Põhjalik liitium-ioon aku tühjenemise kõvera analüüsi juhend

Liitium-ioonaku kõige sagedamini kasutatav jõudluse test - tühjenduskõvera analüüsi strateegia

Kui liitiumioonaku tühjeneb, muutub selle tööpinge aja jätkudes alati pidevalt. Aku tööpinget kasutatakse ordinaadina, tühjenemisaega või mahutavust või laadimisolekut (SOC) või tühjenemissügavust (DOD) kui abstsissjoont ja tõmmatud kõverat nimetatakse tühjenemiskõveraks. Aku tühjenemise tunnuskõvera mõistmiseks peame kõigepealt mõistma aku pinget põhimõtteliselt.

[Aku pinge]

Selleks, et elektroodi reaktsioon aku moodustamiseks vastaks järgmistele tingimustele: keemilises reaktsioonis elektroni kaotamise protsess (st oksüdatsiooniprotsess) ja elektroni saamisprotsess (st redutseerimisreaktsiooni protsess) peavad olema eraldatud kahes erinevas piirkonnas, mis erineb üldisest redoksreaktsioonist; kahe elektroodi toimeaine redoksreaktsioon peab kanduma edasi välise vooluringi kaudu, mis erineb mikropatarei reaktsioonist metalli korrosiooniprotsessis. Aku pinge on positiivse elektroodi ja negatiivse elektroodi potentsiaalide erinevus. Konkreetsed põhiparameetrid hõlmavad avatud vooluahela pinget, tööpinget, laadimise ja tühjenemise katkestuspinget jne.

[Liitium-ioonaku materjali elektroodipotentsiaal]

Elektroodi potentsiaal viitab tahke materjali sukeldamisele elektrolüüdi lahusesse, mis näitab elektrilist efekti, st metalli pinna ja lahuse potentsiaalide erinevust. Seda potentsiaalide erinevust nimetatakse metalli potentsiaaliks lahuses või elektroodi potentsiaaliks. Lühidalt öeldes on elektroodi potentsiaal kalduvus ioonile või aatomile elektroni omandada.

Seetõttu väljendatakse teatud positiivse elektroodi või negatiivse elektroodi materjali puhul, kui see asetatakse liitiumsoolaga elektrolüüti, selle elektroodi potentsiaali järgmiselt:

Kus φ c on selle aine elektroodipotentsiaal. Vesinikelektroodi standardpotentsiaaliks määrati 0.0 V.

[Aku avatud vooluahela pinge]

Aku elektromotoorjõud on teoreetiline väärtus, mis arvutatakse vastavalt aku reaktsioonile termodünaamilise meetodi abil, st aku tasakaaluelektroodipotentsiaali ning positiivsete ja negatiivsete elektroodide erinevus vooluringi katkemisel on maksimaalne väärtus. et aku suudab pinget anda. Tegelikult ei ole positiivsed ja negatiivsed elektroodid tingimata elektrolüüdis termodünaamilises tasakaaluolekus, see tähendab, et elektrolüüdi lahuses oleva aku positiivsete ja negatiivsete elektroodide poolt loodud elektroodi potentsiaal ei ole tavaliselt tasakaaluelektroodi potentsiaal, seega aku avatud vooluahela pinge on üldiselt väiksem kui selle elektromotoorjõud. Elektroodi reaktsiooni jaoks:

Arvestades reagendi komponendi mittestandardset olekut ja aktiivse komponendi aktiivsust (või kontsentratsiooni) ajas, muudetakse elemendi tegelikku avatud ahela pinget energiavõrrandiga:

Kus R on gaasikonstant, T on reaktsiooni temperatuur ja a on komponendi aktiivsus või kontsentratsioon. Aku avatud vooluahela pinge sõltub positiivse ja negatiivse elektroodi materjali omadustest, elektrolüüdist ja temperatuuritingimustest ning ei sõltu aku geomeetriast ja suurusest. Liitiumioonelektroodi materjali ettevalmistamine poolusesse ja liitium-metallist leht, mis on kokku pandud nööp-poolakusse, saab mõõta elektroodi materjali erinevas avatud pinge SOC olekus, avatud pinge kõver on elektroodi materjali laengu oleku reaktsioon, aku hoidmise avatud pinge langus, kuid mitte väga suur, kui avatud pingelang liiga kiire või amplituud on ebanormaalne nähtus. Bipolaarsete toimeainete pinnaseisundi muutus ja aku isetühjenemine on peamised põhjused avatud vooluahela pinge langusele hoidmisel, sealhulgas positiivse ja negatiivse elektroodi materjalitabeli maskikihi muutumisel; elektroodi termodünaamilisest ebastabiilsusest, metallist võõrlisandite lahustumisest ja sadestumisest ning positiivse ja negatiivse elektroodi vahelisest diafragmast põhjustatud mikrolühisest põhjustatud potentsiaalne muutus. Kui liitiumioonaku vananeb, on K väärtuse muutus (pingelangus) SEI-kile moodustumise ja stabiilsuse protsess elektroodi materjali pinnal. Kui pingelang on liiga suur, on sees mikrolühis ja aku loetakse sobimatuks.

[Aku polarisatsioon]

Kui vool läbib elektroodi, nimetatakse nähtust, et elektrood kaldub kõrvale elektroodi tasakaalupotentsiaalist, polarisatsiooniks ja polarisatsioon tekitab ülepotentsiaali. Polarisatsiooni põhjuste järgi võib polarisatsiooni jagada oomiliseks polarisatsiooniks, kontsentratsioonpolarisatsiooniks ja elektrokeemiliseks polarisatsiooniks. joonisel fig. 2 on aku tüüpiline tühjenemiskõver ja erinevate polarisatsioonide mõju pingele.

 Joonis 1. Tüüpiline tühjenduskõver ja polarisatsioon

(1) Ohmiline polarisatsioon: põhjustatud aku iga osa takistusest, rõhu languse väärtus järgib oomi seadust, vool väheneb, polarisatsioon väheneb kohe ja vool kaob kohe pärast selle seiskumist.

(2) Elektrokeemiline polarisatsioon: polarisatsiooni põhjustab aeglane elektrokeemiline reaktsioon elektroodi pinnal. See vähenes märkimisväärselt mikrosekundi tasemel, kuna vool muutub väiksemaks.

(3) Kontsentratsiooni polarisatsioon: ioonide difusiooniprotsessi aeglustumise tõttu lahuses polariseerub elektroodi pinna ja lahuse korpuse kontsentratsioonide erinevus teatud voolu all. See polarisatsioon väheneb või kaob, kui elektrivool väheneb makroskoopilistel sekunditel (mõnedest sekunditest kuni kümnete sekunditeni).

Aku sisetakistus suureneb koos aku tühjenemisvoolu suurenemisega, mis tuleneb peamiselt sellest, et suur tühjenemisvool suurendab aku polarisatsioonitrendi ja mida suurem on tühjenemisvool, seda ilmsem on polarisatsioonitrend, nagu näidatud. joonisel 2. Vastavalt Ohmi seadusele: V=E0-IRT, sisemise üldtakistuse RT suurenemisega väheneb vastavalt aeg, mis kulub aku pingele jõudmiseks tühjenemise katkestuspingeni, seega väheneb ka vabastusvõime. vähendatud.

Joonis 2. Voolutiheduse mõju polarisatsioonile

Liitiumioonaku on sisuliselt omamoodi liitiumioonide kontsentratsiooniga aku. Liitiumioonaku laadimis- ja tühjenemisprotsess on liitiumioonide kinnitamise ja eemaldamise protsess positiivsetesse ja negatiivsetesse elektroodidesse. Liitium-ioonakude polarisatsiooni mõjutavad tegurid on järgmised:

(1) Elektrolüüdi mõju: elektrolüüdi madal juhtivus on liitiumioonakude polariseerumise peamine põhjus. Üldises temperatuurivahemikus on liitiumioonakude jaoks kasutatava elektrolüüdi juhtivus tavaliselt vaid 0.01–0.1 S/cm, mis on üks protsent vesilahusest. Seega, kui liitiumioonakud tühjenevad suure vooluga, on liiga hilja lisada elektrolüüdist Li + ja tekib polarisatsiooninähtus. Elektrolüüdi juhtivuse parandamine on liitium-ioonakude suure voolu tühjenemisvõime parandamise võtmetegur.

