منحنی های شارژ و دشارژ باتری

در طول فرآیند شارژ و دشارژ باتری، با تغییر عمق شارژ و دشارژ، ولتاژ نیز دائما در حال تغییر است. اگر از ظرفیت به عنوان مختصات افقی و ولتاژ به عنوان مختصات عمودی استفاده کنیم، می توانیم یک منحنی شارژ و دشارژ ساده به دست آوریم که حاوی سرنخ های زیادی در مورد عملکرد الکتریکی باتری است. این منحنی هایی که با پارامترهای سلول باتری مانند زمان، ظرفیت، SOC، ولتاژ و غیره درگیر در شارژ و دشارژ به عنوان مختصات ترسیم می شوند، منحنی شارژ و دشارژ نامیده می شوند. در اینجا چند منحنی شارژ و دشارژ رایج آورده شده است.

منحنی زمان-جریان/ولتاژ

● جریان ثابت

در هنگام شارژ و دشارژ جریان ثابت، جریان ثابت است و تغییر ولتاژ ترمینال باتری در همان زمان جمع آوری می شود که اغلب برای تشخیص ویژگی های تخلیه باتری استفاده می شود. در طول فرآیند تخلیه، جریان تخلیه بدون تغییر باقی می‌ماند، ولتاژ باتری کاهش می‌یابد و قدرت تخلیه نیز به کاهش ادامه می‌دهد. منحنی نمونه در شکل زیر نشان داده شده است.

● جریان ثابت و ولتاژ ثابت (شارژ)

در مقایسه با شارژ جریان ثابت، شارژ ولتاژ ثابت جریان ثابت دارای یک فرآیند ولتاژ ثابت در پایان شارژ است. در پایان شارژ، ولتاژ با رسیدن به مقدار هدف ثابت می شود، در حالی که جریان به تدریج کاهش می یابد. با رسیدن به جریان قطع، شارژ ولتاژ ثابت جریان ثابت به پایان می رسد. از آنجایی که ولتاژ باتری پس از خروج از دوره پلاتو بسیار نوسان می کند، اگر شارژ جریان ثابت ادامه یابد، باتری نمی تواند به حالت شارژ کامل ایده آل برسد. بنابراین لازم است به ولتاژ ثابت تغییر دهید و جریان را کاهش دهید تا اطمینان حاصل شود که باتری تا حد امکان به حالت شارژ بالاتری می رسد. منحنی نمونه در شکل زیر نشان داده شده است.

● قدرت ثابت

کل فرآیند شارژ و دشارژ با توان ثابت انجام می شود. طبق P{0}}UI، ولتاژ به تدریج افزایش می‌یابد و جریان به تدریج در طول شارژ ثابت کاهش می‌یابد، و ولتاژ به تدریج کاهش می‌یابد و جریان به تدریج در هنگام تخلیه توان ثابت افزایش می‌یابد. با توجه به ولتاژ قطع معمول شارژ و دشارژ باتری LFP 3.{3}}.5 ولت، جریان پایان تخلیه می تواند نزدیک به 1.5 برابر جریان پایان شارژ برسد. منحنی مثال در شکل زیر نشان داده شده است.

● پیوسته، متناوب، نبض

در جریان یا توان ثابت، تابع زمان بندی برای دستیابی به کنترل شارژ و دشارژ مداوم، متناوب و پالس استفاده می شود. این رژیم های شارژ و دشارژ ویژه اغلب برای ارزیابی مقاومت داخلی DC باتری استفاده می شود. منحنی نمونه در شکل زیر نشان داده شده است.

منحنی ظرفیت-ولتاژ

محور افقی منحنی ظرفیت-ولتاژ ظرفیت شارژ و تخلیه باتری، وضعیت شارژ و سایر اطلاعات را منعکس می کند، در حالی که محور عمودی شامل پلت فرم ولتاژ باتری، نقطه عطف، قطبش و سایر اطلاعات است. شکل زیر منحنی تخلیه باتری لیتیوم آهن فسفات در دماهای مختلف است.

منحنی نرخ

چگالی جریان بر سرعت واکنش الکتروشیمیایی تأثیر می گذارد، بنابراین پارامترهای عملکرد باتری را تغییر می دهد. هنگام مقایسه باتری های با ظرفیت های مختلف، جریان یکسانی قابل اعمال نیست، بنابراین از نرخ برای تعیین جریان نسبی استفاده می شود. برای مثال، {{0}}.1C برای باتری 3Ah 18650 0.3A و برای باتری منشوری 280Ah 28A است. به بیان ساده، مقدار جریان خاص که با نرخ نشان داده می شود، نرخ ضرب شده در ظرفیت باتری است.

