Η γήρανση των μπαταριών λιθίου είναι μια μακροπρόθεσμη σταδιακή διαδικασία και η υγεία της μπαταρίας επηρεάζεται από διάφορους παράγοντες όπως η θερμοκρασία, ο ρυθμός ρεύματος και η τάση διακοπής. Επί του παρόντος, έχουν επιτευχθεί ορισμένα επιτεύγματα στην έρευνα και την ανάλυση μοντελοποίησης της κατάστασης της υγείας της μπαταρίας. Η σχετική έρευνα περιλαμβάνει μηχανισμό υποβάθμισης της μπαταρίας και ανάλυση παραγόντων γήρανσης, διαχείριση υγείας της μπαταρίας, παρακολούθηση και εκτίμηση της κατάστασης της μπαταρίας, πρόβλεψη διάρκειας ζωής μπαταρίας κ.λπ.
Ωστόσο, εξακολουθεί να υπάρχει έλλειψη μιας σχετικά ολοκληρωμένης περίληψης και ανασκόπησης της αξιολόγησης της κατάστασης της υγείας των μπαταριών λιθίου. Αυτή η εργασία εισάγει συστηματικά την ερευνητική κατάσταση και την πρόοδο της κατάστασης υγείας της μπαταρίας από πέντε πτυχές: ορισμός, παράγοντες που επηρεάζουν, μοντέλο αξιολόγησης, ερευνητικές δυσκολίες και ερευνητική σημασία της κατάστασης υγείας της μπαταρίας.
1. Ορισμός της κατάστασης υγείας της μπαταρίας
Η μπαταρία SOH χαρακτηρίζει την ικανότητα της τρέχουσας μπαταρίας να αποθηκεύει ηλεκτρική ενέργεια σε σχέση με τη νέα μπαταρία και αντιπροσωπεύει την κατάσταση της μπαταρίας από την αρχή της ζωής της έως το τέλος της ζωής της με τη μορφή ποσοστού. Υπάρχουν πολλοί δείκτες απόδοσης των μπαταριών. Υπάρχουν πολλοί ορισμοί του SOH στο εσωτερικό και στο εξωτερικό, αλλά υπάρχει έλλειψη ενότητας στην έννοια. Επί του παρόντος, ο ορισμός του SOH αντικατοπτρίζεται κυρίως σε διάφορες πτυχές όπως η χωρητικότητα, η ηλεκτρική ενέργεια, η εσωτερική αντίσταση, οι χρόνοι κύκλου και η ισχύς αιχμής.
1 Ορισμός χωρητικότητας SOH
Υπάρχουν περισσότερες βιβλιογραφίες σχετικά με τον ορισμό του SOH από την αποσύνθεση της χωρητικότητας της μπαταρίας και ο ορισμός του SOH δίνεται ως εξής: Στον τύπο: Caged είναι η τρέχουσα χωρητικότητα της μπαταρίας. Crated είναι η ονομαστική χωρητικότητα της μπαταρίας.
2 Ορισμός ηλεκτρικής ενέργειας SOH
Ο ορισμός του SOH για την κατανάλωση ηλεκτρικής ενέργειας είναι παρόμοιος με τον ορισμό της χωρητικότητας, επειδή η ονομαστική χωρητικότητα της μπαταρίας έχει πραγματική πραγματική χωρητικότητα και μέγιστη χωρητικότητα και η πραγματική χωρητικότητα της μπαταρίας είναι κάπως διαφορετική από την ονομαστική ονομαστική χωρητικότητα, επομένως ορισμένες βιβλιογραφίες ορίζουν SOH από την άποψη της χωρητικότητας εκφόρτισης της μπαταρίας.
3 Η εσωτερική αντίσταση ορίζει το SOH
Η αύξηση της εσωτερικής αντίστασης της μπαταρίας είναι μια σημαντική εκδήλωση της γήρανσης της μπαταρίας, και είναι επίσης ο λόγος για την περαιτέρω γήρανση της μπαταρίας. Πολλές βιβλιογραφίες χρησιμοποιούν την εσωτερική αντίσταση για να ορίσουν το SOH.
