Лити ион батерей нь ихэнх хүмүүсийн бодож байгаа шиг эрчим хүч "үүсгэдэггүй". Тэдний хийдэг зүйл бол урвуу цахилгаан химийн урвалаар дамжуулан цахилгаан энергийг хуримтлуулж, дараа нь гадаад хэлхээнд гүйдэл шаардагдах үед түүнийг суллах явдал юм. Энэ талаархи төөрөгдөл нь дизайны хурал дээр, ялангуяа хэн нэгэн анх удаа батерейны хэмжээг тогтоох гэж оролдох үед их гардаг.
Цутгах үед хоёр зүйл тохиолддог. Нэгдүгээрт, литийн ионууд сөрөг электрод (анод) -аас электролит ба тусгаарлагчаар дамжин эерэг электрод (катод) руу шилждэг. Хоёрдугаарт, электронууд гадаад хэлхээгээр анодоос катод руу урсаж, ашигтай ажил хийдэг. Цэнэглэх явцад та ион ба электроныг эсрэг чиглэлд хөдөлгөхөд хүргэдэг гадны хүчдэлийг хэрэглэснээр процессыг буцаана.
Эсийн үйлдвэрлэсэн хүчдэл нь таны сонгосон электродын материал болон тэдгээрийн цахилгаан химийн потенциалаас бүрэн хамаарна. Ачаалалгүй тавиур дээр сууж буй шинэ эс нь нээлттэй -хэлхээний хүчдэлийг-ихэнх лити-ионы химийн хувьд 3.6-3.7V-ийн хооронд харуулах боловч цэнэгийн төлөв болон температураас хамааран энэ тоо өөрчлөгддөг. Ачааллыг холбож, гүйдэл зурж эхэлмэгц дотоод эсэргүүцэлээс болж хүчдэл буурдаг. Хэр их унасан нь эсийн эрүүл мэндийн талаар маш их зүйлийг хэлж өгдөг.
Эсийн химийн үндэс
Бүх литийн ион эсүүд ижил үндсэн үйл ажиллагааны зарчмыг хуваалцдаг боловч химийн найрлага нь харилцан адилгүй байдаг. Катодын материал нь эсийн гүйцэтгэлийн шинж чанарыг-эрчим хүчний нягтрал, чадавхи, эргэлтийн хугацаа, дулааны тогтвортой байдал, өртөг зэргийг голчлон тодорхойлдог.
Давхаргатай оксидын катодууд нь анхны арилжааны хими байв. Sony 1991 онд тэдгээрийг LiCoO₂ (литийн кобальт исэл) -ээр танилцуулсан бөгөөд энэ нь эрчим хүчний нягтрал нь өртөг эсвэл аюулгүй байдлын хязгаараас илүү чухал байдаг өргөн хэрэглээний цахилгаан хэрэгсэлд ашиглагдаж байна. Эдгээр эсүүд эсийн түвшинд ойролцоогоор 150-200 Вт/кг багтаамжтай байдаг. Кобальт нь үнэтэй боловч химийн найрлага нь 150 хэмээс дээш тогтворгүй болдог. Хүчирхийлэлд өртсөн эсүүдэд 130 хэмээс бага температурт дулааны гүйлт эхэлснийг бид харсан.
Аюулгүй байдлыг сайжруулах, хямд өртөгтэй болгох хүсэл эрмэлзэл нь 1990-ээд оны дундуур - LiMn₂O₄ (литийн манганы исэл) үүсэхэд хүргэсэн. Манган нь шороо багатай, шпинель бүтэц нь угаасаа илүү тогтвортой байдаг. 250 хэмээс хэтрэх хүртэл эдгээр эсүүд зугтахгүй. Худалдаа? Эрчим хүчний нягтрал 100-120 Вт/кг хүртэл буурч, манган нь цаг хугацааны явцад, ялангуяа өндөр температурт электролитэд уусдаг. Хүчин чадал 80% -иас доош унахаас өмнө та мөчлөгийн амьдрал зовдог - магадгүй та 300-700 мөчлөгийг харж байна.
LiFePO₄ (литийн төмрийн фосфат) 2001 онд гарч ирсэн бөгөөд аюулгүй байдлын яриаг өөрчилсөн. Оливин бүтэц нь дулааны хувьд чулуулаг-хатуу; 270 хэмээс дээш температурт дулааны гүйдэл үүсдэггүй, тэр ч байтугай энэ нь хүчирхийлэл багатай байдаг. Циклийн ашиглалтын хугацаа гайхалтай-2, 000+ цикл 80%-ийн хүчин чадалтай стандарт бөгөөд зарим эсийг 5000 мөчлөгт туршсан. Сул тал нь хүчдэл: зөвхөн 3.2V нэрлэсэн, эрчим хүчний нягтрал нь 90-120 Вт / кг хүртэл хязгаарлагддаг. Түүнчлэн фосфатын патентын нөхцөл байдал олон жилийн турш эмх замбараагүй байсан.
