Lityum-iyon pil PAKETİ'nin deşarj kapasitesini etkileyen faktörler
Li-ion pil PAKETİ, esas olarak, kapasite ve basınç farkının nitelikli ürünler olup olmadığını belirlemek için tarama, gruplama, paketleme ve montajdan sonra hücrelerin elektrik performansını test etmektir.
Pilin seri ve paralel hücreleri arasındaki tutarlılık, pil paketinde özel bir husustur. Pil paketi kapasitesi yalnızca iyi kapasite, şarj durumu, dahili direnç ve kendi -deşarj tutarlılığı ile kullanılabilir ve serbest bırakılabilir. Düşük performans, pil paketinin genel performansını ciddi şekilde etkiler ve hatta aşırı şarja veya aşırı deşarja neden olarak güvenlik tehlikelerine neden olabilir. İyi bir kombinasyon yöntemi, monomerlerin tutarlılığını iyileştirmenin etkili bir yoludur.
Lityum-iyon piller, ortam sıcaklığının etkisiyle kısıtlanır ve sıcaklık çok yüksek veya çok düşükse pil kapasitesi etkilenir. Pil uzun süre yüksek sıcaklık koşullarında çalışırsa çevrim ömrü etkilenebilir. Sıcaklık çok düşükse, kapasitenin uygulanması zor olacaktır. Deşarj oranı, pilin yüksek-akım şarj ve deşarj kapasitesini yansıtır. Hız çok küçükse, şarj etme ve boşaltma hızı yavaş olacak ve bu da test verimliliğini etkileyecektir; hız çok büyükse, pilin polarizasyon etkisi ve termal etkisi nedeniyle kapasite azalacaktır. Şarj ve deşarj oranı.
1. Eşleşen Tutarlılık
İyi bir konfigürasyon, yalnızca hücrelerin kullanım oranını iyileştirmekle kalmaz, aynı zamanda pil paketinin deşarjında iyi deşarj kapasitesi ve döngü stabilitesi elde etmenin temeli olan hücrelerin tutarlılığını da kontrol edebilir. Bununla birlikte, zayıf konfigürasyonlu pil hücresi kapasitesinin AC empedansının dağılımı artacak ve bu da pil paketinin döngü performansını ve kullanılabilir kapasitesini zayıflatacaktır. Birisi, pilin karakteristik vektörüne göre bir pil eşleştirme yöntemi önerdi. Karakteristik vektör, tekli pilin şarj ve deşarj voltajı verileri ile standart pilin şarj ve deşarj verileri arasındaki benzerlik derecesini yansıtır. Pilin şarj-deşarj eğrisi standart eğriye ne kadar yakınsa, benzerlik o kadar yüksek ve korelasyon katsayısı 1'e o kadar yakın olur. Bu eşleştirme yöntemi esas olarak monomer voltajının korelasyon katsayısına dayanır, ve daha sonra daha iyi bir eşleştirme etkisi elde edebilen eşleştirmeyi gerçekleştirmek için diğer parametreleri birleştirir. Bu yaklaşımın zorluğu, standart pil karakteristik vektörlerini sağlamaktır. Üretim seviyesi kısıtlamaları nedeniyle, her pil grubu arasında farklılıklar olmalıdır ve her pil grubu için uygun bir dizi özellik vektörü elde etmek çok zordur.
Tek hücreler arasındaki fark değerlendirme yöntemini analiz etmek için kantitatif analiz kullanıldı. İlk olarak, pil performansını etkileyen kilit noktalar matematiksel yöntemlerle çıkarılır ve daha sonra pil performansının kapsamlı bir şekilde değerlendirilmesini ve karşılaştırılmasını sağlamak için matematiksel soyutlama yapılır ve pil performansının kalitatif analizi, pil performansını optimize etmek için kantitatif analize dönüştürülür. pil paketinin genel performansı. Pratik olarak uygulanabilecek basit bir yöntem sunulmuştur. Pil seçimine ve gruplandırmaya dayalı, öznel Delphi puanlaması ile nesnel gri korelasyon derecesi ölçümünü birleştiren ve piller için birden çok-parametreli gri korelasyon modeli oluşturan, bir tanesini aşan kapsamlı bir performans değerlendirme sistemi önerilmiştir- değerlendirme standardı olarak tek bir indeks kullanmanın taraflılığı. Güç lityum-iyon pilinin performans değerlendirmesi gerçekleştirilir ve değerlendirme sonuçlarından elde edilen korelasyon, sonraki aşamada pilin taranması ve eşleştirilmesi için güvenilir bir teorik temel sağlar.
