Dlaczego akumulatory litowo-jonowe samorozładowują się, jak mierzyć samorozładowanie?

Reakcja samorozładowaniabateria litowo-jonowajest nieuniknione. Jego istnienie nie tylko prowadzi do zmniejszenia własnej pojemności akumulatora&# 39, ale także poważnie wpływa na montaż i cykl życia akumulatora&# 39. Szybkość samorozładowania akumulatorów litowo-jonowych wynosi zwykle od 2% do 5% miesięcznie, co może w pełni spełnić wymagania dotyczące użytkowania pojedynczych ogniw.

Jednak po złożeniu pojedynczej baterii litowej w moduł cechy każdej pojedynczej baterii litowej nie są całkowicie spójne, więc po każdym ładowaniu i rozładowaniu napięcie końcowe każdej pojedynczej baterii litowej nie może osiągnąć pełnej konsystencji, co spowoduje nadmierne naładowanie lub w module pojawiają się nadmiernie rozładowane ogniwa, wydajność ogniwa litowego ulegnie pogorszeniu. Wraz ze wzrostem liczby ładowania i rozładowywania stopień pogorszenia ulegnie dalszemu zaostrzeniu, a żywotność cyklu zostanie znacznie zmniejszona w porównaniu z niezmontowanymi pojedynczymi ogniwami. Dlatego dogłębne badania dotyczące szybkości samorozładowania akumulatorów litowo-jonowych stanowią pilną potrzebę produkcji akumulatorów.

1

Czynniki wpływające na samorozładowanie

Zjawisko samorozładowania akumulatora odnosi się do zjawiska spontanicznej utraty pojemności akumulatora, gdy jest on pozostawiony w obwodzie otwartym, i jest również nazywane zdolnością do zatrzymywania ładunku. Samorozładowanie można ogólnie podzielić na dwa typy: odwracalne samorozładowanie i nieodwracalne samorozładowanie. Zdolność strat może być kompensowana odwracalnie w celu odwracalnego samorozładowania, zasada jest podobna do normalnej reakcji rozładowania akumulatora. Samorozładowanie, którego nie można zrekompensować utratą pojemności, jest nieodwracalnym samorozładowaniem. Głównym powodem jest nieodwracalna reakcja wewnątrz akumulatora, w tym reakcja elektrody dodatniej i elektrolitu, reakcja elektrody ujemnej i elektrolitu, reakcja spowodowana zanieczyszczeniami w elektrolicie oraz czas produkcji Nieodwracalne reakcje wywołane zwarciami mikro spowodowanymi przez przenoszone zanieczyszczenia. Czynniki wpływające na samorozładowanie są następujące.

1 materiał katodowy

Wpływ materiału dodatniej elektrody polega głównie na tym, że metal przejściowy i zanieczyszczenia materiału dodatniej elektrody są wytrącane na elektrodzie ujemnej, aby spowodować wewnętrzne zwarcie, zwiększając w ten sposób samorozładowanie baterii litowej. Yah-Mei Teng i in. badał właściwości fizyczne i elektrochemiczne dwóch materiałów katodowych LiFePO4. Badanie wykazało, że akumulatory o wysokiej zawartości zanieczyszczeń żelazem w surowcach oraz podczas ładowania i rozładowywania mają wysoką szybkość samorozładowania i słabą stabilność. Powodem jest to, że żelazo stopniowo zmniejsza się i wytrąca na elektrodzie ujemnej, przebija separator i powoduje zwarcie w akumulatorze, co powoduje większe samorozładowanie.

2 Materiał anodowy

Wpływ ujemnego materiału elektrody na samorozładowanie jest głównie spowodowany nieodwracalną reakcją między ujemnym materiałem elektrody a elektrolitem. Już w 2003 r. Aurbach i in. zaproponował redukcję elektrolitu w celu uwolnienia gazu, wystawiając powierzchnię grafitu na działanie elektrolitu. W procesie ładowania i rozładowywania, gdy jony litu są wkładane i ekstrahowane, struktura warstwy grafitowej łatwo ulega uszkodzeniu, co powoduje dużą szybkość samorozładowania.

3 elektrolit

Wpływ elektrolitu obejmuje głównie: korozję powierzchni elektrody ujemnej przez elektrolit lub zanieczyszczenia; rozpuszczenie materiału elektrody w elektrolicie; elektroda jest pokryta nierozpuszczalnym ciałem stałym lub gazem rozkładanym przez elektrolit z utworzeniem warstwy pasywacyjnej. Obecnie wielu badaczy poświęca się opracowywaniu nowych dodatków tłumiących wpływ elektrolitu na samorozładowanie. Jun Liu i in. dodał dodatki, takie jak VEC, do elektrolitu akumulatora NCM111 i stwierdził, że wydajność cyklu wysokotemperaturowego akumulatora&# 39 poprawiła się, a wskaźnik samorozładowania ogólnie spadł. Powodem jest to, że te dodatki mogą poprawić film SEI, chroniąc w ten sposób elektrodę ujemną akumulatora.

