ლითიუმ-იონური ბატარეის განმუხტვის მრუდის ანალიზის ყოვლისმომცველი გზამკვლევი

ყველაზე ხშირად გამოყენებული ლითიუმ-იონური ბატარეის შესრულების ტესტი - გამონადენის მრუდის ანალიზის სტრატეგია

როდესაც ლითიუმ-იონური ბატარეა იხსნება, მისი სამუშაო ძაბვა ყოველთვის იცვლება დროის გაგრძელებით. ბატარეის სამუშაო ძაბვა გამოიყენება როგორც ორდინატი, განმუხტვის დრო ან სიმძლავრე, ან დამუხტვის მდგომარეობა (SOC), ან გამონადენის სიღრმე (DOD), როგორც აბსციზა, ხოლო შედგენილ მრუდს ეწოდება გამონადენის მრუდი. ბატარეის გამონადენის დამახასიათებელი მრუდის გასაგებად, ჯერ უნდა გავიგოთ ბატარეის ძაბვა პრინციპში.

[ბატარეის ძაბვა]

იმისთვის, რომ ელექტროდის რეაქცია ჩამოყალიბდეს, ბატარეა უნდა აკმაყოფილებდეს შემდეგ პირობებს: ქიმიურ რეაქციაში ელექტრონის დაკარგვის პროცესი (ანუ ჟანგვის პროცესი) და ელექტრონის მიღების პროცესი (ანუ შემცირების რეაქციის პროცესი) უნდა გაიყოს ორ განსხვავებულ უბანში. რომელიც განსხვავდება ზოგადი რედოქსული რეაქციისგან; ორი ელექტროდის აქტიური ნივთიერების რედოქსის რეაქცია უნდა გადაიცეს გარე წრედით, რომელიც განსხვავდება ლითონის კოროზიის პროცესში მიკრობატარეის რეაქციისგან. ბატარეის ძაბვა არის პოტენციური განსხვავება დადებით ელექტროდსა და უარყოფით ელექტროდს შორის. სპეციფიკურ ძირითად პარამეტრებში შედის ღია წრედის ძაბვა, სამუშაო ძაბვა, დამუხტვის და გამონადენის გამორთვის ძაბვა და ა.შ.

[ლითიუმ-იონური ბატარეის მასალის ელექტროდის პოტენციალი]

ელექტროდის პოტენციალი გულისხმობს მყარი მასალის ჩაძირვას ელექტროლიტის ხსნარში, რაც აჩვენებს ელექტრულ ეფექტს, ანუ პოტენციურ განსხვავებას ლითონის ზედაპირსა და ხსნარს შორის. ამ პოტენციურ განსხვავებას ეწოდება ლითონის პოტენციალი ხსნარში ან ელექტროდის პოტენციალი. მოკლედ, ელექტროდის პოტენციალი არის იონის ან ატომის ტენდენცია ელექტრონის შეძენისკენ.

ამრიგად, გარკვეული დადებითი ელექტროდის ან უარყოფითი ელექტროდის მასალისთვის, როდესაც მოთავსებულია ელექტროლიტში ლითიუმის მარილით, მისი ელექტროდის პოტენციალი გამოიხატება როგორც:

სადაც φ c არის ამ ნივთიერების ელექტროდის პოტენციალი. წყალბადის ელექტროდის სტანდარტული პოტენციალი დაყენებული იყო 0.0 ვ.

[ბატარეის ღია წრის ძაბვა]

ბატარეის ელექტრომამოძრავებელი ძალა არის თეორიული მნიშვნელობა, რომელიც გამოითვლება ბატარეის რეაქციის მიხედვით თერმოდინამიკური მეთოდით, ანუ განსხვავება ბატარეის წონასწორობის ელექტროდის პოტენციალსა და დადებით და უარყოფით ელექტროდებს შორის მიკროსქემის წყვეტისას არის მაქსიმალური მნიშვნელობა. რომ ბატარეას შეუძლია ძაბვის მიცემა. სინამდვილეში, დადებითი და უარყოფითი ელექტროდები აუცილებლად არ არიან ელექტროლიტში თერმოდინამიკური წონასწორობის მდგომარეობაში, ანუ ელექტროლიტის ხსნარში ბატარეის დადებითი და უარყოფითი ელექტროდების მიერ დადგენილი ელექტროდის პოტენციალი ჩვეულებრივ არ არის წონასწორობის ელექტროდის პოტენციალი. ბატარეის ღია წრეში ძაბვა ზოგადად უფრო მცირეა, ვიდრე მისი ელექტრომოძრავი ძალა. ელექტროდის რეაქციისთვის:

რეაქტიული კომპონენტის არასტანდარტული მდგომარეობისა და აქტიური კომპონენტის აქტივობის (ან კონცენტრაციის) გათვალისწინებით დროთა განმავლობაში, უჯრედის ფაქტობრივი ღია წრის ძაბვა იცვლება ენერგიის განტოლებით:

სადაც R არის აირის მუდმივი, T არის რეაქციის ტემპერატურა და a არის კომპონენტის აქტივობა ან კონცენტრაცია. ბატარეის ღია წრედის ძაბვა დამოკიდებულია დადებითი და უარყოფითი ელექტროდის მასალის თვისებებზე, ელექტროლიტსა და ტემპერატურულ პირობებზე და დამოუკიდებელია ბატარეის გეომეტრიისა და ზომისგან. ლითიუმის იონური ელექტროდის მასალის მომზადება ბოძში და ლითიუმის ლითონის ფურცელი აწყობილი ღილაკის ნახევარ ბატარეაში, შეუძლია ელექტროდის მასალის გაზომვა ღია ძაბვის სხვადასხვა SOC მდგომარეობაში, ღია ძაბვის მრუდი არის ელექტროდის მასალის დამუხტვის მდგომარეობის რეაქცია, ბატარეის შენახვის ღია ძაბვის ვარდნა, მაგრამ არც თუ ისე დიდი, თუ ღია ძაბვის ვარდნა ძალიან სწრაფად ან ამპლიტუდა არანორმალური მოვლენაა. ბიპოლარული აქტიური ნივთიერებების ზედაპირული მდგომარეობის ცვლილება და ბატარეის თვითგამორთვა არის საცავში ღია მიკროსქემის ძაბვის შემცირების ძირითადი მიზეზები, მათ შორის დადებითი და უარყოფითი ელექტროდის მასალის ცხრილის ნიღბის ფენის შეცვლა; ელექტროდის თერმოდინამიკური არასტაბილურობით გამოწვეული პოტენციური ცვლილება, ლითონის უცხო მინარევების დაშლა და დალექვა და მიკრო მოკლე ჩართვა, რომელიც გამოწვეულია დადებით და უარყოფით ელექტროდებს შორის დიაფრაგმით. როდესაც ლითიუმ-იონური ბატარეა დაბერებულია, K მნიშვნელობის ცვლილება (ძაბვის ვარდნა) არის SEI ფილმის წარმოქმნა და სტაბილურობის პროცესი ელექტროდის მასალის ზედაპირზე. თუ ძაბვის ვარდნა ძალიან დიდია, შიგნით არის მიკრო მოკლე ჩართვა და ბატარეა ითვლება არაკვალიფიცირებულად.

[ბატარეის პოლარიზაცია]

როდესაც დენი გადის ელექტროდში, ფენომენს, რომ ელექტროდი გადახრის წონასწორობის ელექტროდის პოტენციალს, ეწოდება პოლარიზაცია, ხოლო პოლარიზაცია წარმოქმნის ზედმეტ პოტენციალს. პოლარიზაციის მიზეზების მიხედვით, პოლარიზაცია შეიძლება დაიყოს ომურ პოლარიზაციად, კონცენტრაციის პოლარიზაციად და ელექტროქიმიურ პოლარიზაციად. ნახ. 2 არის ბატარეის ტიპიური გამონადენის მრუდი და სხვადასხვა პოლარიზაციის გავლენა ძაბვაზე.

 სურათი 1. ტიპიური გამონადენის მრუდი და პოლარიზაცია

(1) ომური პოლარიზაცია: გამოწვეულია ბატარეის თითოეული ნაწილის წინააღმდეგობით, წნევის ვარდნის მნიშვნელობა მიჰყვება ომ კანონს, დენი მცირდება, პოლარიზაცია დაუყოვნებლივ მცირდება და დენი ქრება მისი გაჩერებისთანავე.

(2) ელექტროქიმიური პოლარიზაცია: პოლარიზაცია გამოწვეულია ელექტროდის ზედაპირზე ნელი ელექტროქიმიური რეაქციით. ის მნიშვნელოვნად შემცირდა მიკროწამების დონეზე, რადგან დენი მცირდება.

(3) კონცენტრაციის პოლარიზაცია: ხსნარში იონის დიფუზიის პროცესის შეფერხების გამო, ელექტროდის ზედაპირსა და ხსნარის სხეულს შორის კონცენტრაციის სხვაობა პოლარიზებულია გარკვეული დენის ქვეშ. ეს პოლარიზაცია მცირდება ან ქრება, როდესაც ელექტრული დენი მცირდება მაკროსკოპულ წამებში (რამდენიმე წამიდან ათეულ წამამდე).

ბატარეის შიდა წინააღმდეგობა იზრდება ბატარეის გამონადენის მატებასთან ერთად, რაც ძირითადად იმიტომ ხდება, რომ დიდი გამონადენი დენი ზრდის ბატარეის პოლარიზაციის ტენდენციას და რაც უფრო დიდია გამონადენის დენი, მით უფრო აშკარაა პოლარიზაციის ტენდენცია, როგორც ნაჩვენებია. ნახაზზე 2. Ohm-ის კანონის მიხედვით: V=E0-IRT, შიდა საერთო წინააღმდეგობის RT მატებასთან ერთად, ბატარეის ძაბვისათვის საჭირო დრო გამონადენის გამორთვის ძაბვამდე მცირდება, შესაბამისად, მცირდება გამოშვების სიმძლავრეც. შემცირდა.

სურათი 2. დენის სიმკვრივის ეფექტი პოლარიზაციაზე

ლითიუმის იონური ბატარეა არსებითად არის ლითიუმის იონის კონცენტრაციის ბატარეა. ლითიუმის იონური ბატარეის დამუხტვისა და განმუხტვის პროცესი არის ლითიუმის იონების დადებით და უარყოფით ელექტროდებში ჩანერგვის და ამოღების პროცესი. ლითიუმ-იონური ბატარეების პოლარიზაციაზე მოქმედი ფაქტორები მოიცავს:

(1) ელექტროლიტის გავლენა: ელექტროლიტის დაბალი გამტარობა არის ლითიუმის იონური ბატარეების პოლარიზაციის მთავარი მიზეზი. ზოგადი ტემპერატურის დიაპაზონში, ლითიუმ-იონური ბატარეებისთვის გამოყენებული ელექტროლიტის გამტარობა ჩვეულებრივ არის მხოლოდ 0.01-0.1S/cm, რაც წყალხსნარის ერთი პროცენტია. ამიტომ, როდესაც ლითიუმ-იონური ბატარეები იხსნება მაღალი დენით, ძალიან გვიანია ელექტროლიტიდან Li +-ის დამატება და მოხდება პოლარიზაციის ფენომენი. ელექტროლიტის გამტარობის გაუმჯობესება არის მთავარი ფაქტორი ლითიუმ-იონური ბატარეების მაღალი დენის გამონადენის გასაუმჯობესებლად.

(2) დადებითი და უარყოფითი მასალების გავლენა: დადებითი და უარყოფითი მასალის უფრო გრძელი არხი, დიდი ლითიუმის იონის ნაწილაკების დიფუზია ზედაპირზე, რაც არ უწყობს ხელს დიდი სიჩქარის გამონადენს.

