Sveobuhvatni vodič za analizu krivulje pražnjenja litij-ionske baterije

Najčešće korišteni test performansi litij-ionske baterije - strategija analize krivulje pražnjenja

Kada se litij-ionska baterija isprazni, njen radni napon se uvijek stalno mijenja s vremenom. Kao ordinata se koristi radni napon akumulatora, kao apscisa vrijeme pražnjenja, ili kapacitet, ili stanje napunjenosti (SOC), ili dubina pražnjenja (DOD), a nacrtana krivulja naziva se krivulja pražnjenja. Da bismo razumjeli karakterističnu krivulju pražnjenja baterije, prvo moramo razumjeti napon baterije u načelu.

[Napon baterije]

Da bi reakcija elektrode formirala bateriju, mora ispunjavati sljedeće uvjete: proces gubljenja elektrona u kemijskoj reakciji (tj. proces oksidacije) i proces dobivanja elektrona (tj. proces redukcijske reakcije) moraju biti odvojeni u dva različita područja, koja se razlikuje od opće redoks reakcije; redoks reakcija aktivne tvari dviju elektroda mora se prenijeti vanjskim krugom, što se razlikuje od reakcije mikrobaterije u procesu korozije metala. Napon baterije je razlika potencijala između pozitivne i negativne elektrode. Specifični ključni parametri uključuju napon otvorenog kruga, radni napon, napon prekida punjenja i pražnjenja itd.

[Elektrodni potencijal materijala litij-ionske baterije]

Potencijal elektrode odnosi se na uranjanje krutog materijala u otopinu elektrolita, pri čemu se pokazuje električni učinak, odnosno razlika potencijala između površine metala i otopine. Ta se razlika potencijala naziva potencijalom metala u otopini ili potencijalom elektrode. Ukratko, potencijal elektrode je tendencija iona ili atoma da stekne elektron.

Stoga, za određeni materijal pozitivne elektrode ili negativne elektrode, kada se stavi u elektrolit s litijevom soli, njezin potencijal elektrode izražava se kao:

Gdje je φ c potencijal elektrode ove tvari. Standardni potencijal vodikove elektrode postavljen je na 0.0 V.

[Napon otvorenog kruga baterije]

Elektromotorna sila baterije je teorijska vrijednost izračunata prema reakciji baterije pomoću termodinamičke metode, odnosno razlika između ravnotežnog elektrodnog potencijala baterije i pozitivne i negativne elektrode kada se strujni krug prekine je najveća vrijednost da baterija može dati napon. Zapravo, pozitivne i negativne elektrode nisu nužno u stanju termodinamičke ravnoteže u elektrolitu, to jest, potencijal elektrode koji uspostavljaju pozitivne i negativne elektrode baterije u otopini elektrolita obično nije ravnotežni potencijal elektrode, tako da Napon otvorenog kruga baterije općenito je manji od njezine elektromotorne sile. Za elektrodnu reakciju:

Uzimajući u obzir nestandardno stanje komponente reaktanta i aktivnost (ili koncentraciju) aktivne komponente tijekom vremena, stvarni napon otvorenog kruga ćelije modificira se energetskom jednadžbom:

Gdje je R plinska konstanta, T je reakcijska temperatura, a a je aktivnost ili koncentracija komponente. Napon otvorenog kruga baterije ovisi o svojstvima materijala pozitivne i negativne elektrode, elektrolita i temperaturnih uvjeta te je neovisan o geometriji i veličini baterije. Priprema materijala litij-ionske elektrode u stup, i litijevog metalnog lima sastavljenog u gumbastu polovicu baterije, može se mjeriti materijal elektrode u različitim SOC stanju otvorenog napona, krivulja otvorenog napona je reakcija stanja napunjenosti materijala elektrode, otvoreni pad napona za skladištenje baterije, ali nije jako velika, ako otvoreni napon pada prebrzo ili je amplituda abnormalna pojava. Promjena površinskog stanja bipolarnih aktivnih tvari i samopražnjenje baterije glavni su razlozi za smanjenje napona otvorenog kruga u pohrani, uključujući promjenu sloja maske na tablici materijala pozitivne i negativne elektrode; promjena potencijala uzrokovana termodinamičkom nestabilnošću elektrode, otapanjem i taloženjem metalnih stranih nečistoća i mikrokratki spoj uzrokovan dijafragmom između pozitivne i negativne elektrode. Kada litij-ionska baterija stari, promjena K vrijednosti (pad napona) je proces formiranja i stabilnosti SEI filma na površini materijala elektrode. Ako je pad napona prevelik, unutra postoji mikro-kratki spoj, a baterija se smatra nekvalificiranom.

