1 Základný princíp fungovania lítium-iónových batérií:
Lítium-iónové batérie uchovávajú a uvoľňujú energiu prostredníctvom pohybu lítiových iónov medzi kladnými a zápornými elektródami.
Počas procesu nabíjaniavonkajší zdroj energie núti lítiové ióny, aby sa pohybovali z kladnej elektródy na zápornú elektródu a boli uložené v materiáli zápornej elektródy.
Počas procesu vypúšťanialítiové ióny sa uvoľňujú zo zápornej elektródy a presúvajú sa na kladnú elektródu, čím sa uvoľňuje energia na použitie zariadenia.
2 Zmeny napätia:
Na začiatku nabíjania, v dôsledku prítomnosti vnútorného odporu a polarizačných efektov v batérii bude napätie relatívne nízke.
Ako nabíjanie postupuje, chemické reakcie vo vnútri batérie sa postupne vyrovnávajú a napätie sa postupne zvyšuje, kým nedosiahnevypínacie napätie nabíjania.
Ak vezmeme ako príklad ternárne lítiové batérie, ich proces nabíjania možno rozdeliť do štyroch fáz: udržiavacie nabíjanie (nízkonapäťové prednabíjanie), nabíjanie konštantným prúdom, nabíjanie konštantným napätím a ukončenie nabíjania.
Počas fázy udržiavacieho nabíjania, ak je napätie batérie nižšie ako 3V, najskôr sa vykoná predbežné nabíjanie. V tomto čase je nabíjací prúd 1/10 nastaveného prúdu a napätie sa pomaly zvyšuje. Keď napätie batérie stúpne nad prah udržiavacieho nabíjania, vstúpi dostupeň nabíjania konštantným prúdom. V tomto čase sa nabíjací prúd zvyšuje a napätie batérie sa postupne zvyšuje s procesom nabíjania konštantným prúdom. Vo všeobecnosti je napätie nastavené pre jednu batériu 3.{1}}.2V. Keď napätie batérie stúpne na 4,2 V, nabíjanie konštantným prúdom sa ukončí afáza nabíjania konštantným napätímzačína. V tomto čase sa nabíjacie napätie udržiava na hodnote 4,2 V a nabíjací prúd sa postupne znižuje. Keď prúd klesne na 1/10 nastaveného nabíjacieho prúdu, nabíjanie sa ukončí.
Počas procesu vypúšťania, trend zmeny napätia je opačný ako počas procesu nabíjania. Na začiatku vybíjania je napätie pomerne vysoké. So spotrebou lítiových iónov a vplyvom vnútorného odporu batérie napätie postupne klesá, až dosiahne hodnotuvypínacie napätie výboja.
Počas vybíjania možno krivku napätia lítium-iónových batérií rozdeliť do troch stupňov. V počiatočnom štádiu koncové napätie rýchlo klesá a čím vyššia je rýchlosť vybíjania, tým rýchlejšie klesá napätie. Potom napätie batérie vstúpi do pomaly sa meniacej fázy, ktorá sa nazývaplató oblasti batérie. Čím menšia je rýchlosť vybíjania, tým dlhšie trvá oblasť plató a čím vyššie je napätie plató, tým pomalší je pokles napätia. Nakoniec, keď sa úroveň batérie blíži k vybitiu, záťažové napätie batérie začne prudko klesať, až kým nedosiahne hodnotuvypínacie napätie výboja.
3 dôvody kolísania napätia:
1. Vnútorný odpor batérie:Batéria pri nabíjaní a vybíjaní vykazuje určitý vnútorný odpor, čo môže viesť k poklesu napätia.
2. Polarizačný efekt:Počas procesu nabíjania a vybíjania dôjde k polarizácii kladných a záporných pólov batérie, čo znamená, že rozloženie náboja na povrchu elektródy je nerovnomerné, čo vedie k zmenám napätia.
