Omfattende guide til analyse af lithium-ion-batteriafladningskurve

Den mest almindeligt anvendte ydelsestest af lithium-ion batteri - strategien for analyse af afladningskurven

Når lithium-ion-batteriet aflades, ændres dets arbejdsspænding altid konstant med tiden. Batteriets arbejdsspænding bruges som ordinat, afladningstid eller kapacitet eller ladningstilstand (SOC) eller afladningsdybde (DOD) som abscisse, og den tegnede kurve kaldes afladningskurven. For at forstå afladningskarakteristikken for et batteri skal vi først forstå batteriets spænding i princippet.

[Batteriets spænding]

For at elektrodereaktionen kan dannes, skal batteriet opfylde følgende betingelser: processen med at tabe elektronen i den kemiske reaktion (dvs. oxidationsproces) og processen med at opnå elektronen (dvs. reduktionsreaktionsprocessen) skal adskilles i to forskellige områder, som er forskellig fra den generelle redoxreaktion; redoxreaktionen af ​​det aktive stof af to elektroder skal overføres af det eksterne kredsløb, hvilket er forskelligt fra mikrobatterireaktionen i metalkorrosionsprocessen. Batteriets spænding er potentialforskellen mellem den positive elektrode og den negative elektrode. De specifikke nøgleparametre omfatter åben kredsløbsspænding, arbejdsspænding, lade- og afladningsafskæringsspænding osv.

[Elektrodepotentiale for lithium-ion batterimateriale]

Elektrodepotentiale refererer til nedsænkning af et fast materiale i elektrolytopløsningen, der viser den elektriske effekt, det vil sige potentialforskellen mellem overfladen af ​​metallet og opløsningen. Denne potentialforskel kaldes metallets potentiale i opløsningen eller elektrodens potentiale. Kort sagt er elektrodepotentialet en tendens for en ion eller et atom til at erhverve en elektron.

Derfor, for en bestemt positiv elektrode eller negativ elektrodemateriale, når den placeres i en elektrolyt med et lithiumsalt, udtrykkes dens elektrodepotentiale som:

Hvor φ c er dette stofs elektrodepotentiale. Standard brintelektrodepotentialet blev sat til at være 0.0V.

[Batteriets åben kredsløb]

Batteriets elektromotoriske kraft er den teoretiske værdi beregnet i henhold til batteriets reaktion ved hjælp af den termodynamiske metode, det vil sige forskellen mellem batteriets ligevægtselektrodepotentiale og de positive og negative elektroder, når kredsløbet bryder, er den maksimale værdi at batteriet kan give spændingen. Faktisk er de positive og negative elektroder ikke nødvendigvis i den termodynamiske ligevægtstilstand i elektrolytten, det vil sige, at elektrodepotentialet etableret af batteriets positive og negative elektroder i elektrolytopløsningen normalt ikke er ligevægtselektrodepotentialet, så åben kredsløbsspænding på batteriet er generelt mindre end dets elektromotoriske kraft. For elektrodereaktionen:

I betragtning af reaktantkomponentens ikke-standardtilstand og aktiviteten (eller koncentrationen) af den aktive komponent over tid, modificeres cellens faktiske åbne kredsløbsspænding af energiligningen:

