Որո՞նք են լիցքավորման և լիցքավորման բնութագրերը:

Որո՞նք են լիցքավորման և լիցքավորման բնութագրերը:

Լիթիում-իոնային մարտկոցները սովորաբար օգտագործում են լիցքավորման երկու փուլ-մեթոդ` ապահովելու անվտանգությունը, հուսալիությունը և լիցքավորման արդյունավետությունը: Առաջին փուլը հաստատուն հոսանքն է՝ լարման սահմանափակմամբ, իսկ երկրորդ փուլը՝ մշտական լարում՝ հոսանքի սահմանափակմամբ։ Լիթիում{4}}իոնային մարտկոցը լիցքավորելու առավելագույն լարման սահմանաչափը տատանվում է կախված կաթոդի նյութից: Լիթիումի-իոնային մարտկոցի լիցքավորման/լիցքաթափման լարման հիմնական կորերը ներկայացված են Նկար 3-ում-11: Նկարի կորերը օգտագործում են C/3 լիցքավորման/լիցքաթափման հոսանք: Տարբեր լիթիում-իոնային մարտկոցների համար հիմնական տարբերությունները երկուսն են.

Figure 3-11 Basic charging and discharging voltage curve of lithium-ion battery

1) Առաջին փուլի համար հաստատուն հոսանքի օպտիմալ արժեքը տատանվում է կախված մարտկոցի կաթոդի նյութից և արտադրության գործընթացից: Ընդհանուր առմամբ, օգտագործվում է 0,2C-ից մինչև 0,3C ընթացիկ միջակայք: Էլեկտրաէներգիայի արագ սպառման դեպքում կարող են կիրառվել 1C, 2C կամ նույնիսկ ավելի բարձր տեմպեր:

2) Տարբեր լիթիում-իոնային մարտկոցներ զգալի տարբերություններ ունեն հաստատուն հոսանքի տևողության մեջ, և հզորության տեսակարար կշիռը, որը կարող է լիցքավորվել հաստատուն հոսանքով ընդհանուր հզորության նկատմամբ, նույնպես զգալիորեն տարբերվում է: Էլեկտրական տրանսպորտային միջոցների գործնական կիրառման տեսանկյունից ավելի երկար հաստատուն հոսանքի տեւողությունը հանգեցնում է ընդհանուր լիցքավորման ավելի կարճ ժամանակի, որն ավելի ձեռնտու է կիրառությունների համար:

Լիթիումի-իոնային մարտկոցի լարումը կայուն է և դանդաղ նվազում է լիցքաթափման վաղ և միջին փուլերում, բայց արագորեն նվազում է հետագա փուլերում, ինչպես ցույց է տրված Նկար 3-ի DE հատվածում-11: Արդյունավետ հսկողությունն այս փուլում չափազանց կարևոր է մարտկոցի ավելորդ լիցքաթափումը և անդառնալի վնասը կանխելու համար:

(1) ազդեցությունլիցքավորման հոսանքլիցքավորման բնութագրերի մասին Որպես օրինակ վերցնելով որոշակի NCM լիթիում-իոնային մարտկոց՝ 242A·h անվանական հզորությամբ, SOC=0% և 20 աստիճան հաստատուն ջերմաստիճանի պայմաններում լիցքավորման համար օգտագործվել են տարբեր լիցքավորման արագություններ։ Պարամետրերի արդյունքները ներկայացված են Աղյուսակ 3-1-ում, իսկ լիցքավորման կորը ներկայացված է Նկար 3-12-ում:

Ընթացիկ/A (դրույքաչափ)	CC-CV①Ընդհանուր ժամանակը	Մշտական ընթացիկ ժամանակ/վրկ	Ընդհանուր լիցքավորված հզորություն / A·h	Ընդհանուր լիցքավորված էներգիա/Վտ.ժ	Մշտական ընթացիկ լիցքավորված հզորություն/A·h	Մշտական լարման լիցքավորված էներգիա/Վտ.ժ	170A·hTime/s	170A·hԸնթացիկ/Ա
4.84/(0.02C)	182220	182220	245.74	942.54	245.74	942.54	127400	4.85
12.1/(0.05C)	72318.5	72318.5	243.70	935.37	243.70	935.37	50400	12.11
24.2/(0.1C)	36206.8	35800	243.20	935.77	241.03	926.69	25200	24.24
48.4/(0.2C)	18317.5	17560	241.08	933.32	236.32	912.16	12600	48.44
80.7/(0.33C)	11443.6	10490	243.50	946.27	235.29	910.08	7590	80.76
121/(0.5C)	7936.6	6900	243.92	952.95	232.09	900.85	5110	121.09

