Curvas de carga y descarga de la batería

Durante el proceso de carga y descarga de la batería, a medida que cambia la profundidad de carga y descarga, el voltaje también cambia constantemente. Si utilizamos la capacidad como coordenada horizontal y el voltaje como coordenada vertical, podemos obtener una curva de carga y descarga simple, que contiene muchas pistas sobre el rendimiento eléctrico de la batería. Estas curvas dibujadas con los parámetros de la celda de la batería, como tiempo, capacidad, SOC, voltaje, etc. involucrados en la carga y descarga como coordenadas, se denominan curvas de carga y descarga. A continuación se muestran algunas curvas de carga y descarga comunes.

Curva tiempo-corriente/tensión

● Corriente constante

Durante la carga y descarga de corriente constante, la corriente es constante y al mismo tiempo se recoge el cambio de voltaje del terminal de la batería, lo que a menudo se utiliza para detectar las características de descarga de la batería. Durante el proceso de descarga, la corriente de descarga permanece sin cambios, el voltaje de la batería disminuye y la potencia de descarga también continúa disminuyendo. La curva de muestra se muestra en la siguiente figura.

● Corriente constante y voltaje constante (carga)

En comparación con la carga de corriente constante, la carga de voltaje constante de corriente constante tiene un proceso de voltaje constante al final de la carga. Al final de la carga, el voltaje se vuelve constante cuando alcanza el valor objetivo, mientras que la corriente disminuye gradualmente. Cuando se alcanza la corriente de corte, finaliza la carga de voltaje constante de corriente constante. Dado que el voltaje de la batería fluctúa mucho después de salir del período de meseta, si se continúa con una carga de corriente constante, la batería no puede alcanzar el estado de carga completa ideal. Por lo tanto, es necesario cambiar a voltaje constante y reducir la corriente para garantizar que la batería alcance un estado de carga lo más alto posible. La curva de muestra se muestra en la siguiente figura.

● Potencia constante

Todo el proceso de carga y descarga se realiza a potencia constante. Según P=UI, el voltaje aumenta gradualmente y la corriente disminuye gradualmente durante la carga de energía constante, y el voltaje disminuye gradualmente y la corriente aumenta gradualmente durante la descarga de energía constante. Según el voltaje de corte de carga y descarga convencional de la batería LFP 3.65-2.5V, la corriente final de descarga puede alcanzar casi 1,5 veces la corriente final de carga. La curva de ejemplo se muestra en la siguiente figura.

● Continuo, intermitente, pulso

A corriente o potencia constante, la función de temporización se utiliza para lograr un control de carga y descarga continua, intermitente y por impulsos. Estos regímenes especiales de carga y descarga se utilizan a menudo para evaluar la resistencia interna de CC de la batería. La curva de muestra se muestra en la siguiente figura.

Curva capacidad-tensión

El eje horizontal de la curva capacidad-voltaje refleja la capacidad de carga y descarga de la batería, el estado de carga y otra información, mientras que el eje vertical incluye la plataforma de voltaje de la batería, el punto de inflexión, la polarización y otra información. La siguiente figura es una curva de descarga de una batería de fosfato de hierro y litio a diferentes temperaturas.

Curva de tipos

La densidad de corriente afecta la velocidad de la reacción electroquímica, cambiando así los parámetros de rendimiento de la batería. Al comparar baterías de diferentes capacidades, no se aplica la misma corriente, por lo que la tasa se utiliza para determinar la corriente relativa. Por ejemplo, {{0}}.1C es 0,3 A para una batería 18650 de 3 Ah y 28 A para una batería prismática de 280 Ah. En pocas palabras, el valor actual específico representado por la tasa es la tasa multiplicada por la capacidad de la batería.

A la hora de marcar la capacidad de una batería se debe tener en cuenta la corriente de carga y descarga, porque la capacidad será diferente a diferentes velocidades. Por ejemplo, para calibrar la capacidad de una batería a diferentes velocidades, puede configurarla para que cambie paso a paso con la velocidad del ciclo de carga y descarga, y luego dibujar una curva de velocidad con la capacidad de descarga como eje vertical y el número de cargas. y tiempos de descarga como el eje horizontal.

curva dQ/dV

El nombre de la curva dQ/dV es su variable del eje y, es decir, la tasa de cambio del volumen por intervalo unitario de voltaje. El eje horizontal de la curva dQ/dV es generalmente SOC, capacidad o voltaje, que refleja el cambio en la tasa de cambio de capacidad. El lugar donde la tasa de cambio es grande se muestra como un pico característico en la curva, que generalmente corresponde a un proceso de reacción electroquímica.

La curva dQ/dV puede indicarnos dónde está la plataforma de voltaje de la batería, cuándo ocurre la reacción electroquímica y cómo cambia el proceso de reacción con el envejecimiento de la batería y otros cambios de estado. En términos generales, las reacciones químicas son rápidas, por lo que los puntos de datos de la curva requieren mayor precisión. Por lo tanto, la curva de salida dQ/dV tiene ciertos requisitos para la recopilación de datos sin procesar; de lo contrario, es imposible hacer una curva con picos obvios. Al realizar pruebas de carga y descarga, puede configurar el intervalo de voltaje ΔV=10~50 mV para recopilar datos, o el intervalo de tiempo Δt=10-50ms, y luego filtrar los datos sin procesar con diferencias de voltaje iguales.

La siguiente figura muestra la curva dQ/dV bajo diferente número de ciclos.

Curva de ciclo

Sabemos que la vida útil de una batería se divide en vida calendario y ciclo de vida. La vida útil es el tiempo que tarda la capacidad de la batería en perderse hasta cierto punto en una ubicación natural, mientras que la vida útil es el número de veces que la batería se carga y descarga continuamente hasta que su capacidad disminuye hasta cierto punto. La vida útil del ciclo es uno de los indicadores importantes para medir el rendimiento de la vida útil de la batería.

Los datos de prueba de ciclo de las baterías de iones de litio son la acumulación de datos de carga y descarga únicas. Se pueden extraer diferentes datos de carga y descarga para crear múltiples curvas para diferentes aspectos del análisis. La curva de vida del ciclo más simple es con el número de ciclos como eje x y la capacidad de descarga o tasa de retención de capacidad como eje y, como se muestra en la siguiente figura. A medida que avanza el ciclo, la capacidad de la batería continúa disminuyendo y el sistema de carga y descarga tiene un impacto significativo en la disminución de la capacidad de la batería.

También puede comparar las curvas capacidad-voltaje de carga y descarga en diferentes momentos, como se muestra en la siguiente figura. A medida que avanza el ciclo, el voltaje inicial de carga y descarga cambia, la resistencia interna de CC de la batería cambia y la capacidad de carga y descarga disminuye gradualmente.

Además de los dos tipos anteriores, existen muchas otras curvas con el número de ciclos como eje horizontal y los parámetros afectados por la atenuación del ciclo de la batería como eje vertical, que desempeñan un papel en el análisis de los factores que afectan el ciclo de vida de la batería. célula y predecir el ciclo de vida. Como se muestra en la figura siguiente, refleja el valor teórico de la vida útil de la batería afectada por el nivel de eficiencia de culombio. CE es la eficiencia de culombio, Ck es la tasa de retención de capacidad y k es el número de ciclos.

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