Jakie są czynniki wpływające na charakterystykę tłumienia akumulatora?
2022.Jun
16
Z punktu widzenia pojazdu najważniejsze i istotne dla systemu akumulatorów są pojemność i wydajność mocy, które BMS musi dokładnie oszacować jako SOH. Dlatego efekt tłumienia baterii objawia się zwykle zmianą właściwości elektrycznych baterii, zwłaszcza zmianą pojemności i mocy. Ogólnie rzecz biorąc, pojemność użytkowa i moc użyteczna maleją wraz ze starzeniem się baterii.
W zastosowaniach energetycznych, takich jak akumulatorowe pojazdy elektryczne, zwykle stosuje się akumulatory wysokoenergetyczne, a podstawową funkcją akumulatorów jest magazynowanie pojemności. Dlatego degradację baterii można ocenić na podstawie zanikania pojemności. Do zastosowań takich jak pojazdy hybrydowe zwykle stosuje się akumulatory o dużej mocy, a podstawową funkcją akumulatora jest spełnienie wymagań dużej mocy. Dlatego należy zwrócić większą uwagę na tłumienie mocy. W przypadku pojazdów PHEV należy wziąć pod uwagę zarówno zanik pojemności, jak i zanik mocy. Zwykle głównymi przyczynami zanikania pojemności baterii są LAM i LLI. Gdy napięcie odcięcia i szybkość odcięcia ładowania i rozładowania są takie same, wzrost rezystancji wewnętrznej akumulatora będzie miał również wpływ na pojemność akumulatora. Główną przyczyną tłumienia mocy baterii jest wzrost rezystancji wewnętrznej.
Obecnie, w przypadku akumulatorów wysokoenergetycznych, gdy pojemność akumulatora spada do 80% pojemności początkowej, uznaje się, że akumulator osiągnął koniec swojej żywotności, ponieważ akumulator nie spełnia wymagań pojazdu. W przypadku akumulatorów dużej mocy żywotność jest zwykle określana przez dostępną moc sięgającą 50% wartości początkowej.
Zasadniczo żywotność baterii można podzielić na dwie części: żywotność harmonogramu i cykl życia. Żywotność harmonogramu odnosi się do degradacji baterii spowodowanej przechowywaniem bez cyklu; biorąc pod uwagę degradację baterii spowodowaną cyklami ładowania-rozładowania, odpowiada to cyklowi baterii. W przypadku rzeczywistych pojazdów elektrycznych akumulator można ładować podczas jazdy lub na stacji ładującej; podczas postoju akumulator może być zawieszony. W związku z tym należy wziąć pod uwagę zarówno cykl życia, jak i cykl życia.
Ogólnie rzecz biorąc, większość akumulatorów stosowanych obecnie w pojazdach elektrycznych zwykle wykazuje nieliniową charakterystykę tłumienia, którą można z grubsza podzielić na trzy etapy. W pierwszym etapie LLI występuje z powodu tworzenia się SEI na elektrodzie ujemnej, co powoduje szybki spadek pojemności akumulatora w ciągu pierwszych kilku cykli, zwłaszcza podczas pierwszego ładowania. Początkowa wydajność kulombowska baterii może być niska. Początkowy problem sprawności kulombowskiej ma wielką wartość w badaniach nad projektowaniem i produkcją baterii. W drugim etapie wydajność baterii stopniowo spada z powodu różnych skutków ubocznych wewnątrz baterii. W trzecim etapie, pod koniec życia, pojemność gwałtownie spada, a impedancja szybko rośnie. Przyczyną może być szybkie wyczerpywanie się rezerw litowo-jonowych z powodu odkładania się litu, lub utratę materiału aktywnego z powodu utraty elektrolitu, uszkodzenia spoiwa lub zmiany objętości. To zjawisko gwałtownego spadku pojemności ma duży wpływ na potencjał wtórnego wykorzystania baterii.
Czasami pojemność baterii może znacznie wzrosnąć. Zjawisko to jest często obserwowane wcześnie lub test cykliczny jest przerywany, a po dłuższym przechowywaniu może nastąpić wzrost pojemności. Przyczyny tego zjawiska wymagają dalszej analizy i dyskusji. Jednym z możliwych wyjaśnień jest efekt elektrody pasywnej, argumentujący, że geometrycznie nadmiar elektrody ujemnej może zapewnić dodatkową pojemność (w rzeczywistości jony litowe) po przechowywaniu, prowadząc do zwiększenia pojemności. Innym możliwym powodem jest redystrybucja ładunku (tj. brak działającej na nie siły ładunku lub rozładowania). Może to wynikać z lepszych właściwości zwilżających elektrolitu elektrody. Proces platerowania/usuwania litu może również prowadzić do nieprawidłowej poprawy wydajności baterii.
Oprócz właściwości elektrycznych zmieniają się również właściwości mechaniczne i termiczne akumulatora. Na przykład grubość baterii może wzrosnąć z powodu wytwarzania gazu i innych powodów; podczas procesu niszczenia baterii współczynnik przenikania ciepła i entropia mogą również ulec zmianie.