(2) Positiivsete ja negatiivsete materjalide mõju: positiivsete ja negatiivsete materjalide pikem kanal on suurte liitiumiooniosakeste difusioon pinnale, mis ei soodusta suure kiirusega tühjenemist.

(3) Juhtaine: juhtiva aine sisaldus on oluline tegur, mis mõjutab suure suhtega tühjenemist. Kui juhtiva aine sisaldus katoodvalemis on ebapiisav, ei saa suure voolu tühjenemisel elektrone õigeaegselt üle kanda ja polarisatsiooni sisetakistus suureneb kiiresti, nii et aku pinge väheneb kiiresti tühjenemise katkestuspingeni. .

(4) Pooluse konstruktsiooni mõju: pooluse paksus: suure voolulahenduse korral on toimeainete reaktsioonikiirus väga kiire, mis nõuab liitiumiooni kiiret kinnitumist ja eemaldamist materjalist. Kui poolusplaat on paks ja liitiumioonide difusiooni teekond suureneb, tekitab pooluse paksuse suund suure liitiumioonide kontsentratsiooni gradiendi.

Tihendamise tihedus: pooluse lehe tihendustihedus on suurem, poorid muutuvad väiksemaks ja liitiumioonide liikumistee pooluse lehe paksuse suunas on pikem. Lisaks, kui tihendustihedus on liiga suur, väheneb materjali ja elektrolüüdi vaheline kontaktpind, väheneb elektroodi reaktsioonikoht ja suureneb ka aku sisetakistus.

(5) SEI membraani mõju: SEI membraani moodustumine suurendab elektroodi/elektrolüüdi liidese takistust, mille tulemuseks on pinge hüsterees või polarisatsioon.

[Aku tööpinge]

Tööpinge, tuntud ka kui lõpppinge, viitab aku positiivse ja negatiivse elektroodi potentsiaalide erinevusele, kui vool liigub vooluahelas tööolekus. Aku tühjenemise tööolekus, kui vool läbib akut, tuleks ületada sisemise takistuse põhjustatud takistus, mis põhjustab oomilise rõhu languse ja elektroodi polarisatsiooni, nii et tööpinge on alati madalam kui avatud vooluahela pinge, ja laadimisel on lõpppinge alati kõrgem kui avatud ahela pinge. See tähendab, et polarisatsiooni tulemus muudab aku tühjenemise lõpppinge madalamaks kui aku elektromotoorpotentsiaal, mis on kõrgem laetava aku elektromotoorpotentsiaalist.

Polarisatsiooninähtuse olemasolu tõttu on hetkepinge ja tegelik pinge laadimise ja tühjenemise protsessis. Laadimisel on hetkepinge tegelikust pingest veidi kõrgem, polarisatsioon kaob ja pinge langeb, kui hetkepinge ja tegelik pinge pärast tühjenemist vähenevad.

Ülaltoodud kirjelduse kokkuvõtteks on väljend:

E +, E- tähistavad vastavalt positiivse ja negatiivse elektroodi potentsiaali, E + 0 ja E- -0 tähistavad vastavalt positiivse ja negatiivse elektroodi tasakaaluelektroodipotentsiaali, VR tähistab oomilist polarisatsioonipinget ja η + , η - -esindavad vastavalt positiivse ja negatiivse elektroodi ülepotentsiaali.

[Tühjendustesti põhiprintsiip]

Pärast aku pinge põhiteadmist hakkasime analüüsima liitium-ioonakude tühjenemiskõverat. Tühjenemise kõver peegeldab põhimõtteliselt elektroodi olekut, mis on positiivse ja negatiivse elektroodi olekumuutuste superpositsioon.

Liitiumioonakude pingekõvera kogu tühjenemisprotsessi vältel võib jagada kolme etappi

1) Aku algfaasis langeb pinge kiiresti ja mida suurem on tühjenemise kiirus, seda kiiremini pinge langeb;

2) Aku pinge läheb aeglase muutuse faasi, mida nimetatakse aku platvormi alaks. Mida väiksem on tühjendusmäär,

Mida pikem on platvormi ala kestus, seda kõrgem on platvormi pinge, seda aeglasem on pingelangus.