① CC, մշտական ընթացիկ; CV, մշտական լարում:

Figure 3-12 Lithium-ion battery charging curves at different C-rates

Ինչպես ցույց է տրված Աղյուսակ 3-ում-1-ում, հաստատուն հոսանքի ժամանակը աստիճանաբար նվազում է լիցքավորման հոսանքի աճով, և հզորությունն ու էներգիան, որոնք կարող են լիցքավորվել մշտական հոսանքի տակ, նույնպես աստիճանաբար նվազում են: Հաշվի առնելով լիցքավորման և լիցքաթափման հզորությունը 1/2 (այսինքն՝ SOC=50%) որպես ստանդարտ, լիցքավորման պահանջվող ժամանակը նվազում է լիցքավորման հոսանքի մեծացման հետ։ 0.1C-ի համար պահանջվող ժամանակը մոտավորապես 5 անգամ է, քան 0.5C-ի համար: Այս պայմաններում շարունակվող լիցքավորման ընթացիկ տարբերությունը փոքր է, ուստի վերջին 30A·h-ի լիցքավորման ժամանակը էապես տարբեր չէ: Հետևաբար, մարտկոցի լիցքավորման թույլատրելի հոսանքի սահմաններում, լիցքավորման հոսանքի ավելացումը, թեև նվազեցնելով մշտական հոսանքի տակ լիցքավորվող հզորությունն ու էներգիան, օգնում է նվազեցնել լիցքավորման ընդհանուր ժամանակը: Գործնական մարտկոցների փաթեթների դեպքում լիթիում-իոնային մարտկոցի առավելագույն թույլատրելի լիցքավորման հոսանքը կարող է օգտագործվել լիցքավորման համար, իսկ լարման սահմանին հասնելուց հետո կարող է իրականացվել մշտական լարման լիցքավորում: Սա նվազեցնում է լիցքավորման ժամանակը` ապահովելով լիցքավորման անվտանգությունը: Այնուամենայնիվ, լիցքավորման հոսանքի ավելացումը կհանգեցնի նաև էներգիայի կորստի ավելացմանը՝ մարտկոցի ներքին դիմադրության պատճառով: Ներքին դիմադրության մեջ սպառված էներգիան հաշվարկվում է համաձայն (3-4) հավասարման:

Factors affecting charging characteristics

Որտեղ E-ն ներքին դիմադրության կողմից սպառվող էներգիան է.

r-ը մարտկոցի ներքին դիմադրությունն է.

t-ը լիցքավորման ժամանակի փոփոխականն է.

Ես լիցքավորման հոսանքն է;

t1-ը և t2-ը լիցքավորման մեկնարկի և ավարտի ժամանակներն են:

Լայնածավալ փորձարկումները ցույց են տվել, որ լիցքավորման ընթացքում լիթիում-իոնային մարտկոցների ներքին դիմադրությունը փոխվում է 0,4 մՕմ-ի սահմաններում։ Հետևաբար, հավասարումը (3-4) ցույց է տալիս, որ մարտկոցի ներքին դիմադրության պատճառով էներգիայի սպառումը գծայինորեն կապված է լիցքավորման ժամանակի հետ, բայց քառակուսիորեն կապված է լիցքավորման հոսանքի հետ: Մշտական հոսանքի լիցքավորման փուլում լիցքավորման հոսանքի մեծությունը հիմնական գործոնն է, որն ազդում է ներքին դիմադրության էներգիայի սպառման վրա. ավելի բարձր լիցքավորման հոսանքը հանգեցնում է ավելի մեծ էներգիայի սպառման: Մշտական լարման, ցածր հոսանքի փուլում լիցքավորման ժամանակը դառնում է ներքին դիմադրության էներգիայի սպառման վրա ազդող առաջնային գործոնը. ավելի երկար լիցքավորման ժամանակը հանգեցնում է ավելի մեծ էներգիայի սպառման: Հաշվի առնելով լիցքավորման ամբողջ գործընթացը, քանի որ լիցքավորման հոսանքը քառակուսի կապ ունի ներքին դիմադրության էներգիայի սպառման հետ և դրա վրա ազդող հիմնական գործոնն է, ավելի բարձր լիցքավորման հոսանքը հանգեցնում է ներքին դիմադրության էներգիայի ավելի մեծ սպառման: Մարտկոցի գործնական կիրառություններում լիցքավորման համապատասխան հոսանք պետք է ընտրվի՝ համակողմանիորեն հաշվի առնելով ինչպես լիցքավորման ժամանակը, այնպես էլ արդյունավետությունը:

(2) Լիցքաթափման խորության ազդեցությունը լիցքավորման բնութագրերի վրա 20 աստիճան հաստատուն ջերմաստիճանի պայմաններում լիցքաթափման փորձարկում է անցկացվել NCM լիթիում-իոնային մարտկոցի վրա, որի անվանական հզորությունը 66,2 A·h է: Մարտկոցը լիցքաթափվել է 0.5C արագությամբ մինչև լիցքաթափման տարբեր խորություններ (DOD) (10%→100%), որը համապատասխանում է 90%→0% լիցքավորման վիճակին (SOC): Լարման, հոսանքի և հզորության տվյալները գրանցվել են լիցքաթափման գործընթացում: 60 րոպե հանգստանալուց հետո մարտկոցը լիցքավորվել է 0,5C (CC) արագությամբ: Երբ անջատման լարումը հասավ, լիցքավորման ռեժիմն անցավ մշտական լարման (CV): Երբ հոսանքը 0,05C-ից պակաս էր, գործընթացը դադարեցվեց, և գրանցվեցին լարման, հոսանքի և հզորության տվյալները: Համապատասխան տվյալները ներկայացված են Աղյուսակ 3-ում-2: Լիթիում-իոնային մարտկոցի լիցքավորման հոսանքի կորերը լիցքաթափման տարբեր խորությունների պայմաններում ներկայացված են Նկար 3-13-ում:

ՍՕԿ	DOD	Լիցքաթափում	Լիցքավորում	Հավասար-Հզորության լիցքավորված էներգիա①/Վտ.ժ	Հավասար-Լիցքավորված հզորություն②/Վտժ	Լիցքավորման ժամանակ/րոպե	Մշտական ընթացիկժամանակ/րոպե	Մշտական ընթացիկ լիցքավորված հզորություն/A·h	Լիցքավորման ժամաչափի միավորի միջին հզորությունը③/րոպե
		Տարողություն/A·h	Էներգիա/Վտժ	Տարողություն/A·h	Էներգիա/Վտժ
80.00	20.00	13.35	54.03	13.48	55.88	27.94	27.02	41.13	33.50	12.32	3.05
70.00	30.00	20.02	80.16	19.99	82.08	27.36	26.72	59.23	50.83	18.69	2.96
60.00	40.00	26.69	105.62	26.61	108.19	27.05	26.41	77.72	68.50	25.19	2.92
50.00	50.00	33.36	130.42	33.27	133.61	26.72	26.08	96.02	86.67	31.87	2.89
40.00	60.00	40.04	154.61	39.95	158.50	26.42	25.77	114.18	104.83	38.55	2.86
30.00	70.00	46.71	178.38	46.61	182.97	26.14	25.48	132.28	123.00	45.22	2.84
20.00	80.00	53.38	201.73	53.26	207.07	25.88	25.22	150.40	141.00	51.84	2.82
10.00	90.00	60.05	224.45	59.92	230.62	25.62	24.94	168.47	159.17	58.52	2.81

① Հավասար-Հզորության լիցքավորված էներգիա. էներգիան գանձվում է նույն SOC փոփոխության դեպքում (օրինակ՝ 10%): Օրինակ՝ եթե լիցքավորման հզորությունը 90% DOD-ում 30W·h է, ապա լիցքավորված էներգիայի հավասար-հզորությունը 30W·h է; եթե 80% DOD-ի լիցքավորման հզորությունը 50 Վտ.ժ է, ապա լիցքավորվող էներգիան հավասար է-25 Վտ.ժամ:

② Հավասար-Լիցքաթափվող հզորություն. էներգիա, որը լիցքաթափվում է նույն SOC փոփոխության դեպքում (օրինակ՝ 10%):

③ Մեկ միավորի համար լիցքավորման միջին ժամանակը / րոպե. լիցքավորման ժամանակ / լիցքավորման հզորություն:

Figure 3-13 Charging curves of lithium-ion batteries under different depths of discharge conditions

Աղյուսակ 3-2-ից և Գծապատկեր 3-13-ից կարելի է անել հետևյալ եզրակացությունները.

1) Լիցքաթափման խորության աճով, լիցքավորման ժամանակը մեծանում է, բայց մեկ միավորի հզորության միջին լիցքավորման ժամանակը նվազում է, ինչը նշանակում է, որ լիցքավորման ժամանակի ավելացումը համաչափ չէ լիցքաթափման խորությանը:

2) Լիցքաթափման խորության աճով, մշտական հոսանքի լիցքավորման ժամանակի հարաբերակցությունը լիցքավորման ընդհանուր ժամանակին մեծանում է, և մշտական հոսանքի լիցքավորման հզորության համամասնությունը պահանջվող լիցքավորման հզորությանը մեծանում է: Իրականում այս բնութագրերը հիմնականում պայմանավորված են երկու գործոնով. առաջինը, լիցքաթափման ավելի խորությունը պահանջում է ավելի երկար ժամանակ մարտկոցը լիովին լիցքավորելու համար. երկրորդը, լիցքաթափման ավելի խոր խորությունը համապատասխանում է ավելի ցածր լարման միջակայքին, ինչը հանգեցնում է մարտկոցի ավելի քիչ էներգիայի լիցքավորմանը նույն ընթացիկ և լիցքավորման ժամանակի պայմաններում:

(3) Ջերմաստիճանի ազդեցությունը լիցքավորման բնութագրերի վրա Լիթիում-իոնային մարտկոցները լիցքավորվել են շրջակա միջավայրի տարբեր ջերմաստիճաններում: Որպես օրինակ վերցնելով 66,2 A·h NCM լիթիում-իոնային մարտկոցը, օգտագործվել է մշտական հոսանքի և լարման սահմանափակման մեթոդ: Լիցքավորման պարամետրերը գրանցվել են լիցքավորման հոսանքի սահմանաչափով 1,3 Ա և 3,3 Ա, ինչպես ցույց է տրված Աղյուսակ 3-ում-3: Նույն լիցքաթափման հոսանքի տակ մարտկոցի լարումը կտրուկ անկում կունենա, ինչպես ցույց է տրված Նկար 3-13-ում: Այնուամենայնիվ, քանի որ լարումը մնում է համեմատաբար բարձր, լիցքաթափման էներգիան դեռ բարձր է: Լիցքաթափման սկզբնական փուլում մարտկոցի ներքին դիմադրության կողմից սպառվող էներգիան մեծացնում է մարտկոցի ջերմաստիճանը, ուժեղացնում է լիթիում-իոնային մարտկոցի ակտիվ նյութերի ակտիվությունը և բարձրացնում մարտկոցի լարումը, այդպիսով ավելացնելով էներգիան, որը կարող է ազատվել: Լիցքաթափման միջին և ուշ փուլերում մարտկոցի լարումը նվազում է, և միավոր ժամանակում թողարկվող էներգիան համապատասխանաբար նվազում է:

Միևնույն ջերմաստիճանում և լիցքաթափման ավարտի նույն լարման դեպքում, լիցքաթափման ավարտի տարբեր հոսանքները կհանգեցնեն թողարկման հզորության և էներգիայի տարբերությունների: Ընդհանուր առմամբ, նորմալ ջերմաստիճանի պայմաններում որքան ցածր է հոսանքը, այնքան մեծ է թողարկվող հզորությունը և էներգիան: Ինչպես վերը նշված լիցքաթափման փորձի ժամանակ, 0.2C-ն ազատում է 3.2%-ով ավելի հզորություն և էներգիա, քան 1C:

Figure 3-15 Discharge energy-discharge capacity curves at different temperatures