Ano ang mga katangian ng charge at discharge?
Singilin atdischargekatangian
Karaniwang gumagamit ang mga bateryang Lithium-ion ng dalawang-stage na paraan ng pag-charge upang matiyak ang kaligtasan, pagiging maaasahan, at kahusayan sa pag-charge. Ang unang yugto ay pare-pareho ang kasalukuyang may boltahe na nililimitahan, at ang pangalawang yugto ay pare-pareho ang boltahe na may kasalukuyang nililimitahan. Ang maximum na limitasyon ng boltahe para sa pag-charge ng lithium-ion na baterya ay nag-iiba depende sa materyal na cathode. Ang mga pangunahing kurba ng boltahe ng charge/discharge ng lithium-ion na baterya ay ipinapakita sa Figure 3-11. Ang mga curve sa figure ay gumagamit ng charge/discharge current na C/3. Para sa iba't ibang mga baterya ng lithium-ion, ang mga pangunahing pagkakaiba ay dalawa:
1) Ang pinakamainam na pare-parehong kasalukuyang halaga para sa unang yugto ay nag-iiba depende sa materyal ng cathode ng baterya at proseso ng pagmamanupaktura. Sa pangkalahatan, ginagamit ang kasalukuyang saklaw na 0.2C hanggang 0.3C. Sa mga kaso ng mabilis na pagkonsumo ng kuryente, 1C, 2C, o kahit na mas mataas na mga rate ay maaaring gamitin.
2) Ang iba't ibang lithium-ion na baterya ay nagpapakita ng mga makabuluhang pagkakaiba sa pare-parehong kasalukuyang tagal, at ang proporsyon ng kapasidad na maaaring ma-charge ng pare-parehong kasalukuyang sa kabuuang kapasidad ay malaki rin ang pagkakaiba-iba. Mula sa pananaw ng mga praktikal na aplikasyon ng sasakyang de-kuryente, ang mas mahabang pare-parehong kasalukuyang tagal ay nagreresulta sa mas maikling kabuuang oras ng pag-charge, na mas kapaki-pakinabang para sa mga aplikasyon.
Ang boltahe ng baterya ng Lithium-ion ay stable at dahan-dahang bumababa sa mga maaga at gitnang yugto ng pag-discharge, ngunit mabilis na bumababa sa mga huling yugto, tulad ng ipinapakita sa segment DE ng Figure 3-11. Ang epektibong kontrol ay mahalaga sa yugtong ito upang maiwasan ang labis na paglabas at hindi maibabalik na pinsala sa baterya.
Mga salik na nakakaapekto sa mga katangian ng pagsingil
(1) Epekto ngkasalukuyang nagcha-chargesa mga katangian ng pag-charge Ang pagkuha ng isang partikular na NCM lithium-ion na baterya na may rate na kapasidad na 242A·h bilang isang halimbawa, sa ilalim ng mga kondisyon ng SOC=0% at pare-parehong temperatura na 20℃, iba't ibang rate ng pagsingil ang ginamit para sa pag-charge. Ang mga resulta ng parameter ay ipinapakita sa Talahanayan 3-1 at ang curve ng pagsingil ay ipinapakita sa Figure 3-12.
Talahanayan 3-1 Mga Parameter ng Pagsingil para sa Iba't ibang Rate ng Pagsingil
| Kasalukuyan/A(Rate) | CC-CV①Kabuuang Oras | Constant CurrentTime/s | Kabuuang ChargedCapacity/A·h | Kabuuang Sisingilin na Enerhiya/W·h | Constant CurrentCcharged Capacity/A·h | Constant VoltageSiningil na Enerhiya/W·h | 170A·hOras/s | 170A·hKasalukuyan/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, Constant Current; CV, Patuloy na Boltahe.
