1 Het fundamentele werkingsprincipe van lithium-ionbatterijen:
Lithium-ionbatterijen slaan energie op en geven deze vrij door de beweging van lithiumionen tussen de positieve en negatieve elektroden.
Tijdens het laadprocesdwingt een externe stroombron lithiumionen om van de positieve elektrode naar de negatieve elektrode te bewegen en in het negatieve elektrodemateriaal te worden opgeslagen.
Tijdens het ontladingsprocesEr komen lithiumionen vrij van de negatieve elektrode en verplaatsen zich naar de positieve elektrode, waardoor energie vrijkomt voor gebruik van apparatuur.
2 Spanningsvariatie:
Aan het begin van het opladenDoor de aanwezigheid van interne weerstand en polarisatie-effecten in de batterij zal de spanning relatief laag zijn.
Naarmate het opladen vordert, bereiken de chemische reacties in de batterij geleidelijk een evenwicht, en neemt de spanning geleidelijk toe totdat deze de nul bereiktlaadafsluitspanning.
Als we ternaire lithiumbatterijen als voorbeeld nemen, kan hun laadproces in vier fasen worden verdeeld: druppelladen (voorladen op lage spanning), opladen met constante stroom, opladen met constante spanning en beëindigen van het opladen.
Tijdens de druppellaadfaseAls de accuspanning lager is dan 3V, wordt eerst het voorladen uitgevoerd. Op dit moment is de laadstroom 1/10 van de ingestelde stroom en neemt de spanning langzaam toe. Wanneer de accuspanning boven de druppelladingsdrempel komt, komt deze in deconstante stroom laadfase. Op dit moment wordt de laadstroom verhoogd en neemt de batterijspanning geleidelijk toe met het laadproces met constante stroom. Over het algemeen is de ingestelde spanning voor een enkele batterij 3.0-4.2V. Wanneer de accuspanning stijgt naar 4,2 V, stopt het opladen met constante stroom en wordt de batterij opgeladenLaadfase met constante spanningbegint. Op dit moment wordt de laadspanning op 4,2 V gehouden en neemt de laadstroom geleidelijk af. Wanneer de stroom daalt tot 1/10 van de ingestelde laadstroom, stopt het laden.
Tijdens het ontladingsproces, is de trend van de spanningsverandering tegengesteld aan die tijdens het laadproces. Aan het begin van de ontlading is de spanning relatief hoog. Met het verbruik van lithiumionen en de invloed van de interne weerstand van de batterij neemt de spanning geleidelijk af totdat deze deontlaad-afsluitspanning.
Tijdens het ontladen kan de spanningscurve van lithium-ionbatterijen in drie fasen worden verdeeld. In de beginfase daalt de klemspanning snel, en hoe hoger de ontladingssnelheid, hoe sneller de spanning daalt. Vervolgens komt de accuspanning in een langzaam veranderende fase terecht, die de fase wordt genoemdplateaugebied van de batterij. Hoe kleiner de ontladingssnelheid, hoe langer het plateaugebied duurt, en hoe hoger de plateauspanning, hoe langzamer de spanningsdaling. Ten slotte, naarmate het batterijniveau bijna leeg is, begint de laadspanning van de batterij scherp te dalen totdat deze de nul bereiktontlaad-afsluitspanning.
3 redenen voor spanningsschommelingen:
1. Interne weerstand van de batterij:De batterij vertoont tijdens het laden en ontladen een bepaalde interne weerstand, wat kan leiden tot een spanningsdaling.
2. Polarisatie-effect:Tijdens het laad- en ontlaadproces zullen de positieve en negatieve polen van de batterij polarisatie ervaren, wat betekent dat de ladingsverdeling op het elektrodeoppervlak ongelijkmatig is, wat leidt tot spanningsveranderingen.
3. Chemische reactiekinetiek:De snelheid van chemische reacties in de batterij kan ook de spanningsveranderingen beïnvloeden. Hoe sneller de reactiesnelheid, hoe sneller de spanningsverandering; Integendeel, hoe langzamer.