Hvor R er gaskonstanten, T er reaktionstemperaturen, og a er komponentens aktivitet eller koncentration. Batteriets åbne kredsløbsspænding afhænger af det positive og negative elektrodemateriales egenskaber, elektrolytten og temperaturforholdene og er uafhængig af batteriets geometri og størrelse. Lithium ion elektrode materiale forberedelse i stangen, og lithium metalplade samlet i knap halvt batteri, kan måle elektrodematerialet i forskellige SOC tilstande af åben spænding, åben spændingskurve er elektrodematerialets ladningstilstand reaktion, batterilagring åbent spændingsfald, men ikke særlig stor, hvis den åbne spænding falder for hurtigt eller amplitude er unormalt fænomen. Overfladetilstandsændringen af ​​de bipolære aktive stoffer og batteriets selvafladning er hovedårsagerne til faldet i åbent kredsløbsspænding i lageret, herunder ændringen af ​​maskelaget i det positive og negative elektrodematerialebord; potentialeændringen forårsaget af elektrodens termodynamiske ustabilitet, opløsning og udfældning af metalfremmede urenheder og mikrokortslutningen forårsaget af membranen mellem de positive og negative elektroder. Når lithium-ion-batteriet ældes, er ændringen af ​​K-værdien (spændingsfald) dannelsen og stabilitetsprocessen af ​​SEI-filmen på overfladen af ​​elektrodematerialet. Hvis spændingsfaldet er for stort, er der en mikrokortslutning indeni, og batteriet vurderes at være ukvalificeret.

[Batteripolarisering]

Når strømmen går gennem elektroden, kaldes det fænomen, at elektroden afviger fra ligevægtselektrodepotentialet, for polarisering, og polariseringen genererer overpotentialet. Ifølge årsagerne til polarisering kan polariseringen opdeles i ohmsk polarisering, koncentrationspolarisering og elektrokemisk polarisering. FIG. 2 er den typiske afladningskurve for batteriet og indflydelsen af ​​forskellige polariseringer på spændingen.

 Figur 1. Typisk udledningskurve og polarisering

(1) Ohmisk polarisering: forårsaget af modstanden i hver del af batteriet, trykfaldsværdien følger ohms lov, strømmen falder, polariseringen falder med det samme, og strømmen forsvinder umiddelbart efter, at den er stoppet.

(2) Elektrokemisk polarisering: Polariseringen er forårsaget af den langsomme elektrokemiske reaktion på elektrodeoverfladen. Det faldt betydeligt inden for mikrosekundniveauet, efterhånden som strømmen bliver mindre.

(3) Koncentrationspolarisering: På grund af retarderingen af ​​iondiffusionsprocessen i opløsningen polariseres koncentrationsforskellen mellem overfladen af ​​elektroden og opløsningslegemet under en vis strøm. Denne polarisering aftager eller forsvinder, når den elektriske strøm aftager ved de makroskopiske sekunder (et par sekunder til titusinder af sekunder).

Batteriets indre modstand stiger med stigningen i batteriets afladningsstrøm, hvilket hovedsageligt skyldes, at den store afladningsstrøm øger batteriets polarisationstrend, og jo større afladningsstrømmen er, desto tydeligere er polariseringstendensen, som vist. i figur 2. Ifølge Ohms lov: V=E0-IRT, med stigningen af ​​den interne samlede modstand RT, reduceres den tid, det tager for batterispændingen at nå udladningsafskæringsspændingen, tilsvarende, så udløsningskapaciteten er også reduceret.

Figur 2. Effekt af strømtætheden på polarisationen

Lithium-ion-batteri er i det væsentlige en slags lithium-ion-koncentrationsbatteri. Opladning og afladning af lithium-ion-batterier er processen med indlejring og stripning af lithium-ioner i de positive og negative elektroder. Faktorer, der påvirker polariseringen af ​​lithium-ion-batterier omfatter:

(1) Elektrolyttens indflydelse: elektrolyttens lave ledningsevne er hovedårsagen til polariseringen af ​​lithium-ion-batterier. I det generelle temperaturområde er ledningsevnen af ​​den elektrolyt, der bruges til lithium-ion-batterier, generelt kun 0.01 ~ 0.1 S/cm, hvilket er en procent af den vandige opløsning. Når lithium-ion-batterier aflades ved høj strøm, er det derfor for sent at supplere Li+ fra elektrolytten, og polariseringsfænomenet vil opstå. Forbedring af elektrolyttens ledningsevne er nøglefaktoren for at forbedre højstrømsafladningskapaciteten for lithium-ion-batterier.

