Լիթիում-իոնային մարտկոցի լիցքաթափման կորի վերլուծության համապարփակ ուղեցույց

Լիթիում-իոնային մարտկոցի առավել հաճախ օգտագործվող կատարողականի թեստը - լիցքաթափման կորի վերլուծության ռազմավարությունը

Երբ լիթիում-իոնային մարտկոցը լիցքաթափվում է, նրա աշխատանքային լարումը միշտ փոխվում է ժամանակի շարունակությամբ։ Մարտկոցի աշխատանքային լարումը օգտագործվում է որպես օրդինատ, լիցքաթափման ժամանակ կամ հզորություն, կամ լիցքավորման վիճակ (SOC), կամ լիցքաթափման խորություն (DOD) որպես աբսցիսսա, իսկ գծված կորը կոչվում է լիցքաթափման կոր։ Մարտկոցի լիցքաթափման բնորոշ կորը հասկանալու համար նախ պետք է սկզբունքորեն հասկանալ մարտկոցի լարումը:

[Մարտկոցի լարումը]

Որպեսզի էլեկտրոդի ռեակցիան ձևավորվի, մարտկոցը պետք է համապատասխանի հետևյալ պայմաններին. քիմիական ռեակցիայում էլեկտրոնի կորստի գործընթացը (այսինքն՝ օքսիդացման գործընթաց) և էլեկտրոնի ստացման գործընթացը (այսինքն՝ վերականգնողական ռեակցիայի գործընթացը) պետք է բաժանվեն երկու տարբեր հատվածներում. որը տարբերվում է ընդհանուր ռեդոքս ռեակցիայից. Երկու էլեկտրոդների ակտիվ նյութի ռեդոքս ռեակցիան պետք է փոխանցվի արտաքին միացումով, որը տարբերվում է մետաղի կոռոզիայի գործընթացում միկրոմարտկոցի ռեակցիայից: Մարտկոցի լարումը դրական էլեկտրոդի և բացասական էլեկտրոդի միջև պոտենցիալ տարբերությունն է: Հատուկ հիմնական պարամետրերը ներառում են բաց միացման լարումը, աշխատանքային լարումը, լիցքավորման և լիցքաթափման անջատման լարումը և այլն:

[Լիթիում-իոնային մարտկոցի նյութի էլեկտրոդի ներուժը]

Էլեկտրոդային պոտենցիալը վերաբերում է պինդ նյութի էլեկտրոլիտի լուծույթի մեջ ընկղմվելուն՝ ցույց տալով էլեկտրական ազդեցությունը, այսինքն՝ մետաղի և լուծույթի մակերևույթի պոտենցիալ տարբերությունը։ Այս պոտենցիալ տարբերությունը կոչվում է լուծույթում մետաղի ներուժ կամ էլեկտրոդի ներուժ: Մի խոսքով, էլեկտրոդի պոտենցիալը իոնի կամ ատոմի էլեկտրոն ձեռք բերելու միտում է:

Հետևաբար, որոշակի դրական էլեկտրոդի կամ բացասական էլեկտրոդի նյութի համար, երբ տեղադրվում է լիթիումի աղով էլեկտրոլիտի մեջ, դրա էլեկտրոդի ներուժն արտահայտվում է հետևյալ կերպ.

Որտեղ φ c-ն այս նյութի էլեկտրոդային ներուժն է: Ջրածնի էլեկտրոդի ստանդարտ ներուժը սահմանվել է 0.0 Վ:

[Մարտկոցի բաց միացման լարումը]

Մարտկոցի էլեկտրաշարժիչ ուժը տեսական արժեքն է, որը հաշվարկվում է ըստ մարտկոցի ռեակցիայի՝ օգտագործելով թերմոդինամիկական մեթոդը, այսինքն՝ մարտկոցի հավասարակշռության էլեկտրոդի ներուժի և դրական և բացասական էլեկտրոդների միջև տարբերությունը, երբ շղթան ընդհատվում է, առավելագույն արժեք է։ որ մարտկոցը կարող է տալ լարումը. Իրականում, դրական և բացասական էլեկտրոդները պարտադիր չէ, որ էլեկտրոլիտում լինեն թերմոդինամիկական հավասարակշռության վիճակում, այսինքն՝ էլեկտրոլիտի լուծույթում մարտկոցի դրական և բացասական էլեկտրոդների կողմից հաստատված էլեկտրոդային ներուժը սովորաբար հավասարակշռության էլեկտրոդի ներուժը չէ, ուստի Մարտկոցի բաց միացման լարումը սովորաբար ավելի փոքր է, քան նրա էլեկտրաշարժիչ ուժը: Էլեկտրոդային ռեակցիայի համար.

Հաշվի առնելով ռեակտիվ բաղադրիչի ոչ ստանդարտ վիճակը և ակտիվ բաղադրիչի ակտիվությունը (կամ կոնցենտրացիան) ժամանակի ընթացքում, բջջի իրական բաց շղթայի լարումը փոփոխվում է էներգիայի հավասարմամբ.

