Curve di carica e scarica della batteria

Durante il processo di carica e scarica della batteria, man mano che cambia la profondità di carica e scarica, anche la tensione cambia costantemente. Se utilizziamo la capacità come coordinata orizzontale e la tensione come coordinata verticale, possiamo ottenere una semplice curva di carica e scarica, che contiene molti indizi sulle prestazioni elettriche della batteria. Queste curve tracciate con i parametri della cella della batteria come tempo, capacità, SOC, tensione, ecc. coinvolti nella carica e nella scarica come coordinate sono chiamate curve di carica e scarica. Ecco alcune curve di carica e scarica comuni.

Curva tempo-corrente/tensione

● Corrente costante

Durante la carica e la scarica a corrente costante, la corrente è costante e contemporaneamente viene raccolta la variazione della tensione del terminale della batteria, che viene spesso utilizzata per rilevare le caratteristiche di scarica della batteria. Durante il processo di scarica, la corrente di scarica rimane invariata, la tensione della batteria diminuisce e anche la potenza di scarica continua a diminuire. La curva campione è mostrata nella figura seguente.

● Corrente costante e tensione costante (ricarica)

Rispetto alla carica a corrente costante, la carica a tensione costante a corrente costante ha un processo a tensione costante alla fine della carica. Al termine della carica, la tensione diventa costante quando raggiunge il valore desiderato, mentre la corrente diminuisce gradualmente. Quando viene raggiunta la corrente di interruzione, la carica a tensione costante a corrente costante termina. Poiché la tensione della batteria oscilla notevolmente dopo aver lasciato il periodo di plateau, se si continua la carica a corrente costante, la batteria non può raggiungere lo stato di carica completa ideale. Pertanto è necessario passare a una tensione costante e ridurre la corrente per garantire che la batteria raggiunga uno stato di carica il più elevato possibile. La curva campione è mostrata nella figura seguente.

● Potenza costante

L'intero processo di carica e scarica avviene a potenza costante. Secondo P=UI, la tensione aumenta gradualmente e la corrente diminuisce gradualmente durante la carica a potenza costante, mentre la tensione diminuisce gradualmente e la corrente aumenta gradualmente durante la scarica a potenza costante. Secondo la tensione di interruzione di carica e scarica convenzionale della batteria LFP da 3,65-2,5 V, la corrente finale di scarica può raggiungere quasi 1,5 volte la corrente finale di carica. La curva di esempio è mostrata nella figura seguente.

● Continuo, intermittente, pulsato

A corrente o potenza costante, la funzione di temporizzazione viene utilizzata per ottenere un controllo di carica e scarica continuo, intermittente e a impulsi. Questi regimi speciali di carica e scarica vengono spesso utilizzati per valutare la resistenza interna CC della batteria. La curva campione è mostrata nella figura seguente.

Curva capacità-tensione

The horizontal axis of the capacity-voltage curve reflects the battery's charge and discharge capacity, state of charge and other information, while the vertical axis includes the battery's voltage platform, inflection point, polarization and other information. The figure below is a discharge curve of a lithium iron phosphate battery at different temperatures.

Rate curve

The current density affects the rate of electrochemical reaction, thus changing the performance parameters of the battery. When comparing batteries of different capacities, the same current is not applicable, so the rate is used to determine the relative current. For example, 0.1C is 0.3A for a 3Ah 18650 battery, and 28A for a 280Ah prismatic battery. Simply put, the specific current value represented by the rate is the rate multiplied by the battery capacity.

When marking the capacity of a battery, the charge and discharge current must be taken into account, because the capacity will be different at different rates. For example, to calibrate the capacity of a battery at different rates, you can set it to change step by step with the charge and discharge cycle rate, and then draw a rate curve with the discharge capacity as the vertical axis and the number of charge and discharge times as the horizontal axis.

dQ/dV curve

The name of the dQ/dV curve is its y-axis variable, that is, the rate of change of the volume per unit voltage interval. The horizontal axis of the dQ/dV curve is generally SOC, capacity or voltage, which reflects the change in the rate of change of capacity. The place where the rate of change is large is displayed as a characteristic peak on the curve, which generally corresponds to an electrochemical reaction process.

The dQ/dV curve can tell us where the voltage platform of the battery is, when the electrochemical reaction occurs, and how the reaction process changes with battery aging and other changes in state. Generally speaking, chemical reactions are rapid, so the data points on the curve require higher accuracy. Therefore, the output dQ/dV curve has certain requirements for the collection of raw data, otherwise it is impossible to make a curve with obvious peaks. When doing charge and discharge tests, you can set the voltage intervalΔV=10~50mV to collect data, or the time intervalΔt=10-50ms, and then screen the raw data with equal voltage differences.

The following figure shows the dQ/dV curve under different number of cycles.

Cycle Curve

We know that the life of a battery is divided into calendar life and cycle life. Calendar life is the time it takes for the battery capacity to lose to a certain extent under natural placement, while cycle life is the number of times the battery is continuously charged and discharged until its capacity decays to a certain extent. Cycle life is one of the important indicators for measuring battery life performance.

I dati del test di ciclo delle batterie agli ioni di litio rappresentano l'accumulo di dati di carica e scarica singola. È possibile estrarre diversi dati di carica e scarica singola per creare più curve per diversi aspetti dell'analisi. La curva di durata del ciclo più semplice presenta il numero di cicli sull'asse x e la capacità di scarico o il tasso di ritenzione della capacità sull'asse y, come mostrato nella figura seguente. Man mano che il ciclo avanza, la capacità della batteria continua a diminuire e il sistema di carica e scarica ha un impatto significativo sul decadimento della capacità della batteria.

È inoltre possibile confrontare le curve capacità-tensione di carica e scarica in momenti diversi, come mostrato nella figura seguente. Man mano che il ciclo procede, la tensione iniziale di carica e scarica cambia, la resistenza interna CC della batteria cambia e la capacità di carica e scarica diminuisce gradualmente.

Oltre ai due tipi precedenti, esistono molte altre curve con il numero di cicli sull'asse orizzontale e i parametri influenzati dall'attenuazione del ciclo della batteria sull'asse verticale, che svolgono un ruolo nell'analisi dei fattori che influenzano la durata del ciclo della batteria. cellula e prevederne il ciclo di vita. Come mostrato nella figura seguente, riflette il valore teorico della durata del ciclo della batteria influenzato dal livello di efficienza di Coulomb. CE è l'efficienza di Coulomb, Ck è il tasso di ritenzione della capacità e k è il numero di cicli.

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