[Polarizacija baterije]

Kada struja prolazi kroz elektrodu, pojava da elektroda odstupa od ravnotežnog potencijala elektrode naziva se polarizacija, a polarizacija stvara prenapon. Prema uzrocima polarizacije, polarizacija se može podijeliti na omsku polarizaciju, koncentracijsku polarizaciju i elektrokemijsku polarizaciju. SLIKA 2 je tipična krivulja pražnjenja baterije i utjecaj različitih polarizacija na napon.

 Slika 1. Tipična krivulja pražnjenja i polarizacija

(1) Ohmička polarizacija: uzrokovana otporom svakog dijela baterije, vrijednost pada tlaka slijedi ohmov zakon, struja se smanjuje, polarizacija se odmah smanjuje, a struja nestaje odmah nakon što prestane.

(2) Elektrokemijska polarizacija: polarizacija je uzrokovana sporom elektrokemijskom reakcijom na površini elektrode. Značajno se smanjio unutar razine mikrosekunde kako struja postaje manja.

(3) Polarizacija koncentracije: zbog usporavanja procesa difuzije iona u otopini, razlika koncentracije između površine elektrode i tijela otopine je polarizirana pod određenom strujom. Ova polarizacija se smanjuje ili nestaje kako električna struja opada u makroskopskim sekundama (nekoliko sekundi do desetaka sekundi).

Unutarnji otpor baterije raste s povećanjem struje pražnjenja baterije, što je uglavnom zato što velika struja pražnjenja povećava trend polarizacije baterije, a što je veća struja pražnjenja, očitiji je trend polarizacije, kao što je prikazano na slici 2. Prema Ohmovom zakonu: V=E0-IRT, s povećanjem unutarnjeg ukupnog otpora RT, vrijeme potrebno da napon akumulatora dosegne granični napon pražnjenja odgovarajuće se smanjuje, tako da je i kapacitet oslobađanja smanjena.

Slika 2. Utjecaj gustoće struje na polarizaciju

Litij-ionska baterija je u biti vrsta litij-ionske koncentrirane baterije. Proces punjenja i pražnjenja litij-ionske baterije je proces ugrađivanja i skidanja litijevih iona u pozitivne i negativne elektrode. Čimbenici koji utječu na polarizaciju litij-ionskih baterija uključuju:

(1) Utjecaj elektrolita: niska vodljivost elektrolita glavni je razlog za polarizaciju litij-ionskih baterija. U općem temperaturnom rasponu, vodljivost elektrolita koji se koristi za litij-ionske baterije općenito je samo 0.01~0.1S/cm, što je jedan posto vodene otopine. Stoga, kada se litij-ionske baterije prazne velikom strujom, prekasno je nadopuniti Li + iz elektrolita i pojavit će se fenomen polarizacije. Poboljšanje vodljivosti elektrolita ključni je čimbenik za poboljšanje kapaciteta pražnjenja pri visokoj struji litij-ionskih baterija.

(2) Utjecaj pozitivnih i negativnih materijala: dulji kanal pozitivnih i negativnih materijala difuzija velikih čestica litij-iona na površinu, što ne pogoduje pražnjenju velike brzine.

(3) Voditeljsko sredstvo: sadržaj vodljivog sredstva važan je čimbenik koji utječe na performanse pražnjenja visokog omjera. Ako je sadržaj vodljivog sredstva u formuli katode nedovoljan, elektroni se ne mogu prenijeti na vrijeme kada se velika struja isprazni, a unutarnji otpor polarizacije brzo raste, tako da se napon baterije brzo smanji na napon prekida pražnjenja .

