Litio-ioizko bateriaren deskarga-kurbaren analisirako gida integrala

Litio-ioizko bateriaren errendimendu proba erabiliena --deskarga-kurbaren analisi estrategia

Litio-ioizko bateria deskargatzen denean, bere lan-tentsioa etengabe aldatzen da denboraren jarraipenarekin. Bateriaren lan-tentsioa ordenatua, deskarga-denbora edo edukiera edo karga-egoera (SOC) edo deskarga-sakonera (DOD) abzisa gisa erabiltzen da, eta marraztutako kurba deskarga-kurba deitzen da. Bateria baten deskarga ezaugarria ulertzeko, lehenik eta behin bateriaren tentsioa ulertu behar dugu printzipioz.

[Bateriaren tentsioa]

Elektrodoen erreakzioak bateria eratzeko baldintza hauek bete behar ditu: erreakzio kimikoan elektroia galtzeko prozesua (hau da, oxidazio-prozesua) eta elektroia lortzeko prozesua (hau da, erredukzio-erreakzio-prozesua) bi eremu ezberdinetan bereizi behar dira, redox erreakzio orokorretik ezberdina dena; bi elektrodoren substantzia aktiboaren erredox erreakzioa kanpoko zirkuituaren bidez transmititu behar da, metalaren korrosio prozesuan mikrobateria erreakziotik desberdina dena. Bateriaren tentsioa elektrodo positiboaren eta elektrodo negatiboaren arteko potentzial-diferentzia da. Funtsezko parametro espezifikoak zirkuitu irekiko tentsioa, lan-tentsioa, karga eta deskarga mozte-tentsioa, etab.

[Litio-ioizko bateriaren materialaren elektrodo potentziala]

Elektrodoen potentziala elektrolito-disoluzioan material solido bat murgiltzeari dagokio, efektu elektrikoa erakutsiz, hau da, metalaren gainazalaren eta disoluzioaren arteko potentzial-diferentzia erakutsiz. Potentzial-diferentzia horri disoluzioan metalak duen potentziala edo elektrodoaren potentziala deitzen zaio. Laburbilduz, elektrodoaren potentziala ioi edo atomo batek elektroi bat eskuratzeko duen joera da.

Beraz, elektrodo positibo edo elektrodo negatiborako material jakin baterako, litio-gatz batekin elektrolito batean jartzen denean, bere elektrodoaren potentziala honela adierazten da:

Non φ c substantzia honen elektrodo-potentziala den. Hidrogeno-elektrodoaren potentzial estandarra 0.0V-koa izan zen.

[Bateriaren zirkuitu irekiko tentsioa]

Bateriaren indar elektroeragilea metodo termodinamikoaren bidez bateriaren erreakzioaren arabera kalkulatzen den balio teorikoa da, hau da, bateriaren orekako elektrodo potentzialaren eta zirkuitua hausten direnean elektrodo positibo eta negatiboen arteko aldea balio maximoa da. bateriak tentsioa eman dezakeela. Izan ere, elektrodo positiboak eta negatiboak ez dira zertan oreka termodinamikoko egoeran egon elektrolitoan, hau da, elektrolito-disoluzioan bateriaren elektrodo positibo eta negatiboek ezarritako elektrodo-potentziala normalean ez da oreka-elektrodo-potentziala, beraz, bateriaren zirkuitu irekiko tentsioa, oro har, bere indar elektroeragilea baino txikiagoa da. Elektrodoen erreakziorako:

Osagai erreaktiboaren egoera ez-estandarra eta osagai aktiboaren jarduera (edo kontzentrazioa) denboran zehar kontuan hartuta, zelularen benetako zirkuitu irekiko tentsioa energia-ekuazioaren bidez aldatzen da:

Non R gas-konstantea den, T erreakzio-tenperatura eta a osagaien jarduera edo kontzentrazioa den. Bateriaren zirkuitu irekiko tentsioa elektrodoaren material positibo eta negatiboaren propietateen, elektrolitoaren eta tenperatura-baldintzen araberakoa da, eta bateriaren geometria eta tamainaren araberakoa da. Litio-ioizko elektrodoaren materiala poloan prestatzea eta litiozko metalezko xafla botoiaren erdiko baterian muntatuta, elektrodoaren materiala tentsio irekiko SOC egoera desberdinetan neur dezakete, tentsio-kurba irekia elektrodoaren materialaren karga-egoeraren erreakzioa da, bateria biltegiratzeko tentsio-jaitsiera irekia, baina ez oso handia, irekitako tentsio jaitsiera azkarregi edo anplitudea fenomeno anormala bada. Substantzia aktibo bipolarren gainazaleko egoera-aldaketa eta bateriaren autodeskarga dira biltegiratzeko zirkuitu irekiko tentsioa gutxitzeko arrazoi nagusiak, elektrodo positibo eta negatiboko material taularen maskara geruzaren aldaketa barne; elektrodoaren ezegonkortasun termodinamikoak, metalezko ezpurutasun arrotzen disoluzioak eta prezipitazioak eta elektrodo positibo eta negatiboen arteko diafragmak eragindako mikrozirkuitu laburrak eragindako aldaketa potentziala. Litio-ioizko bateria zahartzen ari denean, K balioaren aldaketa (tentsio-jaitsiera) SEI filmaren eraketa eta egonkortasun prozesua da elektrodoaren materialaren gainazalean. Tentsio-jaitsiera handiegia bada, mikro-zirkuitu labur bat dago barruan, eta bateria ez dela kalifikatutzat jotzen da.

