Лити-ион батерейны цэнэгийн муруйн шинжилгээний иж бүрэн гарын авлага

Лити-ион батерейны хамгийн түгээмэл хэрэглэгддэг гүйцэтгэлийн туршилт бол цэнэгийн муруйн шинжилгээний стратеги юм

Лити-ион батерейг цэнэггүй болгох үед түүний ажлын хүчдэл цаг хугацааны явцад байнга өөрчлөгддөг. Зайны ажлын хүчдэлийг ординат, цэнэгийн цэнэгийн хугацаа, хүчин чадал, цэнэгийн төлөв (SOC), цэнэгийн гүйдлийн гүн (DOD)-ыг абсцисса хэлбэрээр ашигладаг бөгөөд зурсан муруйг цэнэгийн муруй гэж нэрлэдэг. Зайны цэнэгийн шинж чанарын муруйг ойлгохын тулд эхлээд батерейны хүчдэлийг зарчмын хувьд ойлгох хэрэгтэй.

[Зайны хүчдэл]

Электродын урвал үүсэхийн тулд зай нь дараахь нөхцлийг хангасан байх ёстой: химийн урвалын явцад электрон алдах үйл явц (өөрөөр хэлбэл исэлдэлтийн процесс) ба электроныг олж авах үйл явц (өөрөөр хэлбэл багасгах урвалын процесс) хоёр өөр хэсэгт хуваагдах ёстой. ерөнхий исэлдэлтийн урвалаас ялгаатай; хоёр электродын идэвхтэй бодисын исэлдэлтийн урвалыг гадаад хэлхээгээр дамжуулах ёстой бөгөөд энэ нь металлын зэврэлтээс үүсэх микробатарейн урвалаас ялгаатай. Зайны хүчдэл нь эерэг электрод ба сөрөг электродын боломжит зөрүү юм. Тодорхой гол үзүүлэлтүүд нь нээлттэй хэлхээний хүчдэл, ажлын хүчдэл, цэнэг ба цэнэгийн таслах хүчдэл гэх мэт орно.

[Лити-ион батерейны материалын электродын боломж]

Электродын потенциал гэдэг нь хатуу материалыг электролитийн уусмалд дүрэхийг хэлдэг бөгөөд энэ нь цахилгаан нөлөөг, өөрөөр хэлбэл металлын гадаргуу ба уусмалын хоорондох потенциалын зөрүүг харуулдаг. Энэ боломжит зөрүүг уусмал дахь металлын потенциал эсвэл электродын потенциал гэж нэрлэдэг. Товчхондоо электродын потенциал гэдэг нь ион эсвэл атомын электрон авах хандлага юм.

Иймээс тодорхой эерэг электрод эсвэл сөрөг электродын материалын хувьд литийн давстай электролитэд байрлуулахдаа түүний электродын потенциалыг дараах байдлаар илэрхийлнэ.

Энд φ c нь энэ бодисын электродын потенциал юм. Стандарт устөрөгчийн электродын потенциалыг 0.0V гэж тохируулсан.

[Зайны нээлттэй хэлхээний хүчдэл]

Батерейны цахилгаан хөдөлгөх хүч нь термодинамик аргыг ашиглан батерейны урвалын дагуу тооцоолсон онолын утга бөгөөд өөрөөр хэлбэл хэлхээ тасрах үед батерейны тэнцвэрт электродын потенциал ба эерэг ба сөрөг электродын хоорондох зөрүү нь хамгийн их утга юм. батерей нь хүчдэл өгч чаддаг. Үнэн хэрэгтээ эерэг ба сөрөг электродууд электролит дахь термодинамик тэнцвэрт байдалд байх албагүй, өөрөөр хэлбэл электролитийн уусмал дахь зайны эерэг ба сөрөг электродуудын тогтоосон электродын потенциал нь ихэвчлэн тэнцвэрийн электродын потенциал биш байдаг тул Зайны нээлттэй хэлхээний хүчдэл нь түүний цахилгаан хөдөлгөгч хүчнээс бага байдаг. Электродын урвалын хувьд:

Урвалын бүрэлдэхүүн хэсгийн стандарт бус төлөв байдал ба идэвхтэй бүрэлдэхүүн хэсгийн идэвхжил (эсвэл концентраци) цаг хугацааны явцад авч үзвэл эсийн нээлттэй хэлхээний бодит хүчдэлийг энергийн тэгшитгэлээр өөрчилнө.

R нь хийн тогтмол, T нь урвалын температур, а нь бүрэлдэхүүн хэсгийн идэвхжил буюу концентраци юм. Зайны нээлттэй хэлхээний хүчдэл нь эерэг ба сөрөг электродын материалын шинж чанар, электролит ба температурын нөхцлөөс хамаардаг бөгөөд батерейны геометр, хэмжээ зэргээс хамаардаг. Лити ион электродын материалыг туйл руу бэлтгэж, товчлуурын хагас батерейнд угсарсан литийн металл хуудас нь электродын материалыг задгай хүчдэлийн өөр өөр SOC төлөвт хэмжиж чаддаг, нээлттэй хүчдэлийн муруй нь электродын материалын цэнэгийн төлөвийн урвал, зай хадгалах нээлттэй хүчдэлийн уналт, гэхдээ тийм ч том биш, хэрэв нээлттэй хүчдэл хэт хурдан буурах эсвэл далайц нь хэвийн бус үзэгдэл юм. Хоёр туйлт идэвхтэй бодисын гадаргуугийн төлөвийн өөрчлөлт, батерейны өөрөө цэнэггүйдэл нь агуулах дахь задгай хэлхээний хүчдэл буурах гол шалтгаан, үүнд эерэг ба сөрөг электродын материалын хүснэгтийн маск давхаргыг өөрчлөх; электродын термодинамик тогтворгүй байдал, металлын гадны хольцыг уусгах, тунадасжуулах, эерэг ба сөрөг электродуудын хоорондох диафрагмаас үүссэн бичил богино холболтоос үүсэх боломжит өөрчлөлт. Лити ион батерейны хөгшрөлтийн үед K утгын өөрчлөлт (хүчдэлийн уналт) нь электродын материалын гадаргуу дээр SEI хальс үүсэх, тогтворжуулах үйл явц юм. Хэрэв хүчдэлийн уналт хэт их байвал дотор нь бичил богино залгааны хэлхээ байгаа бөгөөд батерейг шаардлага хангаагүй гэж үздэг.