(2) Påvirkningen af ​​positive og negative materialer: den længere kanal af positivt og negativt materiale, store lithiumionpartikler diffunderer til overfladen, hvilket ikke er befordrende for stor udledning.

(3) Ledningsmiddel: Indholdet af ledende middel er en vigtig faktor, der påvirker udledningsevnen med højt forhold. Hvis indholdet af ledende middel i katodeformlen er utilstrækkeligt, kan elektronerne ikke overføres i tide, når den store strøm aflades, og polarisationens indre modstand stiger hurtigt, således at batterispændingen hurtigt reduceres til udladningsafskæringsspændingen .

(4) Påvirkningen af ​​poldesign: poltykkelse: i tilfælde af stor strømudledning er reaktionshastigheden af ​​aktive stoffer meget hurtig, hvilket kræver, at lithiumion hurtigt indlejres og løsnes i materialet. Hvis polpladen er tyk, og stien for lithiumiondiffusion øges, vil retningen af ​​poltykkelsen producere en stor lithiumionkoncentrationsgradient.

Komprimeringstæthed: komprimeringstætheden af ​​polpladen er større, poren bliver mindre, og lithiumionbevægelsens bane i retningen for polpladetykkelsen er længere. Derudover, hvis komprimeringstætheden er for stor, falder kontaktarealet mellem materialet og elektrolytten, elektrodereaktionsstedet reduceres, og batteriets indre modstand vil også stige.

(5) Påvirkningen af ​​SEI-membran: Dannelsen af ​​SEI-membran øger modstanden af ​​elektrode/elektrolyt-grænsefladen, hvilket resulterer i spændingshysterese eller polarisering.

[Batteriets driftsspænding]

Driftsspænding, også kendt som slutspænding, refererer til potentialforskellen mellem batteriets positive og negative elektroder, når strømmen flyder i kredsløbet i arbejdstilstand. I batteriafladningstilstanden, når strømmen løber gennem batteriet, skal modstanden forårsaget af den interne modstand overvindes, hvilket vil forårsage ohmsk trykfald og elektrodepolarisering, så arbejdsspændingen er altid lavere end åben kredsløbsspænding, og ved opladning er slutspændingen altid højere end tomgangsspændingen. Det vil sige, at resultatet af polarisering gør slutspændingen af ​​batteriets afladning lavere end batteriets elektromotoriske potentiale, hvilket er højere end det elektromotoriske potentiale for det ladede batteri.

På grund af eksistensen af ​​polarisering fænomen, den øjeblikkelige spænding og den faktiske spænding i processen med opladning og afladning. Ved opladning er den øjeblikkelige spænding lidt højere end den faktiske spænding, polariseringen forsvinder, og spændingen falder, når den øjeblikkelige spænding og den faktiske spænding falder efter afladningen.

For at opsummere ovenstående beskrivelse er udtrykket:

E +, E- -repræsenterer potentialerne for henholdsvis de positive og negative elektroder, E + 0 og E- -0 repræsenterer ligevægtselektrodepotentialet for henholdsvis de positive og negative elektroder, VR repræsenterer den ohmske polarisationsspænding, og η + , η - - repræsenterer overpotentialet for henholdsvis de positive og negative elektroder.

[Grundlæggende princip for udledningstest]

Efter en grundlæggende forståelse af batterispændingen begyndte vi at analysere afladningskurven for lithium-ion-batterier. Udladningskurven afspejler grundlæggende elektrodens tilstand, som er overlejringen af ​​tilstandsændringerne for de positive og negative elektroder.

Spændingskurven for lithium-ion-batterier gennem hele afladningsprocessen kan opdeles i tre trin

1) I den indledende fase af batteriet falder spændingen hurtigt, og jo større afladningshastigheden er, jo hurtigere falder spændingen;

2) Batterispændingen går ind i et langsomt skiftetrin, som kaldes batteriets platformsareal. Jo mindre udledningshastigheden er,

Jo længere varigheden af ​​platformsområdet er, jo højere platformspændingen er, jo langsommere er spændingsfaldet.

