Kattava opas litiumioniakun purkauskäyrän analyysiin

Yleisimmin käytetty litiumioniakun suorituskykytesti - purkauskäyrän analyysistrategia

Kun litiumioniakku purkautuu, sen käyttöjännite muuttuu aina jatkuvasti ajan myötä. Akun käyttöjännitettä käytetään ordinaattina, purkausaikana tai kapasiteettina tai varaustilana (SOC) tai purkaussyvyytenä (DOD) abskissana, ja piirrettyä käyrää kutsutaan purkauskäyräksi. Ymmärtääksemme akun purkauskäyrän, meidän on ensin ymmärrettävä akun jännite periaatteessa.

[Akun jännite]

Jotta elektrodireaktio muodostaa akun, on täytettävä seuraavat ehdot: elektronin menetysprosessi kemiallisessa reaktiossa (eli hapetusprosessi) ja elektronin saamisprosessi (eli pelkistysreaktioprosessi) on erotettava kahdella eri alueella, joka eroaa yleisestä redox-reaktiosta; kahden elektrodin aktiivisen aineen redox-reaktio on välitettävä ulkoisen piirin kautta, mikä eroaa mikroakun reaktiosta metallin korroosioprosessissa. Akun jännite on positiivisen ja negatiivisen elektrodin välinen potentiaaliero. Erityisiä avainparametreja ovat avoimen piirin jännite, käyttöjännite, lataus- ja purkauskatkaisujännite jne.

[Litiumioniakkumateriaalin elektrodipotentiaali]

Elektrodipotentiaalilla tarkoitetaan kiinteän materiaalin upottamista elektrolyyttiliuokseen, mikä osoittaa sähköisen vaikutuksen eli metallin pinnan ja liuoksen välisen potentiaalieron. Tätä potentiaalieroa kutsutaan liuoksessa olevan metallin potentiaaliksi tai elektrodin potentiaaliksi. Lyhyesti sanottuna elektrodipotentiaali on ionin tai atomin taipumus hankkia elektroni.

Siksi tietyn positiivisen elektrodin tai negatiivisen elektrodimateriaalin elektrolyyttiin, jossa on litiumsuola, sen elektrodipotentiaali ilmaistaan ​​seuraavasti:

Missä φ c on tämän aineen elektrodipotentiaali. Normaali vetyelektrodin potentiaali asetettiin 0.0 V:ksi.

[Akun avoimen piirin jännite]

Akun sähkömotorinen voima on teoreettinen arvo, joka on laskettu akun reaktion mukaan termodynaamisella menetelmällä, eli akun tasapainoelektrodipotentiaalin ja positiivisten ja negatiivisten elektrodien välinen ero piirin katketessa on suurin arvo. että akku pystyy antamaan jännitteen. Itse asiassa positiiviset ja negatiiviset elektrodit eivät välttämättä ole termodynaamisessa tasapainotilassa elektrolyytissä, eli elektrolyyttiliuoksessa olevan akun positiivisten ja negatiivisten elektrodien muodostama elektrodipotentiaali ei yleensä ole tasapainoelektrodipotentiaali, joten akun avoimen piirin jännite on yleensä pienempi kuin sen sähkömotorinen voima. Elektrodireaktiolle:

Kun otetaan huomioon reagoivan komponentin epästandardi tila ja aktiivisen komponentin aktiivisuus (tai pitoisuus) ajan myötä, kennon todellinen avoimen piirin jännite muutetaan energiayhtälöllä:

Missä R on kaasuvakio, T on reaktiolämpötila ja a on komponentin aktiivisuus tai pitoisuus. Akun avoimen piirin jännite riippuu positiivisen ja negatiivisen elektrodin materiaalin ominaisuuksista, elektrolyytistä ja lämpötilaolosuhteista, ja se on riippumaton akun geometriasta ja koosta. Litiumionielektrodimateriaalin valmistelu napaan ja litiummetallilevy, joka on koottu nappipuolikkaaksi, voivat mitata elektrodimateriaalia avoimen jännitteen eri SOC-tilassa, avoin jännitekäyrä on elektrodimateriaalin lataustilan reaktio, akun varastointi avoin jännitehäviö, mutta ei kovin suuri, jos avoin jännitehäviö liian nopeasti tai amplitudi on epänormaali ilmiö. Bipolaaristen aktiivisten aineiden pintatilan muutos ja akun itsepurkautuminen ovat tärkeimmät syyt avoimen piirin jännitteen laskuun varastoinnissa, mukaan lukien positiivisen ja negatiivisen elektrodin materiaalitaulukon maskikerroksen muutos; elektrodin termodynaamisen epävakauden, metallien vieraiden epäpuhtauksien liukenemisen ja saostumisen sekä positiivisen ja negatiivisen elektrodin välisen kalvon aiheuttaman mikrooikosulun aiheuttama potentiaalimuutos. Kun litiumioniakku vanhenee, K-arvon muutos (jännitehäviö) on SEI-kalvon muodostumis- ja stabiilisuusprosessi elektrodimateriaalin pinnalla. Jos jännitehäviö on liian suuri, sisällä on mikrooikosulku ja akun katsotaan olevan kelvoton.

