リチウム電池充電における定電圧段階の期間の意味

定電圧フェーズの継続時間は、定電流比の大きさを反映します。データの観点から見ると、これはバッテリーの内部状態を最も直接的に表します。

I. 定電流比とは何ですか?

最も一般的な標準充電技術は定電流/定電圧充電、つまり CC (定電流) + CV (定電圧) です。定電流フェーズは急速充電プロセスであり、充電器が一定の高電流で充電され、バッテリ電圧が継続的に上昇します。電圧が上限 (たとえば、三元リチウム電池の場合は 4.3V) に達すると、自動的に定電圧フェーズに切り替わります。このとき、電圧は一定のままで、電流は徐々に減少し、0.05C〜0.1Cまで低下すると充電が終了します。定電流比 = CC / (CC + CV)

II.定電圧フェーズの継続メカニズム

定電圧フェーズの継続時間は、基本的に 2 つの要因、つまり内部抵抗の変化と分極の影響を受けます。

1. 内部抵抗の変化
オームの法則 U=IR によれば、一定の充電電流の下で​​は、バッテリーの内部抵抗が増加すると、オーム電圧降下が大きくなります。この結果、一般に「人為的に高い」電圧と呼ばれるものが発生します。つまり、バッテリ内に蓄えられている実際の電荷量は満杯には程遠いのに、外部で測定された端子電圧がすでに充電カットオフ電圧に達しており、バッテリが定電流段から定電圧段に途中で切り替わることになります。

2. 分極の影響
分極電圧とは、電極の実際の動作電位と熱力学的平衡電位との差を指します。これは簡単な公式で理解できます: 外部測定電圧 = バッテリーの真の開路電圧 + オーム電圧降下 + 分極電圧。定電流充電の終了時、外部で測定された電圧が終了電圧に達したとき、オーム電圧降下と分極電圧を差し引いた後、バッテリーの真の開路電圧はまだ完全充電電圧をはるかに下回っています。

定電圧段の本質は、充電電流を徐々に減少させてオーム電圧降下と分極電圧を同時に減少させ、バッテリの真の開回路電圧を真の完全充電レベルまでゆっくりと上昇させることです。バッテリーの分極抵抗が大幅に増加すると、分極電圧を十分に低いレベルまで下げて残りの充電を完了するのに、より長い時間とより少ない電流が必要になることを意味します。

Ⅲ．定電圧フェーズの期間はバッテリーの特性を反映します

1. 細胞の健康状態:

定電流比は、バッテリーの健全性 (SOH) と高い正の相関関係があります。定電流比は、サイクル数が増加するにつれて徐々に減少します。

2.急速充電機能:

定電流比は急速充電能力を反映しています。充電速度 (1C、2C、3C) が異なると、定電流比も異なります。さらに、定電流比は充電速度が増加すると減少します。したがって、同じ充電速度では、定電流比が高いほど高速充電能力が優れていることを示します。

3. 安全性能:

定電流比が低いほど定電圧フェーズが長くなることを示し、セル内の内部抵抗が高いことを示唆します。セルサイクル数の増加に伴う定電流比の急激な低下は、多くの場合、重大な安全上のリスクを示します。内部抵抗が高いと、充電中に過剰な発熱が発生し、バッテリーの劣化が促進されます。さらに危険なのは、著しく劣化したバッテリーは、定電圧フェーズの終わりに低電流で長期間充電すると、負極のダイナミクスが低下し、リチウムメッキが容易に引き起こされることです。析出したリチウム金属がセパレータに穴をあけ、内部短絡や熱暴走を引き起こす可能性があります。

4. バッテリーパックの一貫性
電気自動車やエネルギー貯蔵バッテリー パックでは、個々のセル間の定電圧時間の差が一貫性を示す重要な指標となります。セルの定電圧時間が他のセルよりも大幅に長い場合、それはより深刻な経年劣化、より高い内部抵抗を示しており、バッテリーパック全体の「弱点」となり、全体的な性能が制限され、安全上のリスクが増大します。

ACEY-AS11S バッテリー選別機 はプロのバッテリーパックメーカーにとって不可欠なツールです。これは、開回路電圧 (OCV) と内部抵抗 (IR) に基づいて、LiFePO4 や NCM タイプを含む円筒形セルをテストおよび分類するために設計されています。

まとめ： 新しいセルの定電圧フェーズの期間は、充電速度、周囲温度、化学システム、および充電カットオフ電圧によって決まります。