Lityum İyon Pil Deşarj Eğrisi Analizi İçin Kapsamlı Kılavuz

Lityum iyon pilin en yaygın kullanılan performans testi - deşarj eğrisi analiz stratejisi

Lityum-iyon pil boşaldığında, çalışma voltajı her zaman zamanın devamıyla sürekli olarak değişir. Pilin çalışma voltajı ordinat, deşarj süresi veya kapasitesi veya apsis olarak şarj durumu (SOC) veya deşarj derinliği (DOD) olarak kullanılır ve çizilen eğriye deşarj eğrisi denir. Bir pilin deşarj karakteristik eğrisini anlamak için öncelikle prensip olarak pilin voltajını anlamamız gerekir.

[Pilin voltajı]

Pilin oluşturulabilmesi için elektrot reaksiyonunun aşağıdaki koşulları sağlaması gerekir: Kimyasal reaksiyonda elektron kaybetme süreci (yani oksidasyon süreci) ve elektron elde etme süreci (yani indirgeme reaksiyonu süreci) iki farklı alanda ayrılmalıdır, genel redoks reaksiyonundan farklı olan; iki elektrotun aktif maddesinin redoks reaksiyonunun, metal korozyon prosesindeki mikro pil reaksiyonundan farklı olarak harici devre tarafından iletilmesi gerekir. Pilin voltajı, pozitif elektrot ile negatif elektrot arasındaki potansiyel farktır. Spesifik anahtar parametreler arasında açık devre voltajı, çalışma voltajı, şarj ve deşarj kesme voltajı vb. yer alır.

[Lityum iyon pil malzemesinin elektrot potansiyeli]

Elektrot potansiyeli, katı bir malzemenin elektrolit çözeltisine daldırılmasını ifade eder ve elektriksel etkiyi yani metal yüzeyi ile çözelti arasındaki potansiyel farkını gösterir. Bu potansiyel farkına çözeltideki metalin potansiyeli veya elektrotun potansiyeli denir. Kısaca elektrot potansiyeli bir iyon veya atomun elektron alma eğilimidir.

Bu nedenle, belirli bir pozitif elektrot veya negatif elektrot malzemesi için, lityum tuzu içeren bir elektrolite yerleştirildiğinde elektrot potansiyeli şu şekilde ifade edilir:

Burada φ c bu maddenin elektrot potansiyelidir. Standart hidrojen elektrot potansiyeli 0.0V olarak ayarlandı.

[Pilin açık devre voltajı]

Pilin elektromotor kuvveti, pilin termodinamik yöntem kullanılarak reaksiyonuna göre hesaplanan teorik değerdir, yani devre kesildiğinde pilin denge elektrot potansiyeli ile pozitif ve negatif elektrotlar arasındaki fark maksimum değerdir. Pilin voltajı verebileceği. Aslında, pozitif ve negatif elektrotların elektrolitte mutlaka termodinamik denge durumunda olması gerekmez; yani, elektrolit çözeltisindeki pilin pozitif ve negatif elektrotları tarafından oluşturulan elektrot potansiyeli genellikle denge elektrot potansiyeli değildir; dolayısıyla Pilin açık devre voltajı genellikle elektromotor kuvvetinden daha küçüktür. Elektrot reaksiyonu için:

Reaktif bileşenin standart dışı durumu ve aktif bileşenin zaman içindeki aktivitesi (veya konsantrasyonu) göz önüne alındığında, hücrenin gerçek açık devre voltajı enerji denklemi ile değiştirilir:

R gaz sabiti, T reaksiyon sıcaklığı ve a bileşen aktivitesi veya konsantrasyonudur. Pilin açık devre voltajı, pozitif ve negatif elektrot malzemesinin özelliklerine, elektrolite ve sıcaklık koşullarına bağlıdır ve pilin geometrisinden ve boyutundan bağımsızdır. Lityum iyon elektrot malzemesinin direğe hazırlanması ve düğme yarım bataryaya monte edilmiş lityum metal levha, elektrot malzemesini farklı SOC açık voltaj durumunda ölçebilir, açık voltaj eğrisi, elektrot malzemesi şarj durumu reaksiyonudur, pil depolama açık voltaj düşüşüdür, ancak Açık voltaj düşüşü çok hızlıysa veya genlik anormal bir olguysa çok büyük değil. Bipolar aktif maddelerin yüzey durum değişikliği ve pilin kendi kendine deşarj olması, pozitif ve negatif elektrot malzeme tablasının maske katmanının değişmesi de dahil olmak üzere depolamadaki açık devre voltajının azalmasının ana nedenleridir; elektrotun termodinamik kararsızlığının neden olduğu potansiyel değişim, metal yabancı maddelerin çözünmesi ve çökelmesi ve pozitif ve negatif elektrotlar arasındaki diyaframın neden olduğu mikro kısa devre. Lityum iyon pil yaşlandığında, K değerinin değişmesi (voltaj düşüşü), elektrot malzemesinin yüzeyinde SEI filminin oluşumu ve stabilite sürecidir. Voltaj düşüşü çok büyükse, içinde mikro kısa devre vardır ve pilin kalitesiz olduğuna karar verilir.