(3) გამტარი აგენტი: გამტარ აგენტის შემცველობა არის მნიშვნელოვანი ფაქტორი, რომელიც გავლენას ახდენს მაღალი თანაფარდობის გამონადენის შესრულებაზე. თუ გამტარი აგენტის შემცველობა კათოდის ფორმულაში არასაკმარისია, ელექტრონები ვერ გადაიცემა დროში, როდესაც დიდი დენი გამორთულია, და პოლარიზაციის შიდა წინააღმდეგობა სწრაფად იზრდება, ასე რომ ბატარეის ძაბვა სწრაფად მცირდება გამონადენის გამორთვის ძაბვამდე. .

(4) ბოძის დიზაინის გავლენა: ბოძის სისქე: დიდი დენის გამონადენის შემთხვევაში, აქტიური ნივთიერებების რეაქციის სიჩქარე ძალიან სწრაფია, რაც მოითხოვს ლითიუმის იონის სწრაფად ჩასმას და მასალში განცალკევებას. თუ ბოძის ფირფიტა სქელია და ლითიუმის იონის დიფუზიის გზა იზრდება, ბოძის სისქის მიმართულება წარმოქმნის ლითიუმის იონის კონცენტრაციის დიდ გრადიენტს.

დატკეპნის სიმკვრივე: ბოძის ფურცლის დატკეპნის სიმკვრივე უფრო დიდია, ფორები უფრო პატარა ხდება და ლითიუმის იონის მოძრაობის გზა ბოძის ფურცლის სისქის მიმართულებით უფრო გრძელია. გარდა ამისა, თუ დატკეპნის სიმკვრივე ძალიან დიდია, მასალასა და ელექტროლიტს შორის კონტაქტის არე მცირდება, ელექტროდის რეაქციის ადგილი მცირდება და ასევე გაიზრდება ბატარეის შიდა წინააღმდეგობა.

(5) SEI მემბრანის გავლენა: SEI მემბრანის წარმოქმნა ზრდის ელექტროდის/ელექტროლიტის ინტერფეისის წინააღმდეგობას, რაც იწვევს ძაბვის ჰისტერეზის ან პოლარიზაციას.

[ბატარეის ოპერაციული ძაბვა]

ოპერაციული ძაბვა, რომელიც ასევე ცნობილია როგორც ბოლო ძაბვა, ეხება პოტენციურ განსხვავებას ბატარეის დადებით და უარყოფით ელექტროდებს შორის, როდესაც დენი მიედინება წრეში სამუშაო მდგომარეობაში. ბატარეის გამონადენის მუშა მდგომარეობაში, როდესაც დენი მიედინება ბატარეაში, უნდა დაიძლიოს შიდა წინაღობით გამოწვეული წინააღმდეგობა, რაც გამოიწვევს ომური წნევის ვარდნას და ელექტროდის პოლარიზაციას, ამიტომ სამუშაო ძაბვა ყოველთვის დაბალია, ვიდრე ღია მიკროსქემის ძაბვა. ხოლო დატენვისას ბოლო ძაბვა ყოველთვის უფრო მაღალია, ვიდრე ღია წრედის ძაბვა. ანუ, პოლარიზაციის შედეგად, ბატარეის გამონადენის ბოლო ძაბვა უფრო დაბალია, ვიდრე ბატარეის ელექტრომოძრავი პოტენციალი, რაც უფრო მაღალია, ვიდრე დამუხტული ბატარეის ელექტრომოძრავი პოტენციალი.

პოლარიზაციის ფენომენის არსებობის გამო, მყისიერი ძაბვა და ფაქტობრივი ძაბვა დამუხტვისა და განმუხტვის პროცესში. დატენვისას მყისიერი ძაბვა ოდნავ აღემატება რეალურ ძაბვას, პოლარიზაცია ქრება და ძაბვა ეცემა, როდესაც მყისიერი ძაბვა და ფაქტობრივი ძაბვა მცირდება გამონადენის შემდეგ.

ზემოაღნიშნული აღწერილობის შესაჯამებლად, გამოთქმა არის:

E +, E- წარმოადგენენ დადებითი და უარყოფითი ელექტროდების პოტენციალებს, შესაბამისად, E + 0 და E--0 წარმოადგენს პოზიტიური და უარყოფითი ელექტროდების წონასწორობის ელექტროდების პოტენციალს, შესაბამისად, VR წარმოადგენს ომურ პოლარიზაციის ძაბვას და η + , η - - წარმოადგენენ შესაბამისად დადებითი და უარყოფითი ელექტროდების ზედმეტ პოტენციალს.

[გამონადენის ტესტის ძირითადი პრინციპი]

ბატარეის ძაბვის ძირითადი გაგების შემდეგ, დავიწყეთ ლითიუმ-იონური ბატარეების განმუხტვის მრუდის ანალიზი. გამონადენის მრუდი ძირითადად ასახავს ელექტროდის მდგომარეობას, რაც არის დადებითი და უარყოფითი ელექტროდების მდგომარეობის ცვლილებების სუპერპოზიცია.

ლითიუმ-იონური ბატარეების ძაბვის მრუდი განმუხტვის პროცესში შეიძლება დაიყოს სამ ეტაპად

1) ბატარეის საწყის ეტაპზე ძაბვა სწრაფად ეცემა და რაც უფრო დიდია გამონადენის სიჩქარე, მით უფრო სწრაფად ეცემა ძაბვა;

2) ბატარეის ძაბვა გადადის ნელი ცვლილების სტადიაში, რომელსაც ეწოდება ბატარეის პლატფორმის არეალი. რაც უფრო მცირეა გამონადენის მაჩვენებელი,

რაც უფრო გრძელია პლატფორმის ფართობის ხანგრძლივობა, რაც უფრო მაღალია პლატფორმის ძაბვა, მით უფრო ნელია ძაბვის ვარდნა.

3) როდესაც ბატარეის სიმძლავრე თითქმის დასრულებულია, ბატარეის დატვირთვის ძაბვა იწყებს მკვეთრად ვარდნას, სანამ არ მიაღწევს გამონადენის გაჩერების ძაბვას.