Tijdens het laad- en ontlaadproces van lithium-ionbatterijen kan de spanning variëren als gevolg van factoren zoals interne weerstand, polarisatie-effecten en chemische reactiekinetiek. Deze verandering is een normaal onderdeel van de werking van de batterij en een belangrijke indicator voor het evalueren van de batterijprestaties en de gezondheidsstatus.
4 Wat is de impact van spanningsveranderingen op de prestaties van lithium-ionbatterijen
1. Relatie tussen spanning en capaciteit:
Over het algemeen is de capaciteit van een batterij recht evenredig met de spanning. Dit betekent dat naarmate de spanning toeneemt, de capaciteit van de batterij ook toeneemt, waardoor deze meer energie kan opslaan. Daarom hebben hoogspanningslithium-ionbatterijen doorgaans een langere levensduur.
2. Relatie tussen spanning en ontladingscurve:
De ontladingscurve is de curve van de spanningsvariatie van lithium-ionbatterijen in de loop van de tijd tijdens gebruik. Verschillende spanningen kunnen de vorm en helling van de ontladingscurve beïnvloeden. Over het algemeen vertoont de ontladingscurve van lithiumbatterijen een gestage neerwaartse trend, maar de vorm en snelheid van afname van de curve kan variëren bij verschillende spanningen. Dit is erg belangrijk voor het normale gebruik van elektronische apparaten en een nauwkeurige weergave van het batterijniveau.
3. Relatie tussen spanning en laad-/ontlaadsnelheid:
Lithium-ionbatterijen met een hogere spanning kunnen sneller opladen en ontladen. Dit betekent dat als we hoogspanningslithiumbatterijen gebruiken, we elektronische apparaten sneller volledig kunnen opladen en ze langer kunnen gebruiken. Een te hoge spanning kan echter ook oververhitting en schade aan de batterij veroorzaken, dus er moet een evenwicht worden gevonden in het ontwerp- en gebruiksproces.
4. Relatie tussen spanning en veiligheid:
Het overladen en ontladen van lithium-ionbatterijen kan de veiligheidsprestaties beïnvloeden en zelfs ernstige ongelukken zoals brand veroorzaken. De spanningsbeperking van batterijen is een van de belangrijke factoren waarmee rekening moet worden gehouden bij het ontwerpen van laadcontrolecircuits om het veilige gebruik van batterijen te garanderen. Wanneer de accuspanning het normale bereik overschrijdt, kan dit het beveiligingsmechanisme van de accu activeren, zoals uitschakeling of kortsluitbeveiliging, om schade aan de accu of veiligheidsongevallen te voorkomen.
5. Andere effecten van spanningsveranderingen:
Lithium-ionbatterijen die lange tijd in een laagspanningstoestand staan, kunnen schadelijke chemische reacties in de batterij versnellen, zoals de ontbinding van het elektrolyt en het loskomen van actieve stoffen, wat kan leiden tot onomkeerbare achteruitgang van de batterijcapaciteit.
Een lage spanning kan ook microscopische veranderingen in de interne structuur van de batterij veroorzaken, zoals ongelijkmatige uitzetting en samentrekking van elektrodematerialen, waardoor de veroudering van de batterij en de achteruitgang van de prestaties verder worden verergerd.
De spanningsvariatie van lithium-ionbatterijen heeft een aanzienlijke invloed op hun prestaties. Daarom is het bij het selecteren en gebruiken van lithium-ionbatterijen noodzakelijk om de spanningsfactor volledig in overweging te nemen en het juiste batterijtype en de juiste specificaties te kiezen op basis van de werkelijke behoeften en toepassingsscenario's. Ondertussen moet er ook aandacht worden besteed aan de spanningsstatus van de batterij tijdens gebruik om de veiligheid en stabiliteit ervan te garanderen.