[Pil Polarizasyonu]

Akım elektrottan geçtiğinde, elektrotun denge elektrot potansiyelinden sapması olgusuna polarizasyon adı verilir ve polarizasyon aşırı potansiyele neden olur. Polarizasyonun nedenlerine göre polarizasyon, ohmik polarizasyon, konsantrasyon polarizasyonu ve elektrokimyasal polarizasyon olarak ayrılabilir. İNCİR. Şekil 2, pilin tipik deşarj eğrisi ve çeşitli polarizasyonun voltaj üzerindeki etkisidir.

 Şekil 1. Tipik deşarj eğrisi ve polarizasyon

(1) Ohmik polarizasyon: pilin her bir parçasının direncinden kaynaklanır, basınç düşüşü değeri ohm yasasını takip eder, akım azalır, polarizasyon hemen azalır ve akım durduktan hemen sonra kaybolur.

(2) Elektrokimyasal polarizasyon: Polarizasyon, elektrot yüzeyindeki yavaş elektrokimyasal reaksiyondan kaynaklanır. Akım küçüldükçe mikrosaniye seviyesinde önemli ölçüde azaldı.

(3) Konsantrasyon polarizasyonu: Çözeltideki iyon difüzyon sürecinin gecikmesinden dolayı, elektrot yüzeyi ile çözelti gövdesi arasındaki konsantrasyon farkı belirli bir akım altında polarize olur. Bu polarizasyon, makroskobik saniyelerde (birkaç saniyeden onlarca saniyeye kadar) elektrik akımı azaldıkça azalır veya kaybolur.

Pilin iç direnci, pilin deşarj akımının artmasıyla birlikte artar, bunun nedeni büyük deşarj akımının pilin polarizasyon eğilimini arttırmasıdır ve gösterildiği gibi deşarj akımı ne kadar büyük olursa, polarizasyon eğilimi o kadar belirgin olur. Şekil 2'de. Ohm yasasına göre: V=E0-IRT, dahili toplam direnç RT'nin artmasıyla birlikte, akü voltajının deşarj kesme voltajına ulaşması için gereken süre buna uygun olarak azalır, dolayısıyla serbest bırakma kapasitesi de artar. azaltılmış.

Şekil 2. Akım yoğunluğunun polarizasyona etkisi

Lityum iyon pil aslında bir tür lityum iyon konsantrasyon pilidir. Lityum iyon pilin şarj ve deşarj işlemi, lityum iyonlarının pozitif ve negatif elektrotlara gömülmesi ve soyulması işlemidir. Lityum iyon pillerin polarizasyonunu etkileyen faktörler şunları içerir:

(1) Elektrolitin etkisi: elektrolitin düşük iletkenliği, lityum iyon pillerin polarizasyonunun ana nedenidir. Genel sıcaklık aralığında, lityum iyon piller için kullanılan elektrolitin iletkenliği genellikle yalnızca 0.01~0.1S/cm'dir; bu, sulu çözeltinin yüzde biri anlamına gelir. Bu nedenle, lityum iyon piller yüksek akımda deşarj olduğunda, elektrolitten Li + takviyesi almak için artık çok geç olacaktır ve polarizasyon olgusu meydana gelecektir. Elektrolitin iletkenliğinin arttırılması, lityum iyon pillerin yüksek akım deşarj kapasitesini arttırmanın temel faktörüdür.

(2) Pozitif ve negatif malzemelerin etkisi: Pozitif ve negatif malzemenin daha uzun kanalı, büyük lityum iyon parçacıklarının yüzeye difüzyonu, bu da büyük oranda deşarj için elverişli değildir.

