By hoppt
Kiedy akumulator litowo-jonowy się rozładowuje, jego napięcie robocze zawsze zmienia się stale wraz z upływem czasu. Napięcie robocze akumulatora jest używane jako rzędna, czas rozładowania lub pojemność, stan naładowania (SOC) lub głębokość rozładowania (DOD) jako odcięta, a narysowana krzywa nazywana jest krzywą rozładowania. Aby zrozumieć krzywą charakterystyki rozładowania akumulatora, musimy najpierw zrozumieć ogólne napięcie akumulatora.
Aby reakcja elektrodowa tworząca akumulator musi spełniać następujące warunki: proces utraty elektronu w reakcji chemicznej (czyli proces utleniania) i proces otrzymywania elektronu (czyli proces reakcji redukcji) muszą zostać rozdzielone na dwa różne obszary, co różni się od ogólnej reakcji redoks; reakcja redoks substancji czynnej dwóch elektrod musi być przenoszona przez obwód zewnętrzny, co różni się od reakcji mikrobaterii w procesie korozji metalu. Napięcie akumulatora to różnica potencjałów pomiędzy elektrodą dodatnią a elektrodą ujemną. Konkretne kluczowe parametry obejmują napięcie obwodu otwartego, napięcie robocze, napięcie odcięcia ładowania i rozładowania itp.
Potencjał elektrody odnosi się do zanurzenia materiału stałego w roztworze elektrolitu, pokazując efekt elektryczny, czyli różnicę potencjałów pomiędzy powierzchnią metalu a roztworem. Ta różnica potencjałów nazywana jest potencjałem metalu w roztworze lub potencjałem elektrody. Krótko mówiąc, potencjał elektrody to tendencja jonu lub atomu do pozyskiwania elektronu.
Dlatego w przypadku pewnego materiału elektrody dodatniej lub ujemnej, po umieszczeniu w elektrolicie z solą litu, jego potencjał elektrody wyraża się jako:
Gdzie φ c jest potencjałem elektrody tej substancji. Standardowy potencjał elektrody wodorowej ustawiono na 0.0 V.
Siła elektromotoryczna akumulatora to wartość teoretyczna obliczona na podstawie reakcji akumulatora metodą termodynamiczną, to znaczy różnica między potencjałem elektrody równowagowej akumulatora a elektrodą dodatnią i ujemną w przypadku przerwania obwodu jest wartością maksymalną aby akumulator był w stanie podać napięcie. W rzeczywistości elektrody dodatnie i ujemne niekoniecznie znajdują się w stanie równowagi termodynamicznej w elektrolicie, to znaczy potencjał elektrody ustalony przez elektrody dodatnie i ujemne akumulatora w roztworze elektrolitu zwykle nie jest potencjałem elektrody równowagowej, więc napięcie jałowe akumulatora jest na ogół mniejsze niż jego siła elektromotoryczna. Dla reakcji elektrodowej:
Biorąc pod uwagę niestandardowy stan składnika reagenta oraz aktywność (lub stężenie) składnika aktywnego w czasie, rzeczywiste napięcie obwodu otwartego ogniwa modyfikuje się równaniem energii:
Gdzie R jest stałą gazową, T jest temperaturą reakcji, a a jest aktywnością lub stężeniem składnika. Napięcie obwodu otwartego akumulatora zależy od właściwości materiału elektrody dodatniej i ujemnej, elektrolitu oraz warunków temperaturowych i jest niezależne od geometrii i wielkości akumulatora. Przygotowanie materiału elektrody litowo-jonowej do słupa i blacha litowa zmontowana w połówce baterii guzikowej, mogą mierzyć materiał elektrody w różnych stanach SOC napięcia otwartego, krzywa napięcia otwartego to reakcja stanu naładowania materiału elektrody, spadek napięcia przy otwartym akumulatorze, ale niezbyt duży, jeśli spadek napięcia otwartego jest zbyt szybki lub amplituda jest zjawiskiem nienormalnym. Zmiana stanu powierzchni bipolarnych substancji aktywnych oraz samorozładowanie akumulatora są głównymi przyczynami spadku napięcia obwodu otwartego podczas przechowywania, w tym zmianą warstwy maski tabeli materiałów elektrody dodatniej i ujemnej; zmiana potencjału spowodowana termodynamiczną niestabilnością elektrody, rozpuszczaniem i wytrącaniem obcych zanieczyszczeń metalicznych oraz mikrozwarciem spowodowanym przez membranę pomiędzy elektrodą dodatnią i ujemną. Kiedy akumulator litowo-jonowy się starzeje, zmiana wartości K (spadek napięcia) jest procesem tworzenia i stabilizacji warstwy SEI na powierzchni materiału elektrody. Jeżeli spadek napięcia jest zbyt duży, wewnątrz dochodzi do mikrozwarcia i akumulator zostaje uznany za niesprawny.
