Литий-иондық батареяның зарядсыздану қисығын талдауға арналған кешенді нұсқаулық

Литий-ионды батареяның ең жиі қолданылатын өнімділік сынағы - разряд қисығын талдау стратегиясы

Литий-ионды аккумулятор зарядсызданған кезде оның жұмыс кернеуі уақыттың жалғасуымен үнемі өзгеріп отырады. Батареяның жұмыс кернеуі ордината, разрядтау уақыты немесе сыйымдылығы немесе заряд күйі (SOC) немесе абсцисса ретінде разряд тереңдігі (DOD) ретінде пайдаланылады, ал сызылған қисық разряд қисығы деп аталады. Батареяның зарядсыздану сипаттамасының қисығын түсіну үшін алдымен батареяның кернеуін түсіну керек.

[Батареяның кернеуі]

Электродтық реакцияның пайда болуы үшін аккумулятор келесі шарттарға сай болуы керек: химиялық реакциядағы электронды жоғалту процесі (яғни тотығу процесі) және электрон алу процесі (яғни тотықсыздану реакциясы процесі) екі түрлі аймақта бөлінуі керек, жалпы тотықсыздану реакциясынан айырмашылығы бар; екі электродтың белсенді затының тотығу-тотықсыздану реакциясы металл коррозия процесіндегі микробатарея реакциясынан ерекшеленетін сыртқы контур арқылы берілуі керек. Аккумулятордың кернеуі - оң электрод пен теріс электрод арасындағы потенциалдар айырмасы. Арнайы негізгі параметрлерге ашық тізбектегі кернеу, жұмыс кернеуі, зарядтау және разрядты ажырату кернеуі және т.б.

[Литий-ионды батарея материалының электродтық потенциалы]

Электродтық потенциал деп электрлік әсерді, яғни металл беті мен ерітінді арасындағы потенциалдар айырмасын көрсететін қатты заттың электролит ерітіндісіне батырылуын айтады. Бұл потенциалдар айырымы ерітіндідегі металдың потенциалы немесе электродтың потенциалы деп аталады. Қысқаша айтқанда, электродтық потенциал – бұл ионның немесе атомның электрон алу үрдісі.

Демек, белгілі бір оң электрод немесе теріс электрод материалы үшін литий тұзы бар электролитке салғанда оның электродтық потенциалы былай өрнектеледі:

Мұндағы φ c – осы заттың электродтық потенциалы. Стандартты сутегі электрод потенциалы 0.0 В етіп орнатылды.

[Батареяның ашық тізбектегі кернеуі]

Аккумулятордың электр қозғаушы күші деп термодинамикалық әдіспен аккумулятордың реакциясына сәйкес есептелетін теориялық шама, яғни тізбек үзілген кезде аккумулятордың тепе-теңдік электродтық потенциалы мен оң және теріс электродтар арасындағы айырмашылық максималды мән болып табылады. батарея кернеуді бере алады. Шындығында, оң және теріс электродтар электролиттегі термодинамикалық тепе-теңдік күйінде болуы міндетті емес, яғни электролит ерітіндісіндегі аккумулятордың оң және теріс электродтары орнатқан электродтық потенциал әдетте тепе-теңдік электрод потенциалы емес, сондықтан батареяның ашық тізбектегі кернеуі әдетте оның электр қозғаушы күшінен аз. Электродтық реакция үшін:

Әрекеттесуші компоненттің стандартты емес күйін және белсенді компоненттің уақыт бойынша белсенділігін (немесе концентрациясын) ескере отырып, ұяшықтың нақты ашық контурының кернеуі энергия теңдеуімен өзгертіледі:

Мұндағы R – газ тұрақтысы, T – реакция температурасы, а – компоненттің белсенділігі немесе концентрациясы. Аккумулятордың ашық тізбектегі кернеуі оң және теріс электрод материалының қасиеттеріне, электролитке және температура жағдайларына байланысты және батареяның геометриясы мен өлшеміне тәуелсіз. Литий-ионды электрод материалын полюске дайындау және түйменің жарты батареясына жиналған литий металл парағы электрод материалын ашық кернеудің әртүрлі SOC күйінде өлшей алады, ашық кернеу қисығы - электрод материалының заряд күйінің реакциясы, батареяның ашық кернеуінің төмендеуі, бірақ өте үлкен емес, егер ашық кернеу тым тез төмендесе немесе амплитудасы әдеттен тыс құбылыс болса. Биполярлы белсенді заттардың беттік күйінің өзгеруі және аккумулятордың өздігінен разрядталуы сақтаудағы ашық тізбектегі кернеудің төмендеуінің негізгі себептері болып табылады, оның ішінде оң және теріс электродтық материал кестесінің маска қабатының өзгеруі; электродтың термодинамикалық тұрақсыздығынан, металл бөгде қоспалардың еруінен және тұнбаға түсуінен және оң және теріс электродтар арасындағы диафрагманың микро қысқа тұйықталуынан туындайтын потенциалдық өзгеріс. Литий-иондық аккумулятор ескірген кезде, K мәнінің өзгеруі (кернеудің төмендеуі) электрод материалының бетіндегі SEI пленкасының қалыптасуы мен тұрақтылығы процесі болып табылады. Егер кернеудің төмендеуі тым үлкен болса, оның ішінде микро-қысқа тұйықталу бар және батарея білікті емес деп саналады.

