Изчерпателно ръководство за анализ на кривата на разреждане на литиево-йонна батерия

Най-често използваният тест за ефективност на литиево-йонна батерия - стратегията за анализ на кривата на разреждане

Когато литиево-йонната батерия се разреди, нейното работно напрежение винаги се променя постоянно с течение на времето. Работното напрежение на батерията се използва като ордината, времето за разреждане, или капацитетът, или състоянието на заряд (SOC), или дълбочината на разреждане (DOD) като абсцисата, а начертаната крива се нарича крива на разреждане. За да разберем кривата на разрядната характеристика на батерията, първо трябва да разберем напрежението на батерията по принцип.

[Напрежение на батерията]

За да може електродната реакция да образува батерията, тя трябва да отговаря на следните условия: процесът на загуба на електрон в химическата реакция (т.е. процес на окисляване) и процесът на получаване на електрона (т.е. процес на редукционна реакция) трябва да бъдат разделени в две различни области, която е различна от общата редокс реакция; редокс реакцията на активното вещество на два електрода трябва да се предава от външната верига, което е различно от реакцията на микробатерията в процеса на корозия на метала. Напрежението на батерията е потенциалната разлика между положителния и отрицателния електрод. Специфичните ключови параметри включват напрежение на отворена верига, работно напрежение, напрежение на прекъсване на заряда и разряда и др.

[Електроден потенциал на материала на литиево-йонната батерия]

Потенциалът на електрода се отнася до потапянето на твърд материал в разтвора на електролита, което показва електрическия ефект, тоест потенциалната разлика между повърхността на метала и разтвора. Тази потенциална разлика се нарича потенциал на метала в разтвора или потенциал на електрода. Накратко, потенциалът на електрода е тенденция за йон или атом да придобие електрон.

Следователно, за определен материал за положителен електрод или отрицателен електрод, когато се постави в електролит с литиева сол, неговият електроден потенциал се изразява като:

Където φ c е електродният потенциал на това вещество. Стандартният потенциал на водородния електрод беше зададен на 0.0 V.

[Напрежение на отворена верига на батерията]

Електродвижещата сила на батерията е теоретичната стойност, изчислена според реакцията на батерията с помощта на термодинамичния метод, тоест разликата между равновесния електроден потенциал на батерията и положителните и отрицателните електроди, когато веригата се прекъсва, е максималната стойност че батерията може да даде напрежението. Всъщност положителните и отрицателните електроди не са непременно в състояние на термодинамично равновесие в електролита, тоест електродният потенциал, установен от положителните и отрицателните електроди на батерията в електролитния разтвор, обикновено не е равновесният електроден потенциал, така че напрежението на отворена верига на батерията обикновено е по-малко от нейната електродвижеща сила. За електродната реакция:

Като се има предвид нестандартното състояние на реагентния компонент и активността (или концентрацията) на активния компонент във времето, действителното напрежение на отворена верига на клетката се модифицира от енергийното уравнение:

Където R е газовата константа, Т е реакционната температура и а е активността или концентрацията на компонента. Напрежението на отворена верига на батерията зависи от свойствата на материала на положителния и отрицателния електрод, електролита и температурните условия и не зависи от геометрията и размера на батерията. Подготовката на литиево-йонния електроден материал в полюса и литиевия метален лист, сглобен в половин батерия с бутон, може да измерва електродния материал в различно SOC състояние на отворено напрежение, кривата на отвореното напрежение е реакцията на състоянието на заряд на електродния материал, падане на отвореното напрежение за съхранение на батерията, но не е много голям, ако отвореното напрежение спада твърде бързо или амплитудата е необичайно явление. Промяната на повърхностното състояние на биполярните активни вещества и саморазреждането на батерията са основните причини за намаляването на напрежението на отворена верига при съхранение, включително промяната на маскиращия слой на масата с положителен и отрицателен електрод; потенциалната промяна, причинена от термодинамичната нестабилност на електрода, разтварянето и утаяването на чужди метални примеси и микрокъсото съединение, причинено от диафрагмата между положителните и отрицателните електроди. Когато литиево-йонната батерия старее, промяната на стойността K (спад на напрежението) е процесът на формиране и стабилност на SEI филма върху повърхността на електродния материал. Ако спадът на напрежението е твърде голям, вътре има микрокъсо съединение и батерията се счита за неквалифицирана.

