Wat binne lading en ûntlading eigenskippen?
Opladen enûntslachskaaimerken
Lithium-ionbatterijen brûke typysk in twa-oplaadmetoade om feiligens, betrouberens en oplaadeffisjinsje te garandearjen. De earste etappe is konstante stroom mei spanning beheinen, en de twadde etappe is konstante spanning mei strombeheining. De maksimale spanningslimyt foar it opladen fan in lithium-ionbatterij ferskilt ôfhinklik fan it katodemateriaal. De basis laad-/ûntladingsspanningskurven fan in lithium-ionbatterij wurde werjûn yn figuer 3-11. De krommes yn 'e figuer brûke in lading / ûntlaadstroom fan C/3. Foar ferskate lithium-ion-batterijen binne de wichtichste ferskillen twa:
1) De optimale konstante hjoeddeistige wearde foar de earste etappe fariearret ôfhinklik fan de batterij syn kathode materiaal en manufacturing proses. Yn 't algemien wurdt in aktueel berik fan 0.2C oant 0.3C brûkt. Yn gefallen fan rappe enerzjyferbrûk kinne 1C, 2C, of sels hegere tariven brûkt wurde.
2) Ferskillende lithium-ionbatterijen fertoane signifikante ferskillen yn konstante aktuele doer, en it oanpart fan kapasiteit dat kin wurde opladen troch konstante stroom nei de totale kapasiteit, ferskilt ek behoarlik. Fanút it perspektyf fan praktyske applikaasjes foar elektryske auto's resultearret in langere konstante aktuele doer yn in koartere totale oplaadtiid, wat foardieliger is foar applikaasjes.
Lithium-ion-batterijspanning is stabyl en nimt stadich ôf yn 'e iere en middelste fazen fan ûntlading, mar sakket fluch yn' e lettere stadia, lykas werjûn yn segment DE fan figuer 3-11. Effektive kontrôle is krúsjaal yn dit stadium om tefolle ûntslach en ûnomkearbere skea oan 'e batterij te foarkommen.
Faktoaren dy't ynfloed op opladen skaaimerken
(1) Effekt fanoplaadstroomoer oplaadeigenskippen Troch in bepaalde NCM lithium-ion-batterij mei in nominearre kapasiteit fan 242A·h as foarbyld te nimmen, ûnder de betingsten fan SOC=0% en konstante temperatuer fan 20 graden, waarden ferskillende oplaadraten brûkt foar opladen. De parameter resultaten wurde werjûn yn tabel 3-1 en it opladen kromme wurdt werjûn yn figuer 3-12.
Tabel 3-1 Charging Parameters foar ferskillende Charging Tariven
| Aktueel/A (taryf) | CC-CV①Totale tiid | Konstante aktuele tiid/s | Totale ChargedCapacity / A·h | Totaal ChargedEnergy / W·h | Constant Current Charged Kapasiteit / Ah | Constant Voltage Charged Enerzjy / W · h | 170A·hTiid/s | 170A·hStrom/A |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 4.84/(0.02C) | 182220 | 182220 | 245.74 | 942.54 | 245.74 | 942.54 | 127400 | 4.85 |
| 12.1/(0.05C) | 72318.5 | 72318.5 | 243.70 | 935.37 | 243.70 | 935.37 | 50400 | 12.11 |
| 24.2/(0.1C) | 36206.8 | 35800 | 243.20 | 935.77 | 241.03 | 926.69 | 25200 | 24.24 |
| 48.4/(0.2C) | 18317.5 | 17560 | 241.08 | 933.32 | 236.32 | 912.16 | 12600 | 48.44 |
| 80.7/(0.33C) | 11443.6 | 10490 | 243.50 | 946.27 | 235.29 | 910.08 | 7590 | 80.76 |
| 121/(0.5C) | 7936.6 | 6900 | 243.92 | 952.95 | 232.09 | 900.85 | 5110 | 121.09 |
① CC, konstante stroom; CV, konstante spanning.