(4) Utjecaj dizajna pola: debljina pola: u slučaju pražnjenja velike struje, brzina reakcije aktivnih tvari je vrlo velika, što zahtijeva brzo ugrađivanje i odvajanje litijevog iona u materijalu. Ako je polna ploča debela i put difuzije litijeva iona se povećava, smjer debljine pola proizvest će veliki gradijent koncentracije litijeva iona.

Gustoća zbijanja: gustoća zbijanja polnog lima je veća, pore postaju manje, a put kretanja litijeva iona u smjeru debljine polarnog lima je duži. Osim toga, ako je gustoća zbijanja prevelika, smanjuje se kontaktna površina između materijala i elektrolita, smanjuje se mjesto reakcije elektrode, a povećava se i unutarnji otpor baterije.

(5) Utjecaj SEI membrane: formiranje SEI membrane povećava otpor sučelja elektroda/elektrolit, što rezultira histerezom ili polarizacijom napona.

[Radni napon baterije]

Radni napon, poznat i kao krajnji napon, odnosi se na razliku potencijala između pozitivne i negativne elektrode baterije kada struja teče u krugu u radnom stanju. U radnom stanju pražnjenja baterije, kada struja teče kroz bateriju, otpor uzrokovan unutarnjim otporom treba prevladati, što će uzrokovati pad omskog tlaka i polarizaciju elektrode, tako da je radni napon uvijek niži od napona otvorenog kruga, a kod punjenja je krajnji napon uvijek veći od napona otvorenog kruga. To jest, rezultat polarizacije čini krajnji napon pražnjenja baterije nižim od elektromotornog potencijala baterije, koji je viši od elektromotornog potencijala baterije koja se puni.

Zbog postojanja fenomena polarizacije, trenutni napon i stvarni napon u procesu punjenja i pražnjenja. Prilikom punjenja, trenutni napon je malo veći od stvarnog napona, polarizacija nestaje i napon pada kada se trenutni napon i stvarni napon smanje nakon pražnjenja.

Da sažmemo gornji opis, izraz je:

E +, E- -predstavljaju potencijale pozitivne i negativne elektrode, E + 0 i E- -0 predstavljaju ravnotežni elektrodni potencijal pozitivne i negativne elektrode, VR predstavlja omski polarizacijski napon, a η + , η - -predstavljaju prenapon pozitivne odnosno negativne elektrode.

[Osnovni princip ispitivanja pražnjenja]

Nakon osnovnog razumijevanja napona baterije, počeli smo analizirati krivulju pražnjenja litij-ionskih baterija. Krivulja pražnjenja u osnovi odražava stanje elektrode, što je superpozicija promjena stanja pozitivne i negativne elektrode.

Krivulja napona litij-ionskih baterija tijekom procesa pražnjenja može se podijeliti u tri faze

1) U početnoj fazi baterije, napon brzo pada, a što je veća brzina pražnjenja, to brže pada napon;

2) Napon baterije ulazi u fazu spore promjene, koja se naziva područje platforme baterije. Što je manja brzina pražnjenja,

Što je dulje trajanje područja platforme, to je veći napon platforme, to je sporiji pad napona.

3) Kada je napajanje baterije gotovo gotovo, napon opterećenja baterije počinje naglo padati sve dok se ne postigne napon za zaustavljanje pražnjenja.