(3) İletken madde: İletken maddenin içeriği, yüksek orandaki deşarj performansını etkileyen önemli bir faktördür. Katot formülündeki iletken madde içeriği yetersizse, büyük akım boşaltıldığında elektronlar zamanında aktarılamaz ve polarizasyon iç direnci hızla artar, böylece akü voltajı hızlı bir şekilde deşarj kesme voltajına düşürülür. .

(4) Kutup tasarımının etkisi: kutup kalınlığı: büyük akım deşarjı durumunda, aktif maddelerin reaksiyon hızı çok hızlıdır, bu da lityum iyonunun malzemeye hızlı bir şekilde gömülmesini ve ayrılmasını gerektirir. Kutup plakası kalınsa ve lityum iyon difüzyon yolu artarsa, kutup kalınlığının yönü büyük bir lityum iyon konsantrasyon gradyanı üretecektir.

Sıkıştırma yoğunluğu: Kutup tabakasının sıkıştırma yoğunluğu artar, gözenek küçülür ve kutup tabakası kalınlığı yönünde lityum iyon hareketinin yolu daha uzun olur. Ayrıca sıkıştırma yoğunluğu çok büyükse malzeme ile elektrolit arasındaki temas alanı azalır, elektrot reaksiyon alanı azalır ve pilin iç direnci de artar.

(5) SEI membranının etkisi: SEI membranının oluşumu elektrot/elektrolit arayüzünün direncini arttırır, bu da voltaj histerezisine veya polarizasyonuna neden olur.

[Pilin çalışma voltajı]

Uç voltajı olarak da bilinen çalışma voltajı, çalışma durumunda devrede akım aktığında pilin pozitif ve negatif elektrotları arasındaki potansiyel farkını ifade eder. Akü deşarjının çalışma durumunda, akım aküden aktığında, iç direncin neden olduğu direncin üstesinden gelinmelidir, bu da omik basınç düşüşüne ve elektrot polarizasyonuna neden olur, böylece çalışma voltajı her zaman açık devre voltajından daha düşüktür. ve şarj sırasında uç voltajı her zaman açık devre voltajından daha yüksektir. Yani, polarizasyonun sonucu, akü deşarjının uç voltajının, şarjdaki akünün elektromotor potansiyelinden daha yüksek olan akünün elektromotor potansiyelinden daha düşük olmasına neden olur.

Polarizasyon olgusunun varlığı nedeniyle, şarj ve deşarj sürecinde anlık voltaj ve gerçek voltaj. Şarj ederken anlık voltaj gerçek voltajdan biraz daha yüksektir, polarizasyon kaybolur ve deşarjdan sonra anlık voltaj ve gerçek voltaj azaldığında voltaj düşer.

Yukarıdaki açıklamayı özetlemek gerekirse ifade şu şekildedir:

E +, E- -sırasıyla pozitif ve negatif elektrotların potansiyellerini temsil eder, E + 0 ve E- -0 sırasıyla pozitif ve negatif elektrotların denge elektrot potansiyelini temsil eder, VR omik polarizasyon voltajını temsil eder ve η + , η - -sırasıyla pozitif ve negatif elektrotların aşırı potansiyelini temsil eder.

[Deşarj testinin temel prensibi]

Akü voltajına dair temel bir anlayıştan sonra lityum iyon akülerin deşarj eğrisini analiz etmeye başladık. Deşarj eğrisi temel olarak pozitif ve negatif elektrotların durum değişikliklerinin üst üste binmesi olan elektrotun durumunu yansıtır.

Lityum iyon pillerin deşarj süreci boyunca voltaj eğrisi üç aşamaya ayrılabilir

1) Pilin ilk aşamasında voltaj hızla düşer ve deşarj oranı ne kadar büyük olursa voltaj düşüşü de o kadar hızlı olur;

2) Akü voltajı, akünün platform alanı adı verilen yavaş bir değişim aşamasına girer. Deşarj oranı ne kadar küçük olursa,

Platform alanının süresi ne kadar uzun olursa, platform voltajı o kadar yüksek olur ve voltaj düşüşü o kadar yavaş olur.

3) Akü gücü bitmek üzereyken akü yük gerilimi, deşarj durdurma gerilimine ulaşılana kadar keskin bir şekilde düşmeye başlar.

