El significado de la duración de la fase de voltaje constante en la carga de baterías de litio

La duración de la fase de voltaje constante refleja la magnitud de la relación de corriente constante. Desde una perspectiva de datos, es la representación más directa del estado interno de la batería.

I. ¿Cuál es la relación de corriente constante?

La tecnología de carga estándar más común es la carga de corriente constante/voltaje constante, es decir, CC (corriente constante) + CV (voltaje constante). La fase de corriente constante es el proceso de carga rápida, donde el cargador carga con una corriente alta fija y el voltaje de la batería aumenta continuamente. Cuando el voltaje alcanza su límite superior (por ejemplo, 4,3 V para celdas de litio ternarias), cambia automáticamente a la fase de voltaje constante. En este momento, el voltaje permanece constante y la corriente disminuye gradualmente hasta caer a 0,05 C-0,1 C, momento en el que finaliza la carga. Relación de corriente constante = CC / (CC + CV)

II. El mecanismo de duración de la fase de voltaje constante.

La duración de la fase de voltaje constante se ve afectada fundamentalmente por dos factores: cambios en la resistencia interna y polarización.

1. Cambios en la resistencia interna
Según la ley de Ohm U=IR, bajo una corriente de carga constante, un aumento en la resistencia interna de la batería dará como resultado una mayor caída de voltaje óhmico. Esto da como resultado lo que comúnmente llamamos voltaje "artificialmente alto": la cantidad real de carga almacenada dentro de la batería está lejos de ser completa, pero el voltaje del terminal medido externamente ya ha alcanzado el voltaje de corte de carga, lo que obliga a la batería a cambiar prematuramente de la etapa de corriente constante a la etapa de voltaje constante.

2. Influencia de la polarización
El voltaje de polarización se refiere a la diferencia entre el potencial operativo real del electrodo y el potencial de equilibrio termodinámico. Podemos entender esto con una fórmula simple: voltaje medido externamente = voltaje de circuito abierto verdadero de la batería + caída de voltaje óhmico + voltaje de polarización. Al final de la carga de corriente constante, cuando el voltaje medido externamente alcanza el voltaje de terminación, después de deducir la caída de voltaje óhmico y el voltaje de polarización, el verdadero voltaje de circuito abierto de la batería aún está muy por debajo del voltaje de carga completa.

La esencia de la etapa de voltaje constante es reducir gradualmente la corriente de carga para reducir simultáneamente la caída de voltaje óhmico y el voltaje de polarización, permitiendo que el verdadero voltaje de circuito abierto de la batería aumente lentamente hasta el verdadero nivel de carga completa. Cuando la resistencia de polarización de la batería aumenta significativamente, significa que se necesita más tiempo y una corriente menor para reducir el voltaje de polarización a un nivel suficientemente bajo para completar la carga restante.

III. La duración de la fase de voltaje constante refleja las características de la batería

1. Estado de salud celular:

La relación de corriente constante tiene una correlación muy positiva con el estado de salud (SOH) de la batería. La relación de corriente constante disminuye gradualmente a medida que aumenta el número de ciclos.

2. Capacidad de carga rápida:

La relación de corriente constante refleja la capacidad de carga rápida. Diferentes tasas de carga (1C, 2C, 3C) dan como resultado diferentes relaciones de corriente constante. Además, la relación de corriente constante disminuye al aumentar la tasa de carga. Por lo tanto, a la misma velocidad de carga, una relación de corriente constante más alta indica una mejor capacidad de carga rápida.

3. Desempeño de seguridad:

Una relación de corriente constante más baja indica una fase de voltaje constante más larga, lo que sugiere una mayor resistencia interna dentro de la celda. Una fuerte caída en la relación de corriente constante con un aumento en el número de ciclos celulares a menudo indica riesgos graves para la seguridad. La alta resistencia interna provoca una generación excesiva de calor durante la carga, lo que acelera el envejecimiento de la batería. Lo que es más peligroso, las baterías muy envejecidas, cuando se cargan con baja corriente durante períodos prolongados al final de la fase de voltaje constante, experimentan un deterioro de la dinámica negativa de los electrodos, lo que activa fácilmente el revestimiento de litio. El litio metálico depositado puede perforar el separador, provocando cortocircuitos internos o incluso fugas térmicas.

4. Consistencia del paquete de baterías
En los vehículos eléctricos o en los paquetes de baterías de almacenamiento de energía, la diferencia en el tiempo de voltaje constante entre las celdas individuales es un indicador crucial de consistencia. Si el tiempo de voltaje constante de una celda es significativamente más largo que el de otras, indica un envejecimiento más severo, una mayor resistencia interna y se convertirá en un "eslabón débil" en todo el paquete de baterías, lo que limitará el rendimiento general y aumentará los riesgos de seguridad.

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Resumen: La duración de la fase de voltaje constante para celdas nuevas está determinada por la velocidad de carga, la temperatura ambiente, el sistema químico y el voltaje de corte de carga.