Tijekom testiranja postoje dva načina prikupljanja podataka

(1) Prikupite podatke o struji, naponu i vremenu prema postavljenom vremenskom intervalu Δ t;

(2) Prikupite podatke o struji, naponu i vremenu prema postavljenoj razlici promjene napona Δ V. Točnost opreme za punjenje i pražnjenje uglavnom uključuje točnost struje, točnost napona i vremensku točnost. Tablica 2 prikazuje parametre opreme određenog stroja za punjenje i pražnjenje, gdje % FS predstavlja postotak punog raspona, a 0.05 %RD se odnosi na izmjerenu pogrešku unutar raspona od 0.05 % očitanja. Oprema za punjenje i pražnjenje općenito koristi CNC izvor konstantne struje umjesto otpora opterećenja za opterećenje, tako da izlazni napon baterije nema nikakve veze sa serijskim otporom ili parazitskim otporom u krugu, već samo s naponom E i unutarnjim otporom r i struja kruga I idealnog izvora napona ekvivalentnog bateriji. Ako se otpor koristi za opterećenje, postavite napon idealnog izvora napona ekvivalenta baterije na E, unutarnji otpor je r, a otpor opterećenja je R. Izmjerite napon na oba kraja otpora opterećenja s naponom metar, kao što je prikazano na gornjoj slici na slici 6. Međutim, u praksi, u strujnom krugu postoji otpor provodnika i kontaktni otpor učvršćenja (jednoliki parazitski otpor). Dijagram ekvivalentnog kruga prikazan na Sl. 3 prikazan je na sljedećoj slici SL. 3. U praksi se neizbježno uvodi parazitni otpor, tako da ukupni otpor opterećenja postaje velik, ali izmjereni napon je napon na oba kraja otpora opterećenja R, tako da dolazi do pogreške.

 Slika 3. Principijelni blok dijagram i stvarni ekvivalentni dijagram strujnog kruga metode otpornog pražnjenja

Kada se izvor konstantne struje sa strujom I1 koristi kao opterećenje, shematski dijagram i stvarni ekvivalentni dijagram strujnog kruga prikazani su na slici 7. E, I1 su konstantne vrijednosti, a r je konstantan za određeno vrijeme.

Iz gornje formule možemo vidjeti da su dva napona A i B konstantna, to jest, izlazni napon baterije nije povezan s veličinom serijskog otpora u petlji, i naravno, nema nikakve veze s parazitskim otporom. Osim toga, način mjerenja s četiri priključka može postići točnije mjerenje izlaznog napona baterije.

Slika 4 Equiple blok dijagram i stvarni ekvivalentni dijagram strujnog kruga opterećenja izvora konstantne struje

Istodobni izvor je uređaj za napajanje koji može opskrbljivati ​​konstantnom strujom. I dalje može održavati konstantnu izlaznu struju kada vanjsko napajanje fluktuira i karakteristike impedancije se mijenjaju.

[Način testiranja pražnjenja]

Oprema za ispitivanje punjenja i pražnjenja općenito koristi poluvodički uređaj kao element protoka. Podešavanjem upravljačkog signala poluvodičkog uređaja, može se simulirati opterećenje različitih karakteristika kao što su konstantna struja, konstantni tlak i konstantni otpor i tako dalje. Način ispitivanja pražnjenja litij-ionske baterije uglavnom uključuje pražnjenje konstantne struje, pražnjenje konstantnog otpora, pražnjenje konstantne snage, itd. U svakom načinu pražnjenja također se može podijeliti kontinuirano pražnjenje i intervalno pražnjenje, u kojem prema duljini vremena, intervalno pražnjenje može se podijeliti na isprekidano pražnjenje i pulsno pražnjenje. Tijekom testa pražnjenja, baterija se prazni prema postavljenom načinu rada, a prestaje se prazniti nakon postizanja postavljenih uvjeta. Uvjeti prekida pražnjenja uključuju postavljanje prekida napona, postavljanje vremena prekida, postavljanje prekida kapaciteta, postavljanje negativnog naponskog gradijenta prekida itd. Promjena napona pražnjenja baterije povezana je sa sustavom pražnjenja, tj. je, na promjenu krivulje pražnjenja također utječe sustav pražnjenja, uključujući: struju pražnjenja, temperaturu pražnjenja, napon završetka pražnjenja; povremeno ili kontinuirano pražnjenje. Što je veća struja pražnjenja, to brže pada radni napon; s temperaturom pražnjenja, krivulja pražnjenja lagano se mijenja.

