Хусусиятҳои барқ ва разряд чист?
Пур кардан вахолӣ карданхусусиятхо
Батареяҳои литий- барои таъмини бехатарӣ, эътимоднокӣ ва самаранокии пуркунӣ маъмулан усули пуркунии ду-марҳиларо истифода мебаранд. Марҳилаи якум ҷараёни доимӣ бо маҳдудияти шиддат ва марҳилаи дуюм шиддати доимӣ бо маҳдудияти ҷорӣ мебошад. Ҳадди ниҳоии шиддат барои пур кардани батареяи литий- вобаста ба маводи катод фарқ мекунад. Каҷҳои асосии шиддати барқ/разряди батареяи литий- дар расми 3-11 нишон дода шудаанд. Каҷҳо дар расм ҷараёнҳои заряд/разряди C/3-ро истифода мебаранд. Барои батареяҳои гуногуни литий-ион, фарқиятҳои асосӣ дутарафа мебошанд:
1) Арзиши оптималии доимии доимӣ барои марҳилаи аввал вобаста ба маводи катоди батарея ва раванди истеҳсолот фарқ мекунад. Умуман, диапазони ҷорӣ аз 0,2 то 0,3 дараҷа истифода мешавад. Дар ҳолатҳои истеъмоли босуръати нерӯи барқ, 1C, 2C ё ҳатто баландтарро метавон истифода бурд.
2) Батареяҳои гуногуни литий{1}} дар давомнокии ҷараёнҳои доимӣ тафовути назаррас доранд ва таносуби иқтидоре, ки тавассути ҷараёни доимӣ пур карда мешавад, ба иқтидори умумӣ низ хеле фарқ мекунад. Аз нуқтаи назари барномаҳои амалии мошинҳои барқӣ, давомнокии доимии доимии ҷараён боиси кӯтоҳтар шудани вақти пурраи барқ мегардад, ки барои барномаҳо муфидтар аст.
Шиддати батареяи литий- устувор буда, дар марҳилаҳои аввал ва миёнаи разряд оҳиста кам мешавад, аммо дар марҳилаҳои баъдӣ зуд паст мешавад, тавре ки дар сегменти DE расми 3-11 нишон дода шудааст. Назорати муассир дар ин марҳила барои пешгирии аз ҳад зиёд ва зарари бебозгашт ба батарея муҳим аст.
Омилҳое, ки ба хусусиятҳои барқ таъсир мерасонанд
(1) Таъсириҷараёни барқгирандаоид ба хусусиятҳои барқгирӣ Барои мисол, як батареяи литий-NCM бо иқтидори номиналии 242А·соат, дар шароити SOC=0% ва ҳарорати доимии 20 дараҷа барои пур кардани барқ суръати гуногуни пуркунӣ истифода мешуд. Натиљањои параметр дар љадвали 3-1 нишон дода шудаанд ва каљи заряднокї дар расми 3-12 нишон дода шудааст.
Ҷадвали 3-1 Параметрҳои пуркунии барқ барои Қурбҳои гуногуни барқ
| ҷорӣ/A(қурб) | CC-CV①Вақти умумӣ | Вақти ҷории доимӣ/с | Иқтидори умумии пуркардашуда/A·h | Энергияи умумии пуркардашуда/Вт | Иқтидори ҷорӣи доимӣ/A·h | Энергияи барқгиранда шиддати доимӣ/Вт | 170A· соат/с | 170A·hҶараён/А |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 4.84/(0.02C) | 182220 | 182220 | 245.74 | 942.54 | 245.74 | 942.54 | 127400 | 4.85 |
| 12.1/(0.05C) | 72318.5 | 72318.5 | 243.70 | 935.37 | 243.70 | 935.37 | 50400 | 12.11 |
| 24.2/(0.1C) | 36206.8 | 35800 | 243.20 | 935.77 | 241.03 | 926.69 | 25200 | 24.24 |
| 48.4/(0.2C) | 18317.5 | 17560 | 241.08 | 933.32 | 236.32 | 912.16 | 12600 | 48.44 |
| 80.7/(0.33C) | 11443.6 | 10490 | 243.50 | 946.27 | 235.29 | 910.08 | 7590 | 80.76 |
| 121/(0.5C) | 7936.6 | 6900 | 243.92 | 952.95 | 232.09 | 900.85 | 5110 | 121.09 |
① CC, ҷараёни доимӣ; CV, шиддати доимӣ.