4 Ο αριθμός των υπόλοιπων κύκλων ορίζει το SOH
Εκτός από τη χρήση δεικτών απόδοσης της μπαταρίας, όπως η χωρητικότητα και η εσωτερική αντίσταση για τον καθορισμό του SOH, υπάρχουν επίσης βιβλιογραφία που ορίζουν το SOH της μπαταρίας με τον αριθμό των κύκλων της μπαταρίας που απομένουν
Οι ορισμοί SOH των παραπάνω τεσσάρων τύπων μπαταριών είναι σχετικά κοινοί στη βιβλιογραφία. Ο ορισμός της χωρητικότητας και της ηλεκτρικής ενέργειας είναι εξαιρετικά λειτουργικός, αλλά η χωρητικότητα είναι η εξωτερική απόδοση της μπαταρίας, ενώ η λειτουργικότητα του ορισμού της εσωτερικής αντίστασης και των υπολειπόμενων χρόνων δεν είναι ισχυρή. Η εσωτερική αντίσταση σχετίζεται με το SOC και τη θερμοκρασία και δεν είναι εύκολο να μετρηθεί. Ο αριθμός των κύκλων που απομένουν και ο συνολικός αριθμός των κύκλων δεν είναι εύκολο να μετρηθούν. δεν μπορεί να προβλεφθεί με ακρίβεια.
2. Παράγοντες που επηρεάζουν την κατάσταση της υγείας των μπαταριών λιθίου
Τα τελευταία χρόνια, πολλές εγχώριες και ξένες βιβλιογραφίες έχουν μελετήσει τον μηχανισμό γήρανσης και το νόμο των μπαταριών λιθίου. Γενικά πιστεύεται ότι η εναπόθεση ιόντων λιθίου, η πάχυνση του φιλμ SEI και η απώλεια ενεργών υλικών είναι οι κύριοι λόγοι για τη γήρανση της μπαταρίας και τη μείωση της χωρητικότητας. Η κατάχρηση των μπαταριών λιθίου θα επιταχύνει τη γήρανση της μπαταρίας και η κανονική φόρτιση και αποφόρτιση των μπαταριών θα επηρεάσει επίσης την υγεία των μπαταριών και θα επιταχύνει τη γήρανση της μπαταρίας.
1 Επίδραση της θερμοκρασίας στο SOH της μπαταρίας
Η θερμοκρασία θεωρείται γενικά ο κύριος παράγοντας που επηρεάζει την υγεία της μπαταρίας. Η θερμοκρασία έχει διπλό αντίκτυπο στην απόδοση της μπαταρίας. Από τη μία πλευρά, η υψηλή θερμοκρασία θα επιταχύνει τη χημική αντίδραση στο εσωτερικό της μπαταρίας και θα βελτιώσει την απόδοση και την απόδοση της μπαταρίας. Ταυτόχρονα, η υψηλή θερμοκρασία θα επιταχύνει επίσης ορισμένες μη αναστρέψιμες χημικές αντιδράσεις. Η αντίδραση συμβαίνει, με αποτέλεσμα τη μείωση του ενεργού υλικού της μπαταρίας, προκαλώντας γήρανση και αποσύνθεση χωρητικότητας της μπαταρίας. Πειραματικά δεδομένα δείχνουν ότι η υψηλή θερμοκρασία θα επιταχύνει την ανάπτυξη του φιλμ SEI του ηλεκτροδίου της μπαταρίας και η δυσκολία των ιόντων λιθίου να διεισδύσουν στο φιλμ SEI θα αυξηθεί, κάτι που ισοδυναμεί με αύξηση της εσωτερικής αντίστασης της μπαταρίας.
2 Επίδραση του ρυθμού ρεύματος φόρτισης και εκφόρτισης στο SOH της μπαταρίας
Ο ρυθμός φόρτισης και εκφόρτισης θα επηρεάσει τη διάρκεια ζωής της μπαταρίας. Η μπαταρία Sony 18650 δοκιμάστηκε για 300 κύκλους σε τρεις διαφορετικούς ρυθμούς αποφόρτισης. Ταυτόχρονα, η εκφόρτιση υψηλής ταχύτητας θα δημιουργήσει περισσότερη θερμότητα στο εσωτερικό της μπαταρίας, η οποία θα επιταχύνει τη γήρανση της μπαταρίας. Παρατηρείται κάτω από το ηλεκτρονικό μικροσκόπιο ότι το φιλμ SEI στην επιφάνεια του ηλεκτροδίου της μπαταρίας εκφόρτισης υψηλής ταχύτητας είναι παχύτερο από αυτό της εκφόρτισης χαμηλής ταχύτητας.