[Батареяның поляризациясы]

Ток электрод арқылы өткенде электродтың тепе-теңдік электродтық потенциалынан ауытқуы поляризация деп аталады, ал поляризация артық потенциалды тудырады. Поляризацияның себептері бойынша поляризацияны омдық поляризация, концентрациялық поляризация және электрохимиялық поляризация деп бөлуге болады. ІНЖІР. 2 - аккумулятордың типтік разряд қисығы және әртүрлі поляризацияның кернеуге әсері.

 Сурет 1. Типтік разряд қисығы және поляризация

(1) Омдық поляризация: аккумулятордың әрбір бөлігінің кедергісінен туындаған қысымның төмендеуі Ом заңына сәйкес келеді, ток азаяды, поляризация бірден төмендейді және ток тоқтағаннан кейін бірден жоғалады.

(2) Электрохимиялық поляризация: поляризация электрод бетіндегі баяу электрохимиялық реакциядан туындайды. Ол микросекунд деңгейінде айтарлықтай төмендеді, өйткені ток азаяды.

(3) Концентрацияның поляризациясы: ерітіндідегі иондық диффузия процесінің баяулауына байланысты электрод беті мен ерітінді денесі арасындағы концентрация айырмашылығы белгілі бір ток әсерінен поляризацияланады. Бұл поляризация макроскопиялық секундтарда (бірнеше секундтан ондаған секундқа) электр тогы азайған сайын азаяды немесе жоғалады.

Батареяның ішкі кедергісі аккумулятордың разряд тоғының жоғарылауымен артады, бұл негізінен үлкен разряд тогы аккумулятордың поляризация тенденциясын жоғарылатады, ал разряд тогы неғұрлым үлкен болса, поляризация тенденциясы айқынырақ көрінеді, көрсетілгендей. суретте 2. Ом заңы бойынша: V=E0-IRT ішкі жалпы кедергісі RT ұлғайған сайын аккумулятор кернеуінің разрядтың шекті кернеуіне жетуіне қажетті уақыт сәйкесінше азаяды, сондықтан босату сыйымдылығы да қысқартылған.

Сурет 2. Ток тығыздығының поляризацияға әсері

Литий-ионды аккумулятор негізінен литий-ионды концентрациялы батареяның бір түрі болып табылады. Литий-ионды аккумуляторды зарядтау және разрядтау процесі литий иондарын оң және теріс электродтарға енгізу және жою процесі болып табылады. Литий-иондық батареялардың поляризациясына әсер ететін факторларға мыналар жатады:

(1) Электролиттің әсері: электролиттің төмен өткізгіштігі литий-иондық батареялардың поляризациясының негізгі себебі болып табылады. Жалпы температура диапазонында литий-ионды батареялар үшін қолданылатын электролиттің өткізгіштігі әдетте тек 0.01~0.1S/см құрайды, бұл сулы ерітіндінің бір пайызын құрайды. Сондықтан литий-ионды аккумуляторлар жоғары токпен зарядсызданған кезде, электролиттен Li+ толықтыру тым кеш, поляризация құбылысы орын алады. Электролиттің өткізгіштігін жақсарту литий-иондық батареялардың жоғары ток разрядтау қабілетін жақсартудың негізгі факторы болып табылады.

(2) Оң және теріс материалдардың әсері: оң және теріс материалдың үлкен литий-ион бөлшектерінің бетіне диффузиясының ұзағырақ арнасы, бұл үлкен жылдамдықты разрядқа әкелмейді.

(3) Өткізгіш агент: өткізгіш агенттің мазмұны жоғары коэффициенттегі разряд өнімділігіне әсер ететін маңызды фактор болып табылады. Катод формуласындағы өткізгіш заттың мөлшері жеткіліксіз болса, үлкен ток разрядталған кезде электрондар уақытында берілмейді және поляризацияның ішкі кедергісі тез артады, осылайша аккумулятор кернеуі разрядты тоқтату кернеуіне дейін тез төмендейді. .

