Il significato della durata della fase a tensione costante nella carica della batteria al litio

La durata della fase a tensione costante riflette l'entità del rapporto di corrente costante. Dal punto di vista dei dati, è la rappresentazione più diretta dello stato interno della batteria.

I. Qual è il rapporto corrente costante?

La tecnologia di ricarica standard più comune è la ricarica a corrente costante/tensione costante, ovvero CC (corrente costante) + CV (tensione costante). La fase a corrente costante è il processo di ricarica rapida, in cui il caricabatterie si carica con una corrente elevata fissa e la tensione della batteria aumenta continuamente. Quando la tensione raggiunge il limite superiore (ad esempio 4,3 V per le celle al litio ternarie), passa automaticamente alla fase a tensione costante. In questo momento, la tensione rimane costante e la corrente diminuisce gradualmente fino a scendere a 0,05°C-0,1°C, punto in cui la ricarica termina. Rapporto corrente costante = CC / (CC + CV)

II. Il meccanismo della durata della fase a tensione costante

La durata della fase a tensione costante è influenzata fondamentalmente da due fattori: variazioni della resistenza interna e della polarizzazione.

1. Cambiamenti nella resistenza interna
Secondo la legge di Ohm U=IR, con una corrente di carica costante, un aumento della resistenza interna della batteria si tradurrà in una maggiore caduta di tensione ohmica. Ciò si traduce in quella che comunemente chiamiamo tensione "artificialmente alta": la quantità effettiva di carica immagazzinata all'interno della batteria è lungi dall'essere piena, ma la tensione del terminale misurata esternamente ha già raggiunto la tensione di interruzione della carica, costringendo la batteria a passare prematuramente dallo stadio di corrente costante allo stadio di tensione costante.

2. Influenza della polarizzazione
La tensione di polarizzazione si riferisce alla differenza tra il potenziale operativo effettivo dell'elettrodo e il potenziale di equilibrio termodinamico. Possiamo capirlo con una semplice formula: tensione misurata esternamente = tensione effettiva a circuito aperto della batteria + caduta di tensione ohmica + tensione di polarizzazione. Al termine della carica a corrente costante, quando la tensione misurata esternamente raggiunge la tensione di terminazione, dopo aver dedotto la caduta di tensione ohmica e la tensione di polarizzazione, la tensione effettiva a circuito aperto della batteria è ancora molto inferiore alla tensione di carica completa.

L'essenza dello stadio a tensione costante è ridurre gradualmente la corrente di carica per ridurre contemporaneamente la caduta di tensione ohmica e la tensione di polarizzazione, consentendo alla vera tensione a circuito aperto della batteria di salire lentamente fino al livello di carica completa. Quando la resistenza di polarizzazione della batteria aumenta in modo significativo, significa che sono necessari più tempo e una corrente minore per ridurre la tensione di polarizzazione ad un livello sufficientemente basso per completare la ricarica della carica rimanente.

III. La durata della fase a tensione costante riflette le caratteristiche della batteria

1. Stato di salute delle cellule:

Il rapporto di corrente costante è fortemente correlato positivamente con lo stato di salute della batteria (SOH). Il rapporto di corrente costante diminuisce gradualmente con l'aumentare del conteggio dei cicli.

2. Capacità di ricarica rapida:

Il rapporto di corrente costante riflette la capacità di ricarica rapida. Differenti velocità di carica (1C, 2C, 3C) determinano diversi rapporti di corrente costante. Inoltre, il rapporto di corrente costante diminuisce con l'aumentare della velocità di carica. Pertanto, alla stessa velocità di ricarica, un rapporto di corrente costante più elevato indica una migliore capacità di ricarica rapida.

3. Prestazioni di sicurezza:

Un rapporto di corrente costante inferiore indica una fase di tensione costante più lunga, suggerendo una maggiore resistenza interna all'interno della cella. Un forte calo del rapporto corrente costante con l’aumento del conteggio del ciclo cellulare spesso indica gravi rischi per la sicurezza. L'elevata resistenza interna porta ad un'eccessiva generazione di calore durante la ricarica, accelerando l'invecchiamento della batteria. Ancora più pericoloso, le batterie gravemente invecchiate, quando caricate con bassa corrente per periodi prolungati al termine della fase di tensione costante, sperimentano un deterioramento della dinamica degli elettrodi negativi, innescando facilmente la placcatura al litio. Il litio metallico depositato potrebbe forare il separatore, causando cortocircuiti interni o addirittura instabilità termica.

4. Coerenza del pacco batteria
Nei veicoli elettrici o nei pacchi batteria di accumulo dell'energia, la differenza nel tempo di tensione costante tra le singole celle è un indicatore cruciale di coerenza. Se il tempo di tensione costante di una cella è significativamente più lungo di altri, ciò indica un invecchiamento più grave, una resistenza interna più elevata e diventerà un "anello debole" dell'intero pacco batteria, limitando le prestazioni complessive e aumentando i rischi per la sicurezza.

ACEY-AS11S selezionatrice di batterie è uno strumento essenziale per i produttori di batterie professionali. È costruito appositamente per testare e classificare le celle cilindriche, compresi i tipi LiFePO4 e NCM, in base alla tensione a circuito aperto (OCV) e alla resistenza interna (IR).

Riepilogo: La durata della fase a tensione costante per le celle nuove è determinata dalla velocità di carica, dalla temperatura ambiente, dal sistema chimico e dalla tensione di interruzione della carica.