[Поляризация на батерията]

Когато токът преминава през електрода, явлението, при което електродът се отклонява от равновесния потенциал на електрода, се нарича поляризация и поляризацията генерира свръхнапрежение. Според причините за поляризацията, поляризацията може да бъде разделена на омична поляризация, концентрационна поляризация и електрохимична поляризация. Фиг. 2 е типичната крива на разреждане на батерията и влиянието на различни поляризации върху напрежението.

 Фигура 1. Типична крива на разреждане и поляризация

(1) Омична поляризация: причинена от съпротивлението на всяка част от батерията, стойността на спада на налягането следва закона на Ома, токът намалява, поляризацията намалява незабавно и токът изчезва веднага след като спре.

(2) Електрохимична поляризация: поляризацията се причинява от бавната електрохимична реакция на повърхността на електрода. Той намаля значително в рамките на ниво микросекунда, тъй като токът става по-малък.

(3) Поляризация на концентрацията: поради забавянето на процеса на йонна дифузия в разтвора, разликата в концентрацията между повърхността на електрода и тялото на разтвора се поляризира при определен ток. Тази поляризация намалява или изчезва, когато електрическият ток намалява в макроскопичните секунди (няколко секунди до десетки секунди).

Вътрешното съпротивление на батерията се увеличава с увеличаването на тока на разреждане на батерията, което се дължи главно на факта, че големият ток на разреждане увеличава тенденцията на поляризация на батерията и колкото по-голям е токът на разреждане, толкова по-очевидна е тенденцията на поляризация, както е показано на фигура 2. Съгласно закона на Ом: V=E0-IRT, с увеличаването на вътрешното общо съпротивление RT, времето, необходимо за напрежението на батерията да достигне напрежението на прекъсване на разряда, съответно намалява, така че капацитетът на освобождаване също е намалена.

Фигура 2. Ефект на плътността на тока върху поляризацията

Литиево-йонната батерия е по същество вид литиево-йонна батерия с концентрация. Процесът на зареждане и разреждане на литиево-йонна батерия е процес на вграждане и отстраняване на литиеви йони в положителните и отрицателните електроди. Факторите, влияещи върху поляризацията на литиево-йонните батерии, включват:

(1) Влиянието на електролита: ниската проводимост на електролита е основната причина за поляризацията на литиево-йонните батерии. В общия температурен диапазон проводимостта на електролита, използван за литиево-йонни батерии, обикновено е само 0.01~0.1S/cm, което е един процент от водния разтвор. Следователно, когато литиево-йонните батерии се разреждат при висок ток, е твърде късно да се добави Li + от електролита и ще се появи феноменът на поляризация. Подобряването на проводимостта на електролита е ключовият фактор за подобряване на капацитета на разреждане при висок ток на литиево-йонните батерии.

(2) Влиянието на положителните и отрицателните материали: по-дългият канал от положителни и отрицателни материали, големи литиево-йонни частици, дифузия към повърхността, което не е благоприятно за голям разряд.

(3) Проводящ агент: съдържанието на проводящ агент е важен фактор, влияещ върху ефективността на разряда с високо съотношение. Ако съдържанието на проводящ агент в катодната формула е недостатъчно, електроните не могат да бъдат прехвърлени навреме, когато големият ток се разреди, а поляризационното вътрешно съпротивление нараства бързо, така че напрежението на батерията бързо се намалява до напрежението на прекъсване на разряда .

(4) Влиянието на дизайна на полюса: дебелина на полюса: в случай на голямо разреждане на тока, скоростта на реакцията на активните вещества е много бърза, което изисква бързо вграждане и отделяне на литиеви йони в материала. Ако полюсната плоча е дебела и пътят на дифузия на литиеви йони се увеличава, посоката на дебелината на полюса ще доведе до голям градиент на концентрация на литиеви йони.

Плътност на уплътняване: плътността на уплътняване на полюсния лист е по-голяма, порите стават по-малки и пътят на движение на литиевите йони в посоката на дебелината на полюсния лист е по-дълъг. Освен това, ако плътността на уплътняване е твърде голяма, контактната площ между материала и електролита намалява, мястото на реакция на електрода се намалява и вътрешното съпротивление на батерията също ще се увеличи.