NMC (литийн никель манганы кобальт исэл) ба NCA (литийн никель кобальт хөнгөн цагаан исэл) нь "тэнцвэртэй" химийн бодисууд болж гарч ирэв. Никель, марганец, кобальтыг янз бүрийн харьцаагаар-нийтлэгээр хольсноор NMC 111, 532, 622, 811 тоонууд нь харьцангуй металлын агуулгыг илэрхийлдэг-та гүйцэтгэлийг тохируулах боломжтой. Никелийн өндөр агууламж нь эрчим хүчний нягтралыг 200-250 Вт/кг хүртэл нэмэгдүүлнэ, гэхдээ дулааны тогтвортой байдал, мөчлөгийн ашиглалтын зардал. NMC 811 эсүүд нь 250 Вт.ц/кг хүчин чадалтай боловч илүү болгоомжтой дулааны удирдлага шаарддаг.
Анодын тал дээр бал чулуу нь эхний өдрөөсөө стандарт болсон. Онолын хүчин чадал нь 372 мАч/г, арилжааны эсүүд нь ихэвчлэн 340-360 мАч/г хүрдэг. Цэнэглэх явцад лити нь графины давхаргын хооронд харилцан үйлчилж, бал чулууны хэмжээг ойролцоогоор 10%-иар нэмэгдүүлдэг. Энэхүү механик стресс нь дугуй унахаас илүү хүчин чадал буурахад хувь нэмэр оруулдаг.
Цахиурын анодууд нь арван таван жилийн турш "дараагийн том зүйл" болж байна. Цахиурын онолын хүчин чадал 4200 мАч/г- бал чулуунаас арав дахин их байна. Асуудал нь цахиур литийг шингээх үед 300% тэлэх явдал юм. Энэ нь хэд хэдэн мөчлөгийн дараа анодыг задалдаг. Одоогийн арга барилууд нь тэлэлтийг удирдах боломжтой байлгахын тулд цахиурын-цахиурын агууламж нь ихэвчлэн 10%-иас бага графит хольцыг ашигладаг. Гэсэн хэдий ч эхний мөчлөгт эргэлт буцалтгүй хүчин чадлын алдагдал цахиур агуулсан анодын хувьд 15{13}}25%, цэвэр бал чулууны хувьд 5-10% байна.
Эсийн бүтэц ба формат
Цилиндр эсүүд нь "батерей" гэж бодохдоо ихэнх хүмүүсийн төсөөлдөг зүйл байж магадгүй юм. 2000-аад оны эхээр зөөврийн компьютер үйлдвэрлэгчид стандартчилсны дараа 18650 формат (18мм диаметр, 65мм урт) нь хаа сайгүй түгээмэл болсон. Тесла олон мянган ширхэгийг анхны Roadster-д ашигласан. Ердийн 18650 хүчин чадал нь хими болон эрчим хүч эсвэл эрчим хүчийг оновчтой болгох эсэхээс хамааран 2,000-3,500 мАч ажилладаг.
Tesla болон Panasonic-ийн хамтран бүтээсэн шинэ 21700 формат (21мм × 70мм) нь 4,000-5,000 мА/цаг тутамд 50% илүү эрчим хүч санал болгодог. Илүү том диаметр нь идэвхтэй материалын идэвхгүй бүрэлдэхүүн хэсгүүдийн харьцааг нэмэгдүүлж (гүйдлийн коллектор, лааз, аюулгүйн төхөөрөмж), савлагааны түвшинд эрчим хүчний нягтралыг сайжруулдаг. Үйлдвэрлэлийн шугамыг шинэчлэх шаардлагатай болсон нь үрчлүүлэхэд багагүй хугацаа шаардагддаг.
Призматик эсүүд нь автомашины үйлдвэрүүдийн орон зайг илүү сайн ашиглах хүслээс үүдэлтэй юм. Хайрцагыг цилиндрээр дүүргэж, хоосон зай үлдээхийн оронд та үр дүнтэй овоолсон тэгш өнцөгт эсүүдийг хийдэг. Автомашины{2}} зэрэглэлийн призматик эсүүд нь 20Ah-аас 100Ah-аас дээш хүчин чадалтай. Хөргөх хавтангуудыг хавтгай хажуу талд нь шууд байрлуулж болох тул сав баглаа боодлын үүднээс дулааны-удирдахад хялбар байдаг. Сул тал нь та бүх өндөгөө цөөхөн сагсанд хийнэ-хэрэв нэг том призматик эс эвдэрсэн тохиолдолд та нэг жижиг цилиндр хэлбэртэй эс эвдэрсэнээс илүү хүчин чадал алддаг.
Уутны эсүүд нь металл лаазыг бүрмөсөн устгаснаар орон зайн хэмнэлттэй санааг авч үздэг. Уг эсийг уян хөнгөн цагаан{1}}ламинат уутанд битүүмжилсэн. Энэ нь призматик лаазтай харьцуулахад жинг 10{4}}15%-иар хэмнэдэг бөгөөд формат нь маш уян хатан тул та тэдгээрийг програмын шаардлагатай хэмжээ, хэлбэрт оруулах боломжтой. EV үйлдвэрлэгчид эдгээрийг дуртай байдаг, учир нь та тэдгээрийг хөргөх хавтан дээр шууд байрлуулж болно. Сул тал нь механик шинж чанартай: дугуй унах үед электродын задралаас урьдчилан сэргийлэхийн тулд гаднаас шахалт хийх шаардлагатай бөгөөд цоорсон гэмтэлд илүү өртөмтгий байдаг.
