چرا باتری های لیتیوم یون خود تخلیه ، چگونه میزان تخلیه خود را اندازه می گیرند؟

واکنش خود تخلیه ازباتری لیتیوم یوناجتناب ناپذیر است وجود آن نه تنها منجر به كاهش باتری&# 39 باتری می شود ، بلكه به طور جدی بر باتری&# 39؛ s و عمر چرخه تأثیر می گذارد. میزان خود تخلیه باتری های لیتیوم یونی به طور کلی 2٪ تا 5٪ در ماه است که می تواند نیازهای استفاده از سلولهای منفرد را به طور کامل برطرف کند.

اما ، هنگامی که باتری لیتیوم منفرد در یک ماژول مونتاژ شود ، مشخصات هر باتری لیتیوم منفرد کاملاً سازگار نیست ، بنابراین پس از هر بار شارژ و تخلیه ، ولتاژ پایانه هر باتری لیتیوم منفرد نمی تواند به قوام کامل برسد ، که این امر باعث اضافه شدن آن می شود. یا سلولهای پر مصرف در ماژول ظاهر می شوند ، عملکرد باتری لیتیوم سلول بدتر می شود. با افزایش تعداد شارژ و تخلیه ، درجه خرابی بیشتر شدت می یابد و عمر چرخه در مقایسه با سلولهای منفرد مجزا بسیار کاهش می یابد. بنابراین ، تحقیقات عمیق در مورد میزان خود تخلیه باتری های لیتیوم یونی یک نیاز فوری برای تولید باتری است.

1

عوامل مؤثر بر ترشح خود

پدیده خود تخلیه باتری به پدیده از بین رفتن خودبخود ظرفیت باتری در زمان باقی ماندن در مدار باز اشاره دارد و به آن ظرفیت نگه داشتن شارژ نیز گفته می شود. خود تخلیه را می توان به طور کلی به دو نوع تقسیم کرد: خود تخلیه برگشت پذیر و خود تخلیه برگشت ناپذیر. ظرفیت ضرر را می توان برگشت قابل برگشت برای خود تخلیه برگشت پذیر جبران کرد ، اصل مشابه واکنش تخلیه باتری معمولی است. خود تخلیه که نمی تواند از دست دادن ظرفیت جبران شود ، خود تخلیه غیرقابل برگشت است. دلیل اصلی این است که یک واکنش برگشت ناپذیر در داخل باتری ایجاد شده است ، از جمله واکنش الکترود مثبت و الکترولیت ، واکنش الکترود منفی و الکترولیت ، واکنش ناشی از ناخالصی های موجود در الکترولیت و زمان تولید واکنش های برگشت ناپذیر ناشی از مدارهای کوتاه خرد ناشی از ناخالصی های حامل. عوامل مؤثر در ترشح خود به شرح زیر است.

1 ماده کاتدی

تأثیر ماده الکترود مثبت به طور عمده این است که فلز انتقال و ناخالصی های مواد الکترود مثبت در الکترود منفی رسوب می شوند تا یک اتصال کوتاه داخلی ایجاد شود ، در نتیجه باعث افزایش خود تخلیه باتری لیتیوم می شود. یاه-می تنگ و همکاران. خواص فیزیکی و الکتروشیمیایی دو ماده کاتدی LiFePO4 را مورد مطالعه قرار داد. در این مطالعه مشخص شده است که باتری هایی که میزان بالای ناخالصی آهن را در مواد اولیه و هنگام شارژ و تخلیه دارند ، میزان خود تخلیه و ثبات ضعیفی دارند. دلیل این امر این است که آهن به تدریج در الکترود منفی کاهش می یابد و رسوب می کند ، جداکننده را سوراخ می کند و باعث ایجاد اتصال کوتاه در باتری می شود و در نتیجه تخلیه خود به خود بیشتر می شود.