Kiedy prąd przepływa przez elektrodę, zjawisko odchylenia elektrody od potencjału elektrody równowagowej nazywa się polaryzacją, a polaryzacja generuje nadpotencjał. Ze względu na przyczyny polaryzacji polaryzację można podzielić na polaryzację omową, polaryzację stężeniową i polaryzację elektrochemiczną. FIGA. 2 to typowa krzywa rozładowania akumulatora i wpływ różnej polaryzacji na napięcie.
Rysunek 1. Typowa krzywa wyładowania i polaryzacja
(1) Polaryzacja omowa: spowodowana rezystancją każdej części akumulatora, wartość spadku ciśnienia jest zgodna z prawem Ohma, prąd maleje, polaryzacja natychmiast maleje, a prąd zanika natychmiast po jego zatrzymaniu.
(2) Polaryzacja elektrochemiczna: polaryzacja jest spowodowana powolną reakcją elektrochemiczną na powierzchni elektrody. Zmniejsza się znacznie w obrębie poziomu mikrosekund, gdy prąd staje się mniejszy.
(3) Polaryzacja stężenia: z powodu opóźnienia procesu dyfuzji jonów w roztworze różnica stężeń pomiędzy powierzchnią elektrody a korpusem roztworu jest polaryzowana pod pewnym prądem. Polaryzacja ta zmniejsza się lub zanika wraz ze spadkiem prądu elektrycznego w makroskopowych sekundach (kilka sekund do kilkudziesięciu sekund).
Wewnętrzna rezystancja akumulatora wzrasta wraz ze wzrostem prądu rozładowania akumulatora, co wynika głównie z tego, że duży prąd rozładowania zwiększa trend polaryzacji akumulatora, a im większy prąd rozładowania, tym bardziej oczywisty jest trend polaryzacji, jak pokazano na rysunku 2. Zgodnie z prawem Ohma: V=E0-IRT, wraz ze wzrostem wewnętrznej rezystancji całkowitej RT, czas potrzebny do osiągnięcia przez napięcie akumulatora napięcia odcięcia rozładowania odpowiednio się zmniejsza, w związku z czym zwiększa się także zdolność wyzwalania zredukowany.
Rysunek 2. Wpływ gęstości prądu na polaryzację
Bateria litowo-jonowa jest zasadniczo rodzajem baterii litowo-jonowej. Proces ładowania i rozładowywania akumulatora litowo-jonowego to proces osadzania i usuwania jonów litu w elektrodach dodatniej i ujemnej. Czynniki wpływające na polaryzację akumulatorów litowo-jonowych obejmują:
(1) Wpływ elektrolitu: niska przewodność elektrolitu jest główną przyczyną polaryzacji akumulatorów litowo-jonowych. W ogólnym zakresie temperatur przewodność elektrolitu stosowanego w akumulatorach litowo-jonowych wynosi zazwyczaj tylko 0.01 ~ 0.1 S/cm, co stanowi jeden procent roztworu wodnego. Dlatego też, gdy akumulatory litowo-jonowe rozładują się dużym prądem, będzie już za późno na uzupełnienie Li+ z elektrolitu i nastąpi zjawisko polaryzacji. Poprawa przewodności elektrolitu jest kluczowym czynnikiem poprawiającym zdolność rozładowania wysokoprądowego akumulatorów litowo-jonowych.
(2) Wpływ materiałów dodatnich i ujemnych: dłuższy kanał dyfuzji dużych cząstek jonów litu o dodatnim i ujemnym materiale na powierzchnię, co nie sprzyja wyładowaniom o dużej szybkości.
