Omfattende veiledning til analyse av litiumionbatteriutladningskurve

Den mest brukte ytelsestesten av litium-ion-batterier - strategien for analyse av utladningskurven

Når litium-ion-batteriet utlades, endres arbeidsspenningen alltid konstant med tiden. Batteriets arbeidsspenning brukes som ordinat, utladingstid eller kapasitet, eller ladetilstand (SOC), eller utladningsdybde (DOD) som abscisse, og kurven som tegnes kalles utladningskurven. For å forstå utladningskarakteristikken til et batteri, må vi først forstå spenningen til batteriet i prinsippet.

[Spenning på batteriet]

For at elektrodereaksjonen skal dannes, må batteriet oppfylle følgende betingelser: prosessen med å miste elektronet i den kjemiske reaksjonen (dvs. oksidasjonsprosessen) og prosessen med å oppnå elektronet (dvs. reduksjonsreaksjonsprosessen) må separeres i to forskjellige områder, som er forskjellig fra den generelle redoksreaksjonen; redoksreaksjonen til det aktive stoffet til to elektroder må overføres av den eksterne kretsen, som er forskjellig fra mikrobatterireaksjonen i metallkorrosjonsprosessen. Spenningen til batteriet er potensialforskjellen mellom den positive elektroden og den negative elektroden. De spesifikke nøkkelparametrene inkluderer åpen kretsspenning, arbeidsspenning, lade- og utladningsavskjæringsspenning, etc.

[Elektrodepotensial for litium-ion batterimateriale]

Elektrodepotensial refererer til nedsenking av et fast materiale i elektrolyttløsningen, som viser den elektriske effekten, det vil si potensialforskjellen mellom overflaten av metallet og løsningen. Denne potensialforskjellen kalles potensialet til metallet i løsningen eller potensialet til elektroden. Kort sagt er elektrodepotensialet en tendens for et ion eller atom til å tilegne seg et elektron.

Derfor, for en viss positiv elektrode eller negativ elektrodemateriale, når den plasseres i en elektrolytt med et litiumsalt, uttrykkes dens elektrodepotensial som:

Hvor φ c er elektrodepotensialet til dette stoffet. Standard hydrogenelektrodepotensial ble satt til å være 0.0V.

[Åpen kretsspenning på batteriet]

Den elektromotoriske kraften til batteriet er den teoretiske verdien beregnet i henhold til reaksjonen til batteriet ved bruk av den termodynamiske metoden, det vil si at forskjellen mellom likevektselektrodepotensialet til batteriet og de positive og negative elektrodene når kretsen bryter er maksimalverdien at batteriet kan gi spenningen. Faktisk er de positive og negative elektrodene ikke nødvendigvis i termodynamisk likevektstilstand i elektrolytten, det vil si at elektrodepotensialet etablert av de positive og negative elektrodene til batteriet i elektrolyttløsningen er vanligvis ikke likevektselektrodepotensialet, så åpen kretsspenning til batteriet er generelt mindre enn dets elektromotoriske kraft. For elektrodereaksjonen:

Tatt i betraktning den ikke-standardiserte tilstanden til reaktantkomponenten og aktiviteten (eller konsentrasjonen) til den aktive komponenten over tid, blir den faktiske åpen kretsspenningen til cellen modifisert av energiligningen:

Der R er gasskonstanten, T er reaksjonstemperaturen, og a er komponentaktiviteten eller konsentrasjonen. Batteriets åpen kretsspenning avhenger av egenskapene til det positive og negative elektrodematerialet, elektrolytten og temperaturforholdene, og er uavhengig av batteriets geometri og størrelse. Litiumion-elektrodemateriale forberedelse inn i polen, og litiummetallplate satt sammen i knapp halvbatteri, kan måle elektrodematerialet i forskjellige SOC-tilstander av åpen spenning, åpen spenningskurve er elektrodematerialets ladetilstandsreaksjon, batterilagring åpent spenningsfall, men ikke veldig stor, hvis åpen spenning faller for raskt eller amplitude er unormalt fenomen. Overflatetilstandsendringen av de bipolare aktive stoffene og selvutladingen av batteriet er hovedårsakene til reduksjonen av åpen kretsspenning i lagring, inkludert endringen av maskelaget til det positive og negative elektrodematerialbordet; potensialendring forårsaket av elektrodens termodynamiske ustabilitet, oppløsning og utfelling av fremmede metallurenheter, og mikrokortslutningen forårsaket av membranen mellom de positive og negative elektrodene. Når litiumionbatteriet eldes, er endringen av K-verdi (spenningsfall) dannelsen og stabilitetsprosessen til SEI-filmen på overflaten av elektrodematerialet. Hvis spenningsfallet er for stort, er det en mikrokortslutning inni, og batteriet vurderes til å være ukvalifisert.

[Batteripolarisering]

Når strømmen går gjennom elektroden, kalles fenomenet at elektroden avviker fra likevektselektrodepotensialet polarisering, og polarisasjonen genererer overpotensialet. I henhold til årsakene til polarisering kan polarisasjonen deles inn i ohmsk polarisering, konsentrasjonspolarisering og elektrokjemisk polarisering. FIG. 2 er den typiske utladningskurven for batteriet og påvirkningen av forskjellige polariseringer på spenningen.

 Figur 1. Typisk utladningskurve og polarisering

(1) Ohmisk polarisering: forårsaket av motstanden til hver del av batteriet, trykkfallsverdien følger ohms lov, strømmen avtar, polarisasjonen avtar umiddelbart, og strømmen forsvinner umiddelbart etter at den stopper.

(2) Elektrokjemisk polarisering: polarisasjonen er forårsaket av den langsomme elektrokjemiske reaksjonen på elektrodeoverflaten. Den avtok betydelig innenfor mikrosekundnivået ettersom strømmen blir mindre.

(3) Konsentrasjonspolarisering: På grunn av retardasjonen av iondiffusjonsprosessen i løsningen, blir konsentrasjonsforskjellen mellom overflaten av elektroden og løsningslegemet polarisert under en viss strøm. Denne polarisasjonen avtar eller forsvinner når den elektriske strømmen avtar ved de makroskopiske sekundene (noen sekunder til titalls sekunder).

Den interne motstanden til batteriet øker med økningen av utladningsstrømmen til batteriet, noe som hovedsakelig skyldes at den store utladningsstrømmen øker polarisasjonstrenden til batteriet, og jo større utladningsstrømmen er, desto tydeligere er polarisasjonstrenden, som vist. i figur 2. I henhold til Ohms lov: V=E0-IRT, med økningen av den interne totalmotstanden RT, reduseres tiden det tar for batterispenningen å nå utladningsgrensespenningen tilsvarende, slik at utløsningskapasiteten også blir redusert. redusert.

Figur 2. Effekt av strømtettheten på polarisasjonen

Litiumionbatteri er egentlig et slags litiumionkonsentrasjonsbatteri. Lade- og utladingsprosessen til litiumionbatterier er prosessen med å bygge inn og strippe litiumioner i de positive og negative elektrodene. Faktorer som påvirker polariseringen av litium-ion-batterier inkluderer:

(1) Påvirkning av elektrolytt: den lave ledningsevnen til elektrolytten er hovedårsaken til polariseringen av litiumionbatterier. I det generelle temperaturområdet er ledningsevnen til elektrolytten som brukes til litium-ion-batterier vanligvis bare 0.01 ~ 0.1 S/cm, som er én prosent av den vandige løsningen. Derfor, når litium-ion-batterier utlades ved høy strøm, er det for sent å supplere Li+ fra elektrolytten, og polarisasjonsfenomenet vil oppstå. Forbedring av ledningsevnen til elektrolytten er nøkkelfaktoren for å forbedre høystrømsutladingskapasiteten til litiumionbatterier.