[Bateriaren polarizazioa]

Korrontea elektrodotik igarotzen denean, elektrodoak orekako elektrodoaren potentzialetik aldentzen den fenomenoari polarizazioa deritzo, eta polarizazioak gainpotentziala sortzen du. Polarizazioaren kausen arabera, polarizazioa polarizazio ohmikoan, kontzentrazio-polarizazioan eta polarizazio elektrokimikoan bana daiteke. IRUDIA. 2 bateriaren deskarga-kurba tipikoa da eta hainbat polarizazioren eragina tentsioan.

 1. Irudia. Deskarga-kurba eta polarizazio tipikoa

(1) Polarizazio ohmikoa: bateriaren zati bakoitzaren erresistentziaren ondorioz, presio-jaitsieraren balioak ohm-en legea jarraitzen du, korrontea gutxitzen da, polarizazioa berehala jaisten da eta korrontea gelditu eta berehala desagertzen da.

(2) Polarizazio elektrokimikoa: polarizazioa elektrodoaren gainazaleko erreakzio elektrokimiko motelaren ondorioz sortzen da. Mikrosegundo mailan nabarmen gutxitu zen korrontea txikiagotzen den heinean.

(3) Kontzentrazio-polarizazioa: disoluzioan ioien difusio-prozesuaren atzerapena dela eta, elektrodoaren gainazalaren eta disoluzioaren gorputzaren arteko kontzentrazio-aldea korronte jakin baten azpian polarizatu egiten da. Polarizazio hori gutxitu edo desagertzen da korronte elektrikoa txikiagotu ahala segundo makroskopikoetan (segundo gutxi batzuetatik hamarnaka segundora).

Bateriaren barne-erresistentzia handitzen da bateriaren deskarga-korrontea handitzean, hau da, batez ere, deskarga-korronte handiak bateriaren polarizazio-joera handitzen duelako, eta deskarga-korrontea zenbat eta handiagoa izan, orduan eta nabarmenagoa da polarizazio-joera, erakusten den moduan. 2. irudian. Ohm-en legearen arabera: V=E0-IRT, barne-erresistentzia orokorra RT handitzean, bateria-tentsioa deskarga-mozte-tentsiora iristeko behar den denbora dagokion denbora murrizten da, beraz, askatzeko ahalmena ere murriztua.

2. Irudia. Korronte-dentsitateak polarizazioan duen eragina

Litio ioi bateria funtsean litio ioi kontzentrazio bateria mota bat da. Litio ioietako bateriaren karga eta deskarga prozesua elektrodo positibo eta negatiboetan litio ioiak txertatzeko eta kentzeko prozesua da. Litio-ioizko baterien polarizazioan eragiten duten faktoreak hauek dira:

(1) Elektrolitoaren eragina: elektrolitoaren eroankortasun baxua litio ioietako baterien polarizazioaren arrazoi nagusia da. Tenperatura-tarte orokorrean, litio-ioizko piletarako erabiltzen den elektrolitoaren eroankortasuna 0.01 ~ 0.1S/cm baino ez da, hau da, ur-disoluzioaren ehuneko bat. Hori dela eta, litio-ioizko bateriak korronte handian deskargatzen direnean, beranduegi da elektrolitotik Li + osatzeko, eta polarizazio-fenomenoa gertatuko da. Elektrolitoaren eroankortasuna hobetzea funtsezko faktorea da litio-ioizko baterien korronte handiko deskarga-gaitasuna hobetzeko.

(2) Material positiboen eta negatiboen eragina: material positibo eta negatiboen kanal luzeagoa litio-ioi partikula handien gainazalean difusioa, eta hori ez da tasa handia deskargatzeko.

