Теория на зареждането и разреждането на литиевата батерия

Теория на зареждането и разреждането на литиевата батерия

1.1 Състояние на заряд (SOC)

Състоянието на заряд може да се определи като състоянието на наличната електрическа енергия в батерията, обикновено изразено като процент. Тъй като наличната електрическа енергия варира в зависимост от тока на зареждане и разреждане, температурата и феномена на стареене, определението за състояние на заряд също е разделено на два типа: Абсолютно състояние на заряд (ASOC) и Относително състояние на заряд (RSOC). Диапазонът на относителното състояние на заряд обикновено е 0% -100%, докато батерията е 100%, когато е напълно заредена, и 0%, когато е напълно разредена. Абсолютното състояние на зареждане е референтна стойност, изчислена въз основа на проектираната фиксирана стойност на капацитета, когато батерията е произведена. Абсолютното състояние на заряд на чисто нова напълно заредена батерия е 100%; Дори ако стареещата батерия е напълно заредена, тя не може да достигне 100% при различни условия на зареждане и разреждане.

Следващата фигура показва връзката между напрежението и капацитета на батерията при различни скорости на разреждане. Колкото по-висока е степента на разреждане, толкова по-малък е капацитетът на батерията. Когато температурата е ниска, капацитетът на батерията също ще намалее.

                          Фигура 1. Връзка между напрежение и капацитет при различни скорости на разреждане и температури

1.2 Максимално напрежение на зареждане

Най-високото напрежение на зареждане е свързано с химическия състав и характеристиките на батерията. Напрежението за зареждане на литиевите батерии обикновено е 4,2 V и 4,35 V, като стойностите на напрежението могат да варират в зависимост от катодните и анодните материали.

1.3 Напълно зареден

Когато разликата между напрежението на батерията и най-високото напрежение на зареждане е по-малко от 100mV и токът на зареждане намалее до C/10, батерията може да се счита за напълно заредена. Характеристиките на батериите са различни, както и условията за пълно зареждане.

Следващата фигура показва характерна крива на зареждане на типична литиева батерия. Когато напрежението на батерията е равно на най-високото напрежение на зареждане и токът на зареждане намалее до C/10, батерията се счита за напълно заредена.

                             Фигура 2. Характеристична крива на зареждане на литиева батерия

1.4 Минимално разрядно напрежение

Минималното разрядно напрежение може да се дефинира като граничното разрядно напрежение, обикновено напрежението при 0% състояние на заряд. Тази стойност на напрежението не е фиксирана стойност, а се променя с натоварване, температура, степен на стареене или други фактори.

1.5 Пълно разреждане

Когато напрежението на батерията е по-малко или равно на минималното разрядно напрежение, това може да се нарече пълно разреждане.

1.6 Скорост на разреждане на заряда (C-Rate)

Скоростта на разреждане на заряда е представяне на тока на разреждане на заряда спрямо капацитета на батерията. Например, ако 1C се използва за разреждане за един час, в идеалния случай батерията ще се разреди напълно. Различните скорости на зареждане и разреждане ще доведат до различен наличен капацитет. Обикновено, колкото по-висока е скоростта на разреждане на заряда, толкова по-малък е наличният капацитет.

1.7 Живот на цикъла

Броят на циклите е броят пъти, през които една батерия е претърпяла пълно зареждане и разреждане, което може да се оцени от действителния капацитет на разреждане и проектния капацитет. Всеки път, когато натрупаният капацитет на разреждане е равен на проектния капацитет, броят на циклите е един. Обикновено след 500 цикъла на зареждане и разреждане капацитетът на напълно заредена батерия ще намалее с 10% до 20%.

                          Фигура 3. Връзка между времената на цикъла и капацитета на батерията

1.8 Саморазреждане

Саморазреждането на всички батерии ще се увеличи с повишаване на температурата. Саморазреждането по принцип не е производствен дефект, а по-скоро характеристика на самата батерия. Въпреки това, неправилното боравене по време на производствения процес също може да доведе до увеличаване на саморазреждането. Обикновено за всеки 10 °C повишаване на температурата на батерията скоростта на саморазреждане се удвоява. Литиево-йонните батерии имат месечен капацитет на саморазреждане от приблизително 1-2%, докато различните базирани на никел батерии имат месечен капацитет на саморазреждане от 10-15%.

                             Фигура 4. Производителност на скоростта на саморазреждане на литиеви батерии при различни температури