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Guide complet d’analyse des courbes de décharge des batteries lithium-ion

30 Nov, 2023

By hoppt

Le test de performance le plus couramment utilisé pour les batteries lithium-ion : la stratégie d'analyse de la courbe de décharge

Lorsque la batterie lithium-ion se décharge, sa tension de fonctionnement change constamment au fil du temps. La tension de fonctionnement de la batterie est utilisée comme ordonnée, le temps de décharge, ou la capacité, ou l'état de charge (SOC), ou la profondeur de décharge (DOD) comme abscisse, et la courbe tracée est appelée courbe de décharge. Pour comprendre la courbe caractéristique de décharge d’une batterie, nous devons d’abord comprendre en principe la tension de la batterie.

[Tension de la batterie]

Pour que la réaction d'électrode forme la batterie, la batterie doit remplir les conditions suivantes : le processus de perte de l'électron dans la réaction chimique (c'est-à-dire le processus d'oxydation) et le processus d'obtention de l'électron (c'est-à-dire le processus de réaction de réduction) doivent être séparés dans deux zones différentes, qui est différente de la réaction redox générale ; la réaction redox de la substance active de deux électrodes doit être transmise par le circuit externe, ce qui est différent de la réaction de la microbatterie dans le processus de corrosion des métaux. La tension de la batterie est la différence de potentiel entre l'électrode positive et l'électrode négative. Les paramètres clés spécifiques incluent la tension en circuit ouvert, la tension de fonctionnement, la tension de coupure de charge et de décharge, etc.

[Potentiel d'électrode du matériau de la batterie lithium-ion]

Le potentiel d'électrode fait référence à l'immersion d'un matériau solide dans la solution électrolytique, montrant l'effet électrique, c'est-à-dire la différence de potentiel entre la surface du métal et la solution. Cette différence de potentiel est appelée potentiel du métal dans la solution ou potentiel de l’électrode. En bref, le potentiel d’électrode est la tendance d’un ion ou d’un atome à acquérir un électron.

Par conséquent, pour un certain matériau d’électrode positive ou d’électrode négative, lorsqu’il est placé dans un électrolyte avec un sel de lithium, son potentiel d’électrode est exprimé comme suit :

Où φ c est le potentiel d'électrode de cette substance. Le potentiel standard de l’électrode à hydrogène a été fixé à 0.0 V.

[Tension en circuit ouvert de la batterie]

La force électromotrice de la batterie est la valeur théorique calculée en fonction de la réaction de la batterie selon la méthode thermodynamique, c'est-à-dire que la différence entre le potentiel de l'électrode d'équilibre de la batterie et les électrodes positives et négatives lorsque le circuit se coupe est la valeur maximale. que la batterie peut donner la tension. En fait, les électrodes positives et négatives ne sont pas nécessairement dans l'état d'équilibre thermodynamique dans l'électrolyte, c'est-à-dire que le potentiel d'électrode établi par les électrodes positives et négatives de la batterie dans la solution électrolytique n'est généralement pas le potentiel d'électrode d'équilibre, donc le La tension en circuit ouvert de la batterie est généralement inférieure à sa force électromotrice. Pour la réaction d’électrode :

Compte tenu de l'état non standard du composant réactif et de l'activité (ou concentration) du composant actif au fil du temps, la tension réelle en circuit ouvert de la cellule est modifiée par l'équation énergétique :

