuludur və qalan güc ilkin güc və istehlak olunan güc arasındakı fərqə bərabərdir. Açıq dövrə gərginliyi ilə bir saatlıq inteqral arasında SOC riyazi qiymətləndirməsi belədir:

Burada CN nominal tutumdur; η - yükləmə-boşaltma səmərəliliyi; T - batareyadan istifadə temperaturu; I batareyanın cərəyanıdır; t batareyanın boşaldılması vaxtıdır.

DOD (Depth of Discharge) atqı dərinliyidir, atqı dərəcəsinin ölçüsüdür, atqı qabiliyyətinin ümumi atqı tutumuna nisbəti. Boşaltma dərinliyi batareyanın ömrü ilə böyük əlaqəyə malikdir: boşalma dərinliyi nə qədər dərin olarsa, ömrü də bir o qədər qısa olar. Əlaqə SOC = 100% -DOD üçün hesablanır

4) Enerji və xüsusi enerji

Müəyyən şərtlər altında xarici işlər görərək batareyanın çıxara biləcəyi elektrik enerjisi batareyanın enerjisi adlanır və vahid ümumiyyətlə wh ilə ifadə edilir. Boşaltma əyrisində enerji aşağıdakı kimi hesablanır: W = U (t) * I (t) dt. Sabit cərəyan boşalmasında W = I * U (t) dt = It * u (u orta boşalma gərginliyi, t boşalma vaxtıdır)

a. Nəzəri enerji

Batareyanın boşaldılması prosesi tarazlıq vəziyyətindədir və boşalma gərginliyi elektromotor qüvvənin (E) dəyərini saxlayır və aktiv maddənin istifadə dərəcəsi 100% təşkil edir. Bu vəziyyətdə, batareyanın çıxış enerjisi nəzəri enerjidir, yəni sabit temperatur və təzyiq altında dönən batareyanın gördüyü maksimum işdir.

b. Həqiqi enerji

Batareyanın boşaldılmasının faktiki çıxış enerjisi faktiki enerji adlanır, elektrik avtomobil sənayesi qaydaları ("GB / T 31486-2015 Elektrik Batareyasının Elektrik Performansı Tələbləri və Elektrikli Nəqliyyat vasitələri üçün Test Metodları"), 1I1 (A) ilə otaq temperaturunda batareya ) cərəyan boşalması, nominal enerji adlanan son gərginlik tərəfindən buraxılan enerjiyə (Wh) çatmaq üçün.

c. xüsusi enerji

Batareyanın vahid kütləyə və vahid həcmə verdiyi enerjiyə kütləvi xüsusi enerji və ya həcm xüsusi enerji, həmçinin enerji sıxlığı deyilir. wh / kq və ya wh / L vahidlərində.

[Boşaltma əyrisinin əsas forması]

Boşaltma əyrisinin ən əsas forması gərginlik-zaman və cari vaxt əyrisidir. Zaman oxu hesablamasının çevrilməsi ilə ümumi boşalma əyrisi həmçinin gərginlik-tutum (xüsusi tutum) əyrisi, gərginlik-enerji (xüsusi enerji) əyrisi, gərginlik-SOC əyrisi və s.

(1) Gərginlik-zaman və cari vaxt əyrisi

Şəkil 9 Gərginlik-zaman və cari-zaman əyriləri

(2) Gərginlik-tutum əyrisi

Şəkil 10 Gərginlik-tutum əyrisi

(3) Gərginlik-enerji əyrisi

Şəkil Şəkil 11. Gərginlik-enerji əyrisi

[istinad sənədləri]

• Wang Chao, et al. Elektrokimyəvi enerji saxlama qurğularında sabit cərəyanın və sabit gücün yük və boşalma xüsusiyyətlərinin müqayisəsi [J]. Enerji saxlama elmi və texnologiyası.2017(06):1313-1320.
• Eom KS，Joshi T，Bordes A， və başqaları. Nano silisium və nano çox qatlı qrafen kompozit anoddan istifadə edərək Li-ion tam hüceyrə batareyasının dizaynı[J]
• Guo Jipeng və başqaları. Litium dəmir fosfat batareyalarının sabit cərəyan və sabit güc test xüsusiyyətlərinin müqayisəsi [J].saxlama batareyası.2017(03)：109-115
• Marinaro M，Yoon D，Gabrielli G，et al.Yüksək performanslı 1.2 Ah Si-aloy/Qrafit|LiNi0.5Mn0.3Co0.2O2 prototipi Li-ion batareya[J].Journal of Power Sources.2017，357(Əlavə C):188-197.