Тусгаарлагч технологи
Тусгаарлагч нь тийм ч их анхаарал хандуулдаггүй, гэхдээ энэ нь аюулгүй байдлын хамгийн чухал бүрэлдэхүүн хэсэг юм. Энэ нь нимгэн (ихэвчлэн 16-25 μм) сүвэрхэг мембран бөгөөд анод ба катодыг шүргэхээс хамгаалж, литийн ионуудыг нэвтрүүлэх боломжийг олгодог. Эхний тусгаарлагч нь нэг давхаргат полиэтилен (PE) эсвэл полипропилен (PP) байв.
Орчин үеийн өндөр хүчин чадалтай тусгаарлагчид ихэвчлэн PP/PE/PP гурвалсан бүтцийг ашигладаг. PE давхарга нь PP (165 градус) -аас бага хайлах цэгтэй (135 градус). Хэрэв эс хэт халж эхэлбэл PE хайлж нүх сүвийг дүүргэж, температур аюултай түвшинд хүрэхээс өмнө ионы тээвэрлэлтийг зогсооно. Үүнийг дулааны унтраалт гэж нэрлэдэг бөгөөд энэ нь дулааны гүйлтийн өмнөх хамгийн сүүлийн хамгаалалтын шугам юм.
Керамик{0}}бүрсэн тусгаарлагч нь өөр аюулгүй байдлын хязгаарыг нэмдэг. Сепараторын нэг буюу хоёр талд хөнгөн цагааны исэл болон бусад керамик хэсгүүдийн нимгэн (2-4 μм) бүрээс нь полимер хайлсан ч бүтцийн бүрэн бүтэн байдлыг хадгална. Бүрхүүл нь ионы дамжуулалтыг үргэлжлүүлэх хангалттай сүвэрхэг боловч 150 хэмээс дээш температурт электродыг богино холболтоос- сэргийлдэг. Сул тал нь -керамик-бүрсэн тусгаарлагч нь стандарт тусгаарлагчийн үнээс 2-3 дахин өндөр өртөгтэй бөгөөд бага зэрэг өндөр эсэргүүцэл юм.
Сүвэрхэг чанар нь ихэвчлэн 40-50% байдаг. Хэт бага, ионы эсэргүүцэл нэмэгдэж, эрчим хүчний чадавхийг хязгаарладаг. Хэт өндөр, механик хүч нь зовдог. Нүхний хэмжээг хуваарилах нь бас чухал юм; Гурлигийн тоо (агаар нэвчих чадварыг шалгах) нь стандарт үзүүлэлт юм. Ихэнх EV ангиллын тусгаарлагчид 200-400 секунд/100 cc-ийг зорьдог.
Электролитийн найрлага ба нэмэлтүүд
Лити ион эс дэх электролит нь таны бодож байгаагаас илүү төвөгтэй байдаг. Үндсэн найрлага нь ихэвчлэн органик карбонатын холимогт ууссан эсүүдийн 95%-д- литийн давс-LiPF₆ (литийн гексафторофосфат) байдаг. Нийтлэг уусгагчид этилен карбонат (EC), диметил карбонат (DMC), диэтил карбонат (DEC), этил метил карбонат (EMC) орно.
LiPF₆ концентраци нь ихэвчлэн 1.0-1.2 М (моляр) байдаг. Илүү их концентраци нь ионы дамжуулалтыг цэг хүртэл сайжруулдаг, гэхдээ 1.3 М-ээс дээш, бага температурт давсны хур тунадас авч эхэлдэг. LiPF₆-д{5}}чийгэнд мэдрэмтгий{6}}мэдрэмтгий, 60 градусаас дээш - задарч эхэлдэг асуудал байгаа ч LiBOB эсвэл LiFSI зэрэг хувилбарууд нь өртөг болон бусад нөхцлөөс болж хараахан түүнийг орлуулж чадаагүй байна.
Карбонат уусгагчийн хольцыг хэрэглэхэд тохируулна. EC нь өндөр диэлектрик тогтмол, сайн SEI{1}}байгуулагч шинж чанартай боловч 36 градуст хөлддөг. Та үүнийг бага-температурын гүйцэтгэлийг хадгалахын тулд DMC эсвэл EMC зэрэг бага зуурамтгай чанар бүхий карбонатуудтай холих хэрэгтэй. Ердийн найрлага нь эзэлхүүнээр EC:DMC 1:1 эсвэл EC:EMC 3:7 байж болно. Тодорхой харьцаанууд нь өмчлөлийнх бөгөөд нягт нямбай хамгаалагдсан байдаг.
Нэмэлтүүд нь жинхэнэ химийн ид шид болдог газар юм. Орчин үеийн электролитууд нь SEI үүсэхийг өөрчилдөг, хэт цэнэглэхээс сэргийлдэг, хий үүсэхээс сэргийлдэг, эсвэл өндөр температурын тогтвортой байдлыг сайжруулдаг жингийн 2{2}}5%-ийн төрөл бүрийн нэмэлтүүдийг агуулдаг. Винилен карбонат (VC) 1-2% нь бал чулуун анодын SEI чанарыг сайжруулахад бараг бүх нийтийнх юм. Фторэтилен карбонат (FEC) нь цахиур агуулсан анодуудад илүү сайн ажилладаг. Эдгээр нэгдлүүд нь анхны цэнэглэх мөчлөгийн үед багасаж, анод дээр ион дамжуулагч боловч электрон тусгаарлагчтай хамгаалалтын давхарга үүсгэдэг.
