Teori om opladning og afladning af lithiumbatterier

Teori om opladning og afladning af lithiumbatterier

1.1 Charge State of Charge (SOC)

Ladetilstanden kan defineres som tilstanden af ​​tilgængelig elektrisk energi i et batteri, normalt udtrykt som en procentdel. Fordi den tilgængelige elektriske energi varierer afhængigt af opladnings- og afladningsstrømmen, temperaturen og ældningsfænomenet, er definitionen af ​​ladningstilstand også opdelt i to typer: Absolut ladningstilstand (ASOC) og relativ ladningstilstand (RSOC). Området for relativ opladningstilstand er normalt 0% -100%, mens batteriet er 100%, når det er fuldt opladet, og 0%, når det er helt afladet. Den absolutte ladetilstand er en referenceværdi, der beregnes ud fra den beregnede faste kapacitetsværdi, når batteriet fremstilles. Den absolutte ladetilstand for et helt nyt fuldt opladet batteri er 100 %; Selvom det aldrende batteri er fuldt opladet, kan det ikke nå 100 % under forskellige op- og afladningsforhold.

Følgende figur viser forholdet mellem spænding og batterikapacitet under forskellige afladningshastigheder. Jo højere afladningshastighed, jo lavere batterikapacitet. Når temperaturen er lav, vil batterikapaciteten også falde.

                          Figur 1. Sammenhæng mellem spænding og kapacitet under forskellige afladningshastigheder og temperaturer

1.2 Max ladespænding

Den højeste ladespænding er relateret til batteriets kemiske sammensætning og egenskaber. Ladespændingen for lithiumbatterier er normalt 4,2V og 4,35V, og spændingsværdierne kan variere afhængigt af katode- og anodematerialerne.

1.3 Fuldt opladet

Når forskellen mellem batterispændingen og den højeste ladespænding er mindre end 100mV og ladestrømmen falder til C/10, kan batteriet betragtes som fuldt opladet. Batteriernes egenskaber varierer, og betingelserne for fuldstændig opladning varierer også.

Følgende figur viser en typisk karakteristik af lithiumbatteriets opladning. Når batterispændingen er lig med den højeste ladespænding, og ladestrømmen falder til C/10, anses batteriet for at være fuldt opladet.

                             Figur 2. Karakteristikkurve for lithiumbatteri

1.4 Minimum afladningsspænding

Den minimale afladningsspænding kan defineres som afskæringsafladningsspændingen, normalt spændingen ved 0% ladetilstand. Denne spændingsværdi er ikke en fast værdi, men ændres med belastning, temperatur, ældningsgrad eller andre faktorer.

1.5 Fuld udledning

Når batterispændingen er mindre end eller lig med minimumsafladningsspændingen, kan det kaldes fuldstændig afladning.

1.6 Ladningsafladningshastighed (C-Rate)

Ladningsafladningshastigheden er en repræsentation af ladeafladningsstrømmen i forhold til batterikapaciteten. For eksempel, hvis 1C bruges til at aflade i en time, vil batteriet ideelt set aflades helt. Forskellige opladnings- og afladningshastigheder vil resultere i forskellige tilgængelige kapaciteter. Normalt gælder det, at jo højere ladningsafladningshastigheden er, jo mindre er den tilgængelige kapacitet.

1.7 Cyklusliv

Antallet af cyklusser er antallet af gange, et batteri har gennemgået fuldstændig opladning og afladning, hvilket kan estimeres ud fra den faktiske afladningskapacitet og designkapacitet. Når den akkumulerede afladningskapacitet er lig med designkapaciteten, er antallet af cyklusser én. Normalt vil kapaciteten af ​​et fuldt opladet batteri efter 500 op- og afladningscyklusser falde med 10 % til 20 %.

                          Figur 3. Forholdet mellem cyklustider og batterikapacitet

1.8 Selvafladning

Selvafladningen af ​​alle batterier vil stige med stigende temperatur. Selvafladning er som udgangspunkt ikke en fabrikationsfejl, men derimod en egenskab ved selve batteriet. Forkert håndtering under fremstillingsprocessen kan dog også føre til en stigning i selvafladning. Normalt fordobles selvafladningshastigheden for hver stigning på 10 ° C i batteritemperaturen. Lithium-ion-batterier har en månedlig selvafladningskapacitet på ca. 1-2%, mens forskellige nikkelbaserede batterier har en månedlig selvafladningskapacitet på 10-15%.

                             Figur 4. Ydeevne for selvafladningshastighed for lithiumbatterier ved forskellige temperaturer