Литий батареяларын зарядтау және разрядтау теориясы

Литий батареяларын зарядтау және разрядтау теориясы

1.1 Төлеу жағдайы (SOC)

Заряд күйін аккумулятордағы қол жетімді электр энергиясының күйі ретінде анықтауға болады, әдетте пайызбен көрсетіледі. Қол жетімді электр энергиясы зарядтау және разрядтау тогы, температура және қартаю құбылыстарына байланысты өзгеретіндіктен, заряд күйінің анықтамасы да екі түрге бөлінеді: абсолютті заряд күйі (ASOC) және салыстырмалы заряд күйі (RSOC). Салыстырмалы заряд күйінің диапазоны әдетте 0% -100%, ал батарея толық зарядталған кезде 100% және толық зарядсызданған кезде 0% болады. Зарядтың абсолютті күйі – аккумуляторды өндіру кезінде жобаланған бекітілген қуат мәніне негізделген анықтамалық мән. Жаңа толық зарядталған аккумулятордың абсолютті заряд күйі 100% құрайды; Тіпті ескірген батарея толығымен зарядталған болса да, әртүрлі зарядтау және зарядсыздандыру жағдайында ол 100%-ға жете алмайды.

Төмендегі суретте кернеу мен аккумулятордың сыйымдылығының әртүрлі зарядсыздану жылдамдығының арасындағы байланыс көрсетілген. Зарядтау жылдамдығы неғұрлым жоғары болса, батарея сыйымдылығы соғұрлым аз болады. Температура төмен болғанда, батарея сыйымдылығы да төмендейді.

                          Сурет 1. Әртүрлі разряд жылдамдығы мен температура кезіндегі кернеу мен қуат арасындағы байланыс

1.2 Максималды зарядтау кернеуі

Ең жоғары зарядтау кернеуі батареяның химиялық құрамы мен сипаттамаларына байланысты. Литий батареяларының зарядтау кернеуі әдетте 4,2 В және 4,35 В, ал кернеу мәндері катод пен анод материалдарына байланысты өзгеруі мүмкін.

1.3 Толық зарядталған

Батарея кернеуі мен ең жоғары зарядтау кернеуі арасындағы айырмашылық 100 мВ-тан аз болғанда және зарядтау тогы C/10 дейін төмендегенде, батареяны толық зарядталған деп санауға болады. Батареялардың сипаттамалары әртүрлі және толық зарядтау шарттары да әртүрлі.

Келесі суретте әдеттегі литий батареясын зарядтау қисығы көрсетілген. Батарея кернеуі ең жоғары зарядтау кернеуіне тең болғанда және зарядтау тогы C/10 дейін төмендесе, батарея толық зарядталған болып саналады.

                             Сурет 2. Литий батареясын зарядтау сипаттамалық қисық

1.4 Минималды разрядтау кернеуі

Минималды разряд кернеуін кесу разряд кернеуі ретінде анықтауға болады, әдетте зарядтың 0% күйіндегі кернеу. Бұл кернеу мәні тұрақты мән емес, жүктемеге, температураға, қартаю дәрежесіне немесе басқа факторларға байланысты өзгереді.

1.5 Толық разряд

Аккумулятордың кернеуі разрядтың минималды кернеуінен аз немесе оған тең болғанда, оны толық зарядсыздандыру деп атауға болады.

1.6 Зарядтау жылдамдығы (C-Rate)

Зарядтың разряд жылдамдығы аккумулятор сыйымдылығына қатысты зарядтың разряд тоғының көрінісі болып табылады. Мысалы, егер 1С бір сағат бойы зарядсыздандыру үшін пайдаланылса, ең дұрысы, батарея толығымен зарядсызданады. Әртүрлі зарядтау және разрядтау жылдамдығы әртүрлі қол жетімді қуаттарға әкеледі. Әдетте, зарядтың разряд жылдамдығы неғұрлым жоғары болса, соғұрлым қолжетімді сыйымдылық азаяды.

1.7 Циклдың қызмет ету мерзімі

Циклдар саны – аккумулятордың толық зарядтау мен разрядтан өту саны, оны нақты разрядтау сыйымдылығы мен жобалық қуат бойынша бағалауға болады. Жинақталған разрядтық қуат жобалық қуатқа тең болғанда, циклдар саны бір болады. Әдетте 500 зарядтау және зарядсыздандыру циклынан кейін толық зарядталған аккумулятордың сыйымдылығы 10%-дан 20%-ға дейін төмендейді.

                          Сурет 3. Цикл уақыттары мен батарея сыйымдылығы арасындағы байланыс

1.8 Өздігінен разряд

Барлық батареялардың өздігінен зарядсыздануы температура көтерілген сайын артады. Өздігінен разряд - бұл өндіріс ақауы емес, батареяның өзіне тән ерекшелігі. Дегенмен, өндіріс процесінде дұрыс емес өңдеу де өздігінен разрядтың артуына әкелуі мүмкін. Әдетте, батарея температурасының әрбір 10 ° C жоғарылауы үшін өздігінен зарядсыздандыру жылдамдығы екі есе артады. Литий-иондық аккумуляторлардың ай сайынғы өзін-өзі разрядтау сыйымдылығы шамамен 1-2%, ал никель негізіндегі әртүрлі батареялардың ай сайынғы өздігінен разрядтау сыйымдылығы 10-15%.

                             Сурет 4. Әртүрлі температурадағы литий батареяларының өздігінен зарядсыздану жылдамдығының өнімділігі