ปัจจัยที่ส่งผลต่อความสามารถในการคายประจุของแบตเตอรี่ลิเธียม-ไอออน PACK
Li-ion battery PACK เป็นหลักในการทดสอบประสิทธิภาพทางไฟฟ้าของเซลล์หลังจากการคัดกรอง การจัดกลุ่ม บรรจุภัณฑ์ และการประกอบ เพื่อตรวจสอบว่าความจุและความแตกต่างของแรงดันเป็นผลิตภัณฑ์ที่มีคุณสมบัติเหมาะสมหรือไม่
ความสอดคล้องระหว่างอนุกรมและเซลล์คู่ขนานของแบตเตอรี่ถือเป็นข้อพิจารณาพิเศษในชุดแบตเตอรี่ เฉพาะความจุที่ดี สถานะการชาร์จ ความต้านทานภายใน และความสม่ำเสมอในการคายประจุเอง-เท่านั้นที่จะสามารถนำความจุของก้อนแบตเตอรี่ออก ประสิทธิภาพการทำงานที่แย่จะส่งผลร้ายแรงต่อประสิทธิภาพโดยรวมของก้อนแบตเตอรี่ และอาจทำให้เกิดการชาร์จไฟเกินหรือประจุไฟเกิน ซึ่งส่งผลให้เกิดอันตรายต่อความปลอดภัย วิธีการผสมที่ดีเป็นวิธีที่มีประสิทธิภาพในการปรับปรุงความสม่ำเสมอของโมโนเมอร์
แบตเตอรี่ลิเธียม-ไอออนถูกจำกัดโดยอิทธิพลของอุณหภูมิแวดล้อม และความจุของแบตเตอรี่จะได้รับผลกระทบหากอุณหภูมิสูงหรือต่ำเกินไป หากแบตเตอรี่ทำงานในสภาวะที่มีอุณหภูมิสูงเป็นเวลานาน อายุการใช้งานของแบตเตอรี่อาจได้รับผลกระทบ หากอุณหภูมิต่ำเกินไป ความจุก็จะออกแรงได้ยาก อัตราการคายประจุสะท้อนถึง-ความสามารถในการชาร์จและการคายประจุกระแสไฟสูงของแบตเตอรี่ หากอัตราน้อยเกินไปความเร็วในการชาร์จและการคายประจุจะช้าซึ่งจะส่งผลต่อประสิทธิภาพการทดสอบ หากอัตรามากเกินไป ความจุจะลดลงเนื่องจากเอฟเฟกต์โพลาไรซ์และเอฟเฟกต์ความร้อนของแบตเตอรี่ อัตราค่าบริการและจำหน่าย
1. ความสม่ำเสมอในการจับคู่
การกำหนดค่าที่ดีไม่เพียงแต่ปรับปรุงอัตราการใช้ของเซลล์เท่านั้น แต่ยังควบคุมความสม่ำเสมอของเซลล์ ซึ่งเป็นพื้นฐานสำหรับการบรรลุความสามารถในการคายประจุที่ดีและความเสถียรของวงจรในการคายประจุของก้อนแบตเตอรี่ อย่างไรก็ตาม การกระจายของอิมพีแดนซ์ AC ของความจุของเซลล์แบตเตอรี่ที่มีการกำหนดค่าที่ไม่ดีจะเพิ่มขึ้น ซึ่งจะทำให้ประสิทธิภาพของวงจรและความจุที่ใช้งานได้ของก้อนแบตเตอรี่ลดลง มีคนเสนอวิธีการจับคู่แบตเตอรี่ตามเวกเตอร์ลักษณะของแบตเตอรี่ เวกเตอร์ลักษณะเฉพาะจะสะท้อนถึงระดับความคล้ายคลึงกันระหว่างข้อมูลแรงดันประจุและแรงดันคายประจุของแบตเตอรี่ก้อนเดียวและข้อมูลการชาร์จและการคายประจุของแบตเตอรี่มาตรฐาน ยิ่งกราฟประจุ-เส้นโค้งการคายประจุของแบตเตอรี่ใกล้เคียงกับเส้นโค้งมาตรฐาน