(3) Środek przewodzący: zawartość środka przewodzącego jest ważnym czynnikiem wpływającym na wydajność rozładowania przy wysokim współczynniku. Jeśli zawartość środka przewodzącego we wzorze katody jest niewystarczająca, elektrony nie mogą zostać przeniesione na czas przy rozładowywaniu dużego prądu, a rezystancja wewnętrzna polaryzacji gwałtownie wzrasta, tak że napięcie akumulatora szybko spada do napięcia odcięcia rozładowania .
(4) Wpływ konstrukcji bieguna: grubość bieguna: w przypadku wyładowań o dużym prądzie szybkość reakcji substancji aktywnych jest bardzo duża, co wymaga szybkiego osadzenia i odłączenia jonów litu w materiale. Jeśli płyta biegunowa jest gruba i droga dyfuzji jonów litu wzrasta, kierunek grubości bieguna spowoduje duży gradient stężenia jonów litu.
Gęstość zagęszczenia: gęstość zagęszczenia warstwy polarnej jest większa, pory stają się mniejsze, a droga ruchu jonów litu w kierunku grubości warstwy polarnej jest dłuższa. Dodatkowo, jeśli gęstość zagęszczenia jest zbyt duża, zmniejsza się powierzchnia styku materiału z elektrolitem, zmniejsza się miejsce reakcji elektrody, a także wzrasta rezystancja wewnętrzna akumulatora.
(5) Wpływ membrany SEI: tworzenie się membrany SEI zwiększa rezystancję granicy faz elektroda/elektrolit, powodując histerezę lub polaryzację napięcia.
Napięcie robocze, zwane również napięciem końcowym, odnosi się do różnicy potencjałów między dodatnimi i ujemnymi elektrodami akumulatora, gdy prąd płynie w obwodzie w stanie roboczym. W stanie rozładowania akumulatora, gdy przez akumulator przepływa prąd, należy pokonać opór wywołany oporem wewnętrznym, co spowoduje spadek ciśnienia omowego i polaryzację elektrody, dzięki czemu napięcie robocze będzie zawsze niższe niż napięcie obwodu otwartego, a podczas ładowania napięcie końcowe jest zawsze wyższe niż napięcie obwodu otwartego. Oznacza to, że w wyniku polaryzacji napięcie końcowe rozładowania akumulatora jest niższe niż potencjał elektromotoryczny akumulatora, który jest wyższy niż potencjał elektromotoryczny ładowanego akumulatora.
Ze względu na istnienie zjawiska polaryzacji, napięcie chwilowe i napięcie rzeczywiste w procesie ładowania i rozładowywania. Podczas ładowania napięcie chwilowe jest nieco wyższe od napięcia rzeczywistego, polaryzacja zanika, a napięcie spada, gdy po rozładowaniu napięcie chwilowe i napięcie rzeczywiste maleje.
Podsumowując powyższy opis, wyrażenie to:
E +, E- - oznaczają odpowiednio potencjały elektrody dodatniej i ujemnej, E + 0 i E- -0 oznaczają potencjał równowagi elektrody odpowiednio dodatniej i ujemnej, VR oznacza napięcie polaryzacji omowej, a η + , η - -reprezentują nadpotencjał odpowiednio elektrody dodatniej i ujemnej.
Po podstawowym zrozumieniu napięcia akumulatora zaczęliśmy analizować krzywą rozładowania akumulatorów litowo-jonowych. Krzywa rozładowania zasadniczo odzwierciedla stan elektrody, który jest superpozycją zmian stanu elektrody dodatniej i ujemnej.
Krzywą napięcia akumulatorów litowo-jonowych w całym procesie rozładowywania można podzielić na trzy etapy
1) W początkowej fazie akumulatora napięcie gwałtownie spada, a im większa jest szybkość rozładowania, tym szybciej spada napięcie;
2) Napięcie akumulatora wchodzi w fazę powolnej zmiany, nazywaną obszarem platformy akumulatora. Im mniejsza szybkość rozładowania,
Im dłuższy czas trwania obszaru platformy, tym wyższe napięcie platformy, tym wolniejszy spadek napięcia.
3) Gdy moc akumulatora jest prawie wyczerpana, napięcie ładowania akumulatora zaczyna gwałtownie spadać, aż do osiągnięcia napięcia zatrzymania rozładowania.