(4) Полюс дизайнының әсері: полюстің қалыңдығы: үлкен ток разряды жағдайында белсенді заттардың реакция жылдамдығы өте жылдам, бұл литий ионының материалға тез ендірілген және ажыратылуын талап етеді. Егер полюс пластинасы қалың болса және литий ионының диффузия жолы ұлғайса, полюс қалыңдығының бағыты үлкен литий иондарының концентрация градиентін тудырады.

Тығыздау тығыздығы: полюс парағының тығыздау тығыздығы үлкенірек, кеуек кішірейеді және полюс парағының қалыңдығы бағытында литий ионының қозғалысының жолы ұзағырақ. Сонымен қатар, тығыздау тығыздығы тым үлкен болса, материал мен электролит арасындағы байланыс аймағы азаяды, электродтың реакция орны азаяды, аккумулятордың ішкі кедергісі де артады.

(5) SEI мембранасының әсері: SEI мембранасының қалыптасуы электрод/электролит интерфейсінің кедергісін арттырады, нәтижесінде кернеу гистерезисі немесе поляризациясы пайда болады.

[Батареяның жұмыс кернеуі]

Жұмыс кернеуі, сондай-ақ соңғы кернеу ретінде белгілі, жұмыс күйінде ток тізбегінде ағып жатқан кезде батареяның оң және теріс электродтары арасындағы потенциалдар айырмасын білдіреді. Батареяның зарядсыздануының жұмыс күйінде, ток аккумулятор арқылы өтетін кезде, омикалық қысымның төмендеуіне және электродтың поляризациясына әкелетін ішкі кедергіден туындаған қарсылықты еңсеру керек, сондықтан жұмыс кернеуі әрқашан ашық тізбектегі кернеуден төмен, және зарядтау кезінде соңғы кернеу әрқашан ашық тізбектегі кернеуден жоғары болады. Яғни, поляризацияның нәтижесі батареяның разрядының соңғы кернеуін батареяның электр қозғаушы потенциалынан төмен етеді, ол зарядтағы батареяның электр қозғаушы потенциалынан жоғары.

Поляризация құбылысының болуына байланысты зарядтау және разряд процесінде лездік кернеу және нақты кернеу. Зарядтау кезінде лездік кернеу нақты кернеуден сәл жоғары болады, разрядтан кейін лездік кернеу мен нақты кернеу төмендегенде поляризация жоғалады және кернеу төмендейді.

Жоғарыдағы сипаттаманы қорытындылау үшін өрнек:

E +, E- -оң және теріс электродтардың потенциалдарын көрсетеді, сәйкесінше E + 0 және E- -0 оң және теріс электродтардың тепе-теңдік электродтық потенциалын білдіреді, VR сәйкесінше омдық поляризация кернеуін, ал η + , η - -сәйкесінше оң және теріс электродтардың артық потенциалын көрсетеді.

[Разрядтық сынақтың негізгі принципі]

Аккумулятордың кернеуі туралы негізгі түсініктен кейін біз литий-иондық батареялардың зарядсыздану қисығын талдауға кірістік. Разряд қисығы негізінен электродтың күйін көрсетеді, бұл оң және теріс электродтардың күй өзгерістерінің суперпозициясы.

Литий-ионды батареялардың кернеу қисығын разрядтау процесінде үш кезеңге бөлуге болады

1) Аккумулятордың бастапқы кезеңінде кернеу тез төмендейді, ал разряд жылдамдығы неғұрлым көп болса, кернеу соғұрлым тез төмендейді;

2) Аккумулятордың кернеуі батареяның платформа аймағы деп аталатын баяу өзгеру сатысына өтеді. Шығару жылдамдығы неғұрлым аз болса,

Платформа аймағының ұзақтығы неғұрлым ұзақ болса, платформа кернеуі соғұрлым жоғары болса, кернеудің төмендеуі соғұрлым баяу болады.

3) Батарея қуаты бітуге жақын болғанда, зарядсыздануды тоқтату кернеуіне жеткенше батареяның жүктелу кернеуі күрт төмендей бастайды.