2 ماده آند

تأثیر ماده منفی الکترود در تخلیه خود به طور عمده ناشی از واکنش برگشت ناپذیر بین ماده الکترود منفی و الکترولیت است. در اوایل سال 2003 ، Aurbach و همکاران. پيشنهاد مي كند كه الكتروليت را در انتشار گاز كاهش داده و سطح گرافيت را در معرض الكتروليت قرار دهد. در فرآیند شارژ و تخلیه ، هنگامی که یون های لیتیوم وارد و استخراج می شوند ، ساختار لایه گرافیت به راحتی آسیب می بیند و در نتیجه میزان خود تخلیه زیادی ایجاد می شود.

3 الکترولیت

تأثیر الکترولیت به طور عمده شامل: خوردگی سطح الکترود منفی توسط الکترولیت یا ناخالصی ها است. انحلال ماده الکترود در الکترولیت؛ الکترود با یک جامد نامحلول یا گاز تجزیه شده توسط الکترولیت پوشانده شده است تا یک لایه غیرفعال تشکیل شود. در حال حاضر ، تعداد زیادی از محققان برای سرکوب تأثیر الکترولیت بر خود تخلیه ، به تولید مواد افزودنی جدید اختصاص داده اند. جون لیو و همکاران افزودنیهای افزودنی مانند VEC به الکترولیت باتری NCM111 اضافه کرد و دریافت که باتری&# 39؛ درجه چرخه با دمای بالا بهبود یافته و میزان خود تخلیه به طور کلی کاهش یافته است. دلیل این امر این است که این افزودنی ها می توانند فیلم SEI را بهبود بخشند و از این طریق از الکترود منفی باتری محافظت کنند.

4 وضعیت ذخیره سازی

عوامل تأثیرگذار در وضعیت ذخیره سازی دمای ذخیره سازی و SOC باتری است. به طور کلی هرچه دما بیشتر و SOC بیشتر باشد ، ترشح باتری نیز بیشتر می شود. تاکاشی و همکاران. آزمایش پوسیدگی ظرفیت در باتری های لیتیم فسفات آهن لیتیوم در شرایط استاتیک انجام شده است. نتایج نشان می دهد که با افزایش دما ، سرعت نگه داشتن ظرفیت به تدریج با مدت زمان قفسه کاهش می یابد و میزان تخلیه باتری باتری افزایش می یابد.

لیو یونجیان و دیگران از باتری لیتیوم منگنات تجاری استفاده کردند و دریافتند که با افزایش شارژ باتری&# 39 ، پتانسیل نسبی الکترود مثبت بالاتر و بالاتر می شود و اکسیداسیون آن قوی تر و قوی تر می شود. پتانسیل نسبی الکترود منفی پایین و پایین تر می شود ، قابلیت کاهش آن قوی تر و قوی تر می شود ، هر دو می توانند بارش منگنز را تسریع کنند و منجر به افزایش میزان خود تخلیه شود.

5 عامل دیگر

عوامل زیادی وجود دارد که بر میزان تخلیه خود باتری تأثیر می گذارد. علاوه بر موارد معرفی شده در بالا ، عمده جنبه های زیر وجود دارد: در طی فرایند تولید ، بربرهای ایجاد شده هنگام قطع قطعات قطب ، و ناخالصی های وارد شده به باتری به دلیل مشکلات محیط تولید مانند گرد و غبار ، پودر فلز روی. قطعات قطب ، و غیره ، ممکن است باعث ایجاد میکرو اتصال کوتاه باتری شود. محیط خارجی مرطوب است ، مدار خارجی کاملاً عایق بندی نشده است ، و محفظه باتری دارای عایق بندی ضعیفی است. یک مدار الکترونیکی خارجی در حین ذخیره وجود دارد که منجر به تخلیه خود می شود. در حین ذخیره طولانی مدت ، پیوند بین ماده فعال الکترود و جمع کننده جریان از بین می رود و در نتیجه ریختن و لایه برداری از ماده فعال منجر می شود و این منجر به کاهش ظرفیت و افزایش میزان تخلیه خود می شود. هر یک از فاکتورهای فوق یا ترکیبی از چندین عامل می تواند باعث رفتار خود تخلیه باتری لیتیوم شود که این امر باعث می شود علت دفع خود تخلیه و برآورد عملکرد ذخیره سازی باتری را دشوار کند.