(3) Agente eroalea: agente eroalearen edukia erlazio handiko deskargaren errendimenduari eragiten dion faktore garrantzitsua da. Katodoaren formulako agente eroalearen edukia nahikoa ez bada, elektroiak ezin dira denboran transferitu korronte handia deskargatzen denean, eta polarizazioaren barne-erresistentzia azkar handitzen da, beraz, bateriaren tentsioa azkar murrizten da deskarga-mozte-tentsiora. .

(4) Poloaren diseinuaren eragina: poloaren lodiera: korronte deskarga handiaren kasuan, substantzia aktiboen erreakzio-abiadura oso azkarra da, eta horrek litio ioia materialan azkar txertatu eta askatu behar da. Polo-plaka lodia bada eta litio-ioiaren difusioaren bidea handitzen bada, polo-lodieraren norabideak litio-ioiaren kontzentrazio-gradiente handia sortuko du.

Trinkotze-dentsitatea: polo-xaflaren trinkotze-dentsitatea handiagoa da, poroa txikiagoa da eta litio-ioiaren mugimenduaren bidea luzeagoa da xaflaren lodieraren norabidean. Horrez gain, trinkotze-dentsitatea handiegia bada, materialaren eta elektrolitoaren arteko kontaktu-eremua gutxitzen da, elektrodoaren erreakzio-gunea murrizten da eta bateriaren barne-erresistentzia ere handituko da.

(5) SEI mintzaren eragina: SEI mintzaren eraketak elektrodo/elektrolitoaren interfazearen erresistentzia areagotzen du, tentsio histeresia edo polarizazioa eraginez.

[Bateriaren funtzionamendu-tentsioa]

Funtzionamendu-tentsioa, amaierako tentsio bezala ere ezaguna, bateriaren elektrodo positibo eta negatiboen arteko potentzial-diferentziari egiten zaio erreferentzia, zirkuituan korrontea lan-egoeran doanean. Bateria deskargatzeko lan-egoeran, korrontea bateriatik igarotzen denean, barne-erresistentziak eragindako erresistentzia gainditu behar da, eta horrek presio ohmiko jaitsiera eta elektrodoen polarizazioa eragingo du, beraz, lan-tentsioa zirkuitu irekiko tentsioa baino txikiagoa da beti. eta kargatzean, amaierako tentsioa zirkuitu irekiko tentsioa baino handiagoa da beti. Hau da, polarizazioaren ondorioz bateriaren deskargaren amaierako tentsioa bateriaren potentzial elektroeragilea baino baxuagoa da, hau da, kargatutako bateriaren potentzial elektroeragilea baino handiagoa da.

Polarizazio-fenomenoaren existentzia dela eta, berehalako tentsioa eta benetako tentsioa karga eta deskarga prozesuan. Kargatzean, berehalako tentsioa benetako tentsioa baino apur bat handiagoa da, polarizazioa desagertzen da eta tentsioa jaisten da deskargaren ondoren berehalako tentsioa eta benetako tentsioa jaisten direnean.

Goiko deskribapena laburbiltzeko, esamoldea hau da:

E +, E- - elektrodo positiboen eta negatiboen potentzialak adierazten dituzte, hurrenez hurren, E + 0 eta E- -0 elektrodo positiboen eta negatiboen orekako elektrodoen potentziala adierazten dute, VR-k polarizazio-tentsio ohmikoa adierazten du eta η + , η - - elektrodo positiboen eta negatiboen gainpotentziala adierazten dute, hurrenez hurren.

[Deskarga probaren oinarrizko printzipioa]

Baterien tentsioaren oinarrizko ezagutzaren ondoren, litio-ioizko baterien deskarga-kurba aztertzen hasi ginen. Deskarga-kurbak, funtsean, elektrodoaren egoera islatzen du, hau da, elektrodo positiboen eta negatiboen egoera-aldaketen gainjartzea.

Deskarga-prozesuan zehar litio-ioizko baterien tentsio-kurba hiru fasetan bana daiteke

1) Bateriaren hasierako fasean, tentsioa azkar jaisten da, eta zenbat eta deskarga-tasa handiagoa izan, orduan eta azkarrago jaisten da tentsioa;

2) Bateriaren tentsioa aldaketa moteleko etapa batean sartzen da, bateriaren plataforma-eremua deitzen dena. Zenbat eta txikiagoa izan isurketa-tasa,

Plataformaren eremuaren iraupena zenbat eta luzeagoa izan, orduan eta plataformako tentsio handiagoa, orduan eta motelagoa izango da tentsio-jaitsiera.

3) Bateriaren indarra ia amaitzen denean, bateriaren karga-tentsioa nabarmen jaisten hasten da deskarga gelditzeko tentsiora iritsi arte.