Dinamik karakteristik eşleştirme yöntemi, esas olarak pilin şarj ve deşarj eğrisine göre eşleştirme işlevini gerçekleştirmektir. Spesifik uygulama adımları, bir karakteristik vektör oluşturmak için önce eğri üzerindeki karakteristik noktaları çıkarmaktır. Her eğri arasındaki karakteristik vektörler arasındaki mesafeye göre, Eşleştirme indeksi için uygun bir algoritma seçilerek eğrinin sınıflandırılması gerçekleştirilir ve ardından pil eşleştirme işlemi tamamlanır. Bu eşleştirme yöntemi, çalışma sırasında pilin performans değişikliklerini hesaba katar. Bu temelde, pil eşleştirme için diğer uygun parametreler seçilir ve daha tutarlı performansa sahip piller sıralanabilir.
2. Şarj yöntemi
Uygun şarj rejimi, pilin deşarj kapasitesi üzerinde önemli bir etkiye sahiptir. Şarj derinliği sığ ise, deşarj kapasitesi buna göre azalacaktır. Aşırı şarj edilmesi pilin kimyasal aktif maddelerini etkileyerek geri dönüşü olmayan hasarlara neden olarak pilin kapasitesini ve ömrünü azaltır. Bu nedenle, şarj kapasitesini gerçekleştirirken şarj verimliliğinin ve güvenliğin ve kararlılığın optimize edilmesini sağlamak için uygun şarj hızı, üst limit voltajı ve sabit voltaj kesme-off akımının seçilmesi gerekir. Şu anda, güç lityum-iyon piller çoğunlukla sabit akım-sabit voltaj şarj modunu kullanır. Farklı şarj akımları ve farklı kesme-off voltajları altında lityum demir fosfat sistemi ve üçlü sistem pilinin sabit akım ve sabit voltaj şarj sonuçlarını analiz ederek, şunlar bilinebilir: (1) şarj kesildiğinde{{5 }}off voltajına basılır, şarj akımı artar ve sabit akım oranı azalır, Şarj süresi kısalır, ancak enerji tüketimi artar; (2) Şarj akımına basıldığında, şarj kesme-kapalı voltajı azaldıkça, sabit akım şarj oranı azalır ve hem şarj kapasitesi hem de enerji azalır. Pil kapasitesini sağlamak için, demir fosfat Lityum-iyon pillerin şarj kesme-kapalı voltajı 3.4V'tan düşük olamaz. Şarj süresini ve enerji kaybını dengelemek için uygun bir şarj akımı seçin ve -kapanma süresini kesin.
Her hücrenin SOC tutarlılığı, pil paketinin deşarj kapasitesini büyük ölçüde belirler ve dengeli şarj, deşarj kapasitesini ve deşarj verimliliğini artırabilen her hücre deşarjı için benzer bir başlangıç SOC platformu elde etme imkanı sağlar (deşarj kapasitesi/eşleştirme kapasitesi) . Şarjdaki eşitleme yöntemi, şarj işlemi sırasında güçlü lityum-iyon pilin eşitlenmesini ifade eder. Genel olarak dengeleme, pil takımının voltajı ayarlanan voltaja ulaştığında veya bu voltajı aştığında başlar ve şarj akımı azaltılarak aşırı şarj önlenir.