Où R est la constante du gaz, T est la température de réaction et a est l'activité ou la concentration du composant. La tension en circuit ouvert de la batterie dépend des propriétés du matériau des électrodes positives et négatives, de l'électrolyte et des conditions de température, et est indépendante de la géométrie et de la taille de la batterie. La préparation du matériau de l'électrode au lithium-ion dans le pôle et la tôle de lithium assemblée dans une demi-batterie bouton peuvent mesurer le matériau de l'électrode dans différents états SOC de tension ouverte, la courbe de tension ouverte est la réaction de l'état de charge du matériau de l'électrode, la chute de tension ouverte du stockage de la batterie, mais pas très grand, si la tension ouverte chute trop rapidement ou si l'amplitude est un phénomène anormal. Le changement d'état de surface des substances actives bipolaires et l'autodécharge de la batterie sont les principales raisons de la diminution de la tension en circuit ouvert lors du stockage, y compris le changement de la couche de masque de la table des matériaux des électrodes positives et négatives ; le changement de potentiel provoqué par l'instabilité thermodynamique de l'électrode, la dissolution et la précipitation d'impuretés étrangères métalliques et le micro court-circuit provoqué par le diaphragme entre les électrodes positives et négatives. Lorsque la batterie lithium-ion vieillit, le changement de la valeur K (chute de tension) est le processus de formation et de stabilité du film SEI à la surface du matériau de l'électrode. Si la chute de tension est trop importante, il y a un micro-court-circuit à l'intérieur et la batterie est jugée non qualifiée.

[Polarisation de la batterie]

Lorsque le courant traverse l'électrode, le phénomène selon lequel l'électrode s'écarte du potentiel d'équilibre de l'électrode est appelé polarisation, et la polarisation génère le surpotentiel. Selon les causes de polarisation, la polarisation peut être divisée en polarisation ohmique, polarisation de concentration et polarisation électrochimique. FIGUE. 2 est la courbe de décharge typique de la batterie et l'influence des différentes polarisations sur la tension.

 Figure 1. Courbe de décharge typique et polarisation

(1) Polarisation ohmique : causée par la résistance de chaque partie de la batterie, la valeur de chute de pression suit la loi d'Ohm, le courant diminue, la polarisation diminue immédiatement et le courant disparaît immédiatement après son arrêt.

(2) Polarisation électrochimique : la polarisation est provoquée par la lente réaction électrochimique à la surface de l’électrode. Il diminue considérablement au niveau de la microseconde à mesure que le courant diminue.

(3) Polarisation de concentration : en raison du retard du processus de diffusion des ions dans la solution, la différence de concentration entre la surface de l'électrode et le corps de la solution est polarisée sous un certain courant. Cette polarisation diminue ou disparaît à mesure que le courant électrique diminue aux secondes macroscopiques (quelques secondes à dizaines de secondes).

La résistance interne de la batterie augmente avec l'augmentation du courant de décharge de la batterie, principalement parce que le courant de décharge important augmente la tendance de polarisation de la batterie, et plus le courant de décharge est élevé, plus la tendance de polarisation est évidente, comme indiqué. dans la figure 2. Selon la loi d'Ohm : V = E0-IRT, avec l'augmentation de la résistance globale interne RT, le temps nécessaire pour que la tension de la batterie atteigne la tension de coupure de décharge est réduit en conséquence, de sorte que la capacité de libération est également réduit.

Figure 2. Effet de la densité de courant sur la polarisation

La batterie lithium-ion est essentiellement une sorte de batterie à concentration lithium-ion. Le processus de charge et de décharge de la batterie lithium-ion est le processus d’incorporation et de décapage des ions lithium dans les électrodes positives et négatives. Les facteurs affectant la polarisation des batteries lithium-ion comprennent :

(1) L'influence de l'électrolyte : la faible conductivité de l'électrolyte est la principale raison de la polarisation des batteries lithium-ion. Dans la plage de température générale, la conductivité de l'électrolyte utilisé pour les batteries lithium-ion n'est généralement que de 0.01 à 0.1 S/cm, soit XNUMX % de la solution aqueuse. Par conséquent, lorsque les batteries lithium-ion se déchargent à un courant élevé, il est trop tard pour compléter le Li + de l'électrolyte et le phénomène de polarisation se produira. L'amélioration de la conductivité de l'électrolyte est le facteur clé pour améliorer la capacité de décharge à courant élevé des batteries lithium-ion.