Probetan zehar, datuak biltzeko bi modu daude

(1) Bildu korrontearen, tentsioaren eta denboraren datuak ezarritako Δ t denbora tartearen arabera;

(2) Bildu korrontearen, tentsioaren eta denboraren datuak ezarritako tentsio-aldaketaren diferentziaren arabera Δ V. Kargatzeko eta deskargatzeko ekipoen zehaztasunak korrontearen zehaztasuna, tentsioaren zehaztasuna eta denboraren zehaztasuna barne hartzen ditu batez ere. 2. taulak kargatzeko eta deskargatzeko makina jakin baten ekipamendu-parametroak erakusten ditu, non % FS gama osoaren ehunekoa adierazten duen, eta % 0.05 RD neurtutako erroreari erreferentzia egiten zaio irakurketaren % 0.05 tartean. Karga- eta deskarga-ekipoek, oro har, CNC korronte konstanteko iturria erabiltzen dute kargarako karga-erresistentziaren ordez, beraz, bateriaren irteerako tentsioak ez du zerikusirik zirkuituko serie-erresistentziarekin edo parasito-erresistentziarekin, baina E tentsioarekin eta barne-erresistentziarekin erlazionatuta dago. r eta bateriaren baliokide den tentsio iturri idealaren I zirkuituko korrontea. Erresistentzia kargarako erabiltzen bada, ezarri bateriaren baliokide den tentsio-iturri idealaren tentsioa E, barne-erresistentzia r eta karga-erresistentzia R. Neurtu karga-erresistentziaren bi muturretan tentsioa tentsioarekin. neurgailua, 6. irudian goiko irudian erakusten den bezala. Hala ere, praktikan, berunaren erresistentzia eta aparatuaren kontaktuaren erresistentzia (erresistentzia parasito uniformea) daude zirkuituan. FIG.ean agertzen den zirkuitu-diagrama baliokidea. 3. irudiko hurrengo irudian ageri da. 3. Praktikan, erresistentzia parasitoa ezinbestean sartzen da, beraz, karga-erresistentzia totala handia da, baina neurtutako tentsioa R karga-erresistentziaren bi muturretan dagoen tentsioa da, beraz, errorea sartzen da.

 3. irudia. Erresistentzia-deskarga metodoaren oinarrizko bloke-diagrama eta benetako zirkuitu baliokidearen diagrama

I1 korrontearekin korronte konstanteko iturria karga gisa erabiltzen denean, diagrama eskema eta benetako zirkuitu-diagrama baliokidea erakusten dira 7. Irudian. E, I1 balio konstanteak dira eta r denbora jakin baterako konstantea da.

Goiko formulatik, A eta Bren bi tentsioak konstanteak direla ikus dezakegu, hau da, bateriaren irteerako tentsioak ez du zerikusirik begiztaren serieko erresistentziaren tamainarekin, eta, jakina, ez dauka zerikusirik. parasitoen erresistentziarekin. Horrez gain, lau terminalen neurketa moduak bateriaren irteerako tentsioaren neurketa zehatzagoa lor dezake.

4. Irudia Equiple bloke-diagrama eta korronte konstanteko iturri-kargaren benetako zirkuitu baliokidearen diagrama

Aldibereko iturria kargari korronte konstantea eman diezaiokeen elikatze-gailu bat da. Irteera-korrontea konstante mantendu dezake kanpoko elikadura-hornidura aldatzen denean eta inpedantzia-ezaugarriak aldatzen direnean.

[Deskarga proba modua]

Karga eta deskarga probako ekipoek, oro har, gailu erdieroalea erabiltzen dute fluxu-elementu gisa. Gailu erdieroalearen kontrol-seinalea doituz, ezaugarri ezberdinetako karga simulatu dezake, hala nola korronte konstantea, presio konstantea eta erresistentzia konstantea eta abar. Litio-ioizko bateria deskargatzeko proba-moduak korronte konstanteko deskarga, etengabeko erresistentzia-deskarga, etengabeko potentzia-deskarga eta abar barne hartzen ditu. Deskarga-modu bakoitzean, etengabeko deskarga eta tarte-deskarga ere bana daitezke, denboraren arabera. tarte-deskarga deskarga tarteka eta pultsu-deskargatan bana daiteke. Deskarga-proban, bateria ezarritako moduaren arabera deskargatzen da, eta deskargatzeari uzten dio ezarritako baldintzetara iritsi ondoren. Deskarga-mozte-baldintzek honako hauek dira: tentsio-mozketa ezartzea, denbora-mozketa ezartzea, edukieraren mozketa ezartzea, tentsio-gradientearen mozketa negatiboa ezartzea, etab. Bateriaren deskarga-tentsioaren aldaketa deskarga-sistemarekin lotuta dago, hau da. hau da, deskarga-kurbaren aldaketa deskarga-sistemak ere eragiten du, besteak beste: deskarga-korrontea, deskarga-tenperatura, deskarga amaierako tentsioa; isurketa etengabe edo etengabea. Deskarga-korrontea zenbat eta handiagoa izan, orduan eta azkarrago jaitsiko da funtzionamendu-tentsioa; isurketa-tenperaturarekin, isurketa-kurba astiro-astiro aldatzen da.