3) Når batteriet er næsten færdigt, begynder batteribelastningsspændingen at falde kraftigt, indtil afladningsstopspændingen er nået.

Under test er der to måder at indsamle data på

(1) Indsaml data for strøm, spænding og tid i henhold til det indstillede tidsinterval Δ t;

(2) Indsaml strøm-, spændings- og tidsdata i henhold til den indstillede spændingsændringsforskel Δ V. Nøjagtigheden af ​​opladnings- og afladningsudstyr omfatter hovedsageligt strømnøjagtighed, spændingsnøjagtighed og tidspræcision. Tabel 2 viser udstyrsparametrene for en bestemt opladnings- og afladningsmaskine, hvor % FS repræsenterer procentdelen af ​​det fulde område, og 0.05 %RD refererer til den målte fejl inden for området 0.05 % af aflæsningen. Opladnings- og afladningsudstyr bruger generelt CNC konstant strømkilde i stedet for belastningsmodstand til belastning, så batteriets udgangsspænding ikke har noget at gøre med seriemodstanden eller parasitmodstanden i kredsløbet, men kun relateret til spændingen E og intern modstand r og kredsløbsstrømmen I for den ideelle spændingskilde svarende til batteriet. Hvis modstanden bruges til belastning, indstilles spændingen for den ideelle spændingskilde til batteriet svarende til E, den interne modstand er r, og belastningsmodstanden er R. Mål spændingen i begge ender af belastningsmodstanden med spændingen meter, som vist i ovenstående figur i figur 6. Men i praksis er der blymodstand og fiksturkontaktmodstand (ensartet parasitmodstand) i kredsløbet. Det tilsvarende kredsløbsdiagram vist i fig. 3 er vist i den følgende figur i fig. 3. I praksis indføres parasitmodstanden uundgåeligt, så den samlede lastmodstand bliver stor, men den målte spænding er spændingen i begge ender af lastmodstanden R, så fejlen indføres.

 Fig. 3 Principblokdiagrammet og det faktiske ækvivalente kredsløbsdiagram for modstandsafladningsmetoden

Når den konstante strømkilde med strømmen I1 bruges som belastning, er det skematiske diagram og det faktiske ækvivalente kredsløbsdiagram vist i figur 7. E, I1 er konstante værdier og r er konstant i en vis tid.

Ud fra ovenstående formel kan vi se, at de to spændinger af A og B er konstante, det vil sige, at batteriets udgangsspænding ikke er relateret til størrelsen af ​​seriemodstanden i sløjfen, og det har selvfølgelig intet at gøre med den parasitære resistens. Derudover kan den fire-terminale måletilstand opnå en mere nøjagtig måling af batteriets udgangsspænding.

Figur 4 Equiple-blokdiagram og faktisk ækvivalent kredsløbsdiagram over konstant strømkildebelastning

Samtidig kilde er en strømforsyningsenhed, der kan levere konstant strøm til belastningen. Den kan stadig holde udgangsstrømmen konstant, når den eksterne strømforsyning svinger, og impedansegenskaberne ændres.

[Afladningstesttilstand]

Opladnings- og afladningstestudstyr bruger generelt halvlederanordningen som flowelementet. Ved at justere halvlederenhedens styresignal kan den simulere en belastning af forskellige karakteristika såsom konstant strøm, konstant tryk og konstant modstand og så videre. Lithium-ion-batteriafladningstesttilstanden omfatter hovedsageligt konstant strømafladning, konstant modstandsafladning, konstant strømafladning osv. I hver afladningstilstand kan den kontinuerlige afladning og intervalafladning også opdeles, hvor i henhold til tidslængden, intervaludladningen kan opdeles i intermitterende udladning og pulsudladning. Under afladningstesten aflades batteriet i henhold til den indstillede tilstand og stopper med at aflade efter at have nået de indstillede betingelser. Afladningsafskæringsbetingelserne omfatter indstilling af spændingsafbrydelse, indstilling af tidsafskæring, indstilling af kapacitetsafbrydelse, indstilling af negativ spændingsgradientafskæring osv. Ændringen af ​​batteriafladningsspændingen er relateret til afladningssystemet, dvs. er, at ændringen af ​​udladningskurven også påvirkes af udladningssystemet, herunder: udladningsstrøm, udladningstemperatur, udladningsafslutningsspænding; intermitterende eller kontinuerlig udledning. Jo større afladningsstrømmen er, jo hurtigere falder driftsspændingen; med afgangstemperaturen ændres afgangskurven blidt.

