Teori om opplading og utlading av litiumbatterier

Teori om opplading og utlading av litiumbatterier

1.1 ladetilstand (SOC)

Ladetilstanden kan defineres som tilstanden til tilgjengelig elektrisk energi i et batteri, vanligvis uttrykt i prosent. Fordi den tilgjengelige elektriske energien varierer avhengig av lade- og utladningsstrøm, temperatur og aldringsfenomen, er definisjonen av ladningstilstand også delt inn i to typer: Absolutt ladetilstand (ASOC) og Relativ ladetilstand (RSOC). Området for relativ ladetilstand er vanligvis 0 % -100 %, mens batteriet er 100 % når det er fulladet og 0 % når det er helt utladet. Den absolutte ladetilstanden er en referanseverdi som beregnes basert på den beregnede faste kapasitetsverdien når batteriet produseres. Den absolutte ladetilstanden til et helt nytt fulladet batteri er 100 %; Selv om det aldrende batteriet er fulladet, kan det ikke nå 100 % under forskjellige lade- og utladingsforhold.

Følgende figur viser forholdet mellom spenning og batterikapasitet under ulike utladningshastigheter. Jo høyere utladningshastighet, jo lavere batterikapasitet. Når temperaturen er lav, vil også batterikapasiteten reduseres.

                          Figur 1. Sammenheng mellom spenning og kapasitet under ulike utladningshastigheter og temperaturer

1.2 Maks ladespenning

Den høyeste ladespenningen er relatert til den kjemiske sammensetningen og egenskapene til batteriet. Ladespenningen til litiumbatterier er vanligvis 4,2V og 4,35V, og spenningsverdiene kan variere avhengig av katode- og anodematerialene.

1.3 Fulladet

Når forskjellen mellom batterispenningen og høyeste ladespenning er mindre enn 100mV og ladestrømmen synker til C/10, kan batteriet anses som fulladet. Egenskapene til batterier varierer, og betingelsene for full lading varierer også.

Følgende figur viser en typisk ladekarakteristikk for litiumbatteri. Når batterispenningen er lik høyeste ladespenning og ladestrømmen synker til C/10, regnes batteriet som fulladet.

                             Figur 2. Karakteristikkkurve for litiumbatteri

1.4 Minimum utladningsspenning

Minimum utladningsspenning kan defineres som cut-off utladningsspenning, vanligvis spenningen ved 0 % ladetilstand. Denne spenningsverdien er ikke en fast verdi, men endres med belastning, temperatur, aldringsgrad eller andre faktorer.

1.5 Full utladning

Når batterispenningen er mindre enn eller lik minimum utladningsspenning, kan det kalles fullstendig utladning.

1.6 Ladeutladningshastighet (C-Rate)

Ladeutladningshastigheten er en representasjon av ladeutladningsstrømmen i forhold til batterikapasiteten. For eksempel, hvis 1C brukes til å lade ut i en time, ideelt sett vil batteriet lades helt ut. Ulike lade- og utladingshastigheter vil resultere i ulik tilgjengelig kapasitet. Vanligvis, jo høyere ladningsutladningshastighet, jo mindre er tilgjengelig kapasitet.

1.7 Syklusliv

Antall sykluser er antall ganger et batteri har gjennomgått fullstendig lading og utlading, som kan estimeres ut fra faktisk utladingskapasitet og designkapasitet. Når den akkumulerte utladningskapasiteten er lik designkapasiteten, er antall sykluser én. Vanligvis, etter 500 lade- og utladingssykluser, vil kapasiteten til et fulladet batteri reduseres med 10 % til 20 %.

                          Figur 3. Forholdet mellom syklustider og batterikapasitet

1.8 Selvutladning

Selvutladingen av alle batterier vil øke med økende temperatur. Selvutlading er i utgangspunktet ikke en produksjonsfeil, men snarere en egenskap ved selve batteriet. Imidlertid kan feil håndtering under produksjonsprosessen også føre til en økning i selvutladning. Vanligvis, for hver 10 ° C økning i batteritemperatur, dobles selvutladingshastigheten. Lithium-ion-batterier har en månedlig selvutladningskapasitet på ca. 1-2 %, mens ulike nikkelbaserte batterier har en månedlig selvutladingskapasitet på 10-15 %.

                             Figur 4. Ytelse av selvutladingshastighet for litiumbatterier ved forskjellige temperaturer