[Зайны туйлшрал]

Гүйдэл электродоор дамжин өнгөрөхөд электродын тэнцвэрт электродын потенциалаас хазайх үзэгдлийг туйлшрал гэж нэрлэдэг ба туйлшрал нь хэт потенциалыг үүсгэдэг. Туйлшралын шалтгааны дагуу туйлшралыг омын туйлшрал, концентрацийн туйлшрал, цахилгаан химийн туйлшрал гэж хувааж болно. ЗУРАГ. 2 нь батерейны цэнэгийн ердийн муруй ба хүчдэлд янз бүрийн туйлшралын нөлөөлөл юм.

 Зураг 1. Ердийн цэнэгийн муруй ба туйлшрал

(1) Омын туйлшрал: батерейны хэсэг бүрийн эсэргүүцэлээс үүссэн даралтын уналтын утга нь Ом-ын хуулийг дагаж, гүйдэл буурч, туйлшрал тэр даруй буурч, гүйдэл зогссон даруйд алга болдог.

(2) Цахилгаан химийн туйлшрал: туйлшрал нь электродын гадаргуу дээрх удаан цахилгаан химийн урвалаас үүдэлтэй. Энэ нь гүйдэл багасах тусам микросекундын түвшинд мэдэгдэхүйц буурсан.

(3) Баяжуулалтын туйлшрал: Уусмал дахь ионы тархалтын процесс удаашралтай байгаа тул электродын гадаргуу ба уусмалын биеийн хоорондох концентрацийн зөрүү нь тодорхой гүйдлийн дор туйлширдаг. Макроскопийн секундэд (хэдэн секундээс хэдэн арван секунд) цахилгаан гүйдэл буурах үед энэ туйлшрал багасч эсвэл алга болдог.

Батерейны цэнэгийн гүйдэл ихсэх тусам батерейны дотоод эсэргүүцэл нэмэгддэг бөгөөд энэ нь голчлон их цэнэггүй гүйдэл нь батерейны туйлшралын хандлагыг ихэсгэдэг бөгөөд цэнэгийн гүйдэл их байх тусам туйлшралын чиг хандлага илүү тодорхой харагдаж байна. Зураг 2. Ом-ын хуулийн дагуу: V=E0-IRT дотоод ерөнхий эсэргүүцэл RT нэмэгдэхийн хэрээр батерейны хүчдэл цэнэгийн таслах хүчдэлд хүрэх хугацаа зохих ёсоор багасдаг тул суллах хүчин чадал мөн буурсан.

Зураг 2. Гүйдлийн нягтын туйлшралд үзүүлэх нөлөө

Лити ион батерей нь үндсэндээ нэг төрлийн лити ион концентрацитай батерей юм. Лити ион батерейг цэнэглэх, цэнэггүй болгох үйл явц нь эерэг ба сөрөг электродуудад лити ионыг оруулах, хуулах үйл явц юм. Лити-ион батерейны туйлшралд нөлөөлдөг хүчин зүйлүүд нь:

(1) Электролитийн нөлөө: электролитийн бага дамжуулалт нь литийн ион батерейны туйлшралын гол шалтгаан юм. Температурын ерөнхий мужид лити-ион батерейнд ашигладаг электролитийн дамжуулалт ерөнхийдөө ердөө 0.01~0.1S/см буюу усан уусмалын нэг хувьтай тэнцэнэ. Тиймээс лити-ион батерейнууд өндөр гүйдлээр цэнэглэгдэх үед электролитээс Li+-ийг нөхөхөд хэтэрхий оройтсон тул туйлшралын үзэгдэл үүснэ. Электролитийн дамжуулалтыг сайжруулах нь лити-ион батерейны өндөр гүйдлийн цэнэгийн хүчин чадлыг сайжруулах гол хүчин зүйл юм.

(2) Эерэг ба сөрөг материалын нөлөөлөл: эерэг ба сөрөг материалын том литийн ионы хэсгүүдийн гадаргуу руу тархах урт суваг нь их хэмжээний ялгадас гарахад тохиромжгүй.

(3) Дамжуулагч бодис: дамжуулагч бодисын агууламж нь өндөр харьцаатай цэнэгийн гүйцэтгэлд нөлөөлдөг чухал хүчин зүйл юм. Хэрэв катодын томьёо дахь дамжуулагч бодисын агууламж хангалтгүй бол их хэмжээний гүйдэл гарах үед электронууд цаг хугацаанд нь шилжиж чадахгүй, туйлшралын дотоод эсэргүүцэл хурдацтай нэмэгдэж, батерейны хүчдэл нь цэнэгийн таслах хүчдэл хүртэл хурдан буурдаг. .