ტესტირების დროს მონაცემების შეგროვების ორი გზა არსებობს

(1) შეაგროვეთ დენის, ძაბვის და დროის მონაცემები მითითებული დროის ინტერვალის Δ t;

(2) შეაგროვეთ დენის, ძაბვისა და დროის მონაცემები მითითებული ძაბვის ცვლილების განსხვავების მიხედვით Δ V. დამტენი და განმუხტვის მოწყობილობების სიზუსტე ძირითადად მოიცავს დენის სიზუსტეს, ძაბვის სიზუსტეს და დროის სიზუსტეს. ცხრილი 2 გვიჩვენებს გარკვეული დამტენი და განმუხტვის აპარატის აღჭურვილობის პარამეტრებს, სადაც% FS წარმოადგენს სრული დიაპაზონის პროცენტს, ხოლო 0.05% RD ეხება გაზომილ შეცდომას კითხვის 0.05% დიაპაზონში. დატენვისა და გამონადენის მოწყობილობა ჩვეულებრივ იყენებს CNC მუდმივ დენის წყაროს დატვირთვის წინააღმდეგობის ნაცვლად, ისე, რომ ბატარეის გამომავალი ძაბვა არ არის საერთო წრეში სერიულ წინააღმდეგობასთან ან პარაზიტულ წინააღმდეგობასთან, არამედ დაკავშირებულია მხოლოდ ძაბვასთან E და შიდა წინააღმდეგობასთან. r და ბატარეის ექვივალენტური იდეალური ძაბვის წყაროს წრედის დენი. თუ წინააღმდეგობა გამოიყენება დატვირთვისთვის, დააყენეთ ბატარეის იდეალური ძაბვის წყაროს ეკვივალენტური ძაბვა E, შიდა წინაღობა არის r და დატვირთვის წინააღმდეგობა არის R. გაზომეთ ძაბვა დატვირთვის წინააღმდეგობის ორივე ბოლოში ძაბვით. მეტრი, როგორც ნაჩვენებია ზემოთ ნახაზზე 6-ზე. თუმცა, პრაქტიკაში წრეში არის ტყვიის წინააღმდეგობა და სამაგრის კონტაქტის წინააღმდეგობა (ერთგვაროვანი პარაზიტული წინააღმდეგობა). ეკვივალენტური მიკროსქემის დიაგრამა ნაჩვენებია ნახ. 3 ნაჩვენებია ნახ. 3. პრაქტიკაში, პარაზიტული წინააღმდეგობა გარდაუვლად შემოდის, ისე, რომ მთლიანი დატვირთვის წინააღმდეგობა ხდება დიდი, მაგრამ გაზომილი ძაბვა არის ძაბვა დატვირთვის წინააღმდეგობის R ორივე ბოლოში, ასე რომ შეცდომა შეყვანილია.

 ნახ. 3 პრინციპული ბლოკ-სქემა და წინააღმდეგობის გამონადენის მეთოდის ფაქტობრივი ეკვივალენტური მიკროსქემის დიაგრამა

როდესაც მუდმივი დენის წყარო დენით I1 გამოიყენება დატვირთვად, სქემატური დიაგრამა და ფაქტობრივი ეკვივალენტური მიკროსქემის დიაგრამა ნაჩვენებია სურათზე 7. E, I1 არის მუდმივი მნიშვნელობები და r არის მუდმივი გარკვეული დროის განმავლობაში.

ზემოაღნიშნული ფორმულიდან ვხედავთ, რომ A და B ორი ძაბვა მუდმივია, ანუ ბატარეის გამომავალი ძაბვა არ არის დაკავშირებული მარყუჟში სერიის წინააღმდეგობის ზომასთან და რა თქმა უნდა, მას არაფერი აქვს საერთო. პარაზიტების წინააღმდეგობით. გარდა ამისა, ოთხი ტერმინალის გაზომვის რეჟიმს შეუძლია მიაღწიოს ბატარეის გამომავალი ძაბვის უფრო ზუსტ გაზომვას.

სურათი 4 ეკვივალენტური ბლოკის დიაგრამა და მუდმივი დენის წყაროს დატვირთვის ფაქტობრივი ეკვივალენტური მიკროსქემის დიაგრამა

ერთდროული წყარო არის ელექტრომომარაგების მოწყობილობა, რომელსაც შეუძლია უზრუნველყოს მუდმივი დენი დატვირთვისთვის. მას შეუძლია შეინარჩუნოს გამომავალი დენი მუდმივი, როდესაც გარე ელექტრომომარაგება იცვლება და წინაღობის მახასიათებლები იცვლება.

[გამონადენის ტესტის რეჟიმი]

დამუხტვისა და გამონადენის სატესტო მოწყობილობა ჩვეულებრივ იყენებს ნახევარგამტარულ მოწყობილობას, როგორც ნაკადის ელემენტს. ნახევარგამტარული მოწყობილობის საკონტროლო სიგნალის რეგულირებით, მას შეუძლია სხვადასხვა მახასიათებლების დატვირთვის სიმულაცია, როგორიცაა მუდმივი დენი, მუდმივი წნევა და მუდმივი წინააღმდეგობა და ა.შ. ლითიუმ-იონური ბატარეის გამორთვის ტესტის რეჟიმი ძირითადად მოიცავს მუდმივი დენის გამონადენს, მუდმივ წინააღმდეგობის გამონადენს, მუდმივ დენის გამონადენს და ა.შ. ინტერვალური გამონადენი შეიძლება დაიყოს წყვეტილ გამონადენად და პულსურ გამონადენად. განმუხტვის ტესტის დროს ბატარეა იხსნება მითითებული რეჟიმის მიხედვით და წყვეტს განმუხტვას დაყენებული პირობების მიღწევის შემდეგ. გამონადენის გამორთვის პირობები მოიცავს ძაბვის გათიშვის დაყენებას, დროის გათიშვის დაყენებას, სიმძლავრის გათიშვის დაყენებას, უარყოფითი ძაბვის გრადიენტის გამორთვის დაყენებას და ა.შ. ბატარეის გამორთვის ძაბვის ცვლილება დაკავშირებულია გამონადენის სისტემასთან არის, გამონადენის მრუდის ცვლილებაზე ასევე მოქმედებს გამონადენი სისტემა, მათ შორის: გამონადენის დენი, გამონადენის ტემპერატურა, გამონადენის შეწყვეტის ძაბვა; წყვეტილი ან უწყვეტი გამონადენი. რაც უფრო დიდია გამონადენის დენი, მით უფრო სწრაფად ეცემა ოპერაციული ძაბვა; გამონადენის ტემპერატურასთან ერთად, გამონადენის მრუდი რბილად იცვლება.