Gaya ng ipinapakita sa Talahanayan 3-1, ang patuloy na kasalukuyang oras ay unti-unting bumababa sa pagtaas ng charging current, at ang kapasidad at enerhiya na maaaring ma-charge sa ilalim ng pare-parehong kasalukuyang ay unti-unti ding bumababa. Isinasaalang-alang ang charging at discharging capacity na 1/2 (ibig sabihin, SOC=50%) bilang pamantayan, ang kinakailangang oras ng pag-charge ay bumababa sa pagtaas ng charging current; ang oras na kinakailangan para sa 0.1C ay humigit-kumulang 5 beses kaysa sa 0.5C. Sa ilalim ng kundisyong ito, ang kasalukuyang pagkakaiba para sa patuloy na pag-charge ay maliit, kaya ang oras ng pag-charge para sa huling 30A·h ay hindi gaanong naiiba. Samakatuwid, sa loob ng pinapayagang charging current ng baterya, ang pagtaas ng charging current, bagama't binabawasan ang kapasidad at enerhiya na maaaring singilin sa ilalim ng pare-parehong kasalukuyang, ay nakakatulong na bawasan ang kabuuang oras ng pag-charge. Sa mga praktikal na application ng battery pack, ang maximum na pinapahintulutang charging current ng lithium-ion na baterya ay maaaring gamitin para sa pag-charge, at pagkatapos maabot ang boltahe na limitasyon, ang patuloy na pag-charge ng boltahe ay maaaring isagawa. Binabawasan nito ang oras ng pag-charge habang tinitiyak ang kaligtasan ng pag-charge. Gayunpaman, ang pagtaas ng charging current ay hahantong din sa pagtaas ng pagkawala ng enerhiya dahil sa panloob na resistensya ng baterya. Ang enerhiya na natupok sa panloob na pagtutol ay kinakalkula ayon sa equation (3-4).
Kung saan ang E ay ang enerhiya na natupok ng panloob na pagtutol;
r ay ang panloob na resistensya ng baterya;
t ang variable ng oras ng pagsingil;
Ako ang kasalukuyang nagcha-charge;
Ang t₁ at t₂ ay ang mga oras ng pagsisimula at pagtatapos ng pagsingil.
Ipinakita ng malawakang pagsubok na nagbabago ang panloob na resistensya ng mga baterya ng lithium-ion sa loob ng 0.4 mΩ habang nagcha-charge. Samakatuwid, ang equation (3-4) ay nagpapakita na ang pagkonsumo ng enerhiya dahil sa panloob na resistensya ng baterya ay mahalagang linearly na nauugnay sa oras ng pagsingil, ngunit quadratically na nauugnay sa kasalukuyang singilin. Sa panahon ng patuloy na kasalukuyang yugto ng pagsingil, ang magnitude ng kasalukuyang singilin ay ang pangunahing kadahilanan na nakakaimpluwensya sa pagkonsumo ng enerhiya ng panloob na pagtutol; ang mas mataas na kasalukuyang nagcha-charge ay nagreresulta sa mas malaking pagkonsumo ng enerhiya. Sa panahon ng pare-pareho ang boltahe, mababang kasalukuyang yugto, ang oras ng pagsingil ay nagiging pangunahing kadahilanan na nakakaimpluwensya sa pagkonsumo ng enerhiya ng panloob na pagtutol; ang mas mahabang oras ng pag-charge ay nagreresulta sa mas malaking pagkonsumo ng enerhiya. Isinasaalang-alang ang buong proseso ng pag-charge, dahil ang charging current ay may quadratic na relasyon sa internal resistance energy consumption at ang pangunahing salik na nakakaapekto dito, ang mas mataas na charging current ay nagreresulta sa mas malaking internal resistance energy consumption. Sa praktikal na mga application ng baterya, ang isang angkop na kasalukuyang pag-charge ay dapat piliin sa pamamagitan ng komprehensibong pagsasaalang-alang sa parehong oras ng pag-charge at kahusayan.
(2) Epekto ng Lalim ng Pagdiskarga sa Mga Katangian ng Pag-charge Sa ilalim ng pare-parehong temperatura na 20℃, isang pagsubok sa paglabas ay isinagawa sa isang NCM lithium-ion na baterya na may rate na kapasidad na 66.2 A·h. Na-discharge ang baterya sa bilis na 0.5C sa iba't ibang depth of discharge (DOD) (10%→100%), na tumutugma sa isang State of Charge (SOC) na 90%→0%. Ang data ng boltahe, kasalukuyang, at kapasidad ay naitala sa proseso ng paglabas. Pagkatapos magpahinga ng 60 minuto, na-charge ang baterya sa bilis na 0.5C (CC). Kapag naabot ang boltahe ng cutoff, ang mode ng pagsingil ay inilipat sa pare-pareho ang boltahe (CV). Kapag ang kasalukuyang ay mas mababa sa 0.05C, ang proseso ay tumigil, at ang boltahe, kasalukuyang, at data ng kapasidad ay naitala. Ang nauugnay na data ay ipinapakita sa Talahanayan 3-2. Ang charging current curves ng lithium-ion na baterya sa ilalim ng iba't ibang lalim ng mga kondisyon ng paglabas ay ipinapakita sa Figure 3-13.