(4) Тулгийн дизайны нөлөө: туйлын зузаан: их хэмжээний гүйдэлтэй үед идэвхтэй бодисын урвалын хурд маш хурдан байдаг бөгөөд энэ нь литийн ионыг материалд хурдан шингээж, салгах шаардлагатай болдог. Хэрэв туйлын хавтан зузаан бөгөөд литийн ионы тархалтын зам нэмэгдэх юм бол туйлын зузаанын чиглэл нь литийн ионы концентрацийн градиентийг үүсгэдэг.

Нягтралтын нягт: туйлын хуудасны нягтрал ихсэж, нүх нь багасч, шонгийн зузаан чиглэлд литийн ионы хөдөлгөөний зам илүү урт байна. Үүнээс гадна нягтралын нягтрал хэт том байвал материал ба электролитийн хоорондох холбоо барих талбай буурч, электродын урвалын талбай багасч, батерейны дотоод эсэргүүцэл нэмэгдэнэ.

(5) SEI мембраны нөлөөлөл: SEI мембран үүсэх нь электрод / электролитийн интерфейсийн эсэргүүцлийг нэмэгдүүлж, хүчдэлийн гистерезис эсвэл туйлшрал үүсгэдэг.

[Зайны ажиллах хүчдэл]

Төгсгөлийн хүчдэл гэж нэрлэгддэг ажлын хүчдэл нь ажлын төлөвт хэлхээнд гүйдэл гүйх үед батерейны эерэг ба сөрөг электродуудын хоорондох боломжит зөрүүг хэлнэ. Батерейгаар гүйдэл урсах үед батерейгаар гүйдэл урсах үед дотоод эсэргүүцэлээс үүссэн эсэргүүцлийг даван туулах шаардлагатай бөгөөд энэ нь ом даралтын уналт, электродын туйлшралыг үүсгэдэг тул ажлын хүчдэл нь нээлттэй хэлхээний хүчдэлээс үргэлж бага байдаг. мөн цэнэглэх үед төгсгөлийн хүчдэл нь нээлттэй хэлхээний хүчдэлээс үргэлж өндөр байдаг. Өөрөөр хэлбэл, туйлшралын үр дүн нь батерейны цэнэгийн төгсгөлийн хүчдэлийг батерейны цахилгаан хөдөлгүүрийн потенциалаас доогуур болгодог бөгөөд энэ нь цэнэгтэй батерейны цахилгаан хөдөлгүүрийн потенциалаас өндөр байна.

Туйлшралын үзэгдэл байгаа тул цэнэг ба цэнэгийн процесс дахь агшин зуурын хүчдэл ба бодит хүчдэл. Цэнэглэх үед агшин зуурын хүчдэл нь бодит хүчдэлээс арай өндөр, цэнэгийн дараа агшин зуурын хүчдэл, бодит хүчдэл буурах үед туйлшрал алга болж, хүчдэл буурдаг.

Дээрх тайлбарыг нэгтгэн дүгнэвэл илэрхийлэл нь:

E +, E- - эерэг ба сөрөг электродын потенциалыг тус тус, E + 0 ба E- -0 нь эерэг ба сөрөг электродын тэнцвэрт электродын потенциалыг, VR нь омын туйлшралын хүчдэлийг, η + , η - - эерэг ба сөрөг электродын хэт потенциалыг тус тус илэрхийлнэ.

[Цутгах туршилтын үндсэн зарчим]

Зайны хүчдэлийн талаар үндсэн ойлголттой болсны дараа бид лити-ион батерейны цэнэгийн муруйг шинжилж эхлэв. Цэнэглэх муруй нь үндсэндээ электродын төлөв байдлыг илэрхийлдэг бөгөөд энэ нь эерэг ба сөрөг электродын төлөвийн өөрчлөлтийн суперпозиция юм.

Лити-ион батерейны хүчдэлийн муруйг цэнэглэх процессын туршид гурван үе шатанд хувааж болно

1) Зайны эхний үе шатанд хүчдэл хурдан буурч, цэнэгийн хэмжээ их байх тусам хүчдэл хурдан буурдаг;

2) Зайны хүчдэл нь удаан өөрчлөлтийн үе шатанд ордог бөгөөд үүнийг зайны платформын талбай гэж нэрлэдэг. Цутгах хэмжээ бага байх тусам

Платформын талбайн үргэлжлэх хугацаа урт байх тусам платформын хүчдэл өндөр байх тусам хүчдэлийн уналт удааширна.

3) Зайны цэнэг бараг дуусмагц зайны цэнэгийн хүчдэл цэнэггүй болох хүртэл огцом буурч эхэлдэг.

Туршилтын явцад өгөгдөл цуглуулах хоёр арга байдаг

(1) Тогтсон хугацааны интервал Δ t дагуу гүйдэл, хүчдэл, цаг хугацааны өгөгдлийг цуглуулах;