[Akun polarisaatio]

Kun virta kulkee elektrodin läpi, ilmiötä, että elektrodi poikkeaa tasapainoelektrodin potentiaalista, kutsutaan polarisaatioksi, ja polarisaatio synnyttää ylipotentiaalin. Polarisaatio voidaan jakaa ohmiseen polarisaatioon, pitoisuuspolarisaatioon ja sähkökemialliseen polarisaatioon polarisaation syiden mukaan. KUVA. 2 on akun tyypillinen purkauskäyrä ja eri polarisaatioiden vaikutus jännitteeseen.

 Kuva 1. Tyypillinen purkauskäyrä ja polarisaatio

(1) Ohminen polarisaatio: Akun kunkin osan resistanssin aiheuttama painehäviön arvo noudattaa ohmin lakia, virta pienenee, polarisaatio pienenee välittömästi ja virta katoaa välittömästi pysähtymisen jälkeen.

(2) Sähkökemiallinen polarisaatio: polarisaation aiheuttaa hidas sähkökemiallinen reaktio elektrodin pinnalla. Se pieneni merkittävästi mikrosekunnin tasolla, kun virta pienenee.

(3) Pitoisuuspolarisaatio: johtuen ionidiffuusioprosessin hidastumisesta liuoksessa, elektrodin pinnan ja liuoksen rungon välinen pitoisuusero polarisoituu tietyllä virralla. Tämä polarisaatio pienenee tai katoaa sähkövirran pienentyessä makroskooppisissa sekunneissa (muutamasta sekunnista kymmeniin sekunteihin).

Akun sisäinen resistanssi kasvaa akun purkausvirran kasvaessa, mikä johtuu pääasiassa siitä, että suuri purkausvirta lisää akun polarisaatiotrendiä, ja mitä suurempi purkausvirta on, sitä ilmeisempi polarisaatiotrendi, kuten on esitetty. Kuvassa 2. Ohmin lain: V=E0-IRT mukaan sisäisen kokonaisresistanssin RT kasvaessa aika, joka tarvitaan akun jännitteen saavuttamiseen purkauskatkaisujännitteen, pienenee vastaavasti, joten vapautuskapasiteetti on myös vähennetty.

Kuva 2. Virran tiheyden vaikutus polarisaatioon

Litiumioniakku on pohjimmiltaan eräänlainen litiumioniakku. Litiumioniakun lataus- ja purkausprosessi on litiumionien upottaminen ja poistaminen positiivisiin ja negatiivisiin elektrodeihin. Litiumioniakkujen polarisaatioon vaikuttavia tekijöitä ovat mm.

(1) Elektrolyytin vaikutus: elektrolyytin alhainen johtavuus on tärkein syy litiumioniakkujen polarisaatioon. Yleisellä lämpötila-alueella litiumioniakuissa käytetyn elektrolyytin johtavuus on yleensä vain 0.01-0.1 S/cm, mikä on yksi prosentti vesiliuoksesta. Siksi, kun litiumioniakut purkautuvat suurella virralla, on liian myöhäistä täydentää Li +:aa elektrolyytistä, ja polarisaatioilmiö tapahtuu. Elektrolyytin johtavuuden parantaminen on avaintekijä litiumioniakkujen suurvirtapurkauskapasiteetin parantamiseksi.

(2) Positiivisten ja negatiivisten materiaalien vaikutus: positiivisen ja negatiivisen materiaalin pidempi kanava suurien litiumionihiukkasten diffuusio pintaan, mikä ei edistä suuren nopeuden purkamista.