3) Kui aku toide on peaaegu lõppenud, hakkab aku koormuspinge järsult langema, kuni saavutatakse tühjenemise peatamispinge.

Testimise ajal on andmete kogumiseks kaks võimalust

(1) Koguge voolu, pinge ja aja andmed vastavalt määratud ajavahemikule Δ t;

(2) Koguda voolu-, pinge- ja ajaandmed vastavalt seatud pingemuutuste erinevusele Δ V. Laadimis- ja tühjendusseadmete täpsus hõlmab peamiselt voolu täpsust, pinge täpsust ja aja täpsust. Tabelis 2 on toodud teatud laadimis- ja tühjendusmasina seadmete parameetrid, kus% FS tähistab protsenti täisvahemikust ja 0.05%RD viitab mõõdetud veale vahemikus 0.05% näidust. Laadimis- ja tühjendusseadmed kasutavad tavaliselt CNC konstantse voolu allikat, mitte koormustakistust, nii et aku väljundpingel pole midagi pistmist ahela jadatakistuse või parasiittakistusega, vaid see on seotud ainult pinge E ja sisetakistusega. r ja akuga ekvivalentse ideaalse pingeallika vooluringi I. Kui takistust kasutatakse koormusel, seadke aku ideaalse pingeallika pingeks E, sisetakistus on r ja koormuse takistus on R. Mõõtke pingega koormustakistuse mõlemas otsas pinget. meeter, nagu on näidatud ülaltoodud joonisel joonisel 6. Praktikas on aga vooluringis juhtmetakistus ja kinnitusdetaki kontakttakistus (ühtlane parasiittakistus). Joonisel fig. 3 on näidatud järgmisel joonisel fig. 3. Praktikas tuuakse paratamatult sisse parasiittakistus, nii et koormuse kogutakistus muutub suureks, kuid mõõdetud pinge on koormustakistuse R mõlemas otsas olev pinge, nii et viga tekib.

 Joonis 3 Takistuslahendusmeetodi põhimõtteline plokkskeem ja tegelik ekvivalentskeem

Kui koormusena kasutatakse konstantset vooluallikat vooluga I1, on skemaatiline diagramm ja tegelik ekvivalentskeem näidatud joonisel 7. E, I1 on konstantsed väärtused ja r on konstantne teatud aja jooksul.

Ülaltoodud valemist näeme, et kaks pinget A ja B on konstantsed, see tähendab, et aku väljundpinge ei ole seotud ahela jadatakistuse suurusega ja loomulikult pole sellel midagi pistmist parasiitide resistentsusega. Lisaks saab nelja klemmi mõõtmisrežiimiga saavutada aku väljundpinge täpsema mõõtmise.

Joonis 4 Konstantse vooluallika koormuse varustusplokkskeem ja tegelik ekvivalentskeem

Samaaegne allikas on toiteallikas, mis suudab anda koormusele püsiva voolu. See suudab siiski hoida väljundvoolu konstantsena, kui väline toiteallikas kõigub ja impedantsi omadused muutuvad.

[Tühjenemise katserežiim]

Laadimis- ja tühjenduskatseseadmed kasutavad tavaliselt vooluelemendina pooljuhtseadet. Reguleerides pooljuhtseadme juhtsignaali, saab see simuleerida erinevate omadustega koormust, nagu konstantne vool, konstantne rõhk ja konstantne takistus jne. Liitium-ioonaku tühjenemise katserežiim hõlmab peamiselt konstantse voolu tühjenemist, pidevat takistust tühjenemist, pidevat võimsuse tühjenemist jne. Igas tühjenemisrežiimis saab jagada ka pideva tühjenemise ja intervalllahenduse, milleks vastavalt aja pikkusele, intervalllahenduse saab jagada vahelduvaks tühjenemiseks ja impulsslahenduseks. Tühjenemistesti ajal tühjeneb aku vastavalt seadistatud režiimile ja lõpetab tühjenemise pärast seatud tingimuste saavutamist. Tühjenemise katkestamise tingimused hõlmavad pinge väljalülitamise seadistamist, seadistusaja väljalülitamist, võimsuse väljalülitamise seadistamist, negatiivse pingegradiendi väljalülitamise seadistamist jne. Aku tühjenemise pinge muutus on seotud tühjendussüsteemiga, et on, tühjenduskõvera muutumist mõjutab ka tühjendussüsteem, sealhulgas: tühjendusvool, tühjendustemperatuur, tühjenemise lõpetamise pinge; katkendlik või pidev tühjenemine. Mida suurem on tühjendusvool, seda kiiremini tööpinge langeb; tühjendustemperatuuriga muutub tühjenduskõver õrnalt.

