Ličio baterijų įkrovimo ir iškrovimo teorija

Ličio baterijų įkrovimo ir iškrovimo teorija

1.1 Įkrovimo būsena (SOC)

Įkrovimo būsena gali būti apibrėžta kaip turimos akumuliatoriaus elektros energijos būsena, paprastai išreiškiama procentais. Kadangi turima elektros energija skiriasi priklausomai nuo įkrovimo ir iškrovimo srovės, temperatūros ir senėjimo reiškinio, įkrovos būsenos apibrėžimas taip pat skirstomas į du tipus: absoliuti įkrovimo būsena (ASOC) ir santykinė įkrovimo būsena (RSOC). Santykinės įkrovos būsenos diapazonas paprastai yra 0–100%, o visiškai įkrautas akumuliatorius yra 100%, o visiškai išsikrovęs - 0%. Absoliuti įkrovimo būsena yra etaloninė vertė, apskaičiuota pagal suprojektuotą fiksuotą talpos vertę, kai baterija gaminama. Visiškai naujos visiškai įkrautos baterijos absoliuti įkrovimo būsena yra 100%; Net jei senstanti baterija yra visiškai įkrauta, ji negali pasiekti 100% skirtingomis įkrovimo ir iškrovimo sąlygomis.

Toliau pateiktame paveikslėlyje parodytas ryšys tarp įtampos ir akumuliatoriaus talpos esant skirtingiems iškrovimo laipsniams. Kuo didesnis iškrovimo greitis, tuo mažesnė akumuliatoriaus talpa. Kai temperatūra žema, akumuliatoriaus talpa taip pat sumažės.

                          1 pav. Įtampos ir talpos ryšys esant skirtingiems iškrovimo greičiams ir temperatūroms

1.2 Maksimali įkrovimo įtampa

Didžiausia įkrovimo įtampa yra susijusi su chemine akumuliatoriaus sudėtimi ir savybėmis. Ličio baterijų įkrovimo įtampa paprastai yra 4,2 V ir 4,35 V, o įtampos vertės gali skirtis priklausomai nuo katodo ir anodo medžiagų.

1.3 Visiškai įkrautas

Kai skirtumas tarp akumuliatoriaus įtampos ir aukščiausios įkrovimo įtampos yra mažesnis nei 100mV, o įkrovimo srovė sumažėja iki C/10, baterija gali būti laikoma visiškai įkrauta. Akumuliatorių charakteristikos skiriasi, taip pat skiriasi ir visiško įkrovimo sąlygos.

Toliau pateiktame paveikslėlyje parodyta tipinė ličio akumuliatoriaus įkrovimo charakteristikos kreivė. Kai akumuliatoriaus įtampa lygi didžiausiai įkrovimo įtampai, o įkrovimo srovė sumažėja iki C/10, baterija laikoma visiškai įkrauta.

                             2 pav. Ličio baterijos įkrovimo charakteristikos kreivė

1.4 Minimali iškrovimo įtampa

Minimali iškrovimo įtampa gali būti apibrėžta kaip išjungimo įtampa, paprastai įtampa esant 0% įkrovos būsenai. Ši įtampos vertė nėra fiksuota vertė, ji kinta priklausomai nuo apkrovos, temperatūros, senėjimo laipsnio ar kitų veiksnių.

1.5 Pilnas iškrovimas

Kai akumuliatoriaus įtampa yra mažesnė arba lygi minimaliai iškrovimo įtampai, tai gali būti vadinama visišku iškrovimu.

1.6 Įkrovos iškrovimo greitis (C-Rate)

Įkrovimo iškrovos greitis yra įkrovimo iškrovos srovės, palyginti su akumuliatoriaus talpa, vaizdas. Pavyzdžiui, jei 1C naudojamas vieną valandą išsikrauti, idealiu atveju baterija visiškai išsikraus. Skirtingas įkrovimo ir iškrovimo greitis lems skirtingą galimą pajėgumą. Paprastai kuo didesnis įkrovimo iškrovimo greitis, tuo mažesnė galia.

1.7 Ciklo trukmė

Ciklų skaičius yra akumuliatoriaus visiško įkrovimo ir iškrovimo kartų skaičius, kurį galima įvertinti pagal faktinę iškrovimo galią ir projektinį pajėgumą. Kai sukaupta iškrovimo talpa yra lygi projektinei galiai, ciklų skaičius yra vienas. Paprastai po 500 įkrovimo ir iškrovimo ciklų visiškai įkrauto akumuliatoriaus talpa sumažės nuo 10% iki 20%.

                          3 pav. Ciklo trukmės ir akumuliatoriaus talpos ryšys

1.8 Savaiminis išsikrovimas

Visų baterijų savaiminis išsikrovimas padidės kylant temperatūrai. Savaiminis išsikrovimas iš esmės nėra gamybos defektas, o veikiau paties akumuliatoriaus savybė. Tačiau netinkamas tvarkymas gamybos procese taip pat gali paskatinti savaiminio iškrovimo padidėjimą. Paprastai kiekvieną 10 ° C akumuliatoriaus temperatūros padidėjimą savaiminio išsikrovimo greitis padvigubėja. Ličio jonų baterijų savaiminio išsikrovimo pajėgumas per mėnesį yra maždaug 1–2%, o įvairių nikelio pagrindu pagamintų baterijų savaiminio išsikrovimo pajėgumas yra 10–15%.

                             4 pav. Ličio baterijų savaiminio išsikrovimo greitis esant skirtingoms temperatūroms