(3) Johdinaine: johtavan aineen pitoisuus on tärkeä tekijä, joka vaikuttaa korkean suhteen purkauskykyyn. Jos katodikaavan johtavan aineen pitoisuus on riittämätön, elektronit eivät voi siirtyä ajoissa suuren virran purkautuessa ja polarisaation sisäinen vastus kasvaa nopeasti, jolloin akun jännite laskee nopeasti purkauskatkaisujännitteeksi. .

(4) Naparakenteen vaikutus: napapaksuus: suuren virranpurkauksen tapauksessa aktiivisten aineiden reaktionopeus on erittäin nopea, mikä edellyttää litiumionien nopeaa upottamista ja irtoamista materiaaliin. Jos napalevy on paksu ja litiumionidiffuusioreitti kasvaa, napapaksuuden suunta tuottaa suuren litiumionikonsentraatiogradientin.

Tiivistystiheys: napalevyn tiivistystiheys on suurempi, huokoset pienenevät ja litiumionien liikerata napalevyn paksuuden suunnassa on pidempi. Lisäksi, jos tiivistystiheys on liian suuri, materiaalin ja elektrolyytin välinen kosketuspinta-ala pienenee, elektrodin reaktiokohta pienenee ja akun sisäinen vastus myös kasvaa.

(5) SEI-kalvon vaikutus: SEI-kalvon muodostuminen lisää elektrodi/elektrolyyttirajapinnan vastusta, mikä johtaa jännitteen hystereesiin tai polarisaatioon.

[Akun käyttöjännite]

Käyttöjännite, joka tunnetaan myös nimellä loppujännite, viittaa potentiaalieroon akun positiivisen ja negatiivisen elektrodin välillä, kun virta kulkee piirissä työtilassa. Akun purkautumisen työtilassa, kun virta kulkee akun läpi, sisäisen vastuksen aiheuttama vastus on voitettava, mikä aiheuttaa ohmisen painehäviön ja elektrodin polarisaation, joten käyttöjännite on aina pienempi kuin avoimen piirin jännite, ja latauksen aikana loppujännite on aina suurempi kuin avoimen piirin jännite. Toisin sanoen polarisaation tulos tekee akun purkautumisen loppujännitteen alhaisemmaksi kuin akun sähkömotorinen potentiaali, joka on suurempi kuin varaavan akun sähkömotorinen potentiaali.

Polarisaatioilmiön olemassaolon vuoksi hetkellinen jännite ja todellinen jännite lataus- ja purkausprosessissa. Ladattaessa hetkellinen jännite on hieman todellista jännitettä korkeampi, polarisaatio häviää ja jännite laskee, kun hetkellinen jännite ja todellinen jännite laskevat purkauksen jälkeen.

Yhteenvetona yllä olevasta kuvauksesta lauseke on:

E +, E- edustavat positiivisen ja negatiivisen elektrodin potentiaalia, vastaavasti, E + 0 ja E- -0 edustavat positiivisen ja negatiivisen elektrodin tasapainoelektrodipotentiaalia, VR edustaa ohmista polarisaatiojännitettä ja η + , η - - edustavat positiivisen ja negatiivisen elektrodin ylipotentiaalia, vastaavasti.

[Päästötestin perusperiaate]

Akun jännitteen perusymmärryksen jälkeen aloimme analysoida litiumioniakkujen purkauskäyrää. Purkauskäyrä heijastaa pohjimmiltaan elektrodin tilaa, joka on positiivisen ja negatiivisen elektrodin tilanmuutosten superpositio.

Litiumioniakkujen jännitekäyrä koko purkausprosessin aikana voidaan jakaa kolmeen vaiheeseen

1) Akun alkuvaiheessa jännite laskee nopeasti, ja mitä suurempi purkausnopeus, sitä nopeammin jännite laskee;

2) Akun jännite siirtyy hitaasti muuttuvaan vaiheeseen, jota kutsutaan akun tasoalueeksi. Mitä pienempi purkausnopeus,

Mitä pidempi tasoalueen kesto, sitä korkeampi lavajännite, sitä hitaampi jännitehäviö.

3) Kun akun virta on lähes lopussa, akun kuormitusjännite alkaa laskea jyrkästi, kunnes purkauspysäytysjännite saavutetaan.