(1) Konstant strømudladning

Når den konstante strømudladning indstilles, indstilles den aktuelle værdi, og derefter nås den aktuelle værdi ved at justere CNC-konstantstrømkilden for at realisere batteriets konstante strømudladning. Samtidig opsamles slutspændingsændringen af ​​batteriet for at detektere batteriets afladningskarakteristika. Konstant strømafladning er afladningen af ​​den samme afladningsstrøm, men batterispændingen fortsætter med at falde, så strømmen fortsætter med at falde. Figur 5 er spændings- og strømkurven for den konstante strømafladning af lithium-ion-batterier. På grund af den konstante strømudladning konverteres tidsaksen let til kapacitetsaksen (produktet af strøm og tid). Figur 5 viser spændings-kapacitetskurven ved konstant strømudladning. Konstant strømafladning er den mest almindeligt anvendte afladningsmetode i lithium-ion-batteritest.

Figur 5 konstant strøm konstant spændingsopladning og konstant strømudladningskurver ved forskellige multiplikatorhastigheder

(2) Konstant strømafladning

Når den konstante effekt aflades, indstilles den konstante effekteffektværdi P først, og udgangsspændingen U fra batteriet opsamles. I afladningsprocessen kræves det, at P er konstant, men U ændrer sig konstant, så det er nødvendigt løbende at justere strømmen I af CNC konstantstrømkilden i henhold til formel I = P / U for at opnå formålet med konstant strømafladning . Hold afladningseffekten uændret, fordi batteriets spænding fortsætter med at falde under afladningsprocessen, så strømmen i den konstante strømafladning fortsætter med at stige. På grund af den konstante effektudladning omdannes tidskoordinataksen let til energien (produktet af kraft og tid) koordinataksen.

Figur 6 Konstant opladning og afladningskurver ved forskellige fordoblingshastigheder

Sammenligning mellem konstant strømudladning og konstant strømudladning

Figur 7: (a) ladnings- og afladningskapacitetsdiagram ved forskellige forhold; (b) ladnings- og afladningskurve

 Figur 7 viser resultaterne af forskellige forhold ladnings- og afladningstest i de to tilstande af lithium jern fosfat batteri. Ifølge kapacitetskurven i fig. 7 (a), med stigningen af ​​lade- og afladningsstrømmen i konstantstrømstilstand, falder batteriets faktiske opladnings- og afladningskapacitet gradvist, men ændringsområdet er relativt lille. Batteriets faktiske opladnings- og afladningskapacitet falder gradvist med stigningen i strømstyrken, og jo større multiplikatoren er, desto hurtigere falder kapaciteten. Udløbskapaciteten på 1 time er lavere end tilstanden konstant flow. På samme tid, når opladnings-afladningshastigheden er lavere end 5 timers hastigheden, er batterikapaciteten højere under konstant strømtilstand, mens batterikapaciteten er højere end 5 timers hastigheden er højere under konstant strømtilstand.

Fra figur 7 (b) viser kapacitet-spændingskurven, under betingelse af lavt forhold, lithiumjernfosfatbatteri to-mode kapacitet-spændingskurve, og ladnings- og afladningsspændingsplatformændringen er ikke stor, men under betingelsen af ​​høj forhold, konstant strøm-konstant spænding tilstand af konstant spænding tid betydeligt længere, og ladespænding platform steg betydeligt, afladningsspænding platform er betydeligt reduceret.