(1) Korronte konstanteko deskarga

Uneko deskarga konstantea denean, uneko balioa ezartzen da, eta, ondoren, uneko balioa lortzen da CNC korronte konstanteko iturria doituz, bateriaren uneko etengabeko deskargaz jabetzeko. Aldi berean, bateriaren amaierako tentsio aldaketa biltzen da bateriaren deskarga-ezaugarriak detektatzeko. Korronte konstanteko deskarga deskarga-korronte beraren deskarga da, baina bateriaren tentsioak jaisten jarraitzen du, beraz, potentzia jaisten jarraitzen du. 5. irudia litio-ioizko baterien korronte konstantearen deskargaren tentsio eta korronte kurba da. Korronte konstantearen deskarga dela eta, denbora-ardatza erraz bihurtzen da ahalmen-ardatz (korrontearen eta denboraren arteko biderkadura). 5. irudiak tentsio-ahalmenaren kurba erakusten du korronte konstanteko deskargan. Korronte konstanteko deskarga da litio-ioizko baterien probetan deskargatzeko metodorik erabiliena.

5. irudia korronte konstanteko tentsio konstanteko karga eta korronte konstanteko deskarga-kurbak biderkatzaile-tasa desberdinetan

(2) Potentzia etengabeko deskarga

Potentzia konstantea deskargatzen denean, P potentzia konstantearen balioa ezartzen da lehenik, eta bateriaren U irteerako tentsioa biltzen da. Deskarga prozesuan, P konstantea izan behar da, baina U etengabe aldatzen ari da, beraz, beharrezkoa da CNC korronte konstanteko iturriaren I korrontea etengabe doitzea I = P / U formularen arabera, potentzia etengabeko deskargaren helburua lortzeko. . Mantendu deskarga-potentzia aldatu gabe, deskarga-prozesuan bateriaren tentsioak jaisten jarraitzen duelako eta, beraz, etengabeko potentzia-deskargako korronteak gora egiten jarraitzen du. Potentzia etengabeko deskarga dela eta, denboraren koordenatuen ardatza erraz bihurtzen da energiaren (potentziaren eta denboraren arteko biderkadura) koordenatuen ardatza.

6. Irudia Potentzia konstanteko karga eta deskarga-kurbak bikoizketa-abiadura desberdinetan

Korronte konstanteko deskargaren eta potentzia konstanteko deskargaren arteko konparazioa

7. irudia: (a) karga- eta deskarga-ahalmenaren diagrama ratio desberdinetan; (b) karga eta deskarga kurba

 7. irudian karga eta deskarga proportzio ezberdinen saiakuntzen emaitzak erakusten dira bi moduetan litio-burdin fosfatoko bateria. FIG.ko edukiera-kurbaren arabera. 7 (a), korronte konstantean karga- eta deskarga-korrontea handitzean, bateriaren benetako karga- eta deskarga-ahalmena gutxitzen da pixkanaka, baina aldaketa-barrutia nahiko txikia da. Bateriaren benetako karga- eta deskarga-ahalmena pixkanaka murrizten da potentzia handitzen den heinean, eta biderkatzailea zenbat eta handiagoa izan, orduan eta azkarrago jaitsiko da ahalmena. 1 orduko isurketa-ahalmena fluxu konstantearen modua baino txikiagoa da. Aldi berean, karga-deskarga-tasa 5 orduko tasa baino txikiagoa denean, bateriaren edukiera handiagoa da potentzia konstantearen baldintzapean, bateriaren edukiera 5 orduko tasa baino handiagoa den bitartean korronte konstantearen egoeran.

7 (b) irudian gaitasun-tentsioaren kurba erakusten da, ratio baxuaren baldintzapean, litio-burdin fosfatoaren bateriaren bi moduko edukiera-tentsioaren kurba, eta karga eta deskarga-tentsio-plataformaren aldaketa ez da handia, baina ratio handiko baldintzapean, etengabeko korronte-konstante tentsio modua tentsio konstante denbora nabarmen luzeagoa, eta kargatzeko tentsio plataforma nabarmen handitu da, deskarga tentsio plataforma nabarmen murrizten da.

