Старение литиевых батарей — это длительный постепенный процесс, и на состояние батареи влияют различные факторы, такие как температура, сила тока и напряжение отключения. В настоящее время достигнуты некоторые успехи в исследованиях и моделировании анализа состояния аккумуляторов. Сопутствующие исследования включают в себя механизм деградации батареи и анализ факторов старения, управление состоянием батареи, мониторинг и оценку состояния батареи, прогнозирование срока службы батареи и т. д.
Тем не менее, по-прежнему отсутствует относительно полное резюме и обзор оценки состояния здоровья литиевых батарей. В этой статье систематически представлены состояние исследований и прогресс состояния здоровья аккумуляторов с пяти аспектов: определение, влияющие факторы, модель оценки, трудности исследования и исследовательская значимость состояния здоровья аккумуляторов.
1. Определение состояния батареи
SOH батареи характеризует способность текущей батареи хранить электрическую энергию относительно новой батареи и представляет состояние батареи от начала ее жизни до конца ее жизни в виде процентов. Существует множество показателей работоспособности аккумуляторов. В стране и за рубежом существует множество определений SOH, но единства концепции не хватает. В настоящее время определение SOH в основном отражается в нескольких аспектах, таких как мощность, электричество, внутреннее сопротивление, время цикла и пиковая мощность.
1 Определение мощности SOH
Существует большинство литературных источников, посвященных определению SOH по снижению емкости аккумулятора, и определение SOH дается следующим образом: В формуле: Caged — текущая емкость аккумулятора; Crated – номинальная емкость аккумулятора.
2 Определение электричества SOH
Определение SOH для потребления электроэнергии аналогично определению емкости, поскольку номинальная емкость батареи имеет фактическую эффективную емкость и максимальную емкость, а фактическая емкость батареи несколько отличается от номинальной номинальной емкости, поэтому в некоторых литературных источниках определяют SOH с точки зрения разрядной емкости аккумулятора.
3 Внутреннее сопротивление определяет SOH
Увеличение внутреннего сопротивления аккумулятора является важным проявлением старения аккумулятора, а также является причиной дальнейшего старения аккумулятора. Во многих источниках для определения SOH используется внутреннее сопротивление.
4 Количество оставшихся циклов определяет SOH
Помимо использования показателей производительности батареи, таких как емкость и внутреннее сопротивление, для определения SOH, существуют также литературные источники, которые определяют SOH батареи по количеству оставшихся циклов работы батареи.
Определения SOH вышеупомянутых четырех типов батарей относительно распространены в литературе. Определение емкости и электричества очень удобно, но емкость - это внешняя производительность батареи, в то время как работоспособность определения внутреннего сопротивления и оставшегося времени не является сильной. Внутреннее сопротивление зависит от SOC и температуры, и его нелегко измерить. Количество оставшихся циклов и общее количество циклов измерить непросто. невозможно точно предсказать.
2. Факторы, влияющие на состояние здоровья литиевых батарей
В последние годы во многих отечественных и зарубежных литературах изучаются механизм и закономерности старения литиевых аккумуляторов. Обычно считается, что осаждение ионов лития, утолщение пленки SEI и потеря активных материалов являются основными причинами старения аккумуляторов и снижения их емкости. Злоупотребление литиевыми батареями ускоряет их старение, а нормальная зарядка и разрядка батарей также влияет на их состояние и ускоряет их старение.
1 Влияние температуры на SOH аккумулятора
Температура обычно считается основным фактором, влияющим на здоровье аккумулятора. Температура оказывает двойное влияние на производительность аккумулятора. С одной стороны, высокая температура ускорит химическую реакцию внутри аккумулятора и повысит эффективность и производительность аккумулятора. В то же время высокая температура также ускоряет некоторые необратимые химические реакции. Происходит реакция, приводящая к уменьшению количества активного материала в аккумуляторе, что приводит к старению и снижению емкости аккумулятора. Экспериментальные данные показывают, что высокая температура ускорит рост SEI-пленки электрода батареи, а также увеличится трудность проникновения ионов лития в SEI-пленку, что эквивалентно увеличению внутреннего сопротивления батареи.
2 Влияние силы тока заряда и разряда на SOH аккумулятора
Скорость зарядки и разрядки влияет на срок службы аккумулятора. Аккумулятор Sony 18650 был протестирован в течение 300 циклов при трех различных скоростях разряда. В то же время, быстрый разряд приведет к выделению большего количества тепла внутри аккумулятора, что ускорит его старение. Под электронным микроскопом видно, что пленка SEI на поверхности электродов батареи высокоскоростного разряда толще, чем пленка низкоинтенсивного разряда.
3 Влияние глубины разряда на SOH аккумулятора
Глубина заряда и разряда аккумулятора влияет на его работоспособность и старение. Считается, что батарея накопила полную энергию передачи, и анализ снижения емкости и старения батареи выполняется на основе общей энергии передачи. Гао Фей и др. проанализировали взаимосвязь между накопленной передаваемой энергией батареи и снижением емкости батареи посредством циклических испытаний литиевых батарей с различной глубиной разряда и пришли к выводу, что до того, как емкость батареи снизится до 85%, накопленная передаваемая энергия батареи равна при глубоком заряде и глубоком разряде и снижении емкости аккумулятора. Два режима мелкой зарядки и мелкой разрядки по сути одинаковы. Когда емкость аккумулятора снижается до 85–75 %, накопленная энергия передачи и энергоэффективность аккумулятора лучше, чем в режиме поверхностной зарядки и поверхностной разрядки.
4 Влияние интервала цикла на SOH батареи
Интервал цикла зарядки-разрядки аккумулятора также влияет на процесс старения аккумулятора. Внутреннее сопротивление зарядно-разрядной батареи различно для разных интервалов цикла. Таким образом, нагрев и реакция батареи во время цикла немного отличаются, что в конечном итоге повлияет на здоровье и старение батареи. Поэтому некоторые эксперты предполагают, что диапазон SOC батареи составляет 20–80 %, что полезно для здоровья батареи и продолжительности ее цикла.
5 Влияние напряжения отсечки заряда-разряда на SOH аккумулятора
Перезарядка и чрезмерная разрядка аккумулятора повлияют на его работоспособность, а неправильные верхние и нижние пределы напряжения повлияют на аккумулятор. Чем ниже напряжение отключения разряда, тем больше внутреннее сопротивление аккумулятора, что приводит к внутреннему нагреву аккумулятора, увеличению побочных реакций, уменьшению количества активных материалов аккумулятора и разрушению отрицательного графитового листа, ускоренному старению и снижению емкости аккумулятора. аккумулятор. Чрезмерное напряжение отключения зарядки приводит к увеличению внутреннего сопротивления аккумулятора, увеличению внутреннего тепла аккумулятора, а перезаряд вызывает явление «выпадения лития» отрицательного электрода и соответствующее увеличение побочных реакций, что влияет на емкость и старение аккумулятора.
Таким образом, рабочая температура, скорость заряда-разряда, глубина разряда, интервал цикла и напряжение отключения заряда-разряда аккумулятора — все это оказывает влияние на здоровье и срок службы аккумулятора. В настоящее время исследование факторов, влияющих на состояние аккумуляторной батареи, находится на стадии качественных исследований. Количественный анализ этих факторов, влияющих на старение аккумуляторов, и взаимосвязь между этими факторами представляют собой трудности исследования и являются горячей точкой исследования здоровья и жизни аккумуляторов в будущем.