(2) Тогтоосон хүчдэлийн өөрчлөлтийн зөрүү Δ V-ийн дагуу гүйдэл, хүчдэл, цаг хугацааны өгөгдлийг цуглуулах. Төхөөрөмжийг цэнэглэх, цэнэглэх нарийвчлал нь голчлон гүйдлийн нарийвчлал, хүчдэлийн нарийвчлал, цаг хугацааны нарийвчлалыг агуулдаг. Хүснэгт 2-т тодорхой цэнэглэх, цэнэглэх машины тоног төхөөрөмжийн параметрүүдийг харуулав, энд% FS нь бүрэн хүрээний хувийг, 0.05% RD нь уншилтын 0.05% -ийн хүрээнд хэмжсэн алдааг илэрхийлдэг. Цэнэглэх, цэнэглэх төхөөрөмж нь ерөнхийдөө ачааллын эсэргүүцлийн оронд CNC тогтмол гүйдлийн эх үүсвэрийг ашигладаг тул батерейны гаралтын хүчдэл нь хэлхээний цуврал эсэргүүцэл эсвэл паразит эсэргүүцэлтэй ямар ч холбоогүй бөгөөд зөвхөн E хүчдэл ба дотоод эсэргүүцэлтэй холбоотой байдаг. r ба батарейтай тэнцэх хамгийн тохиромжтой хүчдэлийн эх үүсвэрийн I хэлхээний гүйдэл. Эсэргүүцлийг ачаалалд ашигласан бол батерейны хамгийн тохиромжтой хүчдэлийн эх үүсвэрийн хүчдэлийг E, дотоод эсэргүүцэл нь r, ачааллын эсэргүүцэл нь R байна. Ачааллын эсэргүүцлийн хоёр төгсгөлийн хүчдэлийг хүчдэлээр хэмжинэ. метр, Зураг 6-д дээрх зурагт үзүүлсэн шиг. Гэсэн хэдий ч практикт хэлхээнд хар тугалганы эсэргүүцэл ба бэхэлгээний контактын эсэргүүцэл (нэг төрлийн шимэгчийн эсэргүүцэл) байдаг. Эквивалент хэлхээний диаграммыг Зураг дээр үзүүлэв. 3-ыг дараах зурагт үзүүлэв. 3. Практикт шимэгчийн эсэргүүцлийг зайлшгүй нэвтрүүлдэг тул нийт ачааллын эсэргүүцэл их болох боловч хэмжсэн хүчдэл нь R ачааллын эсэргүүцлийн хоёр төгсгөлийн хүчдэл тул алдааг нэвтрүүлсэн.

 Зураг 3 Эсэргүүцлийн цэнэгийн аргын зарчмын блок диаграмм ба бодит эквивалент хэлхээний диаграмм.

I1 гүйдэлтэй тогтмол гүйдлийн эх үүсвэрийг ачаалал болгон ашиглах үед бүдүүвч диаграмм ба бодит эквивалент хэлхээний диаграммыг Зураг 7-д үзүүлэв. E, I1 тогтмол утгууд, r нь тодорхой хугацаанд тогтмол байна.

Дээрх томъёоноос харахад А ба В хоёр хүчдэл тогтмол, өөрөөр хэлбэл батерейны гаралтын хүчдэл нь гогцоонд байгаа цуваа эсэргүүцлийн хэмжээтэй хамааралгүй, мэдээжийн хэрэг энэ нь ямар ч хамаагүй болохыг харж болно. шимэгчдийн эсэргүүцэлтэй. Үүнээс гадна дөрвөн терминалын хэмжилтийн горим нь батерейны гаралтын хүчдэлийг илүү нарийвчлалтай хэмжих боломжийг олгодог.

Зураг 4 Тогтмол гүйдлийн эх үүсвэрийн ачааллын төхөөрөмжийн блок диаграмм ба бодит эквивалент хэлхээний диаграмм

Зэрэгцээ эх үүсвэр нь ачаалалд тогтмол гүйдэл өгөх чадвартай цахилгаан хангамжийн төхөөрөмж юм. Энэ нь гадаад тэжээлийн хангамжийн хэлбэлзэл, эсэргүүцлийн шинж чанар өөрчлөгдөх үед гаралтын гүйдлийг тогтмол байлгаж чаддаг.

[Цэнэглэх туршилтын горим]

Цэнэглэх, цэнэглэх туршилтын төхөөрөмж нь ерөнхийдөө хагас дамжуулагч төхөөрөмжийг урсгалын элемент болгон ашигладаг. Хагас дамжуулагч төхөөрөмжийн хяналтын дохиог тохируулснаар тогтмол гүйдэл, тогтмол даралт, тогтмол эсэргүүцэл гэх мэт янз бүрийн шинж чанартай ачааллыг дуурайж чаддаг. Лити-ион батерейны цэнэггүй байдлын туршилтын горимд голчлон тогтмол гүйдлийн цэнэг, тогтмол эсэргүүцлийн цэнэг алдагдах, тогтмол цахилгаан цэнэггүйдэл гэх мэт орно. Цэнэглэх горим бүрт тасралтгүй цэнэг ба интервалын цэнэгийг мөн хуваах боломжтой бөгөөд үүнд хугацааны дагуу, интервалын цэнэгийг завсарлагатай, импульсийн ялгадас гэж хувааж болно. Цэнэглэх туршилтын үед батерей нь тогтоосон горимын дагуу цэнэгээ алдаж, тогтоосон нөхцөлд хүрсний дараа цэнэгээ цэнэггүй болгодог. Цэнэглэх таслах нөхцөл нь хүчдэлийн тасалбарыг тохируулах, цаг таслах, хүчин чадлын хязгаарыг тохируулах, сөрөг хүчдэлийн градиент таслах зэрэг орно. Зайны цэнэгийн хүчдэлийн өөрчлөлт нь цэнэгийн цэнэгийн системтэй холбоотой. юм, цэнэгийн муруйн өөрчлөлт нь мөн цэнэгийн системээс хамаарна, үүнд: цэнэгийн гүйдэл, гадагшлуулах температур, цэнэгийн төгсгөлийн хүчдэл; үе үе эсвэл тасралтгүй ялгадас. Гарах гүйдэл их байх тусам үйл ажиллагааны хүчдэл хурдан буурдаг; гадагшлуулах температурын дагуу гадагшлуулах муруй нь зөөлөн өөрчлөгддөг.