Test sırasında veri toplamanın iki yolu vardır

(1) Ayarlanan zaman aralığına Δ t göre akım, gerilim ve zaman verilerini toplayın;

(2) Ayarlanan voltaj değişim farkına Δ V göre akım, voltaj ve zaman verilerini toplayın. Şarj etme ve boşaltma ekipmanının doğruluğu esas olarak akım doğruluğunu, voltaj doğruluğunu ve zaman hassasiyetini içerir. Tablo 2, belirli bir doldurma ve boşaltma makinesinin ekipman parametrelerini gösterir; burada %FS, tam aralığın yüzdesini temsil eder ve %0.05RD, okumanın %0.05'i aralığında ölçülen hatayı ifade eder. Şarj ve deşarj ekipmanı genellikle yük için yük direnci yerine CNC sabit akım kaynağı kullanır, böylece akünün çıkış voltajının devredeki seri direnç veya parazitik dirençle hiçbir ilgisi yoktur, yalnızca E voltajı ve iç dirençle ilgilidir. r ve aküye eşdeğer ideal voltaj kaynağının devre akımı I. Direnç yük için kullanılıyorsa, akünün ideal voltaj kaynağının voltajını E, iç direnci r ve yük direncini R olarak ayarlayın. Yük direncinin her iki ucundaki voltajı voltajla ölçün. Yukarıdaki şekilde Şekil 6'da gösterildiği gibi metre. Ancak pratikte devrede kurşun direnci ve fikstür kontak direnci (üniform parazitik direnç) vardır. Şekil 3'de gösterilen eşdeğer devre şeması. Şekil 3, Şekil XNUMX'deki aşağıdaki şekilde gösterilmektedir. XNUMX. Pratikte, parazitik direnç kaçınılmaz olarak ortaya çıkar, böylece toplam yük direnci artar, ancak ölçülen voltaj, yük direnci R'nin her iki ucundaki voltajdır, dolayısıyla hata ortaya çıkar.

 Şekil 3 Direnç deşarj yönteminin temel blok şeması ve gerçek eşdeğer devre şeması

Yük olarak I1 akımına sahip sabit akım kaynağı kullanıldığında şematik diyagram ve gerçek eşdeğer devre şeması Şekil 7'de gösterilmektedir. E, I1 sabit değerlerdir ve r belirli bir süre için sabittir.

Yukarıdaki formülden A ve B'nin iki voltajının sabit olduğunu, yani pilin çıkış voltajının döngüdeki seri direncin boyutuyla ilgisi olmadığını ve elbette hiçbir ilgisi olmadığını görebiliriz. parazit direnci ile. Ek olarak, dört terminalli ölçüm modu, akü çıkış voltajının daha doğru bir şekilde ölçülmesini sağlayabilir.

Şekil 4 Sabit akım kaynağı yükünün ekipman blok şeması ve gerçek eşdeğer devre şeması

Eşzamanlı kaynak, yüke sabit akım sağlayabilen bir güç kaynağı cihazıdır. Harici güç kaynağı dalgalandığında ve empedans özellikleri değiştiğinde çıkış akımını hala sabit tutabilir.

[Deşarj testi modu]

Şarj ve deşarj test ekipmanı genellikle yarı iletken cihazı akış elemanı olarak kullanır. Yarı iletken cihazın kontrol sinyalini ayarlayarak sabit akım, sabit basınç ve sabit direnç gibi farklı özelliklere sahip bir yükü simüle edebilir. Lityum-iyon pil deşarj testi modu esas olarak sabit akım deşarjı, sabit direnç deşarjı, sabit güç deşarjı vb. içerir. Her deşarj modunda, sürekli deşarj ve aralıklı deşarj da sürenin uzunluğuna göre bölünebilir. aralıklı deşarj aralıklı deşarj ve darbeli deşarj olarak ikiye ayrılabilir. Deşarj testi sırasında pil, ayarlanan moda göre deşarj olur ve ayarlanan koşullara ulaştıktan sonra deşarjı durdurur. Deşarj kesme koşulları arasında voltaj kesme ayarı, zaman kesme ayarı, kapasite kesme ayarı, negatif voltaj gradyan kesme ayarı vb. yer alır. Akü deşarj voltajının değişimi deşarj sistemiyle ilgilidir; yani deşarj eğrisindeki değişiklik aynı zamanda deşarj sisteminden de etkilenir; deşarj akımı, deşarj sıcaklığı, deşarj sonlandırma voltajı; aralıklı veya sürekli deşarj. Deşarj akımı ne kadar büyük olursa, çalışma voltajı da o kadar hızlı düşer; deşarj sıcaklığıyla birlikte deşarj eğrisi yavaşça değişir.

