ආරෝපණ සහ විසර්ජන ලක්ෂණ මොනවාද?
අයකිරීම සහවිසර්ජනයලක්ෂණ
Lithium-අයන බැටරි සාමාන්යයෙන් ආරක්ෂාව, විශ්වසනීයත්වය සහ ආරෝපණ කාර්යක්ෂමතාව සහතික කිරීම සඳහා -අදියර දෙකක ආරෝපණ ක්රමයක් භාවිතා කරයි. පළමු අදියර වෝල්ටීයතා සීමා සහිත නියත ධාරාවක් වන අතර, දෙවන අදියර ධාරා සීමා සහිත නියත වෝල්ටීයතාවයකි. ලිතියම්-අයන බැටරියක් ආරෝපණය කිරීමේ උපරිම වෝල්ටීයතා සීමාව කැතෝඩ ද්රව්ය අනුව වෙනස් වේ. ලිතියම්-අයන බැටරියක මූලික ආරෝපණ/විසර්ජන වෝල්ටීයතා වක්ර රූප සටහන 3-11 හි පෙන්වා ඇත. රූපයේ ඇති වක්ර C/3 ආරෝපණ/විසර්ජන ධාරාවක් භාවිතා කරයි. විවිධ ලිතියම්-අයන බැටරි සඳහා, ප්රධාන වෙනස්කම් දෙකකි:
1) පළමු අදියර සඳහා ප්රශස්ත නියත ධාරා අගය බැටරියේ කැතෝඩ ද්රව්ය සහ නිෂ්පාදන ක්රියාවලිය අනුව වෙනස් වේ. සාමාන්යයෙන්, 0.2C සිට 0.3C දක්වා ධාරා පරාසයක් භාවිතා වේ. වේගවත් බලශක්ති පරිභෝජනයකදී, 1C, 2C හෝ ඊටත් වඩා ඉහළ අනුපාත භාවිතා කළ හැකිය.
2) විවිධ ලිතියම්-අයන බැටරි නියත ධාරා කාලසීමාවෙහි සැලකිය යුතු වෙනස්කම් පෙන්නුම් කරයි, සහ සම්පූර්ණ ධාරිතාවට නියත ධාරාවකින් ආරෝපණය කළ හැකි ධාරිතාවේ අනුපාතය ද සැලකිය යුතු ලෙස වෙනස් වේ. ප්රායෝගික විද්යුත් වාහන යෙදුම්වල දෘෂ්ටිකෝණයෙන්, දිගු නියත ධාරා කාලසීමාවක් කෙටි සම්පූර්ණ ආරෝපණ කාලයක් ඇති කරයි, එය යෙදුම් සඳහා වඩාත් ප්රයෝජනවත් වේ.
ලිතියම්-අයන බැටරි වෝල්ටීයතාව ස්ථායී වන අතර විසර්ජනයේ මුල් සහ මධ්යම අවස්ථා වලදී සෙමින් අඩු වේ, නමුත් රූප සටහන 3-11 හි DE කොටසේ පෙන්වා ඇති පරිදි පසු අවධීන්හිදී වේගයෙන් පහත වැටේ. බැටරියට අධික ලෙස විසර්ජනය වීම සහ ආපසු හැරවිය නොහැකි හානිය වැළැක්වීම සඳහා මෙම අදියරේදී ඵලදායී පාලනයක් ඉතා වැදගත් වේ.
ආරෝපණ ලක්ෂණ වලට බලපාන සාධක
(1) බලපෑමආරෝපණ ධාරාවආරෝපණ ලක්ෂණ මත SOC=0% සහ අංශක 20 ක නියත උෂ්ණත්වයේ කොන්දේසි යටතේ, උදාහරණයක් ලෙස, 242A·h ශ්රේණිගත ධාරිතාවක් සහිත නිශ්චිත NCM ලිතියම්{0}}අයන බැටරියක් ගැනීම, ආරෝපණය සඳහා විවිධ ආරෝපණ අනුපාත භාවිතා කරන ලදී. පරාමිති ප්රතිඵල 3-1 වගුවේ දක්වා ඇති අතර ආරෝපණ වක්රය රූප සටහන 3-12 හි දැක්වේ.
වගුව 3-1 විවිධ ආරෝපණ අනුපාත සඳහා ආරෝපණ පරාමිතීන්
| වත්මන්/A(අනුපාතය) | CC-CV①මුළු කාලය | ස්ථාවර වත්මන් කාලය/s | සම්පූර්ණ ආරෝපිත ධාරිතාව/A·h | සම්පූර්ණ ආරෝපිත බලශක්තිය/W·h | නියත ධාරා ආරෝපිත ධාරිතාව/A·h | නියත වෝල්ටීයතා ආරෝපිත බලශක්තිය/W·h | 170A·hTime/s | 170A·h ධාරාව/A |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 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, නියත ධාරාව; CV, නියත වෝල්ටීයතාවය.