(3) Konstant modstandsudladning

Ved konstant modstandsudladning indstilles en konstant modstandsværdi R først for at indsamle udgangsspændingen fra batteriet U. Under afladningsprocessen kræves det, at R er konstant, men U ændrer sig konstant, så den nuværende I værdi af CNC konstant strøm Kilden skal konstant justeres i henhold til formel I=U / R for at opnå formålet med konstant modstandsudladning. Batteriets spænding er altid faldende i afladningsprocessen, og modstanden er den samme, så afladningsstrømmen I er også en faldende proces.

(4) Kontinuerlig udladning, intermitterende udladning og pulsudladning

Batteriet aflades i konstant strøm, konstant effekt og konstant modstand, mens timingfunktionen bruges til at realisere styringen af ​​kontinuerlig afladning, intermitterende afladning og pulsafladning. Figur 11 viser strømkurver og spændingskurver for en typisk pulsladnings-/afladningstest.

Figur 8 Strømkurver og spændingskurver til typiske pulsladnings-afladningstests

[Oplysninger inkluderet i udledningskurven]

Afladningskurve refererer til kurven for spænding, strøm, kapacitet og andre ændringer af batteriet over tid under afladningsprocessen. Informationen i lade- og afladningskurven er meget rig, herunder kapacitet, energi, arbejdsspænding og spændingsplatform, forholdet mellem elektrodepotentialet og ladningstilstanden osv. De vigtigste data, der registreres under afladningstesten, er tiden udvikling af strøm og spænding. Mange parametre kan opnås fra disse grundlæggende data. I det følgende beskrives de parametre, der kan opnås med udledningskurven.

(1) Spænding

I afladningstesten af ​​lithium-ion-batteri omfatter spændingsparametrene hovedsageligt spændingsplatform, medianspænding, gennemsnitsspænding, afskæringsspænding osv. Platformspændingen er den tilsvarende spændingsværdi, når spændingsændringen er minimal, og kapacitetsændringen er stor , som kan opnås fra spidsværdien af ​​dQ/dV. Medianspændingen er den tilsvarende spændingsværdi af halvdelen af ​​batterikapaciteten. For materialer, der er mere tydelige på platformen, såsom lithiumjernfosfat og lithiumtitanat, er medianspændingen platformspændingen. Den gennemsnitlige spænding er det effektive areal af spændingskapacitetskurven (dvs. batteriafladningsenergi) divideret med kapacitetsberegningsformlen er u = U (t) * I (t) dt / I (t) dt. Afskæringsspændingen refererer til den tilladte minimumsspænding, når batteriet aflades. Hvis spændingen er lavere end afladningsafskæringsspændingen, vil spændingen i begge ender af batteriet falde hurtigt, hvilket danner overdreven afladning. Overafladning kan forårsage skade på elektrodens aktive stof, miste reaktionsevnen og forkorte batteriets levetid. Som beskrevet i første del er batteriets spænding relateret til katodematerialets ladetilstand og elektrodepotentialet.

(2) Kapacitet og specifik kapacitet

Batterikapacitet refererer til mængden af ​​elektricitet, der frigives af batteriet under et bestemt afladningssystem (under en bestemt afladningsstrøm I, afladetemperatur T, afladningsafskæringsspænding V), hvilket angiver batteriets evne til at lagre energi i Ah eller C Kapaciteten påvirkes af mange elementer, såsom afladningsstrøm, afladningstemperatur osv. Kapacitetens størrelse bestemmes af mængden af ​​aktive stoffer i de positive og negative elektroder.

Teoretisk kapacitet: den kapacitet, som det aktive stof giver i reaktionen.

Faktisk kapacitet: den faktiske kapacitet, der frigives under et bestemt udledningssystem.

Nominel kapacitet: refererer til den minimale mængde strøm, der garanteres af batteriet under de beregnede afladningsforhold.