(1) Тогтмол гүйдлийн цэнэг

Тогтмол гүйдлийн цэнэг алдагдах үед одоогийн утгыг тохируулж, дараа нь батерейны тогтмол гүйдлийн цэнэгийг ойлгохын тулд CNC тогтмол гүйдлийн эх үүсвэрийг тохируулах замаар одоогийн утгад хүрнэ. Үүний зэрэгцээ батерейны цэнэгийн шинж чанарыг илрүүлэхийн тулд батерейны төгсгөлийн хүчдэлийн өөрчлөлтийг цуглуулдаг. Тогтмол гүйдлийн цэнэггүйдэл гэдэг нь ижил цэнэггүй гүйдлийн цэнэг алдагдах боловч батерейны хүчдэл буурч байгаа тул хүч нь буурсаар байна. Зураг 5 нь лити-ион батерейны тогтмол гүйдлийн цэнэгийн хүчдэл ба гүйдлийн муруй юм. Тогтмол гүйдлийн цэнэгийн улмаас цагийн тэнхлэг нь хүчин чадал (гүйдэл ба цаг хугацааны бүтээгдэхүүн) тэнхлэгт амархан хувирдаг. Тогтмол гүйдлийн цэнэгийн үед хүчдэлийн чадлын муруйг 5-р зурагт үзүүлэв. Тогтмол гүйдлийн цэнэггүйдэл нь лити-ион батерейг туршихад хамгийн түгээмэл хэрэглэгддэг цэнэгийн арга юм.

Зураг 5 Тогтмол гүйдлийн тогтмол хүчдэлийн цэнэг ба тогтмол гүйдлийн ялгаралтын муруй янз бүрийн үржүүлэгчийн хурдаар

(2) Тогтмол цахилгаан цэнэггүйдэл

Тогтмол цахилгаан цэнэггүй болох үед тогтмол чадлын P утгыг эхлээд тохируулж, батерейны гаралтын U хүчдэлийг цуглуулдаг. Цэнэглэх процесст P нь тогтмол байх шаардлагатай боловч U байнга өөрчлөгдөж байдаг тул тогтмол цахилгаан цэнэг алдах зорилгод хүрэхийн тулд CNC тогтмол гүйдлийн эх үүсвэрийн I гүйдлийг I = P / U томъёоны дагуу тасралтгүй тохируулах шаардлагатай байдаг. . Цэнэглэх явцад батерейны хүчдэл буурч байгаа тул цэнэгийн цэнэгийн гүйдэл нэмэгдсээр байгаа тул цэнэгийн цэнэгийг өөрчлөхгүй байх хэрэгтэй. Тогтмол эрчим хүчний цэнэгийн улмаас цаг хугацааны координатын тэнхлэг нь энерги (хүч ба цаг хугацааны бүтээгдэхүүн) координатын тэнхлэгт амархан хувирдаг.

Зураг 6 Тогтмол чадлын цэнэглэх ба цэнэггүй болгох муруйг өөр өөр хоёр дахин нэмэгдүүлэх хурдтай

Тогтмол гүйдлийн цэнэг ба тогтмол тэжээлийн цэнэгийн хоорондох харьцуулалт

Зураг 7: (a) өөр өөр харьцаагаар цэнэглэх ба цэнэгийн хүчин чадлын диаграмм; (б) цэнэг ба цэнэгийн муруй

 Зураг 7-д хоёр горимд өөр өөр харьцаатай цэнэг ба цэнэгийн туршилтын үр дүнг харуулав лити төмрийн фосфатын зай. Зураг дээрх хүчин чадлын муруй дагуу. 7 (а), тогтмол гүйдлийн горимд цэнэглэх, цэнэггүй болгох гүйдэл нэмэгдэхийн хэрээр батерейны бодит цэнэг ба цэнэгийн хүчин чадал аажмаар буурч байгаа боловч өөрчлөлтийн хүрээ харьцангуй бага байна. Батерейны бодит цэнэг ба цэнэгийн хүчин чадал нь хүч нэмэгдэх тусам аажмаар буурч, үржүүлэгч нь том байх тусам хүчин чадал нь хурдан буурдаг. 1 цаг зарцуулалтын хүчин чадал нь тогтмол урсгалын горимоос бага байна. Үүний зэрэгцээ, цэнэглэх цэнэгийн хэмжээ 5 цагийн хурдаас бага байх үед батерейны багтаамж нь тогтмол тэжээлийн нөхцөлд өндөр байдаг бол батерейны багтаамж нь тогтмол гүйдлийн нөхцөлд 5 цагаас их байдаг.

Зураг 7 (b)-аас бага харьцаатай, литийн төмрийн фосфатын батерейны хоёр горимын хүчин чадал-хүчдэлийн муруй, цэнэгийн болон цэнэгийн хүчдэлийн платформын өөрчлөлт нь том биш, харин өндөр харьцаатай нөхцөлд хүчин чадал-хүчдэлийн муруйг харуулж байна. тогтмол гүйдлийн тогтмол хүчдэлийн горим нь тогтмол хүчдэлийн хугацаа ихээхэн урт, мөн цэнэглэх хүчдэлийн платформ ихээхэн нэмэгдсэн, урсах хүчдэлийн платформ мэдэгдэхүйц буурсан байна.