(5) Влиянието на SEI мембраната: образуването на SEI мембрана увеличава съпротивлението на интерфейса електрод/електролит, което води до хистерезис или поляризация на напрежението.

[Работно напрежение на батерията]

Работното напрежение, известно още като крайно напрежение, се отнася до потенциалната разлика между положителните и отрицателните електроди на батерията, когато токът протича във веригата в работно състояние. В работно състояние на разреждане на батерията, когато токът протича през батерията, съпротивлението, причинено от вътрешното съпротивление, трябва да бъде преодоляно, което ще причини спад на омичното налягане и поляризация на електрода, така че работното напрежение винаги е по-ниско от напрежението на отворена верига, и при зареждане крайното напрежение винаги е по-високо от напрежението на отворена верига. Това означава, че резултатът от поляризацията прави крайното напрежение на разряда на батерията по-ниско от електромоторния потенциал на батерията, който е по-висок от електромоторния потенциал на заредената батерия.

Поради наличието на поляризационен феномен, моментното напрежение и действителното напрежение в процеса на зареждане и разреждане. При зареждане моментното напрежение е малко по-високо от действителното напрежение, поляризацията изчезва и напрежението пада, когато моментното напрежение и действителното напрежение намаляват след разреждането.

За да обобщим горното описание, изразът е:

E +, E- -представляват съответно потенциалите на положителните и отрицателните електроди, E + 0 и E- -0 представляват равновесния електроден потенциал на положителните и съответно отрицателните електроди, VR представлява омичното поляризационно напрежение и η + , η - представляват свръхнапрежението съответно на положителните и отрицателните електроди.

[Основен принцип на теста за разреждане]

След основно разбиране на напрежението на батерията, започнахме да анализираме кривата на разреждане на литиево-йонните батерии. Кривата на разреждане основно отразява състоянието на електрода, което е суперпозиция на промените в състоянието на положителните и отрицателните електроди.

Кривата на напрежението на литиево-йонните батерии през целия процес на разреждане може да бъде разделена на три етапа

1) В началния етап на батерията напрежението пада бързо и колкото по-голяма е скоростта на разреждане, толкова по-бързо пада напрежението;

2) Напрежението на батерията навлиза в етап на бавна промяна, който се нарича зона на платформата на батерията. Колкото по-малка е скоростта на разреждане,

Колкото по-голяма е продължителността на зоната на платформата, толкова по-високо е напрежението на платформата, толкова по-бавен е спадът на напрежението.

3) Когато батерията е почти изчерпана, напрежението на натоварване на батерията започва да пада рязко, докато се достигне напрежението за спиране на разреждането.

По време на тестването има два начина за събиране на данни

(1) Съберете данните за ток, напрежение и време според зададения интервал от време Δ t;

(2) Съберете данни за ток, напрежение и време според зададената разлика в промяната на напрежението Δ V. Точността на оборудването за зареждане и разреждане включва главно точност на тока, точност на напрежението и точност на времето. Таблица 2 показва параметрите на оборудването на определена машина за зареждане и разреждане, където% FS представлява процентът от пълния обхват, а 0.05%RD се отнася до измерената грешка в диапазона от 0.05% от показанието. Оборудването за зареждане и разреждане обикновено използва CNC източник на постоянен ток вместо съпротивление на натоварване за натоварване, така че изходното напрежение на батерията няма нищо общо със серийното съпротивление или паразитното съпротивление във веригата, а само свързано с напрежението E и вътрешното съпротивление r и тока на веригата I на идеалния източник на напрежение, еквивалентен на батерията. Ако съпротивлението се използва за товар, настройте напрежението на идеалния източник на напрежение на еквивалента на батерията да бъде E, вътрешното съпротивление е r, а съпротивлението на товара е R. Измерете напрежението в двата края на съпротивлението на товара с напрежението метър, както е показано на горната фигура на Фигура 6. Въпреки това, на практика във веригата има съпротивление на проводника и контактно съпротивление на приспособлението (равномерно паразитно съпротивление). Еквивалентната електрическа схема, показана на фиг. 3 е показано на следващата фигура на ФИГ. 3. На практика неизбежно се въвежда паразитно съпротивление, така че общото съпротивление на натоварване става голямо, но измереното напрежение е напрежението в двата края на съпротивлението на натоварване R, така че се въвежда грешката.