(1) მუდმივი დენის გამონადენი

მუდმივი დენის გამონადენის დროს, დენის მნიშვნელობა დაყენებულია და შემდეგ მიმდინარე მნიშვნელობა მიიღწევა CNC მუდმივი დენის წყაროს რეგულირებით, რათა მოხდეს ბატარეის მუდმივი დენის გამონადენი. ამავდროულად, ბატარეის ბოლო ძაბვის ცვლილება გროვდება ბატარეის გამონადენის მახასიათებლების დასადგენად. მუდმივი დენის გამონადენი არის იგივე გამონადენის დენის გამონადენი, მაგრამ ბატარეის ძაბვა აგრძელებს ვარდნას, ამიტომ სიმძლავრე აგრძელებს ვარდნას. სურათი 5 არის ლითიუმ-იონური ბატარეების მუდმივი დენის გამონადენის ძაბვისა და დენის მრუდი. მუდმივი დენის გამონადენის გამო, დროის ღერძი ადვილად გარდაიქმნება სიმძლავრის (დენისა და დროის პროდუქტის) ღერძზე. სურათი 5 გვიჩვენებს ძაბვის სიმძლავრის მრუდი მუდმივ დენის გამონადენზე. მუდმივი დენის გამონადენი არის ყველაზე ხშირად გამოყენებული გამონადენი მეთოდი ლითიუმ-იონური ბატარეის ტესტებში.

სურათი 5 მუდმივი დენის მუდმივი ძაბვის დამუხტვა და მუდმივი დენის გამონადენის მრუდები სხვადასხვა მულტიპლიკატორის სიჩქარეზე

(2) მუდმივი დენის გამონადენი

მუდმივი სიმძლავრის განმუხტვისას, ჯერ დაყენებულია მუდმივი სიმძლავრის მნიშვნელობა P და გროვდება ბატარეის გამომავალი ძაბვა. გამონადენის პროცესში, P უნდა იყოს მუდმივი, მაგრამ U მუდმივად იცვლება, ამიტომ აუცილებელია CNC მუდმივი დენის წყაროს დენის I მუდმივად რეგულირება I = P/U ფორმულის მიხედვით, რათა მივაღწიოთ მუდმივი დენის გამონადენის მიზნებს. . შეინახეთ გამონადენის სიმძლავრე უცვლელი, რადგან ბატარეის ძაბვა აგრძელებს ვარდნას განმუხტვის პროცესში, ამიტომ დენი მუდმივი დენის გამონადენში აგრძელებს მატებას. მუდმივი სიმძლავრის გამონადენის გამო დროის კოორდინატთა ღერძი ადვილად გარდაიქმნება ენერგიად (ძალისა და დროის ნამრავლი) კოორდინატულ ღერძად.

სურათი 6 მუდმივი სიმძლავრის დატენვისა და განმუხტვის მრუდები სხვადასხვა გაორმაგების სიჩქარით

მუდმივი დენის გამონადენსა და მუდმივ დენის გამონადენს შორის შედარება

სურათი 7: (ა) დამუხტვის და განმუხტვის სიმძლავრის დიაგრამა სხვადასხვა თანაფარდობით; (ბ) დამუხტვისა და განმუხტვის მრუდი

 სურათი 7 გვიჩვენებს სხვადასხვა თანაფარდობის დატენვის და გამონადენის ტესტების შედეგებს ორ რეჟიმში ლითიუმის რკინის ფოსფატის ბატარეა. სიმძლავრის მრუდის მიხედვით ნახ. 7 (ა), მუდმივი დენის რეჟიმში დატენვისა და გამონადენის დენის მატებასთან ერთად, ბატარეის რეალური დატენვისა და განმუხტვის სიმძლავრე თანდათან მცირდება, მაგრამ ცვლილების დიაპაზონი შედარებით მცირეა. ბატარეის ფაქტობრივი დატენვის და განმუხტვის სიმძლავრე თანდათან მცირდება სიმძლავრის მატებასთან ერთად და რაც უფრო დიდია მულტიპლიკატორი, მით უფრო სწრაფად იკლებს სიმძლავრე. 1 სთ სიჩქარის გამონადენის მოცულობა დაბალია, ვიდრე მუდმივი ნაკადის რეჟიმი. ამავდროულად, როდესაც დატენვა-დამუხტვის სიჩქარე 5 სთ სიხშირეზე დაბალია, ბატარეის სიმძლავრე უფრო მაღალია მუდმივი დენის პირობებში, ხოლო ბატარეის სიმძლავრე უფრო მაღალია, ვიდრე 5 სთ სიჩქარე უფრო მაღალია მუდმივი დენის პირობებში.

სურათი 7 (ბ) გვიჩვენებს სიმძლავრე-ძაბვის მრუდი, დაბალი თანაფარდობის პირობებში, ლითიუმის რკინის ფოსფატის ბატარეის ორი რეჟიმის სიმძლავრე-ძაბვის მრუდი, და დამუხტვის და გამონადენის ძაბვის პლატფორმის ცვლილება არ არის დიდი, მაგრამ მაღალი თანაფარდობის პირობებში, მუდმივი დენი-მუდმივი ძაბვის რეჟიმი მუდმივი ძაბვის დრო მნიშვნელოვნად გრძელია, და დამუხტვის ძაბვის პლატფორმა მნიშვნელოვნად გაიზარდა, გამონადენის ძაბვის პლატფორმა მნიშვნელოვნად შემცირდა.