වගුව 3-1 හි පෙන්වා ඇති පරිදි, ආරෝපණ ධාරාව වැඩි වීමත් සමඟ නියත ධාරා කාලය ක්රමයෙන් අඩු වන අතර නියත ධාරාව යටතේ ආරෝපණය කළ හැකි ධාරිතාව සහ ශක්තිය ද ක්රමයෙන් අඩු වේ. ආරෝපණ සහ විසර්ජන ධාරිතාව 1/2 (එනම්, SOC=50%) සම්මතය ලෙස ගත් විට, ආරෝපණ ධාරාව වැඩි වීමත් සමඟ අවශ්ය ආරෝපණ කාලය අඩු වේ; 0.1C සඳහා අවශ්ය කාලය 0.5C සඳහා ආසන්න වශයෙන් 5 ගුණයක් වේ. මෙම කොන්දේසිය යටතේ, අඛණ්ඩ ආරෝපණය සඳහා වත්මන් වෙනස කුඩා වේ, එබැවින් අවසාන 30A·h සඳහා ආරෝපණ කාලය සැලකිය යුතු ලෙස වෙනස් නොවේ. එබැවින්, බැටරියේ අවසර ලත් ආරෝපණ ධාරාව තුළ, ආරෝපණ ධාරාව වැඩි කිරීම, නියත ධාරාව යටතේ ආරෝපණය කළ හැකි ධාරිතාව සහ ශක්තිය අඩු වුවද, සමස්ත ආරෝපණ කාලය අඩු කිරීමට උපකාරී වේ. ප්රායෝගික බැටරි ඇසුරුම් යෙදුම් වලදී, ලිතියම්-අයන බැටරියේ උපරිම අවසර ලත් ආරෝපණ ධාරාව ආරෝපණය කිරීම සඳහා භාවිතා කළ හැකි අතර, වෝල්ටීයතා සීමාවට ළඟා වූ පසු, නියත වෝල්ටීයතා ආරෝපණය සිදු කළ හැක. මෙය ආරෝපණ ආරක්ෂාව සහතික කරන අතරම ආරෝපණ කාලය අඩු කරයි. කෙසේ වෙතත්, ආරෝපණ ධාරාව වැඩි කිරීම බැටරියේ අභ්යන්තර ප්රතිරෝධය හේතුවෙන් බලශක්ති අලාභය වැඩි කිරීමට ද හේතු වේ. අභ්යන්තර ප්රතිරෝධය තුළ පරිභෝජනය කරන ශක්තිය සමීකරණය (3-4) අනුව ගණනය කෙරේ.
E යනු අභ්යන්තර ප්රතිරෝධය මගින් පරිභෝජනය කරන ශක්තියයි;
r යනු බැටරියේ අභ්යන්තර ප්රතිරෝධය;
t යනු ආරෝපණ කාල විචල්යය;
මම ආරෝපණ ධාරාව;
t₁ සහ t₂ යනු ආරෝපණය කිරීමේ ආරම්භක සහ අවසන් වේලාවන් වේ.
ආරෝපණය කිරීමේදී ලිතියම්-අයන බැටරිවල අභ්යන්තර ප්රතිරෝධය 0.4 mΩ ඇතුළත වෙනස් වන බව විස්තීර්ණ පරීක්ෂණ මගින් පෙන්නුම් කර ඇත. එබැවින්, සමීකරණය (3-4) පෙන්නුම් කරන්නේ බැටරි අභ්යන්තර ප්රතිරෝධය හේතුවෙන් බලශක්ති පරිභෝජනය අනිවාර්යයෙන්ම ආරෝපණ කාලයට රේඛීයව සම්බන්ධ වන නමුත් ආරෝපණ ධාරාවට චතුරස්රාකාරව සම්බන්ධ වන බවයි. නියත ධාරා ආරෝපණ අදියරේදී, ආරෝපණ ධාරාවේ විශාලත්වය අභ්යන්තර ප්රතිරෝධය බලශක්ති පරිභෝජනයට බලපාන මූලික සාධකය වේ; වැඩි ආරෝපණ ධාරාවක් වැඩි බලශක්ති පරිභෝජනයක් ඇති කරයි. නියත වෝල්ටීයතාවය, අඩු ධාරා අවධියේදී, ආරෝපණ කාලය අභ්යන්තර ප්රතිරෝධක බලශක්ති පරිභෝජනයට බලපාන මූලික සාධකය බවට පත්වේ; දිගු ආරෝපණ කාලය වැඩි බලශක්ති පරිභෝජනයක් ඇති කරයි. සමස්ත ආරෝපණ ක්රියාවලිය සලකා බැලීමේදී, ආරෝපණ ධාරාව අභ්යන්තර ප්රතිරෝධක බලශක්ති පරිභෝජනය සමඟ චතුරස්ර සම්බන්ධතාවයක් ඇති බැවින් සහ එයට බලපාන ප්රධාන සාධකය වන බැවින්, ඉහළ ආරෝපණ ධාරාවක් වැඩි අභ්යන්තර ප්රතිරෝධක බලශක්ති පරිභෝජනයකට හේතු වේ. ප්රායෝගික බැටරි යෙදීම් වලදී, ආරෝපණ කාලය සහ කාර්යක්ෂමතාව යන දෙකම සවිස්තරාත්මකව සලකා බලා සුදුසු ආරෝපණ ධාරාවක් තෝරාගත යුතුය.