(3) Тогтмол эсэргүүцлийн ялгадас

Тогтмол эсэргүүцлийн цэнэг алдагдах үед батерейны гаралтын хүчдэлийг цуглуулахын тулд эхлээд R тогтмол эсэргүүцлийн утгыг тогтооно. Цэнэглэх явцад R тогтмол байх шаардлагатай боловч U байнга өөрчлөгдөж байдаг тул CNC тогтмол гүйдлийн одоогийн I утга Тогтмол эсэргүүцлийн цэнэг алдалтын зорилгод хүрэхийн тулд эх үүсвэрийг I = U / R томъёоны дагуу байнга тохируулж байх ёстой. Батерейны хүчдэл цэнэг алдах явцад үргэлж буурч, эсэргүүцэл нь ижил байдаг тул цэнэгийн гүйдэл I нь мөн буурах процесс юм.

(4) Тасралтгүй урсах, үе үе ялгарах, импульсийн урсац

Батерейг тогтмол гүйдэл, тогтмол хүч, тогтмол эсэргүүцэлтэйгээр цэнэглэж, цаг хугацааны функцийг ашиглан тасралтгүй цэнэггүйдэл, тасалдалтай цэнэггүйдэл, импульсийн цэнэгийг хянах боломжтой. Зураг 11-д ердийн импульсийн цэнэг / цэнэгийн туршилтын одоогийн муруй ба хүчдэлийн муруйг харуулав.

Зураг 8 Ердийн импульсийн цэнэг алдалтын туршилтын гүйдлийн муруй ба хүчдэлийн муруй

[Цагаах муруйд орсон мэдээлэл]

Цэнэглэх муруй гэдэг нь цэнэгийн гүйдэл, хүчин чадал болон цэнэгийн цэнэгийн процессын явцад цаг хугацааны явцад гарсан батерейны бусад өөрчлөлтийн муруйг хэлнэ. Цэнэглэх ба цэнэгийн муруйд агуулагдах мэдээлэл нь хүчин чадал, эрчим хүч, ажлын хүчдэл ба хүчдэлийн платформ, электродын потенциал ба цэнэгийн төлөв хоорондын хамаарал гэх мэт маш баялаг юм. Цэнэглэх туршилтын явцад бүртгэгдсэн гол өгөгдөл нь цаг хугацаа юм. гүйдэл ба хүчдэлийн хувьсал. Эдгээр үндсэн өгөгдлөөс олон параметрүүдийг авч болно. Дараахь зүйлд ялгарах муруйгаар авч болох параметрүүдийг дэлгэрэнгүй харуулав.

(1) Хүчдэл

Лити ион батерейны цэнэггүй байдлын туршилтанд хүчдэлийн параметрүүд нь голчлон хүчдэлийн платформ, дундаж хүчдэл, дундаж хүчдэл, таслах хүчдэл гэх мэт орно. Хүчдэлийн өөрчлөлт хамгийн бага, хүчин чадлын өөрчлөлт их байх үед платформын хүчдэл нь харгалзах хүчдэлийн утга юм. , үүнийг dQ / dV-ийн оргил утгаас авч болно. Дундаж хүчдэл нь батерейны хүчин чадлын тал хувьтай тэнцэх хүчдэлийн утга юм. Лити төмрийн фосфат ба литийн титанат зэрэг платформ дээр илүү тод харагддаг материалын хувьд медиан хүчдэл нь платформын хүчдэл юм. Дундаж хүчдэл нь хүчдэлийн хүчин чадлын муруйн үр дүнтэй талбайг (өөрөөр хэлбэл батерейны цэнэггүйдэл) хүчин чадлын тооцооны томъёонд хуваасан u = U (t) * I (t) dt / I (t) dt. Таслах хүчдэл нь зай цэнэггүй болох үед зөвшөөрөгдөх хамгийн бага хүчдэлийг хэлнэ. Хэрэв хүчдэл нь цэнэгийн гүйдлийг таслах хүчдэлээс бага байвал батерейны хоёр төгсгөлд хүчдэл хурдан буурч, хэт их цэнэг үүснэ. Хэт цэнэггүй байх нь электродын идэвхтэй бодисыг гэмтээж, урвалын чадвараа алдаж, батерейны ашиглалтын хугацааг богиносгож болно. Эхний хэсэгт дурдсанчлан батерейны хүчдэл нь катодын материалын цэнэгийн төлөв ба электродын потенциалтай холбоотой байдаг.

(2) Хүчин чадал ба тусгай хүчин чадал

Батерейны хүчин чадал нь тодорхой цэнэгийн системийн дагуу зайнаас ялгарах цахилгааны хэмжээг хэлдэг (тодорхой цэнэгийн гүйдлийн дор I, цэнэгийн температур T, цэнэгийн таслах хүчдэл V), батерей нь Ах эсвэл С-д эрчим хүч хадгалах чадварыг харуулж байна. .Хүчин чадлын хувьд цэнэгийн гүйдэл, гаралтын температур гэх мэт олон элементүүд нөлөөлдөг.Чадлыг эерэг ба сөрөг электрод дахь идэвхтэй бодисын хэмжээгээр тодорхойлно.

Онолын чадавхи: урвалын идэвхтэй бодисоор өгөгдсөн хүчин чадал.

Бодит хүчин чадал: тодорхой цэнэгийн системийн дагуу гарсан бодит хүчин чадал.

Нэрлэсэн хүчин чадал: төлөвлөсөн цэнэггүй байдлын нөхцөлд батерейгаар баталгаажсан хамгийн бага хүчийг хэлнэ.

