Koje su karakteristike punjenja i pražnjenja?

Koje su karakteristike punjenja i pražnjenja?

Napunite ipražnjenjekarakteristike

Litijum{0}}jonske baterije obično koriste dvostepeni-metodu punjenja kako bi osigurale sigurnost, pouzdanost i efikasnost punjenja. Prva faza je konstantna struja sa ograničenjem napona, a druga faza je konstantni napon sa ograničenjem struje. Maksimalna granica napona za punjenje litijum{4}}jonske baterije varira u zavisnosti od materijala katode. Osnovne krive napona punjenja/pražnjenja litijum{6}}jonske baterije prikazane su na slici 3-11. Krive na slici koriste struju punjenja/pražnjenja od C/3. Za različite litijum-jonske baterije, glavne razlike su dvostruke:

1) Optimalna vrijednost konstantne struje za prvi stupanj varira ovisno o materijalu katode baterije i proizvodnom procesu. Općenito se koristi opseg struje od 0,2C do 0,3C. U slučajevima velike potrošnje energije, mogu se koristiti 1C, 2C ili čak i veće stope.

2) Različite litijum{1}}ionske baterije pokazuju značajne razlike u trajanju konstantne struje, a udio kapaciteta koji se može puniti konstantnom strujom u ukupnom kapacitetu također značajno varira. Iz perspektive praktičnih primjena električnih vozila, duže trajanje konstantne struje rezultira kraćim ukupnim vremenom punjenja, što je korisnije za aplikacije.

Napon litijum{0}}jonske baterije je stabilan i polako opada u ranoj i srednjoj fazi pražnjenja, ali brzo opada u kasnijim fazama, kao što je prikazano u segmentu DE na slici 3-11. Efikasna kontrola je ključna tokom ove faze kako bi se spriječilo prekomjerno pražnjenje i nepovratno oštećenje baterije.

Faktori koji utiču na karakteristike punjenja

(1) Efekat odstruja punjenjao karakteristikama punjenja Uzimajući za primjer određenu NCM litijum-ionsku bateriju nazivnog kapaciteta 242A·h, u uslovima SOC=0% i konstantne temperature od 20 stepeni, za punjenje su korištene različite brzine punjenja. Rezultati parametara su prikazani u tabeli 3-1, a kriva punjenja prikazana je na slici 3-12.

Tabela 3-1 Parametri punjenja za različite stope punjenja

① CC, stalna struja; CV, konstantan napon.

Kao što je prikazano u Tabeli 3-1, vrijeme konstantne struje postepeno se smanjuje sa povećanjem struje punjenja, a kapacitet i energija koji se mogu puniti pod konstantnom strujom također se postepeno smanjuju. Uzimajući kapacitet punjenja i pražnjenja od 1/2 (tj. SOC=50%) kao standard, potrebno vrijeme punjenja se smanjuje sa povećanjem struje punjenja; vrijeme potrebno za 0,1C je otprilike 5 puta veće od 0,5C. Pod ovim uslovom, strujna razlika za nastavak punjenja je mala, tako da se vreme punjenja za poslednjih 30A·h ne razlikuje značajno. Stoga, u okviru dozvoljene struje punjenja baterije, povećanje struje punjenja, iako smanjenje kapaciteta i energije koja se može puniti pod konstantnom strujom, pomaže u smanjenju ukupnog vremena punjenja. U praktičnim aplikacijama baterija, maksimalna dozvoljena struja punjenja litijum-jonske baterije može se koristiti za punjenje, a nakon dostizanja granice napona može se izvršiti punjenje konstantnim naponom. Ovo skraćuje vrijeme punjenja i istovremeno osigurava sigurnost punjenja. Međutim, povećanje struje punjenja također će dovesti do povećanja gubitka energije zbog unutrašnjeg otpora baterije. Energija koja se troši na unutrašnji otpor izračunava se prema jednačini (3-4).

gdje je E energija koju troši unutrašnji otpor;

r je unutrašnji otpor baterije;

t je varijabla vremena punjenja;

I je struja punjenja;

t₁ i t₂ su vrijeme početka i završetka punjenja.

Opsežna testiranja su pokazala da se unutrašnji otpor litijum{0}}jonskih baterija mijenja unutar 0,4 mΩ tokom punjenja. Stoga, jednadžba (3-4) pokazuje da je potrošnja energije zbog unutrašnjeg otpora baterije u suštini linearno povezana s vremenom punjenja, ali kvadratno povezana sa strujom punjenja. Tokom faze punjenja konstantnom strujom, veličina struje punjenja je primarni faktor koji utiče na potrošnju energije unutrašnjeg otpora; veća struja punjenja rezultira većom potrošnjom energije. Tokom konstantnog napona, niske struje, vrijeme punjenja postaje primarni faktor koji utiče na potrošnju energije unutrašnjeg otpora; duže vrijeme punjenja rezultira većom potrošnjom energije. Uzimajući u obzir cijeli proces punjenja, budući da struja punjenja ima kvadratni odnos sa potrošnjom energije unutrašnjeg otpora i glavni je faktor koji na nju utiče, veća struja punjenja rezultira većom potrošnjom energije unutrašnjeg otpora. U praktičnim aplikacijama baterija, odgovarajuću struju punjenja treba odabrati sveobuhvatno uzimajući u obzir i vrijeme punjenja i efikasnost.