(2) ආරෝපණ ලක්ෂණ මත විසර්ජන ගැඹුරේ බලපෑම අංශක 20 ක නියත උෂ්ණත්වයක් යටතේ, 66.2 A·h ශ්රේණිගත ධාරිතාවක් සහිත NCM ලිතියම්{2}}අයන බැටරියක් මත විසර්ජන පරීක්ෂණයක් පවත්වන ලදී. බැටරිය 90%→0% ආරෝපණ තත්ත්වයට (SOC) අනුරූප වන විසර්ජන ගැඹුර (DOD) (10%→100%) දක්වා 0.5C අනුපාතයකින් විසර්ජනය කරන ලදී. විසර්ජන ක්රියාවලියේදී වෝල්ටීයතාව, ධාරාව සහ ධාරිතාව දත්ත සටහන් කර ඇත. මිනිත්තු 60 ක් විවේකයෙන් පසුව, බැටරිය 0.5C (CC) අනුපාතයකින් ආරෝපණය කරන ලදී. කැපුම් වෝල්ටීයතාවය ළඟා වූ විට, ආරෝපණ මාදිලිය නියත වෝල්ටීයතාවයට (CV) මාරු විය. ධාරාව 0.05C ට වඩා අඩු වූ විට, ක්රියාවලිය නතර කරන ලද අතර, වෝල්ටීයතාව, ධාරාව සහ ධාරිතාව දත්ත සටහන් කර ඇත. අදාළ දත්ත වගුව 3-2 හි පෙන්වා ඇත. විසර්ජන තත්ත්වයේ විවිධ ගැඹුර යටතේ ලිතියම්-අයන බැටරියේ ආරෝපණ ධාරා වක්ර රූප සටහන 3-13 හි පෙන්වා ඇත.
වගුව 3-2 විසර්ජන වෙනස් ගැඹුරකින් පරීක්ෂණ පරාමිතීන් ආරෝපණය කිරීම
| SOC | DOD | විසර්ජනය | අයකිරීම | සමාන-ධාරිතාව ආරෝපිත බලශක්ති①/W·h | සමාන-ධාරිතාව විසර්ජන ශක්තිය②/W·h | ආරෝපණ කාලය/මිනි | ස්ථාවර වත්මන් කාලය/මිනි | නියත ධාරා ආරෝපිත ධාරිතාව/A·h | සාමාන්ය ආරෝපණ ටයිපර් ඒකක ධාරිතාව③/මිනි | ||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| ධාරිතාව/A·h | බලශක්තිය/W·h | ධාරිතාව/A·h | බලශක්තිය/W·h | ||||||||
| 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 සමාන-ධාරිතා ආරෝපිත ශක්තිය: එකම SOC වෙනස යටතේ ආරෝපණය කරන ලද ශක්තිය (උදා, 10%). උදාහරණයක් ලෙස: 90% DOD හි ආරෝපණ ධාරිතාව 30W·h නම්, සමාන-ධාරිතාව ආරෝපිත ශක්තිය 30W·h වේ; 80% DOD හි ආරෝපණ ධාරිතාව 50W·h නම්, සමාන{11}ධාරිතාව ආරෝපිත ශක්තිය 25W·h වේ.
② සමාන-ධාරිතාව විසර්ජන ශක්තිය: එකම SOC වෙනස යටතේ මුදා හරින ලද ශක්තිය (උදා, 10%).