Тестілеу кезінде деректерді жинаудың екі жолы бар

(1) Δ t белгіленген уақыт интервалына сәйкес ток, кернеу және уақыт деректерін жинау;

(2) Орнатылған кернеудің өзгеру айырмасы Δ V сәйкес ток, кернеу және уақыт деректерін жинаңыз. Зарядтау және разрядтау жабдығының дәлдігі негізінен ток дәлдігін, кернеу дәлдігін және уақыт дәлдігін қамтиды. 2-кестеде белгілі бір зарядтау және разрядтау машинасының жабдық параметрлері көрсетілген, мұнда % FS толық диапазонның пайызын білдіреді, ал 0.05% RD көрсеткіштің 0.05% диапазонында өлшенген қатені білдіреді. Зарядтау және разрядтау жабдығы әдетте жүктеме үшін жүктеме кедергісінің орнына CNC тұрақты ток көзін пайдаланады, осылайша аккумулятордың шығыс кернеуі тізбектегі тізбектегі кедергіге немесе паразиттік кедергіге ешқандай қатысы жоқ, тек E кернеуіне және ішкі кедергіге қатысты. r және аккумуляторға эквивалентті идеалды кернеу көзінің I тізбек тогы. Егер кедергі жүктеме үшін пайдаланылса, аккумулятордың идеалды кернеу көзінің кернеуін E, ішкі кедергісі r, ал жүктеме кедергісі R тең етіп орнатыңыз. Кернеумен жүктеме кедергісінің екі шетіндегі кернеуді өлшеңіз. метр, 6-суретте жоғарыдағы суретте көрсетілгендей. Алайда, іс жүзінде тізбекте қорғасын кедергісі және бекітпенің жанасу кедергісі (біркелкі паразиттік кедергі) бар. Эквивалентті электр схемасы суретте көрсетілген. 3 келесі суретте көрсетілген. 3. Практикада паразиттік кедергі сөзсіз енгізіледі, сондықтан жалпы жүктеме кедергісі үлкен болады, бірақ өлшенетін кернеу R жүктеме кедергісінің екі жағындағы кернеу болып табылады, сондықтан қате енгізіледі.

 3-сурет Қарсылық разряд әдісінің принципті блок-схемасы және нақты эквиваленттік схемасы

Жүктеме ретінде ток I1 тұрақты ток көзін пайдаланған кезде схемалық диаграмма және нақты эквивалентті электр схемасы 7-суретте көрсетілген. E, I1 тұрақты мәндер және r белгілі бір уақыт ішінде тұрақты.

Жоғарыда келтірілген формуладан біз A және B екі кернеуінің тұрақты екенін көреміз, яғни батареяның шығыс кернеуі контурдағы тізбекті кедергінің өлшеміне байланысты емес және, әрине, оның ешқандай қатысы жоқ. паразиттік қарсылықпен. Сонымен қатар, төрт терминалды өлшеу режимі батареяның шығыс кернеуін дәлірек өлшеуге қол жеткізе алады.

4-сурет Тұрақты ток көзінің жүктемесінің жабдықтың құрылымдық схемасы және нақты эквиваленттік схемасы

Бір мезгілде көз - бұл жүктемені тұрақты токпен қамтамасыз ете алатын қуат көзі. Ол сыртқы қуат көзі өзгерген кезде және кедергі сипаттамалары өзгерген кезде де шығыс тогын тұрақты ұстай алады.

[Разрядты тексеру режимі]

Зарядтау және разрядтау сынақ жабдығы әдетте ағын элементі ретінде жартылай өткізгіш құрылғыны пайдаланады. Жартылай өткізгіш құрылғының басқару сигналын реттей отырып, ол тұрақты ток, тұрақты қысым және тұрақты қарсылық және т.б. сияқты әртүрлі сипаттамалардағы жүктемені модельдей алады. Литий-ионды аккумулятордың зарядсыздануын тексеру режимі негізінен тұрақты ток разрядын, тұрақты қарсылық разрядын, тұрақты қуатты разрядты және т.б. қамтиды. Әрбір разряд режимінде үздіксіз разряд пен аралық разрядты да бөлуге болады, онда уақыт ұзақтығына сәйкес, аралық разрядты үзік-үзік разряд пен импульстік разрядқа бөлуге болады. Зарядтауды тексеру кезінде аккумулятор орнатылған режимге сәйкес зарядсызданады және белгіленген шарттарға жеткеннен кейін зарядсыздануды тоқтатады. Разрядты өшіру шарттарына кернеуді өшіруді орнату, уақытты өшіруді орнату, қуатты өшіруді орнату, кернеудің теріс градиентін өшіруді орнату және т.б. кіреді. Аккумулятордың зарядсыздану кернеуінің өзгеруі разряд жүйесіне байланысты, бұл болып табылады, разряд қисығының өзгеруіне разряд жүйесі де әсер етеді, оның ішінде: разряд тогы, разряд температурасы, разрядтың аяқталу кернеуі; үзіліссіз немесе үздіксіз разряд. Разряд тогы неғұрлым көп болса, жұмыс кернеуі соғұрлым тез төмендейді; разряд температурасымен разряд қисығы ақырын өзгереді.