Այնտեղ, որտեղ R-ը գազի հաստատունն է, T-ը ռեակցիայի ջերմաստիճանն է, իսկ a-ն բաղադրիչի ակտիվությունն է կամ կոնցենտրացիան: Մարտկոցի բաց շղթայի լարումը կախված է դրական և բացասական էլեկտրոդի նյութի հատկություններից, էլեկտրոլիտից և ջերմաստիճանի պայմաններից և անկախ է մարտկոցի երկրաչափությունից և չափից: Լիթիումի իոնային էլեկտրոդի նյութի պատրաստումը բևեռի մեջ և լիթիումի մետաղական թերթիկը, որը հավաքվում է կոճակի կես մարտկոցի մեջ, կարող է չափել էլեկտրոդի նյութը բաց լարման տարբեր SOC վիճակում, բաց լարման կորը էլեկտրոդի նյութի լիցքավորման վիճակի ռեակցիան է, մարտկոցի պահեստավորման բաց լարման անկումը, բայց ոչ շատ մեծ, եթե բաց լարման շատ արագ անկումը կամ ամպլիտուդը աննորմալ երեւույթ է: Երկբևեռ ակտիվ նյութերի մակերևութային վիճակի փոփոխությունը և մարտկոցի ինքնալիցքաթափումը պահեստում բաց միացման լարման նվազման հիմնական պատճառներն են, ներառյալ դրական և բացասական էլեկտրոդների նյութի աղյուսակի դիմակային շերտի փոփոխությունը. էլեկտրոդի թերմոդինամիկական անկայունության, մետաղի օտար կեղտերի տարրալուծման և տեղումների, ինչպես նաև դրական և բացասական էլեկտրոդների միջև դիֆրագմայի հետևանքով առաջացած միկրո կարճ միացման հետևանքով առաջացած պոտենցիալ փոփոխությունը: Երբ լիթիումի իոնային մարտկոցը ծերանում է, K արժեքի փոփոխությունը (լարման անկումը) էլեկտրոդի նյութի մակերեսի վրա SEI ֆիլմի ձևավորման և կայունության գործընթացն է: Եթե ​​լարման անկումը չափազանց մեծ է, ներսում միկրոկարճ միացում կա, և մարտկոցը գնահատվում է որպես անորակ:

[Մարտկոցի բևեռացում]

Երբ հոսանքն անցնում է էլեկտրոդով, այն երևույթը, որ էլեկտրոդը շեղվում է հավասարակշռության էլեկտրոդի ներուժից, կոչվում է բևեռացում, իսկ բևեռացումը առաջացնում է գերպոտենցիալ: Ըստ բևեռացման պատճառների՝ բևեռացումը կարելի է բաժանել օհմական բևեռացման, կոնցենտրացիայի բևեռացման և էլեկտրաքիմիական բևեռացման։ ՆԿԱՐ. 2-ը մարտկոցի լիցքաթափման բնորոշ կորն է և տարբեր բևեռացման ազդեցությունը լարման վրա:

 Նկար 1. Տիպիկ արտանետման կորը և բևեռացումը

(1) Օմիկ բևեռացում. առաջացած մարտկոցի յուրաքանչյուր մասի դիմադրությամբ, ճնշման անկման արժեքը հետևում է Օհմի օրենքին, հոսանքը նվազում է, բևեռացումը անմիջապես նվազում է, իսկ հոսանքը անհետանում է անմիջապես կանգ առնելուց հետո:

(2) Էլեկտրաքիմիական բևեռացում. բևեռացումն առաջանում է էլեկտրոդի մակերեսի վրա դանդաղ էլեկտրաքիմիական ռեակցիայի պատճառով: Այն զգալիորեն նվազել է միկրովայրկյան մակարդակում, քանի որ հոսանքը փոքրանում է:

(3) Համակենտրոնացման բևեռացում. լուծույթում իոնային դիֆուզիոն գործընթացի հետաձգման պատճառով էլեկտրոդի մակերեսի և լուծույթի մարմնի միջև կոնցենտրացիայի տարբերությունը բևեռացվում է որոշակի հոսանքի տակ: Այս բևեռացումը նվազում կամ անհետանում է, քանի որ էլեկտրական հոսանքը նվազում է մակրոսկոպիկ վայրկյանում (մի քանի վայրկյանից մինչև տասնյակ վայրկյան):

Մարտկոցի ներքին դիմադրությունը մեծանում է մարտկոցի լիցքաթափման հոսանքի աճով, ինչը հիմնականում պայմանավորված է նրանով, որ մեծ լիցքաթափման հոսանքը մեծացնում է մարտկոցի բևեռացման միտումը, և որքան մեծ է լիցքաթափման հոսանքը, այնքան ավելի ակնհայտ է բևեռացման միտումը, ինչպես ցույց է տրված: Նկար 2-ում: Համաձայն Օհմի օրենքի՝ V=E0-IRT, ներքին ընդհանուր դիմադրության RT-ի մեծացմամբ, մարտկոցի լարման համար պահանջվող ժամանակը լիցքաթափման անջատման լարման հասնելու համար համապատասխանաբար կրճատվում է, ուստի թողարկման հզորությունը նույնպես նվազում է: կրճատվել է.

Նկար 2. Ընթացքի խտության ազդեցությունը բևեռացման վրա

Լիթիումի իոնային մարտկոցը, ըստ էության, լիթիումի իոնային կոնցենտրացիայի մարտկոց է: Լիթիումի իոնային մարտկոցի լիցքավորման և լիցքաթափման գործընթացը դրական և բացասական էլեկտրոդներում լիթիումի իոնների ներկառուցման և հեռացման գործընթացն է: Լիթիում-իոնային մարտկոցների բևեռացման վրա ազդող գործոնները ներառում են.

(1) Էլեկտրոլիտի ազդեցությունը. էլեկտրոլիտի ցածր հաղորդունակությունը լիթիումի իոնային մարտկոցների բևեռացման հիմնական պատճառն է: Ընդհանուր ջերմաստիճանի տիրույթում լիթիում-իոնային մարտկոցների համար օգտագործվող էլեկտրոլիտի հաղորդունակությունը սովորաբար կազմում է ընդամենը 0.01~0.1S/սմ, որը կազմում է ջրային լուծույթի մեկ տոկոսը: Հետևաբար, երբ լիթիում-իոնային մարտկոցները լիցքաթափվում են բարձր հոսանքով, շատ ուշ է էլեկտրոլիտից Li + լրացնելը, և բևեռացման երևույթը տեղի կունենա: Էլեկտրոլիտի հաղորդունակության բարելավումը հիմնական գործոնն է լիթիում-իոնային մարտկոցների բարձր հոսանքի լիցքաթափման հզորությունը բարելավելու համար:

(2) Դրական և բացասական նյութերի ազդեցությունը. դրական և բացասական նյութի ավելի երկար ալիքը մեծ լիթիումի իոնային մասնիկները տարածվում են դեպի մակերես, ինչը չի նպաստում մեծ արագության արտանետմանը:

(3) Հաղորդավար նյութ. հաղորդիչ նյութի պարունակությունը կարևոր գործոն է, որն ազդում է բարձր հարաբերակցության արտանետումների կատարման վրա: Եթե ​​հաղորդիչ նյութի պարունակությունը կաթոդի բանաձևում անբավարար է, էլեկտրոնները չեն կարող փոխանցվել ժամանակին, երբ մեծ հոսանքը լիցքաթափվում է, և բևեռացման ներքին դիմադրությունը արագորեն մեծանում է, այնպես որ մարտկոցի լարումը արագորեն նվազում է մինչև լիցքաթափման անջատման լարման: .