Бифенил эсвэл циклогексилбензол гэх мэт хэт цэнэглэх хамгаалалтын нэмэлтүүд нь 4.5V орчимд полимержиж эхэлдэг бөгөөд энэ нь хүчдэлийг цаашид өсөхөөс сэргийлдэг дотоод шунт үүсгэдэг. Энэ нь BMS бүтэлгүйтсэн тохиолдолд зарим хамгаалалтыг өгдөг ч үүнд найдах нь дизайны хамгийн сайн туршлага биш нь ойлгомжтой.
Хатуу электролитийн интерфейс үүсэх
SEI нь литийн ион батерейны үйл ажиллагааны хамгийн бага ойлгогдсон боловч хамгийн чухал тал байж магадгүй юм. Цэнэглэх эхний хэдэн мөчлөгийн үед электролитийн бүрэлдэхүүн хэсгүүд нь анодын гадаргуутай урвалд орж, идэвхгүйжүүлэх давхарга үүсгэдэг. Энэ давхарга нь маш чухал: энэ нь ион дамжуулагч (литийн ионыг нэвтрүүлэх) боловч электрон тусгаарлагч (электролитийн цаашдын задралаас урьдчилан сэргийлэх) байх ёстой. SEI-ийн найрлага нь 10-100 нм зузаантай давхаргад холилдсон олон арван литийн давс, органик нэгдлүүд, полимерууд-боловсрох юм.
Сайн SEI үүсэх нь 500 удаа, 3000 удаа эргэдэг эсийн хоорондох ялгаа юм. Асуудал нь SEI нь статик биш юм. Энэ нь анод дахь эзэлхүүний өөрчлөлтийн үед хагарч, эвдрэлийг арилгахын тулд илүү их электролит, лити зарцуулдаг шинэ гадаргууг ил гаргадаг. Ийм учраас та эсийг зөөлөн харьцаж байсан ч дугуй унахаас илүү хүчин чадал буурдаг.
Формацийн дугуй унах нь үйлдвэрлэлийн чухал алхам юм. Анхны SEI-ийг тогтоохын тулд эсүүд хяналттай температурт нэг буюу хэд хэдэн удаашралтай цэнэгийн-цахилгааны циклд ордог. Үүсгэх протоколууд нь хувийн шинж чанартай боловч эхний{3}}цикл цэнэглэх ердийн хэмжээ нь C/20-C/10 бөгөөд процесс нь 24-48 цаг болно. Үйлдвэрлэгчид хамгийн тогтвортой SEI-ийг бий болгохын тулд формацийн хүчдэлийн хязгаар, температур, амрах хугацаа, дугуйн хэв маягийг оновчтой болгодог. Үүнийг буруу хийх нь таны амьдралын мөчлөгийн зардал юм.
Календарийн хөгшрөлт- эс зүгээр сууж байсан ч хүчин чадал алдагдах нь- гол төлөв SEI-ийн үзэгдэл юм. SEI нь задгай хэлхээнд аажмаар өссөөр, эргэлтэнд ордог лити хэрэглэдэг. Өндөр цэнэгтэй, өндөр температурт хадгалах нь үүнийг хурдасгадаг. 100% SOC, 60 градуст хадгалагдсан эс жилийн дотор 20%, 50% SOC, 25 градустай ижил эс 3% алдаж болно.
Цэнэглэх протокол ба батерейны удирдлага
Лити ион эсүүд нь зохисгүй температурт хэт цэнэглэх, хэт цэнэг-цэх, цэнэглэхэд мэдрэмтгий байдаг. Ийм учраас олон эсийн батерейны багц бүрт BMS (батерейны удирдлагын систем) шаардлагатай.
Стандарт цэнэглэх арга нь тогтмол гүйдэл/тогтмол хүчдэл (CC-CV) юм. CC үе шатанд та гүйдлийг үүрэнд тогтмол хурдаар -ихэнхдээ 0.5С-аас 1С хүртэл шахдаг ч зарим өндөр хүчин чадалтай эсүүд 3С ба түүнээс дээш-хүчтэй эсүүд тэсвэрлэх чадвартай байдаг. Эсийг цэнэглэх үед хүчдэл нэмэгддэг. Хүчдэл дээд хязгаарт хүрэхэд (ихэнх химийн бодисуудад 4.2V, LFP-д 3.65V, зарим өндөр энергитэй NMC хувилбаруудад 4.3V эсвэл 4.35V) -CV горимд шилжинэ. Эс бүрэн цэнэглэгдэх дөхөх тусам гүйдэл багасдаг бөгөөд гүйдэл нь C/20 эсвэл C/50-аас доош унах үед унтардаг.
Хурдан цэнэглэх нь илүү төвөгтэй юм. Өндөр цэнэгийн хэмжээ нь анод дээр литийн бүрэх үйл явцыг хурдасгадаг бөгөөд энэ нь аюултай-металл литий нь маш идэвхтэй бөгөөд дотоод шорт эсвэл сепараторыг нэвтлэн дендрит үүсэхэд хүргэдэг. Хурдан{3}}аюулгүй цэнэглэхийн тулд та хүчдэл, гүйдэл болон температур нь лити бүрэх эхлэх нөхцөлтэй хэрхэн харьцаж байгааг ойлгох хэрэгтэй.
