Teoria încărcării și descărcarii bateriilor cu litiu

Teoria încărcării și descărcarii bateriilor cu litiu

1.1 Starea de încărcare (SOC)

Starea de încărcare poate fi definită ca starea energiei electrice disponibile într-o baterie, de obicei exprimată ca procent. Deoarece energia electrică disponibilă variază în funcție de curentul de încărcare și descărcare, temperatură și fenomenul de îmbătrânire, definiția stării de încărcare este, de asemenea, împărțită în două tipuri: stare absolută de încărcare (ASOC) și stare relativă de încărcare (RSOC). Intervalul stării relative de încărcare este de obicei 0% -100%, în timp ce bateria este de 100% când este complet încărcată și 0% când este complet descărcată. Starea absolută de încărcare este o valoare de referință calculată pe baza valorii de capacitate fixă ​​proiectată atunci când bateria este fabricată. Starea absolută de încărcare a unei baterii nou-nouțe complet încărcate este de 100%; Chiar dacă bateria învechită este încărcată complet, nu poate ajunge la 100% în diferite condiții de încărcare și descărcare.

Figura următoare arată relația dintre tensiune și capacitatea bateriei la diferite rate de descărcare. Cu cât rata de descărcare este mai mare, cu atât capacitatea bateriei este mai mică. Când temperatura este scăzută, capacitatea bateriei va scădea și ea.

                          Figura 1. Relația dintre tensiune și capacitate la diferite rate și temperaturi de descărcare

1.2 Tensiune maximă de încărcare

Cea mai mare tensiune de încărcare este legată de compoziția chimică și de caracteristicile bateriei. Tensiunea de încărcare a bateriilor cu litiu este de obicei de 4,2 V și 4,35 V, iar valorile tensiunii pot varia în funcție de materialele catodului și anodului.

1.3 Complet încărcat

Când diferența dintre tensiunea bateriei și cea mai mare tensiune de încărcare este mai mică de 100 mV și curentul de încărcare scade la C/10, bateria poate fi considerată complet încărcată. Caracteristicile bateriilor variază, iar condițiile de încărcare completă variază și ele.

Următoarea figură prezintă o curbă caracteristică de încărcare tipică a bateriei cu litiu. Când tensiunea bateriei este egală cu cea mai mare tensiune de încărcare și curentul de încărcare scade la C/10, bateria este considerată complet încărcată.

                             Figura 2. Curba caracteristică de încărcare a bateriei cu litiu

1.4 Tensiune minimă de descărcare

Tensiunea de descărcare minimă poate fi definită ca tensiunea de descărcare de întrerupere, de obicei tensiunea la starea de încărcare 0%. Această valoare a tensiunii nu este o valoare fixă, ci se modifică în funcție de sarcină, temperatură, gradul de îmbătrânire sau alți factori.

1.5 Descărcare completă

Când tensiunea bateriei este mai mică sau egală cu tensiunea minimă de descărcare, se poate numi descărcare completă.

1.6 Rata de descărcare a încărcării (C-Rate)

Rata de descărcare a încărcăturii este o reprezentare a curentului de descărcare a sarcinii în raport cu capacitatea bateriei. De exemplu, dacă se folosește 1C pentru a se descărca timp de o oră, în mod ideal, bateria se va descărca complet. Rate diferite de încărcare și descărcare vor avea ca rezultat capacități disponibile diferite. De obicei, cu cât rata de descărcare a încărcăturii este mai mare, cu atât capacitatea disponibilă este mai mică.

1.7 Ciclul de viață

Numărul de cicluri este de câte ori o baterie a suferit încărcare și descărcare completă, care poate fi estimată din capacitatea reală de descărcare și capacitatea de proiectare. Ori de câte ori capacitatea de descărcare acumulată este egală cu capacitatea de proiectare, numărul de cicluri este unul. De obicei, după 500 de cicluri de încărcare și descărcare, capacitatea unei baterii complet încărcate va scădea cu 10% până la 20%.

                          Figura 3. Relația dintre timpii de ciclu și capacitatea bateriei

1.8 Descărcare de sine

Descărcarea automată a tuturor bateriilor va crește odată cu creșterea temperaturii. Descărcarea automată nu este practic un defect de fabricație, ci mai degrabă o caracteristică a bateriei în sine. Cu toate acestea, manipularea necorespunzătoare în timpul procesului de fabricație poate duce, de asemenea, la o creștere a autodescărcării. De obicei, pentru fiecare creștere cu 10 ° C a temperaturii bateriei, rata de autodescărcare se dublează. Bateriile cu ioni de litiu au o capacitate lunară de autodescărcare de aproximativ 1-2%, în timp ce diferitele baterii pe bază de nichel au o capacitate lunară de autodescărcare de 10-15%.

                             Figura 4. Performanța ratei de autodescărcare a bateriilor cu litiu la diferite temperaturi