(1) Pražnjenje konstantne struje

Kada se konstantno strujno pražnjenje postavlja trenutna vrijednost, a zatim se trenutna vrijednost postiže podešavanjem CNC izvora konstantne struje, kako bi se ostvarilo konstantno strujno pražnjenje baterije. U isto vrijeme, promjena krajnjeg napona baterije se prikuplja kako bi se otkrile karakteristike pražnjenja baterije. Pražnjenje konstantnom strujom je pražnjenje iste struje pražnjenja, ali napon baterije nastavlja padati, pa snaga nastavlja padati. Slika 5 je krivulja napona i struje pražnjenja konstantnom strujom litij-ionskih baterija. Zbog konstantnog strujnog pražnjenja, vremenska os se lako pretvara u kapacitetnu (umnožak struje i vremena) os. Slika 5 prikazuje krivulju napon-kapacitet pri pražnjenju konstantne struje. Pražnjenje konstantnom strujom je najčešće korištena metoda pražnjenja u ispitivanjima litij-ionskih baterija.

Slika 5 krivulje punjenja konstantne struje konstantnog napona i krivulje pražnjenja konstantne struje pri različitim brzinama množenja

(2) Pražnjenje konstantne snage

Kada se konstantna snaga isprazni, prvo se postavlja vrijednost P konstantne snage, a izlazni napon U baterije se prikuplja. U procesu pražnjenja, P mora biti konstantan, ali U se stalno mijenja, tako da je potrebno kontinuirano prilagođavati struju I izvora konstantne struje CNC-a prema formuli I = P / U kako bi se postigla svrha konstantnog pražnjenja snage . Držite snagu pražnjenja nepromijenjenom, jer napon baterije nastavlja padati tijekom procesa pražnjenja, tako da struja u pražnjenju konstantne snage nastavlja rasti. Uslijed konstantnog pražnjenja snage, vremenska koordinatna os se lako pretvara u energetsku (umnožak snage i vremena) koordinatnu os.

Slika 6 Krivulje punjenja i pražnjenja konstantne snage pri različitim brzinama udvostručenja

Usporedba pražnjenja konstantne struje i pražnjenja konstantne snage

Slika 7: (a) dijagram kapaciteta punjenja i pražnjenja pri različitim omjerima; (b) krivulja punjenja i pražnjenja

 Slika 7 prikazuje rezultate ispitivanja različitih omjera punjenja i pražnjenja u dva načina litijeva željezna fosfatna baterija. Prema krivulji kapaciteta na Sl. Kao što je prikazano na slici 7 (a), s povećanjem struje punjenja i pražnjenja u načinu konstantne struje, stvarni kapacitet punjenja i pražnjenja baterije postupno opada, ali raspon promjene je relativno mali. Stvarni kapacitet punjenja i pražnjenja baterije postupno opada s povećanjem snage, a što je veći množitelj, kapacitet brže opada. Kapacitet pražnjenja brzine 1 h manji je od načina konstantnog protoka. U isto vrijeme, kada je brzina punjenja i pražnjenja niža od brzine od 5 sati, kapacitet baterije je veći u uvjetima konstantne snage, dok je kapacitet baterije veći od brzine od 5 sati je veća u uvjetima konstantne struje.

Na slici 7 (b) prikazana je krivulja kapacitet-napon, pod uvjetima niskog omjera, litij-željezo-fosfatna baterija u dva načina krivulje kapacitet-napon, a promjena platforme napona punjenja i pražnjenja nije velika, ali pod uvjetima visokog omjera, konstantna struja-konstantni napon način konstantnog napona vrijeme znatno duže, i napon punjenja platforma značajno povećan, pražnjenje napon platforma je značajno smanjena.

(3) Konstantno otporno pražnjenje

Prilikom pražnjenja s konstantnim otporom, prvo se postavlja konstantna vrijednost otpora R za prikupljanje izlaznog napona baterije U. Tijekom procesa pražnjenja, R mora biti konstantan, ali U se stalno mijenja, tako da trenutna I vrijednost CNC konstantne struje izvor treba stalno podešavati prema formuli I=U / R kako bi se postigla svrha konstantnog otpora pražnjenja. Napon baterije uvijek opada u procesu pražnjenja, a otpor je isti, pa je i struja pražnjenja I opadajući proces.