(2) L'influence des matériaux positifs et négatifs : le canal plus long de matériaux positifs et négatifs diffuse de grandes particules d'ions lithium vers la surface, ce qui n'est pas propice à une décharge à grand débit.

(3) Agent conducteur : la teneur en agent conducteur est un facteur important affectant les performances de décharge à rapport élevé. Si la teneur en agent conducteur dans la formule cathodique est insuffisante, les électrons ne peuvent pas être transférés à temps lorsque le courant important est déchargé, et la résistance interne de polarisation augmente rapidement, de sorte que la tension de la batterie est rapidement réduite à la tension de coupure de décharge. .

(4) L'influence de la conception des pôles : épaisseur des pôles : en cas de décharge de courant importante, la vitesse de réaction des substances actives est très rapide, ce qui nécessite que les ions lithium soient rapidement intégrés et détachés dans le matériau. Si la plaque polaire est épaisse et que le chemin de diffusion des ions lithium augmente, la direction de l'épaisseur des pôles produira un gradient de concentration d'ions lithium important.

Densité de compactage : la densité de compactage de la feuille polaire est plus grande, les pores deviennent plus petits et le trajet du mouvement des ions lithium dans le sens de l'épaisseur de la feuille polaire est plus long. De plus, si la densité de compactage est trop grande, la zone de contact entre le matériau et l'électrolyte diminue, le site de réaction de l'électrode est réduit et la résistance interne de la batterie augmentera également.

(5) L'influence de la membrane SEI : la formation de la membrane SEI augmente la résistance de l'interface électrode/électrolyte, entraînant une hystérésis de tension ou une polarisation.

[Tension de fonctionnement de la batterie]

La tension de fonctionnement, également appelée tension finale, fait référence à la différence de potentiel entre les électrodes positives et négatives de la batterie lorsque le courant circule dans le circuit en état de fonctionnement. En état de fonctionnement de décharge de la batterie, lorsque le courant traverse la batterie, la résistance causée par la résistance interne doit être surmontée, ce qui provoquera une chute de pression ohmique et une polarisation de l'électrode, de sorte que la tension de fonctionnement est toujours inférieure à la tension en circuit ouvert, et lors de la charge, la tension finale est toujours supérieure à la tension en circuit ouvert. C'est-à-dire que le résultat de la polarisation rend la tension finale de décharge de la batterie inférieure au potentiel électromoteur de la batterie, qui est supérieur au potentiel électromoteur de la batterie en charge.

En raison de l'existence d'un phénomène de polarisation, la tension instantanée et la tension réelle en cours de charge et de décharge. Lors de la charge, la tension instantanée est légèrement supérieure à la tension réelle, la polarisation disparaît et la tension chute lorsque la tension instantanée et la tension réelle diminuent après la décharge.

Pour résumer la description ci-dessus, l’expression est :

E +, E- -représentent respectivement les potentiels des électrodes positives et négatives, E + 0 et E- -0 représentent respectivement le potentiel d'électrode d'équilibre des électrodes positives et négatives, VR représente la tension de polarisation ohmique et η + , η - -représentent respectivement la surtension des électrodes positives et négatives.

[Principe de base du test de décharge]

Après une compréhension de base de la tension de la batterie, nous avons commencé à analyser la courbe de décharge des batteries lithium-ion. La courbe de décharge reflète essentiellement l’état de l’électrode, qui est la superposition des changements d’état des électrodes positives et négatives.

La courbe de tension des batteries lithium-ion tout au long du processus de décharge peut être divisée en trois étapes

1) Au stade initial de la batterie, la tension chute rapidement, et plus le taux de décharge est élevé, plus la tension chute rapidement ;

2) La tension de la batterie entre dans une phase de changement lent, appelée zone de plate-forme de la batterie. Plus le taux de décharge est faible,

Plus la durée de la zone de plate-forme est longue, plus la tension de la plate-forme est élevée, plus la chute de tension est lente.