(1) Sabit akım deşarjı

Sabit akım deşarjı sırasında akım değeri ayarlanır ve daha sonra akünün sabit akım deşarjını gerçekleştirmek için CNC sabit akım kaynağı ayarlanarak mevcut değere ulaşılır. Aynı zamanda akünün deşarj karakteristiğini tespit etmek için akünün uç gerilim değişimi toplanır. Sabit akım deşarjı aynı deşarj akımının deşarjıdır ancak akü voltajı düşmeye devam eder, dolayısıyla güç düşmeye devam eder. Şekil 5, lityum iyon pillerin sabit akım deşarjının voltaj ve akım eğrisidir. Sabit akım deşarjı nedeniyle zaman ekseni kolaylıkla kapasite (akım ve zamanın çarpımı) eksenine dönüştürülür. Şekil 5, sabit akım deşarjındaki voltaj-kapasite eğrisini göstermektedir. Sabit akım deşarjı, lityum iyon pil testlerinde en sık kullanılan deşarj yöntemidir.

Şekil 5 Farklı çarpan oranlarında sabit akım sabit voltaj şarjı ve sabit akım deşarj eğrileri

(2) Sabit güç deşarjı

Sabit güç boşaldığında, önce sabit güç güç değeri P ayarlanır ve akünün çıkış voltajı U toplanır. Deşarj işleminde P'nin sabit olması gerekir, ancak U sürekli değişmektedir, bu nedenle sabit güç deşarjı amacına ulaşmak için CNC sabit akım kaynağının akımını I = P / U formülüne göre sürekli olarak ayarlamak gerekir. . Deşarj gücünü değiştirmeyin, çünkü deşarj işlemi sırasında akünün voltajı düşmeye devam eder, böylece sabit güç deşarjındaki akım artmaya devam eder. Sabit güç deşarjı nedeniyle, zaman koordinat ekseni kolaylıkla enerji (güç ve zamanın çarpımı) koordinat eksenine dönüştürülür.

Şekil 6 Farklı iki katına çıkma oranlarında sabit güç şarj ve deşarj eğrileri

Sabit akım deşarjı ile sabit güç deşarjı arasındaki karşılaştırma

Şekil 7: (a) farklı oranlarda şarj ve deşarj kapasitesi diyagramı; (b) şarj ve deşarj eğrisi

 Şekil 7, iki moddaki farklı oranlı şarj ve deşarj testlerinin sonuçlarını göstermektedir. lityum demir fosfat pil. Şekil 7'deki kapasite eğrisine göre. Şekil 1 (a), sabit akım modunda şarj ve deşarj akımının artmasıyla birlikte pilin gerçek şarj ve deşarj kapasitesi giderek azalır, ancak değişim aralığı nispeten küçüktür. Pilin gerçek şarj ve deşarj kapasitesi, güç arttıkça kademeli olarak azalır ve çarpan ne kadar büyük olursa, kapasite düşüşü de o kadar hızlı olur. 5 saatlik oranlı deşarj kapasitesi, sabit akış moduna göre daha düşüktür. Aynı zamanda şarj-deşarj hızı 5 saat hızından düşük olduğunda akü kapasitesi sabit güç koşulunda daha yüksek olurken, pil kapasitesi XNUMX saat hızından yüksek olduğunda sabit akım koşulunda daha yüksek olur.

Şekil 7 (b), düşük oran koşulu altında, lityum demir fosfat pilin iki modlu kapasite-voltaj eğrisi altında kapasite-voltaj eğrisini göstermektedir ve şarj ve deşarj voltajı platformu değişimi büyük değildir, ancak yüksek oran koşulu altında, Sabit voltaj süresinin sabit akım-sabit voltaj modu önemli ölçüde daha uzun ve şarj voltajı platformu önemli ölçüde arttı, deşarj voltajı platformu önemli ölçüde azaldı.

