चार्ज और डिस्चार्ज विशेषताएँ क्या हैं?
चार्ज औरस्राव होनाविशेषताएँ
सुरक्षा, विश्वसनीयता और चार्जिंग दक्षता सुनिश्चित करने के लिए लिथियम {{0}आयन बैटरियां आम तौर पर दो चरण वाली चार्जिंग विधि का उपयोग करती हैं। पहला चरण वोल्टेज सीमित के साथ निरंतर वोल्टेज है, और दूसरा चरण वर्तमान सीमित के साथ निरंतर वोल्टेज है। लिथियम आयन बैटरी को चार्ज करने के लिए अधिकतम वोल्टेज सीमा कैथोड सामग्री के आधार पर भिन्न होती है। लिथियम आयन बैटरी के मूल चार्ज/डिस्चार्ज वोल्टेज वक्र चित्र 3 में दिखाए गए हैं। चित्र में वक्र C/3 के चार्ज/डिस्चार्ज करंट का उपयोग करते हैं। विभिन्न लिथियम-आयन बैटरियों के लिए, मुख्य अंतर दो प्रकार के हैं:
1) पहले चरण के लिए इष्टतम निरंतर वर्तमान मान बैटरी की कैथोड सामग्री और विनिर्माण प्रक्रिया के आधार पर भिन्न होता है। आम तौर पर, 0.2C से 0.3C की वर्तमान सीमा का उपयोग किया जाता है। तीव्र बिजली खपत के मामलों में, 1C, 2C, या इससे भी अधिक दरों को नियोजित किया जा सकता है।
2) विभिन्न लिथियम आयन बैटरियां निरंतर चालू अवधि में महत्वपूर्ण अंतर प्रदर्शित करती हैं, और कुल क्षमता में निरंतर धारा द्वारा चार्ज की जा सकने वाली क्षमता का अनुपात भी काफी भिन्न होता है। व्यावहारिक इलेक्ट्रिक वाहन अनुप्रयोगों के दृष्टिकोण से, लंबी निरंतर चालू अवधि के परिणामस्वरूप कुल चार्जिंग समय कम होता है, जो अनुप्रयोगों के लिए अधिक फायदेमंद है।
लिथियम-आयन बैटरी वोल्टेज स्थिर है और डिस्चार्ज के शुरुआती और मध्य चरणों में धीरे-धीरे कम हो जाती है, लेकिन बाद के चरणों में तेजी से गिरती है, जैसा कि चित्र 3-11 के खंड डीई में दिखाया गया है। इस चरण के दौरान बैटरी को ओवर-डिस्चार्ज और अपरिवर्तनीय क्षति को रोकने के लिए प्रभावी नियंत्रण महत्वपूर्ण है।
चार्जिंग विशेषताओं को प्रभावित करने वाले कारक
(1)का प्रभावचार्जिंग करंटचार्जिंग विशेषताओं पर उदाहरण के तौर पर 242A·h की रेटेड क्षमता वाली एक निश्चित एनसीएम लिथियम आयन बैटरी लेते हुए, एसओसी=0% और 20 डिग्री के निरंतर तापमान की शर्तों के तहत, चार्जिंग के लिए अलग-अलग चार्जिंग दरों का उपयोग किया गया था। पैरामीटर परिणाम तालिका 3-1 में दिखाए गए हैं और चार्जिंग वक्र चित्र 3-12 में दिखाया गया है।
विभिन्न चार्जिंग दरों के लिए तालिका 3-1 चार्जिंग पैरामीटर
| वर्तमान/ए(दर) | CC-CV①कुल समय | लगातार वर्तमान समय/एस | कुल चार्ज क्षमता/ए·एच | कुल आवेशितऊर्जा/डब्ल्यू·एच | लगातार चालू चार्ज क्षमता/आह | लगातार वोल्टेजआवेशित ऊर्जा/W·h | 170ए·एचसमय/सेकेंड | 170ए·एचवर्तमान/ए |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 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 सीसी, लगातार चालू; सीवी, लगातार वोल्टेज।
जैसा कि तालिका 3-1 में दिखाया गया है, चार्जिंग करंट बढ़ने के साथ निरंतर करंट का समय धीरे-धीरे कम हो जाता है, और निरंतर करंट के तहत चार्ज की जा सकने वाली क्षमता और ऊर्जा भी धीरे-धीरे कम हो जाती है। 