3) Lorsque l'alimentation de la batterie est presque terminée, la tension de charge de la batterie commence à chuter brusquement jusqu'à ce que la tension d'arrêt de décharge soit atteinte.

Pendant les tests, il existe deux manières de collecter des données

(1) Collecter les données de courant, de tension et de temps selon l'intervalle de temps défini Δ t ;

(2) Collectez les données de courant, de tension et de temps en fonction de la différence de changement de tension définie Δ V. La précision de l'équipement de charge et de décharge comprend principalement la précision du courant, la précision de la tension et la précision du temps. Le tableau 2 montre les paramètres d'équipement d'une certaine machine de chargement et de déchargement, où % FS représente le pourcentage de la plage complète et 0.05 % RD fait référence à l'erreur mesurée dans la plage de 0.05 % de la lecture. Les équipements de charge et de décharge utilisent généralement une source de courant constant CNC au lieu d'une résistance de charge pour la charge, de sorte que la tension de sortie de la batterie n'a rien à voir avec la résistance série ou la résistance parasite dans le circuit, mais uniquement liée à la tension E et à la résistance interne. r et le courant de circuit I de la source de tension idéale équivalente à la batterie. Si la résistance est utilisée pour la charge, réglez la tension de la source de tension idéale de l'équivalent de la batterie sur E, la résistance interne est r et la résistance de charge est R. Mesurez la tension aux deux extrémités de la résistance de charge avec la tension mètre, comme le montre la figure ci-dessus de la figure 6. Cependant, dans la pratique, il existe une résistance de fil et une résistance de contact de luminaire (résistance parasite uniforme) dans le circuit. Le schéma de circuit équivalent montré à la Fig. 3 est représenté dans la figure suivante de la Fig. 3. En pratique, la résistance parasite est inévitablement introduite, de sorte que la résistance de charge totale devient grande, mais la tension mesurée est la tension aux deux extrémités de la résistance de charge R, donc l'erreur est introduite.

 Fig. 3 Le schéma fonctionnel de principe et le schéma de circuit équivalent réel de la méthode de décharge par résistance

Lorsque la source de courant constant avec le courant I1 est utilisée comme charge, le schéma de principe et le schéma de circuit équivalent réel sont illustrés à la figure 7. E, I1 sont des valeurs constantes et r est constant pendant un certain temps.

D'après la formule ci-dessus, nous pouvons voir que les deux tensions de A et B sont constantes, c'est-à-dire que la tension de sortie de la batterie n'a aucun rapport avec la taille de la résistance série dans la boucle, et bien sûr, cela n'a rien à voir. avec la résistance parasitaire. De plus, le mode de mesure à quatre bornes permet d'obtenir une mesure plus précise de la tension de sortie de la batterie.

Figure 4 Schéma fonctionnel de l'équipement et schéma de circuit équivalent réel de la charge de source de courant constant

Une source simultanée est un dispositif d'alimentation électrique qui peut fournir un courant constant à la charge. Il peut toujours maintenir le courant de sortie constant lorsque l'alimentation externe fluctue et que les caractéristiques d'impédance changent.

[Mode test de décharge]

L'équipement de test de charge et de décharge utilise généralement le dispositif semi-conducteur comme élément d'écoulement. En ajustant le signal de commande du dispositif semi-conducteur, celui-ci peut simuler une charge présentant différentes caractéristiques telles qu'un courant constant, une pression constante et une résistance constante, etc. Le mode de test de décharge de la batterie lithium-ion comprend principalement la décharge à courant constant, la décharge à résistance constante, la décharge à puissance constante, etc. Dans chaque mode de décharge, la décharge continue et la décharge par intervalles peuvent également être divisées, en fonction de la durée, la décharge intermittente peut être divisée en décharge intermittente et décharge pulsée. Pendant le test de décharge, la batterie se décharge selon le mode défini et arrête de se décharger après avoir atteint les conditions définies. Les conditions de coupure de décharge comprennent le réglage de la coupure de tension, le réglage de la coupure de temps, le réglage de la coupure de capacité, le réglage de la coupure du gradient de tension négatif, etc. Le changement de la tension de décharge de la batterie est lié au système de décharge, c'est-à-dire c'est-à-dire que le changement de la courbe de décharge est également affecté par le système de décharge, notamment : le courant de décharge, la température de décharge, la tension de terminaison de décharge ; décharge intermittente ou continue. Plus le courant de décharge est important, plus la tension de fonctionnement chute rapidement ; avec la température de décharge, la courbe de décharge change doucement.