(1) Тұрақты ток разряды

Тұрақты ток разряды кезінде ток мәні орнатылады, содан кейін батареяның тұрақты ток разрядын жүзеге асыру үшін CNC тұрақты ток көзін реттеу арқылы ағымдағы мәнге жетеді. Бұл ретте батареяның зарядсыздану сипаттамаларын анықтау үшін батареяның соңғы кернеуінің өзгеруі жиналады. Тұрақты ток разряды - бірдей разрядтық токтың разряды, бірақ батарея кернеуі төмендей береді, сондықтан қуат төмендей береді. 5-суретте литий-ионды батареялардың тұрақты ток разрядының кернеуі мен ток қисығы берілген. Тұрақты ток разрядының арқасында уақыт осі сыйымдылық (ток пен уақыттың туындысы) осіне оңай түрленеді. 5-суретте тұрақты ток разрядындағы кернеу-сыйымдылық қисығы көрсетілген. Тұрақты ток разряды литий-ионды аккумуляторларды сынауда ең жиі қолданылатын разряд әдісі болып табылады.

5-сурет Тұрақты ток тұрақты кернеуді зарядтау және әртүрлі көбейткіш жылдамдықтардағы тұрақты ток разрядының қисықтары

(2) Тұрақты қуат разряды

Тұрақты қуат разрядталғанда, алдымен P тұрақты қуат мәні орнатылады және батареяның шығыс кернеуі U жиналады. Разряд процесінде P тұрақты болуы қажет, бірақ U үнемі өзгеріп отырады, сондықтан тұрақты ток разрядының мақсатына жету үшін I = P / U формуласы бойынша CNC тұрақты ток көзінің I тогын үздіксіз реттеу қажет. . Зарядтау қуатын өзгеріссіз ұстаңыз, себебі зарядсыздану процесінде батареяның кернеуі төмендей береді, сондықтан тұрақты қуат разрядындағы ток көтеріле береді. Тұрақты қуат разрядының арқасында уақыт координат осі энергияға (қуат пен уақыттың туындысы) координат осіне оңай айналады.

6-сурет Әртүрлі еселеу жылдамдығында тұрақты қуат зарядтау және разрядтау қисықтары

Тұрақты ток разряды мен тұрақты қуат разрядын салыстыру

7-сурет: (а) әртүрлі қатынастағы зарядтау және разрядтық сыйымдылық диаграммасы; (b) заряд және разряд қисығы

 7-суретте екі режимдегі заряд пен разрядтың әртүрлі қатынасы сынақтарының нәтижелері көрсетілген литий темір фосфат батареясы. Суреттегі сыйымдылық қисығына сәйкес. 7 (а), тұрақты ток режимінде зарядтау және разряд тоғының жоғарылауымен аккумулятордың нақты зарядтау және разрядтау сыйымдылығы бірте-бірте азаяды, бірақ өзгерту диапазоны салыстырмалы түрде аз. Батареяның нақты зарядтау және разрядтау сыйымдылығы қуаттың ұлғаюымен бірте-бірте азаяды, ал көбейткіш неғұрлым үлкен болса, сыйымдылық соғұрлым тезірек ыдырауы. 1 сағ жылдамдықтағы разряд сыйымдылығы тұрақты ағын режимінен төмен. Сонымен қатар, зарядтау-разряд жылдамдығы 5 сағаттық жылдамдықтан төмен болғанда, батареяның сыйымдылығы тұрақты қуат жағдайында жоғары болады, ал батарея сыйымдылығы 5 сағаттық жылдамдықтан жоғары болса, тұрақты ток жағдайында жоғары болады.

7 (b) суреттен төмен қатынас жағдайында сыйымдылық-кернеу қисығы көрсетілген, литий-фосфатты аккумулятордың екі режимдік сыйымдылық-кернеу қисығы, ал зарядтау және разрядтық кернеу платформасының өзгеруі үлкен емес, бірақ жоғары қатынас жағдайында, тұрақты ток-тұрақты кернеу режимі тұрақты кернеу уақыты айтарлықтай ұзағырақ, ал зарядтау кернеуі платформасы айтарлықтай өсті, разрядтық кернеу платформасы айтарлықтай төмендеді.

(3) Тұрақты қарсылық разряды

Тұрақты қарсылық разряды кезінде батареяның шығыс кернеуін жинау үшін алдымен R тұрақты кедергі мәні орнатылады U. Зарядтау процесі кезінде R тұрақты болуы қажет, бірақ U үнемі өзгеріп отырады, сондықтан CNC тұрақты токының ток I мәні тұрақты қарсылық разрядының мақсатына жету үшін көз I=U/R формуласына сәйкес үнемі реттелуі керек. Зарядтау процесінде аккумулятордың кернеуі әрқашан төмендейді, ал кедергісі бірдей, сондықтан разрядтық ток I де төмендеу процесі болып табылады.

