Apakah ciri cas dan nyahcas?
Caj danpelepasanciri-ciri
Bateri litium-biasanya menggunakan kaedah pengecasan dua-peringkat untuk memastikan keselamatan, kebolehpercayaan dan kecekapan pengecasan. Peringkat pertama ialah arus malar dengan pengehadan voltan, dan peringkat kedua ialah voltan malar dengan pengehadan arus. Had voltan maksimum untuk mengecas bateri-ion litium berbeza-beza bergantung pada bahan katod. Keluk voltan pengecas/nyahcas asas bateri-ion litium ditunjukkan dalam Rajah 3-11. Lengkung dalam rajah menggunakan arus cas/nyahcas C/3. Untuk bateri litium-ion yang berbeza, perbezaan utama adalah dua kali ganda:
1) Nilai arus malar yang optimum untuk peringkat pertama berbeza-beza bergantung pada bahan katod bateri dan proses pembuatan. Secara amnya, julat semasa 0.2C hingga 0.3C digunakan. Dalam kes penggunaan kuasa yang pantas, 1C, 2C, atau kadar yang lebih tinggi boleh digunakan.
2) Bateri ion litium-yang berbeza mempamerkan perbezaan ketara dalam tempoh arus malar, dan perkadaran kapasiti yang boleh dicas oleh arus malar kepada jumlah kapasiti juga sangat berbeza. Dari perspektif aplikasi kenderaan elektrik yang praktikal, tempoh arus malar yang lebih panjang menghasilkan jumlah masa pengecasan yang lebih pendek, yang lebih bermanfaat untuk aplikasi.
Voltan bateri-ion litium adalah stabil dan berkurangan secara perlahan pada peringkat awal dan pertengahan nyahcas, tetapi menurun dengan cepat pada peringkat kemudian, seperti yang ditunjukkan dalam segmen DE Rajah 3-11. Kawalan yang berkesan adalah penting semasa peringkat ini untuk mengelakkan lebihan nyahcas dan kerosakan tidak dapat dipulihkan pada bateri.
Faktor yang mempengaruhi ciri pengecasan
(1) Kesan arus pengecasan pada ciri pengecasan Mengambil bateri litium-NCM tertentu dengan kapasiti berkadar 242A·h sebagai contoh, di bawah syarat SOC=0% dan suhu malar 20 darjah , kadar pengecasan berbeza telah digunakan untuk mengecas. Keputusan parameter ditunjukkan dalam Jadual 3-1 dan lengkung pengecasan ditunjukkan dalam Rajah 3-12.
Jadual 3-1 Parameter Pengecasan untuk Kadar Pengecasan Berbeza
| Semasa/A(Kadar) | CC-CV①Jumlah Masa | Masa Semasa Malar/s | Jumlah Kapasiti Bercas/A·h | Jumlah Tenaga yang Dicaj/W·j | Kapasiti Caj Arus Malar/A·h | Voltan Malar Tenaga Dicas/W·h | 170AhMasa/s | 170A·hSemasa/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, Arus Malar; CV, Voltan Malar.
Seperti yang ditunjukkan dalam Jadual 3-1, masa arus malar berkurangan secara beransur-ansur dengan peningkatan arus pengecasan dan kapasiti serta tenaga yang boleh dicas di bawah arus malar juga berkurangan secara beransur-ansur. Dengan mengambil kapasiti pengecasan dan nyahcas sebanyak 1/2 (iaitu, SOC=50%) sebagai standard, masa pengecasan yang diperlukan berkurangan dengan peningkatan arus pengecasan; masa yang diperlukan untuk 0.1C adalah lebih kurang 5 kali ganda daripada 0.5C. Di bawah keadaan ini, perbezaan semasa untuk pengecasan berterusan adalah kecil, jadi masa pengecasan untuk 30A·h terakhir tidak jauh berbeza. Oleh itu, dalam arus pengecasan yang dibenarkan bateri, meningkatkan arus pengecasan, walaupun mengurangkan kapasiti dan tenaga yang boleh dicas di bawah arus malar, membantu mengurangkan masa pengecasan keseluruhan. Dalam aplikasi pek bateri praktikal, arus pengecasan maksimum yang dibenarkan bagi bateri litium-ion boleh digunakan untuk mengecas, dan selepas mencapai had voltan, pengecasan voltan malar boleh dilakukan. Ini mengurangkan masa pengecasan sambil memastikan keselamatan pengecasan. Walau bagaimanapun, peningkatan arus pengecasan juga akan menyebabkan peningkatan kehilangan tenaga disebabkan oleh rintangan dalaman bateri. Tenaga yang digunakan dalam rintangan dalaman dikira mengikut persamaan (3-4).