Pil paketindeki tek hücrelerin farklı durumlarına göre, pil paketinin dengeli şarj kontrol devresi modeli ve eşitleme devresi aracılığıyla tekli hücrelerin şarj akımının ince-ayarlanması için bir yöntem önerilmiştir. sadece pil takımının hızlı şarjını gerçekleştirmekle kalmaz, aynı zamanda tek hücrelerin tutarsızlığını da ortadan kaldırır. Pil paketi döngü ömrü etkileri için eşitleyici şarj kontrol stratejisi. Spesifik olarak, anahtar sinyali aracılığıyla, lityum-iyon pil paketinin toplam enerjisi tekli pile eklenir veya tek pilin enerjisi genel pil paketine dönüştürülür. Batarya paketinin şarj işlemi sırasında her bir hücrenin voltaj değerini tespit ederek, tek hücrenin voltajı belirli bir değere ulaştığında dengeleme modülü çalışmaya başlar. Tek aküdeki şarj akımı, şarj voltajını azaltmak için bölünür ve bölünmüş akım, denge amacına ulaşmak için enerjiyi şarj veriyoluna geri beslemek için modül tarafından dönüştürülür.
Birisi değişken oranlı bir şarj dengeleme çözümü önerdi. Bu yöntemin denkleştirme fikri, tek pilin enerjisinin daha fazla enerji ile çıkarılması işlemini engelleyen, düşük enerjili tek pile sadece ek enerji sağlamaktır, bu da işlemi büyük ölçüde basitleştirir. Dengeleme devresinin topolojisi. Başka bir deyişle, iyi bir denge etkisi elde etmek için farklı enerji durumlarının tek hücrelerini şarj etmek için farklı şarj oranları kullanılır.
3. Deşarj oranı
Deşarj hızı, güç lityum-iyon piller için çok önemli bir göstergedir. Pilin yüksek oranda boşalması, pozitif ve negatif elektrot malzemeleri ve elektrolitler için bir testtir. Pozitif elektrot malzemesi lityum demir fosfat için yapısı stabildir, şarj ve deşarj sırasındaki gerilim küçüktür ve yüksek akım deşarjı için temel koşullara sahiptir, ancak dezavantajı lityum demir fosfatın iletkenliğinin zayıf olmasıdır. Lityum iyonlarının elektrolit içindeki difüzyon hızı, pilin boşalma hızını etkileyen önemli bir faktördür ve pildeki iyonların difüzyonu, pilin yapısı ve elektrolit konsantrasyonu ile yakından ilişkilidir.
Bu nedenle, farklı deşarj hızları, akülerin farklı deşarj süresi ve deşarj voltajı platformlarına yol açar, bu da özellikle paralel akü paketleri için belirgin olan farklı deşarj kapasitelerine yol açar. Bu nedenle, uygun deşarj oranını seçmek gerekir. Deşarj akımı arttıkça pilin kullanılabilir kapasitesi azalır.
Jiang Cuina et al. deşarj hızının lityum demir fosfat pil hücrelerinin serbest bırakılabilir kapasitesi üzerindeki etkisini inceledi. Aynı türden iyi bir başlangıç tutarlılığına sahip bir grup tek hücre, 1C akımında 3.8V'a yüklendi ve ardından 0.1, 0.2'de, {{7} deşarj oranlarında şarj edildi. }.5, 1, 2 ve 3C 2.5V'a deşarj edildi ve voltaj ile deşarj edilen güç arasındaki ilişki eğrisi Şekil 1'de gösterildiği gibi kaydedildi. Deney sonuçları, 1 ve 2C'nin serbest bırakılan kapasitesinin 97.8 olduğunu gösteriyor. C/3'ün salınan kapasitesinin sırasıyla yüzde 97,2'si ve yüzde 96,5'i ve salınan enerji, C/3 tarafından salınan enerjinin sırasıyla yüzde 97,2'si ve yüzde 94,3'ü kadardır. Arttırıldığında, lityum-iyon pil tarafından salınan kapasite ve enerji önemli ölçüde azalır.