هنگام علامت گذاری ظرفیت باتری، جریان شارژ و دشارژ باید در نظر گرفته شود، زیرا ظرفیت با نرخ های مختلف متفاوت خواهد بود. به عنوان مثال، برای کالیبره کردن ظرفیت باتری با نرخ های مختلف، می توانید آن را به گونه ای تنظیم کنید که گام به گام با نرخ چرخه شارژ و دشارژ تغییر کند و سپس یک منحنی سرعت با ظرفیت تخلیه به عنوان محور عمودی و تعداد شارژ رسم کنید. و زمان تخلیه به عنوان محور افقی.

منحنی dQ/dV

نام منحنی dQ/dV متغیر محور y آن است، یعنی نرخ تغییر حجم در واحد فاصله ولتاژ. محور افقی منحنی dQ/dV به طور کلی SOC، ظرفیت یا ولتاژ است که منعکس کننده تغییر در نرخ تغییر ظرفیت است. مکانی که سرعت تغییر زیاد است به عنوان یک قله مشخصه روی منحنی نمایش داده می شود که به طور کلی مربوط به یک فرآیند واکنش الکتروشیمیایی است.

منحنی dQ/dV می تواند به ما بگوید که سکوی ولتاژ باتری کجاست، چه زمانی واکنش الکتروشیمیایی رخ می دهد و چگونه فرآیند واکنش با پیر شدن باتری و سایر تغییرات در حالت تغییر می کند. به طور کلی، واکنش های شیمیایی سریع هستند، بنابراین نقاط داده روی منحنی به دقت بالاتری نیاز دارند. بنابراین منحنی خروجی dQ/dV الزامات خاصی برای جمع آوری داده های خام دارد، در غیر این صورت نمی توان منحنی با پیک های آشکار ایجاد کرد. هنگام انجام آزمایش‌های شارژ و دشارژ، می‌توانید فاصله ولتاژΔV{0}}~50mV را برای جمع‌آوری داده‌ها یا فاصله زمانی Δt=10-50ms تنظیم کنید و سپس داده‌های خام را با اختلاف ولتاژ مساوی غربال کنید.

شکل زیر منحنی dQ/dV را در تعداد چرخه های مختلف نشان می دهد.

منحنی چرخه

می دانیم که عمر باتری به دوام تقویمی و چرخه تقسیم می شود. عمر تقویم زمانی است که طول می کشد تا ظرفیت باتری تا حد معینی در محل طبیعی از دست برود، در حالی که عمر چرخه تعداد دفعاتی است که باتری به طور مداوم شارژ و دشارژ می شود تا زمانی که ظرفیت آن به میزان معینی کاهش یابد. عمر چرخه یکی از شاخص های مهم برای اندازه گیری عملکرد باتری است.

داده‌های تست چرخه باتری‌های لیتیوم یونی، انباشتگی داده‌های تک شارژ و دشارژ است. داده های مختلف شارژ و دشارژ را می توان استخراج کرد تا منحنی های متعددی برای جنبه های مختلف تحلیل ایجاد شود. ساده ترین منحنی عمر چرخه با تعداد سیکل ها به عنوان محور x و ظرفیت تخلیه یا نرخ نگهداری ظرفیت به عنوان محور y است، همانطور که در شکل زیر نشان داده شده است. با پیشروی چرخه، ظرفیت باتری همچنان رو به زوال است و سیستم شارژ و دشارژ تأثیر قابل توجهی بر کاهش ظرفیت باتری دارد.

همانطور که در شکل زیر نشان داده شده است می توانید منحنی های ظرفیت-ولتاژ شارژ و دشارژ را در زمان های مختلف مقایسه کنید. با پیشرفت چرخه، ولتاژ شروع شارژ و دشارژ تغییر می کند، مقاومت داخلی DC باتری تغییر می کند و ظرفیت شارژ و دشارژ به تدریج کاهش می یابد.

علاوه بر دو نوع فوق، منحنی های زیادی با تعداد چرخه ها به عنوان محور افقی و پارامترهای تحت تأثیر تضعیف چرخه باتری به عنوان محور عمودی وجود دارد که در تجزیه و تحلیل عوامل مؤثر بر عمر چرخه باتری نقش دارند. سلول و پیش بینی عمر چرخه همانطور که در شکل زیر نشان داده شده است، مقدار تئوری عمر چرخه باتری را تحت تاثیر سطح بازده کولن منعکس می کند. CE راندمان کولن، Ck نرخ حفظ ظرفیت و k تعداد چرخه ها است.

TOB NEW ENERGY مجموعه کاملی ازتستر باتریبرای تحقیق و ساخت باتری