Цэнэглэх туршилтанд хүчин чадлыг цаг хугацааны гүйдлийг нэгтгэх замаар тооцоолно, өөрөөр хэлбэл C = I (t) dt, t тогтмол гүйдэл дэх тогтмол гүйдэл, C = I (t) dt = I t; тогтмол эсэргүүцэл R ялгадас, C = I (t) dt = (1 / R) * U (t) dt (1 / R) * гадагш (u нь дундаж цэнэгийн хүчдэл, t нь цэнэггүй байх хугацаа).

Тодорхой хүчин чадал: Төрөл бүрийн батерейг харьцуулахын тулд тусгай багтаамжийн тухай ойлголтыг нэвтрүүлсэн. Тодорхой хүчин чадал нь нэгж массын идэвхтэй бодис эсвэл нэгж эзэлхүүний электродын өгөгдсөн багтаамжийг илэрхийлдэг бөгөөд үүнийг массын хувийн багтаамж эсвэл эзэлхүүний хувийн багтаамж гэж нэрлэдэг. Тооцооллын ердийн арга нь: тодорхой хүчин чадал = батерейны эхний цэнэгийн хүчин чадал / (идэвхтэй бодисын масс * идэвхтэй бодисын ашиглалтын түвшин)

Батерейны хүчин чадалд нөлөөлдөг хүчин зүйлүүд:

а. Зайны цэнэгийн гүйдэл: гүйдэл их байх тусам гаралтын хүчин чадал буурдаг;

б. Зайны цэнэгийн температур: температур буурах үед гаралтын хүчин чадал буурдаг;

в. Зайны цэнэгийг таслах хүчдэл: электродын материалаар тогтоосон цэнэгийн хугацаа ба электродын урвалын хязгаар нь ерөнхийдөө 3.0V эсвэл 2.75V байна.

г. Батерейг цэнэглэх, цэнэггүй болгох хугацаа: батерейг олон удаа цэнэглэж, цэнэггүй болгосны дараа электродын материалын эвдрэлээс болж батерей нь зайны цэнэгийг багасгах боломжтой болно.

д. Батерейг цэнэглэх нөхцөл: цэнэглэх хурд, температур, таслах хүчдэл нь батерейны хүчин чадалд нөлөөлж, цэнэгийн цэнэгийг тодорхойлдог.

 Батерейны хүчин чадлыг тодорхойлох арга:

Өөр өөр үйлдвэрүүд ажлын нөхцлөөс хамааран өөр өөр туршилтын стандарттай байдаг. 3C бүтээгдэхүүний лити-ион батерейны хувьд үндэсний стандарт GB / T18287-2000 Үүрэн утасны лити-ион батерейны ерөнхий техникийн үзүүлэлтийн дагуу зайны нэрлэсэн хүчин чадлын туршилтын арга нь дараах байдалтай байна: a) цэнэглэх: 0.2C5A цэнэглэх; б) ялгадас: 0.2С5А цэнэггүйдэл; в) таван мөчлөг, тэдгээрийн нэг нь шаардлага хангасан байна.

Цахилгаан тээврийн хэрэгслийн үйлдвэрлэлийн хувьд үндэсний стандарт GB / T 31486-2015 Цахилгаан тээврийн хэрэгслийн цахилгаан батерейны цахилгааны гүйцэтгэлийн шаардлага ба туршилтын аргуудын дагуу батерейны нэрлэсэн хүчин чадал нь өрөөний температурт батерейгаас ялгарах хүчин чадал (Ah) юм. 1I1 (A) гүйдлийн цэнэгтэй, төгсгөлийн хүчдэлд хүрэхийн тулд I1 нь 1 цагийн хурдтай гүйдэл бөгөөд утга нь C1 (A) -тай тэнцүү байна. Туршилтын арга нь:

A) Тасалгааны температурт тогтмол гүйдлээр цэнэглэх үед тогтмол хүчдэлийг аж ахуйн нэгжийн заасан цэнэглэх төгсгөлийн хүчдэл хүртэл зогсоож, цэнэглэх гүйдэл 0.05I1 (A) хүртэл буурах үед цэнэглэхээ зогсоож, дараа нь 1 цагийн турш цэнэглэнэ. цэнэглэж байна.

Bb) Өрөөний температурт батерейг 1I1 (A) гүйдлээр цэнэглэх нь аж ахуйн нэгжийн техникийн нөхцөлд заасан цэнэгийг зогсоох хүчдэлд хүрэх хүртэл;

C) хэмжсэн урсах хүчин чадал (Ах-аар хэмжсэн), гадагшлуулах тодорхой энергийг тооцоолох (Wh / кг-аар хэмжсэн);

3 d) a) -) в) алхмуудыг 5 удаа давтана. Дараалсан 3 туршилтын хэт зөрүү нь нэрлэсэн хүчин чадлын 3% -иас бага байвал туршилтыг урьдчилан дуусгаж, сүүлийн 3 туршилтын үр дүнг дундажлаж болно.