I afladningstesten beregnes kapaciteten ved at integrere strømmen over tid, dvs. C = I (t) dt, konstant strøm i t konstant afladning, C = I (t) dt = I t; konstant modstand R udladning, C = I (t) dt = (1 / R) * U (t) dt (1 / R) * ud (u er den gennemsnitlige afladningsspænding, t er afladningstiden).

Specifik kapacitet: For at sammenligne de forskellige batterier introduceres begrebet specifik kapacitet. Specifik kapacitet refererer til kapaciteten givet af det aktive stof af enhedsmassen eller enhedsvolumenelektroden, som kaldes den massespecifikke kapacitet eller den volumenspecifikke kapacitet. Den sædvanlige beregningsmetode er: specifik kapacitet = batteriets første afladningskapacitet / (aktivt stofmasse * aktivstofudnyttelsesgrad)

Faktorer, der påvirker batterikapaciteten:

en. Batteriets afladningsstrøm: Jo større strømmen er, udgangskapaciteten falder;

b. Batteriets afladningstemperatur: når temperaturen falder, falder udgangskapaciteten;

c. Batteriets afladningsafskæringsspænding: afladningstiden indstillet af elektrodematerialet og grænsen for selve elektrodereaktionen er generelt 3.0V eller 2.75V.

d. Opladnings- og afladningstider for batteriet: Efter flere opladninger og afladninger af batteriet, på grund af svigt i elektrodematerialet, vil batteriet være i stand til at reducere batteriets afladningskapacitet.

e. Batteriets ladeforhold: opladningshastighed, temperatur, afskæringsspænding påvirker batteriets kapacitet og bestemmer dermed afladningskapaciteten.

 Metode til bestemmelse af batterikapacitet:

Forskellige industrier har forskellige teststandarder i henhold til arbejdsforholdene. For lithium-ion-batterier til 3C-produkter, i henhold til den nationale standard GB / T18287-2000 Generel specifikation for lithium-ion-batterier til mobiltelefoner, er den nominelle kapacitetstestmetode for batteriet som følger: a) opladning: 0.2C5A opladning; b) udledning: 0.2C5A afladning; c) fem cyklusser, hvoraf en er kvalificeret.

For elbilindustrien, ifølge den nationale standard GB / T 31486-2015 Krav til elektrisk ydeevne og testmetoder for strømbatteri til elektriske køretøjer, refererer batteriets nominelle kapacitet til den kapacitet (Ah) som frigives af batteriet ved stuetemperatur med 1I1 (A) strømudladning for at nå termineringsspændingen, hvor I1 er 1 times hastighedsafladningsstrøm, hvis værdi er lig med C1 (A). Testmetoden er:

A) Ved stuetemperatur skal du standse den konstante spænding ved opladning med konstant strømopladning til den ladeafslutningsspænding, der er specificeret af virksomheden, og stoppe opladningen, når ladeafslutningsstrømmen falder til 0.05I1 (A), og holde opladningen i 1 time efter opladning.

Bb) Ved stuetemperatur aflades batteriet med 1I1 (A) strøm, indtil afladningen når den afladningsafslutningsspænding, der er specificeret i virksomhedens tekniske betingelser;

C) målt udledningskapacitet (målt ved Ah), beregn udledningsspecifik energi (målt ved Wh / kg);

3 d) Gentag trin a) -) c) 5 gange. Når den ekstreme forskel på 3 på hinanden følgende test er mindre end 3 % af den nominelle kapacitet, kan testen afsluttes på forhånd, og resultaterne af de sidste 3 tests kan beregnes som gennemsnit.