(1) Décharge à courant constant

Lors de la décharge à courant constant, la valeur actuelle est définie, puis la valeur actuelle est atteinte en ajustant la source de courant constant CNC, de manière à réaliser la décharge à courant constant de la batterie. En même temps, la variation de tension finale de la batterie est collectée pour détecter les caractéristiques de décharge de la batterie. La décharge à courant constant est la décharge du même courant de décharge, mais la tension de la batterie continue de baisser, donc la puissance continue de baisser. La figure 5 est la courbe de tension et de courant de la décharge à courant constant des batteries lithium-ion. En raison de la décharge de courant constant, l'axe du temps est facilement converti en axe de capacité (le produit du courant et du temps). La figure 5 montre la courbe tension-capacité lors d'une décharge à courant constant. La décharge à courant constant est la méthode de décharge la plus couramment utilisée dans les tests de batteries lithium-ion.

Figure 5 : Courbes de charge à tension constante et de décharge à courant constant à différents taux multiplicateurs

(2) Décharge à puissance constante

Lorsque la puissance constante se décharge, la valeur de puissance constante P est définie en premier et la tension de sortie U de la batterie est collectée. Dans le processus de décharge, P doit être constant, mais U change constamment, il est donc nécessaire d'ajuster en permanence le courant I de la source de courant constant CNC selon la formule I = P / U pour atteindre l'objectif de décharge à puissance constante. . Gardez la puissance de décharge inchangée, car la tension de la batterie continue de baisser pendant le processus de décharge, de sorte que le courant dans la décharge à puissance constante continue d'augmenter. En raison de la décharge de puissance constante, l'axe de coordonnées temporelles est facilement converti en axe de coordonnées énergétiques (le produit de la puissance et du temps).

Figure 6 Courbes de charge et de décharge à puissance constante à différents taux de doublement

Comparaison entre décharge à courant constant et décharge à puissance constante

Figure 7 : (a) diagramme de capacité de charge et de décharge à différents rapports ; (b) courbe de charge et de décharge

 La figure 7 montre les résultats de différents tests de charge et de décharge dans les deux modes de batterie au lithium fer phosphate. D'après la courbe de capacité de la Fig. 7 (a), avec l'augmentation du courant de charge et de décharge en mode courant constant, la capacité réelle de charge et de décharge de la batterie diminue progressivement, mais la plage de changement est relativement petite. La capacité réelle de charge et de décharge de la batterie diminue progressivement avec l’augmentation de la puissance, et plus le multiplicateur est grand, plus la capacité diminue rapidement. La capacité de décharge à débit d'une heure est inférieure au mode à débit constant. Dans le même temps, lorsque le taux de charge-décharge est inférieur au taux de 1 h, la capacité de la batterie est plus élevée dans des conditions de puissance constante, tandis que la capacité de la batterie est supérieure au taux de 5 h est plus élevée dans des conditions de courant constant.

La figure 7 (b) montre la courbe capacité-tension, dans des conditions de faible rapport, la courbe capacité-tension à deux modes de la batterie au lithium fer phosphate, et le changement de plate-forme de tension de charge et de décharge n'est pas important, mais dans des conditions de rapport élevé, Mode courant constant-tension constante de temps de tension constante beaucoup plus long, et plate-forme de tension de charge augmentée de manière significative, plate-forme de tension de décharge est considérablement réduite.