Асуудал нь битүүмжилсэн үүрэнд литийн бүрээсийг шууд хэмжих боломжгүй юм. Та үүнийг бусад дохионоос дүгнэх хэрэгтэй. Нэг арга бол литийн металлын лавлагаатай харьцуулахад анодын потенциалыг хянах явдал юм. Хэрэв анодын потенциал нь Li/Li⁺-тэй харьцуулахад 0V-ээс доош байвал бүрэх үүснэ. Асуудал нь ихэнх арилжааны эсүүдэд лавлагаа электрод байдаггүй.
Хурдан цэнэглэх үед температурын өсөлт бас чухал юм. 2С-т цэнэглэж байгаа үүр нь идэвхтэй хөргөлттэй байсан ч дотоод температур нь орчны температураас 15{4}}20 градусаар өсөх болно. Хүйтэн температурт энэ нь үнэхээр тустай-хүйтэн эс (-10 хэм гэж хэлье) цахилгаан дамжуулах чадвар муутай боловч дунд зэргийн хурдаар (0.5С) цэнэглэж халааж чадвал гүйцэтгэл сайжирна. Зарим цахилгаан машинууд үүнийг зориудаар хийдэг: хүйтэн цаг агаарт жолооч хурдатгалын хувьд өндөр хүч шаардахаас өмнө зайг халаахын тулд богино хугацаанд өндөр гүйдлийн цэнэгийн импульс ажиллуулдаг.
Цуврал дахь эсүүд хэзээ ч төгс тохирохгүй тул эсийн тэнцвэрийг хангах шаардлагатай. Үйлдвэрлэлийн хүлцэл, цэнэгийн-бага хэмжээний ялгаа, багц дээрх дулааны градиентууд нь хүчдэлийн шилжилтийг үүсгэдэг. Хэрэв та цуваа утсыг тэнцвэржүүлэхгүйгээр цэнэглэвэл зарим эсүүд бусдаас өмнө хүчдэлийн дээд хязгаарт хүрдэг. Хүчтэй эсүүд нь дутуу цэнэгтэй, сул эсүүд нь хэт их цэнэглэгддэг ба гүйцэтгэл мууддаг.
Идэвхгүй тэнцвэржүүлэх нь резисторуудыг ашиглан илүү өндөр хүчдэлийн{0}} эсүүдээс энергийг гадагшлуулдаг. Энэ нь энгийн бөгөөд хямд боловч эрчим хүчийг дулаан болгон үрдэг. Идэвхтэй тэнцвэржүүлэх нь тогтмол гүйдлийн -тогтмол гүйдлийн хувиргагч эсвэл конденсаторыг ашиглан эрчим хүчийг өндөр эсээс бага эс рүү шилжүүлэх. Илүү үр дүнтэй, илүү төвөгтэй, илүү үнэтэй. 400 В-ын цахилгаан тэжээлийн багцын хувьд идэвхгүй тэнцвэржүүлэлт нь 50-100 Вт-ыг тасралтгүй зарцуулж болзошгүй бөгөөд энэ нь жолоодлогын хүчин чадалтай харьцуулахад өчүүхэн бага боловч цаг хугацаа өнгөрөх тусам нэмэгддэг.
Дулааны менежментийн анхаарах зүйлс
Лити ион эсийн дулаан үүсэх нь эргэлт буцалтгүй дулаан (дотоод эсэргүүцэлээс халах жоуль), буцах дулаан (цахилгаан химийн урвалын энтропийн өөрчлөлт) болон хажуугийн урвалын дулаанаас үүсдэг. Бага ба дунд зэргийн C-хувьд буцах дулаан давамгайлдаг. Өндөр C-хүнд эргэлт буцалтгүй дулааныг авдаг.
Урвуу дулааны нэр томъёо нь SOC-ээс хамаарч тэмдгийг өөрчилдөг тул сонирхолтой юм. Ихэнх лити-ионы химийн хувьд цэнэглэх нь бага SOC үед дулаан үүсгэдэг боловч өндөр SOC үед дулааныг шингээдэг. Цэнэглэх нь эсрэгээрээ. Кроссовер цэг нь ихэвчлэн SOC 50-60% орчим байдаг. Ийм учраас гүйдэл хангалттай бага байвал цэнэглэх эцсийн шатанд эсийн температур буурч байгааг харж болно.
Дотоод эсэргүүцэл нь температур, SOC, хөгшрөлтөөс хамаарч өөр өөр байдаг. 25 градусын температурт шинэ 18650 эс нь 40-60 миллиом тогтмол гүйдлийн эсэргүүцэлтэй байж болно. -20 хэмд 200-300 миллиом хүртэл үсрэх боломжтой. Ийм учраас хүйтэн цаг агаарт EV-ийн хүрээ эрс багасдаг. Бага температурт хими удааширч зогсохгүй дотоод эсэргүүцэл нэмэгддэг нь батерейны илүү их энергийг эсийн доторх дулаан болгон зарцуулдаг гэсэн үг юм.