 Фигура 3. Принципната блокова схема и действителната еквивалентна електрическа схема на метода на резистентно разреждане

Когато източникът на постоянен ток с ток I1 се използва като товар, схематичната диаграма и действителната еквивалентна схема са показани на Фигура 7. E, I1 са постоянни стойности и r е постоянна за определено време.

От горната формула можем да видим, че двете напрежения на A и B са постоянни, тоест изходното напрежение на батерията не е свързано с размера на серийното съпротивление в контура и, разбира се, няма нищо общо с паразитна резистентност. В допълнение, режимът на измерване с четири клеми може да постигне по-точно измерване на изходното напрежение на батерията.

Фигура 4 Блокова схема на Equiple и действителна еквивалентна електрическа схема на натоварване на източника на постоянен ток

Паралелният източник е захранващо устройство, което може да осигури постоянен ток към товара. Той все още може да поддържа изходния ток постоянен, когато външното захранване се колебае и характеристиките на импеданса се променят.

[Режим на тест за разреждане]

Тестовото оборудване за зареждане и разреждане обикновено използва полупроводниковото устройство като елемент на потока. Чрез регулиране на управляващия сигнал на полупроводниковото устройство, то може да симулира натоварване с различни характеристики като постоянен ток, постоянно налягане и постоянно съпротивление и т.н. Тестовият режим за разреждане на литиево-йонната батерия включва главно разреждане с постоянен ток, разреждане с постоянно съпротивление, разреждане с постоянна мощност и т.н. Във всеки режим на разреждане непрекъснатото разреждане и интервалното разреждане също могат да бъдат разделени, в които според продължителността на времето, интервалното разреждане може да бъде разделено на периодично разреждане и импулсно разреждане. По време на теста за разреждане батерията се разрежда според зададения режим и спира да се разрежда след достигане на зададените условия. Условията за прекъсване на разряда включват настройка на прекъсване на напрежението, настройка на прекъсване на времето, настройка на прекъсване на капацитета, настройка на прекъсване на отрицателния градиент на напрежението и т.н. Промяната на напрежението на разреждане на батерията е свързана със системата за разреждане, която е, промяната на кривата на разреждане също се влияе от системата за разреждане, включително: ток на разреждане, температура на разреждане, напрежение на завършване на разреждането; периодично или непрекъснато изпускане. Колкото по-голям е разрядният ток, толкова по-бързо пада работното напрежение; с температурата на изпускане, кривата на изпускане се променя леко.

(1) Разреждане с постоянен ток

При постоянно разреждане на тока се задава текущата стойност и след това текущата стойност се достига чрез регулиране на CNC източника на постоянен ток, така че да се реализира постоянното разреждане на батерията. В същото време крайната промяна на напрежението на батерията се събира, за да се открият характеристиките на разреждане на батерията. Разреждането с постоянен ток е разреждането на същия ток на разреждане, но напрежението на батерията продължава да пада, така че мощността продължава да пада. Фигура 5 е кривата на напрежението и тока на постоянния ток на разреждане на литиево-йонни батерии. Поради постоянното разреждане на тока, оста на времето лесно се преобразува в оста на капацитета (произведението на тока и времето). Фигура 5 показва кривата напрежение-капацитет при постоянен ток на разреждане. Разреждането с постоянен ток е най-често използваният метод за разреждане при тестове на литиево-йонни батерии.

Фигура 5 криви на зареждане с постоянен ток с постоянно напрежение и криви на разреждане с постоянен ток при различни коефициенти на умножение

(2) Постоянно захранване

Когато постоянната мощност се разрежда, първо се задава стойността на мощността с постоянна мощност P и се събира изходното напрежение U на батерията. В процеса на разреждане се изисква P да бъде постоянно, но U постоянно се променя, така че е необходимо непрекъснато да се регулира токът I на източника на постоянен ток с ЦПУ съгласно формула I = P / U, за да се постигне целта на постоянно разреждане на мощността . Поддържайте мощността на разреждане непроменена, тъй като напрежението на батерията продължава да пада по време на процеса на разреждане, така че токът при разреждане с постоянна мощност продължава да нараства. Благодарение на постоянния разряд на мощност, координатната ос на времето лесно се преобразува в координатната ос на енергията (произведението на мощността и времето).