(3) Décharge à résistance constante

Lors d'une décharge à résistance constante, une valeur de résistance constante R est définie en premier pour collecter la tension de sortie de la batterie U. Pendant le processus de décharge, R doit être constant, mais U change constamment, donc la valeur I du courant constant CNC La source doit être constamment ajustée selon la formule I = U / R pour atteindre l'objectif de décharge à résistance constante. La tension de la batterie diminue toujours au cours du processus de décharge et la résistance est la même, donc le courant de décharge I est également un processus décroissant.

(4) Décharge continue, décharge intermittente et décharge pulsée

La batterie est déchargée à courant constant, à puissance constante et à résistance constante, tout en utilisant la fonction de synchronisation pour réaliser le contrôle de la décharge continue, de la décharge intermittente et de la décharge par impulsion. La figure 11 montre les courbes de courant et les courbes de tension d'un test typique de charge/décharge par impulsion.

Figure 8 Courbes de courant et courbes de tension pour les tests de charge-décharge par impulsions typiques

[Informations incluses dans la courbe de débit]

La courbe de décharge fait référence à la courbe de tension, de courant, de capacité et d'autres changements de la batterie au fil du temps pendant le processus de décharge. Les informations contenues dans la courbe de charge et de décharge sont très riches, notamment la capacité, l'énergie, la tension de fonctionnement et la plate-forme de tension, la relation entre le potentiel de l'électrode et l'état de charge, etc. Les principales données enregistrées lors du test de décharge sont le temps évolution du courant et de la tension. De nombreux paramètres peuvent être obtenus à partir de ces données de base. Ce qui suit détaille les paramètres qui peuvent être obtenus par la courbe de débit.

(1) Tension

Dans le test de décharge de la batterie lithium-ion, les paramètres de tension incluent principalement la plate-forme de tension, la tension médiane, la tension moyenne, la tension de coupure, etc. La tension de la plate-forme est la valeur de tension correspondante lorsque le changement de tension est minimum et que le changement de capacité est important. , qui peut être obtenu à partir de la valeur maximale de dQ / dV. La tension médiane est la valeur de tension correspondante à la moitié de la capacité de la batterie. Pour les matériaux plus évidents sur la plateforme, tels que le phosphate de fer et de lithium et le titanate de lithium, la tension médiane est la tension de la plateforme. La tension moyenne est la surface effective de la courbe tension-capacité (c'est-à-dire l'énergie de décharge de la batterie) divisée par la formule de calcul de la capacité : u = U (t) * I (t) dt / I (t) dt. La tension de coupure fait référence à la tension minimale autorisée lorsque la batterie se décharge. Si la tension est inférieure à la tension de coupure de décharge, la tension aux deux extrémités de la batterie chutera rapidement, formant une décharge excessive. Une décharge excessive peut endommager la substance active de l'électrode, perdre la capacité de réaction et raccourcir la durée de vie de la batterie. Comme décrit dans la première partie, la tension de la batterie est liée à l’état de charge du matériau cathodique et au potentiel de l’électrode.

(2) Capacité et capacité spécifique

La capacité de la batterie fait référence à la quantité d'électricité libérée par la batterie sous un certain système de décharge (sous un certain courant de décharge I, température de décharge T, tension de coupure de décharge V), indiquant la capacité de la batterie à stocker de l'énergie en Ah ou C. La capacité est affectée par de nombreux éléments, tels que le courant de décharge, la température de décharge, etc. La taille de la capacité est déterminée par la quantité de substances actives dans les électrodes positives et négatives.

Capacité théorique : capacité donnée par la substance active dans la réaction.

Capacité réelle : la capacité réelle libérée sous un certain système de décharge.

Capacité nominale : fait référence à la quantité minimale de puissance garantie par la batterie dans les conditions de décharge conçues.