4 Status przechowywania

Ogólne czynniki wpływające na status przechowywania to temperatura przechowywania i SOC baterii. Zasadniczo im wyższa temperatura i wyższy SOC, tym większe samorozładowanie akumulatora. Takashi i in. przeprowadził eksperymenty dotyczące zaniku pojemności akumulatorów litowo-żelazowo-fosforanowych w warunkach statycznych. Wyniki pokazują, że wraz ze wzrostem temperatury szybkość retencji pojemności stopniowo maleje wraz z czasem przechowywania, a szybkość samorozładowania akumulatora rośnie.

Liu Yunjian i inni zastosowali komercyjną baterię litowo-manganową i stwierdzili, że wraz ze wzrostem stanu naładowania baterii&# 39 względny potencjał elektrody dodatniej stawał się coraz wyższy, a jej zdolność do utleniania - coraz silniejsza; względny potencjał elektrody ujemnej stawał się coraz niższy, jej zdolność do redukcji staje się coraz silniejsza, oba mogą przyspieszyć wytrącanie Mn, prowadząc do wzrostu szybkości samorozładowania.

5 Inne czynniki

Istnieje wiele czynników, które wpływają na szybkość samorozładowania akumulatora. Oprócz tych wprowadzonych powyżej, istnieją przede wszystkim następujące aspekty: podczas procesu produkcyjnego zadziory powstają, gdy kawałki biegunów są cięte, a zanieczyszczenia wprowadzane do akumulatora z powodu problemów środowiska produkcyjnego, takich jak kurz, proszek metaliczny na części biegunowe itp. mogą powodować wewnętrzne mikro zwarcie akumulatora; środowisko zewnętrzne jest wilgotne, obwód zewnętrzny nie jest całkowicie izolowany, a obudowa akumulatora ma słabą izolację. Podczas przechowywania występuje zewnętrzny obwód elektroniczny, który prowadzi do samorozładowania; Podczas długotrwałego przechowywania wiązanie między materiałem aktywnym materiału elektrody a kolektorem prądu kończy się niepowodzeniem, co powoduje zrzucanie i zrywanie materiału aktywnego, co prowadzi do zmniejszenia pojemności i wzrostu samorozładowania. Każdy z powyższych czynników lub połączenie wielu czynników może powodować samorozładowanie baterii litowej, co utrudnia znalezienie przyczyny samorozładowania i oszacowanie wydajności przechowywania baterii.

2

Metoda pomiaru wskaźnika samorozładowania

Z powyższej analizy wynika, że ​​szybkość samorozładowania akumulatorów litowych jest ogólnie niska. Na szybkość samorozładowania wpływają takie czynniki, jak temperatura, liczba cykli użytkowania i SOC. Dlatego bardzo trudno i czasochłonnie jest dokładnie zmierzyć samorozładowanie akumulatora.

1 Tradycyjna metoda pomiaru wskaźnika samorozładowania

Obecnie tradycyjne metody wykrywania samorozładowania są następujące:

1.1 Metoda pomiaru bezpośredniego

Najpierw naładuj testowany akumulator do określonego stanu naładowania i pozostaw go otwarty przez pewien czas, a następnie rozładuj akumulator, aby określić utratę pojemności akumulatora. Wskaźnik samorozładowania:

We wzorze: C oznacza pojemność znamionową akumulatora; C1 to pojemność rozładowania. Po pozostawieniu obwodu otwartego pozostałą pojemność akumulatora można uzyskać poprzez rozładowanie akumulatora. W tym momencie akumulator jest kilkakrotnie ładowany i rozładowywany w celu określenia pełnej pojemności akumulatora. Ta metoda może określić nieodwracalną utratę pojemności i odwracalną utratę pojemności akumulatora.

1.2 Metoda pomiaru szybkości tłumienia napięcia w obwodzie otwartym

Napięcie biegu jałowego jest bezpośrednio związane ze stanem naładowania SOC akumulatora' Musi jedynie mierzyć szybkość zmian OCV akumulatora&# 39 w pewnym okresie czasu, a mianowicie:

Metoda jest prosta w obsłudze i wystarczy zarejestrować napięcie akumulatora w dowolnym okresie czasu, a następnie stan naładowania akumulatora w tym momencie można uzyskać zgodnie z odpowiednią relacją między napięciem a SOC akumulatora . Poprzez obliczenie nachylenia zaniku napięcia i pojemności zaniku odpowiadającego czasowi jednostkowemu można ostatecznie uzyskać szybkość samorozładowania akumulatora.