Тавре ки дар ҷадвали 3-1 нишон дода шудааст, вақти доимии ҷорӣ бо афзоиши ҷараёни барқ тадриҷан кам мешавад ва иқтидор ва энергияе, ки дар зери ҷараёни доимӣ барқ гирифтан мумкин аст, низ тадриҷан кам мешавад. Бо назардошти иқтидори пурборкунӣ ва холӣ кардани 1/2 (яъне, SOC=50%), вақти зарурии пуркунӣ бо афзоиши ҷараёни барқ кам мешавад; вақти зарурӣ барои 0,1С тақрибан 5 маротиба нисбат ба 0,5С аст. Дар ин ҳолат, фарқияти ҷорӣ барои пуркунии давомдор хурд аст, бинобар ин вақти пуркунии 30А·соати охир ба таври назаррас фарқ намекунад. Аз ин рӯ, дар доираи ҷараёни иҷозатдодашудаи пуркунии батарея, зиёд кардани ҷараёни барқ, гарчанде кам кардани иқтидор ва энергияе, ки дар зери ҷараёни доимӣ пур карда мешавад, барои кам кардани вақти умумии барқ ёрӣ мерасонад. Дар замимаҳои амалии бастаи батарея, ҳадди ниҳоии иҷозатдодашудаи пуркунии батареяи литий-ионро барои пур кардан истифода бурдан мумкин аст ва пас аз расидан ба ҳадди шиддат, пуркунии шиддати доимиро метавон анҷом дод. Ин вақти пуркунии барқро кам карда, бехатарии барқро таъмин мекунад. Бо вуҷуди ин, афзоиши ҷараёни барқ инчунин боиси афзоиши талафоти энергия аз сабаби муқовимати дохилии батарея мегардад. Энергияи дар муқовимати дохилӣ сарфшуда мувофиқи муодилаи (3-4) ҳисоб карда мешавад.
Дар куҷо E энергияи аз ҷониби муқовимати дохилӣ сарфшуда;
r – муқовимати дохилии батарея;
t - тағирёбандаи вақти пуркунӣ;
I - ҷараёни барқгиранда;
t₁ ва t₂ вақти оғоз ва анҷоми пуркунии барқ мебошанд.
Санҷишҳои густурда нишон доданд, ки муқовимати дохилии батареяҳои литий- ҳангоми пуркунӣ дар ҳудуди 0,4 мОм тағйир меёбад. Аз ин рӯ, муодилаи (3-4) нишон медиҳад, ки масрафи энергия аз ҳисоби муқовимати дохилии батарея ба таври хаттӣ ба вақти пуркунӣ алоқаманд аст, аммо ба таври квадратӣ бо ҷараёни пуркунӣ алоқаманд аст. Дар марҳилаи пуркунии доимии ҷараён, бузургии ҷараёни барқ омили аввалиндараҷаест, ки ба истеъмоли энергияи муқовимати дохилӣ таъсир мерасонад; ҷараёни баландтари барқгиранда боиси истеъмоли бештари энергия мегардад. Дар давоми шиддати доимӣ, марҳилаи пасти ҷорӣ, вақти барқ ба омили асосии таъсир ба истеъмоли энергияи муқовимати дохилӣ табдил меёбад; вақти тӯлонии пуркунии барқ боиси зиёд шудани истеъмоли энергия мегардад. Бо дарназардошти тамоми раванди пуркунӣ, азбаски ҷараёни пуркунӣ бо истеъмоли энергияи дохилӣ муқовимати дохилӣ дорад ва омили асосии таъсиррасон ба он мебошад, ҷараёни баландтари пуркунӣ боиси истеъмоли бештари энергияи муқовимати дохилӣ мегардад. Дар барномаҳои амалии батарея, ҷараёни мувофиқи барқро бояд бо назардошти ҳамаҷонибаи ҳам вақт ва ҳам самаранокии пуркунии барқ интихоб кард.
