عوامل موثر بر سلامت باتری لیتیومی

قدیمی شدن باتری های لیتیومی یک فرآیند تدریجی طولانی مدت است و سلامت باتری تحت تاثیر عوامل مختلفی مانند دما، سرعت جریان و ولتاژ قطع می باشد. در حال حاضر، دستاوردهایی در تحقیق و تحلیل مدلسازی وضعیت سلامت باتری به دست آمده است. تحقیقات مرتبط شامل مکانیسم تخریب باتری و تحلیل عامل پیری، مدیریت سلامت باتری، پایش و تخمین وضعیت باتری، پیش‌بینی عمر باتری و غیره است.

با این حال، هنوز یک خلاصه و بررسی نسبتا کامل از ارزیابی سلامت باتری لیتیومی وجود ندارد. این مقاله به طور سیستماتیک وضعیت تحقیق و پیشرفت وضعیت سلامت باتری را از پنج جنبه معرفی می‌کند: تعریف، عوامل تأثیرگذار، مدل ارزیابی، مشکلات تحقیق و اهمیت تحقیق وضعیت سلامت باتری.

1. تعریف وضعیت سلامت باتری

باتری SOH توانایی باتری فعلی برای ذخیره انرژی الکتریکی نسبت به باتری جدید را مشخص می کند و وضعیت باتری را از ابتدای عمر تا پایان عمر آن به صورت درصد نشان می دهد. شاخص های عملکرد باتری های زیادی وجود دارد. تعاریف زیادی از SOH در داخل و خارج وجود دارد، اما عدم وحدت در مفهوم وجود دارد. در حال حاضر، تعریف SOH عمدتاً در چندین جنبه مانند ظرفیت، الکتریسیته، مقاومت داخلی، زمان چرخه و اوج قدرت منعکس شده است.

1 تعریف ظرفیت SOH

بیشتر متون در مورد تعریف SOH با کاهش ظرفیت باتری وجود دارد، و تعریف SOH به شرح زیر است: در فرمول: Caged ظرفیت فعلی باتری است. Crated ظرفیت نامی باتری است.


2 تعریف برق SOH

تعریف SOH برای مصرف برق مشابه تعریف ظرفیت است، زیرا ظرفیت نامی باتری دارای ظرفیت موثر واقعی و حداکثر ظرفیت است و ظرفیت واقعی باتری تا حدودی با ظرفیت نامی اسمی متفاوت است، بنابراین برخی متون تعریف می‌کنند. SOH از منظر ظرفیت تخلیه باتری.


3 مقاومت داخلی SOH را تعریف می کند

افزایش مقاومت داخلی باتری یکی از مظاهر مهم قدیمی شدن باتری است و همچنین دلیل پیری بیشتر باتری است. بسیاری از متون از مقاومت داخلی برای تعریف SOH استفاده می کنند.


4 تعداد چرخه های باقی مانده SOH را مشخص می کند

علاوه بر استفاده از شاخص‌های عملکرد باتری مانند ظرفیت و مقاومت داخلی برای تعریف SOH، مقالاتی نیز وجود دارد که SOH باتری را با تعداد چرخه‌های باقی‌مانده باتری تعریف می‌کند.

تعاریف SOH از چهار نوع باتری بالا در ادبیات نسبتاً رایج است. تعریف ظرفیت و الکتریسیته بسیار قابل اجرا است، اما ظرفیت عملکرد خارجی باتری است، در حالی که عملکرد تعریف مقاومت داخلی و زمان های باقی مانده قوی نیست. مقاومت داخلی مربوط به SOC و دما است و اندازه گیری آن آسان نیست. اندازه گیری تعداد چرخه های باقی مانده و تعداد کل چرخه ها آسان نیست. نمی توان به طور دقیق پیش بینی کرد.

2. عوامل موثر بر وضعیت سلامت باتری های لیتیومی

در سال‌های اخیر، بسیاری از متون داخلی و خارجی مکانیسم پیری و قانون باتری‌های لیتیومی را مورد مطالعه قرار داده‌اند. به طور کلی اعتقاد بر این است که رسوب یون لیتیوم، ضخیم شدن لایه SEI و از دست دادن مواد فعال، دلایل اصلی پیری باتری و کاهش ظرفیت هستند. سوء استفاده از باتری‌های لیتیومی باعث تسریع پیری باتری می‌شود و شارژ و دشارژ معمولی باتری‌ها نیز بر سلامت باتری تأثیر می‌گذارد و پیری باتری را تسریع می‌کند.