Podczas testowania dane można zbierać na dwa sposoby
(1) Zbieraj dane dotyczące prądu, napięcia i czasu zgodnie z ustawionym przedziałem czasu Δ t;
(2) Zbierz dane dotyczące prądu, napięcia i czasu zgodnie z ustawioną różnicą zmian napięcia Δ V. Dokładność urządzeń do ładowania i rozładowywania obejmuje głównie dokładność prądu, dokładność napięcia i precyzję czasu. Tabela 2 przedstawia parametry wyposażenia danej maszyny ładującej i rozładowującej, gdzie% FS oznacza procent pełnego zakresu, a 0.05%RD odnosi się do błędu zmierzonego w zakresie 0.05% odczytu. Sprzęt do ładowania i rozładowywania zazwyczaj wykorzystuje źródło prądu stałego CNC zamiast rezystancji obciążenia dla obciążenia, tak że napięcie wyjściowe akumulatora nie ma nic wspólnego z rezystancją szeregową lub rezystancją pasożytniczą w obwodzie, a jedynie jest powiązane z napięciem E i rezystancją wewnętrzną r i prąd obwodu I idealnego źródła napięcia równoważnego akumulatorowi. Jeżeli do obciążenia używany jest rezystor, ustaw napięcie idealnego źródła napięcia równoważnego akumulatorowi na E, rezystancję wewnętrzną r, a rezystancję obciążenia R. Zmierz napięcie na obu końcach rezystancji obciążenia za pomocą napięcia miernika, jak pokazano na powyższym rysunku na rysunku 6. Jednak w praktyce w obwodzie występuje rezystancja przewodu i rezystancja styku uchwytu (jednolita rezystancja pasożytnicza). Zastępczy schemat obwodu pokazany na FIG. 3 pokazano na poniższym rysunku z FIG. 3. W praktyce nieuchronnie wprowadza się rezystancję pasożytniczą, tak że całkowita rezystancja obciążenia staje się duża, ale zmierzone napięcie jest napięciem na obu końcach rezystancji obciążenia R, więc wprowadzany jest błąd.
Rys. 3 Podstawowy schemat blokowy i rzeczywisty schemat zastępczy metody wyładowania oporowego
Gdy jako obciążenie wykorzystywane jest źródło prądu stałego o natężeniu I1, schemat i rzeczywisty schemat obwodu zastępczego pokazano na rysunku 7. E, I1 są wartościami stałymi, a r jest stałe przez pewien czas.
Z powyższego wzoru widzimy, że dwa napięcia A i B są stałe, to znaczy napięcie wyjściowe akumulatora nie jest powiązane z wielkością rezystancji szeregowej w pętli i oczywiście nie ma to nic wspólnego z odpornością pasożytniczą. Ponadto tryb pomiaru z czterema zaciskami umożliwia dokładniejszy pomiar napięcia wyjściowego akumulatora.
Rysunek 4 Schemat blokowy urządzenia i rzeczywisty schemat obwodu zastępczego obciążenia źródła prądu stałego
Źródło współbieżne to urządzenie zasilające, które może dostarczać stały prąd do obciążenia. Może nadal utrzymywać stały prąd wyjściowy, gdy zewnętrzne zasilanie ulega wahaniom i zmienia się charakterystyka impedancji.
Sprzęt do testowania ładowania i rozładowania zazwyczaj wykorzystuje urządzenie półprzewodnikowe jako element przepływu. Dostosowując sygnał sterujący urządzenia półprzewodnikowego, można symulować obciążenie o różnych charakterystykach, takich jak stały prąd, stałe ciśnienie i stała rezystancja i tak dalej. Tryb testu rozładowania akumulatora litowo-jonowego obejmuje głównie rozładowywanie stałym prądem, rozładowywanie stałą rezystancją, rozładowywanie stałą mocą itp. W każdym trybie rozładowania można również podzielić rozładowywanie ciągłe i rozładowywanie interwałowe, na które w zależności od czasu trwania wyładowania interwałowe można podzielić na wyładowania przerywane i wyładowania impulsowe. Podczas testu rozładowania akumulator rozładowuje się zgodnie z ustawionym trybem i przestaje się rozładowywać po osiągnięciu ustawionych warunków. Warunki odcięcia rozładowania obejmują ustawienie odcięcia napięcia, ustawienie odcięcia czasu, ustawienie odcięcia pojemności, ustawienie odcięcia ujemnego gradientu napięcia itp. Zmiana napięcia rozładowania akumulatora jest powiązana z systemem rozładowania, który oznacza to, że na zmianę krzywej rozładowania wpływa również system rozładowania, w tym: prąd rozładowania, temperatura rozładowania, napięcie zakończenia rozładowania; wyładowanie przerywane lub ciągłe. Im większy prąd rozładowania, tym szybciej spada napięcie robocze; wraz z temperaturą rozładowania krzywa rozładowania zmienia się delikatnie.
