Starzenie się baterii litowych jest długotrwałym procesem stopniowym, a na stan baterii wpływają różne czynniki, takie jak temperatura, natężenie prądu i napięcie odcięcia. Obecnie poczyniono pewne osiągnięcia w badaniach i analizie modelowania stanu zdrowia akumulatorów. Powiązane badania obejmują mechanizm degradacji baterii i analizę czynników starzenia, zarządzanie stanem baterii, monitorowanie i szacowanie stanu baterii, przewidywanie żywotności baterii itp.
Nadal jednak brakuje stosunkowo pełnego podsumowania i przeglądu oceny stanu zdrowia akumulatorów litowych. W artykule systematycznie przedstawiono stan badań i postęp stanu zdrowia akumulatorów w pięciu aspektach: definicja, czynniki wpływające, model oceny, trudności badawcze i znaczenie badawcze stanu zdrowia akumulatorów.
1. Definicja stanu baterii
Bateria SOH charakteryzuje zdolność obecnego akumulatora do magazynowania energii elektrycznej w stosunku do nowego akumulatora i przedstawia stan akumulatora od początku jego żywotności do końca jego żywotności w formie procentowej. Istnieje wiele wskaźników wydajności akumulatorów. Istnieje wiele definicji SOH w kraju i za granicą, brakuje jednak jedności w koncepcji. Obecnie definicja SOH odzwierciedla się głównie w kilku aspektach, takich jak pojemność, energia elektryczna, rezystancja wewnętrzna, czas cykli i moc szczytowa.
1 Definicja wydajności SOH
Istnieje większość literatury dotyczącej definicji SOH na podstawie spadku pojemności akumulatora, a definicja SOH jest podana w następujący sposób: We wzorze: W klatce jest to aktualna pojemność akumulatora; W skrzyniach jest to znamionowa pojemność akumulatora.
2 Definicja energii elektrycznej SOH
Definicja SOH dla zużycia energii elektrycznej jest podobna do definicji pojemności, ponieważ pojemność znamionowa akumulatora to rzeczywista pojemność efektywna i maksymalna, a rzeczywista pojemność akumulatora różni się nieco od nominalnej pojemności znamionowej, dlatego niektóre literatury definiują SOH z punktu widzenia pojemności rozładowania akumulatora.
3 Opór wewnętrzny definiuje SOH
Wzrost rezystancji wewnętrznej akumulatora jest ważnym przejawem starzenia się akumulatora, ale jest także przyczyną dalszego starzenia się akumulatora. W wielu publikacjach do zdefiniowania SOH stosuje się opór wewnętrzny.
4 Liczba pozostałych cykli określa SOH
Oprócz stosowania wskaźników wydajności akumulatora, takich jak pojemność i rezystancja wewnętrzna, do określenia SOH, istnieją również literatury, które definiują SOH akumulatora na podstawie liczby pozostałych cykli akumulatora
Definicje SOH powyższych czterech typów akumulatorów są stosunkowo powszechne w literaturze. Definicja pojemności i energii elektrycznej jest bardzo użyteczna, ale pojemność to zewnętrzna wydajność baterii, podczas gdy funkcjonalność definicji wewnętrznego oporu i pozostałego czasu nie jest duża. Opór wewnętrzny jest powiązany z SOC i temperaturą i nie jest łatwy do zmierzenia. Liczbę pozostałych cykli i całkowitą liczbę cykli nie można łatwo zmierzyć. nie da się dokładnie przewidzieć.
2. Czynniki wpływające na stan zdrowotny baterii litowych
W ostatnich latach wiele literatury krajowej i zagranicznej badało mechanizm starzenia i prawa baterii litowych. Powszechnie uważa się, że głównymi przyczynami starzenia się akumulatorów i spadku ich pojemności są osadzanie się jonów litu, pogrubienie warstwy SEI i utrata materiałów aktywnych. Nadużywanie baterii litowych przyspiesza starzenie się baterii, a normalne ładowanie i rozładowywanie baterii również wpływa na stan baterii i przyspiesza starzenie się baterii.