Дулааны гүйлтийн босго нь химигээс хамаарна. NMC эсийн хувьд экзотермик задралын урвал 180-220 градусаас эхэлдэг. Нэгэнт эхэлснээр температур секундэд 10-50 градусаар нэмэгдэж, 800 градус ба түүнээс дээш хүрч болно. LFP илүү аюулгүй; дулааны гүйлтийн эхлэл нь 270 градус +, хүрэх хамгийн дээд температур нь бага байна.
Боодол дахь эсийн хооронд үржих нь жинхэнэ аюул юм. Хэрэв нэг эс нь дулааны урсгал руу орвол хөршүүдээ халаана. Хөрш зэргэлдээх эсүүд мөн зугтах эсэх нь хөргөх чадвар, эсийн хоорондын зай, тусгаарлагчаас хамаарна. UL 9540A тархалтын туршилт нь нэг эсийг дулааны урсгал руу шахаж, зэргэлдээх эсүүд дагаж байгаа эсэхийг хянах замаар үүнийг дуурайдаг. Сайн багцын загвар нь нэг нүд эсвэл хамгийн ихдээ жижиг модулийн эвдрэлийг агуулдаг.
Хөргөх стратеги нь өөр өөр байдаг. Агаар хөргөх нь хамгийн энгийн{1}} эсүүд эсвэл сав баглаа боодол дээр агаар үлээлгэх явдал юм. PHEV эсвэл эрчим хүч хадгалах систем зэрэг эрчим хүчний нягтрал багатай програмуудад тохиромжтой. Өндөр хүчин чадалтай цахилгаан машинуудад шингэн хөргөлт шаардлагатай-. Ихэнх загварууд нь хүйтэн хавтан эсвэл хөргөх сувгаар минутанд 10-25 литр устай 50:50 ус-гликолын хольцыг ашигладаг. Оролтын температурыг ихэвчлэн 20-35 хэм хүртэл хянадаг. Хамгийн халуун эсийн хөгшрөлтийг хурдасгахгүйн тулд батерейны температурын градиент хамгийн ихдээ 5 хэмээс бага байх ёстой.
Зарим туршилтын загварт хөргөлтийн хөргөлт, диэлектрик шингэнд дүрэх хөргөлт эсвэл фазыг солих-материалуудыг ашигладаг. Хөргөгчийг хөргөх нь илүү их дулааныг гаргаж авах боломжтой боловч илүү төвөгтэй АС системийг шаарддаг. Усанд дүрэх хөргөлт нь маш сайн дулаан дамжуулах коэффициенттэй (шингэн хөргөлтийн хувьд 500-2000 Вт/м²К, харин шингэн хөргөлтийн хувьд 50-150 Вт/м²К) боловч битүүмжлэл, шингэний нийцтэй байдал нь бэрхшээлтэй байдаг. PCM нь идэвхгүй ажилладаг боловч хуримтлагдсан дулааныг эцэст нь арилгах шаардлагатай байдаг тул хурдан цэнэглэх эсвэл хатуу хурдатгалын үед түр зуурын хөргөлтөд тусалдаг.
Гүйцэтгэлийн уналт ба бүтэлгүйтлийн горимууд
Хүчин чадал буурах ба эсэргүүцлийн өсөлт нь доройтлын хоёр үндсэн механизм юм. Эдгээр нь хэд хэдэн физик, химийн процессууд нэгэн зэрэг явагддагаас үүсдэг.
Анодын тал дээр SEI өсөлт нь мөчлөгт литий ба электролитийг зарцуулж, эсэргүүцлийг нэмэгдүүлдэг. Хэрэв эсийг бага температурт графитын гадаргуу дээр литийн ялтсууд{1}} хооронд нь хооронд нь цэнэглэж, улмаар харилцан уялдаатай байх үед графитын бүтцийг задалдаг бол графит гуужуулж болно. Энэ нь ихэвчлэн эргэлт буцалтгүй байдаг. Өндөр температурт биндэр задрах нь бөөмс хоорондын цахилгаан холбоо алдагдахад хүргэдэг.
Катодын задралд шилжилтийн металлын уусалт (ялангуяа LMO эсвэл манган{0}}НМК агуулсан манган), литийг дахин дахин оруулах/олборлолтоос үүсэх бүтцийн өөрчлөлт, никелийн өндөр-катод дахь гадаргуугийн сэргээн босголт зэрэг орно. Ууссан шилжилтийн металлууд нь анод руу шилжиж, SEI өсөлтийг хурдасгадаг тул катодын задрал нь анодын задралыг шууд бусаар хурдасгадаг.
Өндөр хүчдэл, өндөр температурт электролитийн задрал, хий үүсэх нь илүү том асуудал юм. Нийтлэг хийд CO₂, CO, карбонатын задралын янз бүрийн нүүрсустөрөгч орно. Уутны эсүүдэд уут илт хавдаж байгааг харах болно. Хатуу хайрцагтай цилиндр эсвэл призм хэлбэрийн эсүүдэд аюулгүйн нүх нээгдэх хүртэл даралт нэмэгддэг (ихэвчлэн 10-15 бар).