ความคล้ายคลึงจะยิ่งสูงขึ้น และค่าสัมประสิทธิ์สหสัมพันธ์ยิ่งใกล้ที่ 1 วิธีการจับคู่นี้ขึ้นอยู่กับค่าสัมประสิทธิ์สหสัมพันธ์ของแรงดันโมโนเมอร์เป็นหลัก จากนั้นจึงรวมพารามิเตอร์อื่นๆ เข้าด้วยกันเพื่อดำเนินการจับคู่ ซึ่งจะทำให้ได้เอฟเฟกต์การจับคู่ที่ดีขึ้น ความยากลำบากของแนวทางนี้คือการจัดหาเวกเตอร์ลักษณะเฉพาะของแบตเตอรี่มาตรฐาน เนื่องจากข้อจำกัดของระดับการผลิต แบตเตอรี่แต่ละชุดจะต้องมีความแตกต่างกัน และเป็นการยากมากที่จะได้ชุดคุณสมบัติเวกเตอร์ที่เหมาะสมกับแบตเตอรี่แต่ละชุด
การวิเคราะห์เชิงปริมาณใช้ในการวิเคราะห์วิธีการประเมินความแตกต่างระหว่างเซลล์เดี่ยว ขั้นแรก ประเด็นสำคัญที่ส่งผลต่อประสิทธิภาพของแบตเตอรี่จะถูกดึงออกมาโดยวิธีทางคณิตศาสตร์ จากนั้นจึงทำการสรุปทางคณิตศาสตร์เพื่อให้ได้การประเมินและเปรียบเทียบประสิทธิภาพของแบตเตอรี่อย่างครอบคลุม และการวิเคราะห์เชิงคุณภาพของประสิทธิภาพของแบตเตอรี่จะถูกแปลงเป็นการวิเคราะห์เชิงปริมาณ เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพ ประสิทธิภาพโดยรวมของก้อนแบตเตอรี่ มีการนำเสนอวิธีง่ายๆ ที่สามารถนำไปปฏิบัติได้จริง มีการเสนอระบบการประเมินประสิทธิภาพที่ครอบคลุมโดยพิจารณาจากการเลือกแบตเตอรี่และการจัดกลุ่ม โดยผสมผสานการให้คะแนนเดลฟีตามอัตนัยและการวัดระดับสหสัมพันธ์สีเทาตามวัตถุประสงค์ และสร้าง-แบบจำลองสหสัมพันธ์สีเทาหลายพารามิเตอร์สำหรับแบตเตอรี่ ซึ่งจะเอาชนะ- ด้านการใช้ดัชนีเดียวเป็นมาตรฐานการประเมิน การประเมินประสิทธิภาพของแบตเตอรี่ลิเธียมไอออน-ไอออนนั้นเกิดขึ้นจริง และความสัมพันธ์ที่ได้จากผลการประเมินเป็นพื้นฐานทางทฤษฎีที่น่าเชื่อถือสำหรับการคัดกรองและจับคู่แบตเตอรี่ในระยะหลัง
วิธีการจับคู่ลักษณะเฉพาะแบบไดนามิกเป็นหลักเพื่อให้ทราบถึงฟังก์ชันการจับคู่ตามเส้นโค้งการชาร์จและการคายประจุของแบตเตอรี่ ขั้นตอนการใช้งานเฉพาะคือการแยกจุดคุณลักษณะบนเส้นโค้งก่อนเพื่อสร้างเวกเตอร์ลักษณะเฉพาะ ตามระยะห่างระหว่างเวกเตอร์ลักษณะเฉพาะระหว่างเส้นโค้งแต่ละเส้น สำหรับดัชนีที่ตรงกัน การจำแนกประเภทของเส้นโค้งจะเกิดขึ้นโดยการเลือกอัลกอริธึมที่เหมาะสม จากนั้นกระบวนการจับคู่แบตเตอรี่จะเสร็จสิ้น วิธีการจับคู่นี้คำนึงถึงการเปลี่ยนแปลงประสิทธิภาพของแบตเตอรี่ระหว่างการทำงาน บนพื้นฐานนี้ พารามิเตอร์ที่เหมาะสมอื่นๆ จะถูกเลือกสำหรับการจับคู่แบตเตอรี่ และสามารถจัดเรียงแบตเตอรี่ที่มีประสิทธิภาพสม่ำเสมอมากขึ้นได้
