Теорија пуњења и пражњења литијумских батерија

Теорија пуњења и пражњења литијумских батерија

1.1 Држава задужења (СОЦ)

Стање напуњености се може дефинисати као стање расположиве електричне енергије у батерији, обично изражено у процентима. Пошто расположива електрична енергија варира у зависности од струје пуњења и пражњења, температуре и феномена старења, дефиниција стања напуњености је такође подељена на два типа: апсолутно стање напуњености (АСОЦ) и релативно стање напуњености (РСОЦ). Опсег релативног стања напуњености је обично 0% -100%, док је батерија 100% када је потпуно напуњена и 0% када је потпуно испражњена. Апсолутно стање напуњености је референтна вредност израчуната на основу пројектоване вредности фиксног капацитета када се батерија производи. Апсолутно стање напуњености потпуно нове потпуно напуњене батерије је 100%; Чак и ако је стара батерија потпуно напуњена, не може да достигне 100% под различитим условима пуњења и пражњења.

Следећа слика приказује однос између напона и капацитета батерије при различитим брзинама пражњења. Што је већа брзина пражњења, мањи је капацитет батерије. Када је температура ниска, капацитет батерије ће се такође смањити.

                          Слика 1. Однос између напона и капацитета при различитим брзинама пражњења и температурама

1.2 Максимални напон пуњења

Највећи напон пуњења повезан је са хемијским саставом и карактеристикама батерије. Напон пуњења литијумских батерија је обично 4,2В и 4,35В, а вредности напона могу да варирају у зависности од материјала катоде и аноде.

1.3 Потпуно напуњен

Када је разлика између напона батерије и највећег напона пуњења мања од 100 мВ и струја пуњења се смањи на Ц/10, батерија се може сматрати потпуно напуњеном. Карактеристике батерија се разликују, а разликују се и услови за потпуно пуњење.

Следећа слика приказује типичну карактеристичну криву пуњења литијумске батерије. Када је напон батерије једнак највећем напону пуњења и струја пуњења се смањи на Ц/10, батерија се сматра потпуно напуњеном.

                             Слика 2. Карактеристична крива пуњења литијумске батерије

1.4 Минимални напон пражњења

Минимални напон пражњења може се дефинисати као гранични напон пражњења, обично напон при 0% напуњености. Ова вредност напона није фиксна вредност, већ се мења са оптерећењем, температуром, степеном старења или другим факторима.

1.5 Потпуно пражњење

Када је напон батерије мањи или једнак минималном напону пражњења, то се може назвати потпуним пражњењем.

1.6 Брзина пражњења (Ц-Рате)

Брзина пражњења је приказ струје пражњења пуњења у односу на капацитет батерије. На пример, ако се 1Ц користи за пражњење један сат, у идеалном случају, батерија ће се потпуно испразнити. Различите брзине пуњења и пражњења ће резултирати различитим расположивим капацитетима. Обично, што је већа брзина пражњења, мањи је расположиви капацитет.

1.7 Животни век циклуса

Број циклуса је колико пута је батерија била подвргнута потпуном пуњењу и пражњењу, што се може проценити из стварног капацитета пражњења и пројектованог капацитета. Кад год је акумулирани капацитет пражњења једнак пројектованом капацитету, број циклуса је један. Обично, након 500 циклуса пуњења и пражњења, капацитет потпуно напуњене батерије ће се смањити за 10% до 20%.

                          Слика 3. Однос између времена циклуса и капацитета батерије

1.8 Самопражњење

Самопражњење свих батерија ће се повећати са повећањем температуре. Самопражњење у основи није производни недостатак, већ карактеристика саме батерије. Међутим, неправилно руковање током процеса производње такође може довести до повећања самопражњења. Обично, за сваких 10 °Ц повећања температуре батерије, брзина самопражњења се удвостручује. Литијум-јонске батерије имају месечни капацитет самопражњења од приближно 1-2%, док различите батерије на бази никла имају месечни капацитет самопражњења од 10-15%.

                             Слика 4. Перформансе брзине самопражњења литијумских батерија на различитим температурама