(3) Sabit direnç deşarjı

Sabit dirençli deşarj olduğunda, pilin U çıkış voltajını toplamak için ilk önce sabit bir direnç değeri R ayarlanır. Deşarj işlemi sırasında R'nin sabit olması gerekir, ancak U sürekli değişmektedir, bu nedenle CNC sabit akımının mevcut I değeri Sabit dirençli deşarj amacına ulaşmak için kaynak I=U/R formülüne göre sürekli olarak ayarlanmalıdır. Deşarj işleminde akünün voltajı her zaman azalır ve direnç aynıdır, dolayısıyla deşarj akımı I de azalan bir işlemdir.

(4) Sürekli deşarj, aralıklı deşarj ve darbeli deşarj

Sürekli deşarj, aralıklı deşarj ve darbe deşarjının kontrolünü gerçekleştirmek için zamanlama fonksiyonunu kullanırken pil sabit akım, sabit güç ve sabit dirençle deşarj edilir. Şekil 11'de tipik bir darbeli şarj/deşarj testinin akım eğrileri ve gerilim eğrileri gösterilmektedir.

Şekil 8 Tipik darbeli şarj-deşarj testleri için akım eğrileri ve gerilim eğrileri

[Deşarj eğrisinde yer alan bilgiler]

Deşarj eğrisi, deşarj işlemi sırasında akünün zaman içindeki voltajının, akımının, kapasitesinin ve diğer değişikliklerinin eğrisini ifade eder. Şarj ve deşarj eğrisinde yer alan bilgiler, kapasite, enerji, çalışma voltajı ve voltaj platformu, elektrot potansiyeli ile şarj durumu arasındaki ilişki vb. dahil olmak üzere çok zengindir. Deşarj testi sırasında kaydedilen ana veriler, şarj süresidir. Akım ve voltajın gelişimi. Bu temel verilerden birçok parametre elde edilebilir. Aşağıda deşarj eğrisi ile elde edilebilecek parametrelerin ayrıntıları verilmektedir.

(1) Gerilim

Lityum iyon pilin deşarj testinde voltaj parametreleri esas olarak voltaj platformu, medyan voltaj, ortalama voltaj, kesme voltajı vb. içerir. Platform voltajı, voltaj değişimi minimum olduğunda ve kapasite değişimi büyük olduğunda karşılık gelen voltaj değeridir. dQ/dV'nin tepe değerinden elde edilebilir. Medyan voltaj, pil kapasitesinin yarısına karşılık gelen voltaj değeridir. Lityum demir fosfat ve lityum titanat gibi platformda daha belirgin olan malzemeler için medyan voltaj, platform voltajıdır. Ortalama voltaj, voltaj-kapasite eğrisinin etkin alanının (yani akü deşarj enerjisinin) kapasite hesaplama formülüne bölünmesiyle elde edilir: u = U (t) * I (t) dt / I (t) dt. Kesme voltajı, pil boşaldığında izin verilen minimum voltajı ifade eder. Gerilim, deşarj kesme geriliminden düşükse akünün her iki ucundaki gerilim hızla düşerek aşırı deşarja neden olur. Aşırı deşarj, elektrotun aktif maddesinin zarar görmesine, reaksiyon yeteneğinin kaybolmasına ve pil ömrünün kısalmasına neden olabilir. İlk bölümde anlatıldığı gibi pilin voltajı, katot malzemesinin şarj durumu ve elektrot potansiyeli ile ilgilidir.

(2) Kapasite ve spesifik kapasite

Pil kapasitesi, belirli bir deşarj sistemi altında (belirli bir deşarj akımı I, deşarj sıcaklığı T, deşarj kesme voltajı V altında) batarya tarafından salınan elektrik miktarını ifade eder ve bataryanın Ah veya C cinsinden enerji depolama yeteneğini gösterir. Kapasite, deşarj akımı, deşarj sıcaklığı gibi birçok unsurdan etkilenir. Kapasite büyüklüğü, pozitif ve negatif elektrotlardaki aktif madde miktarına göre belirlenir.

Teorik kapasite: Reaksiyonda aktif maddenin verdiği kapasite.

Gerçek kapasite: Belirli bir deşarj sistemi altında serbest bırakılan gerçek kapasite.

Nominal kapasite: Tasarlanan deşarj koşulları altında batarya tarafından garanti edilen minimum güç miktarını ifade eder.