(1) Wyładowanie stałoprądowe
Podczas rozładowywania prądem stałym ustawiana jest wartość prądu, a następnie wartość prądu jest osiągana poprzez regulację źródła prądu stałego CNC, tak aby uzyskać rozładowywanie akumulatora stałym prądem. Jednocześnie rejestrowana jest końcowa zmiana napięcia akumulatora w celu wykrycia charakterystyki rozładowania akumulatora. Wyładowanie stałoprądowe to wyładowanie o tym samym prądzie rozładowania, ale napięcie akumulatora nadal spada, więc moc nadal spada. Rysunek 5 przedstawia krzywą napięcia i prądu rozładowania akumulatorów litowo-jonowych przy stałym prądzie. Ze względu na wyładowanie stałoprądowe oś czasu można łatwo przekształcić w oś pojemności (iloczynu prądu i czasu). Rysunek 5 przedstawia krzywą napięcie-pojemność przy wyładowaniu stałym prądem. Rozładowanie stałoprądowe jest najczęściej stosowaną metodą rozładowywania w testach akumulatorów litowo-jonowych.
Rysunek 5 Krzywe ładowania stałym napięciem i rozładowania prądem stałym przy różnych współczynnikach mnożnika
(2) Stałe rozładowanie mocy
W przypadku rozładowywania mocy stałej, najpierw ustawiana jest wartość mocy stałej P, a następnie zbierane jest napięcie wyjściowe U akumulatora. W procesie rozładowania P musi być stałe, ale U stale się zmienia, dlatego konieczne jest ciągłe dostosowywanie prądu I źródła prądu stałego CNC zgodnie ze wzorem I = P / U, aby osiągnąć cel stałego rozładowania mocy . Utrzymuj moc rozładowania na niezmienionym poziomie, ponieważ napięcie akumulatora w dalszym ciągu spada podczas procesu rozładowywania, więc prąd w wyładowaniu o stałej mocy nadal rośnie. Dzięki stałemu wyładowaniu mocy oś współrzędnych czasu łatwo przekształca się w oś współrzędnych energii (iloczynu mocy i czasu).
Rysunek 6 Krzywe ładowania i rozładowywania przy stałej mocy przy różnych szybkościach podwajania
Porównanie wyładowania stałoprądowego i wyładowania stałą mocą
Rysunek 7: (a) wykres pojemności ładowania i rozładowania przy różnych stosunkach; (b) krzywa ładowania i rozładowania
Rysunek 7 przedstawia wyniki testów różnych proporcji ładowania i rozładowania w dwóch trybach bateria litowo-żelazowo-fosforanowa. Zgodnie z krzywą wydajności na FIG. 7 (a), wraz ze wzrostem prądu ładowania i rozładowania w trybie prądu stałego, rzeczywista pojemność ładowania i rozładowania akumulatora stopniowo maleje, ale zakres zmian jest stosunkowo niewielki. Rzeczywista pojemność ładowania i rozładowania akumulatora stopniowo maleje wraz ze wzrostem mocy, a im większy mnożnik, tym szybszy spadek pojemności. Wydajność rozładowania w ciągu 1 godziny jest niższa niż w trybie stałego przepływu. Jednocześnie, gdy szybkość ładowania-rozładowania jest niższa niż szybkość 5 godzin, pojemność akumulatora jest wyższa w warunkach stałego zasilania, podczas gdy pojemność akumulatora jest wyższa niż szybkość 5 godzin jest wyższa w warunkach stałego prądu.