Dans l'essai de décharge, la capacité est calculée en intégrant le courant dans le temps, soit C = I (t) dt, courant constant en t décharge constante, C = I (t) dt = I t ; résistance constante R décharge, C = I (t) dt = (1 / R) * U (t) dt (1 / R) * out (u est la tension de décharge moyenne, t est le temps de décharge).

Capacité spécifique : Afin de comparer les différentes batteries, la notion de capacité spécifique est introduite. La capacité spécifique fait référence à la capacité donnée par la substance active de l'unité de masse ou de l'électrode de volume unitaire, appelée capacité spécifique de masse ou capacité spécifique de volume. La méthode de calcul habituelle est la suivante : capacité spécifique = capacité de première décharge de la batterie / (masse de substance active * taux d'utilisation de la substance active)

Facteurs affectant la capacité de la batterie :

un. Le courant de décharge de la batterie : plus le courant est important, la capacité de sortie diminue ;

b. Température de décharge de la batterie : lorsque la température diminue, la capacité de sortie diminue ;

c. La tension de coupure de décharge de la batterie : le temps de décharge fixé par le matériau de l'électrode et la limite de la réaction de l'électrode elle-même est généralement de 3.0 V ou 2.75 V.

d. Temps de charge et de décharge de la batterie : après plusieurs charges et décharges de la batterie, en raison de la défaillance du matériau de l'électrode, la batterie pourra réduire la capacité de décharge de la batterie.

e. Les conditions de charge de la batterie : taux de charge, température, tension de coupure affectent la capacité de la batterie, déterminant ainsi la capacité de décharge.

 Méthode de détermination de la capacité de la batterie :

Différentes industries ont des normes de test différentes selon les conditions de travail. Pour les batteries lithium-ion pour produits 3C, conformément à la norme nationale GB/T18287-2000 Spécification générale pour les batteries lithium-ion pour téléphones cellulaires, la méthode de test de capacité nominale de la batterie est la suivante : a) charge : charge 0.2C5A ; b) décharge : décharge de 0.2C5A ; c) cinq cycles, dont un qualifié.

Pour l'industrie des véhicules électriques, selon la norme nationale GB/T 31486-2015 Exigences de performances électriques et méthodes de test pour les batteries de puissance pour véhicules électriques, la capacité nominale de la batterie fait référence à la capacité (Ah) libérée par la batterie à température ambiante. avec un courant de décharge 1I1 (A) pour atteindre la tension de terminaison, dans laquelle I1 est un courant de décharge de 1 heure, dont la valeur est égale à C1 (A). La méthode de test est la suivante :

A) À température ambiante, arrêtez la tension constante lors de la charge avec une charge à courant constant jusqu'à la tension de fin de charge spécifiée par l'entreprise, et arrêtez la charge lorsque le courant de fin de charge chute à 0.05 I1 (A), et maintenez la charge pendant 1 h après mise en charge.

Bb) À température ambiante, la batterie est déchargée avec un courant 1I1 (A) jusqu'à ce que la décharge atteigne la tension de fin de décharge spécifiée dans les conditions techniques de l'entreprise ;

C) capacité de décharge mesurée (mesurée en Ah), calculer l'énergie spécifique de décharge (mesurée en Wh/kg) ;

3 d) Répétez les étapes a) -) c) 5 fois. Lorsque la différence extrême de 3 tests consécutifs est inférieure à 3 % de la capacité nominale, le test peut être terminé à l'avance et les résultats des 3 derniers tests peuvent être moyennés.