Lykas werjûn yn Tabel 3-1, nimt de konstante aktuele tiid stadichoan ôf mei tanimmende oplaadstroom, en de kapasiteit en enerzjy dy't opladen wurde kinne ûnder konstante stroom, sakje ek stadichoan ôf. Troch de oplaad- en ûntlaadkapasiteit fan 1/2 (dus SOC=50%) as standert te nimmen, nimt de fereaske oplaadtiid ôf mei tanimmende oplaadstroom; de tiid nedich foar 0.1C is likernôch 5 kear dat foar 0.5C. Under dizze betingst is it hjoeddeistige ferskil foar trochgeande opladen lyts, sadat de oplaadtiid foar de lêste 30A·h net signifikant oars is. Dêrom, binnen de tastiene oplaadstroom fan 'e batterij, it fergrutsjen fan de oplaadstroom, hoewol it ferminderjen fan de kapasiteit en enerzjy dy't kinne wurde opladen ûnder konstante stroom, helpt om de totale oplaadtiid te ferminderjen. Yn praktyske batterijpakketapplikaasjes kin de maksimale tastiene oplaadstroom fan 'e lithium-ion-batterij brûkt wurde foar opladen, en nei it berikken fan 'e spanningslimyt kin konstante spanning opladen wurde útfierd. Dit fermindert oplaadtiid, wylst it oplaadfeiligens garandearret. It fergrutsjen fan de oplaadstroom sil lykwols ek liede ta in tanimming fan enerzjyferlies troch de ynterne wjerstân fan 'e batterij. De enerzjy konsumearre yn 'e ynterne wjerstân wurdt berekkene neffens fergeliking (3-4).
Wêr E is de enerzjy konsumearre troch de ynterne wjerstân;
r is de batterij syn ynterne ferset;
t is de oplaadtiid fariabele;
I is de oplaadstroom;
t₁ en t₂ binne de start- en eintiden fan opladen.
Wiidweidige testen hawwe oantoand dat de ynterne wjerstân fan lithium-ionbatterijen binnen 0,4 mΩ feroaret by it opladen. Dêrom, fergeliking (3-4) lit sjen dat it enerzjyferbrûk fanwege batterij ynterne wjerstân is yn wêzen lineêr besibbe oan oplaad tiid, mar kwadratysk ferbân mei de oplaadstroom. Tidens de konstante aktuele oplaadpoadium is de omfang fan 'e oplaadstroom de primêre faktor dy't ynfloed op ynterne ferset enerzjyferbrûk; in hegere oplaadstroom resultearret yn grutter enerzjyferbrûk. Tidens de konstante spanning, lege hjoeddeistige poadium, oplaadtiid wurdt de primêre faktor beynfloedet ynterne ferset enerzjyferbrûk; in langere oplaadtiid resultearret yn grutter enerzjyferbrûk. Sjoen it heule oplaadproses, om't de oplaadstroom in kwadratyske relaasje hat mei ynterne ferset enerzjyferbrûk en de wichtichste faktor is dy't it beynfloedet, resultearret in hegere oplaadstroom yn grutter ynterne ferset enerzjyferbrûk. Yn praktyske batterijapplikaasjes moat in gaadlike oplaadstroom selektearre wurde troch sawol oplaadtiid as effisjinsje yngeand te beskôgjen.
(2) Effekt fan djipte fan ûntlading op oplaadeigenskippen Under in konstante temperatuer fan 20 graden waard in ûntladingstest útfierd op in NCM lithium-ionbatterij mei in rated kapasiteit fan 66,2 Ah. De batterij waard ûntslein mei in taryf fan 0.5C oant ferskillende djipten fan ûntlading (DOD) (10% → 100%), oerienkommende mei in steat fan lading (SOC) fan 90% → 0%. Gegevens oer spanning, stroom en kapasiteit waarden opnommen tidens it ûntslachproses. Nei rêst foar 60 minuten waard de batterij opladen mei in taryf fan 0,5C (CC). Doe't de besunigingsspanning waard berikt, waard de oplaadmodus oerskeakele nei konstante spanning (CV). Doe't de stroom minder wie as 0.05C, waard it proses stoppe, en waarden spanning, stroom en kapasiteitsgegevens opnommen. De relevante gegevens wurde werjûn yn Tabel 3-2. De oplaadstroomkurven fan 'e lithium-ionbatterij ûnder ferskate djipten fan ûntladingsbetingsten wurde werjûn yn figuer 3-13.
