Omfattande guide till analys av litiumjonbatteriets urladdningskurva

Det mest använda prestandatestet för litiumjonbatterier - analysstrategin för urladdningskurvan

När litiumjonbatteriet laddas ur ändras dess arbetsspänning alltid konstant med tidens fortsättning. Batteriets arbetsspänning används som ordinatan, urladdningstid eller kapacitet, eller laddningstillstånd (SOC), eller urladdningsdjup (DOD) som abskissan, och den ritade kurvan kallas urladdningskurvan. För att förstå urladdningskarakteristikkurvan för ett batteri måste vi först förstå batteriets spänning i princip.

[Batteriets spänning]

För att elektrodreaktionen ska bildas måste batteriet uppfylla följande villkor: processen att förlora elektronen i den kemiska reaktionen (dvs. oxidationsprocessen) och processen för att erhålla elektronen (dvs. reduktionsreaktionsprocessen) måste separeras i två olika områden, som skiljer sig från den allmänna redoxreaktionen; redoxreaktionen av den aktiva substansen i två elektroder måste överföras av den externa kretsen, som skiljer sig från mikrobatterireaktionen i metallkorrosionsprocessen. Batteriets spänning är potentialskillnaden mellan den positiva elektroden och den negativa elektroden. De specifika nyckelparametrarna inkluderar öppen kretsspänning, arbetsspänning, laddnings- och urladdningsgränsspänning, etc.

[Elektrodpotential för litiumjonbatterimaterial]

Elektrodpotential hänvisar till nedsänkningen av ett fast material i elektrolytlösningen, vilket visar den elektriska effekten, det vill säga potentialskillnaden mellan metallens yta och lösningen. Denna potentialskillnad kallas potentialen för metallen i lösningen eller potentialen för elektroden. Kort sagt är elektrodpotentialen en tendens för en jon eller atom att förvärva en elektron.

Därför, för en viss positiv elektrod eller negativ elektrodmaterial, när den placeras i en elektrolyt med ett litiumsalt, uttrycks dess elektrodpotential som:

Där φ c är elektrodpotentialen för detta ämne. Standardpotentialen för väteelektrod sattes till 0.0 V.

[Batteriets öppen kretsspänning]

Batteriets elektromotoriska kraft är det teoretiska värdet beräknat enligt batteriets reaktion med den termodynamiska metoden, det vill säga skillnaden mellan batteriets jämviktselektrodpotential och de positiva och negativa elektroderna när kretsen går sönder är det maximala värdet att batteriet kan ge spänningen. Faktum är att de positiva och negativa elektroderna inte nödvändigtvis är i det termodynamiska jämviktstillståndet i elektrolyten, det vill säga elektrodpotentialen som etableras av batteriets positiva och negativa elektroder i elektrolytlösningen är vanligtvis inte jämviktselektrodpotentialen, så batteriets öppen kretsspänning är i allmänhet mindre än dess elektromotoriska kraft. För elektrodreaktionen:

Med tanke på det icke-standardiserade tillståndet för reaktantkomponenten och aktiviteten (eller koncentrationen) av den aktiva komponenten över tiden, modifieras cellens faktiska öppen kretsspänning av energiekvationen:

Där R är gaskonstanten, T är reaktionstemperaturen och a är komponentens aktivitet eller koncentration. Batteriets öppen kretsspänning beror på egenskaperna hos det positiva och negativa elektrodmaterialet, elektrolyten och temperaturförhållandena, och är oberoende av batteriets geometri och storlek. Litiumjonelektrodmaterialberedning i stolpen, och litiummetallplåt monterad i knapphalvbatteri, kan mäta elektrodmaterialet i olika SOC-tillstånd av öppen spänning, öppen spänningskurva är elektrodens laddningstillståndsreaktion, batterilagring öppet spänningsfall, men inte särskilt stor, om den öppna spänningen faller för snabbt eller amplituden är onormalt fenomen. Yttillståndsförändringen av de bipolära aktiva substanserna och batteriets självurladdning är huvudorsakerna till minskningen av den öppna kretsspänningen i lagring, inklusive förändringen av maskskiktet i det positiva och negativa elektrodmaterialbordet; potentialförändringen som orsakas av elektrodens termodynamiska instabilitet, upplösningen och utfällningen av främmande metallföroreningar och mikrokortslutningen som orsakas av membranet mellan de positiva och negativa elektroderna. När litiumjonbatteriet åldras är förändringen av K-värdet (spänningsfallet) bildandet och stabilitetsprocessen för SEI-filmen på ytan av elektrodmaterialet. Om spänningsfallet är för stort finns det en mikrokortslutning inuti, och batteriet bedöms vara okvalificerat.

[Batteripolarisering]

När strömmen passerar genom elektroden kallas fenomenet att elektroden avviker från jämviktselektrodpotentialen för polarisering, och polariseringen genererar överpotentialen. Beroende på orsakerna till polariseringen kan polariseringen delas in i ohmsk polarisation, koncentrationspolarisation och elektrokemisk polarisation. FIKON. 2 är den typiska urladdningskurvan för batteriet och inverkan av olika polariseringar på spänningen.

 Figur 1. Typisk urladdningskurva och polarisation

(1) Ohmisk polarisation: orsakad av resistansen i varje del av batteriet, tryckfallsvärdet följer ohms lag, strömmen minskar, polarisationen minskar omedelbart och strömmen försvinner omedelbart efter att den har stannat.

(2) Elektrokemisk polarisation: polariseringen orsakas av den långsamma elektrokemiska reaktionen på elektrodens yta. Den minskade avsevärt inom mikrosekundnivån när strömmen blir mindre.

(3) Koncentrationspolarisering: på grund av retardationen av jondiiffusionsprocessen i lösningen polariseras koncentrationsskillnaden mellan elektrodens yta och lösningskroppen under en viss ström. Denna polarisering minskar eller försvinner när den elektriska strömmen minskar vid de makroskopiska sekunderna (några sekunder till tiotals sekunder).

Batteriets inre resistans ökar med ökningen av batteriets urladdningsström, vilket främst beror på att den stora urladdningsströmmen ökar batteriets polarisationstrend, och ju större urladdningsströmmen är, desto tydligare är polarisationstrenden, som visas i figur 2. Enligt Ohms lag: V=E0-IRT, med ökningen av den interna totala resistansen RT, minskas tiden som krävs för att batterispänningen ska nå urladdningsgränsspänningen på motsvarande sätt, så frigöringskapaciteten är också nedsatt.

Figur 2. Effekten av strömtätheten på polarisationen

Litiumjonbatteri är i huvudsak ett slags litiumjonkoncentrationsbatteri. Laddnings- och urladdningsprocessen för litiumjonbatterier är processen för inbäddning och borttagning av litiumjoner i de positiva och negativa elektroderna. Faktorer som påverkar polariseringen av litiumjonbatterier inkluderar:

(1) Elektrolytens inverkan: elektrolytens låga ledningsförmåga är huvudorsaken till polariseringen av litiumjonbatterier. I det allmänna temperaturområdet är ledningsförmågan hos elektrolyten som används för litiumjonbatterier i allmänhet endast 0.01~0.1S/cm, vilket är en procent av vattenlösningen. Därför, när litiumjonbatterier laddas ur med en hög ström, är det för sent att komplettera Li+ från elektrolyten, och polarisationsfenomenet kommer att inträffa. Att förbättra elektrolytens ledningsförmåga är nyckelfaktorn för att förbättra högströmsurladdningskapaciteten hos litiumjonbatterier.

(2) Inverkan av positiva och negativa material: den längre kanalen av positivt och negativt material sprider stora litiumjonpartiklar till ytan, vilket inte bidrar till urladdning med hög hastighet.

