Home / Blog / Batterij kennis / Uitgebreide gids voor analyse van de ontladingscurve van lithium-ionbatterijen

Uitgebreide gids voor analyse van de ontladingscurve van lithium-ionbatterijen

30 nov, 2023

By hoppt

De meest gebruikte prestatietest van een lithium-ionbatterij is de analysestrategie voor de ontladingscurve

Wanneer de lithium-ionbatterij leeg raakt, verandert de werkspanning altijd voortdurend naarmate de tijd verstrijkt. De werkspanning van de batterij wordt gebruikt als ordinaat, ontlaadtijd of capaciteit, of laadtoestand (SOC), of ontladingsdiepte (DOD) als de abscis, en de getekende curve wordt de ontladingscurve genoemd. Om de ontladingskarakteristiek van een batterij te begrijpen, moeten we in principe eerst de spanning van de batterij begrijpen.

[Spanning van de batterij]

Om de elektrodereactie te laten ontstaan, moet de batterij aan de volgende voorwaarden voldoen: het proces van het verliezen van het elektron in de chemische reactie (dat wil zeggen het oxidatieproces) en het proces van het verkrijgen van het elektron (dat wil zeggen het reductiereactieproces) moeten in twee verschillende gebieden worden gescheiden, wat anders is dan de algemene redoxreactie; de redoxreactie van de actieve substantie van twee elektroden moet worden overgedragen door het externe circuit, wat anders is dan de microbatterijreactie bij het metaalcorrosieproces. De spanning van de batterij is het potentiaalverschil tussen de positieve elektrode en de negatieve elektrode. De specifieke sleutelparameters omvatten nullastspanning, werkspanning, laad- en ontlaad-afsluitspanning, enz.

[Electrodepotentiaal van lithium-ionbatterijmateriaal]

Elektrodepotentiaal verwijst naar de onderdompeling van een vast materiaal in de elektrolytoplossing, wat het elektrische effect laat zien, dat wil zeggen het potentiaalverschil tussen het oppervlak van het metaal en de oplossing. Dit potentiaalverschil wordt de potentiaal van het metaal in de oplossing of de potentiaal van de elektrode genoemd. Kort gezegd is de elektrodepotentiaal de neiging van een ion of atoom om een ​​elektron te verwerven.

Daarom wordt voor een bepaalde positieve elektrode of negatief elektrodemateriaal, wanneer het in een elektrolyt met een lithiumzout wordt geplaatst, het elektrodepotentieel ervan uitgedrukt als:

Waarbij φ c de elektrodepotentiaal van deze stof is. De standaard waterstofelektrodepotentiaal werd ingesteld op 0.0 V.

[Open circuit spanning van de batterij]

De elektromotorische kracht van de batterij is de theoretische waarde die wordt berekend op basis van de reactie van de batterij met behulp van de thermodynamische methode, dat wil zeggen dat het verschil tussen de evenwichtselektrodepotentiaal van de batterij en de positieve en negatieve elektroden bij breuk van het circuit de maximale waarde is. dat de accu de spanning kan geven. In feite bevinden de positieve en negatieve elektroden zich niet noodzakelijkerwijs in de thermodynamische evenwichtstoestand in de elektrolyt, dat wil zeggen dat de elektrodepotentiaal die tot stand wordt gebracht door de positieve en negatieve elektroden van de batterij in de elektrolytoplossing gewoonlijk niet de evenwichtselektrodepotentiaal is, dus de De nullastspanning van de batterij is over het algemeen kleiner dan de elektromotorische kracht. Voor de elektrodereactie:

Rekening houdend met de niet-standaard toestand van de reactantcomponent en de activiteit (of concentratie) van de actieve component in de loop van de tijd, wordt de werkelijke nullastspanning van de cel gewijzigd door de energievergelijking:

Waar R de gasconstante is, is T de reactietemperatuur en is a de activiteit of concentratie van de component. De nullastspanning van de batterij hangt af van de eigenschappen van het positieve en negatieve elektrodemateriaal, de elektrolyt en de temperatuuromstandigheden, en is onafhankelijk van de geometrie en grootte van de batterij. Voorbereiding van lithiumionelektrodemateriaal in de paal, en lithiummetaalplaat gemonteerd in een halve knoopbatterij, kan het elektrodemateriaal meten in verschillende SOC-toestanden van open spanning, open spanningscurve is de reactie van de ladingstoestand van het elektrodemateriaal, open spanningsval bij opslag van de batterij, maar niet erg groot, als de open spanning te snel daalt of de amplitude een abnormaal fenomeen is. De verandering van de oppervlaktetoestand van de bipolaire actieve stoffen en de zelfontlading van de batterij zijn de belangrijkste redenen voor de afname van de nullastspanning bij opslag, inclusief de verandering van de maskerlaag van de positieve en negatieve elektrodemateriaaltafel; de potentiële verandering veroorzaakt door de thermodynamische instabiliteit van de elektrode, het oplossen en neerslaan van vreemde metaalonzuiverheden, en de microkortsluiting veroorzaakt door het diafragma tussen de positieve en negatieve elektroden. Wanneer de lithiumionbatterij ouder wordt, is de verandering van de K-waarde (spanningsval) het vormings- en stabiliteitsproces van de SEI-film op het oppervlak van het elektrodemateriaal. Als de spanningsval te groot is, is er binnenin sprake van een microkortsluiting en wordt de batterij als niet-gekwalificeerd beschouwd.

[Batterijpolarisatie]

Wanneer de stroom door de elektrode gaat, wordt het fenomeen dat de elektrode afwijkt van de evenwichtselektrodepotentiaal polarisatie genoemd, en de polarisatie genereert de overpotentiaal. Volgens de oorzaken van polarisatie kan de polarisatie worden onderverdeeld in ohmse polarisatie, concentratiepolarisatie en elektrochemische polarisatie. AFB. 2 is de typische ontladingscurve van de batterij en de invloed van verschillende polarisaties op de spanning.

 Figuur 1. Typische ontladingscurve en polarisatie

(1) Ohmse polarisatie: veroorzaakt door de weerstand van elk onderdeel van de batterij, volgt de drukvalwaarde de wet van Ohm, neemt de stroom af, neemt de polarisatie onmiddellijk af en verdwijnt de stroom onmiddellijk nadat deze stopt.

(2) Elektrochemische polarisatie: de polarisatie wordt veroorzaakt door de langzame elektrochemische reactie op het elektrodeoppervlak. Het nam aanzienlijk af binnen het microsecondeniveau naarmate de stroom kleiner wordt.

(3) Concentratiepolarisatie: als gevolg van de vertraging van het ionendiffusieproces in de oplossing wordt het concentratieverschil tussen het oppervlak van de elektrode en het oplossingslichaam onder een bepaalde stroom gepolariseerd. Deze polarisatie neemt af of verdwijnt naarmate de elektrische stroom afneemt in de macroscopische seconden (enkele seconden tot tientallen seconden).

De interne weerstand van de batterij neemt toe met de toename van de ontlaadstroom van de batterij, wat voornamelijk komt omdat de grote ontlaadstroom de polarisatietrend van de batterij verhoogt, en hoe groter de ontlaadstroom, hoe duidelijker de polarisatietrend, zoals weergegeven in Figuur 2. Volgens de wet van Ohm: V=E0-IRT wordt, met de toename van de interne algehele weerstand RT, de tijd die nodig is voordat de accuspanning de ontladingsafsluitspanning bereikt dienovereenkomstig verminderd, zodat de ontlaadcapaciteit ook wordt verminderd. verminderd.

Figuur 2. Effect van de stroomdichtheid op de polarisatie

Lithium-ionbatterij is in wezen een soort lithium-ionconcentratiebatterij. Het laad- en ontlaadproces van een lithium-ionbatterij is het proces van het inbedden en strippen van lithiumionen in de positieve en negatieve elektroden. Factoren die de polarisatie van lithium-ionbatterijen beïnvloeden, zijn onder meer:

(1) De invloed van elektrolyt: de lage geleidbaarheid van elektrolyt is de belangrijkste reden voor de polarisatie van lithiumionbatterijen. In het algemene temperatuurbereik is de geleidbaarheid van de elektrolyt die wordt gebruikt voor lithium-ionbatterijen doorgaans slechts 0.01 ~ 0.1 S/cm, wat één procent is van de waterige oplossing. Daarom is het, wanneer lithium-ionbatterijen met een hoge stroomsterkte ontladen, te laat om Li + uit de elektrolyt aan te vullen en zal het polarisatiefenomeen optreden. Het verbeteren van de geleidbaarheid van de elektrolyt is de sleutelfactor om de hoge-stroomontladingscapaciteit van lithium-ionbatterijen te verbeteren.