Фигура 6 Криви на зареждане и разреждане с постоянна мощност при различни скорости на удвояване

Сравнение между разряд с постоянен ток и разряд с постоянна мощност

Фигура 7: (а) диаграма на капацитета на зареждане и разреждане при различни съотношения; б) крива на зареждане и разреждане

 Фигура 7 показва резултатите от различни тестове за зареждане и разреждане в двата режима на литиево-желязо фосфатна батерия. Съгласно кривата на капацитета на фиг. 7 (a), с увеличаване на тока на зареждане и разреждане в режим на постоянен ток, действителният капацитет на зареждане и разреждане на батерията постепенно намалява, но диапазонът на промяна е сравнително малък. Действителният капацитет за зареждане и разреждане на батерията постепенно намалява с увеличаване на мощността и колкото по-голям е множителят, толкова по-бързо намалява капацитетът. Капацитетът на разреждане за 1 час е по-нисък от режима на постоянен поток. В същото време, когато скоростта на зареждане-разреждане е по-ниска от скоростта на 5 часа, капацитетът на батерията е по-висок при условие на постоянна мощност, докато капацитетът на батерията е по-висок от скоростта на 5 часа е по-висока при условие на постоянен ток.

От фигура 7 (b) е показана кривата капацитет-напрежение, при условие на ниско съотношение, двурежимна крива капацитет-напрежение на литиево-желязната фосфатна батерия и промяната на платформата за напрежение на зареждане и разреждане не е голяма, но при условие на високо съотношение, постоянен ток-постоянно напрежение режим на постоянно напрежение време значително по-дълго, и зареждане напрежение платформа се увеличи значително, разряд напрежение платформа е значително намалена.

(3) Разряд с постоянно съпротивление

При разреждане с постоянно съпротивление, първо се задава постоянна стойност на съпротивление R, за да се събере изходното напрежение на батерията U. По време на процеса на разреждане се изисква R да бъде постоянно, но U постоянно се променя, така че текущата I стойност на CNC постоянния ток източникът трябва постоянно да се регулира съгласно формулата I=U / R, за да се постигне целта на постоянното съпротивление на разряда. Напрежението на батерията винаги намалява в процеса на разреждане, а съпротивлението е същото, така че токът на разреждане I също е намаляващ процес.

(4) Непрекъснато разреждане, периодично разреждане и импулсно разреждане

Батерията се разрежда при постоянен ток, постоянна мощност и постоянно съпротивление, като се използва функцията за синхронизиране, за да се реализира контролът на непрекъснато разреждане, периодично разреждане и импулсно разреждане. Фигура 11 показва кривите на тока и кривите на напрежението на типичен тест за импулсно зареждане/разреждане.

Фигура 8 Криви на тока и криви на напрежението за типични импулсни тестове за зареждане-разреждане

[Информация, включена в кривата на разреждане]

Кривата на разреждане се отнася до кривата на напрежението, тока, капацитета и други промени на батерията във времето по време на процеса на разреждане. Информацията, съдържаща се в кривата на заряда и разряда, е много богата, включително капацитет, енергия, работно напрежение и платформа на напрежението, връзката между потенциала на електрода и състоянието на заряд и т.н. Основните данни, записани по време на теста за разреждане, са времето развитие на тока и напрежението. Много параметри могат да бъдат получени от тези основни данни. Следващите детайли описват параметрите, които могат да бъдат получени от кривата на разреждане.

(1) Напрежение

При теста за разреждане на литиево-йонна батерия параметрите на напрежението включват главно платформа на напрежението, средно напрежение, средно напрежение, напрежение на прекъсване и т.н. Напрежението на платформата е съответната стойност на напрежението, когато промяната на напрежението е минимална и промяната на капацитета е голяма , което може да се получи от пиковата стойност на dQ / dV. Средното напрежение е съответната стойност на напрежението на половината от капацитета на батерията. За материали, които са по-очевидни на платформата, като литиево-железен фосфат и литиев титанат, средното напрежение е напрежението на платформата. Средното напрежение е ефективната площ на кривата напрежение-капацитет (т.е. енергията на разреждане на батерията), разделена на формулата за изчисляване на капацитета е u = U (t) * I (t) dt / I (t) dt. Напрежението на прекъсване се отнася до минималното допустимо напрежение, когато батерията се разреди. Ако напрежението е по-ниско от напрежението на прекъсване на разряда, напрежението в двата края на батерията ще спадне бързо, образувайки прекомерно разреждане. Прекомерното разреждане може да причини повреда на активното вещество на електрода, загуба на способността за реакция и съкращаване на живота на батерията. Както е описано в първата част, напрежението на батерията е свързано със състоянието на заряд на катодния материал и потенциала на електрода.