(3) Ledarmedel: innehållet av ledande medel är en viktig faktor som påverkar urladdningsprestanda med högt förhållande. Om innehållet av ledande medel i katodformeln är otillräckligt, kan elektronerna inte överföras i tid när den stora strömmen urladdas, och polarisationens inre resistans ökar snabbt, så att batterispänningen snabbt reduceras till urladdningsgränsspänningen .

(4) Inverkan av poldesign: poltjocklek: vid stor strömurladdning är reaktionshastigheten för aktiva ämnen mycket snabb, vilket kräver att litiumjon snabbt bäddas in och lossas i materialet. Om polplattan är tjock och banan för litiumjondiffusion ökar, kommer poltjocklekens riktning att ge en stor litiumjonkoncentrationsgradient.

Komprimeringsdensitet: komprimeringsdensiteten hos polskivan är större, porerna blir mindre och litiumjonernas rörelse i polskivans tjockleksriktning är längre. Dessutom, om packningsdensiteten är för stor, minskar kontaktytan mellan materialet och elektrolyten, elektrodens reaktionsställe reduceras och batteriets inre motstånd kommer också att öka.

(5) SEI-membranets inverkan: bildandet av SEI-membranet ökar resistansen hos elektroden/elektrolytgränsytan, vilket resulterar i spänningshysteres eller polarisering.

[Batteriets driftspänning]

Driftspänning, även känd som slutspänning, hänvisar till potentialskillnaden mellan batteriets positiva och negativa elektroder när strömmen flyter i kretsen i arbetsläge. I batteriurladdningens arbetsläge, när strömmen flyter genom batteriet, bör motståndet som orsakas av det interna motståndet övervinnas, vilket kommer att orsaka ohmskt tryckfall och elektrodpolarisering, så arbetsspänningen är alltid lägre än öppen kretsspänningen, och vid laddning är slutspänningen alltid högre än öppen kretsspänningen. Det vill säga, resultatet av polarisering gör att slutspänningen för batteriurladdningen blir lägre än batteriets elektromotoriska potential, vilket är högre än batteriets elektromotoriska potential.

På grund av förekomsten av polarisationsfenomen, den momentana spänningen och den faktiska spänningen i processen för laddning och urladdning. Vid laddning är den momentana spänningen något högre än den faktiska spänningen, polarisationen försvinner och spänningen sjunker när den momentana spänningen och den faktiska spänningen minskar efter urladdningen.

För att sammanfatta ovanstående beskrivning är uttrycket:

E +, E- -representerar potentialerna för de positiva respektive negativa elektroderna, E + 0 och E- -0 representerar jämviktselektrodpotentialen för de positiva respektive negativa elektroderna, VR representerar den ohmska polarisationsspänningen, och η + , η - - representerar överpotentialen för de positiva respektive negativa elektroderna.

[Grundläggande princip för urladdningstest]

Efter en grundläggande förståelse av batterispänningen började vi analysera urladdningskurvan för litiumjonbatterier. Urladdningskurvan återspeglar i princip elektrodens tillstånd, vilket är överlagringen av tillståndsförändringarna för de positiva och negativa elektroderna.

Spänningskurvan för litiumjonbatterier under hela urladdningsprocessen kan delas in i tre steg

1) I det inledande skedet av batteriet sjunker spänningen snabbt, och ju högre urladdningshastigheten är, desto snabbare sjunker spänningen;

2) Batterispänningen går in i ett långsamt bytessteg, vilket kallas batteriets plattformsyta. Ju mindre utsläppshastighet,

Ju längre varaktigheten av plattformsområdet, desto högre plattformsspänning, desto långsammare är spänningsfallet.

3) När batteriet nästan är slut, börjar batteriladdningsspänningen sjunka kraftigt tills urladdningsstoppspänningen uppnås.

