1 Det grundlæggende arbejdsprincip for lithium-ion-batterier:
Lithium-ion-batterier lagrer og frigiver energi gennem bevægelsen af lithium-ioner mellem de positive og negative elektroder.
Under opladningsprocessen, tvinger en ekstern strømkilde lithium-ioner til at bevæge sig fra den positive elektrode til den negative elektrode og opbevares i det negative elektrodemateriale.
Under udskrivningsprocessen, frigives lithiumioner fra den negative elektrode og bevæger sig til den positive elektrode, hvorved der frigives energi til udstyrsbrug.
2 Spændingsvariation:
Ved begyndelsen af opladningen, på grund af tilstedeværelsen af intern modstand og polarisationseffekter i batteriet, vil spændingen være relativt lav.
Efterhånden som opladningen skrider frem, når de kemiske reaktioner inde i batteriet gradvist ligevægt, og spændingen stiger gradvist, indtil den nårladeafbrydelsesspænding.
Tager man ternære lithium-batterier som et eksempel, kan deres opladningsproces opdeles i fire trin: vedligeholdelsesopladning (lavspændings-foropladning), konstant strømopladning, konstantspændingsopladning og opladningsafslutning.
Under vedligeholdelsesopladningsfasen, hvis batterispændingen er under 3V, udføres foropladning først. På dette tidspunkt er ladestrømmen 1/10 af den indstillede strøm, og spændingen stiger langsomt. Når batterispændingen stiger over vedligeholdelsesopladningstærsklen, går den ind ikonstant strøm ladetrin. På dette tidspunkt øges ladestrømmen, og batterispændingen stiger gradvist med den konstante strømopladning. Generelt er den indstillede spænding for et enkelt batteri 3.0-4.2V. Når batterispændingen stiger til 4,2V, slutter konstantstrømopladning, og denkonstant spændingsopladningsfasebegynder. På dette tidspunkt holdes ladespændingen på 4,2V, og ladestrømmen falder gradvist. Når strømmen falder til 1/10 af den indstillede ladestrøm, afsluttes opladningen.
Under udskrivningsprocessen, er tendensen til spændingsændringer modsat den under opladningsprocessen. I begyndelsen af afladningen er spændingen relativt høj. Med forbruget af lithium-ioner og påvirkningen af batteriets indre modstand falder spændingen gradvist, indtil den nårafladningsafskæringsspænding.
Under afladning kan spændingskurven for lithium-ion-batterier opdeles i tre trin. I den indledende fase falder terminalspændingen hurtigt, og jo højere afladningshastigheden er, jo hurtigere falder spændingen. Derefter går batterispændingen ind i et langsomt skiftende trin, som kaldesplateauområdet af batteriet. Jo mindre afladningshastigheden er, jo længere varer plateauområdet, og jo højere plateauspændingen er, jo langsommere er spændingsfaldet. Til sidst, når batteriniveauet nærmer sig afladning, begynder batteriets belastningsspænding at falde kraftigt, indtil det nårafladningsafskæringsspænding.
3 årsager til spændingsudsving:
1. Batteriets indre modstand:Batteriet udviser en vis indre modstand under op- og afladning, hvilket kan føre til et fald i spændingen.
2. Polarisationseffekt:Under op- og afladningsprocessen vil batteriets positive og negative poler opleve polarisering, hvilket betyder, at ladningsfordelingen på elektrodeoverfladen er ujævn, hvilket fører til ændringer i spændingen.
3. Kemisk reaktionskinetik:Hastigheden af kemiske reaktioner inde i batteriet kan også påvirke ændringer i spænding. Jo hurtigere reaktionshastighed, jo hurtigere spændingsændring; Tværtimod, jo langsommere.
Under opladning og afladning af lithium-ion-batterier kan spændingen variere på grund af faktorer som intern modstand, polarisationseffekter og kemisk reaktionskinetik. Denne ændring er en normal del af batteridrift og en vigtig indikator for evaluering af batteriets ydeevne og sundhedsstatus.
4 Hvad er virkningen af spændingsændringer på ydeevnen af lithium-ion-batterier
1. Forholdet mellem spænding og kapacitet:
Generelt er et batteris kapacitet direkte proportional med dets spænding. Det betyder, at efterhånden som spændingen stiger, vil batteriets kapacitet også stige tilsvarende, så det kan lagre mere energi. Derfor har højspændings lithium-ion-batterier typisk en længere levetid.
2. Sammenhæng mellem spænding og afladningskurve:
Afladningskurven er kurven for spændingsvariationen af lithium-ion-batterier over tid under brug. Forskellige spændinger kan påvirke formen og hældningen af udladningskurven. Generelt set viser afladningskurven for lithiumbatterier en støt nedadgående tendens, men kurvens form og faldhastighed kan variere med forskellige spændinger. Dette er meget vigtigt for normal brug af elektroniske enheder og nøjagtig visning af batteriniveau.
3. Sammenhæng mellem spænding og lade-/afladningshastighed:
Lithium-ion-batterier med højere spænding kan oplades og aflades hurtigere. Det betyder, at hvis vi bruger højspændingslithium-batterier, kan vi fuldt oplade elektroniske enheder hurtigere og bruge dem i længere perioder. For høj spænding kan dog også forårsage batterioverophedning og beskadigelse, så der skal foretages en balance i design- og brugsprocessen.
4. Forholdet mellem spænding og sikkerhed:
Overopladning og overafladning af lithium-ion-batterier kan påvirke deres sikkerhedsydelse og endda forårsage alvorlige ulykker såsom brande. Spændingsbegrænsningen af batterier er en af de vigtige faktorer, der skal tages i betragtning, når man designer ladekontrolkredsløb for at sikre sikker brug af batterier. Når batterispændingen overstiger det normale område, kan det udløse batteriets beskyttelsesmekanisme, såsom sluk- eller kortslutningsbeskyttelse, for at forhindre batteriskader eller sikkerhedsuheld.
5. Andre effekter af spændingsændringer:
Lithium-ion-batterier, der er i lavspændingstilstand i lang tid, kan fremskynde skadelige kemiske reaktioner inde i batteriet, såsom nedbrydning af elektrolytten og frigørelse af aktive stoffer, hvilket kan føre til irreversibel nedbrydning af batterikapaciteten.
Lav spænding kan også forårsage mikroskopiske ændringer i batteriets indre struktur, såsom ujævn udvidelse og sammentrækning af elektrodematerialer, hvilket yderligere forværrer batteriets aldring og ydeevneforringelse.
Spændingsvariationen af lithium-ion-batterier har en betydelig indflydelse på deres ydeevne. Derfor, når du vælger og bruger lithium-ion-batterier, er det nødvendigt fuldt ud at overveje spændingsfaktoren og vælge den passende batteritype og specifikationer baseret på faktiske behov og anvendelsesscenarier. I mellemtiden skal man også være opmærksom på batteriets spændingsstatus under brug for at sikre dets sikkerhed og stabilitet.