1 Wpływ temperatury na SOH akumulatora
Powszechnie uważa się, że temperatura jest głównym czynnikiem wpływającym na stan akumulatora. Temperatura ma podwójny wpływ na wydajność akumulatora. Z jednej strony wysoka temperatura przyspieszy reakcję chemiczną wewnątrz akumulatora i poprawi wydajność i wydajność akumulatora. Jednocześnie wysoka temperatura przyspiesza również niektóre nieodwracalne reakcje chemiczne. Zachodzi reakcja, w wyniku której zmniejsza się ilość materiału aktywnego akumulatora, co powoduje starzenie się i spadek pojemności akumulatora. Dane eksperymentalne pokazują, że wysoka temperatura przyspieszy wzrost warstwy SEI elektrody akumulatora, a także zwiększy się trudność jonów litu w przedostawaniu się przez warstwę SEI, co jest równoznaczne ze wzrostem rezystancji wewnętrznej akumulatora.
2 Wpływ natężenia prądu ładowania i rozładowania na SOH akumulatora
Szybkość ładowania i rozładowywania ma wpływ na żywotność baterii. Akumulator Sony 18650 testowano przez 300 cykli przy trzech różnych szybkościach rozładowania. Jednocześnie szybkie rozładowanie spowoduje wygenerowanie większej ilości ciepła wewnątrz akumulatora, co przyspieszy starzenie się akumulatora. Pod mikroskopem elektronowym obserwuje się, że warstwa SEI na powierzchni elektrody akumulatora o dużej szybkości rozładowania jest grubsza niż w przypadku wyładowania o małej szybkości.
3 Wpływ głębokości rozładowania na SOH akumulatora
Głębokość ładowania i rozładowywania akumulatora ma wpływ na jego stan zdrowia i starzenie się. Uważa się, że akumulator zgromadził całkowitą energię transferu, a analizę zaniku pojemności i starzenia akumulatora przeprowadza się w oparciu o całkowitą energię transferu. Gao Fei i in. przeanalizował związek pomiędzy skumulowaną energią przeniesienia akumulatora a spadkiem pojemności akumulatora poprzez testy cykliczne różnych głębokości rozładowania akumulatorów litowych i doszedł do wniosku, że zanim pojemność akumulatora spadnie do 85%, skumulowana energia przeniesienia akumulatora wynosi podczas głębokiego ładowania i głębokiego rozładowania oraz spadku pojemności akumulatora. Dwa tryby płytkiego ładowania i płytkiego rozładowywania są w zasadzie takie same. Gdy pojemność akumulatora spada do 85% ~ 75%, skumulowana energia transferu i efektywność energetyczna akumulatora są lepsze niż w trybie płytkiego ładowania i płytkiego rozładowywania.
4 Wpływ odstępu cykli na SOH akumulatora
Odstęp między cyklami ładowania i rozładowania akumulatora będzie również miał wpływ na proces starzenia się akumulatora. Rezystancja wewnętrzna akumulatora ładującego jest różna dla różnych odstępów między cyklami. Dlatego ciepło i reakcja akumulatora podczas cyklu są nieco inne, co w dłuższej perspektywie będzie miało wpływ na zdrowie akumulatora i jego starzenie się. Dlatego niektórzy eksperci sugerują, że zakres SOC akumulatora wynosi 20% ~ 80%, co jest korzystne dla zdrowia akumulatora i jego żywotności.
5 Wpływ napięcia odcięcia ładowania i rozładowania na SOH akumulatora
Przeładowanie i nadmierne rozładowanie akumulatora będzie miało wpływ na jego stan, a niewłaściwe górne i dolne limity napięcia będą miały wpływ na akumulator. Im niższe napięcie odcięcia rozładowania, tym większa rezystancja wewnętrzna akumulatora, co powoduje wewnętrzne nagrzewanie akumulatora, zwiększone reakcje uboczne, redukcję materiałów aktywnych akumulatora i zapadanie się ujemnej warstwy grafitu, przyspieszone starzenie i spadek pojemności akumulatora bateria. Nadmierne napięcie odcięcia ładowania powoduje wzrost rezystancji wewnętrznej akumulatora, wzrost ciepła wewnętrznego akumulatora, a przeładowanie powoduje zjawisko „wytrącania się litu” elektrody ujemnej i związany z tym wzrost reakcji ubocznych, co wpływa na pojemność i starzenie się akumulatora.
Podsumowując, temperatura pracy, szybkość ładowania i rozładowania, głębokość rozładowania, odstęp między cyklami i napięcie odcięcia ładowania i rozładowania akumulatora będą miały wpływ na jego zdrowie i żywotność. Obecnie badania nad czynnikami wpływającymi na stan zdrowia akumulatorów znajdują się na etapie badań jakościowych. Ilościowa analiza tych czynników wpływających na starzenie się baterii oraz powiązanie między tymi czynnikami stanowią trudności badawcze i główny punkt badań dotyczący zdrowia i żywotności baterii w przyszłości.
