Теорија на полнење и празнење на литиумските батерии

Теорија на полнење и празнење на литиумските батерии

1.1 Состојба на товар (SOC)

Состојбата на полнење може да се дефинира како состојба на достапна електрична енергија во батеријата, обично изразена како процент. Бидејќи достапната електрична енергија варира во зависност од струјата на полнење и празнење, температурата и феноменот на стареење, дефиницијата за состојба на полнење е исто така поделена на два вида: Апсолутна состојба на полнење (ASOC) и Релативна состојба на полнење (RSOC). Опсегот на релативна состојба на полнење е обично 0% -100%, додека батеријата е 100% кога е целосно наполнета и 0% кога е целосно испразнета. Апсолутната состојба на полнење е референтна вредност пресметана врз основа на дизајнираната вредност на фиксен капацитет кога батеријата се произведува. Апсолутната состојба на полнење на сосема нова целосно наполнета батерија е 100%; Дури и ако старата батерија е целосно наполнета, таа не може да достигне 100% при различни услови на полнење и празнење.

Следната слика ја прикажува врската помеѓу напонот и капацитетот на батеријата при различни стапки на празнење. Колку е поголема стапката на празнење, толку е помал капацитетот на батеријата. Кога температурата е ниска, капацитетот на батеријата исто така ќе се намали.

                          Слика 1. Однос помеѓу напонот и капацитетот при различни стапки на празнење и температури

1.2 Максимален напон за полнење

Највисокиот напон на полнење е поврзан со хемискиот состав и карактеристиките на батеријата. Напонот на полнење на литиумските батерии е обично 4,2V и 4,35V, а вредностите на напонот може да варираат во зависност од катодните и анодните материјали.

1.3 Целосно наполнето

Кога разликата помеѓу напонот на батеријата и највисокиот напон на полнење е помала од 100 mV и струјата на полнење се намалува на C/10, батеријата може да се смета за целосно наполнета. Карактеристиките на батериите варираат, а варираат и условите за целосно полнење.

Следната слика покажува типична карактеристична крива за полнење на литиумските батерии. Кога напонот на батеријата е еднаков на највисокиот напон на полнење и струјата на полнење се намалува на C/10, батеријата се смета за целосно наполнета.

                             Слика 2. Карактеристична крива на полнење на литиумската батерија

1.4 Минимален напон на празнење

Минималниот напон на празнење може да се дефинира како исклучен напон на празнење, обично напон при 0% состојба на полнење. Оваа вредност на напонот не е фиксна вредност, туку се менува со оптоварување, температура, степен на стареење или други фактори.

1.5 Целосно празнење

Кога напонот на батеријата е помал или еднаков на минималниот напон на празнење, може да се нарече целосно празнење.

1.6 Стапка на празнење на полнење (C-Rate)

Стапката на празнење на полнење е претстава на струјата на празнење на полнење во однос на капацитетот на батеријата. На пример, ако 1C се користи за празнење еден час, идеално, батеријата целосно ќе се испразни. Различните стапки на полнење и празнење ќе резултираат со различни достапни капацитети. Обично, колку е поголема стапката на празнење полнење, толку е помал расположивиот капацитет.

1.7 Циклус на живот

Бројот на циклуси е бројот на пати кога батеријата претрпела целосно полнење и празнење, што може да се процени од реалниот капацитет на празнење и дизајнерскиот капацитет. Секогаш кога акумулираниот капацитет на празнење е еднаков на проектираниот капацитет, бројот на циклуси е еден. Обично, по 500 циклуси на полнење и празнење, капацитетот на целосно наполнета батерија ќе се намали за 10% до 20%.

                          Слика 3. Врска помеѓу времињата на циклусот и капацитетот на батеријата

1.8 Само-празнење

Самото празнење на сите батерии ќе се зголеми со зголемување на температурата. Само-празнењето во основа не е производствен дефект, туку карактеристика на самата батерија. Меѓутоа, неправилното ракување за време на производниот процес може да доведе и до зголемување на самото празнење. Обично, за секое зголемување од 10 ° C на температурата на батеријата, стапката на самопразнење се удвојува. Литиум јонските батерии имаат месечен капацитет за самопразнење од приближно 1-2%, додека различните батерии базирани на никел имаат месечен капацитет за самопразнење од 10-15%.

                             Слика 4. Изведба на стапката на самопразнење на литиумските батерии на различни температури