(2) Påvirkningen av positive og negative materialer: den lengre kanalen av positivt og negativt materiale sprer store litiumionpartikler til overflaten, noe som ikke bidrar til utslipp med høy hastighet.

(3) Ledermiddel: innholdet av ledende middel er en viktig faktor som påvirker utslippsytelsen til høyt forhold. Hvis innholdet av ledende middel i katodeformelen er utilstrekkelig, kan elektronene ikke overføres i tide når den store strømmen utlades, og polarisasjonens indre motstand øker raskt, slik at batterispenningen raskt reduseres til utladningsavskjæringsspenningen .

(4) Påvirkning av poldesign: poltykkelse: i tilfelle av stor strømutladning er reaksjonshastigheten til aktive stoffer veldig rask, noe som krever at litiumion raskt blir innebygd og løsnet i materialet. Hvis polplaten er tykk og banen for litiumionediffusjon øker, vil retningen på poltykkelsen gi en stor litiumionkonsentrasjonsgradient.

Komprimeringstetthet: komprimeringstettheten til polarket er større, porene blir mindre, og banen for litiumionbevegelse i polarkets tykkelsesretning er lengre. I tillegg, hvis komprimeringstettheten er for stor, reduseres kontaktområdet mellom materialet og elektrolytten, elektrodereaksjonsstedet reduseres, og batteriets indre motstand vil også øke.

(5) Påvirkning av SEI-membran: dannelsen av SEI-membran øker motstanden til elektrode-/elektrolyttgrensesnittet, noe som resulterer i spenningshysterese eller polarisering.

[Batteriets driftsspenning]

Driftsspenning, også kjent som sluttspenning, refererer til potensialforskjellen mellom de positive og negative elektrodene til batteriet når strømmen flyter i kretsen i arbeidstilstand. I driftstilstanden for batteriutladning, når strømmen flyter gjennom batteriet, bør motstanden forårsaket av den interne motstanden overvinnes, noe som vil forårsake ohmsk trykkfall og elektrodepolarisering, slik at arbeidsspenningen alltid er lavere enn åpen kretsspenning, og ved lading er sluttspenningen alltid høyere enn åpen kretsspenning. Det vil si at resultatet av polarisering gjør sluttspenningen til batteriutladningen lavere enn det elektromotoriske potensialet til batteriet, som er høyere enn det elektromotoriske potensialet til det ladede batteriet.

På grunn av eksistensen av polarisasjonsfenomen, den øyeblikkelige spenningen og den faktiske spenningen i prosessen med lading og utladning. Ved lading er den momentane spenningen litt høyere enn den faktiske spenningen, polarisasjonen forsvinner og spenningen faller når den momentane spenningen og den faktiske spenningen synker etter utladingen.

For å oppsummere beskrivelsen ovenfor er uttrykket:

E +, E- -representerer potensialene til henholdsvis de positive og negative elektrodene, E + 0 og E- -0 representerer likevektselektrodepotensialet til henholdsvis de positive og negative elektrodene, VR representerer den ohmske polarisasjonsspenningen, og η + , η - -representerer overpotensialet til henholdsvis de positive og negative elektrodene.

[Grunnleggende prinsipp for utladningstest]

Etter en grunnleggende forståelse av batterispenningen begynte vi å analysere utladningskurven til litium-ion-batterier. Utladningskurven reflekterer i utgangspunktet elektrodens tilstand, som er superposisjonen av tilstandsendringene til de positive og negative elektrodene.

Spenningskurven til litium-ion-batterier gjennom hele utladingsprosessen kan deles inn i tre trinn

1) I den innledende fasen av batteriet faller spenningen raskt, og jo større utladningshastigheten er, jo raskere faller spenningen;

2) Batterispenningen går inn i et langsomt skiftestadium, som kalles plattformområdet til batteriet. Jo mindre utslippshastigheten er,

Jo lengre varighet av plattformområdet, jo høyere plattformspenning, desto langsommere blir spenningsfallet.

