منحنيات شحن وتفريغ البطارية

أثناء عملية الشحن والتفريغ للبطارية، مع تغير عمق الشحن والتفريغ، يتغير الجهد أيضًا باستمرار. إذا استخدمنا السعة كإحداثي أفقي والجهد كإحداثي رأسي، فيمكننا الحصول على منحنى شحن وتفريغ بسيط، والذي يحتوي على العديد من الأدلة حول الأداء الكهربائي للبطارية. يتم رسم هذه المنحنيات باستخدام معلمات خلية البطارية مثل الوقت والسعة وSOC والجهد وما إلى ذلك، والتي تشارك في الشحن والتفريغ حيث تسمى الإحداثيات منحنيات الشحن والتفريغ. فيما يلي بعض منحنيات الشحن والتفريغ الشائعة.

الوقت الحالي / منحنى الجهد

● تيار مستمر

أثناء الشحن والتفريغ المستمر للتيار، يكون التيار ثابتًا، ويتم جمع تغير جهد طرف البطارية في نفس الوقت، والذي غالبًا ما يستخدم للكشف عن خصائص تفريغ البطارية. أثناء عملية التفريغ، يظل تيار التفريغ دون تغيير، وينخفض ​​جهد البطارية، وتستمر طاقة التفريغ أيضًا في الانخفاض. يظهر منحنى العينة في الشكل أدناه.

● التيار المستمر والجهد المستمر (الشحن)

بالمقارنة مع الشحن الحالي المستمر، فإن الشحن المستمر بالجهد المستمر له عملية جهد ثابت في نهاية الشحن. وفي نهاية الشحن يصبح الجهد ثابتاً عندما يصل إلى القيمة المستهدفة، بينما يتناقص التيار تدريجياً. عندما يتم الوصول إلى تيار القطع، ينتهي شحن الجهد الثابت الحالي. نظرًا لأن جهد البطارية يتقلب بشكل كبير بعد مغادرة فترة الاستقرار، إذا استمر الشحن الحالي المستمر، فلن تتمكن البطارية من الوصول إلى حالة الشحن الكامل المثالية. لذلك، من الضروري التبديل إلى الجهد الثابت وتقليل التيار لضمان وصول البطارية إلى حالة شحن أعلى قدر الإمكان. يظهر منحنى العينة في الشكل أدناه.

● قوة ثابتة

يتم تشغيل عملية الشحن والتفريغ بأكملها بقوة ثابتة. وفقًا لـ P=UI، يزداد الجهد تدريجيًا وينخفض ​​التيار تدريجيًا أثناء الشحن المستمر للطاقة، وينخفض ​​الجهد تدريجيًا ويزيد التيار تدريجيًا أثناء التفريغ المستمر للطاقة. وفقًا لجهد قطع الشحن والتفريغ التقليدي لبطارية LFP 3.65-2.5V، يمكن أن يصل تيار نهاية التفريغ إلى ما يقرب من 1.5 مرة من تيار نهاية الشحن. يظهر منحنى المثال في الشكل أدناه.

● نبض مستمر، متقطع،

عند التيار المستمر أو الطاقة، يتم استخدام وظيفة التوقيت لتحقيق التحكم المستمر والمتقطع والنبضي في الشحن والتفريغ. غالبًا ما تُستخدم أنظمة الشحن والتفريغ الخاصة لتقييم المقاومة الداخلية للبطارية. يظهر منحنى العينة في الشكل أدناه.

منحنى القدرة والجهد

يعكس المحور الأفقي لمنحنى سعة الجهد قدرة البطارية على الشحن والتفريغ وحالة الشحن وغيرها من المعلومات، بينما يتضمن المحور الرأسي منصة جهد البطارية ونقطة الانعطاف والاستقطاب وغيرها من المعلومات. الشكل أدناه يوضح منحنى التفريغ لبطارية ليثيوم فوسفات الحديد عند درجات حرارة مختلفة.

منحنى المعدل

تؤثر كثافة التيار على معدل التفاعل الكهروكيميائي، وبالتالي تغير معايير أداء البطارية. عند مقارنة البطاريات ذات السعات المختلفة، لا ينطبق نفس التيار، لذلك يتم استخدام المعدل لتحديد التيار النسبي. على سبيل المثال، {{0}}.1C هو 0.3A لبطارية 3Ah 18650، و28A للبطارية المنشورية 280Ah. ببساطة، القيمة الحالية المحددة التي يمثلها المعدل هي المعدل مضروبًا في سعة البطارية.