Under testning finns det två sätt att samla in data

(1) Samla in data för ström, spänning och tid enligt det inställda tidsintervallet Δ t;

(2) Samla in ström-, spännings- och tidsdata enligt den inställda spänningsändringsskillnaden Δ V. Noggrannheten hos laddnings- och urladdningsutrustning inkluderar huvudsakligen strömnoggrannhet, spänningsnoggrannhet och tidsprecision. Tabell 2 visar utrustningsparametrarna för en viss laddnings- och urladdningsmaskin, där % FS representerar procentandelen av hela intervallet och 0.05 % RD hänvisar till det uppmätta felet inom intervallet 0.05 % av avläsningen. Laddnings- och urladdningsutrustning använder i allmänhet CNC konstantströmkälla istället för belastningsmotstånd för belastning, så att batteriets utspänning inte har något att göra med serieresistansen eller parasitmotståndet i kretsen, utan endast relaterat till spänningen E och inre motstånd r och kretsströmmen I för den ideala spänningskällan som motsvarar batteriet. Om motståndet används för belastning, ställ in spänningen för den idealiska spänningskällan för batteriet till E, det interna motståndet är r och belastningsresistansen är R. Mät spänningen i båda ändarna av belastningsresistansen med spänningen mätare, som visas i ovanstående figur i figur 6. Men i praktiken finns det blyresistans och fixturkontaktresistans (enhetligt parasitmotstånd) i kretsen. Det ekvivalenta kretsschemat som visas i FIG. 3 visas i följande figur i FIG. 3. I praktiken introduceras oundvikligen parasitresistansen, så att den totala lastresistansen blir stor, men den uppmätta spänningen är spänningen i båda ändarna av lastresistansen R, så felet introduceras.

 Fig. 3 Principblockschemat och det faktiska ekvivalenta kretsschemat för resistansurladdningsmetoden

När den konstanta strömkällan med strömmen I1 används som last, visas schemat och det faktiska ekvivalenta kretsschemat i figur 7. E, I1 är konstanta värden och r är konstant under en viss tid.

Från formeln ovan kan vi se att de två spänningarna för A och B är konstanta, det vill säga batteriets utspänning är inte relaterad till storleken på serieresistansen i slingan, och det har naturligtvis ingenting att göra med parasitresistensen. Dessutom kan mätläget med fyra terminaler uppnå en mer exakt mätning av batteriets utspänning.

Figur 4 Equiple blockschema och faktisk ekvivalent kretsschema för konstant strömkällas belastning

Samtidig källa är en strömförsörjningsenhet som kan ge konstant ström till lasten. Den kan fortfarande hålla utströmmen konstant när den externa strömförsörjningen fluktuerar och impedansegenskaperna ändras.

[Utladdningstestläge]

Testutrustning för laddning och urladdning använder i allmänhet halvledaranordningen som flödeselement. Genom att justera styrsignalen för halvledaranordningen kan den simulera en belastning av olika egenskaper såsom konstant ström, konstant tryck och konstant motstånd och så vidare. Litiumjonbatteriets urladdningstestläge inkluderar huvudsakligen konstant strömurladdning, konstant motståndsurladdning, konstant effekturladdning etc. I varje urladdningsläge kan den kontinuerliga urladdningen och intervallurladdningen också delas upp, i vilka enligt tidslängden, intervallurladdningen kan delas upp i intermittent urladdning och pulsurladdning. Under urladdningstestet laddas batteriet ur enligt inställt läge och slutar laddas ur efter att ha uppnått de inställda villkoren. Urladdningsavbrottsvillkoren inkluderar inställning av spänningsavstängning, inställning av tidsavstängning, inställning av kapacitetsavstängning, inställning av negativ spänningsgradientavstängning, etc. Ändringen av batteriurladdningsspänningen är relaterad till urladdningssystemet, dvs. är att förändringen av urladdningskurvan också påverkas av urladdningssystemet, inklusive: urladdningsström, urladdningstemperatur, urladdningsavslutningsspänning; intermittent eller kontinuerlig urladdning. Ju större urladdningsströmmen är, desto snabbare sjunker driftspänningen; med urladdningstemperaturen ändras urladdningskurvan försiktigt.