(3) État de charge, SOC

SOC (State of Charge) est un état de charge, représentant le rapport entre la capacité restante de la batterie et son état de charge complète après une période de temps ou une longue période sous un certain taux de décharge. La méthode « tension en circuit ouvert + intégration horaire » utilise la méthode de tension en circuit ouvert pour estimer la capacité de charge de l'état initial de la batterie, puis utilise la méthode d'intégration horaire pour obtenir la puissance consommée par le a -méthode d'intégration temporelle. La puissance consommée est le produit du courant de décharge et du temps de décharge, et la puissance restante est égale à la différence entre la puissance initiale et la puissance consommée. L'estimation mathématique SOC entre la tension en circuit ouvert et l'intégrale d'une heure est :

Où CN est la capacité nominale ; η est l'efficacité de charge-décharge ; T est la température d'utilisation de la batterie ; I est le courant de la batterie ; t est le temps de décharge de la batterie.

DOD (Depth of Discharge) est la profondeur de décharge, une mesure du degré de décharge, qui est le pourcentage de la capacité de décharge par rapport à la capacité de décharge totale. La profondeur de décharge est étroitement liée à la durée de vie de la batterie : plus la profondeur de décharge est profonde, plus la durée de vie est courte. La relation est calculée pour SOC = 100% -DOD

4) Énergie et énergie spécifique

L'énergie électrique que la batterie peut produire en effectuant un travail externe dans certaines conditions est appelée énergie de la batterie, et l'unité est généralement exprimée en wh. Dans la courbe de décharge, l'énergie est calculée comme suit : W = U (t) * I (t) dt. À décharge à courant constant, W = I * U (t) dt = It * u (u est la tension de décharge moyenne, t est le temps de décharge)

un. Énergie théorique

Le processus de décharge de la batterie est dans un état d'équilibre, et la tension de décharge maintient la valeur de la force électromotrice (E), et le taux d'utilisation de la substance active est de 100 %. Dans cette condition, l'énergie de sortie de la batterie est l'énergie théorique, c'est-à-dire le travail maximum effectué par la batterie réversible à température et pression constantes.

b. L'énergie réelle

L'énergie de sortie réelle de la décharge de la batterie est appelée l'énergie réelle, les réglementations de l'industrie des véhicules électriques (« GB/T 31486-2015 Power Battery Electrical Performance Requirements and Test Methods for electric Vehicles »), la batterie à température ambiante avec 1I1 (A ) décharge de courant, pour atteindre l'énergie (Wh) libérée par la tension de terminaison, appelée énergie nominale.

c. énergie spécifique

L'énergie fournie par une batterie par unité de masse et par unité de volume est appelée énergie spécifique à la masse ou énergie spécifique au volume, également appelée densité d'énergie. En unités de wh/kg ou wh/L.

[Forme de base de la courbe de débit]

La forme la plus élémentaire de la courbe de décharge est la courbe tension-temps et courant-temps. Grâce à la transformation du calcul de l'axe du temps, la courbe de décharge commune présente également la courbe tension-capacité (capacité spécifique), la courbe tension-énergie (énergie spécifique), la courbe tension-SOC, etc.

(1) Courbe tension-temps et courant-temps

Figure 9 Courbes tension-temps et courant-temps

(2) Courbe tension-capacité

Figure 10 Courbe tension-capacité

(3) Courbe tension-énergie

Figure Figure 11. Courbe tension-énergie

[documentation de référence]

  • Wang Chao et coll. Comparaison des caractéristiques de charge et de décharge d'un courant constant et d'une puissance constante dans les dispositifs de stockage d'énergie électrochimique [J]. Science et technologie du stockage d’énergie.2017(06):1313-1320.
  • Eom KS, Joshi T, Bordes A et al. La conception d'une batterie Li-ion à cellules complètes utilisant une anode composite nano-silicium et nano-graphène multicouche [J]
  • Guo Jipeng et coll. Comparaison des caractéristiques de test de courant constant et de puissance constante des batteries au lithium fer phosphate [J].batterie de stockage.2017(03):109-115
  • Marinaro M,Yoon D,Gabrielli G,et al. Prototype haute performance en alliage Si/Graphite 1.2 Ah | LiNi0.5Mn0.3Co0.2O2 Batterie Li-ion[J].Journal of Power Sources.2017, 357 (Supplément C) : 188-197.

 

 

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