Testauksen aikana on kaksi tapaa kerätä tietoja

(1) Kerää virran, jännitteen ja ajan tiedot asetetun aikavälin Δ t mukaisesti;

(2) Kerää virta-, jännite- ja aikatiedot asetetun jännitteen muutoseron Δ V mukaan. Lataus- ja purkauslaitteiden tarkkuus sisältää pääasiassa virran tarkkuuden, jännitteen tarkkuuden ja aikatarkkuuden. Taulukossa 2 on esitetty tietyn lataus- ja purkukoneen laiteparametrit, jossa % FS edustaa prosenttiosuutta koko alueesta ja 0.05 %RD tarkoittaa mitattua virhettä alueella 0.05 % lukemasta. Lataus- ja purkauslaitteet käyttävät yleensä CNC-vakiovirtalähdettä kuormitusvastuksen sijaan, joten akun lähtöjännitteellä ei ole mitään tekemistä piirin sarjaresistanssin tai loisresistanssin kanssa, vaan se liittyy vain jännitteeseen E ja sisäiseen resistanssiin. r ja akkua vastaavan ideaalijännitelähteen piirivirta I. Jos resistanssia käytetään kuormitukseen, aseta akun ihanteellisen jännitelähteen jännite ekvivalentiksi E, sisäinen resistanssi on r ja kuormitusvastus R. Mittaa jännite kuormitusvastuksen molemmista päistä jännitteellä. mittari, kuten yllä olevassa kuvassa Kuvassa 6. Käytännössä piirissä on kuitenkin johdinvastus ja kiinnittimen kosketusresistanssi (tasainen loisvastus). Kuviossa 3 esitetty vastaava piirikaavio. Kuvio 3 on esitetty seuraavassa kuvion XNUMX kuvassa. XNUMX. Käytännössä loisvastus tulee väistämättä mukaan, jolloin kokonaiskuormitusvastus kasvaa suureksi, mutta mitattu jännite on kuormitusvastuksen R molemmissa päissä oleva jännite, joten virhe syntyy.

 Kuva 3 Vastuspurkausmenetelmän periaatelohkokaavio ja varsinainen ekvivalenttipiirikaavio

Kun kuormana käytetään vakiovirtalähdettä virralla I1, kaavio ja todellinen ekvivalenttipiirikaavio on esitetty kuvassa 7. E, I1 ovat vakioarvoja ja r on vakio tietyn ajan.

Yllä olevasta kaavasta voimme nähdä, että kaksi jännitettä A ja B ovat vakioita, eli akun lähtöjännite ei liity silmukan sarjavastuksen kokoon, eikä sillä tietenkään ole mitään tekemistä. parasiittiresistenssin kanssa. Lisäksi nelinapaisella mittaustilalla voidaan saavuttaa tarkempi akun lähtöjännitteen mittaus.

Kuva 4 Vakiovirtalähteen kuormituksen kytkentäkaavio ja todellinen ekvivalenttipiirikaavio

Samanaikainen lähde on virransyöttölaite, joka voi tarjota tasaisen virran kuormaan. Se voi silti pitää lähtövirran vakiona, kun ulkoinen teholähde vaihtelee ja impedanssiominaisuudet muuttuvat.

[purkauksen testitila]

Varaus- ja purkaustestilaitteet käyttävät yleensä puolijohdelaitetta virtauselementtinä. Säätämällä puolijohdelaitteen ohjaussignaalia se voi simuloida kuormitusta, jolla on erilaisia ​​ominaisuuksia, kuten vakiovirta, vakiopaine ja vakiovastus ja niin edelleen. Litiumioniakun purkaustestitila sisältää pääasiassa jatkuvan virranpurkauksen, vakiovastuspurkauksen, jatkuvan tehonpurkauksen jne. Kussakin purkaustilassa jatkuva purkautuminen ja intervallipurkaus voidaan myös jakaa, jolloin ajan pituuden mukaan intervallipurkaus voidaan jakaa jaksottaiseen purkaukseen ja pulssipurkaukseen. Purkaustestin aikana akku purkautuu asetetun tilan mukaisesti ja lopettaa purkamisen saavutettuaan asetetut ehdot. Purkauskatkaisuehtoja ovat jännitteen katkaisun asettaminen, asetusajan katkaisu, kapasiteetin katkaisun asetus, negatiivisen jännitegradientin katkaisun asetus jne. Akun purkausjännitteen muutos liittyy purkausjärjestelmään, joka on, purkauskäyrän muutokseen vaikuttaa myös purkausjärjestelmä, mukaan lukien: purkausvirta, purkauslämpötila, purkauspäätejännite; ajoittaista tai jatkuvaa purkausta. Mitä suurempi purkausvirta, sitä nopeammin käyttöjännite laskee; poistumislämpötilan myötä purkauskäyrä muuttuu kevyesti.