(2) De invloed van positieve en negatieve materialen: het langere kanaal van positieve en negatieve materiële grote lithiumiondeeltjes diffusie naar het oppervlak, wat niet bevorderlijk is voor ontlading met grote snelheid.

(3) Geleidermiddel: het gehalte aan geleidend middel is een belangrijke factor die de ontladingsprestaties van hoge verhoudingen beïnvloedt. Als het gehalte aan geleidend middel in de kathodeformule onvoldoende is, kunnen de elektronen niet op tijd worden overgedragen wanneer de grote stroom wordt ontladen, en neemt de interne polarisatieweerstand snel toe, zodat de batterijspanning snel wordt verlaagd tot de ontladingsafsnijspanning .

(4) De invloed van het poolontwerp: pooldikte: in het geval van grote stroomontlading is de reactiesnelheid van actieve stoffen erg snel, wat vereist dat lithiumionen snel worden ingebed en losgemaakt in het materiaal. Als de poolplaat dik is en het pad van lithiumiondiffusie toeneemt, zal de richting van de pooldikte een grote lithiumionconcentratiegradiënt produceren.

Verdichtingsdichtheid: de verdichtingsdichtheid van de poolplaat is groter, de porie wordt kleiner en het pad van de lithiumionbeweging in de dikterichting van de poolplaat is langer. Als de verdichtingsdichtheid te groot is, neemt bovendien het contactoppervlak tussen het materiaal en de elektrolyt af, wordt de reactieplaats van de elektrode verkleind en zal de interne weerstand van de batterij ook toenemen.

(5) De invloed van het SEI-membraan: de vorming van het SEI-membraan verhoogt de weerstand van het grensvlak tussen elektrode en elektrolyt, wat resulteert in spanningshysteresis of polarisatie.

[Bedrijfsspanning van de batterij]

Bedrijfsspanning, ook wel eindspanning genoemd, verwijst naar het potentiaalverschil tussen de positieve en negatieve elektroden van de batterij wanneer de stroom in het circuit in werkende staat vloeit. In de werkende staat van ontlading van de batterij, wanneer de stroom door de batterij vloeit, moet de weerstand veroorzaakt door de interne weerstand worden overwonnen, wat ohmse drukval en elektrodepolarisatie zal veroorzaken, zodat de werkspanning altijd lager is dan de nullastspanning, en bij het opladen is de eindspanning altijd hoger dan de nullastspanning. Dat wil zeggen dat het resultaat van polarisatie ervoor zorgt dat de eindspanning van de ontlading van de batterij lager is dan het elektromotorische potentieel van de batterij, dat hoger is dan het elektromotorische potentieel van de opgeladen batterij.

Vanwege het bestaan ​​van een polarisatiefenomeen, de momentane spanning en de werkelijke spanning tijdens het opladen en ontladen. Bij het opladen is de momentane spanning iets hoger dan de werkelijke spanning, de polarisatie verdwijnt en de spanning daalt wanneer de momentane spanning en de werkelijke spanning na de ontlading afnemen.

Om de bovenstaande beschrijving samen te vatten, is de uitdrukking:

E +, E- - vertegenwoordigt respectievelijk de potentiëlen van de positieve en negatieve elektroden, E + 0 en E- -0 vertegenwoordigen respectievelijk de evenwichtselektrodepotentiaal van de positieve en negatieve elektroden, VR vertegenwoordigt de ohmse polarisatiespanning, en η + , η - vertegenwoordigt respectievelijk de overpotentiaal van de positieve en negatieve elektroden.

[Basisprincipe van ontladingstest]

Na een basiskennis van de batterijspanning begonnen we de ontlaadcurve van lithium-ionbatterijen te analyseren. De ontladingscurve weerspiegelt in principe de toestand van de elektrode, wat de superpositie is van de toestandsveranderingen van de positieve en negatieve elektroden.

De spanningscurve van lithium-ionbatterijen tijdens het ontladingsproces kan in drie fasen worden verdeeld

1) In de beginfase van de batterij daalt de spanning snel, en hoe groter de ontladingssnelheid, hoe sneller de spanning daalt;

2) De accuspanning komt in een fase van langzame verandering, die het platformgebied van de accu wordt genoemd. Hoe kleiner de afvoersnelheid,

Hoe langer de duur van het platformgebied, hoe hoger de platformspanning, hoe langzamer de spanningsval.

3) Wanneer de batterij bijna leeg is, begint de laadspanning van de batterij scherp te dalen totdat de ontladingsstopspanning wordt bereikt.