Di mana E ialah tenaga yang digunakan oleh rintangan dalaman;
r ialah rintangan dalaman bateri;
t ialah pembolehubah masa pengecasan;
I ialah arus pengecasan;
t₁ dan t₂ ialah masa mula dan tamat pengecasan.
Ujian menyeluruh telah menunjukkan bahawa rintangan dalaman bateri-ion litium berubah dalam 0.4 mΩ semasa pengecasan. Oleh itu, persamaan (3-4) menunjukkan bahawa penggunaan tenaga disebabkan oleh rintangan dalaman bateri pada asasnya berkaitan secara linear dengan masa pengecasan, tetapi secara kuadratik berkaitan dengan arus pengecasan. Semasa peringkat pengecasan arus malar, magnitud arus pengecasan adalah faktor utama yang mempengaruhi penggunaan tenaga rintangan dalaman; arus pengecasan yang lebih tinggi menghasilkan penggunaan tenaga yang lebih besar. Semasa voltan malar, peringkat arus rendah, masa pengecasan menjadi faktor utama yang mempengaruhi penggunaan tenaga rintangan dalaman; masa pengecasan yang lebih lama menghasilkan penggunaan tenaga yang lebih besar. Memandangkan keseluruhan proses pengecasan, memandangkan arus pengecasan mempunyai hubungan kuadratik dengan penggunaan tenaga rintangan dalaman dan merupakan faktor utama yang mempengaruhinya, arus pengecasan yang lebih tinggi menghasilkan penggunaan tenaga rintangan dalaman yang lebih besar. Dalam aplikasi bateri praktikal, arus pengecasan yang sesuai harus dipilih dengan mempertimbangkan secara menyeluruh kedua-dua masa pengecasan dan kecekapan.
(2) Kesan Kedalaman Nyahcas pada Ciri-ciri Pengecasan Di bawah suhu malar 20 darjah , ujian nyahcas telah dijalankan pada bateri lithium-NCM dengan kapasiti berkadar 66.2 A·h. Bateri telah dinyahcas pada kadar 0.5C kepada kedalaman nyahcas (DOD) yang berbeza (10%→100%), sepadan dengan Keadaan Caj (SOC) sebanyak 90%→0%. Data voltan, arus dan kapasiti direkodkan semasa proses nyahcas. Selepas berehat selama 60 minit, bateri telah dicas pada kadar 0.5C (CC). Apabila voltan pemotongan dicapai, mod pengecasan ditukar kepada voltan malar (CV). Apabila arus kurang daripada 0.05C, proses dihentikan, dan data voltan, arus dan kapasiti direkodkan. Data yang berkaitan ditunjukkan dalam Jadual 3-2. Lengkung semasa pengecasan bateri litium-ion di bawah kedalaman keadaan nyahcas yang berbeza ditunjukkan dalam Rajah 3-13.