3) Når batteristrømmen er nesten ferdig, begynner batteribelastningsspenningen å synke kraftig inntil utladningsstoppspenningen er nådd.

Under testing er det to måter å samle inn data på

(1) Samle inn data for strøm, spenning og tid i henhold til det innstilte tidsintervallet Δ t;

(2) Samle strøm-, spennings- og tidsdata i henhold til den innstilte spenningsendringsforskjellen Δ V. Nøyaktigheten til lade- og utladingsutstyr inkluderer hovedsakelig strømnøyaktighet, spenningsnøyaktighet og tidspresisjon. Tabell 2 viser utstyrsparametrene til en bestemt lade- og utladningsmaskin, der % FS representerer prosentandelen av hele området, og 0.05 %RD refererer til den målte feilen innenfor området 0.05 % av avlesningen. Lade- og utladingsutstyr bruker vanligvis CNC konstantstrømkilde i stedet for lastmotstand for last, slik at utgangsspenningen til batteriet ikke har noe å gjøre med seriemotstanden eller parasittisk motstand i kretsen, men bare relatert til spenningen E og intern motstand. r og kretsstrømmen I til den ideelle spenningskilden som tilsvarer batteriet. Hvis motstanden brukes til belastning, sett spenningen til den ideelle spenningskilden til batteriet ekvivalent til E, den interne motstanden er r, og belastningsmotstanden er R. Mål spenningen i begge ender av belastningsmotstanden med spenningen meter, som vist i figuren ovenfor i figur 6. I praksis er det imidlertid blymotstand og fiksturkontaktmotstand (uniform parasittisk motstand) i kretsen. Det ekvivalente kretsskjemaet vist i fig. 3 er vist i den følgende figur på fig. 3. I praksis blir parasittmotstanden uunngåelig introdusert, slik at den totale lastmotstanden blir stor, men den målte spenningen er spenningen i begge ender av lastmotstanden R, så feilen introduseres.

 Fig. 3 Prinsippblokkskjemaet og det faktiske ekvivalente kretsskjemaet for motstandsutladningsmetoden

Når konstantstrømkilden med strømmen I1 brukes som last, er skjemadiagrammet og det faktiske ekvivalente kretsskjemaet vist i figur 7. E, I1 er konstante verdier og r er konstant i en viss tid.

Fra formelen ovenfor kan vi se at de to spenningene til A og B er konstante, det vil si at utgangsspenningen til batteriet ikke er relatert til størrelsen på seriemotstanden i sløyfen, og det har selvfølgelig ingenting å gjøre med parasittresistensen. I tillegg kan den fire-terminale målemodusen oppnå en mer nøyaktig måling av batteriets utgangsspenning.

Figur 4 Utstyr blokkskjema og faktisk ekvivalent kretsdiagram for konstant strømkildebelastning

Samtidig kilde er en strømforsyningsenhet som kan gi konstant strøm til lasten. Den kan fortsatt holde utgangsstrømmen konstant når den eksterne strømforsyningen svinger og impedansegenskapene endres.

[Utladningstestmodus]

Lade- og utladningstestutstyr bruker vanligvis halvlederenheten som strømningselement. Ved å justere kontrollsignalet til halvlederenheten, kan den simulere en belastning med forskjellige egenskaper som konstant strøm, konstant trykk og konstant motstand og så videre. Litiumion-batteriutladningstestmodus inkluderer hovedsakelig konstant strømutladning, konstant motstandsutladning, konstant strømutladning, etc. I hver utladningsmodus kan den kontinuerlige utladningen og intervallutladningen også deles, hvor i henhold til tidslengden, intervallutladningen kan deles inn i intermitterende utladning og pulsutladning. Under utladingstesten utlades batteriet i henhold til innstilt modus, og slutter å utlades etter at de har nådd de innstilte forholdene. Betingelsene for utladningsavskjæring inkluderer innstilling av spenningsavskjæring, innstilling av tidsavskjæring, innstilling av kapasitetsavskjæring, innstilling av negativ spenningsgradientavskjæring osv. Endringen av batteriutladningsspenningen er relatert til utladningssystemet, at er at endringen av utladningskurven også påvirkes av utladningssystemet, inkludert: utladningsstrøm, utladningstemperatur, utladningsavslutningsspenning; intermitterende eller kontinuerlig utladning. Jo større utladningsstrømmen er, jo raskere faller driftsspenningen; med utløpstemperaturen endres utløpskurven forsiktig.