Tijdens het testen zijn er twee manieren om gegevens te verzamelen

(1) Verzamel de gegevens over stroom, spanning en tijd volgens het ingestelde tijdsinterval Δ t;

(2) Verzamel de stroom-, spannings- en tijdgegevens volgens het ingestelde spanningsveranderingsverschil Δ V. De nauwkeurigheid van laad- en ontlaadapparatuur omvat voornamelijk stroomnauwkeurigheid, spanningsnauwkeurigheid en tijdprecisie. Tabel 2 toont de apparatuurparameters van een bepaalde laad- en ontlaadmachine, waarbij% FS het percentage van het volledige bereik vertegenwoordigt, en 0.05%RD verwijst naar de gemeten fout binnen het bereik van 0.05% van de meetwaarde. Laad- en ontlaadapparatuur maakt over het algemeen gebruik van een constante CNC-stroombron in plaats van belastingsweerstand voor belasting, zodat de uitgangsspanning van de batterij niets te maken heeft met de serieweerstand of parasitaire weerstand in het circuit, maar alleen verband houdt met de spanning E en interne weerstand r en de circuitstroom I van de ideale spanningsbron die equivalent is aan de batterij. Als de weerstand wordt gebruikt voor belasting, stelt u de spanning van de ideale spanningsbron van de batterij in op E, de interne weerstand is r en de belastingsweerstand is R. Meet de spanning aan beide uiteinden van de belastingsweerstand met de spanning meter, zoals weergegeven in de bovenstaande afbeelding in figuur 6. In de praktijk is er echter een leidingweerstand en een armatuurcontactweerstand (uniforme parasitaire weerstand) in het circuit. Het equivalente schakelschema getoond in FIG. 3 wordt getoond in de volgende figuur van FIG. 3. In de praktijk wordt onvermijdelijk de parasitaire weerstand geïntroduceerd, zodat de totale belastingsweerstand groot wordt, maar de gemeten spanning is de spanning aan beide uiteinden van de belastingsweerstand R, dus de fout wordt geïntroduceerd.

 Fig. 3 Het principeblokschema en het feitelijk equivalente schakelschema van de weerstandsontladingsmethode

Wanneer de constante stroombron met de stroom I1 als belasting wordt gebruikt, worden het schematische diagram en het feitelijke equivalente schakelschema weergegeven in figuur 7. E, I1 zijn constante waarden en r is gedurende een bepaalde tijd constant.

Uit de bovenstaande formule kunnen we zien dat de twee spanningen van A en B constant zijn, dat wil zeggen dat de uitgangsspanning van de batterij geen verband houdt met de grootte van de serieweerstand in de lus, en dit heeft natuurlijk niets te maken met de parasitaire weerstand. Bovendien kan de meetmodus met vier aansluitingen een nauwkeurigere meting van de uitgangsspanning van de batterij bereiken.

Figuur 4 Equiple-blokdiagram en feitelijk equivalent schakelschema van constante stroombronbelasting

Gelijktijdige bron is een voedingsapparaat dat constante stroom aan de belasting kan leveren. Het kan de uitgangsstroom nog steeds constant houden wanneer de externe voeding fluctueert en de impedantiekarakteristieken veranderen.

[Ontladingstestmodus]

Laad- en ontlaadtestapparatuur gebruikt over het algemeen het halfgeleiderapparaat als stromingselement. Door het stuursignaal van het halfgeleiderapparaat aan te passen, kan het een belasting met verschillende kenmerken simuleren, zoals constante stroom, constante druk en constante weerstand enzovoort. De ontladingstestmodus van de lithium-ionbatterij omvat voornamelijk ontlading met constante stroom, ontlading met constante weerstand, ontlading met constant vermogen, enz. In elke ontladingsmodus kunnen de continue ontlading en de intervalontlading ook worden verdeeld, waarbij afhankelijk van de tijdsduur, de intervalontlading kan worden onderverdeeld in intermitterende ontlading en pulsontlading. Tijdens de ontladingstest ontlaadt de batterij volgens de ingestelde modus en stopt met ontladen nadat de ingestelde omstandigheden zijn bereikt. De ontladingsomstandigheden omvatten het instellen van de spanningsuitschakeling, het instellen van de tijduitschakeling, het instellen van de capaciteitsuitschakeling, het instellen van de negatieve spanningsgradiëntuitschakeling, enz. De verandering van de ontladingsspanning van de batterij houdt verband met het ontladingssysteem, dat dat wil zeggen dat de verandering van de ontlaadcurve ook wordt beïnvloed door het ontladingssysteem, inclusief: ontlaadstroom, ontladingstemperatuur, ontladingseindspanning; intermitterende of continue ontlading. Hoe groter de ontlaadstroom, hoe sneller de bedrijfsspanning daalt; met de uitblaastemperatuur verandert de uitblaascurve langzaam.