(4) Үздіксіз разряд, үзік-үзік разряд және импульстік разряд

Батарея тұрақты токта, тұрақты қуатта және тұрақты қарсылықта зарядсызданады, сонымен бірге үздіксіз разрядты, үзіліссіз разрядты және импульстік разрядты басқаруды жүзеге асыру үшін уақыт функциясын пайдалану кезінде. 11-суретте әдеттегі импульстік заряд/разряд сынағының ток қисықтары мен кернеу қисықтары көрсетілген.

8-сурет Импульстік заряд-разрядтың типтік сынақтарына арналған ток қисықтары мен кернеу қисықтары

[Разряд қисығына енгізілген ақпарат]

Зарядтау қисығы батареяның зарядсыздану процесі кезіндегі кернеудің, токтың, сыйымдылықтың және басқа өзгерістердің қисығын білдіреді. Зарядтау және разряд қисығында қамтылған ақпарат өте бай, оның ішінде сыйымдылық, энергия, жұмыс кернеуі және кернеу платформасы, электрод потенциалы мен заряд күйі арасындағы байланыс және т.б. Разряд сынағы кезінде жазылған негізгі деректер уақыт болып табылады. ток пен кернеудің эволюциясы. Осы негізгі деректерден көптеген параметрлерді алуға болады. Төменде разряд қисығы арқылы алуға болатын параметрлер егжей-тегжейлі берілген.

(1) Кернеу

Литий-иондық аккумулятордың зарядсыздану сынағы кезінде кернеу параметрлері негізінен кернеу платформасын, медиана кернеуін, орташа кернеуді, өшіру кернеуін және т.б. қамтиды. Кернеудің өзгеруі минималды және қуаттың өзгеруі үлкен болған кезде платформа кернеуі сәйкес кернеу мәні болып табылады. , оны dQ/dV шыңынан алуға болады. Орташа кернеу батарея сыйымдылығының жартысының сәйкес кернеу мәні болып табылады. Литий темір фосфаты және литий титанаты сияқты платформада айқынырақ материалдар үшін медиана кернеуі платформа кернеуі болып табылады. Орташа кернеу - кернеу-қуат қисығының тиімді ауданы (яғни, аккумулятордың зарядсыздану энергиясы) сыйымдылықты есептеу формуласына бөлінген u = U (t) * I (t) dt / I (t) dt. Өшіру кернеуі батарея зарядсызданған кезде рұқсат етілген ең төменгі кернеуді білдіреді. Егер кернеу разрядты өшіру кернеуінен төмен болса, батареяның екі жағындағы кернеу тез төмендеп, шамадан тыс разрядты құрайды. Шамадан тыс зарядтау электродтың белсенді затына зақым келтіруі, реакция қабілетін жоғалтуы және батареяның қызмет ету мерзімін қысқартуы мүмкін. Бірінші бөлімде сипатталғандай, батареяның кернеуі катодтық материалдың заряд күйіне және электродтық потенциалға байланысты.

(2) Сыйымдылық және меншікті сыйымдылық

Аккумулятордың сыйымдылығы деп аккумулятордың энергияны Ah немесе C-де жинақтау мүмкіндігін көрсететін белгілі бір разрядтау жүйесі (белгілі бір разряд I тогы кезінде, разряд температурасы T, разрядты тоқтату кернеуі V) кезінде аккумулятор шығаратын электр энергиясының мөлшерін айтады. Сыйымдылыққа разряд тогы, разряд температурасы және т.б. сияқты көптеген элементтер әсер етеді.Сыйымдылық мөлшері оң және теріс электродтардағы белсенді заттардың мөлшерімен анықталады.

Теориялық сыйымдылық: реакциядағы белсенді заттың беретін сыйымдылығы.

Нақты сыйымдылық: белгілі бір разряд жүйесі бойынша босатылған нақты қуат.

Номиналды сыйымдылық: жобаланған зарядсыздандыру жағдайында аккумулятормен кепілдік берілген қуаттың ең аз мөлшерін білдіреді.

Разрядты сынауда сыйымдылық токты уақыт бойынша интегралдау арқылы есептеледі, яғни С = I (t) dt, t тұрақты разрядтағы тұрақты ток, C = I (t) dt = I t; тұрақты кедергі R разряд, C = I (t) dt = (1 / R) * U (t) dt (1 / R) * out (u - разрядтың орташа кернеуі, t - разряд уақыты).