Rysunek 7 (b) pokazuje krzywą pojemność-napięcie, pod warunkiem niskiego współczynnika, dwumodowa krzywa pojemności-napięcia akumulatora litowo-żelazowo-fosforanowego oraz zmiana platformy napięcia ładowania i rozładowania nie jest duża, ale pod warunkiem wysokiego współczynnika, tryb stałego prądu i stałego napięcia o czasie stałego napięcia znacznie dłuższy, a platforma napięcia ładowania znacznie wzrosła, platforma napięcia rozładowania została znacznie zmniejszona.
(3) Wyładowanie o stałym oporze
W przypadku rozładowywania ze stałym oporem najpierw ustawiana jest stała wartość rezystancji R, aby zebrać napięcie wyjściowe akumulatora U. Podczas procesu rozładowywania R musi być stałe, ale U stale się zmienia, więc aktualna wartość I prądu stałego CNC źródło powinno być stale regulowane zgodnie ze wzorem I=U/R, aby osiągnąć cel stałego rozładowania oporowego. Napięcie akumulatora zawsze maleje w procesie rozładowywania, a rezystancja jest taka sama, więc prąd rozładowania I również maleje.
(4) Wyładowanie ciągłe, wyładowanie przerywane i wyładowanie impulsowe
Akumulator jest rozładowywany przy stałym prądzie, stałej mocy i stałym oporze, przy jednoczesnym wykorzystaniu funkcji pomiaru czasu w celu realizacji kontroli ciągłego rozładowania, przerywanego rozładowania i impulsowego rozładowania. Rysunek 11 przedstawia krzywe prądu i krzywe napięcia typowego testu ładowania/rozładowania impulsowego.
Rysunek 8 Krzywe prądu i krzywe napięcia dla typowych testów ładowania i rozładowania impulsowego
Krzywa rozładowania odnosi się do krzywej napięcia, prądu, pojemności i innych zmian akumulatora w czasie podczas procesu rozładowania. Informacje zawarte na krzywej ładowania i rozładowania są bardzo bogate, obejmują pojemność, energię, napięcie robocze i platformę napięciową, związek między potencjałem elektrody a stanem naładowania itp. Głównymi danymi rejestrowanymi podczas testu rozładowania jest czas ewolucja prądu i napięcia. Na podstawie tych podstawowych danych można uzyskać wiele parametrów. Poniżej szczegółowo opisano parametry, które można uzyskać na podstawie krzywej rozładowania.
(1) Napięcie
W teście rozładowania akumulatora litowo-jonowego parametry napięcia obejmują głównie platformę napięciową, średnie napięcie, napięcie średnie, napięcie odcięcia itp. Napięcie platformy to odpowiadająca wartość napięcia, gdy zmiana napięcia jest minimalna, a zmiana pojemności jest duża , które można uzyskać z wartości szczytowej dQ/dV. Średnie napięcie to wartość napięcia odpowiadająca połowie pojemności akumulatora. W przypadku materiałów bardziej oczywistych na platformie, takich jak fosforan litowo-żelazowy i tytanian litu, średnie napięcie jest napięciem platformy. Średnie napięcie to efektywny obszar krzywej napięcie-pojemność (tj. energia rozładowania akumulatora) podzielony przez wzór obliczania pojemności: u = U (t) * I (t) dt / I (t) dt. Napięcie odcięcia odnosi się do minimalnego napięcia dopuszczalnego podczas rozładowywania akumulatora. Jeśli napięcie jest niższe niż napięcie odcięcia rozładowania, napięcie na obu końcach akumulatora gwałtownie spadnie, powodując nadmierne rozładowanie. Nadmierne rozładowanie może spowodować uszkodzenie substancji czynnej elektrody, utratę zdolności reakcji i skrócenie żywotności akumulatora. Jak opisano w pierwszej części, napięcie akumulatora jest powiązane ze stanem naładowania materiału katody i potencjałem elektrody.