عند تحديد سعة البطارية، يجب أن يؤخذ في الاعتبار تيار الشحن والتفريغ، لأن السعة ستكون مختلفة بنسب مختلفة. على سبيل المثال، لمعايرة سعة البطارية بمعدلات مختلفة، يمكنك ضبطها لتتغير خطوة بخطوة مع معدل دورة الشحن والتفريغ، ثم رسم منحنى المعدل بسعة التفريغ كمحور رأسي وعدد الشحنات وأوقات التفريغ كمحور أفقي.

منحنى dQ/dV

اسم منحنى dQ/dV هو متغير المحور y الخاص به، أي معدل تغير الحجم لكل وحدة جهد. المحور الأفقي لمنحنى dQ/dV هو بشكل عام SOC أو السعة أو الجهد، مما يعكس التغير في معدل تغير السعة. يتم عرض المكان الذي يكون فيه معدل التغير كبيرًا كقمة مميزة على المنحنى، والتي تتوافق بشكل عام مع عملية التفاعل الكهروكيميائي.

يمكن لمنحنى dQ/dV أن يخبرنا بمكان منصة جهد البطارية، ومتى يحدث التفاعل الكهروكيميائي، وكيف تتغير عملية التفاعل مع تقادم عمر البطارية والتغيرات الأخرى في الحالة. بشكل عام، تكون التفاعلات الكيميائية سريعة، لذا تتطلب نقاط البيانات الموجودة على المنحنى دقة أعلى. لذلك، فإن منحنى الإخراج dQ/dV له متطلبات معينة لجمع البيانات الأولية، وإلا فإنه من المستحيل عمل منحنى ذو قمم واضحة. عند إجراء اختبارات الشحن والتفريغ، يمكنك ضبط الفاصل الزمني للجهدΔV=10~50mV لجمع البيانات، أو الفاصل الزمنيΔt=10-50ms، ثم فحص البيانات الأولية بفروق جهد متساوية.

ويوضح الشكل التالي منحنى dQ/dV تحت عدد مختلف من الدورات.

منحنى الدورة

نحن نعلم أن عمر البطارية ينقسم إلى عمر التقويم ودورة الحياة. العمر التقويمي هو الوقت الذي يستغرقه فقدان سعة البطارية إلى حد معين في ظل الوضع الطبيعي، في حين أن عمر الدورة هو عدد المرات التي يتم فيها شحن البطارية وتفريغها بشكل مستمر حتى تتدهور قدرتها إلى حد معين. يعد عمر الدورة أحد المؤشرات المهمة لقياس أداء عمر البطارية.

بيانات اختبار دورة بطاريات الليثيوم أيون هي تراكم بيانات الشحن والتفريغ الفردية. يمكن استخراج بيانات الشحن والتفريغ المختلفة لعمل منحنيات متعددة لجوانب مختلفة من التحليل. أبسط منحنى حياة الدورة هو أن يكون عدد الدورات هو المحور السيني وسعة التفريغ أو معدل الاحتفاظ بالقدرة مثل المحور الصادي، كما هو موضح في الشكل أدناه. ومع تقدم الدورة، تستمر سعة البطارية في التضاؤل، ويكون لنظام الشحن والتفريغ تأثير كبير على تضاؤل ​​سعة البطارية.

يمكنك أيضًا مقارنة منحنيات القدرة والجهد للشحن والتفريغ في أوقات مختلفة، كما هو موضح في الشكل أدناه. مع تقدم الدورة، يتغير جهد بدء الشحن والتفريغ، وتتغير المقاومة الداخلية للتيار المستمر للبطارية، وتتضاءل قدرة الشحن والتفريغ تدريجيًا.

بالإضافة إلى النوعين السابقين، هناك العديد من المنحنيات الأخرى حيث عدد الدورات كالمحور الأفقي والمعلمات المتأثرة بتوهين دورة البطارية كالمحور العمودي، والتي تلعب دوراً في تحليل العوامل المؤثرة على عمر دورة البطارية الخلية والتنبؤ بدورة الحياة. وكما هو موضح في الشكل أدناه، فإنه يعكس القيمة النظرية لعمر دورة البطارية المتأثرة بمستوى كفاءة كولوم. CE هي كفاءة كولوم، وCk هو معدل الاحتفاظ بالقدرة، وk هو عدد الدورات.

يوفر TOB NEW ENERGY مجموعة كاملة مناختبار البطاريةلأبحاث البطاريات وتصنيعها