Teori om laddning och urladdning av litiumbatterier

Teori om laddning och urladdning av litiumbatterier

1.1 State of Charge (SOC)

Laddningstillståndet kan definieras som tillståndet för tillgänglig elektrisk energi i ett batteri, vanligtvis uttryckt i procent. Eftersom den tillgängliga elektriska energin varierar beroende på laddnings- och urladdningsström, temperatur och åldringsfenomen, är definitionen av laddningstillstånd också uppdelad i två typer: Absolut laddningstillstånd (ASOC) och Relativt laddningstillstånd (RSOC). Området för det relativa laddningstillståndet är vanligtvis 0 % -100 %, medan batteriet är 100 % när det är fulladdat och 0 % när det är helt urladdat. Det absoluta laddningstillståndet är ett referensvärde som beräknas utifrån det konstruerade fasta kapacitetsvärdet när batteriet tillverkas. Det absoluta laddningstillståndet för ett helt nytt fulladdat batteri är 100 %; Även om det åldrande batteriet är fulladdat kan det inte nå 100 % under olika laddnings- och urladdningsförhållanden.

Följande figur visar förhållandet mellan spänning och batterikapacitet vid olika urladdningshastigheter. Ju högre urladdningshastighet, desto lägre batterikapacitet. När temperaturen är låg kommer även batterikapaciteten att minska.

                          Figur 1. Samband mellan spänning och kapacitet vid olika urladdningshastigheter och temperaturer

1.2 Max laddningsspänning

Den högsta laddningsspänningen är relaterad till batteriets kemiska sammansättning och egenskaper. Laddningsspänningen för litiumbatterier är vanligtvis 4,2V och 4,35V, och spänningsvärdena kan variera beroende på katod- och anodmaterial.

1.3 Fulladdat

När skillnaden mellan batterispänningen och den högsta laddningsspänningen är mindre än 100mV och laddningsströmmen minskar till C/10, kan batteriet anses vara fulladdat. Batteriernas egenskaper varierar, och förutsättningarna för fullständig laddning varierar också.

Följande figur visar en typisk laddningskurva för litiumbatterier. När batterispänningen är lika med den högsta laddningsspänningen och laddningsströmmen minskar till C/10 anses batteriet vara fulladdat.

                             Figur 2. Karakteristikkurva för litiumbatteriets laddning

1.4 Minsta urladdningsspänning

Den lägsta urladdningsspänningen kan definieras som urladdningsspänningen, vanligtvis spänningen vid 0 % laddningstillstånd. Detta spänningsvärde är inte ett fast värde, utan ändras med belastning, temperatur, åldringsgrad eller andra faktorer.

1.5 Full urladdning

När batterispänningen är mindre än eller lika med den lägsta urladdningsspänningen kan det kallas fullständig urladdning.

1.6 Laddningsurladdningshastighet (C-Rate)

Laddningsurladdningshastigheten är en representation av laddningsurladdningsströmmen i förhållande till batterikapaciteten. Till exempel, om 1C används för att ladda ur i en timme, helst kommer batteriet att laddas ur helt. Olika laddnings- och urladdningshastigheter kommer att resultera i olika tillgängliga kapaciteter. Vanligtvis gäller att ju högre laddningsladdningshastigheten är, desto mindre är den tillgängliga kapaciteten.

1.7 Cykelliv

Antalet cykler är antalet gånger ett batteri har genomgått fullständig laddning och urladdning, vilket kan uppskattas från den faktiska urladdningskapaciteten och designkapaciteten. Närhelst den ackumulerade urladdningskapaciteten är lika med designkapaciteten är antalet cykler en. Vanligtvis, efter 500 laddnings- och urladdningscykler, kommer kapaciteten för ett fulladdat batteri att minska med 10 % till 20 %.

                          Figur 3. Förhållandet mellan cykeltider och batterikapacitet

1.8 Självurladdning

Självurladdningen av alla batterier kommer att öka med ökande temperatur. Självurladdning är i grunden inte ett tillverkningsfel, utan snarare en egenskap hos själva batteriet. Men felaktig hantering under tillverkningsprocessen kan också leda till en ökning av självurladdning. Vanligtvis fördubblas självurladdningshastigheten för varje 10 °C ökning av batteritemperaturen. Litiumjonbatterier har en månatlig självurladdningskapacitet på cirka 1-2%, medan olika nickelbaserade batterier har en månatlig självurladdningskapacitet på 10-15%.

                             Figur 4. Prestanda för självurladdningshastighet för litiumbatterier vid olika temperaturer