(2) Pojemność i pojemność właściwa
Pojemność akumulatora odnosi się do ilości energii elektrycznej uwolnionej przez akumulator w określonym systemie rozładowania (przy określonym prądzie rozładowania I, temperaturze rozładowania T, napięciu odcięcia rozładowania V), wskazując zdolność akumulatora do magazynowania energii w Ah lub C Na pojemność wpływa wiele czynników, takich jak prąd rozładowania, temperatura rozładowania itp. Wielkość pojemności jest określana przez ilość substancji aktywnych w elektrodzie dodatniej i ujemnej.
Wydajność teoretyczna: pojemność nadawana przez substancję czynną w reakcji.
Rzeczywista pojemność: rzeczywista pojemność uwolniona w ramach określonego systemu rozładowania.
Pojemność znamionowa: odnosi się do minimalnej mocy gwarantowanej przez akumulator w projektowanych warunkach rozładowania.
W teście rozładowania pojemność oblicza się całkując prąd w czasie, tj. C = I (t) dt, prąd stały w t przy stałym rozładowaniu, C = I (t) dt = I t; stały opór R rozładowanie, C = I (t) dt = (1 / R) * U (t) dt (1 / R) * out (u to średnie napięcie rozładowania, t to czas rozładowania).
Pojemność właściwa: W celu porównania różnych akumulatorów wprowadzono pojęcie pojemności właściwej. Pojemność właściwa odnosi się do pojemności określonej przez substancję czynną masy jednostkowej lub elektrody jednostkowej objętości, która nazywana jest pojemnością właściwą masową lub pojemnością właściwą objętościową. Typowa metoda obliczeń to: pojemność właściwa = pojemność pierwszego rozładowania akumulatora / (masa substancji czynnej * stopień wykorzystania substancji czynnej)
Czynniki wpływające na pojemność akumulatora:
A. Prąd rozładowania akumulatora: im większy prąd, tym pojemność wyjściowa maleje;
B. Temperatura rozładowania akumulatora: gdy temperatura spada, pojemność wyjściowa maleje;
C. Napięcie odcięcia rozładowania akumulatora: czas rozładowania ustawiony przez materiał elektrody i granica samej reakcji elektrody wynosi zazwyczaj 3.0 V lub 2.75 V.
D. Czasy ładowania i rozładowywania akumulatora: po wielokrotnym ładowaniu i rozładowywaniu akumulatora, z powodu uszkodzenia materiału elektrody, akumulator będzie mógł zmniejszyć pojemność rozładowania akumulatora.
mi. Warunki ładowania akumulatora: prędkość ładowania, temperatura, napięcie odcięcia wpływają na pojemność akumulatora, determinując w ten sposób zdolność rozładowania.
Metoda określania pojemności akumulatora:
Różne branże mają różne standardy testów w zależności od warunków pracy. W przypadku akumulatorów litowo-jonowych do produktów 3C, zgodnie z normą krajową GB / T18287-2000 Ogólna specyfikacja akumulatorów litowo-jonowych do telefonów komórkowych, metoda badania pojemności znamionowej akumulatora jest następująca: a) ładowanie: ładowanie 0.2C5A; b) rozładowanie: rozładowanie 0.2C5A; c) pięć cykli, z czego jeden kwalifikowany.
W przypadku branży pojazdów elektrycznych, zgodnie z normą krajową GB/T 31486-2015 Wymagania dotyczące parametrów elektrycznych i metody testowania akumulatora zasilającego do pojazdów elektrycznych, pojemność znamionowa akumulatora odnosi się do pojemności (Ah) uwalnianej przez akumulator w temperaturze pokojowej przy prądzie rozładowania 1I1 (A) do osiągnięcia napięcia zakończenia, w którym I1 jest prądem rozładowania o szybkości 1 godziny, którego wartość jest równa C1 (A). Metoda badania to:
A) W temperaturze pokojowej zatrzymaj stałe napięcie podczas ładowania prądem stałym do napięcia zakończenia ładowania określonego przez przedsiębiorstwo i zatrzymaj ładowanie, gdy prąd zakończenia ładowania spadnie do 0.05I1 (A) i przytrzymaj ładowanie przez 1 godzinę po ładowanie.
Bb) W temperaturze pokojowej akumulator rozładowuje się prądem 1I1 (A) aż do osiągnięcia napięcia zakończenia rozładowania określonego w warunkach technicznych przedsiębiorstwa;
C) zmierzona pojemność rozładowania (mierzona w Ah), obliczona energia właściwa rozładowania (mierzona w Wh / kg);
3 d) Powtórz kroki a) -) c) 5 razy. Jeżeli skrajna różnica 3 kolejnych testów jest mniejsza niż 3% pojemności znamionowej, test można zakończyć wcześniej i wyniki ostatnich 3 testów można uśrednić.