(1) Konstant strömurladdning

När den konstanta strömurladdningen ställs in, ställs strömvärdet in, och sedan nås det aktuella värdet genom att justera CNC:s konstantströmkälla, för att realisera batteriets konstantströmurladdning. Samtidigt samlas batteriets slutspänningsförändring för att detektera batteriets urladdningsegenskaper. Konstant strömurladdning är urladdningen av samma urladdningsström, men batterispänningen fortsätter att sjunka, så strömmen fortsätter att sjunka. Figur 5 är spännings- och strömkurvan för den konstanta strömurladdningen av litiumjonbatterier. På grund av den konstanta strömurladdningen omvandlas tidsaxeln lätt till kapacitetsaxeln (produkten av ström och tid). Figur 5 visar spännings-kapacitetskurvan vid konstant strömurladdning. Konstant strömurladdning är den mest använda urladdningsmetoden i litiumjonbatteritester.

Figur 5 konstant ström konstant spänningsladdning och konstant strömurladdningskurvor vid olika multiplikatorhastigheter

(2) Konstant krafturladdning

När den konstanta effekten laddas ur, ställs det konstanta effektvärdet P först in, och utspänningen U från batteriet samlas in. I urladdningsprocessen krävs att P är konstant, men U förändras ständigt, så det är nödvändigt att kontinuerligt justera strömmen I för CNC konstantströmkällan enligt formeln I = P / U för att uppnå syftet med konstant krafturladdning . Håll urladdningseffekten oförändrad, eftersom batteriets spänning fortsätter att sjunka under urladdningsprocessen, så strömmen i den konstanta urladdningen fortsätter att stiga. På grund av den konstanta krafturladdningen omvandlas tidskoordinataxeln lätt till energin (produkten av kraft och tid) koordinataxeln.

Figur 6 Konstant laddnings- och urladdningskurvor vid olika dubbleringshastigheter

Jämförelse mellan konstant strömurladdning och konstant effekturladdning

Figur 7: (a) laddnings- och urladdningskapacitetsdiagram vid olika förhållanden; (b) laddnings- och urladdningskurva

 Figur 7 visar resultaten av olika förhållande laddnings- och urladdningstester i de två lägena av litiumjärnfosfatbatteri. Enligt kapacitetskurvan i FIG. 7 (a), med ökningen av laddnings- och urladdningsströmmen i konstantströmsläget, minskar batteriets faktiska laddnings- och urladdningskapacitet gradvis, men ändringsintervallet är relativt litet. Batteriets faktiska laddnings- och urladdningskapacitet minskar gradvis med ökningen av kraften, och ju större multiplikatorn är, desto snabbare avtar kapaciteten. Utloppskapaciteten för 1 timme är lägre än konstantflödesläget. Samtidigt, när laddnings-urladdningshastigheten är lägre än 5 timmarshastigheten, är batterikapaciteten högre under konstant strömtillstånd, medan batterikapaciteten är högre än 5 timmarshastigheten är högre under konstant strömtillstånd.

Från figur 7 (b) visar kapacitets-spänningskurvan, under tillstånd av lågt förhållande, litiumjärnfosfatbatteri tvåläges kapacitetsspänningskurva, och laddnings- och urladdningsspänningsplattformsförändringen är inte stor, men under villkoret med högt förhållande, konstant ström-konstant spänning läge med konstant spänning tid betydligt längre, och laddningsspänning plattform ökat avsevärt, urladdning spänning plattform är avsevärt reducerad.