Tabel 3-2 Charging Test Parameters op ferskillende djipte fan ûntslach
| SOC | DOD | Discharge | Kosten | Gelikense-Kapasiteit Charge Energy①/W·h | Gelikense-kapasiteit ûntslein enerzjy②/W·h | Oplaadtiid/min | Konstante aktuele Tiid / min | Constant Current Charged Kapasiteit / Ah | Gemiddelde oplaadtiid-ienheidskapasiteit③/min | ||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Kapasiteit/A·h | Enerzjy/W·h | Kapasiteit/A·h | Enerzjy/W·h | ||||||||
| 80.00 | 20.00 | 13.35 | 54.03 | 13.48 | 55.88 | 27.94 | 27.02 | 41.13 | 33.50 | 12.32 | 3.05 |
| 70.00 | 30.00 | 20.02 | 80.16 | 19.99 | 82.08 | 27.36 | 26.72 | 59.23 | 50.83 | 18.69 | 2.96 |
| 60.00 | 40.00 | 26.69 | 105.62 | 26.61 | 108.19 | 27.05 | 26.41 | 77.72 | 68.50 | 25.19 | 2.92 |
| 50.00 | 50.00 | 33.36 | 130.42 | 33.27 | 133.61 | 26.72 | 26.08 | 96.02 | 86.67 | 31.87 | 2.89 |
| 40.00 | 60.00 | 40.04 | 154.61 | 39.95 | 158.50 | 26.42 | 25.77 | 114.18 | 104.83 | 38.55 | 2.86 |
| 30.00 | 70.00 | 46.71 | 178.38 | 46.61 | 182.97 | 26.14 | 25.48 | 132.28 | 123.00 | 45.22 | 2.84 |
| 20.00 | 80.00 | 53.38 | 201.73 | 53.26 | 207.07 | 25.88 | 25.22 | 150.40 | 141.00 | 51.84 | 2.82 |
| 10.00 | 90.00 | 60.05 | 224.45 | 59.92 | 230.62 | 25.62 | 24.94 | 168.47 | 159.17 | 58.52 | 2.81 |
① Gelikense-Kapasiteit opladen enerzjy: enerzjy opladen ûnder deselde SOC-feroaring (bgl. 10%). Bygelyks: as de oplaadkapasiteit by 90% DOD 30W·h is, is de gelikense -kapasiteit opladen enerzjy 30W·h; as de oplaadkapasiteit by 80% DOD 50W·h is, is de gelikense -kapasiteit opladen enerzjy 25W·h.
② Gelikense-kapasiteit ûntslein enerzjy: enerzjy ûntslein ûnder deselde SOC-feroaring (bgl. 10%).
③ Gemiddelde oplaadtiid per ienheidskapasiteit / min: oplaadtiid / oplaadkapasiteit.
Ut Tabel 3-2 en Figure 3-13 kinne de folgjende konklúzjes lutsen wurde:
1) Mei tanimmende djipte fan ûntlading nimt de oplaadtiid ta, mar de gemiddelde oplaadtiid per ienheidskapasiteit nimt ôf, wat betsjut dat de ferheging fan oplaadtiid net evenredich is mei de djipte fan ûntlading.
2) Mei tanimmende djipte fan ûntlading nimt it oanpart fan konstante hjoeddeistige oplaadtiid ta totale oplaadtiid ta, en it oanpart fan konstante hjoeddeistige oplaadkapasiteit ta fereaske oplaadkapasiteit nimt ta. Yn 'e realiteit wurde dizze skaaimerken benammen feroarsake troch twa faktoaren: earst, in djippere djipte fan ûntslach fereasket in langere tiid om de batterij folslein op te laden; twadde, in djippere djipte fan ûntlading komt oerien mei in legere voltage berik, resultearret yn minder enerzjy wurdt opladen yn de batterij ûnder deselde hjoeddeiske en opladen tiid betingsten.
(3) Ynfloed fan temperatuer op Characteristics Lithium-ion-batterijen waarden opladen ûnder ferskate omjouwingstemperatueren. Troch in 66,2 Ah·h NCM lithium-ionbatterij as foarbyld te nimmen, waard in metoade foar konstante stroom- en spanningsbeheining brûkt. Oplaadparameters waarden opnommen mei de oplaadstroomlimyt 1,3 A en 3,3 A, lykas werjûn yn Tabel 3 -3. Under deselde ûntladingsstrom sil de batterijspanning in skerpe drip ûnderfine, lykas werjûn yn figuer 3-13. Om't de spanning relatyf heech bliuwt, is de ûntladingsenerzjy lykwols noch heech. Yn 'e earste faze fan ûntlading fergruttet de enerzjy konsumeare troch de ynterne wjerstân fan' e batterij de temperatuer fan 'e batterij, fergruttet de aktiviteit fan' e aktive materialen fan 'e lithium-ion-batterij, en ferheget de batterijspanning, sadat de enerzjy dy't kin wurde frijlitten ferheegje. Yn 'e midden en lettere stadia fan ûntlading nimt de batterijspanning ôf, en de enerzjy dy't per tiidsienheid frijjûn wurdt nimt dêrmei ôf.
By deselde temperatuer en mei deselde ûntladingsbeëinigingsspanning, sille ferskate streamingen foar ûntslachbeëiniging resultearje yn ferskillen yn 'e kapasiteit en frijlitten enerzjy. Yn 't algemien, ûnder normale temperatueromstannichheden, hoe leger de stroom, hoe grutter de kapasiteit en enerzjy dy't frijlitten wurde. Lykas yn it hjirboppe neamde ûntladingseksperimint, jout 0.2C 3.2% mear kapasiteit en enerzjy frij dan 1C.