(1) Vakiovirtapurkaus

Kun vakiovirtapurkaus, virran arvo asetetaan, ja sitten nykyinen arvo saavutetaan säätämällä CNC-vakiovirtalähdettä akun vakiovirranpurkauksen toteuttamiseksi. Samalla kerätään akun loppujännitteen muutos akun purkausominaisuuksien havaitsemiseksi. Vakiovirtapurkaus on saman purkausvirran purkaus, mutta akun jännite laskee edelleen, joten teho laskee edelleen. Kuva 5 on litiumioniakkujen vakiovirtapurkauksen jännite- ja virtakäyrä. Vakiovirtapurkauksen ansiosta aika-akseli muunnetaan helposti kapasiteettiakseliksi (virran ja ajan tulo). Kuvassa 5 on jännite-kapasiteettikäyrä vakiovirtapurkauksessa. Vakiovirtapurkaus on yleisimmin käytetty purkausmenetelmä litiumioniakkutesteissä.

Kuva 5 vakiovirran vakiojännitelataus- ja vakiovirtapurkauskäyrät eri kerroinnopeuksilla

(2) Jatkuva tehopurkaus

Vakiotehon purkauduttua asetetaan ensin vakiotehon arvo P ja kerätään akun lähtöjännite U. Purkausprosessissa P:n on oltava vakio, mutta U muuttuu jatkuvasti, joten CNC-vakiovirtalähteen virtaa I on jatkuvasti säädettävä kaavan I = P / U mukaisesti jatkuvan tehon purkauksen tavoitteen saavuttamiseksi. . Pidä purkausteho ennallaan, koska akun jännite laskee edelleen purkausprosessin aikana, joten jatkuvassa tehopurkauksessa oleva virta jatkaa nousuaan. Jatkuvan tehopurkauksen ansiosta aikakoordinaattiakseli muunnetaan helposti energian (tehon ja ajan tulo) koordinaattiakseliksi.

Kuva 6 Vakiotehon lataus- ja purkukäyrät eri kaksinkertaistumisnopeuksilla

Vakiovirtapurkauksen ja jatkuvan tehopurkauksen vertailu

Kuva 7: (a) lataus- ja purkukapasiteettikaavio eri suhteilla; b) lataus- ja purkauskäyrä

 Kuvassa 7 on esitetty eri lataus- ja purkaussuhdetestien tulokset kahdessa tilassa litiumrautafosfaattiakku. Kuvion 7 kapasiteettikäyrän mukaan Kuvion 1 (a) mukaisesti lataus- ja purkausvirran kasvaessa vakiovirtatilassa akun todellinen lataus- ja purkauskapasiteetti pienenee vähitellen, mutta muutosalue on suhteellisen pieni. Akun todellinen lataus- ja purkauskapasiteetti pienenee vähitellen tehon kasvaessa, ja mitä suurempi kerroin, sitä nopeammin kapasiteetin heikkeneminen on. 5 tunnin purkausnopeus on pienempi kuin vakiovirtaustilassa. Samaan aikaan, kun lataus-purkausnopeus on pienempi kuin 5 tunnin nopeus, akun kapasiteetti on suurempi vakiotehotilassa, kun taas akun kapasiteetti on suurempi kuin XNUMX tunnin nopeus on korkeampi vakiovirtatilassa.

Kuvasta 7 (b) näkyy kapasiteetti-jännitekäyrä, kun suhde on matala, litiumrautafosfaattiakun kaksimoodinen kapasiteetti-jännitekäyrä, ja lataus- ja purkausjännitteen alustan muutos ei ole suuri, mutta korkean suhteen olosuhteissa, vakiovirta-vakiojännite tilassa vakiojännite aikaa huomattavasti pidempi, ja latausjännite alusta kasvoi merkittävästi, vastuuvapauden jännite foorumi on merkittävästi vähentynyt.