(1) Konstant strømutladning

Når den konstante strømutladningen, er gjeldende verdi satt, og nå nås den nåværende verdien ved å justere CNC konstantstrømkilden, for å realisere den konstante strømutladningen av batteriet. Samtidig samles sluttspenningsendringen til batteriet for å oppdage utladningskarakteristikkene til batteriet. Konstant strømutladning er utladningen av den samme utladningsstrømmen, men batterispenningen fortsetter å synke, så strømmen fortsetter å synke. Figur 5 er spennings- og strømkurven for den konstante strømutladningen til litiumionbatterier. På grunn av den konstante strømutladningen, konverteres tidsaksen enkelt til kapasitetsaksen (produktet av strøm og tid). Figur 5 viser spennings-kapasitetskurven ved konstant strømutladning. Konstant strømutladning er den mest brukte utladingsmetoden i litium-ion batteritester.

Figur 5 konstant strøm konstant spenning lading og konstant strøm utladning kurver ved forskjellige multiplikatorhastigheter

(2) Konstant strømutladning

Når konstanteffekten utlades, settes den konstante effekteffektverdien P først, og utgangsspenningen U fra batteriet samles. I utladningsprosessen kreves det at P er konstant, men U endrer seg konstant, så det er nødvendig å kontinuerlig justere strømmen I til CNC konstantstrømkilden i henhold til formel I = P / U for å oppnå formålet med konstant strømutladning . Hold utladningseffekten uendret, fordi spenningen til batteriet fortsetter å synke under utladningsprosessen, slik at strømmen i den konstante kraftutladningen fortsetter å stige. På grunn av den konstante kraftutladningen, omdannes tidskoordinataksen lett til energien (produktet av kraft og tid) koordinataksen.

Figur 6 Konstant strømlading og -utladingskurver ved forskjellige doblingshastigheter

Sammenligning mellom konstant strømutladning og konstant strømutladning

Figur 7: (a) lade- og utladningskapasitetsdiagram ved forskjellige forhold; (b) ladnings- og utladningskurve

 Figur 7 viser resultatene av forskjellige forholds-ladings- og utladningstester i de to modusene litiumjernfosfatbatteri. Ifølge kapasitetskurven i fig. 7 (a), med økningen av lade- og utladningsstrømmen i konstantstrømmodus, reduseres den faktiske lade- og utladingskapasiteten til batteriet gradvis, men endringsområdet er relativt lite. Den faktiske lade- og utladingskapasiteten til batteriet avtar gradvis med økningen i kraft, og jo større multiplikatoren er, desto raskere avtar kapasiteten. Utløpskapasiteten på 1 time er lavere enn konstantstrømmodusen. Samtidig, når lade-utladingshastigheten er lavere enn 5 timers hastigheten, er batterikapasiteten høyere under konstant strømtilstand, mens batterikapasiteten er høyere enn 5 timers hastigheten er høyere under konstant strømtilstand.

Fra figur 7 (b) viser kapasitet-spenningskurven, under betingelse av lavt forhold, litiumjernfosfatbatteri to-modus kapasitet-spenningskurve, og lade- og utladningsspenningsplattformendringen er ikke stor, men under tilstanden med høyt forhold, konstant strøm-konstant spenning modus av konstant spenning tid betydelig lengre, og ladespenning plattform økt betydelig, utladningsspenning plattform er betydelig redusert.