(1) Constante stroomontlading

Wanneer de constante stroomontlading wordt ingesteld, wordt de huidige waarde ingesteld en vervolgens wordt de huidige waarde bereikt door de constante stroombron van de CNC aan te passen, om de constante stroomontlading van de batterij te realiseren. Tegelijkertijd wordt de eindspanningsverandering van de batterij verzameld om de ontlaadkarakteristieken van de batterij te detecteren. Constante stroomontlading is de ontlading van dezelfde ontlaadstroom, maar de accuspanning blijft dalen, dus het vermogen blijft dalen. Figuur 5 is de spannings- en stroomcurve van de constante stroomontlading van lithium-ionbatterijen. Door de constante stroomontlading kan de tijdas eenvoudig worden omgezet naar de capaciteitsas (het product van stroom en tijd). Figuur 5 toont de spanningscapaciteitscurve bij constante stroomontlading. Ontlading met constante stroom is de meest gebruikte ontladingsmethode bij tests met lithium-ionbatterijen.

Figuur 5 Curven voor opladen met constante stroom, constante spanning en ontlading met constante stroom, met verschillende vermenigvuldigingssnelheden

(2) Constante vermogensontlading

Wanneer het constante vermogen ontlaadt, wordt eerst de constante vermogenswaarde P ingesteld en wordt de uitgangsspanning U van de batterij verzameld. Tijdens het ontladingsproces moet P constant zijn, maar U verandert voortdurend, dus het is noodzakelijk om de stroom I van de constante stroombron van de CNC voortdurend aan te passen volgens formule I = P / U om het doel van constante vermogensontlading te bereiken . Houd het ontladingsvermogen ongewijzigd, omdat de spanning van de accu tijdens het ontladingsproces steeds verder daalt, waardoor de stroom bij de constante vermogensontlading blijft stijgen. Vanwege de constante vermogensontlading kan de tijdcoördinatenas eenvoudig worden omgezet in de energiecoördinatenas (het product van vermogen en tijd).

Figuur 6 Laad- en ontlaadcurven met constant vermogen bij verschillende verdubbelingssnelheden

Vergelijking tussen constante stroomontlading en constante vermogensontlading

Figuur 7: (a) diagram van laad- en ontlaadcapaciteit bij verschillende verhoudingen; (b) laad- en ontlaadcurve

 Figuur 7 toont de resultaten van verschillende laad- en ontlaadtests in de twee modi lithium ijzerfosfaat batterij. Volgens de capaciteitscurve in FIG. 7 (a), met de toename van de laad- en ontlaadstroom in de constante stroommodus, neemt de werkelijke laad- en ontlaadcapaciteit van de batterij geleidelijk af, maar het veranderingsbereik is relatief klein. De werkelijke laad- en ontlaadcapaciteit van de batterij neemt geleidelijk af naarmate het vermogen toeneemt, en hoe groter de vermenigvuldiger, hoe sneller het capaciteitsverlies. De afvoercapaciteit met een snelheid van 1 uur is lager dan bij de constante stroommodus. Tegelijkertijd, wanneer de laad-ontlaadsnelheid lager is dan de 5 uur-snelheid, is de batterijcapaciteit hoger onder de constante stroomomstandigheden, terwijl de batterijcapaciteit hoger is dan de 5-uursnelheid hoger is onder de constante stroomomstandigheden.

Uit figuur 7 (b) blijkt dat de capaciteit-spanningscurve, onder de voorwaarde van een lage verhouding, de capaciteit-spanningscurve van de lithium-ijzerfosfaatbatterij in twee modi, en de verandering van het laad- en ontlaadspanningsplatform niet groot is, maar onder de voorwaarde van een hoge verhouding, constante stroom-constante spanningsmodus van constante spanningstijd aanzienlijk langer, en het laadspanningsplatform aanzienlijk toegenomen, het ontladingsspanningsplatform is aanzienlijk verminderd.