2. วิธีการชาร์จ
ระบอบการชาร์จที่เหมาะสมมีผลกระทบอย่างมากต่อความสามารถในการคายประจุของแบตเตอรี่ หากความลึกในการชาร์จตื้น ความจุการคายประจุจะลดลงตามไปด้วย หากชาร์จไฟเกินจะส่งผลต่อสารเคมีในแบตเตอรี่และทำให้เกิดความเสียหายที่ไม่สามารถย้อนกลับได้ ทำให้ความจุและอายุการใช้งานของแบตเตอรี่ลดลง ดังนั้น จำเป็นต้องเลือกอัตราการชาร์จที่เหมาะสม แรงดันไฟฟ้าขีดจำกัดบน และกระแสไฟตัด-กระแสไฟคงที่-เพื่อให้แน่ใจว่าประสิทธิภาพการชาร์จและความปลอดภัยและความเสถียรได้รับการปรับให้เหมาะสมในขณะที่ตระหนักถึงความสามารถในการชาร์จ ในปัจจุบัน แบตเตอรี่ลิเธียมไฟฟ้า-ไอออนส่วนใหญ่ใช้โหมดการชาร์จกระแสไฟคงที่-ด้วยแรงดันไฟคงที่เป็นส่วนใหญ่ โดยการวิเคราะห์ผลการชาร์จกระแสคงที่และแรงดันคงที่ของระบบลิเธียมไอรอนฟอสเฟตและแบตเตอรี่ระบบไตรภาคภายใต้กระแสไฟชาร์จที่ต่างกันและแรงดันไฟตัด-ที่ต่างกัน จะทราบได้ว่า: (1) เมื่อการชาร์จถูกตัด{{5 }} แรงดันปิดถูกกด กระแสชาร์จเพิ่มขึ้น และอัตราส่วนกระแสคงที่ลดลง เวลาในการชาร์จสั้นลง แต่การใช้พลังงานเพิ่มขึ้น (2) เมื่อกดกระแสไฟชาร์จ เมื่อแรงดันไฟดับ-ปิดลดลง อัตราส่วนการชาร์จกระแสคงที่จะลดลง และทั้งความจุและพลังงานในการชาร์จจะลดลง เพื่อให้แน่ใจว่าความจุของแบตเตอรี่ เหล็กฟอสเฟต การชาร์จตัด-ปิดแรงดันไฟฟ้าของแบตเตอรี่ลิเธียม-ไอออนไม่สามารถต่ำกว่า 3.4V ในการปรับสมดุลเวลาในการชาร์จและการสูญเสียพลังงาน ให้เลือกกระแสไฟชาร์จที่เหมาะสมและตัด-เวลาปิด
ความสอดคล้องของ SOC ของแต่ละเซลล์ส่วนใหญ่จะกำหนดความสามารถในการคายประจุของก้อนแบตเตอรี่ และการชาร์จแบบสมดุลช่วยให้บรรลุถึงแพลตฟอร์ม SOC เริ่มต้นที่คล้ายคลึงกันสำหรับการปลดปล่อยเซลล์แต่ละเซลล์ ซึ่งสามารถปรับปรุงความสามารถในการคายประจุและประสิทธิภาพการคายประจุ (ความจุในการคายประจุ/ความจุที่ตรงกัน) . วิธีการปรับสมดุลในการชาร์จหมายถึงการปรับสมดุลของพลังงานแบตเตอรี่ลิเธียม-ไอออนในระหว่างกระบวนการชาร์จ โดยทั่วไป การปรับสมดุลจะเริ่มขึ้นเมื่อแรงดันไฟของก้อนแบตเตอรี่ถึงหรือสูงกว่าแรงดันที่ตั้งไว้ และการชาร์จไฟเกินจะป้องกันได้โดยการลดกระแสไฟชาร์จ