(3) Erresistentzia etengabeko deskarga

Erresistentzia konstantea deskargatzen denean, R erresistentzia-balio konstante bat ezartzen da lehenengo U bateriaren irteerako tentsioa biltzeko. Deskarga-prozesuan, R konstantea izan behar da, baina U etengabe aldatzen ari da, beraz, CNC korronte konstantearen I balioa. Iturria etengabe egokitu behar da I=U / R formularen arabera erresistentzia konstantea isurtzeko helburua lortzeko. Deskarga-prozesuan bateriaren tentsioa beti jaisten ari da, eta erresistentzia berdina da, beraz, I deskarga-korrontea ere beheranzko prozesua da.

(4) Etengabeko deskarga, etengabeko deskarga eta pultsu-deskarga

Bateria korronte konstantean, potentzia konstantean eta etengabeko erresistentzian deskargatzen da, denbora-funtzioa erabiltzen duen bitartean deskarga jarraituaren, eteneko deskargaren eta pultsuen deskargaren kontrolaz jabetzeko. 11. irudiak pultsu-karga/deskarga-test tipiko baten korronte-kurbak eta tentsio-kurbak erakusten ditu.

8. Irudia Pultsu-karga-deskarga-proba tipikoetarako korronte-kurbak eta tentsio-kurbak

[Deskarga-kurban jasotako informazioa]

Deskarga-kurbak deskarga-prozesuan zehar bateriaren tentsio, korronte, ahalmen eta beste aldaketen kurba aipatzen du. Karga- eta deskarga-kurban jasotako informazioa oso aberatsa da, besteak beste, edukiera, energia, lan-tentsioa eta tentsio-plataforma, elektrodoaren potentzialaren eta karga-egoeraren arteko erlazioa, etab. Deskarga proban erregistratutako datu nagusiak denbora da. korrontearen eta tentsioaren bilakaera. Oinarrizko datu horietatik parametro asko lor daitezke. Jarraian, isurketa-kurbaren bidez lor daitezkeen parametroak zehazten dira.

(1) Tentsioa

Litio-ioietako bateriaren deskarga-proban, tentsio-parametroek batez ere tentsio-plataforma, mediana-tentsioa, batez besteko tentsioa, mozte-tentsioa, etab. Plataformako tentsioa dagokion tentsio-balioa da tentsio-aldaketa minimoa denean eta edukiera-aldaketa handia denean. , dQ / dV-ren balio gailurretik lor daitekeena. Tentsio mediana bateriaren edukieraren erdiari dagokion tentsio-balioa da. Plataforman agerikoagoak diren materialetarako, hala nola litio-burdin fosfatoa eta litio-titanatoa, mediana tentsioa plataformako tentsioa da. Batez besteko tentsioa tentsio-ahalmenaren kurbaren (hau da, bateriaren deskarga-energia) azalera eraginkorra da, edukiera kalkulatzeko formulaz zatituta u = U (t) * I (t) dt / I (t) dt. Mozte-tentsioa bateria deskargatzen denean onartzen den gutxieneko tentsioari dagokio. Tentsioa deskarga ebakitzeko tentsioa baino txikiagoa bada, bateriaren bi muturretan tentsioa azkar jaitsiko da, gehiegizko deskarga sortuz. Gehiegizko deskargak elektrodoaren substantzia aktiboan kalteak eragin ditzake, erreakzio gaitasuna galdu eta bateriaren iraupena laburtu. Lehenengo zatian deskribatzen den moduan, bateriaren tentsioa katodoaren materialaren karga-egoerarekin eta elektrodo-potentzialarekin lotuta dago.

(2) Edukiera eta gaitasun espezifikoa

Bateriaren edukiera bateriak deskarga-sistema jakin batean askatzen duen elektrizitate kantitateari egiten dio erreferentzia (deskarga-korronte jakin baten azpian I, deskarga-tenperatura T, deskarga mozteko tentsioa), bateriak Ah edo C-tan energia gordetzeko duen gaitasuna adierazten du. Elementu askok eragina dute edukieran, hala nola deskarga-korrontea, deskarga-tenperatura, etab. Ahalmenaren tamaina elektrodo positibo eta negatiboetako substantzia aktiboen kopuruak zehazten du.

Gaitasun teorikoa: substantzia aktiboak erreakzioan ematen duen ahalmena.

Benetako ahalmena: isurketa-sistema jakin baten arabera askatzen den benetako ahalmena.