(3) Konstant motstandsutladning

Ved konstant motstandsutladning settes en konstant motstandsverdi R først for å samle utgangsspenningen til batteriet U. Under utladingsprosessen kreves det at R er konstant, men U endrer seg hele tiden, så den nåværende I-verdien til CNC konstantstrøm kilden bør konstant justeres i henhold til formel I=U / R for å oppnå formålet med konstant motstandsutladning. Spenningen til batteriet synker alltid i utladningsprosessen, og motstanden er den samme, så utladningsstrømmen I er også en avtagende prosess.

(4) Kontinuerlig utladning, intermitterende utladning og pulsutladning

Batteriet utlades i konstant strøm, konstant kraft og konstant motstand, mens du bruker tidsfunksjonen for å realisere kontrollen av kontinuerlig utladning, intermitterende utladning og pulsutladning. Figur 11 viser strømkurvene og spenningskurvene for en typisk pulsladnings-/utladningstest.

Figur 8 Strømkurver og spenningskurver for typiske pulsladnings-utladningstester

[Informasjon inkludert i utslippskurven]

Utladningskurve refererer til kurven for spenning, strøm, kapasitet og andre endringer av batteriet over tid under utladingsprosessen. Informasjonen i lade- og utladningskurven er svært rik, inkludert kapasitet, energi, arbeidsspenning og spenningsplattform, forholdet mellom elektrodepotensialet og ladningstilstanden osv. Hoveddataene som er registrert under utladningstesten er tiden utvikling av strøm og spenning. Mange parametere kan hentes fra disse grunnleggende dataene. Det følgende detaljerer parametrene som kan oppnås med utslippskurven.

(1) Spenning

I utladningstesten av litiumionbatteri inkluderer spenningsparametrene hovedsakelig spenningsplattform, medianspenning, gjennomsnittlig spenning, avskjæringsspenning, etc. Plattformspenningen er den tilsvarende spenningsverdien når spenningsendringen er minimum og kapasitetsendringen er stor , som kan oppnås fra toppverdien til dQ / dV. Medianspenningen er den tilsvarende spenningsverdien til halvparten av batterikapasiteten. For materialer som er mer tydelige på plattformen, som litiumjernfosfat og litiumtitanat, er medianspenningen plattformspenningen. Den gjennomsnittlige spenningen er det effektive arealet av spennings-kapasitetskurven (dvs. batteriutladningsenergi) delt på kapasitetsberegningsformelen er u = U (t) * I (t) dt / I (t) dt. Avskjæringsspenningen refererer til minimumsspenningen som er tillatt når batteriet utlades. Hvis spenningen er lavere enn utladningssperrespenningen, vil spenningen i begge ender av batteriet falle raskt, og danne overdreven utladning. Overutladning kan forårsake skade på det aktive stoffet i elektroden, miste reaksjonsevnen og forkorte batteriets levetid. Som beskrevet i første del er spenningen til batteriet relatert til ladetilstanden til katodematerialet og elektrodepotensialet.

(2) Kapasitet og spesifikk kapasitet

Batterikapasitet refererer til mengden elektrisitet som frigjøres av batteriet under et bestemt utladningssystem (under en viss utladningsstrøm I, utladningstemperatur T, utladningsgrensespenning V), som indikerer batteriets evne til å lagre energi i Ah eller C Kapasiteten påvirkes av mange elementer, som utladningsstrøm, utladningstemperatur osv. Kapasitetsstørrelsen bestemmes av mengden aktive stoffer i de positive og negative elektrodene.

Teoretisk kapasitet: kapasiteten gitt av det aktive stoffet i reaksjonen.

Faktisk kapasitet: den faktiske kapasiteten som frigjøres under et bestemt utslippssystem.

Nominell kapasitet: refererer til minimumsmengden strøm som er garantert av batteriet under de konstruerte utladingsforholdene.