(3) Konstant motståndsurladdning

Vid konstant motståndsurladdning ställs ett konstant motståndsvärde R först in för att samla ut spänningen från batteriet U. Under urladdningsprocessen måste R vara konstant, men U förändras ständigt, så det nuvarande I-värdet för CNC:s konstantström källan bör ständigt justeras enligt formel I=U / R för att uppnå syftet med konstant motståndsurladdning. Batteriets spänning minskar alltid i urladdningsprocessen, och motståndet är detsamma, så urladdningsströmmen I är också en minskande process.

(4) Kontinuerlig urladdning, intermittent urladdning och pulsurladdning

Batteriet laddas ur med konstant ström, konstant effekt och konstant motstånd, samtidigt som tidsfunktionen används för att förverkliga kontrollen av kontinuerlig urladdning, intermittent urladdning och pulsurladdning. Figur 11 visar strömkurvorna och spänningskurvorna för ett typiskt pulsladdnings-/urladdningstest.

Figur 8 Strömkurvor och spänningskurvor för typiska pulsladdnings-urladdningstester

[Information ingår i urladdningskurvan]

Urladdningskurva hänvisar till kurvan för batteriets spänning, ström, kapacitet och andra förändringar över tiden under urladdningsprocessen. Informationen i laddnings- och urladdningskurvan är mycket rik, inklusive kapacitet, energi, arbetsspänning och spänningsplattform, förhållandet mellan elektrodpotentialen och laddningstillståndet etc. Huvuddata som registreras under urladdningstestet är tiden utveckling av ström och spänning. Många parametrar kan erhållas från dessa grundläggande data. Följande beskriver parametrarna som kan erhållas med urladdningskurvan.

(1) Spänning

I urladdningstestet av litiumjonbatteri inkluderar spänningsparametrarna huvudsakligen spänningsplattform, medianspänning, medelspänning, avstängningsspänning etc. Plattformsspänningen är motsvarande spänningsvärde när spänningsändringen är minimal och kapacitetsändringen är stor , som kan erhållas från toppvärdet för dQ/dV. Medianspänningen är motsvarande spänningsvärde för hälften av batterikapaciteten. För material som är mer uppenbara på plattformen, såsom litiumjärnfosfat och litiumtitanat, är medianspänningen plattformsspänningen. Medelspänningen är den effektiva arean av spännings-kapacitetskurvan (dvs batteriurladdningsenergin) dividerat med kapacitetsberäkningsformeln är u = U (t) * I (t) dt / I (t) dt. Avstängningsspänningen avser den lägsta tillåtna spänningen när batteriet laddas ur. Om spänningen är lägre än urladdningsgränsspänningen, kommer spänningen i båda ändarna av batteriet att sjunka snabbt, vilket ger överdriven urladdning. Överurladdning kan orsaka skada på elektrodens aktiva substans, förlora reaktionsförmågan och förkorta batteriets livslängd. Som beskrivs i den första delen är batteriets spänning relaterad till laddningstillståndet för katodmaterialet och elektrodpotentialen.

(2) Kapacitet och specifik kapacitet

Batterikapacitet avser mängden elektricitet som frigörs av batteriet under ett visst urladdningssystem (under en viss urladdningsström I, urladdningstemperatur T, urladdningsavstängningsspänning V), vilket indikerar batteriets förmåga att lagra energi i Ah eller C Kapaciteten påverkas av många faktorer, såsom urladdningsström, urladdningstemperatur etc. Kapacitetens storlek bestäms av mängden aktiva ämnen i de positiva och negativa elektroderna.

Teoretisk kapacitet: den kapacitet som ges av den aktiva substansen i reaktionen.

Faktisk kapacitet: den faktiska kapacitet som frigörs under ett visst tömningssystem.

Nominell kapacitet: hänvisar till den minsta mängd ström som garanteras av batteriet under de designade urladdningsförhållandena.

I urladdningstestet beräknas kapaciteten genom att integrera strömmen över tid, dvs C = I (t) dt, konstant ström i t konstant urladdning, C = I (t) dt = I t; konstant motstånd R urladdning, C = I (t) dt = (1 / R) * U (t) dt (1 / R) * ut (u är den genomsnittliga urladdningsspänningen, t är urladdningstiden).