(4) բևեռի ձևավորման ազդեցությունը. բևեռի հաստությունը. մեծ հոսանքի լիցքաթափման դեպքում ակտիվ նյութերի ռեակցիայի արագությունը շատ արագ է, ինչը պահանջում է, որ լիթիումի իոնը արագ ներկառուցվի և անջատվի նյութի մեջ: Եթե ​​բևեռի թիթեղը հաստ է, և լիթիումի իոնների դիֆուզիայի ուղին մեծանում է, բևեռի հաստության ուղղությունը կառաջացնի լիթիումի իոնի կոնցենտրացիայի մեծ գրադիենտ:

Կծկման խտություն. բևեռի թերթիկի սեղմման խտությունն ավելի մեծ է, ծակոտիները փոքրանում են, իսկ լիթիումի իոնների շարժման ուղին բևեռային թերթիկի հաստության ուղղությամբ ավելի երկար է: Բացի այդ, եթե սեղմման խտությունը չափազանց մեծ է, նյութի և էլեկտրոլիտի միջև շփման տարածքը նվազում է, էլեկտրոդի արձագանքման վայրը կրճատվում է, և մարտկոցի ներքին դիմադրությունը նույնպես կաճի:

(5) SEI մեմբրանի ազդեցությունը. SEI մեմբրանի ձևավորումը մեծացնում է էլեկտրոդի / էլեկտրոլիտի միջերեսի դիմադրությունը, ինչը հանգեցնում է լարման հիստերեզի կամ բևեռացման:

[Մարտկոցի աշխատանքային լարումը]

Գործող լարումը, որը նաև հայտնի է որպես վերջնական լարում, վերաբերում է մարտկոցի դրական և բացասական էլեկտրոդների միջև եղած պոտենցիալ տարբերությանը, երբ ընթացիկը հոսում է միացումում աշխատանքային վիճակում: Մարտկոցի լիցքաթափման աշխատանքային վիճակում, երբ հոսանքը հոսում է մարտկոցի միջով, ներքին դիմադրության հետևանքով առաջացած դիմադրությունը պետք է հաղթահարվի, ինչը կառաջացնի օհմական ճնշման անկում և էլեկտրոդի բևեռացում, այնպես որ աշխատանքային լարումը միշտ ցածր է բաց միացման լարումից, իսկ լիցքավորման ժամանակ վերջի լարումը միշտ ավելի բարձր է, քան բաց շղթայի լարումը։ Այսինքն՝ բևեռացման արդյունքը մարտկոցի լիցքաթափման վերջնական լարումը դարձնում է ավելի ցածր, քան մարտկոցի էլեկտրաշարժիչ ներուժը, որն ավելի բարձր է, քան լիցքավորված մարտկոցի էլեկտրաշարժիչ ներուժը։

Բևեռացման երևույթի առկայության պատճառով լիցքավորման և լիցքաթափման գործընթացում ակնթարթային լարումը և փաստացի լարումը: Լիցքավորման ժամանակ ակնթարթային լարումը մի փոքր ավելի բարձր է, քան իրական լարումը, բևեռացումը անհետանում է, և լարումը նվազում է, երբ ակնթարթային լարումը և իրական լարումը նվազում են լիցքաթափումից հետո:

Վերոնշյալ նկարագրությունը ամփոփելու համար արտահայտությունը հետևյալն է.

E +, E- - ներկայացնում են դրական և բացասական էլեկտրոդների պոտենցիալները, համապատասխանաբար, E + 0 և E-0-ը ներկայացնում են դրական և բացասական էլեկտրոդների հավասարակշռության էլեկտրոդների ներուժը, համապատասխանաբար, VR-ն ներկայացնում է օհմական բևեռացման լարումը, իսկ η + , η - - ներկայացնում են համապատասխանաբար դրական և բացասական էլեկտրոդների գերպոտենցիալը:

[Լիցքաթափման փորձարկման հիմնական սկզբունքը]

Մարտկոցի լարման հիմնական հասկացությունից հետո մենք սկսեցինք վերլուծել լիթիում-իոնային մարտկոցների լիցքաթափման կորը: Լիցքաթափման կորը հիմնականում արտացոլում է էլեկտրոդի վիճակը, որը դրական և բացասական էլեկտրոդների վիճակի փոփոխությունների սուպերպոզիցիան է:

Լիթիում-իոնային մարտկոցների լարման կորը լիցքաթափման գործընթացում կարելի է բաժանել երեք փուլի.

1) մարտկոցի սկզբնական փուլում լարումը արագ իջնում ​​է, և որքան մեծ է լիցքաթափման արագությունը, այնքան ավելի արագ է իջնում ​​լարումը.