(3) Төлбөрийн төлөв, SOC

SOC (төлбөрийн төлөв) нь цэнэгийн төлөв бөгөөд тодорхой цэнэгийн хурдаар тодорхой хугацааны дараа эсвэл удаан хугацааны дараа батерейны үлдсэн хүчин чадлыг бүрэн цэнэглэх төлөвтэй харьцуулсан харьцааг илэрхийлдэг. "Нээлттэй хэлхээний хүчдэл + цагийн интеграцчилал" арга нь задгай хэлхээний хүчдэлийн аргыг ашиглан батарейны анхны төлөвийн цэнэгийн хүчин чадлыг тооцоолж, дараа нь цаг хугацааны интеграцийн аргыг ашиглан a-ийн зарцуулсан хүчийг гаргана. -цаг хугацааны интеграцийн арга. Хэрэглэсэн эрчим хүч нь цэнэгийн гүйдэл ба цэнэгийн хугацааны үржвэр бөгөөд үлдсэн хүч нь анхны хүч ба зарцуулсан эрчим хүчний зөрүүтэй тэнцүү байна. Нээлттэй хэлхээний хүчдэл ба нэг цагийн интеграл хоорондын SOC-ийн математик тооцоо нь:

Энд CN нь нэрлэсэн хүчин чадал; η нь цэнэгийн цэнэгийн үр ашиг; T нь батерейны хэрэглээний температур; I бол батерейны гүйдэл; t нь батерейг цэнэглэх хугацаа юм.

DOD (Depth of Discharge) нь гадагшлуулах гүн бөгөөд гадагшлуулах түвшний хэмжүүр бөгөөд нийт цэнэгийн хүчин чадалд эзлэх хувь хэмжээ юм. Цэнэглэх гүн нь батерейны ашиглалтын хугацаатай маш их хамааралтай: цэнэгийн гүн гүнзгийрэх тусам ашиглалтын хугацаа богиносдог. Харилцааг SOC = 100% -DOD гэж тооцсон

4) Эрчим хүч ба хувийн энерги

Тодорхой нөхцөлд гадаад ажил хийснээр зайнаас гаргаж авах цахилгаан энергийг батерейны энерги гэж нэрлэдэг бөгөөд уг нэгжийг ерөнхийдөө wh-ээр илэрхийлдэг. Цутгах муруйд энергийг дараах байдлаар тооцоолно: W = U (t) * I (t) dt. Тогтмол гүйдлийн цэнэгийн үед W = I * U (t) dt = It * u (u нь цэнэгийн дундаж хүчдэл, t нь цэнэггүй болох хугацаа)

а. Онолын энерги

Зайг цэнэглэх процесс нь тэнцвэрт байдалд байгаа бөгөөд цэнэгийн хүчдэл нь цахилгаан хөдөлгөгч хүчний (E) утгыг хадгалж, идэвхтэй бодисын ашиглалтын түвшин 100% байна. Энэ нөхцөлд батерейны гаралтын энерги нь онолын энерги, өөрөөр хэлбэл тогтмол температур, даралтын дор урвуу батерейгаар хийсэн хамгийн их ажил юм.

б. Бодит энерги

Батерейны цэнэгийн бодит гаралтын эрчим хүчийг бодит эрчим хүч гэж нэрлэдэг бөгөөд цахилгаан тээврийн хэрэгслийн үйлдвэрлэлийн дүрэм ("GB / T 31486-2015 Цахилгаан батерейны цахилгааны гүйцэтгэлийн шаардлага ба цахилгаан тээврийн хэрэгслийн туршилтын арга"), 1I1 (A) бүхий өрөөний температурт зайг ) гүйдлийн зарцуулалт, төгсгөлийн хүчдэлээс ялгарах энергид (Wh) хүрэхийн тулд нэрлэсэн энерги гэж нэрлэгддэг.

в. тодорхой энерги

Нэгж масс болон нэгж эзэлхүүнд ногдох батерейгаас өгөгдсөн энергийг массын хувийн энерги эсвэл эзэлхүүний хувийн энерги гэж нэрлэдэг бөгөөд үүнийг эрчим хүчний нягтрал гэж нэрлэдэг. Wh / kg эсвэл wh / L нэгжээр.

[Цутгах муруйны үндсэн хэлбэр]

Цэнэглэх муруйн хамгийн үндсэн хэлбэр нь хүчдэл-цаг ба гүйдлийн цагийн муруй юм. Хугацааны тэнхлэгийн тооцооны хувиргалтаар нийтлэг цэнэгийн муруй нь мөн хүчдэлийн хүчин чадал (тусгай хүчин чадал) муруй, хүчдэл-энергийн (тусгай энерги) муруй, хүчдэл-SOC муруй гэх мэт.

(1) Хүчдэл-цаг ба одоогийн цагийн муруй

Зураг 9 Хүчдэл-цаг ба гүйдэл-цаг хугацааны муруй

(2) Хүчдэл хүчин чадлын муруй

Зураг 10 Хүчдэл хүчин чадлын муруй

(3) Хүчдэл-энергийн муруй

Зураг Зураг 11. Хүчдэл-энергийн муруй

[лавлагаа баримт бичиг]

• Ван Чао нар. Цахилгаан химийн энерги хадгалах төхөөрөмжүүдийн тогтмол гүйдэл ба тогтмол чадлын цэнэгийн ба цэнэгийн шинж чанарын харьцуулалт [J]. Эрчим хүч хадгалах шинжлэх ухаан технологи.2017(06):1313-1320.
• Eom KS，Joshi T，Bordes A， et al. Нано цахиур ба нано олон давхаргат графен нийлмэл анод ашиглан Li-ion бүрэн эсийн зайны загвар[J]
• Гуо Жипэн нар. Лити төмрийн фосфатын батерейны тогтмол гүйдэл ба тогтмол чадлын туршилтын үзүүлэлтүүдийн харьцуулалт [J]. хадгалах зай.2017(03)：109-115
• Маринаро M，Yoon D，Gabrielli G， et al. Өндөр хүчин чадалтай 1.2 Ah Si-alloy/Graphite|LiNi0.5Mn0.3Co0.2O2 прототип Li-ion зай[J].Эрчим хүчний эх сурвалжийн сэтгүүл.2017，357(Хавсралт C):188-197.