Talahanayan 3-2 Mga Parameter ng Pagsusuri sa Pagsingil sa Iba't ibang Lalim ng Paglabas
| SOC | DOD | Paglabas | singilin | Pantay na-CapacityCharged Energy①/W·h | Pantay na-Kakayahang Na-discharge na Enerhiya②/W·h | Oras ng Pag-charge/min | Patuloy na Kasalukuyang Oras/min | Constant CurrentCcharged Capacity/A·h | Average na Charging Timeper Unit Capacity③/min | ||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Kapasidad/A·h | Enerhiya/W·h | Kapasidad/A·h | Enerhiya/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 Equal-Capacity Charged Energy: Enerhiya na sinisingil sa ilalim ng parehong pagbabago sa SOC (hal, 10%). Halimbawa: kung ang charging capacity sa 90% DOD ay 30W·h, ang katumbas na-capacity charged energy ay 30W·h; kung ang charging capacity sa 80% DOD ay 50W·h, ang katumbas na-capacity charged energy ay 25W·h.
② Equal-Capacity Discharged Energy: Energy na na-discharge sa ilalim ng parehong pagbabago sa SOC (hal, 10%).
③ Average na Oras ng Pag-charge bawat Kapasidad ng Yunit /min: Oras ng Pag-charge / Kapasidad ng Pag-charge.
Mula sa Talahanayan 3-2 at Figure 3-13, ang mga sumusunod na konklusyon ay maaaring makuha:
1) Sa pagtaas ng lalim ng discharge, tumataas ang oras ng pag-charge, ngunit bumababa ang average na oras ng pag-charge sa bawat kapasidad ng unit, ibig sabihin, hindi proporsyonal ang pagtaas sa oras ng pag-charge sa lalim ng discharge.
2) Sa pagtaas ng lalim ng discharge, ang proporsyon ng pare-parehong kasalukuyang oras ng pag-charge sa kabuuang oras ng pag-charge ay tumataas, at ang proporsyon ng patuloy na kasalukuyang kapasidad ng pag-charge sa kinakailangang pagtaas ng kapasidad ng pag-charge. Sa katotohanan, ang mga katangiang ito ay pangunahing sanhi ng dalawang salik: una, ang isang mas malalim na lalim ng paglabas ay nangangailangan ng mas mahabang oras upang ganap na ma-charge ang baterya; pangalawa, ang isang mas malalim na lalim ng discharge ay tumutugma sa isang mas mababang hanay ng boltahe, na nagreresulta sa mas kaunting enerhiya na sinisingil sa baterya sa ilalim ng parehong kasalukuyang kundisyon at oras ng pag-charge.
(3) Impluwensiya ng Temperatura sa Mga Katangian sa Pag-charge Ang mga bateryang Lithium-ion ay na-charge sa ilalim ng iba't ibang temperatura sa paligid. Ang pagkuha ng 66.2 A·h NCM lithium-ion na baterya bilang isang halimbawa, ginamit ang isang pare-parehong paraan ng paglilimita sa kasalukuyang at boltahe. Ang mga parameter sa pag-charge ay naitala na ang kasalukuyang limitasyon sa pagsingil ay 1.3 A at 3.3 A, tulad ng ipinapakita sa Talahanayan 3-3. Sa ilalim ng parehong discharge current, ang boltahe ng baterya ay makakaranas ng matinding pagbaba, tulad ng ipinapakita sa Figure 3-13. Gayunpaman, dahil ang boltahe ay nananatiling medyo mataas, ang discharge energy ay mataas pa rin. Sa paunang yugto ng paglabas, ang enerhiya na natupok ng panloob na resistensya ng baterya ay nagpapataas ng temperatura ng baterya, nagpapahusay sa aktibidad ng mga aktibong materyales ng baterya ng lithium-ion, at nagpapataas ng boltahe ng baterya, kaya tumataas ang enerhiya na maaaring ilabas. Sa gitna at mas huling mga yugto ng paglabas, ang boltahe ng baterya ay bumababa, at ang enerhiya na inilabas sa bawat yunit ng oras ay bumababa nang naaayon.
Sa parehong temperatura at sa parehong boltahe ng pagwawakas sa paglabas, magkakaibang mga agos ng pagwawakas sa paglabas ay magreresulta sa mga pagkakaiba sa kapasidad at enerhiya na inilabas. Sa pangkalahatan, sa ilalim ng normal na mga kondisyon ng temperatura, mas mababa ang kasalukuyang, mas malaki ang kapasidad at enerhiya na inilabas. Tulad ng sa discharge experiment na binanggit sa itaas, ang 0.2C ay naglalabas ng 3.2% na mas maraming kapasidad at enerhiya kaysa sa 1C.