2) Մարտկոցի լարումը մտնում է դանդաղ փոփոխության փուլ, որը կոչվում է մարտկոցի հարթակի տարածք։ Որքան փոքր է արտանետման արագությունը,

Որքան երկար է հարթակի տարածքի տևողությունը, այնքան բարձր է հարթակի լարումը, այնքան դանդաղ է լարման անկումը:

3) Երբ մարտկոցի հզորությունը գրեթե ավարտված է, մարտկոցի բեռնվածության լարումը սկսում է կտրուկ իջնել մինչև լիցքաթափման դադարեցման լարման հասնելը:

Թեստավորման ընթացքում տվյալների հավաքագրման երկու եղանակ կա

(1) հավաքել հոսանքի, լարման և ժամանակի տվյալները՝ ըստ սահմանված ժամանակի Δ t միջակայքի;

(2) Հավաքեք ընթացիկ, լարման և ժամանակի տվյալները՝ ըստ սահմանված լարման փոփոխության տարբերության Δ V: Լիցքավորման և լիցքաթափման սարքավորումների ճշգրտությունը հիմնականում ներառում է հոսանքի ճշգրտությունը, լարման ճշգրտությունը և ժամանակի ճշգրտությունը: Աղյուսակ 2-ը ցույց է տալիս որոշակի լիցքավորման և լիցքաթափման մեքենայի սարքավորումների պարամետրերը, որտեղ% FS-ը ներկայացնում է ամբողջ միջակայքի տոկոսը, իսկ 0.05% RD-ն վերաբերում է չափված սխալին ցուցումների 0.05% միջակայքում: Լիցքավորման և լիցքաթափման սարքավորումները սովորաբար օգտագործում են CNC մշտական ​​հոսանքի աղբյուր՝ բեռնվածքի դիմադրության փոխարեն, այնպես որ մարտկոցի ելքային լարումը կապ չունի շղթայի շարքի դիմադրության կամ մակաբուծական դիմադրության հետ, այլ կապված է միայն լարման E-ի և ներքին դիմադրության հետ։ r և մարտկոցին համարժեք իդեալական լարման աղբյուրի շղթայի հոսանքը: Եթե ​​դիմադրությունն օգտագործվում է բեռի համար, ապա մարտկոցի իդեալական լարման աղբյուրի լարումը սահմանեք E, ներքին դիմադրությունը r է, իսկ բեռնվածքի դիմադրությունը՝ R։ Բեռի դիմադրության երկու ծայրերում լարումը չափեք լարման հետ։ մետր, ինչպես ցույց է տրված նկար 6-ի վերը նշված նկարում: Այնուամենայնիվ, գործնականում շղթայում կան կապարի դիմադրություն և հարմարանքների շփման դիմադրություն (միատեսակ մակաբույծ դիմադրություն): Համարժեք շղթայի դիագրամը ցույց է տրված ՆԿ. 3-ը ներկայացված է ՆԿ-ի հետևյալ նկարում: 3. Գործնականում մակաբույծի դիմադրությունը անխուսափելիորեն ներմուծվում է, այնպես որ ընդհանուր բեռնվածության դիմադրությունը մեծանում է, բայց չափված լարումը բեռնվածքի դիմադրության R-ի երկու ծայրերի լարումն է, ուստի սխալը ներմուծվում է։

 Նկ. 3 Սկզբունքային բլոկային դիագրամ և դիմադրության լիցքաթափման մեթոդի իրական համարժեք սխեմա

Երբ որպես բեռ օգտագործվում է I1 հոսանքի մշտական ​​աղբյուրը, սխեմատիկ դիագրամը և իրական համարժեք միացման սխեման ցուցադրված են Նկար 7-ում: E, I1-ը հաստատուն արժեքներ են, իսկ r-ը հաստատուն է որոշակի ժամանակի համար:

Վերոնշյալ բանաձևից մենք կարող ենք տեսնել, որ A և B-ի երկու լարումները հաստատուն են, այսինքն՝ մարտկոցի ելքային լարումը կապ չունի օղակի շարքի դիմադրության չափի հետ, և, իհարկե, դա կապ չունի։ մակաբուծական դիմադրության հետ։ Բացի այդ, չորս տերմինալների չափման ռեժիմը կարող է հասնել մարտկոցի ելքային լարման ավելի ճշգրիտ չափման:

Նկար 4 Հզոր բլոկային դիագրամ և մշտական ​​հոսանքի աղբյուրի բեռի փաստացի համարժեք սխեմա

Միաժամանակյա աղբյուրը էլեկտրամատակարարման սարք է, որը կարող է մշտական ​​հոսանք ապահովել բեռին: Այն դեռ կարող է կայուն պահել ելքային հոսանքը, երբ արտաքին սնուցման աղբյուրը տատանվում է, և դիմադրողականության բնութագրերը փոխվում են:

[Լիցքաթափման փորձարկման ռեժիմ]

Լիցքավորման և լիցքաթափման փորձարկման սարքավորումները սովորաբար օգտագործում են կիսահաղորդչային սարքը որպես հոսքի տարր: Կարգավորելով կիսահաղորդչային սարքի կառավարման ազդանշանը, այն կարող է մոդելավորել տարբեր բնութագրերի բեռ, ինչպիսիք են մշտական ​​հոսանքը, մշտական ​​ճնշումը և մշտական ​​դիմադրությունը և այլն: Լիթիում-իոնային մարտկոցի լիցքաթափման փորձարկման ռեժիմը հիմնականում ներառում է մշտական ​​հոսանքի լիցքաթափում, մշտական ​​դիմադրության լիցքաթափում, մշտական ​​հզորության լիցքաթափում և այլն: ինտերվալային արտանետումը կարելի է բաժանել ընդհատվող արտանետումների և զարկերակային արտանետումների: Լիցքաթափման փորձարկման ժամանակ մարտկոցը լիցքաթափվում է ըստ սահմանված ռեժիմի, իսկ սահմանված պայմաններին հասնելուց հետո դադարում է լիցքաթափվել: Լիցքաթափման անջատման պայմանները ներառում են լարման անջատման կարգավորումը, անջատման ժամանակի կարգավորումը, հզորության անջատման կարգավորումը, բացասական լարման գրադիենտի անջատման կարգավորումը և այլն: Մարտկոցի լիցքաթափման լարման փոփոխությունը կապված է լիցքաթափման համակարգի հետ, որը այսինքն՝ լիցքաթափման կորի փոփոխության վրա ազդում է նաև լիցքաթափման համակարգը, ներառյալ՝ լիցքաթափման հոսանքը, լիցքաթափման ջերմաստիճանը, լիցքաթափման ավարտի լարումը. ընդհատվող կամ շարունակական լիցքաթափում: Որքան մեծ է լիցքաթափման հոսանքը, այնքան ավելի արագ է իջնում ​​աշխատանքային լարումը. լիցքաթափման ջերմաստիճանի հետ լիցքաթափման կորը մեղմորեն փոխվում է:

(1) Մշտական ​​ընթացիկ լիցքաթափում

Մշտական ​​հոսանքի լիցքաթափման ժամանակ ընթացիկ արժեքը սահմանվում է, և այնուհետև ընթացիկ արժեքը հասնում է CNC մշտական ​​հոսանքի աղբյուրը կարգավորելու միջոցով, որպեսզի գիտակցվի մարտկոցի մշտական ​​ընթացիկ լիցքաթափումը: Միևնույն ժամանակ, մարտկոցի վերջնական լարման փոփոխությունը հավաքվում է մարտկոցի լիցքաթափման բնութագրերը հայտնաբերելու համար: Մշտական ​​հոսանքի լիցքաթափումը նույն լիցքաթափման հոսանքի լիցքաթափումն է, բայց մարտկոցի լարումը շարունակում է իջնել, ուստի հզորությունը շարունակում է նվազել: Նկար 5-ը լիթիում-իոնային մարտկոցների մշտական ​​հոսանքի լիցքաթափման լարման և հոսանքի կորն է: Մշտական ​​հոսանքի լիցքաթափման շնորհիվ ժամանակի առանցքը հեշտությամբ փոխակերպվում է հզորության (ընթացիկ և ժամանակի արտադրյալ) առանցքի: Նկար 5-ը ցույց է տալիս լարման-հզորության կորը մշտական ​​հոսանքի լիցքաթափման ժամանակ: Անընդհատ հոսանքի լիցքաթափումը լիթիում-իոնային մարտկոցների փորձարկումներում ամենատարածված լիցքաթափման մեթոդն է:

Նկար 5 մշտական ​​հոսանքի հաստատուն լարման լիցքավորում և մշտական ​​հոսանքի լիցքաթափման կորեր տարբեր բազմապատկիչ արագությամբ

(2) Հզորության մշտական ​​լիցքաթափում

Երբ մշտական ​​հզորությունը լիցքաթափվում է, սկզբում սահմանվում է մշտական ​​հզորության P արժեքը, և հավաքվում է մարտկոցի ելքային U լարումը: Լիցքաթափման գործընթացում P-ն պետք է լինի հաստատուն, բայց U-ն անընդհատ փոխվում է, ուստի անհրաժեշտ է շարունակաբար կարգավորել CNC հաստատուն հոսանքի աղբյուրի հոսանքը I = P/U բանաձևի համաձայն՝ մշտական ​​էներգիայի լիցքաթափման նպատակին հասնելու համար: . Պահպանեք լիցքաթափման հզորությունը անփոփոխ, քանի որ լիցքաթափման գործընթացում մարտկոցի լարումը շարունակում է իջնել, ուստի մշտական ​​հոսանքի լիցքաթափման հոսանքը շարունակում է աճել: Հզորության մշտական ​​լիցքաթափման շնորհիվ ժամանակի կոորդինատային առանցքը հեշտությամբ վերածվում է էներգիայի (ուժի և ժամանակի արտադրյալ) կոորդինատային առանցքի:

Նկար 6 Մշտական ​​հզորության լիցքավորման և լիցքաթափման կորեր տարբեր կրկնապատկման արագությամբ

Համեմատություն մշտական ​​հոսանքի լիցքաթափման և մշտական ​​հոսանքի լիցքաթափման միջև

Նկար 7. ա) լիցքավորման և լիցքաթափման հզորության դիագրամ տարբեր հարաբերակցությամբ. բ) լիցքավորման և լիցքաթափման կորը

 Նկար 7-ը ցույց է տալիս տարբեր հարաբերակցության լիցքավորման և լիցքաթափման թեստերի արդյունքները երկու ռեժիմներում լիթիումի երկաթի ֆոսֆատ մարտկոց. Ըստ հզորության կորի ՆԿ. 7 (ա), մշտական ​​հոսանքի ռեժիմում լիցքավորման և լիցքաթափման հոսանքի ավելացմամբ, մարտկոցի իրական լիցքավորման և լիցքաթափման հզորությունը աստիճանաբար նվազում է, բայց փոփոխության միջակայքը համեմատաբար փոքր է: Մարտկոցի իրական լիցքավորման և լիցքաթափման հզորությունը աստիճանաբար նվազում է հզորության ավելացման հետ, և որքան մեծ է բազմապատկիչը, այնքան ավելի արագ է նվազում հզորությունը: 1 ժամ արագությամբ լիցքաթափման հզորությունը ցածր է մշտական ​​հոսքի ռեժիմից: Միևնույն ժամանակ, երբ լիցքավորման-լիցքաթափման արագությունը ցածր է 5 ժամ արագությունից, մարտկոցի հզորությունն ավելի բարձր է մշտական ​​հոսանքի պայմաններում, մինչդեռ մարտկոցի հզորությունը ավելի բարձր է, քան 5 ժամ արագությունը՝ ավելի բարձր մշտական ​​ընթացիկ վիճակում:

Նկար 7-ից (բ) ցույց է տալիս հզորություն-լարման կորը, ցածր հարաբերակցության, լիթիումի երկաթի ֆոսֆատ մարտկոցի երկու ռեժիմի հզորություն-լարման կորը, և լիցքավորման և լիցքաթափման լարման հարթակի փոփոխությունը մեծ չէ, բայց բարձր հարաբերակցության պայմաններում, հաստատուն հոսանք-հաստատուն լարման ռեժիմը հաստատուն լարման ժամանակ զգալիորեն ավելի երկար է, և լիցքավորման լարման հարթակը զգալիորեն ավելացել է, լիցքաթափման լարման հարթակը զգալիորեն նվազել է:

(3) Մշտական ​​դիմադրության արտանետում

Մշտական ​​դիմադրության լիցքաթափման ժամանակ նախ սահմանվում է կայուն դիմադրության R արժեքը՝ U մարտկոցի ելքային լարումը հավաքելու համար: Լիցքաթափման գործընթացում R-ը պետք է լինի հաստատուն, բայց U-ն անընդհատ փոխվում է, ուստի CNC հաստատուն հոսանքի ընթացիկ I արժեքը։ աղբյուրը պետք է մշտապես ճշգրտվի՝ համաձայն I=U/R բանաձևի՝ մշտական ​​դիմադրության լիցքաթափման նպատակին հասնելու համար: Մարտկոցի լարումը լիցքաթափման գործընթացում միշտ նվազում է, իսկ դիմադրությունը նույնն է, ուստի լիցքաթափման I հոսանքը նույնպես նվազող գործընթաց է։

(4) Շարունակական լիցքաթափում, ընդհատվող արտահոսք և իմպուլսային արտանետում

Մարտկոցը լիցքաթափվում է մշտական ​​հոսանքի, մշտական ​​հզորության և մշտական ​​դիմադրության պայմաններում՝ միաժամանակ օգտագործելով ժամանակի ֆունկցիան՝ իրականացնելու շարունակական լիցքաթափման, ընդհատվող լիցքաթափման և զարկերակային լիցքաթափման կառավարումը: Նկար 11-ում ներկայացված են տիպիկ զարկերակային լիցքավորման/լիցքաթափման թեստի ընթացիկ կորերը և լարման կորերը:

Նկար 8 Ընթացիկ կորեր և լարման կորեր տիպիկ զարկերակային լիցքաթափման թեստերի համար

[Տեղեկատվությունը ներառված է արտանետման կորի մեջ]

Լիցքաթափման կորը վերաբերում է լիցքաթափման գործընթացում ժամանակի ընթացքում մարտկոցի լարման, հոսանքի, հզորության և այլ փոփոխությունների կորին: Լիցքավորման և լիցքաթափման կորի մեջ պարունակվող տեղեկատվությունը շատ հարուստ է, ներառյալ հզորությունը, էներգիան, աշխատանքային լարումը և լարման հարթակը, էլեկտրոդի ներուժի և լիցքավորման վիճակի հարաբերությունները և այլն: Լիցքաթափման փորձարկման ընթացքում գրանցված հիմնական տվյալները ժամանակն են: հոսանքի և լարման էվոլյուցիան. Այս հիմնական տվյալներից կարելի է ձեռք բերել բազմաթիվ պարամետրեր: Հետևյալը մանրամասնում է այն պարամետրերը, որոնք կարելի է ստանալ լիցքաթափման կորով.

(1) Լարման

Լիթիումի իոնային մարտկոցի լիցքաթափման թեստում լարման պարամետրերը հիմնականում ներառում են լարման հարթակը, միջին լարումը, միջին լարումը, անջատման լարումը և այլն։ Պլատֆորմի լարումը համապատասխան լարման արժեքն է, երբ լարման փոփոխությունը նվազագույն է, իսկ հզորության փոփոխությունը՝ մեծ։ , որը կարելի է ձեռք բերել dQ / dV գագաթնակետային արժեքից: Միջին լարումը մարտկոցի հզորության կեսի համապատասխան լարման արժեքն է: Պլատֆորմի վրա ավելի ակնհայտ նյութերի համար, ինչպիսիք են լիթիումի երկաթի ֆոսֆատը և լիթիումի տիտանատը, միջին լարումը հարթակի լարումն է: Միջին լարումը լարման-հզորության կորի (այսինքն՝ մարտկոցի լիցքաթափման էներգիայի) արդյունավետ տարածքն է, որը բաժանված է հզորության հաշվարկման բանաձևով՝ u = U (t) * I (t) dt / I (t) dt: Անջատման լարումը վերաբերում է մարտկոցի լիցքաթափման ժամանակ թույլատրելի նվազագույն լարմանը: Եթե ​​լարումը ցածր է լիցքաթափման անջատման լարումից, մարտկոցի երկու ծայրերում էլ լարումն արագորեն կնվազի` առաջացնելով ավելորդ լիցքաթափում: Չափից դուրս լիցքաթափումը կարող է վնասել էլեկտրոդի ակտիվ նյութին, կորցնել ռեակցիայի ունակությունը և կրճատել մարտկոցի կյանքը: Ինչպես նկարագրված է առաջին մասում, մարտկոցի լարումը կապված է կաթոդի նյութի լիցքավորման վիճակի և էլեկտրոդի ներուժի հետ:

(2) Տարողունակություն և հատուկ հզորություն

Մարտկոցի հզորությունը վերաբերում է մարտկոցի կողմից թողարկված էլեկտրաէներգիայի քանակին որոշակի լիցքաթափման համակարգում (որոշակի լիցքաթափման հոսանքի I, լիցքաթափման ջերմաստիճանի T, լիցքաթափման անջատման լարման V-ի տակ), ինչը ցույց է տալիս մարտկոցի կարողությունը էներգիա կուտակելու Ah կամ C-ով: Տարողունակության վրա ազդում են բազմաթիվ տարրեր, ինչպիսիք են լիցքաթափման հոսանքը, լիցքաթափման ջերմաստիճանը և այլն: Տարողունակության չափը որոշվում է դրական և բացասական էլեկտրոդների ակտիվ նյութերի քանակով:

Տեսական հզորություն. ռեակցիայի մեջ ակտիվ նյութի տրված հզորությունը:

Փաստացի հզորություն. որոշակի արտանետման համակարգի ներքո թողարկված փաստացի հզորություն:

Գնահատված հզորությունը. վերաբերում է մարտկոցի կողմից երաշխավորված էներգիայի նվազագույն քանակին նախագծված լիցքաթափման պայմաններում:

Լիցքաթափման թեստում հզորությունը հաշվարկվում է ժամանակի ընթացքում հոսանքի ինտեգրման միջոցով, այսինքն՝ C = I (t) dt, մշտական ​​հոսանքը t մշտական ​​լիցքաթափման մեջ, C = I (t) dt = I t; մշտական ​​դիմադրություն R լիցքաթափում, C = I (t) dt = (1 / R) * U (t) dt (1 / R) * դուրս (u-ն լիցքաթափման միջին լարումն է, t-ը լիցքաթափման ժամանակն է):

Հատուկ հզորություն. Տարբեր մարտկոցները համեմատելու համար ներկայացվում է հատուկ հզորության հայեցակարգը: Հատուկ հզորությունը վերաբերում է միավոր զանգվածի ակտիվ նյութի կամ միավորի ծավալային էլեկտրոդի կողմից տրված հզորությանը, որը կոչվում է զանգվածային հատուկ հզորություն կամ ծավալային հատուկ հզորություն: Հաշվարկի սովորական մեթոդն է՝ հատուկ հզորություն = մարտկոցի առաջին լիցքաթափման հզորություն / (ակտիվ նյութի զանգված * ակտիվ նյութի օգտագործման արագություն)

Մարտկոցի հզորության վրա ազդող գործոններ.

ա. Մարտկոցի լիցքաթափման հոսանքը. որքան մեծ է հոսանքը, ելքային հզորությունը նվազում է.

բ. Մարտկոցի լիցքաթափման ջերմաստիճանը. երբ ջերմաստիճանը նվազում է, ելքային հզորությունը նվազում է.

գ. Մարտկոցի լիցքաթափման անջատման լարումը. էլեկտրոդի նյութի կողմից սահմանված լիցքաթափման ժամանակը և բուն էլեկտրոդի ռեակցիայի սահմանը սովորաբար 3.0 Վ կամ 2.75 Վ է:

դ. Մարտկոցի լիցքավորման և լիցքաթափման ժամանակները. մարտկոցի բազմակի լիցքավորումից և լիցքաթափումից հետո, էլեկտրոդի նյութի խափանման պատճառով, մարտկոցը կկարողանա նվազեցնել մարտկոցի լիցքաթափման հզորությունը:

ե. Մարտկոցի լիցքավորման պայմանները. լիցքավորման արագությունը, ջերմաստիճանը, անջատման լարումը ազդում են մարտկոցի հզորության վրա՝ այդպիսով որոշելով լիցքաթափման հզորությունը:

 Մարտկոցի հզորության որոշման մեթոդ.

Տարբեր արդյունաբերություններ ունեն փորձարկման տարբեր ստանդարտներ՝ ըստ աշխատանքային պայմանների: 3C արտադրանքի համար նախատեսված լիթիում-իոնային մարտկոցների համար, համաձայն GB / T18287-2000 ազգային ստանդարտի՝ բջջային հեռախոսի լիթիում-իոնային մարտկոցների ընդհանուր բնութագրի, մարտկոցի գնահատված հզորության փորձարկման մեթոդը հետևյալն է. ա) լիցքավորում՝ 0.2C5A լիցքավորում; բ) լիցքաթափում` 0.2C5A լիցքաթափում; գ) հինգ ցիկլ, որոնցից մեկը որակավորված է:

Էլեկտրական տրանսպորտային միջոցների արդյունաբերության համար, համաձայն GB / T 31486-2015 ազգային ստանդարտի Էլեկտրական արտադրողականության պահանջների և էլեկտրական մեքենաների համար էլեկտրական մարտկոցի փորձարկման մեթոդների, մարտկոցի գնահատված հզորությունը վերաբերում է սենյակային ջերմաստիճանում մարտկոցի թողարկված հզորությանը (Ah): 1I1 (A) հոսանքի լիցքաթափումով՝ հասնելու ավարտական ​​լարմանը, որում I1-ը 1 ժամ արագությամբ լիցքաթափման հոսանք է, որի արժեքը հավասար է C1 (A-ի): Փորձարկման մեթոդը հետևյալն է.

Ա) սենյակային ջերմաստիճանում մշտական ​​հոսանքի լիցքավորումով լիցքավորելիս դադարեցրեք հաստատուն լարումը ձեռնարկության կողմից նշված լիցքավորման ավարտի լարման վրա, և դադարեցրեք լիցքավորումը, երբ լիցքավորման դադարեցման հոսանքն իջնի մինչև 0.05I1 (A), և լիցքավորումը պահեք 1 ժամ հետո։ լիցքավորում.

Բբ) սենյակային ջերմաստիճանում մարտկոցը լիցքաթափվում է 1I1 (A) հոսանքով, մինչև լիցքաթափումը հասնի ձեռնարկության տեխնիկական պայմաններով սահմանված լիցքաթափման ավարտի լարմանը.

Գ) չափված լիցքաթափման հզորությունը (չափված Ah-ով), հաշվարկել լիցքաթափման հատուկ էներգիան (չափված Wh/kg-ով).

3 դ) Կրկնել քայլերը ա) -) գ) 5 անգամ: Երբ 3 անընդմեջ թեստերի ծայրահեղ տարբերությունը գնահատված հզորության 3%-ից պակաս է, թեստը կարող է նախապես ավարտվել, և վերջին 3 թեստերի արդյունքները կարող են միջինացվել:

(3) Գործող պետություն, SOC

SOC-ը (Լիցքավորման վիճակ) լիցքավորման վիճակ է, որը ներկայացնում է մարտկոցի մնացած հզորության հարաբերակցությունը նրա լրիվ լիցքավորման վիճակին որոշակի ժամանակահատվածից կամ երկար ժամանակ անց որոշակի լիցքաթափման արագությամբ: «Բաց շղթայի լարում + ժամային ինտեգրում» մեթոդը օգտագործում է բաց շղթայի լարման մեթոդը՝ մարտկոցի սկզբնական վիճակի լիցքավորման հզորությունը գնահատելու համար, այնուհետև օգտագործում է ժամային ինտեգրման մեթոդը՝ ստանալու համար սպառված էներգիան: - ժամանակի ինտեգրման մեթոդ. Սպառված հզորությունը լիցքաթափման հոսանքի և լիցքաթափման ժամանակի արտադրյալն է, իսկ մնացած հզորությունը հավասար է սկզբնական հզորության և սպառված հզորության տարբերությանը: SOC-ի մաթեմատիկական գնահատականը բաց շղթայի լարման և մեկ ժամ ինտեգրալի միջև հետևյալն է.

