Теорія заряду та розряду літієвих акумуляторів

Теорія заряду та розряду літієвих акумуляторів

1.1 Стан заряду (SOC)

Стан заряду можна визначити як стан доступної електричної енергії в акумуляторі, зазвичай виражений у відсотках. Оскільки доступна електрична енергія змінюється залежно від зарядного та розрядного струму, температури та явища старіння, визначення стану заряду також поділяється на два типи: абсолютний стан заряду (ASOC) і відносний стан заряду (RSOC). Діапазон відносного стану заряду зазвичай становить 0% -100%, тоді як батарея становить 100% при повному заряді та 0% при повному розрядженні. Абсолютний рівень заряду – це еталонне значення, розраховане на основі проектованого значення фіксованої ємності на момент виготовлення батареї. Абсолютний рівень заряду нової повністю зарядженої батареї становить 100%; Навіть якщо застаріла батарея повністю заряджена, вона не може досягти 100% за різних умов заряджання та розряджання.

На наступному малюнку показано співвідношення між напругою та ємністю батареї при різних рівнях розряду. Чим вище швидкість розряду, тим менше ємність акумулятора. Коли температура низька, ємність акумулятора також зменшується.

                          Малюнок 1. Зв’язок між напругою та ємністю при різних швидкостях розряду та температурах

1.2 Максимальна напруга заряджання

Найвища зарядна напруга пов'язана з хімічним складом і характеристиками акумулятора. Напруга заряджання літієвих батарей зазвичай становить 4,2 В і 4,35 В, і значення напруги можуть змінюватися залежно від матеріалів катода та анода.

1.3 Повністю заряджено

Коли різниця між напругою батареї та найвищою напругою заряджання становить менше 100 мВ, а зарядний струм зменшується до C/10, акумулятор можна вважати повністю зарядженим. Характеристики акумуляторів різні, різні й умови повної зарядки.

На наступному малюнку показано типову криву зарядки літієвої батареї. Коли напруга батареї дорівнює найвищій напрузі зарядки, а струм зарядки зменшується до C/10, батарея вважається повністю зарядженою.

                             Рисунок 2. Крива зарядки літієвої батареї

1.4 Мінімальна напруга розряду

Мінімальна напруга розряду може бути визначена як гранична напруга розряду, як правило, напруга в стані заряду 0%. Це значення напруги не є постійним, воно змінюється залежно від навантаження, температури, ступеня старіння або інших факторів.

1.5 Повний розряд

Коли напруга акумулятора менше або дорівнює мінімальній напрузі розряду, це можна назвати повним розрядом.

1.6 Швидкість розряду заряду (C-Rate)

Швидкість розряду заряду — це відображення струму розряду заряду відносно ємності батареї. Наприклад, якщо 1С використовувати для розрядки протягом однієї години, в ідеалі акумулятор повністю розрядиться. Різні швидкості заряджання та розряджання призведуть до різної доступної ємності. Зазвичай, чим вище швидкість розряду заряду, тим менша доступна ємність.

1.7 Життєвий цикл

Кількість циклів — це кількість разів, коли батарея пройшла повну зарядку та розрядку, яку можна оцінити за фактичною розрядною ємністю та проектною ємністю. Щоразу, коли накопичена ємність розряду дорівнює проектній ємності, кількість циклів дорівнює одному. Зазвичай після 500 циклів заряджання та розряджання ємність повністю зарядженого акумулятора зменшується на 10–20%.

                          Рисунок 3. Зв’язок між тривалістю циклу та ємністю батареї

1.8 Саморозряд

Саморозряд усіх акумуляторів зростатиме з підвищенням температури. Саморозряд в основному не є виробничим дефектом, а властивістю самої батареї. Однак неправильне поводження під час виробничого процесу також може призвести до збільшення саморозряду. Зазвичай на кожні 10 °C підвищення температури акумулятора швидкість саморозряду подвоюється. Літій-іонні батареї мають місячну ємність саморозряду приблизно 1-2%, тоді як різні нікелеві батареї мають місячну ємність саморозряду 10-15%.

                             Рисунок 4. Швидкість саморозряду літієвих батарей при різних температурах