Теория зарядки и разрядки литиевых батарей.

Теория зарядки и разрядки литиевых батарей.

1.1 Состояние заряда (SOC)

Состояние заряда можно определить как состояние доступной электрической энергии в батарее, обычно выражаемое в процентах. Поскольку доступная электрическая энергия варьируется в зависимости от тока зарядки и разрядки, температуры и явления старения, определение состояния заряда также делится на два типа: абсолютное состояние заряда (ASOC) и относительное состояние заряда (RSOC). Диапазон относительного уровня заряда обычно составляет 0–100 %, при этом аккумулятор составляет 100 % при полной зарядке и 0 % при полной разрядке. Абсолютное состояние заряда — это эталонное значение, рассчитанное на основе расчетного фиксированного значения емкости при изготовлении аккумулятора. Абсолютный уровень заряда новой полностью заряженной батареи составляет 100 %; Даже если стареющий аккумулятор полностью заряжен, он не может достичь 100% при различных условиях зарядки и разрядки.

На следующем рисунке показана взаимосвязь между напряжением и емкостью аккумулятора при различных скоростях разряда. Чем выше скорость разряда, тем ниже емкость аккумулятора. При низкой температуре емкость аккумулятора также уменьшится.

                          Рисунок 1. Зависимость между напряжением и емкостью при различных скоростях разряда и температурах.

1.2 Максимальное зарядное напряжение

Наибольшее зарядное напряжение связано с химическим составом и характеристиками аккумулятора. Зарядное напряжение литиевых батарей обычно составляет 4,2 В и 4,35 В, а значения напряжения могут варьироваться в зависимости от материалов катода и анода.

1.3 Полностью заряжен

Когда разница между напряжением батареи и максимальным зарядным напряжением составляет менее 100 мВ и зарядный ток снижается до C/10, батарею можно считать полностью заряженной. Характеристики аккумуляторов различаются, различаются и условия полной зарядки.

На следующем рисунке показана типичная характеристика зарядки литиевой батареи. Когда напряжение аккумулятора становится равным наибольшему зарядному напряжению и зарядный ток снижается до C/10, аккумулятор считается полностью заряженным.

                             Рисунок 2. Характеристическая кривая зарядки литиевой батареи

1.4 Минимальное напряжение разряда

Минимальное напряжение разряда можно определить как напряжение отсечки разряда, обычно это напряжение при состоянии заряда 0%. Это значение напряжения не является фиксированным значением, а меняется в зависимости от нагрузки, температуры, степени старения или других факторов.

1.5 Полная разрядка

Когда напряжение батареи меньше или равно минимальному напряжению разряда, это можно назвать полным разрядом.

1.6 Скорость разряда заряда (C-Rate)

Скорость заряда-разряда представляет собой зависимость тока заряда-разряда от емкости аккумулятора. Например, если 1С использовать для разряда в течение одного часа, в идеале аккумулятор разрядится полностью. Различные скорости зарядки и разрядки приведут к разной доступной емкости. Обычно, чем выше скорость заряда-разряда, тем меньше доступная емкость.

1.7 Срок службы

Количество циклов — это количество раз, когда аккумулятор подвергался полной зарядке и разрядке, которое можно оценить по фактической разрядной и расчетной емкости. Если накопленная разрядная емкость равна расчетной, количество циклов равно одному. Обычно после 500 циклов зарядки и разрядки емкость полностью заряженного аккумулятора снижается на 10–20%.

                          Рисунок 3. Взаимосвязь между временем цикла и емкостью аккумулятора

1.8 Саморазряд

Саморазряд всех батарей будет увеличиваться с повышением температуры. Саморазряд – это, по сути, не производственный дефект, а скорее особенность самого аккумулятора. Однако неправильное обращение в процессе производства также может привести к увеличению саморазряда. Обычно на каждые 10°C повышения температуры батареи скорость саморазряда удваивается. Литий-ионные батареи имеют ежемесячную емкость саморазряда примерно 1-2%, в то время как различные батареи на основе никеля имеют ежемесячную емкость саморазряда 10-15%.

                             Рисунок 4. Характеристики скорости саморазряда литиевых батарей при различных температурах.