معنی مدت زمان فاز ولتاژ ثابت در شارژ باتری لیتیومی

مدت زمان فاز ولتاژ ثابت، بزرگی نسبت جریان ثابت را منعکس می کند. از منظر داده، مستقیم ترین نمایش وضعیت داخلی باتری است.

I. نسبت جریان ثابت چیست؟

رایج ترین فناوری شارژ استاندارد، شارژ جریان ثابت/ولتاژ ثابت است، یعنی CC (جریان ثابت) + CV (ولتاژ ثابت). فاز جریان ثابت، فرآیند شارژ سریع است، که در آن شارژر با جریان بالا ثابت شارژ می شود و ولتاژ باتری به طور مداوم افزایش می یابد. هنگامی که ولتاژ به حد بالایی خود می رسد (مثلاً 4.3 ولت برای سلول های لیتیومی سه تایی)، به طور خودکار به فاز ولتاژ ثابت تغییر می کند. در این زمان، ولتاژ ثابت می ماند و جریان به تدریج کاهش می یابد تا زمانی که به 0.05C-0.1C کاهش یابد، در این نقطه شارژ به پایان می رسد. نسبت جریان ثابت = CC / (CC + CV)

II. مکانیسم مدت زمان فاز ولتاژ ثابت

مدت زمان فاز ولتاژ ثابت اساساً تحت تأثیر دو عامل است: تغییر در مقاومت داخلی و پلاریزاسیون.

1. تغییرات در مقاومت داخلی
طبق قانون اهم U=IR، تحت یک جریان شارژ ثابت، افزایش مقاومت داخلی باتری منجر به افت ولتاژ اهمی بیشتر می شود. این منجر به چیزی می‌شود که ما معمولاً آن را ولتاژ «بالا مصنوعی» می‌نامیم - مقدار واقعی شارژ ذخیره‌شده در باتری به دور از پر شدن است، اما ولتاژ پایانه اندازه‌گیری شده خارجی قبلاً به ولتاژ قطع شارژ رسیده است و باتری را مجبور می‌کند تا زودتر از موعد از مرحله جریان ثابت به مرحله ولتاژ ثابت سوئیچ کند.

2. نفوذ قطبش
ولتاژ پلاریزاسیون به تفاوت بین پتانسیل عملیاتی واقعی الکترود و پتانسیل تعادل ترمودینامیکی اشاره دارد. ما می توانیم این را با یک فرمول ساده درک کنیم: ولتاژ اندازه گیری شده خارجی = ولتاژ مدار باز واقعی باتری + افت ولتاژ اهمی + ولتاژ قطبش. در پایان شارژ جریان ثابت، زمانی که ولتاژ اندازه‌گیری شده خارجی به ولتاژ پایان می‌رسد، پس از کسر افت ولتاژ اهمی و ولتاژ قطبش، ولتاژ مدار باز واقعی باتری هنوز بسیار کمتر از ولتاژ شارژ کامل است.

ماهیت مرحله ولتاژ ثابت کاهش تدریجی جریان شارژ برای کاهش همزمان افت ولتاژ اهمی و ولتاژ قطبی شدن است و اجازه می دهد ولتاژ مدار باز واقعی باتری به آرامی به سطح شارژ کامل واقعی برسد. هنگامی که مقاومت قطبش باتری به طور قابل توجهی افزایش می یابد، به این معنی است که زمان بیشتری و جریان کمتری برای کاهش ولتاژ قطبش به سطح کافی پایین برای تکمیل شارژ شارژ باقی مانده مورد نیاز است.

III. مدت زمان فاز ولتاژ ثابت منعکس کننده ویژگی های باتری است

1. وضعیت سلامت سلولی:

نسبت جریان ثابت به شدت با وضعیت سلامت باتری (SOH) همبستگی مثبت دارد. نسبت جریان ثابت به تدریج با افزایش تعداد سیکل کاهش می یابد.

2. قابلیت شارژ سریع:

نسبت جریان ثابت نشان دهنده قابلیت شارژ سریع است. نرخ های مختلف شارژ (1C، 2C، 3C) منجر به نسبت های مختلف جریان ثابت می شود. علاوه بر این، نسبت جریان ثابت با افزایش نرخ شارژ کاهش می یابد. بنابراین، در نرخ شارژ یکسان، نسبت جریان ثابت بالاتر نشان دهنده قابلیت شارژ سریع بهتر است.

3. عملکرد ایمنی:

نسبت جریان ثابت پایین تر، فاز ولتاژ ثابت طولانی تری را نشان می دهد که نشان دهنده مقاومت داخلی بالاتر در داخل سلول است. کاهش شدید نسبت جریان ثابت با افزایش تعداد چرخه سلولی اغلب نشان دهنده خطرات ایمنی جدی است. مقاومت داخلی بالا منجر به تولید گرمای بیش از حد در هنگام شارژ می شود و پیری باتری را تسریع می کند. خطرناک‌تر این است که باتری‌هایی که به شدت پیر می‌شوند، وقتی با جریان کم برای مدت طولانی در پایان فاز ولتاژ ثابت شارژ می‌شوند، دینامیک الکترود منفی رو به وخامت می‌گذارند و به راحتی آبکاری لیتیوم را آغاز می‌کنند. فلز لیتیوم ته نشین شده ممکن است جداکننده را سوراخ کرده و باعث اتصال کوتاه داخلی یا حتی فرار حرارتی شود.

4. سازگاری بسته باتری
در خودروهای الکتریکی یا بسته‌های باتری ذخیره‌سازی انرژی، تفاوت در زمان ولتاژ ثابت در بین سلول‌های منفرد یک شاخص بسیار مهم برای ثبات است. اگر زمان ولتاژ ثابت یک سلول به طور قابل توجهی بیشتر از سایرین باشد، نشان دهنده پیری شدیدتر، مقاومت داخلی بالاتر است و به یک "حلقه ضعیف" در کل بسته باتری تبدیل می شود و عملکرد کلی را محدود می کند و خطرات ایمنی را افزایش می دهد.

ACEY-AS11S دستگاه مرتب سازی باتری یک ابزار ضروری برای تولید کنندگان بسته باتری حرفه ای است. این برای آزمایش و مرتب‌سازی سلول‌های استوانه‌ای - از جمله انواع LiFePO4 و NCM - با توجه به ولتاژ مدار باز (OCV) و مقاومت داخلی (IR) ساخته شده است.

خلاصه: مدت زمان فاز ولتاژ ثابت برای سلول های تازه با نرخ شارژ، دمای محیط، سیستم شیمیایی و ولتاژ قطع شارژ تعیین می شود.