(2) Капацитет и специфичен капацитет

Капацитетът на батерията се отнася до количеството електричество, освободено от батерията при определена разрядна система (при определен разряден ток I, температура на разреждане T, напрежение на изключване на разряда V), което показва способността на батерията да съхранява енергия в Ah или C Капацитетът се влияе от много елементи, като разряден ток, температура на разреждане и др.

Теоретичен капацитет: капацитетът, даден от активното вещество в реакцията.

Действителен капацитет: действителният капацитет, освободен при определена система за изпускане.

Номинален капацитет: отнася се до минималното количество мощност, гарантирано от батерията при проектираните условия на разреждане.

При теста за разреждане капацитетът се изчислява чрез интегриране на тока във времето, т.е. C = I (t) dt, постоянен ток в t постоянен разряд, C = I (t) dt = I t; постоянно съпротивление R разряд, C = I (t) dt = (1 / R) * U (t) dt (1 / R) * изход (u е средното напрежение на разреждане, t е времето за разреждане).

Специфичен капацитет: За да се сравнят различните батерии, се въвежда понятието специфичен капацитет. Специфичният капацитет се отнася до капацитета, даден от активното вещество на електрода за единица маса или единица обем, който се нарича специфичен капацитет за маса или специфичен капацитет за обем. Обичайният метод за изчисление е: специфичен капацитет = капацитет на първо разреждане на батерията / (маса на активното вещество * процент на използване на активното вещество)

Фактори, влияещи върху капацитета на батерията:

а. Токът на разреждане на батерията: колкото по-голям е токът, изходният капацитет намалява;

b. Температура на разреждане на батерията: когато температурата се понижи, изходният капацитет намалява;

° С. Напрежението на прекъсване на разряда на батерията: времето за разреждане, зададено от материала на електрода и границата на самата реакция на електрода обикновено е 3.0 V или 2.75 V.

д. Време за зареждане и разреждане на батерията: след многократно зареждане и разреждане на батерията, поради повреда на материала на електрода, батерията ще може да намали капацитета на разреждане на батерията.

д. Условията на зареждане на батерията: скорост на зареждане, температура, напрежение на прекъсване влияят върху капацитета на батерията, като по този начин определят капацитета на разреждане.

 Метод за определяне на капацитета на батерията:

Различните индустрии имат различни стандарти за изпитване според условията на работа. За литиево-йонни батерии за продукти на 3C, съгласно националния стандарт GB / T18287-2000 Обща спецификация за литиево-йонни батерии за клетъчни телефони, методът за тестване на номиналния капацитет на батерията е както следва: a) зареждане: 0.2C5A зареждане; б) разреждане: 0.2C5A разреждане; в) пет цикъла, от които един е квалифициран.

За индустрията за електрически превозни средства, съгласно националния стандарт GB / T 31486-2015 Изисквания за електрическа ефективност и методи за изпитване на захранваща батерия за електрически превозни средства, номиналният капацитет на батерията се отнася до капацитета (Ah), освободен от батерията при стайна температура с 1I1 (A) токов разряд за достигане на напрежението на прекратяване, при което I1 е 1 час скорост на разряден ток, чиято стойност е равна на C1 (A). Методът на изпитване е:

A) При стайна температура спрете постоянното напрежение, когато зареждате с постоянен ток, зареждайки до крайното напрежение на зареждането, посочено от предприятието, и спрете зареждането, когато токът на крайното зареждане спадне до 0.05I1 (A) и задръжте зареждането за 1 час след това зареждане.

Bb) При стайна температура батерията се разрежда с ток 1I1 (A), докато разрядът достигне крайното напрежение на разреждането, посочено в техническите условия на предприятието;

C) измерен капацитет на разреждане (измерен в Ah), изчислете специфичната енергия на разряд (измерена в Wh / kg);

3 d) Повторете стъпки a) -) c) 5 пъти. Когато крайната разлика от 3 последователни теста е по-малка от 3% от номиналния капацитет, тестът може да бъде завършен предварително и резултатите от последните 3 теста могат да бъдат осреднени.