(1) Püsivoolulahendus

Püsivoolu tühjenemise korral seadistatakse voolu väärtus ja seejärel saavutatakse voolu väärtus CNC konstantse vooluallika reguleerimisega, et realiseerida aku konstantse voolu tühjenemine. Samal ajal kogutakse aku lõpppinge muutus, et tuvastada aku tühjenemise karakteristikud. Püsivoolu tühjenemine on sama tühjendusvoolu tühjenemine, kuid aku pinge langeb jätkuvalt, seega võimsus langeb jätkuvalt. Joonisel 5 on kujutatud liitiumioonakude konstantse voolu tühjenemise pinge- ja voolukõver. Pideva voolu tühjenemise tõttu on ajatelg kergesti teisendatav võimsusteljeks (voolu ja aja korrutis). Joonisel 5 on näidatud pinge-võimsuse kõver konstantse voolu tühjenemise korral. Pideva voolu tühjenemine on liitium-ioonaku testides kõige sagedamini kasutatav tühjendusmeetod.

Joonis 5 konstantse voolu konstantse pinge laadimise ja konstantse voolu tühjenemise kõverad erinevatel kordajatel

(2) Pideva võimsusega tühjenemine

Kui konstantne võimsus tühjeneb, seadistatakse kõigepealt konstantse võimsuse väärtus P ja kogutakse aku väljundpinge U. Tühjendusprotsessis peab P olema konstantne, kuid U muutub pidevalt, seega on pideva võimsusega tühjenemise eesmärgi saavutamiseks vaja pidevalt reguleerida CNC konstantse vooluallika voolu I vastavalt valemile I = P / U . Hoidke tühjendusvõimsust muutumatuna, sest aku pinge langeb tühjenemise ajal jätkuvalt, mistõttu vool pideva võimsusega tühjenemisel kasvab jätkuvalt. Pideva võimsuse tühjenemise tõttu muudetakse ajakoordinaatide telg kergesti energia (võimsuse ja aja korrutis) koordinaatteljeks.

Joonis 6 Konstantse võimsusega laadimise ja tühjenemise kõverad erinevatel kahekordistuskiirustel

Pideva voolu tühjenemise ja püsiva võimsusega tühjenemise võrdlus

Joonis 7: a) laadimis- ja tühjendusvõimsuse diagramm erinevatel suhetel; b) laadimis- ja tühjenemiskõver

 Joonisel 7 on näidatud erinevate laadimis- ja tühjenduskatsete tulemused kahes režiimis liitium-raudfosfaataku. Vastavalt võimsuskõverale joonisel fig. 7 (a) laadimis- ja tühjenemisvoolu suurenemisega konstantse voolu režiimis väheneb aku tegelik laadimis- ja tühjendusvõimsus järk-järgult, kuid vahetusvahemik on suhteliselt väike. Aku tegelik laadimis- ja tühjendusvõimsus väheneb võimsuse suurenedes järk-järgult ning mida suurem on kordaja, seda kiiremini väheneb võimsus. 1 tunni kiirusega tühjendusvõimsus on madalam kui konstantse voolu režiimil. Samal ajal, kui laadimis-tühjenemise kiirus on madalam kui 5-tunnine kiirus, on aku võimsus konstantse voolu tingimustes suurem, samas kui aku võimsus on suurem kui 5-tunnine kiirus konstantse voolu tingimustes.

Joonisel fig 7 (b) on näidatud võimsuse-pinge kõver madala suhte korral, liitiumraudfosfaatpatarei kahe režiimi võimsuse ja pinge kõver ning laadimis- ja tühjenduspinge platvormi muutus ei ole suur, kuid kõrge suhte korral, konstantse voolu-konstantse pinge režiim konstantse pinge aeg oluliselt pikem ja laadimispinge platvorm oluliselt suurenenud, tühjenduspinge platvorm on oluliselt vähenenud.