(3) მუდმივი წინააღმდეგობის გამონადენი

მუდმივი წინააღმდეგობის გამონადენისას, მუდმივი წინააღმდეგობის მნიშვნელობა R დაყენებულია, რათა შეაგროვოს U ბატარეის გამომავალი ძაბვა. განმუხტვის პროცესში, R უნდა იყოს მუდმივი, მაგრამ U მუდმივად იცვლება, ამიტომ CNC მუდმივი დენის I მნიშვნელობა. წყარო მუდმივად უნდა იყოს მორგებული I=U/R ფორმულის მიხედვით მუდმივი წინააღმდეგობის გამონადენის მიზნის მისაღწევად. ბატარეის ძაბვა ყოველთვის მცირდება გამონადენის პროცესში, წინააღმდეგობა კი იგივეა, ამიტომ გამონადენი I დენიც კლების პროცესია.

(4) უწყვეტი გამონადენი, წყვეტილი გამონადენი და პულსის გამონადენი

ბატარეა იხსნება მუდმივი დენით, მუდმივი სიმძლავრით და მუდმივი წინააღმდეგობით, ხოლო დროის ფუნქციის გამოყენებით ხდება უწყვეტი გამონადენის, წყვეტილი გამონადენის და პულსის გამონადენის კონტროლი. სურათი 11 გვიჩვენებს დენის მრუდები და ძაბვის მრუდები ტიპიური პულსის დამუხტვის / გამონადენის ტესტის დროს.

სურათი 8 დენის მრუდები და ძაბვის მრუდები ტიპიური პულსის მუხტი-გამონადენი ტესტებისთვის

[ინფორმაცია შედის გამონადენის მრუდში]

განმუხტვის მრუდი ეხება ბატარეის ძაბვის, დენის, სიმძლავრის და სხვა ცვლილებების მრუდს დროთა განმავლობაში განმუხტვის პროცესში. მუხტისა და გამონადენის მრუდში შემავალი ინფორმაცია ძალიან მდიდარია, მათ შორის სიმძლავრე, ენერგია, სამუშაო ძაბვა და ძაბვის პლატფორმა, კავშირი ელექტროდის პოტენციალსა და დამუხტვის მდგომარეობას შორის და ა.შ. გამონადენის ტესტის დროს დაფიქსირებული ძირითადი მონაცემები არის დრო. დენის და ძაბვის ევოლუცია. მრავალი პარამეტრის მიღება შესაძლებელია ამ ძირითადი მონაცემებიდან. ქვემოთ მოცემულია პარამეტრები, რომელთა მიღება შესაძლებელია გამონადენის მრუდით.

(1) ძაბვა

ლითიუმ-იონური ბატარეის განმუხტვის ტესტში ძაბვის პარამეტრები ძირითადად მოიცავს ძაბვის პლატფორმას, მედიანურ ძაბვას, საშუალო ძაბვას, გამორთვის ძაბვას და ა.შ. პლატფორმის ძაბვა არის შესაბამისი ძაბვის მნიშვნელობა, როდესაც ძაბვის ცვლილება მინიმალურია და სიმძლავრის ცვლილება დიდია. , რომელიც შეიძლება მივიღოთ dQ/dV პიკური მნიშვნელობიდან. მედიანური ძაბვა არის ბატარეის სიმძლავრის ნახევრის შესაბამისი ძაბვის მნიშვნელობა. პლატფორმაზე უფრო აშკარა მასალებისთვის, როგორიცაა ლითიუმის რკინის ფოსფატი და ლითიუმის ტიტანატი, მედიანური ძაბვა არის პლატფორმის ძაბვა. საშუალო ძაბვა არის ძაბვა-სიმძლავრის მრუდის ეფექტური ფართობი (ანუ ბატარეის განმუხტვის ენერგია) გაყოფილი სიმძლავრის გამოთვლის ფორმულაზე u = U (t) * I (t) dt / I (t) dt. გამორთვის ძაბვა ეხება მინიმალურ დაშვებულ ძაბვას ბატარეის გამორთვისას. თუ ძაბვა უფრო დაბალია, ვიდრე გამონადენის გამორთვის ძაბვა, ძაბვა ბატარეის ორივე ბოლოში სწრაფად დაეცემა და წარმოიქმნება ზედმეტი გამონადენი. გადატვირთვამ შეიძლება გამოიწვიოს ელექტროდის აქტიური ნივთიერების დაზიანება, რეაქციის უნარის დაკარგვა და ბატარეის ხანგრძლივობის შემცირება. როგორც პირველ ნაწილში აღწერილია, ბატარეის ძაბვა დაკავშირებულია კათოდური მასალის დატენვის მდგომარეობასთან და ელექტროდის პოტენციალთან.

(2) სიმძლავრე და სპეციფიკური სიმძლავრე

ბატარეის სიმძლავრე გულისხმობს ბატარეის მიერ გამოთავისუფლებულ ელექტროენერგიის რაოდენობას გარკვეული გამონადენი სისტემის ქვეშ (განმუხტვის გარკვეული დენის ქვეშ I, გამონადენის ტემპერატურა T, გამონადენი გამორთვის ძაბვა V), რაც მიუთითებს ბატარეის უნარზე შეინახოს ენერგია Ah ან C-ში. სიმძლავრეზე გავლენას ახდენს მრავალი ელემენტი, როგორიცაა გამონადენის დენი, გამონადენის ტემპერატურა და ა.შ. სიმძლავრის ზომა განისაზღვრება დადებით და უარყოფით ელექტროდებში აქტიური ნივთიერებების რაოდენობით.

თეორიული ტევადობა: აქტიური ნივთიერების მიერ რეაქციაში მოცემული ტევადობა.

ფაქტობრივი სიმძლავრე: ფაქტობრივი სიმძლავრე გამოთავისუფლებული გარკვეული გამონადენის სისტემის ქვეშ.

რეიტინგული სიმძლავრე: ეხება ბატარეის მიერ გარანტირებულ სიმძლავრის მინიმალურ რაოდენობას დაპროექტებული გამონადენის პირობებში.