Jadual 3-2 Parameter Ujian Mengecas pada Kedalaman Nyahcas Berbeza
| SOC | DOD | Pelepasan | caj | Sama-Tenaga Bercas①/W·h | Sama-Tenaga Discharged②/W·h | Masa Pengecasan/min | Masa Semasa Malar/min | Kapasiti Caj Arus Malar/A·h | Purata Kapasiti Unit Pemasa Pengecasan③/min | ||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Kapasiti/Ah | Tenaga/W·h | Kapasiti/Ah | Tenaga/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 Sama-Tenaga Bercas Kapasiti: Tenaga dicaj di bawah perubahan SOC yang sama (cth, 10%). Sebagai contoh: jika kapasiti pengecasan pada 90% DOD ialah 30W·h,-kapasiti tenaga yang sama dicas ialah 30W·h; jika kapasiti pengecasan pada 80% DOD ialah 50W·j, kapasiti sama-tenaga yang dicas ialah 25W·j.
② Sama-Tenaga Dilepaskan Kapasiti: Tenaga dilepaskan di bawah perubahan SOC yang sama (cth, 10%).
③ Purata Masa Pengecasan setiap Kapasiti Unit /min: Masa Pengecasan / Kapasiti Pengecasan.
Daripada Jadual 3-2 dan Rajah 3-13, kesimpulan berikut boleh dibuat:
1) Dengan peningkatan kedalaman nyahcas, masa pengecasan meningkat, tetapi purata masa pengecasan setiap kapasiti unit berkurangan, bermakna peningkatan dalam masa pengecasan tidak berkadar dengan kedalaman nyahcas.
2) Dengan kedalaman nyahcas yang semakin meningkat, perkadaran masa pengecasan arus berterusan kepada jumlah masa pengecasan meningkat, dan perkadaran kapasiti pengecasan arus berterusan kepada kapasiti pengecasan yang diperlukan meningkat. Pada hakikatnya, ciri-ciri ini disebabkan terutamanya oleh dua faktor: pertama, kedalaman nyahcas yang lebih mendalam memerlukan masa yang lebih lama untuk mengecas bateri sepenuhnya; kedua, kedalaman nyahcas yang lebih dalam sepadan dengan julat voltan yang lebih rendah, mengakibatkan kurang tenaga yang dicas ke dalam bateri di bawah keadaan semasa dan masa pengecasan yang sama.
(3) Pengaruh Suhu pada Ciri Pengecasan Bateri litium-dicas di bawah suhu ambien yang berbeza. Mengambil bateri ion litium-66.2 A·h NCM sebagai contoh, kaedah pengehad arus dan voltan malar telah digunakan. Parameter pengecasan telah direkodkan dengan had semasa pengecasan ialah 1.3 A dan 3.3 A, seperti ditunjukkan dalam Jadual 3-3. Di bawah arus nyahcas yang sama, voltan bateri akan mengalami penurunan mendadak, seperti yang ditunjukkan dalam Rajah 3-13. Walau bagaimanapun, kerana voltan kekal tinggi, tenaga nyahcas masih tinggi. Pada peringkat awal nyahcas, tenaga yang digunakan oleh rintangan dalaman bateri meningkatkan suhu bateri, meningkatkan aktiviti bahan aktif bateri litium-ion, dan meningkatkan voltan bateri, sekali gus meningkatkan tenaga yang boleh dilepaskan. Pada peringkat pertengahan dan akhir nyahcas, voltan bateri berkurangan, dan tenaga yang dikeluarkan setiap unit masa berkurangan dengan sewajarnya.
Pada suhu yang sama dan dengan voltan penamatan nyahcas yang sama, arus penamatan nyahcas yang berbeza akan mengakibatkan perbezaan dalam kapasiti dan tenaga yang dikeluarkan. Secara amnya, dalam keadaan suhu biasa, semakin rendah arus, semakin besar kapasiti dan tenaga yang dikeluarkan. Seperti dalam eksperimen nyahcas yang dinyatakan di atas, 0.2C membebaskan 3.2% lebih kapasiti dan tenaga daripada 1C.