(3) Jatkuva vastuspurkaus

Vakiovastuspurkauksen yhteydessä asetetaan ensin vakioresistanssiarvo R keräämään akun U lähtöjännite. Purkamisprosessin aikana R:n on oltava vakio, mutta U muuttuu jatkuvasti, joten CNC-vakiovirran nykyinen I-arvo lähdettä on säädettävä jatkuvasti kaavan I=U / R mukaisesti, jotta saavutetaan jatkuva vastuspurkaus. Akun jännite laskee aina purkausprosessissa ja vastus on sama, joten myös purkausvirta I on laskeva prosessi.

(4) Jatkuva purkaus, jaksottainen purkaus ja pulssipurkaus

Akku puretaan vakiovirralla, tasaisella teholla ja vakioresistanssilla samalla kun käytetään ajoitustoimintoa jatkuvan purkauksen, ajoittaisen purkauksen ja pulssipurkauksen ohjaamiseen. Kuvassa 11 on esitetty tyypillisen pulssilataus/purkaustestin virta- ja jännitekäyrät.

Kuva 8 Virta- ja jännitekäyrät tyypillisille pulssivaraus-purkaustesteille

[Tiedot sisältyvät purkauskäyrään]

Purkauskäyrä viittaa akun jännitteen, virran, kapasiteetin ja muiden muutosten käyrään ajan kuluessa purkausprosessin aikana. Varaus- ja purkauskäyrän sisältämät tiedot ovat erittäin runsaita, sisältäen kapasiteetin, energian, käyttöjännitteen ja jännitealustan, elektrodipotentiaalin ja varaustilan välisen suhteen jne. Purkaustestin aikana tallennetut päätiedot ovat aika virran ja jännitteen kehitystä. Näistä perustiedoista voidaan saada monia parametreja. Seuraavassa kuvataan parametrit, jotka voidaan saada purkauskäyrällä.

(1) Jännite

Litiumioniakun purkaustestissä jänniteparametreja ovat pääasiassa jännitetaso, mediaanijännite, keskijännite, katkaisujännite jne. Lavan jännite on vastaava jännitearvo, kun jännitteen muutos on pienin ja kapasiteetin muutos suuri. , joka voidaan saada dQ / dV:n huippuarvosta. Mediaanijännite on vastaava jännitearvo puolet akun kapasiteetista. Lavalla näkyvämpien materiaalien, kuten litiumrautafosfaatin ja litiumtitanaatin, mediaanijännite on alustan jännite. Keskimääräinen jännite on jännite-kapasiteettikäyrän tehollinen pinta-ala (eli akun purkausenergia) jaettuna kapasiteetin laskentakaavalla on u = U (t) * I (t) dt / I (t) dt. Katkaisujännite tarkoittaa pienintä sallittua jännitettä, kun akku purkautuu. Jos jännite on pienempi kuin purkauskatkaisujännite, akun molemmissa päissä oleva jännite putoaa nopeasti muodostaen liiallisen purkauksen. Ylipurkaus voi vahingoittaa elektrodin aktiivista ainetta, menettää reaktiokykynsä ja lyhentää akun käyttöikää. Kuten ensimmäisessä osassa on kuvattu, akun jännite liittyy katodimateriaalin varaustilaan ja elektrodipotentiaaliin.

(2) Kapasiteetti ja ominaiskapasiteetti

Akun kapasiteetilla tarkoitetaan akun vapauttaman sähkön määrää tietyssä purkausjärjestelmässä (tietyllä purkausvirralla I, purkauslämpötila T, purkauksen katkaisujännite V), mikä osoittaa akun kyvyn varastoida energiaa Ah tai C. Kapasiteettiin vaikuttavat monet tekijät, kuten purkausvirta, purkauslämpötila jne. Kapasiteetin koko määräytyy positiivisessa ja negatiivisessa elektrodissa olevien aktiivisten aineiden määrän mukaan.

Teoreettinen kapasiteetti: kapasiteetti, jonka vaikuttava aine antaa reaktiossa.

Todellinen kapasiteetti: tietyn tyhjennysjärjestelmän alaisena vapautunut todellinen kapasiteetti.

Nimelliskapasiteetti: viittaa akun takaamaan vähimmäistehoon suunnitelluissa purkausolosuhteissa.