3 Επίδραση του βάθους εκφόρτισης στο SOH της μπαταρίας
Το βάθος φόρτισης και εκφόρτισης της μπαταρίας έχει αντίκτυπο στην υγεία και τη γήρανση της μπαταρίας. Πιστεύεται ότι η μπαταρία έχει συσσωρεύσει συνολική ενέργεια μεταφοράς και η ανάλυση αποσύνθεσης χωρητικότητας και γήρανσης της μπαταρίας πραγματοποιείται με βάση τη συνολική ενέργεια μεταφοράς. Οι Gao Fei et al. ανέλυσε τη σχέση μεταξύ της συσσωρευτικής ενέργειας μεταφοράς της μπαταρίας και της αποσύνθεσης χωρητικότητας της μπαταρίας μέσω των δοκιμών κύκλου διαφορετικών βάθη εκφόρτισης των μπαταριών λιθίου και κατέληξε στο συμπέρασμα ότι πριν η χωρητικότητα της μπαταρίας μειωθεί στο 85%, η συσσωρευτική ενέργεια μεταφοράς της μπαταρίας είναι στη βαθιά φόρτιση και βαθιά εκφόρτιση και η χωρητικότητα της μπαταρίας μειώνεται. Οι δύο τρόποι ρηχής φόρτισης και ρηχής εκφόρτισης είναι βασικά οι ίδιοι. Όταν η χωρητικότητα της μπαταρίας μειώνεται στο 85%~75%, η συσσωρευμένη ενέργεια μεταφοράς και η ενεργειακή απόδοση της μπαταρίας είναι καλύτερες από τη λειτουργία ρηχής φόρτισης και ρηχής εκφόρτισης.
4 Επίδραση του διαστήματος κύκλου στο SOH της μπαταρίας
Το διάστημα κύκλου φόρτισης-εκφόρτισης της μπαταρίας θα επηρεάσει επίσης τη διαδικασία γήρανσης της μπαταρίας. Η εσωτερική αντίσταση της μπαταρίας φόρτισης-εκφόρτισης είναι διαφορετική για διαφορετικά διαστήματα κύκλων. Επομένως, η θερμότητα και η αντίδραση της μπαταρίας κατά τη διάρκεια του κύκλου είναι ελαφρώς διαφορετικές, γεγονός που θα επηρεάσει την υγεία και τη γήρανση της μπαταρίας μακροπρόθεσμα. Επομένως, ορισμένοι ειδικοί προτείνουν ότι το εύρος SOC της μπαταρίας είναι 20%~80%, το οποίο είναι ευεργετικό για την υγεία και τη διάρκεια ζωής της μπαταρίας.
5 Επίδραση της τάσης διακοπής φόρτισης-εκφόρτισης στο SOH της μπαταρίας
Η υπερφόρτιση και υπερφόρτιση της μπαταρίας θα επηρεάσει την υγεία της μπαταρίας και τα ακατάλληλα ανώτερα και κατώτερα όρια τάσης θα επηρεάσουν την μπαταρία. Όσο χαμηλότερη είναι η τάση αποκοπής εκφόρτισης, τόσο μεγαλύτερη είναι η εσωτερική αντίσταση της μπαταρίας, με αποτέλεσμα εσωτερική θέρμανση της μπαταρίας, αυξημένες πλευρικές αντιδράσεις, μείωση των ενεργών υλικών της μπαταρίας και κατάρρευση του αρνητικού φύλλου γραφίτη, επιτάχυνση της γήρανσης και αποσύνθεση της χωρητικότητας της μπαταρίας. μπαταρία. Η υπερβολική τάση διακοπής φόρτισης προκαλεί αύξηση της εσωτερικής αντίστασης της μπαταρίας, αύξηση της εσωτερικής θερμότητας της μπαταρίας και η υπερφόρτιση προκαλεί το φαινόμενο «καθίζησης λιθίου» του αρνητικού ηλεκτροδίου και την αντίστοιχη αύξηση στις πλευρικές αντιδράσεις, που επηρεάζει την χωρητικότητα και γήρανση της μπαταρίας.
Συνοπτικά, η θερμοκρασία λειτουργίας, ο ρυθμός φόρτισης-εκφόρτισης, το βάθος εκφόρτισης, το διάστημα κύκλου και η τάση διακοπής φόρτισης-εκφόρτισης της μπαταρίας θα έχουν όλα αντίκτυπο στην υγεία και τη διάρκεια ζωής της μπαταρίας. Επί του παρόντος, η έρευνα σχετικά με τους παράγοντες που επηρεάζουν την κατάσταση της υγείας της μπαταρίας βρίσκεται στο στάδιο της ποιοτικής έρευνας. Η ποσοτική ανάλυση αυτών των παραγόντων που επηρεάζουν τη γήρανση της μπαταρίας και η σχέση σύζευξης μεταξύ αυτών των παραγόντων είναι οι δυσκολίες της έρευνας και το ερευνητικό hotspot για την υγεία και τη διάρκεια ζωής της μπαταρίας στο μέλλον.