1/2 (यानी, एसओसी=50%) की चार्जिंग और डिस्चार्जिंग क्षमता को मानक के रूप में लेते हुए, चार्जिंग करंट बढ़ने के साथ आवश्यक चार्जिंग समय कम हो जाता है; 0.1C के लिए आवश्यक समय 0.5C के लिए लगभग 5 गुना है। इस स्थिति के तहत, निरंतर चार्जिंग के लिए वर्तमान अंतर छोटा है, इसलिए पिछले 30A·h के लिए चार्जिंग समय में कोई खास अंतर नहीं है। इसलिए, बैटरी के स्वीकार्य चार्जिंग करंट के भीतर, चार्जिंग करंट को बढ़ाने से, हालांकि निरंतर करंट के तहत चार्ज की जा सकने वाली क्षमता और ऊर्जा को कम करने से, समग्र चार्जिंग समय को कम करने में मदद मिलती है। व्यावहारिक बैटरी पैक अनुप्रयोगों में, लिथियम-आयन बैटरी की अधिकतम स्वीकार्य चार्जिंग धारा का उपयोग चार्जिंग के लिए किया जा सकता है, और वोल्टेज सीमा तक पहुंचने के बाद, निरंतर वोल्टेज चार्जिंग की जा सकती है। यह चार्जिंग सुरक्षा सुनिश्चित करते हुए चार्जिंग समय को कम करता है। हालाँकि, चार्जिंग करंट बढ़ने से बैटरी के आंतरिक प्रतिरोध के कारण ऊर्जा हानि में भी वृद्धि होगी। आंतरिक प्रतिरोध में खपत ऊर्जा की गणना समीकरण (3-4) के अनुसार की जाती है।
जहां ई आंतरिक प्रतिरोध द्वारा खपत की गई ऊर्जा है;
r बैटरी का आंतरिक प्रतिरोध है;
t चार्जिंग समय चर है;
I चार्जिंग करंट है;
t₁ और t₂ चार्जिंग प्रारंभ और समाप्ति समय हैं।
व्यापक परीक्षण से पता चला है कि चार्जिंग के दौरान लिथियम आयन बैटरियों का आंतरिक प्रतिरोध 0.4 mΩ के भीतर बदल जाता है। इसलिए, समीकरण (3-4) से पता चलता है कि बैटरी के आंतरिक प्रतिरोध के कारण ऊर्जा की खपत अनिवार्य रूप से चार्जिंग समय से रैखिक रूप से संबंधित है, लेकिन चतुष्कोणीय रूप से चार्जिंग करंट से संबंधित है। निरंतर धारा चार्जिंग चरण के दौरान, चार्जिंग धारा का परिमाण आंतरिक प्रतिरोध ऊर्जा खपत को प्रभावित करने वाला प्राथमिक कारक है; अधिक चार्जिंग करंट के परिणामस्वरूप अधिक ऊर्जा खपत होती है। निरंतर वोल्टेज, कम वर्तमान चरण के दौरान, चार्जिंग समय आंतरिक प्रतिरोध ऊर्जा खपत को प्रभावित करने वाला प्राथमिक कारक बन जाता है; लंबे चार्जिंग समय के परिणामस्वरूप अधिक ऊर्जा खपत होती है। संपूर्ण चार्जिंग प्रक्रिया को ध्यान में रखते हुए, चूंकि चार्जिंग करंट का आंतरिक प्रतिरोध ऊर्जा खपत के साथ द्विघात संबंध होता है और यह इसे प्रभावित करने वाला मुख्य कारक है, उच्च चार्जिंग करंट के परिणामस्वरूप अधिक आंतरिक प्रतिरोध ऊर्जा खपत होती है। व्यावहारिक बैटरी अनुप्रयोगों में, चार्जिंग समय और दक्षता दोनों पर व्यापक रूप से विचार करके एक उपयुक्त चार्जिंग करंट का चयन किया जाना चाहिए।
(2) चार्जिंग विशेषताओं पर डिस्चार्ज की गहराई का प्रभाव 20 डिग्री के निरंतर तापमान के तहत, 66.2 ए·एच की रेटेड क्षमता वाली एनसीएम लिथियम आयन बैटरी पर एक डिस्चार्ज परीक्षण आयोजित किया गया था। बैटरी को 0.5C की दर से अलग-अलग डिस्चार्ज गहराई (डीओडी) (10%→100%) पर डिस्चार्ज किया गया, जो 90%→0% की चार्ज स्थिति (एसओसी) के अनुरूप है। डिस्चार्ज प्रक्रिया के दौरान वोल्टेज, करंट और क्षमता डेटा दर्ज किया गया था। 60 मिनट तक आराम करने के बाद, बैटरी को 0.5C (CC) की दर से चार्ज किया गया। जब कटऑफ वोल्टेज पहुंच गया, तो चार्जिंग मोड को स्थिर वोल्टेज (सीवी) पर स्विच कर दिया गया। जब करंट 0.05C से कम था, तो प्रक्रिया रोक दी गई, और वोल्टेज, करंट और क्षमता डेटा रिकॉर्ड किया गया। प्रासंगिक डेटा तालिका 3-2 में दिखाया गया है। डिस्चार्ज स्थितियों की विभिन्न गहराई के तहत लिथियम-आयन बैटरी के चार्जिंग करंट वक्र चित्र 3-13 में दिखाए गए हैं।
तालिका 3-2 डिस्चार्ज की विभिन्न गहराई पर चार्जिंग परीक्षण पैरामीटर