ตามสถานะต่างๆ ของเซลล์เดี่ยวในก้อนแบตเตอรี่ ผ่านรูปแบบวงจรควบคุมการชาร์จแบบสมดุลของก้อนแบตเตอรี่และวงจรอีควอไลเซอร์เพื่อปรับ-ปรับกระแสการชาร์จของเซลล์เดียว เสนอวิธีการว่า ไม่เพียงแต่สามารถรับรู้ถึงการชาร์จอย่างรวดเร็วของก้อนแบตเตอรี่ แต่ยังขจัดความไม่สอดคล้องกันของเซลล์เดียว กลยุทธ์การควบคุมการชาร์จที่สมดุลสำหรับเอฟเฟกต์อายุการใช้งานของแบตเตอรี่ โดยเฉพาะอย่างยิ่ง ผ่านสัญญาณสวิตช์ พลังงานโดยรวมของก้อนแบตเตอรี่ลิเธียม-ไอออนจะถูกเสริมด้วยแบตเตอรี่ก้อนเดียว หรือพลังงานของแบตเตอรี่ก้อนเดียวจะถูกแปลงเป็นก้อนแบตเตอรี่โดยรวม ในระหว่างกระบวนการชาร์จก้อนแบตเตอรี่ โดยการตรวจจับค่าแรงดันไฟฟ้าของแต่ละเซลล์เดียว เมื่อแรงดันไฟฟ้าของเซลล์เดียวถึงค่าที่กำหนด โมดูลปรับสมดุลจะเริ่มทำงาน กระแสไฟชาร์จในแบตเตอรี่ก้อนเดียวถูกแบ่งออกเพื่อลดแรงดันการชาร์จ และกระแสที่แบ่งจะถูกแปลงโดยโมดูลเพื่อป้อนพลังงานกลับไปยังบัสชาร์จเพื่อให้เกิดความสมดุล
มีคนเสนอวิธีแก้ปัญหาการปรับสมดุลการชาร์จแบบอัตราผันแปร แนวคิดในการทำให้สมดุลของวิธีนี้คือการจัดหาพลังงานเพิ่มเติมให้กับแบตเตอรี่เพียงก้อนเดียวที่มีพลังงานต่ำ ซึ่งป้องกันกระบวนการดึงพลังงานของแบตเตอรี่ก้อนเดียวด้วยพลังงานที่มากขึ้น ซึ่งทำให้กระบวนการง่ายขึ้นอย่างมาก โทโพโลยีของวงจรอีควอไลเซอร์ กล่าวคือ อัตราการชาร์จที่แตกต่างกันใช้เพื่อชาร์จเซลล์เดียวที่มีสถานะพลังงานต่างกัน เพื่อให้ได้เอฟเฟกต์สมดุลที่ดี
3. อัตราการปลดปล่อย
อัตราการคายประจุเป็นตัวบ่งชี้ที่สำคัญสำหรับพลังงานแบตเตอรี่ลิเธียม-ไอออน อัตราการคายประจุของแบตเตอรี่ที่สูงคือการทดสอบวัสดุอิเล็กโทรดบวกและลบและอิเล็กโทรไลต์ สำหรับวัสดุขั้วบวกลิเธียมเหล็กฟอสเฟตโครงสร้างของมันมีเสถียรภาพความเครียดในระหว่างการชาร์จและการคายประจุมีขนาดเล็กและมีเงื่อนไขพื้นฐานสำหรับการปล่อยกระแสไฟสูง แต่ข้อเสียคือการนำของลิเธียมเหล็กฟอสเฟตไม่ดี อัตราการแพร่กระจายของลิเธียมไอออนในอิเล็กโทรไลต์เป็นปัจจัยสำคัญที่ส่งผลต่ออัตราการคายประจุของแบตเตอรี่ และการแพร่กระจายของไอออนในแบตเตอรี่สัมพันธ์อย่างใกล้ชิดกับโครงสร้างของแบตเตอรี่และความเข้มข้นของอิเล็กโทรไลต์