(3) Stan naładowania, SOC
SOC (stan naładowania) to stan naładowania, reprezentujący stosunek pozostałej pojemności akumulatora do stanu pełnego naładowania po pewnym lub długim czasie przy określonej szybkości rozładowania. Metoda „napięcia obwodu otwartego + całkowania godzinowego” wykorzystuje metodę napięcia obwodu otwartego do oszacowania pojemności ładowania akumulatora w stanie początkowym, a następnie wykorzystuje metodę całkowania godzinowego w celu uzyskania mocy pobieranej przez a -metoda całkowania po czasie. Zużyta moc jest iloczynem prądu rozładowania i czasu rozładowania, a pozostała moc jest równa różnicy między mocą początkową a mocą zużytą. Matematyczne oszacowanie SOC między napięciem obwodu otwartego a całką godzinną wynosi:
Gdzie CN to pojemność znamionowa; η jest wydajnością ładowania i rozładowania; T to temperatura użytkowania akumulatora; I to prąd akumulatora; t to czas rozładowania akumulatora.
DOD (Głębokość rozładowania) to głębokość rozładowania, miara stopnia rozładowania, która jest procentem pojemności rozładowania w stosunku do całkowitej pojemności rozładowania. Głębokość rozładowania ma ogromny związek z żywotnością akumulatora: im głębsza głębokość rozładowania, tym krótsza żywotność. Zależność oblicza się dla SOC = 100% -DOD
4) Energia i energia właściwa
Energia elektryczna, którą bateria może wytworzyć w wyniku wykonania pracy zewnętrznej w określonych warunkach, nazywana jest energią baterii, a jednostkę wyraża się zazwyczaj w wh. Na krzywej rozładowania energię oblicza się w następujący sposób: W = U (t) * I (t) dt. Przy wyładowaniu stałym prądem W = I * U (t) dt = It * u (u to średnie napięcie rozładowania, t to czas rozładowania)
A. Energia teoretyczna
Proces rozładowania akumulatora przebiega w stanie równowagi, a napięcie rozładowania utrzymuje wartość siły elektromotorycznej (E), a stopień wykorzystania substancji aktywnej wynosi 100%. W tych warunkach energia wyjściowa akumulatora jest energią teoretyczną, czyli maksymalną pracą wykonaną przez akumulator odwracalny przy stałej temperaturze i ciśnieniu.
B. Rzeczywista energia
Rzeczywista energia wyjściowa rozładowania akumulatora nazywana jest energią rzeczywistą, zgodnie z przepisami branży pojazdów elektrycznych („GB/T 31486-2015 Wymagania dotyczące parametrów elektrycznych akumulatorów i metody testowania pojazdów elektrycznych”), akumulator w temperaturze pokojowej z 1I1 (A ) prąd rozładowania, aby osiągnąć energię (Wh) uwolnioną przez napięcie końcowe, zwaną energią znamionową.
C. specyficzna energia
Energia dostarczana przez baterię na jednostkę masy i na jednostkę objętości nazywana jest energią właściwą dla masy lub energią właściwą dla objętości, zwaną także gęstością energii. W jednostkach wh/kg lub wh/l.
Najbardziej podstawową formą krzywej rozładowania jest krzywa napięcia w czasie i prądu w czasie. Poprzez transformację obliczeń osi czasu, wspólna krzywa rozładowania ma również krzywą napięcie-pojemność (pojemność właściwa), krzywą napięcie-energia (energia właściwa), krzywą napięcie-SOC i tak dalej.
(1) Krzywa napięcia w czasie i prądu w czasie
Rysunek 9 Krzywe napięcie-czas i prąd-czas
(2) Krzywa napięcia i pojemności
Rysunek 10 Krzywa napięcia i pojemności
(3) Krzywa napięcie-energia
Rysunek Rysunek 11. Krzywa napięcie-energia
odpowiedz w ciągu 6 godzin, wszelkie pytania są mile widziane!