გამონადენის ტესტში სიმძლავრე გამოითვლება დენის ინტეგრირებით დროთა განმავლობაში, ანუ C = I (t) dt, მუდმივი დენი t მუდმივ გამონადენში, C = I (t) dt = I t; მუდმივი წინააღმდეგობა R გამონადენი, C = I (t) dt = (1 / R) * U (t) dt (1 / R) * out (u არის გამონადენის საშუალო ძაბვა, t არის გამონადენის დრო).

სპეციფიკური სიმძლავრე: სხვადასხვა ბატარეების შედარების მიზნით, დანერგილია სპეციფიკური სიმძლავრის კონცეფცია. სპეციფიკური სიმძლავრე ეხება ერთეული მასის აქტიური ნივთიერების ან ერთეული მოცულობის ელექტროდის მიერ მინიჭებულ სიმძლავრეს, რომელსაც ეწოდება მასის სპეციფიკური სიმძლავრე ან მოცულობის სპეციფიკური სიმძლავრე. გაანგარიშების ჩვეულებრივი მეთოდია: სპეციფიკური სიმძლავრე = ბატარეის პირველი გამორთვის მოცულობა / (აქტიური ნივთიერების მასა * აქტიური ნივთიერების გამოყენების მაჩვენებელი)

ფაქტორები, რომლებიც გავლენას ახდენენ ბატარეის მოცულობაზე:

ა. ბატარეის გამორთვის დენი: რაც უფრო დიდია დენი, გამომავალი სიმძლავრე მცირდება;

ბ. ბატარეის გამორთვის ტემპერატურა: როდესაც ტემპერატურა იკლებს, გამომავალი სიმძლავრე მცირდება;

გ. ბატარეის გამონადენის გამორთვის ძაბვა: ელექტროდის მასალის მიერ დადგენილი გამონადენის დრო და თავად ელექტროდის რეაქციის ზღვარი, როგორც წესი, არის 3.0 ვ ან 2.75 ვ.

დ. ბატარეის დატენვისა და დატენვის დრო: აკუმულატორის მრავალჯერადი დატენვისა და განმუხტვის შემდეგ, ელექტროდის მასალის გაუმართაობის გამო, ბატარეას შეეძლება შეამციროს ბატარეის განმუხტვის მოცულობა.

ე. ბატარეის დატენვის პირობები: დატენვის სიჩქარე, ტემპერატურა, გამორთვის ძაბვა გავლენას ახდენს ბატარეის სიმძლავრეზე, რითაც განისაზღვრება გამონადენის სიმძლავრე.

 ბატარეის სიმძლავრის განსაზღვრის მეთოდი:

სხვადასხვა ინდუსტრიას აქვს სხვადასხვა ტესტის სტანდარტები სამუშაო პირობების მიხედვით. ლითიუმ-იონური ბატარეებისთვის 3C პროდუქტებისთვის, ეროვნული სტანდარტის მიხედვით GB / T18287-2000 ზოგადი სპეციფიკაცია ლითიუმ-იონური ბატარეებისთვის ფიჭური ტელეფონისთვის, ბატარეის ნომინალური სიმძლავრის ტესტის მეთოდი ასეთია: ა) დატენვა: 0.2C5A დატენვა; ბ) გამონადენი: 0.2C5A გამონადენი; გ) ხუთი ციკლი, რომელთაგან ერთი კვალიფიცირებულია.

ელექტრო სატრანსპორტო საშუალებების ინდუსტრიისთვის, ეროვნული სტანდარტის GB / T 31486-2015 ელექტრული მუშაობის მოთხოვნები და ელექტრო მანქანების ელექტრო ბატარეის ტესტირების მეთოდების მიხედვით, ბატარეის ნომინალური სიმძლავრე ეხება ბატარეის მიერ ოთახის ტემპერატურაზე გამოთავისუფლებულ სიმძლავრეს (Ah). 1I1 (A) დენის გამონადენით, რათა მივაღწიოთ ტერმინალურ ძაბვას, რომელშიც I1 არის 1 საათის სიჩქარის გამონადენის დენი, რომლის ღირებულება უდრის C1 (A). ტესტის მეთოდია:

ა) ოთახის ტემპერატურაზე შეაჩერე მუდმივი ძაბვა მუდმივი დენის დამუხტვით დამუხტვისას საწარმოს მიერ მითითებულ დამუხტვის შეწყვეტის ძაბვაზე და შეაჩერე დამუხტვა, როცა დამუხტვის შეწყვეტის დენი დაეცემა 0.05I1 (A)-მდე და გააჩერე დამუხტვა 1 საათის შემდეგ. დამუხტვა.

ბ.ბ) ოთახის ტემპერატურაზე ბატარეის დაცლა ხდება 1I1 (A) დენით, სანამ გამონადენი არ მიაღწევს საწარმოს ტექნიკურ პირობებში მითითებულ გამონადენის ტერმინალურ ძაბვას;

გ) გაზომილი განმუხტვის სიმძლავრე (გაზომილი Ah-ით), გამოთვალეთ გამონადენის სპეციფიკური ენერგია (იზომება Wh/kg);

3 დ) გაიმეორეთ ნაბიჯები ა) -) გ) 5-ჯერ. როდესაც ზედიზედ 3 ტესტის უკიდურესი განსხვავება რეიტინგული სიმძლავრის 3%-ზე ნაკლებია, ტესტი შეიძლება დასრულდეს წინასწარ და ბოლო 3 ტესტის შედეგები შეიძლება იყოს საშუალოდ.