Specifik kapacitet: För att jämföra de olika batterierna introduceras begreppet specifik kapacitet. Specifik kapacitet avser den kapacitet som ges av den aktiva substansen av enhetsmassan eller enhetsvolymelektroden, vilket kallas den massspecifika kapaciteten eller den volymspecifika kapaciteten. Den vanliga beräkningsmetoden är: specifik kapacitet = batteriets första urladdningskapacitet / (aktiv substans massa * aktiv substans utnyttjandegrad)

Faktorer som påverkar batterikapaciteten:

a. Batteriets urladdningsström: ju större strömmen är, utgångskapaciteten minskar;

b. Batteriets urladdningstemperatur: när temperaturen sjunker minskar utgångskapaciteten;

c. Batteriets urladdningsavbrottsspänning: urladdningstiden som ställs in av elektrodmaterialet och gränsen för själva elektrodreaktionen är vanligtvis 3.0V eller 2.75V.

d. Laddnings- och urladdningstider för batteriet: efter flera laddningar och urladdningar av batteriet, på grund av fel på elektrodmaterialet, kommer batteriet att kunna minska batteriets urladdningskapacitet.

e. Batteriets laddningsförhållanden: laddningshastighet, temperatur, avstängningsspänning påverkar batteriets kapacitet och bestämmer därmed urladdningskapaciteten.

 Metod för bestämning av batterikapacitet:

Olika branscher har olika teststandarder beroende på arbetsförhållandena. För litiumjonbatterier för 3C-produkter, enligt den nationella standarden GB / T18287-2000 Allmän specifikation för litiumjonbatterier för mobiltelefoner, är den nominella kapacitetstestmetoden för batteriet som följer: a) laddning: 0.2C5A laddning; b) urladdning: 0.2C5A urladdning; c) fem cykler, varav en är kvalificerad.

För elfordonsindustrin, enligt den nationella standarden GB / T 31486-2015 Elektriska prestandakrav och testmetoder för kraftbatteri för elektriska fordon, hänvisar batteriets nominella kapacitet till den kapacitet (Ah) som släpps ut av batteriet vid rumstemperatur med 1I1 (A) strömurladdning för att nå termineringsspänningen, där I1 är 1 timmes urladdningsström, vars värde är lika med C1 (A). Testmetoden är:

A) Vid rumstemperatur, stoppa den konstanta spänningen vid laddning med konstant strömladdning till den laddningsavslutningsspänning som specificerats av företaget, och stoppa laddningen när laddningsavslutningsströmmen sjunker till 0.05I1 (A), och håll laddningen i 1 timme efter laddning.

Bb) Vid rumstemperatur laddas batteriet ur med 1I1 (A) ström tills urladdningen når den urladdningsavslutningsspänning som anges i företagets tekniska villkor;

C) uppmätt urladdningskapacitet (mätt med Ah), beräkna urladdningsspecifik energi (mätt med Wh / kg);

3 d) Upprepa steg a) -) c) 5 gånger. När den extrema skillnaden för 3 på varandra följande test är mindre än 3 % av den nominella kapaciteten, kan testet avslutas i förväg och resultaten från de tre senaste testerna kan beräknas som ett medelvärde.

(3) Betalningsstat, SOC

SOC (State of Charge) är ett laddningstillstånd, som representerar förhållandet mellan batteriets återstående kapacitet och dess fulla laddningstillstånd efter en tidsperiod eller lång tid under en viss urladdningshastighet. Metoden för "open-circuit voltage + tim-time integration"-metoden använder tom-krets-spänningsmetoden för att uppskatta batteriets initiala laddningskapacitet, och använder sedan tim-time-integreringsmetoden för att erhålla den effekt som förbrukas av en -tidsintegreringsmetod. Den förbrukade effekten är produkten av urladdningsströmmen och urladdningstiden, och den återstående effekten är lika med skillnaden mellan den initiala effekten och den förbrukade effekten. Den matematiska uppskattningen av SOC mellan öppen kretsspänning och en timmes integral är:

Där CN är den nominella kapaciteten; η är laddnings-urladdningseffektiviteten; T är batteriets användningstemperatur; I är batteriströmmen; t är batteriets urladdningstid.