(2) Utjecaj dubine pražnjenja na karakteristike punjenja Pod konstantnom temperaturom od 20 stepeni, provedeno je ispitivanje pražnjenja na NCM litijum{2}}-jonskoj bateriji nazivnog kapaciteta 66,2 A·h. Baterija je ispražnjena brzinom od 0,5C do različitih dubina pražnjenja (DOD) (10%→100%), što odgovara stanju napunjenosti (SOC) od 90%→0%. Podaci o naponu, struji i kapacitetu su snimljeni tokom procesa pražnjenja. Nakon mirovanja od 60 minuta, baterija se punila brzinom od 0,5C (CC). Kada je dostignut granični napon, režim punjenja je prebačen na konstantni napon (CV). Kada je struja bila manja od 0,05C, proces je zaustavljen, a podaci o naponu, struji i kapacitetu su snimljeni. Relevantni podaci prikazani su u tabeli 3-2. Krive struje punjenja litijum-jonske baterije pod različitim dubinama uslova pražnjenja prikazane su na slici 3-13.

Tabela 3-2 Parametri testa punjenja pri različitoj dubini pražnjenja

① Jednaka-Energija napunjenog kapaciteta: Energija napunjena pod istom promjenom SOC-a (npr. 10%). Na primjer: ako je kapacitet punjenja pri 90% DOD-a 30W·h, jednak-kapacitet napunjene energije je 30W·h; ako je kapacitet punjenja na 80% DOD 50W·h, jednaka-napunjena energija je 25W·h.

② Jednak-Energija ispražnjenog kapaciteta: Energija ispražnjena pod istom promjenom SOC-a (npr. 10%).

③ Prosječno vrijeme punjenja po jedinici kapaciteta /min: Vrijeme punjenja / Kapacitet punjenja.

Iz tabele 3-2 i slike 3-13 mogu se izvući sljedeći zaključci:

1) Sa povećanjem dubine pražnjenja, vrijeme punjenja se povećava, ali se prosječno vrijeme punjenja po jedinici kapaciteta smanjuje, što znači da povećanje vremena punjenja nije proporcionalno dubini pražnjenja.

2) Sa povećanjem dubine pražnjenja, povećava se udio vremena punjenja konstantnom strujom i ukupnog vremena punjenja, a povećava se i udio kapaciteta punjenja konstantnom strujom prema potrebnom kapacitetu punjenja. U stvarnosti, ove karakteristike su uglavnom uzrokovane dva faktora: prvo, dublja dubina pražnjenja zahtijeva duže vrijeme da se baterija potpuno napuni; drugo, dublja dubina pražnjenja odgovara nižem rasponu napona, što rezultira manje energije koja se puni u bateriju pod istim uslovima struje i vremena punjenja.

(3) Utjecaj temperature na karakteristike punjenja Litijum{1}}ionske baterije su se punile pod različitim temperaturama okoline. Uzimajući 66,2 A·h NCM litijum-jonsku bateriju kao primjer, korištena je metoda ograničavanja konstantne struje i napona. Parametri punjenja su zabilježeni sa ograničenjem struje punjenja od 1,3 A i 3,3 A, kao što je prikazano u tabeli 3-3. Pod istom strujom pražnjenja, napon baterije će doživjeti oštar pad, kao što je prikazano na slici 3-13. Međutim, budući da napon ostaje relativno visok, energija pražnjenja je i dalje visoka. U početnoj fazi pražnjenja, energija koju troši unutrašnji otpor baterije povećava temperaturu baterije, pojačava aktivnost aktivnih materijala litijum-jonske baterije i podiže napon baterije, čime se povećava energija koja se može osloboditi. U srednjoj i kasnijoj fazi pražnjenja, napon baterije opada, a energija koja se oslobađa u jedinici vremena u skladu s tim se smanjuje.

Na istoj temperaturi i sa istim naponom završetka pražnjenja, različite struje završetka pražnjenja će rezultirati razlikama u kapacitetu i oslobođenoj energiji. Općenito, pod normalnim temperaturnim uvjetima, što je niža struja, veći je kapacitet i oslobođena energija. Kao u prethodno spomenutom eksperimentu pražnjenja, 0,2C oslobađa 3,2% više kapaciteta i energije od 1C.