Ahalmen nominala: diseinatutako deskarga baldintzetan bateriak bermatzen duen gutxieneko potentziari dagokio.

Deskarga proban, ahalmena denboran zehar korrontea integratuz kalkulatzen da, hau da, C = I (t) dt, korronte konstantean t deskarga konstantean, C = I (t) dt = I t; erresistentzia konstante R deskarga, C = I (t) dt = (1 / R) * U (t) dt (1 / R) * out (u deskargako batez besteko tentsioa da, t deskarga denbora da).

Edukiera espezifikoa: Bateria desberdinak alderatzeko, gaitasun espezifikoaren kontzeptua sartzen da. Ahalmen espezifikoa masa unitarioaren edo bolumen unitarioko elektrodoaren substantzia aktiboak emandako ahalmenari deritzo, masa-ahalmen espezifikoa edo bolumen-ahalmen espezifikoa deritzona. Ohiko kalkulu-metodoa hau da: gaitasun espezifikoa = bateriaren lehen deskarga ahalmena / (substantzia aktiboaren masa * substantzia aktiboaren erabilera-tasa)

Bateriaren edukierari eragiten dioten faktoreak:

a. Bateriaren deskarga-korrontea: zenbat eta handiagoa izan korrontea, irteera-ahalmena gutxitzen da;

b. Bateriaren deskarga-tenperatura: tenperatura jaisten denean, irteera-ahalmena gutxitzen da;

c. Bateriaren deskarga-mozte-tentsioa: elektrodoaren materialak ezarritako deskarga-denbora eta elektrodoaren erreakzioaren muga bera 3.0V edo 2.75V-koa da.

d. Bateriaren karga- eta deskarga-denborak: bateriaren karga eta deskarga anitz egin ondoren, elektrodoaren materialaren hutsegitearen ondorioz, bateriak bateriaren deskarga-ahalmena murrizteko gai izango da.

e. Bateriaren karga-baldintzek: karga-abiadurak, tenperaturak, mozte-tentsioak bateriaren ahalmena eragiten du, eta, horrela, deskarga-ahalmena zehazten du.

 Bateriaren edukiera zehazteko metodoa:

Industria ezberdinek proba estandar desberdinak dituzte lan baldintzen arabera. 3C produktuetarako litio-ioizko bateriei dagokienez, GB / T18287-2000 telefono mugikorrentzako litio-ioizko baterien zehaztapen orokorraren arabera, bateriaren ahalmen baloratua probatzeko metodoa hau da: a) kargatzea: 0.2C5A kargatzea; b) deskarga: 0.2C5A deskarga; c) bost ziklo, horietako bat titulatua.

Ibilgailu elektrikoen industriarako, GB / T 31486-2015 errendimendu elektrikoaren eskakizunen eta ibilgailu elektrikoetarako bateriaren proba metodoen estandar nazionalaren arabera, bateriaren ahalmen nominala bateriak giro-tenperaturan askatutako ahalmenari (Ah) aipatzen du. 1I1 (A) korronte deskargarekin amaierako tentsiora iristeko, zeinetan I1 orduko deskarga-korrontea den, zeinaren balioa C1 (A)ren berdina den. Proba metodoa hau da:

A) Giro-tenperaturan, gelditu tentsio konstantea korronte konstantearekin kargatzean enpresak zehaztutako karga amaierako tentsiora kargatzean, eta kargatzeari utzi karga amaierako korrontea 0.05I1 (A)ra jaisten denean, eta eutsi kargatzea ordubetez. kargatzen.

Bb) Giro-tenperaturan, bateria 1I1 (A) korrontearekin deskargatzen da deskarga enpresaren baldintza teknikoetan zehaztutako deskarga amaierako tentsiora iritsi arte;

C) neurtutako deskarga-ahalmena (Ah-rekin neurtuta), kalkulatu isurketa-energia espezifikoa (Wh / kg-rekin neurtuta);

3 d) Errepikatu urratsak a) -) c) 5 aldiz. Ondoz ondoko 3 probetako muturreko aldea ahalmen nominalaren % 3 baino txikiagoa denean, proba aldez aurretik amaitu daiteke eta azken 3 proben emaitzen batez bestekoa egin daiteke.