Меншікті сыйымдылық: Әр түрлі батареяларды салыстыру үшін меншікті сыйымдылық түсінігі енгізіледі. Меншікті сыйымдылық бірлік массаның белсенді затымен немесе бірлік көлемдік электродпен берілген сыйымдылықты білдіреді, ол массаның меншікті сыйымдылығы немесе көлемнің меншікті сыйымдылығы деп аталады. Әдеттегі есептеу әдісі: меншікті сыйымдылық = аккумулятордың бірінші разряд сыйымдылығы / (белсенді зат массасы * белсенді затты пайдалану коэффициенті)

Батарея сыйымдылығына әсер ететін факторлар:

а. Аккумулятордың разряд тогы: ток неғұрлым үлкен болса, шығыс қуаты төмендейді;

б. Аккумулятордың зарядсыздану температурасы: температура төмендеген кезде шығыс қуаты төмендейді;

в. Батареяның разрядты өшіру кернеуі: электрод материалымен белгіленген разряд уақыты және электрод реакциясының өзі әдетте 3.0 В немесе 2.75 В.

г. Аккумуляторды зарядтау және разрядтау уақыты: аккумуляторды бірнеше рет зарядтау және разрядтаудан кейін электрод материалының істен шығуына байланысты аккумулятор батареяның зарядсыздану қабілетін азайта алады.

e. Аккумуляторды зарядтау шарттары: зарядтау жылдамдығы, температура, өшіру кернеуі аккумулятордың сыйымдылығына әсер етеді, осылайша зарядсыздану қабілетін анықтайды.

 Аккумулятор сыйымдылығын анықтау әдісі:

Әртүрлі салаларда жұмыс жағдайларына сәйкес әртүрлі сынақ стандарттары бар. 3C өнімдеріне арналған литий-ионды аккумуляторлар үшін GB / T18287-2000 ұлттық стандартына сәйкес Ұялы телефонға арналған литий-ионды батареялардың жалпы сипаттамасына сәйкес аккумулятордың номиналды сыйымдылығын тексеру әдісі келесідей: а) зарядтау: 0.2С5А зарядтау; б) разряд: 0.2С5А разрядтау; в) бес цикл, оның біреуі жарамды.

Электрлік көлік өнеркәсібі үшін GB / T 31486-2015 ұлттық стандартына сәйкес электрлік көліктерге арналған қуат аккумуляторына арналған электрлік өнімділікке қойылатын талаптар және сынау әдістері, аккумулятордың номиналды сыйымдылығы батареяның бөлме температурасында шығаратын сыйымдылығына (Ah) жатады. 1I1 (A) ток разрядымен аяқталатын кернеуге жету үшін, онда I1 1 сағаттық разрядтық ток болып табылады, оның мәні C1 (A) тең. Сынақ әдісі:

A) Бөлме температурасында кәсіпорын белгілеген зарядтауды тоқтату кернеуіне дейін тұрақты токпен зарядтау кезінде тұрақты кернеуді тоқтатыңыз және зарядтауды тоқтату тогы 0.05I1 (A) дейін төмендеген кезде зарядтауды тоқтатыңыз және зарядтауды 1 сағаттан кейін ұстаңыз. зарядтау.

Bb) Бөлме температурасында аккумулятор разряд кәсіпорынның техникалық шарттарында көрсетілген разрядты тоқтату кернеуіне жеткенше 1I1 (A) токпен зарядсызданады;

C) өлшенген разрядтық сыйымдылық (Ах-пен өлшенеді), разрядтың меншікті энергиясын есептеңіз (Втсағ/кг-мен өлшенеді);

3 г) а) -) в) 5 рет қадамдарды қайталаңыз. Кезекті 3 сынақтың шектен тыс айырмашылығы номиналды қуаттан 3%-дан аз болған кезде сынақты алдын ала аяқтауға және соңғы 3 сынақтың нәтижелерін орташалауға болады.

(3) Төлем жағдайы, SOC

SOC (Зарядтау күйі) – белгілі бір разряд жылдамдығы кезінде белгілі бір уақыт кезеңі немесе ұзақ уақыт өткеннен кейін батареяның қалған сыйымдылығының толық зарядталған күйіне қатынасын білдіретін заряд күйі. «Ашық тізбектегі кернеу + сағаттық интеграция» әдісі аккумулятордың бастапқы күйін зарядтау сыйымдылығын бағалау үшін ашық тізбектегі кернеу әдісін қолданады, содан кейін а тұтынатын қуатты алу үшін сағаттық интеграция әдісін қолданады. -уақыттың интеграциялық әдісі. Тұтынылатын қуат разряд тогы мен разряд уақытының көбейтіндісі болып табылады, ал қалған қуат бастапқы қуат пен тұтынылған қуат арасындағы айырмашылыққа тең. Ашық тізбектегі кернеу мен сағаттық интеграл арасындағы SOC математикалық бағасы:

Мұндағы CN - номиналды сыйымдылық; η – заряд-разряд тиімділігі; T – батареяны пайдалану температурасы; I – батарея тогы; t – аккумулятордың зарядсыздану уақыты.