(3) Constante weerstandsontlading

Bij ontlading met constante weerstand wordt eerst een constante weerstandswaarde R ingesteld om de uitgangsspanning van de batterij U te verzamelen. Tijdens het ontladingsproces moet R constant zijn, maar U verandert voortdurend, dus de huidige I-waarde van de constante CNC-stroom de bron moet constant worden aangepast volgens formule I=U / R om het doel van constante weerstandsontlading te bereiken. De spanning van de batterij neemt tijdens het ontladingsproces altijd af en de weerstand is hetzelfde, dus de ontlaadstroom I is ook een afnemend proces.

(4) Continue ontlading, intermitterende ontlading en pulsontlading

De batterij wordt ontladen met constante stroom, constant vermogen en constante weerstand, terwijl de timingfunctie wordt gebruikt om de controle van continue ontlading, intermitterende ontlading en pulsontlading te realiseren. Figuur 11 toont de stroomcurven en spanningscurven van een typische pulslaad-/ontlaadtest.

Figuur 8 Stroomcurven en spanningscurven voor typische pulslaad-ontlaadtests

[Informatie opgenomen in de ontladingscurve]

Ontladingscurve verwijst naar de curve van de spanning, stroom, capaciteit en andere veranderingen van de batterij in de loop van de tijd tijdens het ontladingsproces. De informatie in de laad- en ontlaadcurve is zeer rijk, inclusief de capaciteit, energie, werkspanning en spanningsplatform, de relatie tussen het elektrodepotentiaal en de laadtoestand, enz. De belangrijkste gegevens die tijdens de ontladingstest worden geregistreerd, zijn de tijd evolutie van de stroom en spanning. Uit deze basisgegevens kunnen veel parameters worden afgeleid. Hieronder worden de parameters beschreven die kunnen worden verkregen door de ontladingscurve.

(1) Spanning

Bij de ontladingstest van een lithium-ionbatterij omvatten de spanningsparameters voornamelijk spanningsplatform, middenspanning, gemiddelde spanning, uitschakelspanning, enz. De platformspanning is de overeenkomstige spanningswaarde wanneer de spanningsverandering minimaal is en de capaciteitsverandering groot is , die kan worden verkregen uit de piekwaarde van dQ / dV. De mediaanspanning is de overeenkomstige spanningswaarde van de helft van de batterijcapaciteit. Voor materialen die meer voor de hand liggend zijn op het platform, zoals lithiumijzerfosfaat en lithiumtitanaat, is de mediaanspanning de platformspanning. De gemiddelde spanning is het effectieve oppervlak van de spanningscapaciteitscurve (dwz de ontladingsenergie van de batterij) gedeeld door de capaciteitsberekeningsformule: u = U (t) * I (t) dt / I (t) dt. De uitschakelspanning verwijst naar de minimaal toegestane spanning wanneer de batterij ontlaadt. Als de spanning lager is dan de ontladingsafsluitspanning, zal de spanning aan beide uiteinden van de batterij snel dalen, waardoor overmatige ontlading ontstaat. Overmatige ontlading kan schade aan de actieve substantie van de elektrode veroorzaken, het reactievermogen verliezen en de levensduur van de batterij verkorten. Zoals beschreven in het eerste deel, is de spanning van de batterij gerelateerd aan de ladingstoestand van het kathodemateriaal en de elektrodepotentiaal.

(2) Capaciteit en specifieke capaciteit

Batterijcapaciteit verwijst naar de hoeveelheid elektriciteit die door de batterij wordt vrijgegeven onder een bepaald ontlaadsysteem (onder een bepaalde ontlaadstroom I, ontlaadtemperatuur T, ontlaadafsluitspanning V), wat het vermogen van de batterij aangeeft om energie op te slaan in Ah of C De capaciteit wordt beïnvloed door vele elementen, zoals ontlaadstroom, ontladingstemperatuur, enz. De capaciteitsgrootte wordt bepaald door de hoeveelheid actieve stoffen in de positieve en negatieve elektroden.

Theoretische capaciteit: de capaciteit die de werkzame stof in de reactie geeft.

Feitelijke capaciteit: de daadwerkelijke capaciteit die vrijkomt bij een bepaald lozingssysteem.

Nominale capaciteit: verwijst naar de minimale hoeveelheid stroom die door de batterij wordt gegarandeerd onder de ontworpen ontladingsomstandigheden.