ดังนั้น อัตราการคายประจุที่ต่างกันจึงทำให้เวลาในการคายประจุและแพลตฟอร์มแรงดันไฟคายประจุของแบตเตอรี่ต่างกัน ซึ่งจะนำไปสู่ความสามารถในการคายประจุที่ต่างกัน ซึ่งจะเห็นได้ชัดเจนโดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับชุดแบตเตอรี่แบบขนาน ดังนั้นจึงจำเป็นต้องเลือกอัตราการคายประจุที่เหมาะสม ความจุที่ใช้งานได้ของแบตเตอรี่จะลดลงเมื่อกระแสไฟดิสชาร์จเพิ่มขึ้น
Jiang Cuina และคณะ ศึกษาผลของอัตราการคายประจุต่อความจุที่ปล่อยออกมาของเซลล์แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนฟอสเฟต กลุ่มของเซลล์เดี่ยวที่มีความสม่ำเสมอเริ่มต้นที่ดีของประเภทเดียวกันถูกชาร์จที่ 3.8V ที่กระแสไฟ 1C จากนั้นชาร์จที่ 0.1, 0.2, อัตราการคายประจุของ {{7} }.5, 1, 2 และ 3C ถูกคายประจุเป็น 2.5V และบันทึกกราฟความสัมพันธ์ระหว่างแรงดันไฟและกำลังการคายประจุ ดังแสดงในรูปที่ 1 ผลการทดลองแสดงว่าความจุที่ปล่อยออกมาของ 1 และ 2C คือ 97.8 เปอร์เซ็นต์และ 96.5 เปอร์เซ็นต์ของความจุที่ปล่อยออกมาของ C/3 ตามลำดับ และพลังงานที่ปล่อยออกมาคือ 97.2 เปอร์เซ็นต์ และ 94.3 เปอร์เซ็นต์ของพลังงานที่ปล่อยออกมาโดย C/3 ตามลำดับ เพิ่มขึ้น ความจุและพลังงานที่ปล่อยออกมาจากแบตเตอรี่ลิเธียม-ไอออนจะลดลงอย่างมาก
เมื่อแบตเตอรี่ลิเธียม-ไอออนหมดประจุ โดยทั่วไปจะใช้ 1C มาตรฐานแห่งชาติ และกระแสไฟสูงสุดจะจำกัดที่ 23C เมื่อปล่อยกระแสไฟขนาดใหญ่ อุณหภูมิจะสูงขึ้นมาก และนำไปสู่การสูญเสียพลังงาน ดังนั้นจึงจำเป็นต้องตรวจสอบอุณหภูมิของก้อนแบตเตอรี่แบบเรียลไทม์ เพื่อป้องกันความเสียหายต่อแบตเตอรี่เนื่องจากอุณหภูมิที่มากเกินไป และลดอายุการใช้งานของแบตเตอรี่
4. สภาวะอุณหภูมิ
อุณหภูมิส่งผลอย่างมากต่อกิจกรรมและประสิทธิภาพของอิเล็กโทรไลต์ของวัสดุอิเล็กโทรดภายในแบตเตอรี่ อุณหภูมิที่สูงและต่ำเกินไปมีผลกระทบต่อความจุของแบตเตอรี่มากขึ้น
ที่อุณหภูมิต่ำ กิจกรรมของแบตเตอรี่จะลดลงอย่างมาก ความสามารถในการแทรกแซงลิเธียมและการสกัดจะลดลง ความต้านทานภายในและแรงดันโพลาไรเซชันของแบตเตอรี่เพิ่มขึ้น ความจุที่ใช้งานจริงลดลง ความจุการคายประจุของแบตเตอรี่ลดลง , แท่นคายประจุอยู่ในระดับต่ำ และแบตเตอรี่มีแนวโน้มที่จะถึงแรงดันไฟที่ตัดการคายประจุ- เมื่อความจุของแบตเตอรี่ลดลง ประสิทธิภาพการใช้พลังงานของแบตเตอรี่จะลดลง