(3) Anklagestat, SOC

SOC (State of Charge) er en opladningstilstand, der repræsenterer forholdet mellem batteriets resterende kapacitet og dets fulde opladningstilstand efter en periode eller lang tid under en bestemt afladningshastighed. Metoden til "åbnet kredsløbsspænding + time-tids-integration"-metoden bruger åben-kredsløbsspændingsmetoden til at estimere batteriets initiale ladekapacitet og bruger derefter time-time integrationsmetoden til at opnå den strøm, der forbruges af en -tidsintegrationsmetode. Den forbrugte effekt er produktet af afladningsstrømmen og afladningstiden, og den resterende effekt er lig med forskellen mellem den oprindelige effekt og den forbrugte effekt. Det matematiske SOC-estimat mellem åben kredsløbsspænding og en-times integral er:

Hvor CN er den nominelle kapacitet; η er ladnings-afladningseffektiviteten; T er batteribrugstemperaturen; I er batteristrømmen; t er batteriets afladningstid.

DOD (Depth of Discharge) er udledningsdybden, et mål for udledningsgraden, som er procentdelen af ​​udledningskapaciteten i forhold til den samlede udledningskapacitet. Afladningsdybden har en stor sammenhæng med batteriets levetid: Jo dybere afladningsdybden er, jo kortere levetid. Forholdet er beregnet for SOC = 100% -DOD

4) Energi og specifik energi

Den elektriske energi, som batteriet kan afgive ved at udføre eksternt arbejde under visse forhold, kaldes batteriets energi, og enheden udtrykkes generelt i wh. I udledningskurven beregnes energien således: W = U (t) * I (t) dt. Ved konstant strømudladning er W = I * U (t) dt = It * u (u er den gennemsnitlige afladningsspænding, t er afladningstiden)

en. Teoretisk energi

Batteriets afladningsprocessen er i en ligevægtstilstand, og afladningsspændingen opretholder værdien af ​​elektromotorisk kraft (E), og udnyttelsesgraden af ​​det aktive stof er 100%. Under denne tilstand er batteriets udgangsenergi den teoretiske energi, det vil sige det maksimale arbejde udført af det reversible batteri under konstant temperatur og tryk.

b. Den egentlige energi

Den faktiske udgangsenergi fra batteriafladningen kaldes den faktiske energi, elbilindustriens regler ("GB / T 31486-2015 Power Battery Electrical Performance Requirements and Test Methods for Electric Vehicles"), batteriet ved stuetemperatur med 1I1 (A ) strømudladning, for at nå den energi (Wh), der frigives af termineringsspændingen, kaldet den nominelle energi.

c. specifik energi

Den energi, som et batteri giver pr. masseenhed og pr. volumenhed, kaldes massespecifik energi eller volumenspecifik energi, også kaldet energitæthed. I enheder af wh / kg eller wh / L.

[Grundform for udledningskurven]

Den mest grundlæggende form for udladningskurven er spændingstid og strømtidskurve. Gennem transformationen af ​​tidsakseberegningen har den fælles udladningskurve også spændingskapacitet (specifik kapacitet) kurve, spænding-energi (specifik energi) kurve, spænding-SOC kurve og så videre.

(1) Spændingstid og strømtidskurve

Figur 9 Spænding-tid og strøm-tid kurver

(2) Spændings-kapacitetskurve

Figur 10 Spændings-kapacitetskurve

(3) Spænding-energikurve

Figur Figur 11. Spændings-energikurve

[referencedokumentation]

• Wang Chao, et al. Sammenligning af ladnings- og afladningskarakteristika for konstant strøm og konstant effekt i elektrokemiske energilagringsenheder [J]. Energilagring videnskab og teknologi.2017(06)：1313-1320.
• Eom KS，Joshi T，Bordes A，et al. Designet af et Li-ion fuldcellebatteri ved hjælp af en nano-silicium og nano-multilags grafenkompositanode[J]
• Guo Jipeng, et al. Sammenligning af testkarakteristika for konstant strøm og konstant effekt for lithiumjernfosfatbatterier [J].lagerbatteri.2017(03)：109-115
• Marinaro M，Yoon D，Gabrielli G， et al. Højtydende 1.2 Ah Si-legering/Grafit|LiNi0.5Mn0.3Co0.2O2 prototype Li-ion batteri[J].Journal of Power Sources.2017，357(Supplement C):188-197.