Curvas de carga e descarga da bateria

Durante o processo de carga e descarga da bateria, conforme a profundidade de carga e descarga muda, a tensão também muda constantemente. Se usarmos a capacidade como coordenada horizontal e a tensão como coordenada vertical, podemos obter uma curva simples de carga e descarga, que contém muitas pistas sobre o desempenho elétrico da bateria. Essas curvas desenhadas com os parâmetros da célula da bateria, como tempo, capacidade, SOC, tensão, etc. envolvidos na carga e descarga como coordenadas, são chamadas de curvas de carga e descarga. Aqui estão algumas curvas comuns de carga e descarga.

Curva tempo-corrente/tensão

● Corrente constante

Durante a carga e descarga de corrente constante, a corrente é constante e a mudança na tensão do terminal da bateria é coletada ao mesmo tempo, o que é frequentemente usado para detectar as características de descarga da bateria. Durante o processo de descarga, a corrente de descarga permanece inalterada, a tensão da bateria diminui e a potência de descarga também continua a diminuir. A curva amostral é mostrada na figura abaixo.

● Corrente constante e tensão constante (carregamento)

Comparado com o carregamento de corrente constante, o carregamento de tensão constante de corrente constante tem um processo de tensão constante no final do carregamento. No final do carregamento, a tensão torna-se constante quando atinge o valor alvo, enquanto a corrente diminui gradualmente. Quando a corrente de corte é atingida, o carregamento de tensão constante de corrente constante termina. Como a tensão da bateria flutua muito após sair do período de platô, se o carregamento com corrente constante continuar, a bateria não poderá atingir o estado ideal de carga total. Portanto, é necessário mudar para tensão constante e reduzir a corrente para garantir que a bateria atinja o máximo possível um estado de carga mais alto. A curva amostral é mostrada na figura abaixo.

● Potência constante

Todo o processo de carga e descarga é operado com potência constante. De acordo com P=UI, a tensão aumenta gradualmente e a corrente diminui gradualmente durante o carregamento de energia constante, e a tensão diminui gradualmente e a corrente aumenta gradualmente durante a descarga de energia constante. De acordo com a tensão de corte convencional de carga e descarga da bateria LFP 3,65-2,5V, a corrente final de descarga pode atingir quase 1,5 vezes a corrente final de carga. A curva de exemplo é mostrada na figura abaixo.

● Contínuo, intermitente, pulsante

Em corrente ou potência constante, a função de temporização é usada para obter controle de carga e descarga contínua, intermitente e pulsada. Esses regimes especiais de carga e descarga são frequentemente usados ​​para avaliar a resistência interna CC da bateria. A curva amostral é mostrada na figura abaixo.

Curva capacidade-tensão

The horizontal axis of the capacity-voltage curve reflects the battery's charge and discharge capacity, state of charge and other information, while the vertical axis includes the battery's voltage platform, inflection point, polarization and other information. The figure below is a discharge curve of a lithium iron phosphate battery at different temperatures.

Rate curve

The current density affects the rate of electrochemical reaction, thus changing the performance parameters of the battery. When comparing batteries of different capacities, the same current is not applicable, so the rate is used to determine the relative current. For example, 0.1C is 0.3A for a 3Ah 18650 battery, and 28A for a 280Ah prismatic battery. Simply put, the specific current value represented by the rate is the rate multiplied by the battery capacity.

When marking the capacity of a battery, the charge and discharge current must be taken into account, because the capacity will be different at different rates. For example, to calibrate the capacity of a battery at different rates, you can set it to change step by step with the charge and discharge cycle rate, and then draw a rate curve with the discharge capacity as the vertical axis and the number of charge and discharge times as the horizontal axis.

dQ/dV curve

The name of the dQ/dV curve is its y-axis variable, that is, the rate of change of the volume per unit voltage interval. The horizontal axis of the dQ/dV curve is generally SOC, capacity or voltage, which reflects the change in the rate of change of capacity. The place where the rate of change is large is displayed as a characteristic peak on the curve, which generally corresponds to an electrochemical reaction process.

The dQ/dV curve can tell us where the voltage platform of the battery is, when the electrochemical reaction occurs, and how the reaction process changes with battery aging and other changes in state. Generally speaking, chemical reactions are rapid, so the data points on the curve require higher accuracy. Therefore, the output dQ/dV curve has certain requirements for the collection of raw data, otherwise it is impossible to make a curve with obvious peaks. When doing charge and discharge tests, you can set the voltage intervalΔV=10~50mV to collect data, or the time intervalΔt=10-50ms, and then screen the raw data with equal voltage differences.

The following figure shows the dQ/dV curve under different number of cycles.

Cycle Curve

We know that the life of a battery is divided into calendar life and cycle life. Calendar life is the time it takes for the battery capacity to lose to a certain extent under natural placement, while cycle life is the number of times the battery is continuously charged and discharged until its capacity decays to a certain extent. Cycle life is one of the important indicators for measuring battery life performance.

Os dados de teste de ciclo das baterias de íons de lítio são o acúmulo de dados únicos de carga e descarga. Diferentes dados de carga e descarga individuais podem ser extraídos para criar múltiplas curvas para diferentes aspectos da análise. A curva de vida do ciclo mais simples é com o número de ciclos no eixo x e a capacidade de descarga ou taxa de retenção de capacidade no eixo y, conforme mostrado na figura abaixo. À medida que o ciclo avança, a capacidade da bateria continua a diminuir e o sistema de carga e descarga tem um impacto significativo na redução da capacidade da bateria.

Você também pode comparar as curvas de capacidade-tensão de carga e descarga em momentos diferentes, conforme mostrado na figura abaixo. À medida que o ciclo avança, a tensão inicial de carga e descarga muda, a resistência interna CC da bateria muda e a capacidade de carga e descarga diminui gradualmente.

Além dos dois tipos acima, existem muitas outras curvas com o número de ciclos como o eixo horizontal e os parâmetros afetados pela atenuação do ciclo da bateria como o eixo vertical, que desempenham um papel na análise dos fatores que afetam o ciclo de vida da bateria. célula e prevendo o ciclo de vida. Conforme mostrado na figura abaixo, reflete o valor teórico do ciclo de vida da bateria afetado pelo nível de eficiência de Coulomb. CE é a eficiência de Coulomb, Ck é a taxa de retenção de capacidade e k é o número de ciclos.

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