(4) Kontinuirano pražnjenje, isprekidano pražnjenje i pulsno pražnjenje

Baterija se prazni konstantnom strujom, konstantnom snagom i konstantnim otporom, dok se pomoću funkcije mjerenja vremena ostvaruje kontrola kontinuiranog pražnjenja, isprekidanog pražnjenja i pulsnog pražnjenja. Slika 11 prikazuje krivulje struje i krivulje napona tipičnog testa pulsnog punjenja/pražnjenja.

Slika 8 Krivulje struje i krivulje napona za tipična ispitivanja naboja i pražnjenja

[Podaci uključeni u krivulju pražnjenja]

Krivulja pražnjenja odnosi se na krivulju napona, struje, kapaciteta i drugih promjena baterije tijekom vremena tijekom procesa pražnjenja. Informacije sadržane u krivulji punjenja i pražnjenja vrlo su bogate, uključujući kapacitet, energiju, radni napon i naponsku platformu, odnos između potencijala elektrode i stanja napunjenosti, itd. Glavni podaci koji se bilježe tijekom testa pražnjenja je vrijeme razvoj struje i napona. Iz ovih osnovnih podataka mogu se dobiti mnogi parametri. Sljedeći detalji o parametrima koji se mogu dobiti pomoću krivulje pražnjenja.

(1) Napon

U ispitivanju pražnjenja litij-ionske baterije, parametri napona uglavnom uključuju naponsku platformu, srednji napon, prosječni napon, granični napon itd. Napon platforme je odgovarajuća vrijednost napona kada je promjena napona minimalna, a promjena kapaciteta velika , koji se može dobiti iz vršne vrijednosti dQ / dV. Srednji napon je odgovarajuća vrijednost napona polovice kapaciteta baterije. Za materijale koji su očigledniji na platformi, kao što su litij željezo fosfat i litij titanat, srednji napon je napon platforme. Prosječni napon je efektivna površina krivulje napon-kapacitet (tj. energija pražnjenja baterije) podijeljena formulom za izračun kapaciteta u = U (t) * I (t) dt / I (t) dt. Isključni napon odnosi se na minimalni dopušteni napon kada se baterija isprazni. Ako je napon niži od napona prekida pražnjenja, napon na oba kraja baterije će brzo pasti, stvarajući prekomjerno pražnjenje. Pretjerano pražnjenje može uzrokovati oštećenje aktivne tvari elektrode, gubitak sposobnosti reakcije i skratiti vijek trajanja baterije. Kao što je opisano u prvom dijelu, napon baterije povezan je sa stanjem napunjenosti materijala katode i potencijalom elektrode.

(2) Kapacitet i specifični kapacitet

Kapacitet baterije odnosi se na količinu električne energije koju baterija oslobađa pod određenim sustavom pražnjenja (pod određenom strujom pražnjenja I, temperaturom pražnjenja T, graničnim naponom pražnjenja V), što ukazuje na sposobnost baterije da pohranjuje energiju u Ah ili C Na kapacitet utječu mnogi elementi, kao što su struja pražnjenja, temperatura pražnjenja itd. Veličina kapaciteta određena je količinom aktivnih tvari u pozitivnim i negativnim elektrodama.

Teorijski kapacitet: kapacitet koji daje aktivna tvar u reakciji.

Stvarni kapacitet: stvarni kapacitet oslobođen pod određenim sustavom pražnjenja.

Nazivni kapacitet: odnosi se na minimalnu količinu energije koju jamči baterija pod predviđenim uvjetima pražnjenja.

U ispitivanju pražnjenja, kapacitet se izračunava integracijom struje kroz vrijeme, tj. C = I (t) dt, konstantna struja u t konstantno pražnjenje, C = I (t) dt = I t; konstantan otpor R pražnjenje, C = I (t) dt = (1 / R) * U (t) dt (1 / R) * out (u je prosječni napon pražnjenja, t je vrijeme pražnjenja).