(3) Karga-egoera, SOC

SOC (State of Charge) karga-egoera bat da, bateriaren gainerako edukieraren eta karga-egoera osoaren arteko erlazioa adierazten duena, denbora-tarte bat edo denbora luzez deskarga-tasa jakin baten azpian egon ondoren. "Zirkuitu irekiko tentsioa + ordu-denbora integratzeko" metodoak zirkuitu irekiko tentsio-metodoa erabiltzen du bateriaren hasierako egoera kargatzeko ahalmena kalkulatzeko, eta, ondoren, ordu-denbora integratzeko metodoa erabiltzen du a-k kontsumitzen duen potentzia lortzeko. -denbora integratzeko metodoa. Kontsumitutako potentzia deskarga-korrontearen eta deskarga-denboraren arteko biderkadura da, eta gainerako potentzia hasierako potentziaren eta kontsumitutako potentziaren arteko diferentziaren berdina da. Zirkuitu irekiko tentsioaren eta ordu bateko integralaren arteko SOC estimazio matematikoa hau da:

Non CN ahalmen nominala den; η karga-deskargaren eraginkortasuna da; T bateriaren erabilera-tenperatura da; I bateriaren korrontea da; t bateria deskargatzeko denbora da.

DOD (Depth of Discharge) isurketa-sakonera da, isurketa-mailaren neurria, hau da, deskarga-ahalmenaren ehunekoa deskarga-ahalmen osoarekiko. Deskarga-sakonerak harreman handia du bateriaren bizitzarekin: zenbat eta deskarga-sakonera handiagoa izan, orduan eta bizitza laburragoa izango da. Erlazioa SOC = % 100 -DOD kalkulatzen da

4) Energia eta energia espezifikoa

Bateriak baldintza jakin batzuetan kanpoko lana eginez atera dezakeen energia elektrikoari bateriaren energia deritzo, eta unitatea, oro har, wh-tan adierazten da. Deskarga-kurban, energia honela kalkulatzen da: W = U (t) * I (t) dt. Korronte konstanteko deskargan, W = I * U (t) dt = It * u (u deskargako batez besteko tentsioa da, t deskarga denbora da)

a. Energia teorikoa

Bateria deskargatzeko prozesua oreka-egoeran dago, eta deskarga-tentsioak indar elektroeragilearen balioa mantentzen du (E), eta substantzia aktiboaren erabilera-tasa % 100ekoa da. Baldintza honetan, bateriaren irteerako energia energia teorikoa da, hau da, bateria itzulgarriak tenperatura eta presio konstanteetan egiten duen lan maximoa.

b. Benetako energia

Bateriaren deskargaren benetako irteerako energiari benetako energia deitzen zaio, ibilgailu elektrikoen industriaren araudia ("GB / T 31486-2015 Power Battery Electrical Performance Requirements and Test Methods for electric vehicles"), bateria giro-tenperaturan 1I1 (A). ) korronte deskarga, amaierako tentsioak askatzen duen energiara (Wh) iristeko, energia nominala deritzona.

c. energia espezifikoa

Pila batek masa-unitateko eta bolumen-unitateko ematen duen energiari masa-energia espezifikoa edo bolumen-energia espezifikoa deritzo, energia-dentsitatea ere deitzen zaio. Wh / kg edo wh / L-ko unitateetan.

[Deskarga-kurbaren oinarrizko forma]

Deskarga-kurbaren forma oinarrizkoena tentsio-denbora eta korronte-denbora kurba da. Denbora ardatzaren kalkuluaren eraldaketaren bidez, deskarga-kurba arruntak tentsio-ahalmen (ahalmen espezifikoa) kurba, tentsio-energia (energia espezifikoa) kurba, tentsio-SOC kurba eta abar ditu.

(1) Tentsio-denbora eta korronte-denboraren kurba

9. irudia Tentsio-denbora eta korronte-denbora kurbak

(2) Tentsio-ahalmen kurba

10. irudia Tentsio-edukiera kurba

(3) Tentsio-energia kurba

Irudia 11. Irudia Tentsio-energia kurba

[erreferentzia dokumentazioa]

• Wang Chao, et al. Energia elektrokimiko biltegiratzeko gailuetan korronte konstantearen eta potentzia konstantearen karga eta deskarga ezaugarrien konparaketa [J]. Energia biltegiratzeko zientzia eta teknologia.2017(06):1313-1320.
• Eom KS，Joshi T，Bordes A，et al.Li-ioizko zelula osoko bateria baten diseinua nano silizioa eta nano geruza anitzeko grafeno konposatu anodo bat erabiliz[J]
• Guo Jipeng, et al. Litio-burdin fosfato baterien [J].biltegiratze-bateria.2017(03):109-115 korronte konstantearen eta potentzia konstantearen probaren ezaugarrien konparaketa.
• Marinaro M，Yoon D，Gabrielli G，et al.Errendimendu handiko 1.2 Ah Si-aleazioa/Grafitoa|LiNi0.5Mn0.3Co0.2O2 prototipoa Li-ioi bateria[J].Journal of Power Sources.2017，357 (C gehigarria): 188-197.