2

روش اندازه گیری میزان خود تخلیه

از تجزیه و تحلیل بالا مشخص است که میزان خود تخلیه باتری های لیتیوم به طور کلی کم است. میزان خود تخلیه به خودی خود تحت تأثیر عواملی مانند دما ، تعداد چرخه استفاده و SOC قرار دارد. بنابراین ، اندازه گیری دقیق میزان خود تخلیه باتری بسیار دشوار و وقت گیر است.

1 روش اندازه گیری سنتی میزان خود دفع

در حال حاضر ، روش های سنتی تشخیص خود تخلیه به شرح زیر است:

1.1 روش اندازه گیری مستقیم

ابتدا باتری مورد آزمایش را به حالت خاصی شارژ کنید و مدت زمان آن را باز نگه دارید و سپس باتری را تخلیه کنید تا میزان اتلاف باتری مشخص شود. میزان خود تخلیه:

در فرمول: C ظرفیتی باتری است. C1 ظرفیت تخلیه است. پس از باز کردن مدار ، می توان ظرفیت باقیمانده باتری را با تخلیه باتری به دست آورد. در این زمان برای تعیین ظرفیت کامل باتری ، چندین بار باتری شارژ و تخلیه می شود. این روش می تواند باعث کاهش ظرفیت برگشت ناپذیر و از بین رفتن ظرفیت برگشت پذیر باتری شود.

1.2 روش اندازه گیری میزان ضریب افت ولتاژ مدار باز

ولتاژ مدار باز به طور مستقیم با باتری&# 39؛ s شارژ SOC مرتبط است. فقط نیاز به اندازه گیری میزان تغییر باتری&# 39؛ s OCV در طی یک دوره زمانی زمانی ، یعنی:

روش کار ساده ای است و فقط نیاز به ضبط ولتاژ باتری در هر دوره زمانی دارد و سپس می توان وضعیت شارژ باتری را در این لحظه با توجه به رابطه متناظر بین ولتاژ و باتری SOC بدست آورد. . از طریق محاسبه شیب پوسیدگی ولتاژ و ظرفیت پوسیدگی متناسب با زمان واحد ، می توان بالاخره میزان تخلیه خود باتری را بدست آورد.

1.3 روش نگهداری ظرفیت

باتری&# 39؛ s ولتاژ مدار باز یا میزان توان مورد نیاز SOC را برای به دست آوردن میزان تخلیه باتری&# 39 اندازه گیری کنید. یعنی جریان شارژ هنگام اندازه گیری ولتاژ مدار باز باتری حفظ می شود و می توان میزان تخلیه باتری خود را به عنوان جریان شارژ اندازه گیری در نظر گرفت.

2 روش اندازه گیری سریع سرعت ترشح

از آنجایی که روش اندازه گیری سنتی مدت زمان طولانی طول می کشد و دقت اندازه گیری آن کافی نیست ، در اکثر مواقع از میزان خود تخلیه فقط به عنوان روشی برای غربالگری باتری در فرآیند تشخیص باتری استفاده می شود. ظهور تعداد زیادی از روشهای جدید اندازه گیری جدید و مناسب ، باعث صرفه جویی در وقت و تلاش زیادی برای اندازه گیری میزان تخلیه خود باتری می شود.

2.1 فناوری کنترل دیجیتال

فناوری کنترل دیجیتال روشی جدید برای اندازه گیری خود تخلیه است که از روش سنتی اندازه گیری تخلیه خود با استفاده از میکرو رایانه تک تراشه و غیره حاصل می شود. این روش دارای مزایای زمان اندازه گیری کوتاه ، دقت بالا و تجهیزات ساده است.