3. Kinetika chemickej reakcie:Rýchlosť chemických reakcií vo vnútri batérie môže tiež ovplyvniť zmeny napätia. Čím rýchlejšia je rýchlosť reakcie, tým rýchlejšia je zmena napätia; Naopak, čím pomalšie.
Počas procesu nabíjania a vybíjania lítium-iónových batérií sa napätie môže meniť v dôsledku faktorov, ako je vnútorný odpor, polarizačné účinky a kinetika chemickej reakcie. Táto zmena je bežnou súčasťou prevádzky batérie a dôležitým ukazovateľom pre vyhodnotenie výkonu batérie a jej zdravotného stavu.
4 Aký je vplyv zmien napätia na výkon lítium-iónových batérií
1. Vzťah medzi napätím a kapacitou:
Vo všeobecnosti je kapacita batérie priamo úmerná jej napätiu. To znamená, že so zvyšujúcim sa napätím sa zodpovedajúcim spôsobom zvýši aj kapacita batérie, čo jej umožní uložiť viac energie. Preto majú vysokonapäťové lítium-iónové batérie zvyčajne dlhšiu životnosť.
2. Vzťah medzi napätím a krivkou vybíjania:
Krivka vybíjania je krivka zmeny napätia lítium-iónových batérií v priebehu času počas používania. Rôzne napätia môžu ovplyvniť tvar a sklon krivky vybíjania. Všeobecne povedané, krivka vybíjania lítiových batérií vykazuje stabilný klesajúci trend, ale tvar a rýchlosť poklesu krivky sa môžu meniť s rôznymi napätiami. To je veľmi dôležité pre bežné používanie elektronických zariadení a presné zobrazenie stavu batérie.
3. Vzťah medzi napätím a rýchlosťou nabíjania/vybíjania:
Lítium-iónové batérie s vyšším napätím sa môžu nabíjať a vybíjať rýchlejšie. To znamená, že ak použijeme vysokonapäťové lítiové batérie, dokážeme rýchlejšie plne nabiť elektronické zariadenia a používať ich dlhší čas. Nadmerné napätie však môže tiež spôsobiť prehriatie a poškodenie batérie, preto je potrebné urobiť rovnováhu v procese návrhu a používania.
4. Vzťah medzi napätím a bezpečnosťou:
Prebíjanie a nadmerné vybíjanie lítium-iónových batérií môže ovplyvniť ich bezpečnosť a dokonca spôsobiť vážne nehody, ako sú požiare. Obmedzenie napätia batérií je jedným z dôležitých faktorov, ktoré treba zvážiť pri navrhovaní obvodov riadenia nabíjania, aby sa zaistilo bezpečné používanie batérií. Keď napätie batérie prekročí normálny rozsah, môže spustiť ochranný mechanizmus batérie, ako je ochrana proti vypnutiu alebo skratu, aby sa zabránilo poškodeniu batérie alebo bezpečnostným nehodám.
5. Ďalšie účinky zmien napätia:
Lítium-iónové batérie, ktoré sú dlhodobo v nízkonapäťovom stave, môžu urýchliť škodlivé chemické reakcie vo vnútri batérie, ako je rozklad elektrolytu a uvoľňovanie účinných látok, čo môže viesť k nezvratnému zníženiu kapacity batérie.
Nízke napätie môže tiež spôsobiť mikroskopické zmeny vo vnútornej štruktúre batérie, ako je nerovnomerné rozťahovanie a zmršťovanie materiálov elektród, čo ďalej zhoršuje starnutie batérie a degradáciu výkonu.
Zmeny napätia lítium-iónových batérií majú významný vplyv na ich výkon. Preto pri výbere a používaní lítium-iónových batérií je potrebné plne zvážiť napäťový faktor a zvoliť vhodný typ batérie a špecifikácie na základe skutočných potrieb a aplikačných scenárov. Medzitým by ste mali venovať pozornosť aj stavu napätia batérie počas používania, aby bola zaistená jej bezpečnosť a stabilita.