(2) Таъсири умқи разряд ба хусусиятҳои барқгиранда дар ҳарорати доимии 20 дараҷа озмоиши разряд дар батареяи литий-ионии NCM бо иқтидори номиналии 66,2 Ah·h гузаронида шуд. Батарея бо суръати 0,5С ба умқи гуногуни разряд (DOD) (10%→100%) холӣ карда шуд, ки ба Ҳолати заряди (SOC) 90%→0% мувофиқ аст. Дар ҷараёни разряд маълумотҳои шиддат, ҷараён ва иқтидор сабт карда шуданд. Пас аз 60 дақиқа истироҳат, батарея бо суръати 0,5С (CC) пур карда шуд. Вақте ки ба шиддати қатъӣ расид, режими пуркунӣ ба шиддати доимӣ (CV) гузаронида шуд. Вақте ки ҷараён камтар аз 0,05С буд, раванд қатъ карда шуд ва маълумотҳои шиддат, ҷараён ва иқтидор сабт карда шуданд. Маълумоти дахлдор дар ҷадвали 3-2 нишон дода шудааст. Дар расми 3-13 хатҳои ҷараёнҳои пуркунии батареяи литий-ионӣ дар умқи гуногуни разряд нишон дода шудаанд.
Ҷадвали 3-2 Параметрҳои санҷиши пуркунии барқ дар умқи гуногуни разряд
| SOC | ДОД | Рафъ кардан | Заряд | Баробар-Иқтидори барқгиршуда①/Вт·соат | Баробар-Иқтидори Энергияи Пардохтшуда②/Вт·соат | Вақти пуркунӣ/дақ | Вақти ҷорӣ доимӣ/дақ | Иқтидори ҷорӣи доимӣ/A·h | Иқтидори воҳиди таймери пуркунии миёна③/дақ | ||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Иқтидори /A·h | Энергия/Вт | Иқтидори /A·h | Энергия/Вт | ||||||||
| 80.00 | 20.00 | 13.35 | 54.03 | 13.48 | 55.88 | 27.94 | 27.02 | 41.13 | 33.50 | 12.32 | 3.05 |
| 70.00 | 30.00 | 20.02 | 80.16 | 19.99 | 82.08 | 27.36 | 26.72 | 59.23 | 50.83 | 18.69 | 2.96 |
| 60.00 | 40.00 | 26.69 | 105.62 | 26.61 | 108.19 | 27.05 | 26.41 | 77.72 | 68.50 | 25.19 | 2.92 |
| 50.00 | 50.00 | 33.36 | 130.42 | 33.27 | 133.61 | 26.72 | 26.08 | 96.02 | 86.67 | 31.87 | 2.89 |
| 40.00 | 60.00 | 40.04 | 154.61 | 39.95 | 158.50 | 26.42 | 25.77 | 114.18 | 104.83 | 38.55 | 2.86 |
| 30.00 | 70.00 | 46.71 | 178.38 | 46.61 | 182.97 | 26.14 | 25.48 | 132.28 | 123.00 | 45.22 | 2.84 |
| 20.00 | 80.00 | 53.38 | 201.73 | 53.26 | 207.07 | 25.88 | 25.22 | 150.40 | 141.00 | 51.84 | 2.82 |
| 10.00 | 90.00 | 60.05 | 224.45 | 59.92 | 230.62 | 25.62 | 24.94 | 168.47 | 159.17 | 58.52 | 2.81 |
① Иқтидори баробар{0}}Энергияи барқгиранда: Энергияе, ки дар як тағирёбии SOC ситонида мешавад (масалан, 10%). Масалан: агар иқтидори барқгиранда дар 90% DOD 30W·h бошад, иқтидори баробар-энергияи заряднок 30W·h аст; агар иқтидори барқгиранда дар 80% DOD 50W·h бошад, иқтидори баробар{11}}энергияи барқгиранда 25W·h аст.