Литийн нөөцөө алдах нь бүдгэрэх гол механизм юм. SEI өсөх эсвэл анод дээр эргэлт буцалтгүй литийн ялтсууд үүсэх бүрт литийн тодорхой хэсгийг циклт литийн сангаас гаргаж авдаг. Эцэст нь та дуусч, хүчин чадал нь буурдаг.
Гэнэтийн доголдол нь дотоод шортоос гарч болно. Ихэнх шорт нь жижиг-төмөр жижиг хэсгүүд нь ялгагчийг цоолж, эсвэл литийн дендрит ургаж эхэлдэг. Богино нь халуун цэгийг үүсгэдэг бөгөөд энэ нь орон нутгийн доройтлыг хурдасгадаг бөгөөд энэ нь богиносголыг улам дордуулдаг бөгөөд та эерэг санал хүсэлтийг авдаг. Заримдаа богино хэсэг нь өөрөө хайлвал-эс өөрөө эдгэрдэг. Бусад тохиолдолд энэ нь дулааны гүйдэл рүү шилждэг.
Хумсны нэвтрэлтийн туршилт (цэнэглэгдсэн эсийг ган хадаасаар шахах) нь хүчирхийллийн стандарт тест юм. LFP эсүүд нь ихэвчлэн хумс руу ороход дулааны хамгаалалтанд ордоггүй. NMC эсүүд ихэвчлэн хийдэг ч илүү сайн тусгаарлагчтай, бага тодорхой энергитэй загварууд заримдаа дамждаг.
Зураг 5-д дунд зэргийн мөчлөгийн нөхцөлд (1С цэнэглэх/цэнэглэх, 25 градус, 100% DOD) хэд хэдэн химийн бодисын хүчин чадлыг хадгалах ба мөчлөгийн тоогоор харуулсан болно.
Төлбөрийн төлөв ба эрүүл мэндийн байдлын тооцоо
Лити ион эсэд хэр их энерги байгааг та шууд хэмжиж чадахгүй. Та үүнийг бусад хэмжилтээс тооцоолох хэрэгтэй: хүчдэл, гүйдэл, температур.
SOC тооцоолох хамгийн энгийн арга бол хүчдэлд тулгуурласан- юм. Хими бүр нь задгай{2}}хэлхээний хүчдэл ба SOC муруйтай байдаг. Элемент хэсэг хугацаанд амарсны дараа хүчдэлийг хэмжинэ (дотоод эсэргүүцлийн бууралтаас түр зуурын хүчдэл буурахын тулд), OCV муруйгаас хайж олоорой, та SOC-ийг мэднэ. Асуудал нь бодит хэрэглээнд эсийг амраах цаг ховор байдаг.
Кулон тоолох нь стандарт арга юм. Та цэнэгээ цаг хугацааны явцад нэгтгэж, орж гаралтыг хянах боломжтой. Хэрэв та мэдэгдэж буй SOC-ээс эхэлсэн бол шинэ SOC-ийг хүссэн үедээ тооцоолж болно. Нарийвчлал нь таны одоогийн мэдрэгч (±0.5% нь ердийн) болон жинхэнэ хүчин чадлыг мэдэхээс хамаарна. Алдаа нь цаг хугацааны явцад хуримтлагддаг тул та бүрэн цэнэглэх эсвэл цэнэглэх циклийг хийж үе үе дахин тохируулга хийх хэрэгтэй.
Загвар{0}}суурилсан аргууд нь эквивалент хэлхээний загвар эсвэл эсийн цахилгаан химийн загварыг ашигладаг. Та терминалын хүчдэл ба гүйдлийг хэмжиж, загвараараа дамжуулж, SOC зэрэг дотоод төлөвийг гаргаж авдаг. Өргөтгөсөн Калман шүүлтүүр эсвэл ижил төстэй муж улсын ажиглагчид түгээмэл байдаг. Эдгээр аргууд нь маш зөв (±2% SOC алдаа) байж болох ч сайн загвар, томоохон тооцооллын нөөц шаарддаг.
Та доройтлыг тоон үзүүлэлтээр илэрхийлэхийг оролдож байгаа тул SOH-ийн үнэлгээ нь илүү хэцүү байдаг бөгөөд энэ нь аажмаар бөгөөд аажмаар явагддаг. Хүчин чадлын бууралт ба эсэргүүцлийн өсөлт нь хоорондоо эсвэл мөчлөгийн тоотой шугаман хамааралтай байх албагүй. Хурдан{2}}цэнэглэсэн үүр нь өндөр эсэргүүцэлтэй байж болох ч зөвхөн дунд зэргийн хүчин чадал мууддаг. Өндөр SOC/температурт хадгалагдсан эсийн хүчин чадал мэдэгдэхүйц буурдаг ч харьцангуй бага эсэргүүцэлтэй өсөлттэй байж болно.
Салбарын практик нь SOH-ийг хүчин чадлаар нь тодорхойлох явдал юм: анхны хүчин чадлынхаа 80% -д байгаа үүр нь 80% SOH-тэй байдаг бөгөөд энэ нь ихэвчлэн EV хэрэглээний -ашиглалтын- төгсгөл гэж тооцогддог. Уг нүд ажиллаж байгаа ч хүрээ 20%-иар буурсан байна. Эрчим хүч хадгалах хэрэглээний хувьд эсийг 60-70% SOH хүртэл ашиглаж болно.