Որտեղ CN-ը գնահատված հզորությունն է. η-ն լիցքաթափման արդյունավետությունն է. T-ը մարտկոցի օգտագործման ջերմաստիճանն է. Ես մարտկոցի հոսանքն է; t-ը մարտկոցի լիցքաթափման ժամանակն է:

DOD (Depth of discharge) արտանետման խորությունն է, լիցքաթափման աստիճանի չափում, որը լիցքաթափման հզորության տոկոսն է լիցքաթափման ընդհանուր հզորության նկատմամբ: Լիցքաթափման խորությունը մեծ կապ ունի մարտկոցի ծառայության հետ. որքան խորն է լիցքաթափման խորությունը, այնքան ավելի կարճ է կյանքը: Հարաբերությունը հաշվարկվում է SOC = 100% -DOD-ի համար

4) Էներգիա և հատուկ էներգիա

Էլեկտրական էներգիան, որը մարտկոցը կարող է արտադրել՝ որոշակի պայմաններում արտաքին աշխատանք կատարելով, կոչվում է մարտկոցի էներգիա, իսկ միավորը սովորաբար արտահայտվում է wh-ով: Լիցքաթափման կորի մեջ էներգիան հաշվարկվում է հետևյալ կերպ՝ W = U (t) * I (t) dt. Մշտական ​​հոսանքի լիցքաթափման ժամանակ W = I * U (t) dt = It * u (u-ն լիցքաթափման միջին լարումն է, t-ը լիցքաթափման ժամանակն է)

ա. Տեսական էներգիա

Մարտկոցի լիցքաթափման գործընթացը գտնվում է հավասարակշռության վիճակում, իսկ լիցքաթափման լարումը պահպանում է էլեկտրաշարժիչ ուժի արժեքը (E), իսկ ակտիվ նյութի օգտագործման արագությունը 100% է: Այս պայմաններում մարտկոցի ելքային էներգիան տեսական էներգիան է, այսինքն՝ շրջելի մարտկոցի կողմից մշտական ​​ջերմաստիճանի և ճնշման տակ կատարվող առավելագույն աշխատանքը։

բ. Փաստացի էներգիա

Մարտկոցի լիցքաթափման փաստացի ելքային էներգիան կոչվում է իրական էներգիա, էլեկտրական մեքենաների արդյունաբերության կանոնակարգերը («GB / T 31486-2015 Էլեկտրական մարտկոցի էլեկտրական կատարողականության պահանջները և փորձարկման մեթոդները էլեկտրական մեքենաների համար»), մարտկոցը սենյակային ջերմաստիճանում 1I1 (A) ) հոսանքի լիցքաթափում, հասնելու այն էներգիային (Վտժ), որը թողարկվում է ավարտական ​​լարման միջոցով, որը կոչվում է անվանական էներգիա։

գ. հատուկ էներգիա

Մարտկոցի կողմից տրվող էներգիան միավոր զանգվածի և մեկ միավորի ծավալի համար կոչվում է զանգվածային հատուկ էներգիա կամ ծավալային հատուկ էներգիա, որը նաև կոչվում է էներգիայի խտություն: wh / kg կամ wh / լ միավորներով:

[Լիցքաթափման կորի հիմնական ձևը]

Լիցքաթափման կորի ամենահիմնական ձևը լարման ժամանակ և ընթացիկ ժամանակի կորն է: Ժամանակի առանցքի հաշվարկի փոխակերպման միջոցով ընդհանուր լիցքաթափման կորը ունի նաև լարում-հզորություն (հատուկ հզորություն) կորը, լարում-էներգիա (հատուկ էներգիա) կորը, լարում-SOC կորը և այլն։

(1) Լարման-ժամանակ և ընթացիկ ժամանակի կորը

Նկար 9 Լարման-ժամանակ և ընթացիկ-ժամանակ կորեր

(2) Լարման-հզորության կորը

Նկար 10 Լարման-հզորության կորը

(3) Լարման-էներգիայի կորը

Նկար Նկար 11. Լարման-էներգիայի կորը

[տեղեկատու փաստաթղթեր]

• Վանգ Չաոն և այլն: Էլեկտրաքիմիական էներգիայի պահպանման սարքերում հաստատուն հոսանքի և հաստատուն հզորության լիցքավորման և լիցքաթափման բնութագրերի համեմատությունը [J]: Էներգիայի պահպանման գիտություն և տեխնոլոգիա.2017(06)：1313-1320.
• Eom KS, Joshi T, Bordes A, և այլք: Li-ion լիաբջջային մարտկոցի ձևավորում՝ օգտագործելով նանո սիլիցիում և նանո բազմաշերտ գրաֆենի կոմպոզիտային անոդ[J]
• Guo Jipeng, et al. Լիթիումի երկաթի ֆոսֆատ մարտկոցների հաստատուն հոսանքի և հաստատուն հզորության փորձարկման բնութագրերի համեմատություն [J].պահեստային մարտկոց.2017(03):109-115
• Marinaro M, Yoon D, Gabrielli G, et al. Բարձր կատարողականություն 1.2 Ah Si- խառնուրդ/գրաֆիտ|LiNi0.5Mn0.3Co0.2O2 նախատիպ Li-Ion մարտկոց[J].Journal of Power Sources.2017，357(Հավելված C):188-197.