| समाज | डीओडी | स्राव होना | शुल्क | बराबर-क्षमताआवेशित ऊर्जा①/W·h | बराबर-क्षमता विसर्जित ऊर्जा②/W·h | चार्जिंग समय/मिनट | लगातार वर्तमानसमय/मिनट | लगातार चालू चार्ज क्षमता/आह | औसत चार्जिंग टाइमपर यूनिट क्षमता③/मिनट | ||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| क्षमता/आह | ऊर्जा/डब्ल्यू·एच | क्षमता/आह | ऊर्जा/डब्ल्यू·एच | ||||||||
| 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 समान -क्षमता आवेशित ऊर्जा: समान एसओसी परिवर्तन के तहत आवेशित ऊर्जा (जैसे, 10%)। उदाहरण के लिए: यदि 90% DOD पर चार्जिंग क्षमता 30W·h है, तो समान क्षमता वाली चार्ज ऊर्जा 30W·h है; यदि 80% डीओडी पर चार्जिंग क्षमता 50W·h है, तो समान क्षमता वाली चार्ज ऊर्जा 25W·h है।
② समान -क्षमता डिस्चार्ज ऊर्जा: समान एसओसी परिवर्तन के तहत डिस्चार्ज की गई ऊर्जा (उदाहरण के लिए, 10%)।
③ औसत चार्जिंग समय प्रति यूनिट क्षमता/मिनट: चार्जिंग समय/चार्जिंग क्षमता।
तालिका 3-2 और चित्र 3-13 से निम्नलिखित निष्कर्ष निकाले जा सकते हैं:
1) डिस्चार्ज की गहराई बढ़ने के साथ, चार्जिंग समय बढ़ता है, लेकिन प्रति यूनिट क्षमता का औसत चार्जिंग समय घट जाता है, जिसका अर्थ है कि चार्जिंग समय में वृद्धि डिस्चार्ज की गहराई के समानुपाती नहीं है।
2) डिस्चार्ज की गहराई बढ़ने के साथ, कुल चार्जिंग समय में निरंतर वर्तमान चार्जिंग समय का अनुपात बढ़ता है, और आवश्यक चार्जिंग क्षमता में निरंतर वर्तमान चार्जिंग क्षमता का अनुपात बढ़ता है। वास्तव में, ये विशेषताएँ मुख्य रूप से दो कारकों के कारण होती हैं: पहला, डिस्चार्ज की अधिक गहराई के कारण बैटरी को पूरी तरह से चार्ज करने में अधिक समय लगता है; दूसरा, डिस्चार्ज की अधिक गहराई कम वोल्टेज रेंज से मेल खाती है, जिसके परिणामस्वरूप समान करंट और चार्जिंग समय स्थितियों के तहत बैटरी में कम ऊर्जा चार्ज होती है।
(3) चार्जिंग विशेषताओं पर तापमान का प्रभाव लिथियम आयन बैटरियों को विभिन्न परिवेश के तापमान के तहत चार्ज किया गया था। उदाहरण के तौर पर 66.2 ए·एच एनसीएम लिथियम आयन बैटरी लेते हुए, एक स्थिर धारा और वोल्टेज सीमित करने की विधि का उपयोग किया गया था। चार्जिंग पैरामीटर्स को चार्जिंग करंट सीमा 1.3 ए और 3.3 ए के साथ रिकॉर्ड किया गया था, जैसा कि तालिका 3-3 में दिखाया गया है। समान डिस्चार्ज करंट के तहत, बैटरी वोल्टेज में तेज गिरावट का अनुभव होगा, जैसा चित्र 3-13 में दिखाया गया है। हालाँकि, क्योंकि वोल्टेज अपेक्षाकृत अधिक रहता है, डिस्चार्ज ऊर्जा अभी भी अधिक है। डिस्चार्ज के प्रारंभिक चरण में, बैटरी के आंतरिक प्रतिरोध द्वारा खपत की गई ऊर्जा बैटरी के तापमान को बढ़ाती है, लिथियम-आयन बैटरी की सक्रिय सामग्रियों की गतिविधि को बढ़ाती है, और बैटरी वोल्टेज को बढ़ाती है, जिससे जारी होने वाली ऊर्जा में वृद्धि होती है। डिस्चार्ज के मध्य और बाद के चरणों में, बैटरी वोल्टेज कम हो जाता है, और प्रति यूनिट समय में जारी ऊर्जा तदनुसार कम हो जाती है।
एक ही तापमान पर और एक ही डिस्चार्ज समाप्ति वोल्टेज के साथ, अलग-अलग डिस्चार्ज समाप्ति धाराओं के परिणामस्वरूप जारी क्षमता और ऊर्जा में अंतर होगा। आम तौर पर, सामान्य तापमान की स्थिति में, धारा जितनी कम होगी, क्षमता और ऊर्जा उतनी ही अधिक होगी। जैसा कि ऊपर उल्लिखित डिस्चार्ज प्रयोग में है, 0.2C, 1C की तुलना में 3.2% अधिक क्षमता और ऊर्जा जारी करता है।