Deşarj testinde kapasite, akımın zamana göre integrali alınarak hesaplanır, yani C = I (t) dt, t sabit deşarjda sabit akım, C = I (t) dt = I t; sabit direnç R deşarjı, C = I (t) dt = (1 / R) * U (t) dt (1 / R) * out (u ortalama deşarj voltajı, t deşarj süresidir).

Spesifik kapasite: Farklı pilleri karşılaştırmak için spesifik kapasite kavramı tanıtılmıştır. Spesifik kapasite, kütle spesifik kapasite veya hacim spesifik kapasite olarak adlandırılan, birim kütlenin veya birim hacim elektrodunun aktif maddesinin verdiği kapasiteyi ifade eder. Genel hesaplama yöntemi şu şekildedir: spesifik kapasite = pilin ilk deşarj kapasitesi / (aktif madde kütlesi * aktif madde kullanım oranı)

Pil kapasitesini etkileyen faktörler:

A. Pilin deşarj akımı: akım büyüdükçe çıkış kapasitesi azalır;

B. Akünün deşarj sıcaklığı: sıcaklık düştüğünde çıkış kapasitesi azalır;

C. Akünün deşarj kesme voltajı: elektrot malzemesi tarafından belirlenen deşarj süresi ve elektrot reaksiyonunun limiti genellikle 3.0V veya 2.75V'dir.

D. Pilin şarj ve deşarj süreleri: Pilin birden fazla şarj ve deşarjından sonra, elektrot malzemesinin arızalanması nedeniyle pil, pilin deşarj kapasitesini azaltabilecektir.

e. Akünün şarj koşulları: şarj hızı, sıcaklık, kesme voltajı akünün kapasitesini etkiler, dolayısıyla deşarj kapasitesini belirler.

 Pil kapasitesinin belirlenmesi yöntemi:

Farklı endüstrilerin çalışma koşullarına göre farklı test standartları vardır. 3C ürünlerine yönelik lityum iyon piller için, GB / T18287-2000 Ulusal standardına göre Cep Telefonu için Lityum İyon Piller Genel Şartnamesi'ne göre, pilin nominal kapasite test yöntemi aşağıdaki gibidir: a) şarj: 0.2C5A şarj; b) deşarj: 0.2C5A deşarj; c) biri nitelikli olmak üzere beş döngü.

Elektrikli araç endüstrisi için, GB/T 31486-2015 Elektriksel Performans Gereksinimleri ve Elektrikli Araçlar için Güç Aküsüne İlişkin Test Yöntemleri ulusal standardına göre akünün nominal kapasitesi, akünün oda sıcaklığında serbest bıraktığı kapasiteyi (Ah) ifade eder. I1'in değeri C1(A)'ya eşit olan 1 saatlik deşarj akımı olduğu sonlandırma voltajına ulaşmak için 1I1(A) akım deşarjı ile. Test yöntemi:

A) Oda sıcaklığında, işletme tarafından belirlenen şarj sonlandırma voltajına kadar sabit akım şarjı ile şarj ederken sabit voltajı durdurun ve şarj sonlandırma akımı 0.05I1 (A) 'ya düştüğünde şarjı durdurun ve şarjı 1 saat sonra tutun. Doluyor.

Bb) Oda sıcaklığında akü, işletme teknik şartlarında belirtilen deşarj sonlandırma gerilimine ulaşana kadar 1I1(A) akımla deşarj edilir;

C) ölçülen deşarj kapasitesi (Ah ile ölçülür), deşarj spesifik enerjisini hesaplayın (Wh / kg ile ölçülür);

3 d) a) -) c) adımlarını 5 kez tekrarlayın. Ardışık 3 testin aşırı farkı nominal kapasitenin %3'ünden az olduğunda test önceden bitirilebilir ve son 3 testin sonuçlarının ortalaması alınabilir.

(3) Şarj durumu, SOC

SOC (Şarj Durumu), belirli bir deşarj oranı altında belirli bir süre veya uzun bir süre sonunda pilin kalan kapasitesinin tam şarj durumuna oranını temsil eden bir şarj durumudur. "Açık devre voltajı + saat-zaman entegrasyonu" yöntemi, pilin başlangıç ​​durumu şarj kapasitesini tahmin etmek için açık devre voltajı yöntemini kullanır ve daha sonra pil tarafından tüketilen gücü elde etmek için saat-zaman entegrasyon yöntemini kullanır. -zaman entegrasyon yöntemi. Tüketilen güç, deşarj akımı ile deşarj süresinin çarpımıdır ve kalan güç, başlangıçtaki güç ile tüketilen güç arasındaki farka eşittir. Açık devre voltajı ile bir saatlik integral arasındaki SOC matematiksel tahmini şöyledir:

CN nominal kapasitedir; η şarj-deşarj verimliliğidir; T pil kullanım sıcaklığıdır; I akü akımıdır; t pilin boşalma süresidir.