1.3 Metoda utrzymania wydajności

Zmierz pożądane napięcie biegu jałowego akumulatora&# 39 lub ilość mocy wymaganą przez SOC do uzyskania wskaźnika samorozładowania akumulatora&# 39. Oznacza to, że prąd ładowania podczas pomiaru napięcia obwodu otwartego akumulatora jest utrzymywany, a szybkość samorozładowania akumulatora można uznać za zmierzony prąd ładowania.

2 Metoda szybkiego pomiaru szybkości samorozładowania

Ponieważ tradycyjna metoda pomiarowa zajmuje dużo czasu, a dokładność pomiaru jest niewystarczająca, szybkość samorozładowania jest stosowana tylko jako metoda przesiewania akumulatora w procesie wykrywania akumulatora w większości przypadków. Pojawienie się dużej liczby nowatorskich i wygodnych nowych metod pomiarowych oszczędza dużo czasu i wysiłku na pomiar samorozładowania akumulatora.

2.1 Cyfrowa technologia sterowania

Cyfrowa technologia sterowania to nowa metoda pomiaru samorozładowania, wywodząca się z tradycyjnej metody pomiaru samorozładowania, wykorzystująca mikrokomputer jednoukładowy i tak dalej. Zaletą tej metody jest krótki czas pomiaru, wysoka dokładność i prosty sprzęt.

2.2 Metoda obwodu równoważnego

Metoda obwodu równoważnego jest nową metodą pomiaru samowyładowania. Ta metoda symuluje akumulator jako obwód równoważny, który może szybko i skutecznie mierzyć szybkość samorozładowania akumulatora litowo-jonowego.

3

Znaczenie pomiaru wskaźnika samorozładowania

Jako ważny wskaźnik wydajności akumulatorów litowo-jonowych szybkość samorozładowania ma istotny wpływ na wybór i grupowanie akumulatorów. Dlatego niezwykle ważne jest zmierzenie wskaźnika samorozładowania baterii litowych.

1 Przewiduj problematyczną komórkę

W tej samej partii baterii materiały i kontrola produkcji są w zasadzie takie same. Gdy białe rozładowanie poszczególnych akumulatorów jest oczywiście zbyt duże, przyczyną może być poważne zwarcie mikroprocesorowe z powodu zanieczyszczeń i zadziorów przebijających separator. Ponieważ wpływ mikro-zwarcia na akumulator jest powolny i nieodwracalny. Dlatego w krótkim okresie wydajność takich akumulatorów nie będzie się znacznie różnić od normalnych akumulatorów, ale ponieważ wewnętrzna nieodwracalna reakcja stopniowo pogłębia się po długotrwałym przechowywaniu, wydajność akumulatora będzie znacznie niższa niż wydajność fabryczna i inne normalna wydajność baterii. Dlatego w celu zapewnienia jakości akumulatorów fabrycznych należy wyeliminować akumulatory o dużym samorozładowaniu.

2 Zgrupuj baterie

Baterie litowe wymagają lepszej konsystencji, w tym pojemności, napięcia, rezystancji wewnętrznej i szybkości rozładowania białego. Wpływ samorozładowania akumulatora&# 39 na pakiet akumulatorów jest następujący: po zmontowaniu modułu, ze względu na różne poziomy samorozładowania poszczególnych akumulatorów litowych, napięcie spadnie w różnym stopniu podczas procesu półkowego lub cyklicznego i ładowania szeregowego Pod prądem prąd będzie znów równy, więc po każdym ładowaniu pojedyncze ogniwa w module baterii litowej mogą być przeładowane lub niedoładowane. Wraz ze wzrostem liczby ładowań i rozładowań, wydajność baterii będzie się stopniowo pogarszać, a żywotność cyklu W porównaniu z niezmontowanymi pojedynczymi ogniwami znacznie spadła. Dlatego montaż akumulatora wymaga dokładnego pomiaru i kontroli szybkości samorozładowania akumulatorów litowo-jonowych.

3 Korekta oszacowania SOC baterii

Stan naładowania nazywany jest również pozostałą pojemnością, która reprezentuje stosunek pozostałej pojemności po dłuższym okresie użytkowania lub dłuższej nieużywania baterii i jej w pełni naładowanej pojemności, zwykle wyrażonej w procentach. Szybkość samorozładowania ma ważną wartość odniesienia dla oszacowania SOC akumulatorów litowo-jonowych. Korekta wartości początkowej SOC poprzez prąd samorozładowania może poprawić dokładność oszacowania SOC. Z jednej strony, dla klienta, czas użytkowania lub odległość jazdy produktu można oszacować na podstawie pozostałej mocy; z drugiej strony dokładność prognozowania SOC BMS można skutecznie poprawić, aby zapobiec przeładowaniu baterii. Nad rozładowaniem, co wydłuża żywotność baterii.