Bij de ontladingstest wordt de capaciteit berekend door de stroom in de tijd te integreren, dwz C = I (t) dt, constante stroom in t constante ontlading, C = I (t) dt = I t; constante weerstand R ontlading, C = I (t) dt = (1 / R) * U (t) dt (1 / R) * uit (u is de gemiddelde ontladingsspanning, t is de ontladingstijd).

Specifieke capaciteit: Om de verschillende batterijen met elkaar te kunnen vergelijken, wordt het concept van specifieke capaciteit geïntroduceerd. Specifieke capaciteit verwijst naar de capaciteit gegeven door de actieve substantie van de eenheidsmassa of de eenheidsvolume-elektrode, die de massaspecifieke capaciteit of de volumespecifieke capaciteit wordt genoemd. De gebruikelijke berekeningsmethode is: specifieke capaciteit = eerste ontladingscapaciteit van de batterij / (massa werkzame stof * benuttingsgraad werkzame stof)

Factoren die de batterijcapaciteit beïnvloeden:

A. De ontlaadstroom van de batterij: hoe groter de stroom, de uitgangscapaciteit neemt af;

B. Ontladingstemperatuur van de batterij: wanneer de temperatuur daalt, neemt de uitgangscapaciteit af;

C. De ontladingsafsluitspanning van de batterij: de ontladingstijd ingesteld door het elektrodemateriaal en de limiet van de elektrodereactie zelf is over het algemeen 3.0 V of 2.75 V.

D. Laad- en ontlaadtijden van de batterij: na meerdere keren opladen en ontladen van de batterij, als gevolg van het falen van het elektrodemateriaal, kan de batterij de ontlaadcapaciteit van de batterij verminderen.

e. De laadomstandigheden van de accu: laadsnelheid, temperatuur, uitschakelspanning beïnvloeden de capaciteit van de accu en bepalen daarmee de ontlaadcapaciteit.

 Methode voor het bepalen van de batterijcapaciteit:

Verschillende industrieën hebben verschillende testnormen, afhankelijk van de arbeidsomstandigheden. Voor lithium-ionbatterijen voor 3C-producten, volgens de nationale norm GB / T18287-2000 Algemene specificatie voor lithium-ionbatterijen voor mobiele telefoons, is de testmethode voor de nominale capaciteit van de batterij als volgt: a) opladen: 0.2C5A opladen; b) ontlading: 0.2C5A ontlading; c) vijf cycli, waarvan één gekwalificeerd.

Voor de elektrische voertuigindustrie verwijst de nominale capaciteit van de batterij, volgens de nationale norm GB / T 31486-2015 Elektrische prestatie-eisen en testmethoden voor stroombatterijen voor elektrische voertuigen, naar de capaciteit (Ah) die door de batterij wordt vrijgegeven bij kamertemperatuur met 1I1 (A) stroomontlading om de afsluitspanning te bereiken, waarbij I1 een ontlaadstroom van 1 uur is, waarvan de waarde gelijk is aan C1 (A). De testmethode is:

A) Bij kamertemperatuur stopt u de constante spanning bij het opladen met constante stroom en laadt u op tot de laadeindspanning die door de onderneming is gespecificeerd, en stopt u het opladen wanneer de laadeindstroom daalt tot 0.05I1 (A), en houdt u het opladen gedurende 1 uur daarna vast. opladen.

Bb) Bij kamertemperatuur wordt de batterij ontladen met een stroom van 1I1 (A) totdat de ontlading de ontladingseindspanning bereikt die is gespecificeerd in de technische voorwaarden van de onderneming;

C) gemeten ontladingscapaciteit (gemeten in Ah), bereken de ontladingsspecifieke energie (gemeten in Wh / kg);

3 d) Herhaal stap a) -) c) 5 keer. Wanneer het extreme verschil tussen 3 opeenvolgende tests minder dan 3% van de nominale capaciteit bedraagt, kan de test vooraf worden afgerond en kunnen de resultaten van de laatste 3 tests worden gemiddeld.

(3) Ladingstatus, SOC

SOC (State of Charge) is een laadstatus die de verhouding weergeeft tussen de resterende capaciteit van de batterij en de volledige oplaadstatus na een bepaalde tijd of lange tijd onder een bepaalde ontladingssnelheid. De methode van de "open circuit spanning + uur-tijd integratie"-methode maakt gebruik van de open-circuit spanningsmethode om de initiële laadcapaciteit van de batterij te schatten, en gebruikt vervolgens de uur-tijd integratiemethode om het vermogen te verkrijgen dat door de batterij wordt verbruikt. -tijdintegratiemethode. Het verbruikte vermogen is het product van de ontlaadstroom en de ontlaadtijd, en het resterende vermogen is gelijk aan het verschil tussen het initiële vermogen en het verbruikte vermogen. De wiskundige schatting van de SOC tussen nullastspanning en een integraal van een uur is:

Waarbij CN de nominale capaciteit is; η is de laad-ontlaadefficiëntie; T is de gebruikstemperatuur van de batterij; I is de batterijstroom; t is de ontlaadtijd van de batterij.

