Teorya ng pag-charge at pagdiskarga ng baterya ng lithium

Teorya ng pag-charge at pagdiskarga ng baterya ng lithium

1.1 State of Charge (SOC)

Ang estado ng singil ay maaaring tukuyin bilang ang estado ng magagamit na elektrikal na enerhiya sa isang baterya, karaniwang ipinahayag bilang isang porsyento. Dahil nag-iiba-iba ang available na elektrikal na enerhiya depende sa kasalukuyang pag-charge at pagdiskarga, temperatura, at pagtanda, ang kahulugan ng estado ng pagsingil ay nahahati din sa dalawang uri: Absolute State Of Charge (ASOC) at Relative State Of Charge (RSOC). Ang saklaw ng relatibong estado ng pagsingil ay karaniwang 0% -100%, habang ang baterya ay 100% kapag ganap na na-charge at 0% kapag ganap na na-discharge. Ang absolute state of charge ay isang reference na value na kinakalkula batay sa idinisenyong fixed capacity value kapag ginawa ang baterya. Ang ganap na estado ng pagsingil ng isang bagong-bagong bateryang ganap na na-charge ay 100%; Kahit na ang luma nang baterya ay ganap na naka-charge, hindi ito maaaring umabot ng 100% sa ilalim ng iba't ibang kondisyon sa pag-charge at pagdiskarga.

Ang sumusunod na figure ay nagpapakita ng kaugnayan sa pagitan ng boltahe at kapasidad ng baterya sa ilalim ng iba't ibang mga rate ng paglabas. Kung mas mataas ang rate ng paglabas, mas mababa ang kapasidad ng baterya. Kapag mababa ang temperatura, bababa din ang kapasidad ng baterya.

                          Figure 1. Relasyon sa pagitan ng boltahe at kapasidad sa ilalim ng iba't ibang mga rate ng paglabas at temperatura

1.2 Max Charging Voltage

Ang pinakamataas na boltahe sa pagsingil ay nauugnay sa komposisyon ng kemikal at mga katangian ng baterya. Ang boltahe ng pagsingil ng mga baterya ng lithium ay karaniwang 4.2V at 4.35V, at ang mga halaga ng boltahe ay maaaring mag-iba depende sa mga materyales ng cathode at anode.

1.3 Ganap na Naka-charge

Kapag ang pagkakaiba sa pagitan ng boltahe ng baterya at ang pinakamataas na boltahe sa pag-charge ay mas mababa sa 100mV at ang kasalukuyang pag-charge ay bumaba sa C/10, ang baterya ay maaaring ituring na ganap na na-charge. Iba-iba ang mga katangian ng mga baterya, at iba-iba rin ang mga kondisyon para sa kumpletong pag-charge.

Ang sumusunod na figure ay nagpapakita ng isang tipikal na lithium battery charging characteristic curve. Kapag ang boltahe ng baterya ay katumbas ng pinakamataas na boltahe sa pag-charge at ang kasalukuyang nagcha-charge ay bumaba sa C/10, ang baterya ay itinuturing na ganap na naka-charge.

                             Figure 2. Lithium battery charging characteristic curve

1.4 Pinakamababang Boltahe sa Pagdiskarga

Ang pinakamababang boltahe ng discharge ay maaaring tukuyin bilang ang cut-off discharge boltahe, kadalasan ang boltahe sa 0% na estado ng pagsingil. Ang halaga ng boltahe na ito ay hindi isang nakapirming halaga, ngunit nagbabago sa pagkarga, temperatura, antas ng pagtanda, o iba pang mga kadahilanan.

1.5 Buong Paglabas

Kapag ang boltahe ng baterya ay mas mababa sa o katumbas ng pinakamababang boltahe ng discharge, maaari itong tawaging kumpletong discharge.

1.6 Rate ng paglabas ng singil (C-Rate)

Ang rate ng paglabas ng singil ay isang representasyon ng kasalukuyang paglabas ng singil na may kaugnayan sa kapasidad ng baterya. Halimbawa, kung ang 1C ay ginagamit upang mag-discharge sa loob ng isang oras, sa isip, ang baterya ay ganap na madidischarge. Magreresulta ang magkakaibang mga rate ng pagsingil at pagdiskarga sa iba't ibang magagamit na kapasidad. Karaniwan, mas mataas ang rate ng paglabas ng singil, mas maliit ang magagamit na kapasidad.

1.7 Ikot ng Buhay

Ang bilang ng mga cycle ay ang dami ng beses na sumailalim ang isang baterya sa kumpletong pag-charge at pagdiskarga, na maaaring matantya mula sa aktwal na kapasidad ng paglabas at kapasidad ng disenyo. Sa tuwing ang naipon na kapasidad sa paglabas ay katumbas ng kapasidad ng disenyo, ang bilang ng mga cycle ay isa. Karaniwan, pagkatapos ng 500 cycle ng pag-charge at pagdiskarga, bababa ng 10% hanggang 20% ​​ang kapasidad ng bateryang ganap na na-charge.

                          Figure 3. Relasyon sa pagitan ng Cycle Times at Battery Capacity

1.8 Sariling Paglabas

Ang self discharge ng lahat ng mga baterya ay tataas sa pagtaas ng temperatura. Ang self discharge ay karaniwang hindi isang depekto sa pagmamanupaktura, ngunit isang katangian ng baterya mismo. Gayunpaman, ang hindi wastong paghawak sa panahon ng proseso ng pagmamanupaktura ay maaari ding humantong sa pagtaas ng self discharge. Karaniwan, sa bawat 10 ° C na pagtaas ng temperatura ng baterya, dumodoble ang self discharge rate. Ang mga baterya ng Lithium ion ay may buwanang kapasidad sa paglabas sa sarili na humigit-kumulang 1-2%, habang ang iba't ibang mga baterya na nakabatay sa nickel ay may buwanang kapasidad sa paglabas ng sarili na 10-15%.

                             Figure 4. Pagganap ng self discharge rate ng mga lithium batteries sa iba't ibang temperatura