Specifični kapacitet: Kako bi se usporedile različite baterije, uvodi se koncept specifičnog kapaciteta. Specifični kapacitet odnosi se na kapacitet koji daje aktivna tvar jedinici mase ili jedinici volumena elektrode, koji se naziva maseni specifični kapacitet ili volumenski specifični kapacitet. Uobičajena metoda izračuna je: specifični kapacitet = kapacitet prvog pražnjenja baterije / (masa aktivne tvari * stopa iskorištenja aktivne tvari)

Čimbenici koji utječu na kapacitet baterije:

a. Struja pražnjenja baterije: što je veća struja, smanjuje se izlazni kapacitet;

b. Temperatura pražnjenja baterije: kada se temperatura smanji, izlazni kapacitet se smanjuje;

c. Napon prekida pražnjenja baterije: vrijeme pražnjenja određeno materijalom elektrode i granica same reakcije elektrode općenito je 3.0 V ili 2.75 V.

d. Vrijeme punjenja i pražnjenja baterije: nakon višestrukog punjenja i pražnjenja baterije, zbog kvara materijala elektrode, baterija će moći smanjiti kapacitet pražnjenja baterije.

e. Uvjeti punjenja baterije: brzina punjenja, temperatura, granični napon utječu na kapacitet baterije, određujući tako kapacitet pražnjenja.

 Metoda određivanja kapaciteta baterije:

Različite industrije imaju različite standarde ispitivanja u skladu s radnim uvjetima. Za litij-ionske baterije za 3C proizvode, prema nacionalnoj normi GB / T18287-2000 Opće specifikacije za litij-ionske baterije za mobilne telefone, metoda ispitivanja nazivnog kapaciteta baterije je sljedeća: a) punjenje: 0.2C5A punjenje; b) pražnjenje: 0.2C5A pražnjenje; c) pet ciklusa, od kojih je jedan kvalificirani.

Za industriju električnih vozila, u skladu s nacionalnom normom GB / T 31486-2015 Zahtjevi za električne performanse i metode ispitivanja za bateriju za napajanje električnih vozila, nazivni kapacitet baterije odnosi se na kapacitet (Ah) koji baterija oslobađa na sobnoj temperaturi s 1I1 (A) strujnim pražnjenjem za postizanje napona završetka, u kojem je I1 1-satna struja pražnjenja, čija je vrijednost jednaka C1 (A). Metoda ispitivanja je:

A) Na sobnoj temperaturi, zaustavite konstantni napon pri punjenju s konstantnom strujom punjenja do napona završetka punjenja koje je odredilo poduzeće i zaustavite punjenje kada završna struja punjenja padne na 0.05I1 (A) i držite punjenje 1 sat nakon punjenje.

Bb) Na sobnoj temperaturi baterija se prazni strujom 1I1 (A) sve dok pražnjenje ne dosegne napon završetka pražnjenja naveden u tehničkim uvjetima poduzeća;

C) izmjereni kapacitet pražnjenja (mjereno u Ah), izračunajte specifičnu energiju pražnjenja (mjereno u Wh / kg);

3 d) Ponovite korake a) -) c) 5 puta. Kada je ekstremna razlika 3 uzastopna testa manja od 3% nazivnog kapaciteta, test se može završiti unaprijed i rezultati posljednja 3 testa mogu biti prosječni.

(3) Stanje optužbe, SOC

SOC (Stanje napunjenosti) je stanje napunjenosti, koje predstavlja omjer preostalog kapaciteta baterije i njezinog potpunog stanja napunjenosti nakon određenog vremenskog razdoblja ili dugo vremena pod određenom stopom pražnjenja. Metoda "napona otvorenog kruga + integracije sata i vremena" koristi metodu napona otvorenog kruga za procjenu kapaciteta početnog stanja punjenja baterije, a zatim koristi metodu integracije sata i vremena za dobivanje snage koju troši -metoda integracije vremena. Potrošena snaga je umnožak struje pražnjenja i vremena pražnjenja, a preostala snaga jednaka je razlici početne snage i potrošene snage. SOC matematička procjena između napona otvorenog kruga i jednosatnog integrala je:

Gdje je CN nazivni kapacitet; η je učinkovitost punjenja i pražnjenja; T je temperatura korištenja baterije; I je struja baterije; t je vrijeme pražnjenja baterije.