Purkauskokeessa kapasiteetti lasketaan integroimalla virta ajan myötä, eli C = I (t) dt, vakiovirta t:ssä vakiopurkaus, C = I (t) dt = I t; vakiovastus R purkaus, C = I (t) dt = (1 / R) * U (t) dt (1 / R) * out (u on keskimääräinen purkausjännite, t on purkausaika).

Ominaiskapasiteetti: Eri akkujen vertailua varten otetaan käyttöön ominaiskapasiteetin käsite. Ominaiskapasiteetilla tarkoitetaan yksikkömassan tai tilavuusyksikköelektrodin vaikuttavan aineen antamaa kapasiteettia, jota kutsutaan massaominaiskapasiteetiksi tai tilavuuskapasiteetiksi. Tavallinen laskentatapa on: ominaiskapasiteetti = akun ensipurkauskapasiteetti / (vaikuttavan aineen massa * vaikuttavan aineen käyttöaste)

Akun kapasiteettiin vaikuttavat tekijät:

a. Akun purkausvirta: mitä suurempi virta, lähtökapasiteetti pienenee;

b. Akun purkauslämpötila: kun lämpötila laskee, lähtökapasiteetti laskee;

c. Akun purkauskatkaisujännite: elektrodimateriaalin asettama purkausaika ja itse elektrodireaktion raja on yleensä 3.0 V tai 2.75 V.

d. Akun lataus- ja purkuajat: akun usean latauksen ja purkamisen jälkeen elektrodimateriaalin vioittumisen vuoksi akku pystyy vähentämään akun purkauskapasiteettia.

e. Akun latausolosuhteet: latausnopeus, lämpötila, katkaisujännite vaikuttavat akun kapasiteettiin ja määräävät siten purkauskapasiteetin.

 Akun kapasiteetin määritysmenetelmä:

Eri toimialoilla on erilaiset testistandardit työolosuhteiden mukaan. 3C-tuotteille tarkoitetuille litiumioniakuille matkapuhelinten litiumioniakkujen kansallisen standardin GB / T18287-2000 Yleiset määritykset mukaisesti akun nimelliskapasiteetin testausmenetelmä on seuraava: a) lataus: 0.2C5A lataus; b) purkaus: 0.2C5A purkaus; c) viisi sykliä, joista yksi on hyväksytty.

Sähköajoneuvoteollisuudessa kansallisen standardin GB / T 31486-2015 Sähköisten ajoneuvojen tehoakkujen sähkötehovaatimukset ja testausmenetelmät mukaan akun nimelliskapasiteetti viittaa akun huoneenlämpötilassa vapauttamaan kapasiteettiin (Ah). 1I1 (A) virtapurkauksella päätejännitteen saavuttamiseksi, jossa I1 on 1 tunnin nopeuspurkausvirta, jonka arvo on yhtä suuri kuin C1 (A). Testimenetelmä on:

A) Pysäytä huoneenlämmössä vakiojännite, kun lataat vakiovirralla yrityksen ilmoittamaan latauksen päätejännitteeseen ja keskeytä lataus, kun latauksen päätevirta putoaa arvoon 0.05I1 (A), ja pidä latausta 1 tunti tämän jälkeen. lataaminen.

Bb) Huoneenlämmössä akkua puretaan 1I1 (A) virralla, kunnes purkaus saavuttaa yrityksen teknisissä ehdoissa määritellyn purkauspäätejännitteen;

C) mitattu purkauskapasiteetti (mitattuna Ah), laske purkausominaisenergia (mitattuna Wh / kg);

3 d) Toista vaiheet a) -) c) 5 kertaa. Kun kolmen peräkkäisen testin äärimmäinen ero on alle 3 % nimelliskapasiteetista, testi voidaan päättää etukäteen ja kolmen viimeisen testin tuloksista voidaan laskea keskiarvo.