DOD (Boşaltma Derinliği), boşaltma kapasitesinin toplam boşaltma kapasitesine yüzdesi olan boşaltma derecesinin bir ölçüsü olan boşaltma derinliğidir. Deşarj derinliğinin pilin ömrüyle büyük bir ilişkisi vardır: Deşarj derinliği ne kadar derin olursa pil ömrü de o kadar kısa olur. İlişki SOC = %100 -DOD için hesaplanır

4) Enerji ve özgül enerji

Pilin belirli koşullar altında harici iş yaparak çıkarabildiği elektrik enerjisine pilin enerjisi denir ve birimi genellikle wh cinsinden ifade edilir. Deşarj eğrisinde enerji şu şekilde hesaplanır: W = U (t) * I (t) dt. Sabit akım deşarjında, W = I * U (t) dt = It * u (u ortalama deşarj voltajı, t deşarj süresidir)

A. Teorik enerji

Pilin deşarj süreci denge halindedir ve deşarj voltajı elektromotor kuvvetin (E) değerini korur ve aktif maddenin kullanım oranı %100'dür. Bu durumda pilin çıkış enerjisi teorik enerjidir, yani tersinir pilin sabit sıcaklık ve basınç altında yaptığı maksimum iş.

B. Gerçek enerji

Akünün deşarjının gerçek çıkış enerjisine gerçek enerji denir, elektrikli araç endüstrisi düzenlemeleri ("GB/T 31486-2015 Elektrikli Araçlar için Güç Aküsü Elektriksel Performans Gereksinimleri ve Test Yöntemleri"), akü oda sıcaklığında 1I1 (A) ile ) akım deşarjı, anma enerjisi olarak adlandırılan sonlandırma gerilimi tarafından salınan enerjiye (Wh) ulaşmak için.

C. spesifik enerji

Bir pilin birim kütle ve birim hacim başına verdiği enerjiye kütle özgül enerji veya hacim özgül enerji denir, aynı zamanda enerji yoğunluğu da denir. wh / kg veya wh / L birimlerinde.

[Deşarj eğrisinin temel formu]

Deşarj eğrisinin en temel şekli gerilim-zaman ve akım-zaman eğrisidir. Zaman ekseni hesaplamasının dönüştürülmesiyle ortak deşarj eğrisi ayrıca voltaj-kapasite (özgül kapasite) eğrisine, voltaj-enerji (özgül enerji) eğrisine, voltaj-SOC eğrisine vb. Sahip olur.

(1) Gerilim-zaman ve akım zaman eğrisi

Şekil 9 Gerilim-zaman ve akım-zaman eğrileri

(2) Gerilim-kapasite eğrisi

Şekil 10 Gerilim-kapasite eğrisi

(3) Gerilim-enerji eğrisi

Şekil Şekil 11. Gerilim-enerji eğrisi

[referans belgeleri]

• Wang Chao ve diğerleri. Elektrokimyasal enerji depolama cihazlarında [J] sabit akım ve sabit gücün şarj ve deşarj özelliklerinin karşılaştırılması. Enerji depolama bilimi ve teknolojisi.2017(06):1313-1320.
• Eom KS，Joshi T，Bordes A，et al.Nano silikon ve nano çok katmanlı grafen kompozit anot kullanan Li-ion tam hücreli pilin tasarımı[J]
• Guo Jipeng ve diğerleri. Lityum demir fosfat pillerin [J] sabit akım ve sabit güç testi özelliklerinin karşılaştırılması.2017(03):109-115
• Marinaro M，Yoon D，Gabrielli G，ve diğerleri.Yüksek performanslı 1.2 Ah Si-alaşım/Grafit|LiNi0.5Mn0.3Co0.2O2 prototipi Li-ion pil[J].Journal of Power Sources.2017，357(Ek C):188-197.