DOD (Depth of Discharge) is de ontladingsdiepte, een maatstaf voor de ontladingsgraad, dit is het percentage van de ontladingscapaciteit ten opzichte van de totale ontladingscapaciteit. De ontladingsdiepte heeft een grote relatie met de levensduur van de batterij: hoe dieper de ontladingsdiepte, hoe korter de levensduur. De relatie wordt berekend voor SOC = 100% -DOD

4) Energie en specifieke energie

De elektrische energie die de batterij kan produceren door onder bepaalde omstandigheden extern werk te doen, wordt de energie van de batterij genoemd, en de eenheid wordt doorgaans uitgedrukt in wh. In de ontladingscurve wordt de energie als volgt berekend: W = U (t) * I (t) dt. Bij ontlading met constante stroom, W = I * U (t) dt = It * u (u is de gemiddelde ontladingsspanning, t is de ontladingstijd)

A. Theoretische energie

Het ontlaadproces van de batterij bevindt zich in een evenwichtstoestand en de ontlaadspanning handhaaft de waarde van de elektromotorische kracht (E) en de benuttingsgraad van de actieve stof is 100%. Onder deze omstandigheden is de uitgangsenergie van de batterij de theoretische energie, dat wil zeggen het maximale werk dat door de omkeerbare batterij wordt verricht bij constante temperatuur en druk.

B. De werkelijke energie

De werkelijke uitgangsenergie van de ontlading van de batterij wordt de werkelijke energie genoemd, volgens de voorschriften van de elektrische voertuigindustrie ("GB / T 31486-2015 Power Battery Electrical Performance Eisen en testmethoden voor elektrische voertuigen"), de batterij bij kamertemperatuur met 1I1 (A ) huidige ontlading, om de energie (Wh) te bereiken die vrijkomt door de eindspanning, de nominale energie genoemd.

C. specifieke energie

De energie die een batterij per massa-eenheid en per volume-eenheid levert, wordt massaspecifieke energie of volumespecifieke energie genoemd, ook wel energiedichtheid genoemd. In eenheden van wh/kg of wh/L.

[Basisvorm van de ontladingscurve]

De meest basale vorm van de ontladingscurve is de spanning-tijd- en stroom-tijdcurve. Door de transformatie van de tijdasberekening heeft de gemeenschappelijke ontladingscurve ook de spanningscapaciteitscurve (specifieke capaciteit), spanningsenergiecurve (specifieke energie), spannings-SOC-curve enzovoort.

(1) Spanning-tijd- en stroom-tijdcurve

Figuur 9 Spanning-tijd- en stroom-tijd-curven

(2) Spanningscapaciteitscurve

Figuur 10 Spanningscapaciteitscurve

(3) Spanning-energiecurve

Figuur Figuur 11. Spanning-energiecurve

[referentiedocumentatie]

  • Wang Chao, et al. Vergelijking van laad- en ontlaadkarakteristieken van constante stroom en constant vermogen in elektrochemische energieopslagapparaten [J]. Wetenschap en technologie voor energieopslag.2017(06):1313-1320.
  • Eom KS, Joshi T, Bordes A, et al. Het ontwerp van een Li-ion volledige celbatterij met behulp van een nano-silicium en nano-meerlaagse grafeencomposietanode [J]
  • Guo Jipeng, et al. Vergelijking van de constante stroom- en constante vermogenstestkarakteristieken van lithium-ijzerfosfaatbatterijen [J].opslagbatterij.2017(03):109-115
  • Marinaro M, Yoon D, Gabrielli G, et al. Hoge prestaties 1.2 Ah Si-legering/grafiet|LiNi0.5Mn0.3Co0.2O2 prototype Li-ion batterij[J].Journal of Power Sources.2017,357 (supplement C):188-197.

 

 

sluiten_wit
dichtbij

Schrijf hier een vraag:

antwoord binnen 6 uur, vragen zijn welkom!