I utladningstesten beregnes kapasiteten ved å integrere strømmen over tid, dvs. C = I (t) dt, konstant strøm i t konstant utladning, C = I (t) dt = I t; konstant motstand R utladning, C = I (t) dt = (1 / R) * U (t) dt (1 / R) * ut (u er gjennomsnittlig utladningsspenning, t er utladningstiden).

Spesifikk kapasitet: For å sammenligne de forskjellige batteriene introduseres begrepet spesifikk kapasitet. Spesifikk kapasitet refererer til kapasiteten gitt av det aktive stoffet til enhetsmassen eller enhetsvolumelektroden, som kalles massespesifikk kapasitet eller volumspesifikk kapasitet. Den vanlige beregningsmetoden er: spesifikk kapasitet = batteriets første utladingskapasitet / (aktiv substansmasse * aktivstoffutnyttelsesgrad)

Faktorer som påvirker batterikapasiteten:

en. Utladningsstrømmen til batteriet: jo større strømmen er, reduseres utgangskapasiteten;

b. Utladningstemperatur på batteriet: når temperaturen synker, reduseres utgangskapasiteten;

c. Batteriets utladningsavskjæringsspenning: utladingstiden satt av elektrodematerialet og grensen for selve elektrodereaksjonen er vanligvis 3.0V eller 2.75V.

d. Lade- og utladingstider for batteriet: etter gjentatt lading og utlading av batteriet, på grunn av svikt i elektrodematerialet, vil batteriet være i stand til å redusere utladningskapasiteten til batteriet.

e. Batteriets ladeforhold: ladehastighet, temperatur, avskjæringsspenning påvirker batteriets kapasitet, og bestemmer dermed utladingskapasiteten.

 Metode for bestemmelse av batterikapasitet:

Ulike bransjer har forskjellige teststandarder i henhold til arbeidsforholdene. For litium-ion-batterier for 3C-produkter, i henhold til den nasjonale standarden GB / T18287-2000 Generell spesifikasjon for litium-ion-batterier for mobiltelefoner, er testmetoden for nominell kapasitet for batteriet som følger: a) lading: 0.2C5A lading; b) utladning: 0.2C5A utladning; c) fem sykluser, hvorav en er kvalifisert.

For elbilindustrien, i henhold til den nasjonale standarden GB / T 31486-2015 Elektriske ytelseskrav og testmetoder for strømbatteri for elektriske kjøretøy, refererer den nominelle kapasiteten til batteriet til kapasiteten (Ah) som frigjøres av batteriet ved romtemperatur med 1I1 (A) strømutladning for å nå termineringsspenningen, der I1 er 1 times utladningsstrøm, hvis verdi er lik C1 (A). Testmetoden er:

A) Ved romtemperatur, stopp konstantspenningen ved lading med konstantstrømlading til ladetermineringsspenningen spesifisert av bedriften, og stopp ladingen når ladetermineringsstrømmen faller til 0.05I1 (A), og hold ladingen i 1 time etter lader.

Bb) Ved romtemperatur utlades batteriet med 1I1 (A) strøm til utladningen når utladningsavslutningsspenningen spesifisert i bedriftens tekniske betingelser;

C) målt utladningskapasitet (målt ved Ah), beregn utladningsspesifikk energi (målt ved Wh / kg);

3 d) Gjenta trinn a) -) c) 5 ganger. Når den ekstreme forskjellen på 3 påfølgende tester er mindre enn 3 % av den nominelle kapasiteten, kan testen fullføres på forhånd og resultatene fra de siste 3 testene kan beregnes som gjennomsnitt.