(3) Pideva takistusega tühjenemine

Pideva takistuse tühjenemisel määratakse esmalt konstantse takistuse väärtus R, et koguda aku U väljundpinge. Tühjendusprotsessi ajal peab R olema konstantne, kuid U muutub pidevalt, seega CNC konstantse voolu voolu I väärtus Pideva takistuse tühjenemise eesmärgi saavutamiseks tuleks allikat pidevalt reguleerida vastavalt valemile I=U / R. Aku pinge tühjenemisprotsessis alati langeb ja takistus on sama, seega on ka tühjendusvool I kahanev protsess.

(4) Pidev tühjenemine, katkendlik tühjenemine ja impulsslahendus

Aku tühjeneb pideva voolu, konstantse võimsuse ja püsiva takistusega, kasutades samal ajal ajastusfunktsiooni pideva tühjenemise, vahelduva tühjenemise ja impulsslahenduse juhtimiseks. Joonisel 11 on näidatud tüüpilise impulsi laadimise/tühjenemise testi voolu- ja pingekõverad.

Joonis 8 Tüüpiliste impulsslaadimise-tühjenemise katsete voolu- ja pingekõverad

[Tühjenduskõverale lisatud teave]

Tühjenemiskõver viitab aku pinge, voolu, mahutavuse ja muude muutuste kõverale aja jooksul tühjenemisprotsessi ajal. Laadimis- ja tühjenemiskõveral sisalduv teave on väga rikkalik, sealhulgas võimsus, energia, tööpinge ja pingeplatvorm, elektroodi potentsiaali ja laadimisoleku vaheline seos jne. Peamised tühjenemistesti käigus salvestatud andmed on aeg. voolu ja pinge areng. Nendest põhiandmetest saab saada palju parameetreid. Järgnevalt kirjeldatakse tühjenduskõvera abil saadavaid parameetreid.

(1) Pinge

Liitiumioonaku tühjenemistestis hõlmavad pingeparameetrid peamiselt pingeplatvormi, mediaanpinget, keskmist pinget, väljalülituspinget jne. Platvormi pinge on vastav pinge väärtus, kui pinge muutus on minimaalne ja võimsuse muutus on suur. , mille saab saada dQ / dV tippväärtusest. Keskmine pinge on poole aku mahutavusest vastav pinge väärtus. Platvormil paremini nähtavate materjalide puhul, nagu liitiumraudfosfaat ja liitiumtitanaat, on keskmine pinge platvormi pinge. Keskmine pinge on pinge-mahtuvuskõvera efektiivne pindala (st aku tühjenemise energia) jagatud mahtuvuse arvutamise valemiga on u = U (t) * I (t) dt / I (t) dt. Väljalülituspinge viitab minimaalsele lubatud pingele, kui aku tühjeneb. Kui pinge on madalam kui tühjenemise katkestuspinge, langeb pinge aku mõlemas otsas kiiresti, moodustades liigse tühjenemise. Liigne tühjenemine võib kahjustada elektroodi toimeainet, kaotada reaktsioonivõime ja lühendada aku kasutusiga. Nagu esimeses osas kirjeldatud, on aku pinge seotud katoodi materjali laetuse oleku ja elektroodi potentsiaaliga.

(2) Võimsus ja erivõimsus

Aku mahutavus viitab aku poolt teatud tühjendussüsteemi (teatud tühjendusvoolu I, tühjenemistemperatuuri T, tühjenemise katkestuspinge V korral) eraldatud elektrienergia kogusele, mis näitab aku võimet salvestada energiat Ah või C. Võimsust mõjutavad paljud elemendid, nagu tühjendusvool, tühjendustemperatuur jne. Võimsuse suuruse määrab positiivsetes ja negatiivsetes elektroodides olevate toimeainete hulk.

Teoreetiline võimsus: reaktsioonis oleva toimeaine poolt antud võimsus.

Tegelik võimsus: tegelik võimsus, mis vabaneb teatud tühjendussüsteemis.