Зарим BMS нь хүчин чадлыг тогтмол шалгаж{0}}батарейг бага хурдаар бүрэн цэнэглэж, хэр их энерги гарч байгааг хэмждэг. Энэ нь үнэн зөв боловч интрузив (туршилтын явцад зайг ашиглах боломжгүй) бөгөөд хэдэн цаг зарцуулдаг. Бусад аргууд нь хүчдэлийн муруй, эсэргүүцлийн хэмжилт эсвэл куломын үр ашгаас шууд бусаар хүчин чадлыг тооцоолохыг оролддог.
Дотоод эсэргүүцлийг гүйдлийн импульс ба хүчдэлийн хариуг хэмжих, эсвэл янз бүрийн давтамжтай жижиг хувьсах гүйдлийн дохиог (цахилгаан химийн эсэргүүцэл спектроскопи) шахах замаар хэмжиж болно. EIS нь илүү их мэдээлэл өгдөг боловч арилжааны BMS-д ховор байдаг тусгай техник хангамж шаарддаг.
Хоёрдахь -Амьдралын хэрэглээ ба дахин боловсруулалт
Цахилгаан машины батарей ашиглалтын хугацаа дуусахад (ихэвчлэн анхны хүчин чадлын 70-80%)--хэрэгцээ багатай программуудад төгс ажиллах болно. Суурин эрчим хүчний хуримтлалд зориулж хоёр дахь ашиглалтын зайны хэрэглээ улам бүр нэмэгдэж байна.
Эдийн засаг нь төвөгтэй. Та тэтгэвэрт гарсан багцыг туршиж үзэх, дахин үйлдвэрлэх боломжтой (BMS, хөргөлтийн систем эсвэл эвдэрсэн модулиудыг солих), шинэ хэрэглээнд зориулж баталгаажуулж, баталгаа өгөх ёстой. Энэ бүхэн мөнгө шаарддаг. Хоёр дахь{3}}амьдралыг утга учиртай болгохын тулд шинэчилсэн багц нь суурин хэрэглээнд зориулагдсан шинэ багцаас хамаагүй бага үнэтэй байх шаардлагатай. Та хэний шинжилгээнд итгэж байгаагаас шалтгаалан засварын ажил шинэ багцын зардлын 40-50%-иас бага байсан ч зардал тасардаг.
Тэтгэвэрт гарсан эсүүдийг турших нь-өчүүхэн зүйл биш. Модуль нь цуваа -зэрэгцсэн хэдэн зуун нүдийг агуулж болно. Та тэдгээрийг тусад нь амархан туршиж чадахгүй. Та модулийг нэгж болгон шалгаж болно, гэхдээ нэг муу нүд өөрийгөө далдлах боломжтой. Зарим доройтлын горимыг эвдэх туршилтгүйгээр илрүүлэхэд хэцүү байдаг. Хариуцлагын асуулт бас бий: хэрэв хоёр дахь{7}}батарей шатвал хэн хариуцах вэ?
Дахин боловсруулах нь амьдралын зам--ний эцсийн төгсгөл юм. Одоогийн их хэмжээний дахин боловсруулалт нь пирометаллурги (хайлуулах) эсвэл гидрометаллурги (химийн уусгалт) ашигладаг. Пирометаллурги нь илүү энгийн боловч сонгомол чанар багатай-та цаашид боловсронгуй болгох шаардлагатай холимог металлын хайлш авах болно. Гидрометаллурги нь бие даасан металлыг илүү өндөр цэвэршилтээр гаргаж авах боломжтой боловч илүү олон алхам шаарддаг бөгөөд химийн хаягдал үүсгэдэг.
Дахин боловсруулах эдийн засаг нь металлын үнээс ихээхэн хамаардаг. Кобальт нь үнэ цэнэтэй (түүхэнд ойролцоогоор 30{2}}40 доллар/кг, үнэ нь огцом хэлбэлздэг ч) тул кобальтаар баялаг химийн бодисыг дахин боловсруулах нь эдийн засгийн хувьд ашигтай юм. Никель нь өргөн цар хүрээтэй дахин боловсруулалт хийх нь зүйтэй юм. Манган, төмөр, хөнгөн цагаан зэрэг нь бага-металлууд тул тэдгээрийг хогийн цэгээс хол байлгахын тулд дахин боловсруулах нь чухал юм. Лити нь сонирхолтой юм - энэ нь килограмм тутамд тийм ч үнэ цэнэтэй биш боловч нийлүүлэлтийн хязгаарлалт нь нөхөн сэргэлтийг татахуйц болгодог.
Шууд дахин боловсруулах{0}}батарейг задалж, катод эсвэл анод материалыг металлын давс болгон задлахгүйгээр шууд дахин ашиглах- нь судалгааны халуун чиглэл юм. Хэрэв та катодын нунтагыг ашиглах боломжтой хэлбэрээр гаргаж чадвал катодын синтезийн эрчим хүч, зардлыг хэмнэх болно. Сорилтуудын дунд идэвхтэй материалыг одоогийн цуглуулагч, холбогчоос салгах, дахин боловсруулсан материал нь янз бүрийн үйлдвэрлэгч, нас, химийн бодисуудын эсийн холимог гэдгийг шийдвэрлэх зэрэг орно.