1 تأثیر دما بر SOH باتری

به طور کلی دما به عنوان عامل اصلی موثر بر سلامت باتری در نظر گرفته می شود. دما تأثیر دوگانه ای بر عملکرد باتری دارد. از یک طرف دمای بالا باعث تسریع واکنش شیمیایی داخل باتری و بهبود کارایی و عملکرد باتری می شود. در عین حال، دمای بالا برخی از واکنش های شیمیایی غیرقابل برگشت را نیز تسریع می کند. این واکنش رخ می دهد و در نتیجه ماده فعال باتری کاهش می یابد و باعث پیری و کاهش ظرفیت باتری می شود. داده های تجربی نشان می دهد که دمای بالا رشد فیلم SEI الکترود باتری را تسریع می کند و دشواری نفوذ یون های لیتیوم به فیلم SEI افزایش می یابد که معادل افزایش مقاومت داخلی باتری است.

2 تأثیر نرخ جریان شارژ و دشارژ بر SOH باتری

میزان شارژ و دشارژ بر عمر باتری تاثیر می گذارد. باتری سونی 18650 برای 300 چرخه با سه نرخ دشارژ متفاوت آزمایش شد. در عین حال، دشارژ با سرعت بالا باعث تولید گرمای بیشتری در داخل باتری می شود که پیر شدن باتری را تسریع می کند. در زیر میکروسکوپ الکترونی مشاهده می شود که لایه SEI روی سطح الکترود باتری تخلیه با سرعت بالا ضخیم تر از تخلیه با سرعت پایین است.


3 تأثیر عمق دشارژ بر SOH باتری

عمق شارژ و دشارژ باتری در سلامت و کهنه شدن باتری تاثیر دارد. اعتقاد بر این است که باتری کل انرژی انتقال را انباشته کرده است و تجزیه و تحلیل ظرفیت و پیری باتری بر اساس کل انرژی انتقال انجام می شود. گائو فی و همکاران رابطه بین انرژی انتقال انباشته باتری و کاهش ظرفیت باتری را از طریق آزمایش های چرخه اعماق تخلیه مختلف باتری های لیتیومی تجزیه و تحلیل کرد و به این نتیجه رسید که قبل از کاهش ظرفیت باتری به 85٪، انرژی انتقال انباشته باتری برابر است. در شارژ عمیق و تخلیه عمیق و کاهش ظرفیت باتری. دو حالت شارژ کم عمق و تخلیه کم عمق اساسا یکسان هستند. هنگامی که ظرفیت باتری به 85٪ تا 75٪ کاهش می یابد، انرژی انتقال انباشته و بازده انرژی باتری بهتر از حالت شارژ کم عمق و تخلیه کم عمق است.

4 تأثیر فاصله چرخه بر SOH باتری

فاصله چرخه شارژ-تخلیه باتری نیز بر روند پیری باتری تأثیر می گذارد. مقاومت داخلی باتری شارژ-دشارژ برای فواصل چرخه های مختلف متفاوت است. بنابراین حرارت و واکنش باتری در طول چرخه کمی متفاوت است که در دراز مدت بر سلامت و پیری باتری تأثیر می گذارد. بنابراین، برخی از کارشناسان پیشنهاد می کنند که محدوده SOC باتری 20٪ تا 80٪ است که برای سلامت باتری و عمر چرخه مفید است.


5 تأثیر ولتاژ قطع شارژ-دشارژ بر SOH باتری

شارژ و دشارژ بیش از حد باتری بر سلامت باتری تأثیر می گذارد و محدودیت های ولتاژ بالا و پایین نامناسب بر باتری تأثیر می گذارد. هرچه ولتاژ قطع تخلیه کمتر باشد، مقاومت داخلی باتری بیشتر می شود و در نتیجه گرمایش داخلی باتری، افزایش واکنش های جانبی، کاهش مواد فعال باتری و فروپاشی صفحه گرافیت منفی، تسریع پیری و کاهش ظرفیت باتری افزایش می یابد. باتری ولتاژ قطع بیش از حد شارژ باعث افزایش مقاومت داخلی باتری، افزایش گرمای داخلی باتری و شارژ بیش از حد باعث ایجاد پدیده "بارش لیتیوم" الکترود منفی و افزایش مربوطه در واکنش های جانبی می شود که بر ظرفیت تاثیر می گذارد. و قدیمی شدن باتری


به طور خلاصه، دمای کار، سرعت شارژ-دشارژ، عمق تخلیه، فاصله چرخه و ولتاژ قطع شارژ-دشارژ باتری، همگی بر سلامت و عمر باتری تأثیر خواهند داشت. در حال حاضر تحقیق بر روی عوامل موثر بر وضعیت سلامت باتری در مرحله تحقیقات کیفی قرار دارد. تجزیه و تحلیل کمی از این عوامل موثر بر پیری باتری و رابطه جفت بین این عوامل از مشکلات تحقیق و کانون تحقیقاتی سلامت و عمر باتری در آینده است.