Nimivõimsus: viitab minimaalsele võimsusele, mille aku tagab kavandatud tühjenemistingimustes.

Tühjenemistestis arvutatakse võimsus, integreerides voolu ajas, st C = I (t) dt, konstantne vool in t konstantne tühjenemine, C = I (t) dt = I t; püsitakistus R tühjenemine, C = I (t) dt = (1 / R) * U (t) dt (1 / R) * välja (u on keskmine tühjenduspinge, t on tühjenemise aeg).

Erimahutavus: erinevate akude võrdlemiseks võetakse kasutusele erivõimsuse mõiste. Erimahtuvus viitab massiühiku või ruumalaühiku elektroodi toimeaine poolt antud võimsusele, mida nimetatakse massispetsiifiliseks võimsuseks või mahuspetsiifiliseks võimsuseks. Tavaline arvutusmeetod on: erivõimsus = aku esmase tühjenemise võimsus / (toimeaine mass * toimeaine kasutusmäär)

Aku mahtuvust mõjutavad tegurid:

a. Aku tühjendusvool: mida suurem on vool, seda väljundvõimsus väheneb;

b. Aku tühjenemistemperatuur: kui temperatuur langeb, väheneb väljundvõimsus;

c. Aku tühjenemise katkestuspinge: elektroodi materjali poolt määratud tühjenemisaeg ja elektroodi reaktsiooni enda piir on üldiselt 3.0 V või 2.75 V.

d. Aku laadimis- ja tühjenemisajad: pärast aku korduvat laadimist ja tühjenemist suudab aku elektroodi materjali rikke tõttu vähendada aku tühjenemisvõimet.

e. Aku laadimistingimused: laadimiskiirus, temperatuur, väljalülituspinge mõjutavad aku mahtuvust, määrates seeläbi tühjenemisvõime.

 Aku mahu määramise meetod:

Erinevatel tööstusharudel on vastavalt töötingimustele erinevad katsestandardid. 3C-toodete liitiumioonakude puhul vastavalt riiklikule standardile GB / T18287-2000 mobiiltelefonide liitiumioonakude üldspetsifikatsioon on aku nimivõimsuse katsemeetod järgmine: a) laadimine: 0.2C5A laadimine; b) tühjendamine: 0.2C5A tühjendamine; c) viis tsüklit, millest üks on kvalifitseeritud.

Elektrisõidukite tööstuses viitab aku nimimaht vastavalt riiklikule standardile GB / T 31486-2015 elektriliste sõidukite elektriakude elektrilise jõudluse nõuded ja katsemeetodid mahule (Ah), mille aku vabastab toatemperatuuril. 1I1 (A) voolulahendusega, et jõuda lõpppingeni, milles I1 on 1 tunni kiirusega tühjendusvool, mille väärtus on võrdne C1 (A). Katsemeetod on:

A) Peatage toatemperatuuril konstantne pinge, kui laadite konstantse vooluga laadimist ettevõtte määratud laadimislõpppingele ja lõpetage laadimine, kui laadimise lõpetamisvool langeb väärtuseni 0.05I1 (A), ja hoidke laadimist 1 tund pärast seda. laadimine.

Bb) Toatemperatuuril tühjendatakse akut 1I1 (A) vooluga, kuni tühjenemine jõuab ettevõtte tehnilistes tingimustes ettenähtud tühjenemise lõpetamispingeni;

C) mõõdetud tühjendusvõimsus (mõõdetuna Ah), arvutada tühjenemise erienergia (mõõdetuna Wh / kg);

3 d) Korrake samme a) -) c) 5 korda. Kui 3 järjestikuse testi äärmuslik erinevus on alla 3% nimivõimsusest, saab testi eelnevalt lõpetada ja viimase 3 testi tulemusi keskmistada.