เมื่ออุณหภูมิสูงขึ้น การสกัดและการแทรกของลิเธียมไอออนระหว่างขั้วบวกและขั้วลบจะทำงาน เพื่อให้ความต้านทานภายในของแบตเตอรี่ลดลง และเวลาความเสถียรของความต้านทานภายในจะนานขึ้น ซึ่งจะเพิ่มปริมาณการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนใน วงจรภายนอกและความจุมีประสิทธิภาพมากขึ้น เล่น. อย่างไรก็ตาม หากแบตเตอรี่ทำงานในสภาพแวดล้อมที่มีอุณหภูมิสูงเป็นเวลานาน ความเสถียรของโครงสร้างตาข่ายบวกจะเสื่อมลง ความปลอดภัยของแบตเตอรี่จะลดลง และอายุการใช้งานของแบตเตอรี่จะสั้นลงอย่างมาก
Li Zhe และคณะ ศึกษาผลกระทบของอุณหภูมิต่อความสามารถในการคายประจุจริงของแบตเตอรี่ และบันทึกอัตราส่วนของความสามารถในการคายประจุจริงของแบตเตอรี่ต่อความสามารถในการคายประจุมาตรฐาน (การคายประจุ 1C ที่ 25 องศา ) ที่อุณหภูมิต่างกัน ปรับความจุของแบตเตอรี่ให้เหมาะสมกับอุณหภูมิ และรับ: ในสูตร: C คือความจุของแบตเตอรี่ T คืออุณหภูมิ R2 คือสัมประสิทธิ์สหสัมพันธ์ของข้อต่อ การทดลองแสดงให้เห็นว่าความจุของแบตเตอรี่ลดลงอย่างรวดเร็วที่อุณหภูมิต่ำ ในขณะที่ความจุเพิ่มขึ้นตามการเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิที่อุณหภูมิปกติ ความจุของแบตเตอรี่ที่อุณหภูมิ -40 องศาเป็นเพียง 1/3 ของค่าปกติ ขณะที่ที่ 0 องศาถึง 60 องศา ความจุของแบตเตอรี่จะเพิ่มขึ้นจาก 80 เปอร์เซ็นต์ของความจุปกติเป็น 100 เปอร์เซ็นต์
การวิเคราะห์แสดงให้เห็นว่าอัตราการเปลี่ยนแปลงของความต้านทานภายในของโอห์มมิกที่อุณหภูมิต่ำนั้นมากกว่าที่อุณหภูมิสูง ซึ่งบ่งชี้ว่าอุณหภูมิต่ำมีผลที่ชัดเจนมากขึ้นต่อกิจกรรมของแบตเตอรี่ ซึ่งส่งผลต่อพลังงานที่คายประจุได้ของแบตเตอรี่ เมื่ออุณหภูมิสูงขึ้น ความต้านทานภายในแบบโอห์มมิกและความต้านทานภายในแบบโพลาไรซ์ของกระบวนการชาร์จและการคายประจุจะลดลงทั้งคู่ อย่างไรก็ตาม ที่อุณหภูมิสูงขึ้น ความสมดุลของปฏิกิริยาเคมีในแบตเตอรี่และความเสถียรของวัสดุจะถูกทำลาย ส่งผลให้เกิดปฏิกิริยาข้างเคียง ซึ่งอาจส่งผลต่อความจุของแบตเตอรี่และความต้านทานภายใน ส่งผลให้อายุการใช้งานสั้นลงและแม้กระทั่งความปลอดภัยลดลง
ดังนั้นอุณหภูมิทั้งสูงและต่ำจะส่งผลต่อประสิทธิภาพและอายุการใช้งานของแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนฟอสเฟต ในกระบวนการทำงานจริง ควรใช้วิธีการต่างๆ เช่น การจัดการความร้อนของแบตเตอรี่ใหม่ เพื่อให้มั่นใจว่าแบตเตอรี่ทำงานภายใต้สภาวะอุณหภูมิที่เหมาะสม ในการทดสอบแพ็คแบตเตอรี่ สามารถสร้างห้องทดสอบอุณหภูมิคงที่ที่ 25 องศาได้