② Иқтидори баробар-Энергияи холӣшуда: Энергияе, ки дар як тағирёбии SOC хориҷ мешавад (масалан, 10%).
③ Вақти миёнаи пуркунии барқ дар як иқтидори як воҳид /дақ: Вақти пуркунӣ / иқтидори пуркунӣ.
Аз ҷадвали 3-2 ва расми 3-13 хулосаҳои зерин баровардан мумкин аст:
1) Бо афзоиши умқи разряд вақти пуркунӣ зиёд мешавад, аммо вақти миёнаи пуркунӣ барои як воҳид кам мешавад, яъне афзоиши вақти пуркунӣ ба умқи разряд мутаносиб нест.
2) Бо афзоиши умқи разряд таносуби вақти пуркунии доимии ҷорӣ ба вақти умумии пуркунии барқ зиёд мешавад ва таносуби иқтидори барқкунии ҷорӣ ба иқтидори зарурии барқ меафзояд. Дар асл, ин хусусиятҳо асосан бо ду омил ба вуҷуд меоянд: якум, чуқурии амиқтари разряд барои пурра пур кардани батарея вақти зиёдтарро талаб мекунад; дуюм, умқи амиқи разряд ба диапазони пасттари шиддат мувофиқат мекунад, ки дар натиҷа дар як шароити ҷорӣ ва вақти пуркунӣ ба батарея камтар энергия ситонида мешавад.
(3) Таъсири ҳарорат ба хосиятҳои барқгиранда Батареяҳои литий- дар ҳарорати гуногуни муҳити атроф пур карда шуданд. Гирифтани батареяи 66,2 A·h NCM литий-ба сифати мисол, усули маҳдудкунии ҷараён ва шиддати доимӣ истифода шуд. Параметрҳои пуркунии барқ бо ҳадди ниҳоии ҷараёни барқ 1,3 А ва 3,3 А, тавре ки дар ҷадвали 3-3 нишон дода шудааст, сабт карда шуданд. Дар зери ҳамон ҷараёни разряд шиддати батарея якбора паст мешавад, ки дар расми 3-13 нишон дода шудааст. Аммо, азбаски шиддат нисбатан баланд боқӣ мемонад, энергияи разряд ҳанӯз баланд аст. Дар марҳилаи ибтидоии разряд энергияе, ки муқовимати дохилии батарея сарф мешавад, ҳарорати батареяро зиёд мекунад, фаъолияти маводи фаъоли батареяи литий-иониро афзоиш медиҳад ва шиддати батареяро баланд мекунад ва ҳамин тавр энергияи хориҷшавандаро зиёд мекунад. Дар марҳилаҳои миёна ва баъд аз разряд шиддати батарея кам мешавад ва энергияи дар як воҳиди вақт ҷудошуда мутаносибан кам мешавад.
Дар як ҳарорат ва бо ҳамон шиддати қатъшавии разряд, ҷараёнҳои гуногуни қатъшавии разряд боиси фарқияти иқтидор ва энергияи баровардашуда мегардад. Умуман, дар шароити муътадили њарорат, њар ќадар ќувваи љараён паст бошад, иќтидор ва энергияи ихрољшуда њамон ќадар зиёд мешавад. Тавре ки дар таҷрибаи разряди дар боло зикршуда, 0,2С нисбат ба 1С 3,2% зиёдтар иқтидор ва энергия мебарорад.