(3) Laadimisseisund, SOC

SOC (State of Charge) on laetuse olek, mis näitab aku järelejäänud võimsuse suhet selle täislaadimisolekusse pärast teatud perioodi või pikka aega teatud tühjenemiskiiruse juures. Meetod "avatud vooluahela pinge + tunniajaline integreerimine" kasutab avatud vooluahela pinge meetodit aku algse oleku laadimisvõimsuse hindamiseks ja seejärel tunniajalise integreerimise meetodit, et saada aku tarbitud võimsus. -aja integreerimise meetod. Tarbitav võimsus on tühjendusvoolu ja tühjendusaja korrutis ning järelejäänud võimsus võrdub algvõimsuse ja tarbitud võimsuse vahega. SOC matemaatiline hinnang avatud vooluahela pinge ja tunni integraali vahel on:

kus CN on nimivõimsus; η on laadimise-tühjenemise efektiivsus; T on aku kasutustemperatuur; I on aku vool; t on aku tühjenemise aeg.

DOD (Depth of Discharge) on tühjendussügavus, tühjendusastme mõõt, mis on tühjendusvõimsuse protsent kogu tühjendusvõimsusest. Tühjenemise sügavusel on suur seos aku elueaga: mida sügavam on tühjenemise sügavus, seda lühem on aku kasutusiga. Seos arvutatakse SOC = 100% -DOD jaoks

4) Energia ja erienergia

Elektrienergiat, mida aku suudab teatud tingimustel välist tööd tehes väljastada, nimetatakse aku energiaks ja ühikut väljendatakse üldiselt wh-des. Tühjenemiskõveral arvutatakse energia järgmiselt: W = U (t) * I (t) dt. Konstantse voolu tühjenemise korral W = I * U (t) dt = It * u (u on keskmine tühjenemispinge, t on tühjenemise aeg)

a. Teoreetiline energia

Aku tühjendusprotsess on tasakaaluolekus ja tühjenduspinge säilitab elektromotoorjõu (E) väärtuse ning toimeaine kasutusmäär on 100%. Sellel tingimusel on aku väljundenergia teoreetiline energia, st maksimaalne töö, mida pööratav aku teeb püsiva temperatuuri ja rõhu all.

b. Tegelik energia

Aku tühjenemise tegelikku väljundenergiat nimetatakse tegelikuks energiaks, elektrisõidukite tööstuse eeskirjad ("GB / T 31486-2015 Power Battery Electrical Performance Requirements and Test Methods for Electric Vehicles"), aku toatemperatuuril 1I1 (A ) voolulahendus, et jõuda lõpppingest vabaneva energiani (Wh), mida nimetatakse nimienergiaks.

c. spetsiifiline energia

Energiat, mille aku annab massi- ja ruumalaühiku kohta, nimetatakse massispetsiifiliseks energiaks või ruumala erienergiaks, mida nimetatakse ka energiatiheduseks. Ühikutes wh/kg või wh/l.

[Tühjenduskõvera põhivorm]

Tühjenemiskõvera kõige põhilisem vorm on pinge-aja ja vooluaja kõver. Ajatelje arvutuse teisendamise kaudu on ühisel tühjenduskõveral ka pinge-võimsuse (erivõimsuse) kõver, pinge-energia (erienergia) kõver, pinge-SOC kõver jne.

(1) Pinge-aja ja vooluaja kõver

Joonis 9 Pinge-aja ja voolu-aja kõverad

(2) Pinge-võimsuse kõver

Joonis 10 Pinge-võimsuse kõver

(3) Pinge-energia kõver

Joonis Joonis 11. Pinge-energia kõver

[viidedokumentatsioon]

• Wang Chao jt. Konstantse voolu ja konstantse võimsuse laadimis- ja tühjenemiskarakteristikute võrdlus elektrokeemilistes energiasalvestites [J]. Energia salvestamise teadus ja tehnoloogia.2017(06)：1313-1320.
• Eom KS, Joshi T, Bordes A, jt. Liitiumioon täiselemendiga aku disain, kasutades nanoräni ja nano mitmekihilist grafeeni komposiitanoodi[J]
• Guo Jipeng et al. Liitiumraudfosfaatpatareide [J] konstantse voolu ja konstantse võimsuse katsekarakteristikute võrdlus.salvestusaku.2017(03)：109-115
• Marinaro M, Yoon D, Gabrielli G jt. Suure jõudlusega 1.2 Ah Si-sulam/grafiit|LiNi0.5Mn0.3Co0.2O2 prototüüp Li-ion aku[J].Journal of Power Sources.2017，357(lisa C)：188-197.