DOD (Depth of Discharge) är urladdningsdjupet, ett mått på urladdningsgraden, vilket är procentandelen av urladdningskapaciteten av den totala urladdningskapaciteten. Urladdningsdjupet har ett bra samband med batteriets livslängd: ju djupare urladdningsdjup desto kortare livslängd. Relationen beräknas för SOC = 100% -DOD

4) Energi och specifik energi

Den elektriska energi som batteriet kan producera genom att utföra externt arbete under vissa förhållanden kallas batteriets energi, och enheten uttrycks i allmänhet i wh. I urladdningskurvan beräknas energin enligt följande: W = U (t) * I (t) dt. Vid konstant strömurladdning, W = I * U (t) dt = It * u (u är den genomsnittliga urladdningsspänningen, t är urladdningstiden)

a. Teoretisk energi

Batteriets urladdningsprocess är i ett jämviktstillstånd, och urladdningsspänningen bibehåller värdet av den elektromotoriska kraften (E), och utnyttjandegraden av den aktiva substansen är 100 %. Under detta tillstånd är batteriets utgångsenergi den teoretiska energin, det vill säga det maximala arbetet som utförs av det reversibla batteriet under konstant temperatur och tryck.

b. Den faktiska energin

Den faktiska utenergin från batteriurladdningen kallas den faktiska energin, elfordonsindustrins regler ("GB / T 31486-2015 Power Battery Electrical Performance Requirements and Test Methods for Electric Vehicles"), batteriet vid rumstemperatur med 1I1 (A) ) strömurladdning, för att nå energin (Wh) som frigörs av termineringsspänningen, kallad nominell energi.

c. specifik energi

Energin som ges av ett batteri per massenhet och per volymenhet kallas massspecifik energi eller volymspecifik energi, även kallad energitäthet. I enheter av wh / kg eller wh / L.

[Grundform av urladdningskurvan]

Den mest grundläggande formen av urladdningskurvan är spänningstid- och strömtidskurvan. Genom omvandlingen av tidsaxelberäkningen har den gemensamma urladdningskurvan också spänning-kapacitet (specifik kapacitet) kurva, spänning-energi (specifik energi) kurva, spänning-SOC kurva och så vidare.

(1) Spännings-tid och strömtidskurva

Figur 9 Spänning-tid och ström-tid kurvor

(2) Spännings-kapacitetskurva

Figur 10 Spännings-kapacitetskurva

(3) Spännings-energikurva

Figur Figur 11. Spännings-energikurva

[referensdokumentation]

• Wang Chao, et al. Jämförelse av laddnings- och urladdningsegenskaper för konstant ström och konstant effekt i elektrokemiska energilagringsanordningar [J]. Energilagring vetenskap och teknik.2017(06)：1313-1320.
• Eom KS，Joshi T，Bordes A，et al. Designen av ett Li-ion fullcellsbatteri som använder en nanokisel och nano flerlagers grafenkompositanod[J]
• Guo Jipeng, et al. Jämförelse av testegenskaperna för konstant ström och konstant effekt för litiumjärnfosfatbatterier [J].lagringsbatteri.2017(03)：109-115
• Marinaro M，Yoon D，Gabrielli G， et al. Högpresterande 1.2 Ah Si-legering/Grafit|LiNi0.5Mn0.3Co0.2O2 prototyp Li-ion batteri[J].Journal of Power Sources.2017，357(Supplement C):188-197.