Lityum-iyon pil boşaldığında, genellikle ulusal standart 1C kullanılır ve maksimum deşarj akımı genellikle 23C ile sınırlıdır. Büyük bir akım deşarj edildiğinde, büyük bir sıcaklık artışı meydana gelecek ve enerji kaybına yol açacaktır. Bu nedenle, aşırı sıcaklık nedeniyle pilin zarar görmesini önlemek ve pilin hizmet ömrünü azaltmak için pil takımının sıcaklığını gerçek zamanlı olarak izlemek gerekir.
4. Sıcaklık koşulları
Sıcaklık, pilin içindeki elektrot malzemesinin aktivitesini ve elektrolit performansını önemli ölçüde etkiler. Çok yüksek ve çok düşük sıcaklık, pilin kapasitesi üzerinde daha büyük bir etkiye sahiptir.
Düşük sıcaklıkta, pilin etkinliği önemli ölçüde azalır, lityum interkalasyon ve çıkarma yeteneği azalır, pilin iç direnci ve polarizasyon voltajı artar, gerçek kullanılabilir kapasite azalır, pilin deşarj kapasitesi azalır , deşarj platformu düşüktür ve pilin deşarj kesme- voltajına ulaşma olasılığı daha yüksektir. Pilin kullanılabilir kapasitesi azaldıkça pilin enerji kullanım verimliliği düşer.
Sıcaklık yükseldiğinde, pozitif ve negatif elektrotlar arasına lityum iyonlarının çıkarılması ve yerleştirilmesi aktif hale gelir, böylece pilin iç direnci azalır ve iç direnç stabilite süresi uzar, bu da elektron hareketliliği miktarını arttırır. harici devre ve kapasite daha etkilidir. Oyna. Ancak pilin uzun süre yüksek sıcaklıktaki bir ortamda çalışması durumunda pozitif kafes yapısının stabilitesi bozulacak, pilin güvenliği azalacak ve pilin ömrü önemli ölçüde kısalacaktır.
Li Zhe et al. sıcaklığın akünün fiili deşarj kapasitesi üzerindeki etkisini inceledi ve akünün fiili deşarj kapasitesinin farklı sıcaklıklarda standart deşarj kapasitesine (25 derecede 1C deşarj) oranını kaydetti. Pilin kapasite değişimini sıcaklığa uydurun ve şunu elde edin: Formülde: C pil kapasitesidir; T sıcaklıktır; R2, bağlantı parçasının korelasyon katsayısıdır. Deneyler, pil kapasitesinin düşük sıcaklıkta çok hızlı bir şekilde azaldığını, yaklaşık normal sıcaklıkta sıcaklığın artmasıyla kapasitenin arttığını göstermektedir. Pilin kapasitesi -40 derecede nominal değerin sadece 1/3'ü iken, 0 dereceden 60 dereceye kadar pil kapasitesi nominal kapasitenin yüzde 80'inden yüzde 100'e çıkar.
Analiz, düşük sıcaklıktaki ohmik iç direncin değişim hızının yüksek sıcaklıktaki değişim hızından daha büyük olduğunu gösterir; bu, düşük sıcaklığın pilin etkinliği üzerinde daha belirgin bir etkiye sahip olduğunu ve dolayısıyla pilin deşarj edilebilir gücünü etkilediğini gösterir. Sıcaklık arttıkça, hem şarj hem de deşarj işleminin omik iç direnci ve polarizasyon iç direnci azalır. Bununla birlikte, daha yüksek sıcaklıklarda, pildeki kimyasal reaksiyon dengesi ve malzemenin kararlılığı bozulacak ve pil kapasitesini ve iç direncini etkileyecek olası yan reaksiyonlara neden olarak çevrim ömrünün kısalmasına ve hatta güvenliğin azalmasına neden olacaktır.
Bu nedenle, hem yüksek hem de düşük sıcaklıklar, lityum demir fosfat pillerin performansını ve hizmet ömrünü etkileyecektir. Gerçek çalışma sürecinde, pilin uygun sıcaklık koşullarında çalışmasını sağlamak için yeni pil termal yönetimi gibi yöntemler kullanılmalıdır. Batarya paketi PACK testinde, 25 derecelik sabit sıcaklık test odası kurulabilir.