(3) Maksutila, SOC

SOC (State of Charge) on lataustila, joka edustaa akun jäljellä olevan kapasiteetin suhdetta sen täyteen lataustilaan tietyn ajanjakson tai pitkän ajan kuluttua tietyllä purkautumisnopeudella. "Avoimen piirin jännite + tuntiaikainen integrointi" -menetelmässä käytetään avoimen piirin jännitemenetelmää akun alkuperäisen tilan latauskapasiteetin arvioimiseen, ja sitten käytetään tunti-integrointimenetelmää akun kuluttaman tehon saamiseksi. -aikaintegrointimenetelmä. Kulutettu teho on purkausvirran ja purkausajan tulo, ja jäljellä oleva teho on yhtä suuri kuin alkutehon ja kulutetun tehon erotus. SOC-matemaattinen arvio avoimen piirin jännitteen ja tunnin integraalin välillä on:

missä CN on nimelliskapasiteetti; η on lataus-purkaushyötysuhde; T on akun käyttölämpötila; Olen akun virta; t on akun purkautumisaika.

DOD (Depth of Discharge) on purkaussyvyys, purkausasteen mitta, joka on purkauskapasiteetin prosenttiosuus kokonaispurkauskapasiteetista. Purkautumissyvyydellä on suuri suhde akun käyttöikään: mitä syvemmällä purkaussyvyys on, sitä lyhyempi käyttöikä. Suhde lasketaan arvolle SOC = 100 % -DOD

4) Energia ja ominaisenergia

Sähköenergiaa, jonka akku voi tuottaa tietyissä olosuhteissa ulkoista työtä tekemällä, kutsutaan akun energiaksi, ja yksikkö ilmaistaan ​​yleensä wh. Purkauskäyrässä energia lasketaan seuraavasti: W = U (t) * I (t) dt. Vakiovirtapurkauksessa W = I * U (t) dt = It * u (u on keskimääräinen purkausjännite, t on purkausaika)

a. Teoreettinen energia

Akun purkausprosessi on tasapainotilassa ja purkausjännite säilyttää sähkömotorisen voiman (E) arvon ja vaikuttavan aineen käyttöaste on 100 %. Tässä tilanteessa akun lähtöenergia on teoreettinen energia, toisin sanoen käännettävän akun suurin työ jatkuvassa lämpötilassa ja paineessa.

b. Todellinen energia

Akun purkautumisen todellista lähtöenergiaa kutsutaan todelliseksi energiaksi, sähköajoneuvoalan määräykset ("GB / T 31486-2015 Power Battery Electrical Performance Requirements and Test Methods for Electric Vehicles"), akku huoneenlämpötilassa 1I1 (A) ) virtapurkaus, jotta saavutetaan päätejännitteen vapauttama energia (Wh), jota kutsutaan nimellisenergiaksi.

c. spesifistä energiaa

Akun massayksikköä ja tilavuusyksikköä kohti antamaa energiaa kutsutaan massakohtaiseksi energiaksi tai tilavuuskohtaiseksi energiaksi, jota kutsutaan myös energiatiheydeksi. Yksiköinä wh/kg tai wh/l.

[Virtauskäyrän perusmuoto]

Purkauskäyrän perusmuoto on jännite-aika- ja virta-aikakäyrä. Aika-akselin laskennan muuntamisen kautta yhteisellä purkauskäyrällä on myös jännite-kapasiteetti (ominaiskapasiteetti) käyrä, jännite-energia (ominaisenergia) -käyrä, jännite-SOC-käyrä ja niin edelleen.

(1) Jännite-aika ja virran aikakäyrä

Kuva 9 Jännite-aika- ja virta-aikakäyrät

(2) Jännite-kapasiteettikäyrä

Kuva 10 Jännite-kapasiteettikäyrä

(3) Jännite-energia-käyrä

Kuva Kuva 11. Jännite-energia-käyrä

[viitedokumentaatio]

• Wang Chao et ai. Vakiovirran ja vakiotehon varaus- ja purkausominaisuuksien vertailu sähkökemiallisissa energian varastointilaitteissa [J]. Energian varastointitiede ja -tekniikka.2017(06)：1313-1320.
• Eom KS, Joshi T, Bordes A, et al. Li-ion-täyskennoakun suunnittelu käyttäen nanopiitä ja nano-monikerroksista grafeenikomposiittianodia[J]
• Guo Jipeng et ai. Litiumrautafosfaattiakkujen vakiovirran ja vakiotehon testiominaisuuksien vertailu [J].varastoakku.2017(03)：109-115
• Marinaro M, Yoon D, Gabriel G, et al. Tehokas 1.2 Ah Si-seos/grafiitti|LiNi0.5Mn0.3Co0.2O2 prototyyppi Li-ion akku[J]. Journal of Power Sources.2017，357(lisäosa C)：188-197.