DOD (Depth of Discharge) – түсіру тереңдігі, разряд дәрежесінің өлшемі, ол разряд сыйымдылығының жалпы шығару сыйымдылығына пайыздық қатынасы. Зарядтау тереңдігі аккумулятордың қызмет ету мерзіміне үлкен қатысы бар: разряд тереңдігі неғұрлым терең болса, қызмет ету мерзімі соғұрлым қысқа болады. Қатынас SOC = 100% -DOD үшін есептеледі

4) Энергия және меншікті энергия

Белгілі бір жағдайларда сыртқы жұмыстарды орындау арқылы батарея шығара алатын электр энергиясы аккумулятордың энергиясы деп аталады және құрылғы әдетте wh-пен өрнектеледі. Разряд қисығында энергия келесі түрде есептеледі: W = U (t) * I (t) dt. Тұрақты ток разрядында W = I * U (t) dt = It * u (u - разрядтың орташа кернеуі, t - разряд уақыты)

а. Теориялық энергия

Аккумулятордың зарядсыздану процесі тепе-теңдік күйде, ал разрядтық кернеу электр қозғаушы күштің (E) мәнін сақтайды, ал белсенді затты пайдалану коэффициенті 100% құрайды. Бұл жағдайда аккумулятордың шығыс энергиясы теориялық энергия болып табылады, яғни тұрақты температура мен қысым кезінде қайтымды аккумулятордың ең үлкен жұмысы.

б. Нақты энергия

Аккумулятордың зарядсыздануының нақты шығыс энергиясы нақты энергия деп аталады, электр көлігі өнеркәсібінің ережелері («GB / T 31486-2015 Электрлік көліктерге арналған қуат батареясының электрлік өнімділігіне қойылатын талаптар және сынақ әдістері»), 1I1 (A) бөлме температурасында батарея ) ток разряды, номиналды энергия деп аталатын аяқталу кернеуінен босатылған энергияға (Втсағ) жету үшін.

в. меншікті энергия

Масса бірлігіне және көлем бірлігіне аккумулятор беретін энергия массалық меншікті энергия немесе көлемдік меншікті энергия деп аталады, сонымен қатар энергия тығыздығы деп аталады. Вт/кг немесе всағ/л бірліктерімен.

[Разряд қисығының негізгі түрі]

Разряд қисығының ең негізгі түрі кернеу-уақыт және ток уақытының қисығы болып табылады. Уақыт осін есептеуді түрлендіру арқылы жалпы разряд қисығы да кернеу-сыйымдылық (меншікті қуат) қисығы, кернеу-энергия (меншікті энергия) қисығы, кернеу-SOC қисығы және т.б.

(1) Кернеу-уақыт және ағымдағы уақыт қисығы

9-сурет Кернеу-уақыт және ток-уақыт қисықтары

(2) Кернеу-сыйымдылық қисығы

10-сурет Кернеу-сыйымдылық қисығы

(3) Кернеу-энергия қисығы

Сурет 11. Кернеу-энергия қисығы

[анықтамалық құжаттама]

• Ван Чао және т.б. Электрохимиялық энергияны сақтау құрылғыларындағы тұрақты ток пен тұрақты қуаттың зарядтау және разрядтық сипаттамаларын салыстыру [Дж]. Энергияны сақтау ғылымы және технологиясы.2017(06):1313-1320.
• Eom KS，Joshi T，Bordes A， және т.б. Нано кремний және нанокөпқабатты графен композиттік анодты қолданатын литий-ионды толық ұялы батареяның дизайны[J]
• Гуо Жипэн және т.б. Литий темір фосфатты батареялардың тұрақты ток және тұрақты қуат сынақ сипаттамаларын салыстыру [J].сақтау батареясы.2017(03)：109-115
• Маринаро M，Yoon D，Gabrielli G，et al. Жоғары өнімділік 1.2 Ah Si-қорытпа/Графит|LiNi0.5Mn0.3Co0.2O2 прототипі Li-ион батареясы[J].Қуат көздері журналы.2017，357(C қосымшасы):188-197.