(3) Състояние на заряда, SOC

SOC (State of Charge) е състояние на зареждане, представляващо съотношението на оставащия капацитет на батерията към пълното й състояние на зареждане след период от време или дълго време при определена скорост на разреждане. Методът на "напрежение на отворена верига + интегриране на часове" използва метода на напрежение на отворена верига, за да оцени първоначалния капацитет на зареждане на батерията и след това използва метода на интегриране на часове, за да получи мощността, консумирана от - метод на интегриране на времето. Консумираната мощност е произведение от разрядния ток и времето за разреждане, а оставащата мощност е равна на разликата между първоначалната мощност и консумираната мощност. Математическата оценка на SOC между напрежението на отворена верига и интеграла за един час е:

където CN е номиналният капацитет; η е ефективността на заряда и разряда; T е температурата на използване на батерията; I е токът на батерията; t е времето за разреждане на батерията.

DOD (дълбочина на изпразване) е дълбочината на изпразване, мярка за степента на изпразване, която е процентът на капацитета на изпразване към общия капацитет на изпразване. Дълбочината на разреждане има голяма връзка с живота на батерията: колкото по-голяма е дълбочината на разреждане, толкова по-кратък е животът. Връзката се изчислява за SOC = 100% -DOD

4) Енергия и специфична енергия

Електрическата енергия, която батерията може да изведе чрез извършване на външна работа при определени условия, се нарича енергия на батерията и единицата обикновено се изразява във wh. В кривата на разреждане енергията се изчислява, както следва: W = U (t) * I (t) dt. При разреждане с постоянен ток, W = I * U (t) dt = It * u (u е средното напрежение на разреждане, t е времето за разреждане)

а. Теоретична енергия

Процесът на разреждане на батерията е в равновесно състояние и напрежението на разреждане поддържа стойността на електродвижещата сила (E), а степента на използване на активното вещество е 100%. При това условие изходната енергия на батерията е теоретичната енергия, т.е. максималната работа, извършена от реверсивната батерия при постоянна температура и налягане.

b. Действителната енергия

Действителната изходна енергия от разреждането на батерията се нарича действителна енергия, разпоредбите на индустрията за електрически превозни средства („GB / T 31486-2015 Изисквания за електрическа ефективност на батерията и методи за изпитване за електрически превозни средства“), батерията при стайна температура с 1I1 (A ) токов разряд, за да достигне енергията (Wh), освободена от крайното напрежение, наречена номинална енергия.

° С. специфична енергия

Енергията, дадена от батерия на единица маса и на единица обем, се нарича специфична енергия за маса или специфична енергия за обем, наричана още енергийна плътност. В единици wh/kg или wh/L.

[Основна форма на кривата на разряда]

Най-основната форма на кривата на разреждане е кривата напрежение-време и ток-време. Чрез трансформацията на изчислението на времевата ос, общата крива на разреждане също има крива напрежение-капацитет (специфичен капацитет), крива напрежение-енергия (специфична енергия), крива напрежение-SOC и т.н.

(1) Крива напрежение-време и ток-време

Фигура 9 Криви напрежение-време и ток-време

(2) Крива напрежение-капацитет

Фигура 10 Крива напрежение-капацитет

(3) Крива напрежение-енергия

Фигура Фигура 11. Крива напрежение-енергия

[референтна документация]

• Wang Chao и др. Сравнение на характеристиките на заряд и разряд на постоянен ток и постоянна мощност в електрохимични устройства за съхранение на енергия [J]. Наука и технология за съхранение на енергия. 2017 (06): 1313-1320.
• Eom KS，Joshi T，Bordes A，et al. Дизайнът на литиево-йонна пълна клетъчна батерия, използваща нано силиций и нано многослоен графенов композитен анод [J]
• Guo Jipeng и др. Сравнение на тестовите характеристики на постоянен ток и постоянна мощност на литиево-железни фосфатни батерии [J]. акумулаторна батерия. 2017 (03): 109-115
• Marinaro M，Yoon D，Gabrielli G，et al. Прототип с висока производителност 1.2 Ah Si-сплав/графит|LiNi0.5Mn0.3Co0.2O2 Литиево-йонна батерия[J].Journal of Power Sources.2017，357(Допълнение C):188-197.