2.2 روش مدار معادل

روش مدار معادل یک روش اندازه گیری خود تخلیه با نام تجاری جدید است. این روش باتری را به عنوان یک مدار معادل شبیه سازی می کند ، که می تواند سرعت خود تخلیه باتری یون لیتیوم را به سرعت و به طور مؤثر اندازه گیری کند.

3

اهمیت اندازه گیری میزان ترشح خود

به عنوان شاخص مهم عملکرد باتری های لیتیوم یونی ، میزان تخلیه خود تأثیر مهمی در انتخاب و گروه بندی باتری ها دارد. بنابراین ، اندازه گیری میزان خود تخلیه باتری های لیتیوم از اهمیت زیادی برخوردار نیست.

1 سلول مشکل را پیش بینی کنید

در همان دسته باتری ها ، مواد و کنترل های تولیدی اساساً یکسان هستند. هنگامی که تخلیه سفارشی باتری های منفرد کاملاً آشکار است ، احتمالاً دلیل جدی بودن اتصال کوتاه به دلیل ناخالصی ها و آبراههای سوراخ کننده جداکننده است. زیرا تأثیر اتصال میکرو کوتاه بر روی باتری آهسته و غیرقابل برگشت است. بنابراین ، در کوتاه مدت ، عملکرد چنین باتری ها تفاوت چندانی با عملکرد باتری های معمولی نخواهد داشت ، اما از آنجا که واکنش غیر قابل برگشت داخلی به تدریج پس از ذخیره طولانی مدت عمیق تر می شود ، عملکرد باتری به مراتب پایین تر از کارخانه آن و سایر خواهد بود. عملکرد باتری عادی. بنابراین ، برای اطمینان از کیفیت باتری های کارخانه ، باتری هایی که دارای ترشحات زیاد هستند باید از بین بروند.

2 باتری ها را گروه بندی کنید

باتری های لیتیوم به سازگاری بهتری از جمله ظرفیت ، ولتاژ ، مقاومت داخلی و میزان تخلیه رنگ سفید احتیاج دارند. تأثیر میزان تخلیه باتری&# 39؛ s بر روی بسته باتری عمدتا به شرح زیر است: پس از مونتاژ ماژول ، به دلیل متفاوت بودن میزان تخلیه خود باتری های لیتیوم ، ولتاژ به درجات مختلفی کاهش می یابد در طی قفسه بندی یا دوچرخه سواری ، و شارژ در سری زیر جریان ، جریان دوباره برابر خواهد بود ، بنابراین پس از هر بار شارژ ، ممکن است سلول های تک بار اضافی یا زیر بار در ماژول باتری لیتیوم وجود داشته باشد. با افزایش تعداد شارژ و تخلیه ، عملکرد باتری به تدریج رو به زوال می رود و عمر چرخه در مقایسه با سلول های تک مونتاژ نشده ، بسیار کاهش یافته است. بنابراین ، مونتاژ باتری نیاز به اندازه گیری دقیق و غربالگری میزان خود تخلیه باتری های لیتیوم یونی دارد.

3 تصحیح برآورد SOC باتری

به حالت شارژ نیز ظرفیت باقی مانده گفته می شود ، که بیانگر نسبت ظرفیت باقیمانده پس از استفاده از باتری برای مدت زمان طولانی یا استفاده نشده طولانی مدت و ظرفیت کاملاً شارژ آن ، معمولاً به صورت درصد بیان می شود. میزان تخلیه خود دارای ارزش مرجع مهمی برای برآورد SOC باتری های لیتیوم یونی است. تصحیح مقدار اولیه SOC از طریق جریان تخلیه خود می تواند دقت تخمین SOC را بهبود بخشد. از یک طرف ، برای مشتری ، زمان قابل استفاده یا فاصله رانندگی محصول را می توان بر اساس قدرت باقیمانده تخمین زد: از طرف دیگر ، دقت پیش بینی SOC از BMS می تواند به طور مؤثر بهبود یابد تا از اضافه بار باتری جلوگیری شود. بیش از تخلیه ، در نتیجه عمر باتری را افزایش می دهد.