(3) პასუხისმგებელი სახელმწიფო, SOC

SOC (დამუხტვის მდგომარეობა) არის დამუხტვის მდგომარეობა, რომელიც წარმოადგენს ბატარეის დარჩენილი სიმძლავრის თანაფარდობას მის სრულ დატენვის მდგომარეობასთან გარკვეული პერიოდის ან დიდი ხნის შემდეგ გარკვეული გამონადენის სიჩქარით. მეთოდი "ღია ჩართვა ძაბვა + საათობრივი ინტეგრაცია" მეთოდი იყენებს ღია წრეში ძაბვის მეთოდს ბატარეის საწყისი მდგომარეობის დატენვის სიმძლავრის შესაფასებლად, შემდეგ კი იყენებს საათიანი ინტეგრაციის მეთოდს, რათა მიიღოს ელექტროენერგიის მოხმარება. - დროის ინტეგრაციის მეთოდი. მოხმარებული სიმძლავრე არის გამონადენის დენის და გამონადენი დროის პროდუქტი, ხოლო დარჩენილი სიმძლავრე უდრის განსხვავებას საწყისი სიმძლავრესა და მოხმარებულ სიმძლავრეს შორის. SOC-ის მათემატიკური შეფასება ღია წრედის ძაბვასა და საათობრივ ინტეგრალს შორის არის:

სადაც CN არის ნომინალური სიმძლავრე; η არის დამუხტვის ეფექტურობა; T არის ბატარეის გამოყენების ტემპერატურა; I არის ბატარეის დენი; t არის ბატარეის დატენვის დრო.

DOD (განმუხტვის სიღრმე) არის გამონადენის სიღრმე, განმუხტვის ხარისხის საზომი, რომელიც არის განმუხტვის სიმძლავრის პროცენტი მთლიანი განმუხტვის სიმძლავრის მიმართ. გამონადენის სიღრმე დიდ კავშირშია ბატარეის ხანგრძლივობასთან: რაც უფრო ღრმაა გამონადენის სიღრმე, მით უფრო მოკლეა მისი სიცოცხლე. ურთიერთობა გამოითვლება SOC = 100% -DOD

4) ენერგია და სპეციფიკური ენერგია

ელექტროენერგიას, რომელსაც ბატარეას შეუძლია გამოიტანოს გარე სამუშაოების შესრულებისას გარკვეულ პირობებში, ეწოდება ბატარეის ენერგია და ერთეული ზოგადად გამოიხატება wh-ში. გამონადენის მრუდში ენერგია გამოითვლება შემდეგნაირად: W = U (t) * I (t) dt. მუდმივი დენის გამონადენის დროს, W = I * U (t) dt = ეს * u (u არის გამონადენის საშუალო ძაბვა, t არის გამონადენის დრო)

ა. თეორიული ენერგია

ბატარეის განმუხტვის პროცესი წონასწორულ მდგომარეობაშია და გამონადენის ძაბვა ინარჩუნებს ელექტრომამოძრავებელი ძალის მნიშვნელობას (E), ხოლო აქტიური ნივთიერების ათვისების მაჩვენებელი 100%-ია. ამ პირობით, ბატარეის გამომავალი ენერგია არის თეორიული ენერგია, ანუ შექცევადი ბატარეის მიერ შესრულებული მაქსიმალური სამუშაო მუდმივი ტემპერატურისა და წნევის ქვეშ.

ბ. ფაქტობრივი ენერგია

ბატარეის გამონადენის ფაქტობრივ გამომავალ ენერგიას ეწოდება ფაქტობრივი ენერგია, ელექტრო მანქანების ინდუსტრიის რეგულაციები ("GB / T 31486-2015 ელექტრო ბატარეის ელექტრული მუშაობის მოთხოვნები და ტესტის მეთოდები ელექტრო მანქანებისთვის"), ბატარეა ოთახის ტემპერატურაზე 1I1 (A) ) დენის გამონადენი, რათა მიაღწიოს ტერმინალური ძაბვის მიერ გამოთავისუფლებულ ენერგიას (Wh), რომელსაც ეწოდება ნომინალური ენერგია.

გ. სპეციფიკური ენერგია

ენერგიას, რომელსაც ბატარეა აძლევს ერთეულ მასაზე და ერთეულ მოცულობაზე, ეწოდება მასის სპეციფიკური ენერგია ან მოცულობის სპეციფიკური ენერგია, რომელსაც ასევე უწოდებენ ენერგიის სიმკვრივეს. wh / kg ან wh / ლ ერთეულებში.

[გამონადენის მრუდის ძირითადი ფორმა]

გამონადენის მრუდის ყველაზე ძირითადი ფორმაა ძაბვა-დრო და მიმდინარე დროის მრუდი. დროის ღერძის გამოთვლის ტრანსფორმაციის გზით, საერთო გამონადენის მრუდს ასევე აქვს ძაბვა-სიმძლავრის (სპეციფიკური სიმძლავრის) მრუდი, ძაბვა-ენერგია (სპეციფიკური ენერგია) მრუდი, ძაბვა-SOC მრუდი და ა.შ.

(1) ძაბვა-დრო და მიმდინარე დროის მრუდი

სურათი 9 ძაბვა-დრო და დენი-დროის მრუდები

(2) ძაბვა-სიმძლავრის მრუდი

სურათი 10 ძაბვა-სიმძლავრის მრუდი

(3) ძაბვა-ენერგიის მრუდი

ნახაზი ნახაზი 11. ძაბვა-ენერგეტიკული მრუდი

[საცნობარო დოკუმენტაცია]

• ვანგ ჩაო და სხვ. ელექტროქიმიური ენერგიის შესანახ მოწყობილობებში მუდმივი დენის და მუდმივი სიმძლავრის მუხტისა და გამონადენის მახასიათებლების შედარება [J]. ენერგიის შენახვის მეცნიერება და ტექნოლოგია.2017(06)：1313-1320.
• Eom KS, Joshi T, Bordes A, და სხვები. Li-ion სრული უჯრედოვანი ბატარეის დიზაინი ნანო სილიკონის და ნანო მრავალშრიანი გრაფენის კომპოზიტური ანოდის გამოყენებით[J]
• გუო ჯიპენგი და სხვ. ლითიუმის რკინის ფოსფატის ბატარეების მუდმივი დენის და მუდმივი სიმძლავრის ტესტის მახასიათებლების შედარება [J].სათავსო ბატარეა.2017(03)：109-115
• Marinaro M, Yoon D, Gabrielli G, et al. მაღალი ხარისხის 1.2 Ah Si-შენადნობი/გრაფიტი|LiNi0.5Mn0.3Co0.2O2 პროტოტიპი Li-ion ბატარეის[J].Journal of Power Sources.2017，357(დანართი C):188-197.