DOD (Depth of Discharge) je dubina pražnjenja, mjera stupnja pražnjenja, što je postotak kapaciteta pražnjenja prema ukupnom kapacitetu pražnjenja. Dubina pražnjenja ima veliki odnos s životnim vijekom baterije: što je veća dubina pražnjenja, to je životni vijek kraći. Odnos je izračunat za SOC = 100% -DOD

4) Energija i specifična energija

Električna energija koju baterija može proizvesti radeći vanjski rad pod određenim uvjetima naziva se energija baterije, a jedinica se općenito izražava u wh. U krivulji pražnjenja energija se izračunava na sljedeći način: W = U (t) * I (t) dt. Pri konstantnom strujnom pražnjenju, W = I * U (t) dt = It * u (u je prosječni napon pražnjenja, t je vrijeme pražnjenja)

a. Teorijska energija

Proces pražnjenja baterije je u ravnotežnom stanju, a napon pražnjenja održava vrijednost elektromotorne sile (E), a stupanj iskorištenja aktivne tvari je 100%. Pod ovim uvjetom, izlazna energija baterije je teoretska energija, to jest maksimalni rad koji obavlja reverzibilna baterija pod konstantnom temperaturom i tlakom.

b. Stvarna energija

Stvarna izlazna energija pražnjenja akumulatora naziva se stvarnom energijom, industrijskim propisima električnih vozila ("GB / T 31486-2015 Power Battery Electrical Performance Requirements and Test Methods for Electric Vehicles"), baterija na sobnoj temperaturi s 1I1 (A ) strujno pražnjenje, kako bi se postigla energija (Wh) oslobođena naponom završetka, koja se naziva nazivna energija.

c. specifična energija

Energija koju daje baterija po jedinici mase i po jedinici volumena naziva se specifična energija mase ili specifična energija volumena, koja se također naziva gustoća energije. U jedinicama wh/kg ili wh/L.

[Osnovni oblik krivulje pražnjenja]

Najosnovniji oblik krivulje pražnjenja je krivulja napon-vrijeme i struja-vrijeme. Transformacijom izračuna vremenske osi, zajednička krivulja pražnjenja također ima krivulju napon-kapacitet (specifični kapacitet), krivulju napon-energija (specifična energija), krivulju napon-SOC i tako dalje.

(1) Krivulja napon-vrijeme i struja-vrijeme

Slika 9 Krivulje napon-vrijeme i struja-vrijeme

(2) Krivulja napon-kapacitet

Slika 10 Krivulja napon-kapacitet

(3) Krivulja napon-energija

Slika Slika 11. Krivulja napon-energija

[referentna dokumentacija]

• Wang Chao, et al. Usporedba karakteristika punjenja i pražnjenja konstantne struje i konstantne snage u elektrokemijskim uređajima za pohranu energije [J]. Znanost i tehnologija skladištenja energije.2017(06):1313-1320.
• Eom KS，Joshi T，Bordes A，et al. Dizajn litij-ionske pune ćelijske baterije koja koristi nano silicij i nano višeslojnu grafensku kompozitnu anodu [J]
• Guo Jipeng i sur. Usporedba testnih karakteristika konstantne struje i konstantne snage litij željezo fosfatnih baterija [J].storage battery.2017(03):109-115
• Marinaro M，Yoon D，Gabrielli G，et al. Prototip visoke učinkovitosti 1.2 Ah Si-legura/grafita|LiNi0.5Mn0.3Co0.2O2 Li-ion baterija[J].Journal of Power Sources.2017，357(Dodatak C):188-197.