③ ඒකක ධාරිතාවකට සාමාන්ය ආරෝපණ කාලය / මිනිත්තු: ආරෝපණ කාලය / ආරෝපණ ධාරිතාව.
3-2 වගුවෙන් සහ 3-13 රූපයෙන්, පහත නිගමන උකහා ගත හැකිය:
1) විසර්ජන ගැඹුර වැඩි වීමත් සමඟ, ආරෝපණ කාලය වැඩි වේ, නමුත් ඒකක ධාරිතාවකට සාමාන්ය ආරෝපණ කාලය අඩු වේ, එනම් ආරෝපණ කාලය වැඩි වීම විසර්ජන ගැඹුරට සමානුපාතික නොවේ.
2) විසර්ජන ගැඹුර වැඩි වීමත් සමඟ, නියත ධාරා ආරෝපණ කාලය මුළු ආරෝපණ කාලය දක්වා අනුපාතය වැඩි වන අතර, අවශ්ය ආරෝපණ ධාරිතාවට නියත ධාරා ආරෝපණ ධාරිතාවේ අනුපාතය වැඩි වේ. යථාර්ථයේ දී, මෙම ලක්ෂණ ප්රධාන වශයෙන් සාධක දෙකකින් සිදු වේ: පළමුව, ගැඹුරු විසර්ජන ගැඹුරක් බැටරිය සම්පූර්ණයෙන්ම ආරෝපණය කිරීමට දිගු කාලයක් අවශ්ය වේ; දෙවනුව, විසර්ජනයේ ගැඹුරු ගැඹුරක් අඩු වෝල්ටීයතා පරාසයකට අනුරූප වන අතර, එම ධාරාව සහ ආරෝපණ කාල කොන්දේසි යටතේ බැටරියට අඩු ශක්තියක් ආරෝපණය වේ.
(3) ආරෝපණ ලක්ෂණ මත උෂ්ණත්වයේ බලපෑම Lithium{1}}අයන බැටරි විවිධ පරිසර උෂ්ණත්වයන් යටතේ ආරෝපණය කර ඇත. උදාහරණයක් ලෙස 66.2 A·h NCM ලිතියම්-අයන බැටරියක් ගෙන, නියත ධාරාව සහ වෝල්ටීයතා සීමා කිරීමේ ක්රමයක් භාවිතා කරන ලදී. 3-3 වගුවේ පෙන්වා ඇති පරිදි ආරෝපණ ධාරා සීමාව 1.3 A සහ 3.3 A ලෙස ආරෝපණ පරාමිතීන් වාර්තා කර ඇත. එම විසර්ජන ධාරාව යටතේ, 3-13 රූපයේ දැක්වෙන පරිදි, බැටරි වෝල්ටීයතාවය තියුණු පහත වැටීමක් අත්විඳිනු ඇත. කෙසේ වෙතත්, වෝල්ටීයතාව සාපේක්ෂව ඉහළ මට්ටමක පවතින නිසා, විසර්ජන ශක්තිය තවමත් ඉහළ මට්ටමක පවතී. විසර්ජනයේ ආරම්භක අවධියේදී, බැටරියේ අභ්යන්තර ප්රතිරෝධය මගින් පරිභෝජනය කරන ශක්තිය බැටරියේ උෂ්ණත්වය වැඩි කරයි, ලිතියම් අයන බැටරියේ ක්රියාකාරී ද්රව්යවල ක්රියාකාරිත්වය වැඩි කරයි, සහ බැටරි වෝල්ටීයතාව ඉහළ නංවයි, එමඟින් මුදා හැරිය හැකි ශක්තිය වැඩි කරයි. විසර්ජනයේ මැද සහ පසු අදියරවලදී, බැටරි වෝල්ටීයතාව අඩු වන අතර, ඒකක කාලයකට නිකුත් කරන ශක්තිය ඒ අනුව අඩු වේ.
එකම උෂ්ණත්වයේ දී සහ එකම විසර්ජන අවසන් වෝල්ටීයතාවයකින්, විවිධ විසර්ජන අවසන් ධාරා මගින් මුදා හරින ලද ධාරිතාව සහ ශක්තියේ වෙනස්කම් ඇති වේ. සාමාන්යයෙන්, සාමාන්ය උෂ්ණත්ව තත්ව යටතේ, ධාරාව අඩු වන විට, මුදා හරින ලද ධාරිතාව සහ ශක්තිය වැඩි වේ. ඉහත සඳහන් කළ විසර්ජන අත්හදා බැලීමේ දී මෙන්, 0.2C 1C ට වඩා 3.2% වැඩි ධාරිතාවක් සහ ශක්තියක් නිකුත් කරයි.