(3) Anklagetilstand, SOC

SOC (State of Charge) er en ladetilstand, som representerer forholdet mellom gjenværende kapasitet til batteriet og dets fulle ladetilstand etter en tidsperiode eller lang tid under en viss utladingshastighet. Metoden for "åpen kretsspenning + time-time-integrasjon"-metoden bruker åpen kretsspenningsmetoden for å estimere den opprinnelige ladekapasiteten til batteriet, og bruker deretter time-time-integrasjonsmetoden for å oppnå strømmen som forbrukes av en -tidsintegrasjonsmetode. Strømforbruket er produktet av utladningsstrømmen og utladningstiden, og den gjenværende effekten er lik forskjellen mellom den opprinnelige effekten og den forbrukte effekten. SOC matematiske estimatet mellom åpen kretsspenning og en-times integral er:

Hvor CN er den nominelle kapasiteten; η er ladnings-utladningseffektiviteten; T er batteribrukstemperaturen; I er batteristrømmen; t er utladingstiden for batteriet.

DOD (Depth of Discharge) er utslippsdybden, et mål på utslippsgraden, som er prosentandelen av utslippskapasiteten til den totale utslippskapasiteten. Utladningsdybden har et godt forhold til batteriets levetid: Jo dypere utladningsdybden er, jo kortere levetid. Forholdet er beregnet for SOC = 100% -DOD

4) Energi og spesifikk energi

Den elektriske energien som batteriet kan produsere ved å utføre eksternt arbeid under visse forhold kalles batteriets energi, og enheten uttrykkes generelt i wh. I utladningskurven beregnes energien slik: W = U (t) * I (t) dt. Ved konstant strømutladning, W = I * U (t) dt = It * u (u er gjennomsnittlig utladningsspenning, t er utladningstiden)

en. Teoretisk energi

Utladningsprosessen til batteriet er i en likevektstilstand, og utladningsspenningen opprettholder verdien av elektromotorisk kraft (E), og utnyttelsesgraden av det aktive stoffet er 100%. Under denne tilstanden er utgangsenergien til batteriet den teoretiske energien, det vil si det maksimale arbeidet som utføres av det reversible batteriet under konstant temperatur og trykk.

b. Den faktiske energien

Den faktiske utgangsenergien til batteriutladningen kalles den faktiske energien, forskriftene for elektrisk kjøretøyindustri ("GB / T 31486-2015 Power Battery Electrical Performance Requirements and Test Methods for Electric Vehicles"), batteriet ved romtemperatur med 1I1 (A) ) strømutladning, for å nå energien (Wh) som frigjøres av termineringsspenningen, kalt nominell energi.

c. spesifikk energi

Energien gitt av et batteri per enhet masse og per enhet volum kalles massespesifikk energi eller volumspesifikk energi, også kalt energitetthet. I enheter av wh / kg eller wh / L.

[Grunnleggende form for utslippskurven]

Den mest grunnleggende formen for utladningskurven er spenningstids- og strømtidskurven. Gjennom transformasjonen av tidsakseberegningen har den vanlige utladningskurven også spenning-kapasitet (spesifikk kapasitet) kurve, spenning-energi (spesifikk energi) kurve, spenning-SOC kurve og så videre.

(1) Spenning-tid og strømtidskurve

Figur 9 Spenning-tid og strøm-tid kurver

(2) Spenning-kapasitetskurve

Figur 10 Spenning-kapasitetskurve

(3) Spennings-energikurve

Figur Figur 11. Spennings-energikurve

[referansedokumentasjon]

• Wang Chao, et al. Sammenligning av ladnings- og utladningskarakteristikk av konstant strøm og konstant effekt i elektrokjemiske energilagringsenheter [J]. Energilagring vitenskap og teknologi.2017(06)：1313-1320.
• Eom KS，Joshi T，Bordes A，et al. Utformingen av et Li-ion fullcellebatteri som bruker en nano-silisium- og nano-flerlags grafenkomposittanode[J]
• Guo Jipeng, et al. Sammenligning av testkarakteristikkene for konstant strøm og konstant effekt til litiumjernfosfatbatterier [J].lagringsbatteri.2017(03)：109-115
• Marinaro M，Yoon D，Gabrielli G， et al. Høy ytelse 1.2 Ah Si-legering/Grafitt|LiNi0.5Mn0.3Co0.2O2 prototype Li-ion-batteri[J].Journal of Power Sources.2017，357(Supplement C):188-197.