1 Osnovni princip rada litijum-jonskih baterija:
Litijum-jonske baterije pohranjuju i oslobađaju energiju kroz kretanje litijum-jona između pozitivne i negativne elektrode.
Tokom procesa punjenja, vanjski izvor napajanja tjera litijeve ione da se kreću od pozitivne elektrode do negativne elektrode i pohranjuju u materijal negativne elektrode.
Tokom procesa pražnjenja, litijevi joni se oslobađaju iz negativne elektrode i kreću do pozitivne elektrode, oslobađajući energiju za upotrebu opreme.
2 Varijacije napona:
Na početku punjenja, zbog prisustva unutrašnjeg otpora i efekata polarizacije u bateriji, napon će biti relativno nizak.
Kako punjenje napreduje, kemijske reakcije unutar baterije postupno postižu ravnotežu, a napon se postepeno povećava sve dok ne dostignenapon prekida punjenja.
Uzimajući za primjer ternarne litijumske baterije, njihov proces punjenja može se podijeliti u četiri stupnja: protočno punjenje (niskonaponsko prethodno punjenje), punjenje konstantnom strujom, punjenje konstantnim naponom i završetak punjenja.
Tokom faze punjenja, ako je napon baterije ispod 3V, prvo će se izvršiti prethodno punjenje. U ovom trenutku, struja punjenja je 1/10 podešene struje, a napon se polako povećava. Kada napon baterije poraste iznad praga punjenja, ona ulazi ufaza punjenja konstantnom strujom. U ovom trenutku, struja punjenja se povećava, a napon baterije postepeno raste s procesom punjenja konstantnom strujom. Općenito, napon postavljen za jednu bateriju je 3.0-4.2V. Kada napon baterije poraste na 4,2V, punjenje konstantnom strujom se završava ifaza punjenja konstantnog naponapočinje. U ovom trenutku, napon punjenja se održava na 4,2V, a struja punjenja se postepeno smanjuje. Kada struja padne na 1/10 postavljene struje punjenja, punjenje se završava.
Tokom procesa pražnjenja, trend promjene napona je suprotan onom tokom procesa punjenja. Na početku pražnjenja napon je relativno visok. Sa potrošnjom litijum jona i uticajem unutrašnjeg otpora baterije, napon se postepeno smanjuje dok ne dostignegranični napon pražnjenja.
Tokom pražnjenja, naponska kriva litijum-jonskih baterija se može podeliti u tri stepena. U početnoj fazi, napon na terminalu brzo opada, a što je veća brzina pražnjenja, to brže pada napon. Tada napon baterije ulazi u fazu koja se polako mijenja, koja se nazivaplato područje baterije. Što je manja brzina pražnjenja, to duže traje oblast platoa, a što je veći napon platoa, to je sporiji pad napona. Konačno, kako se nivo baterije približava pražnjenju, napon opterećenja baterije počinje naglo opadati sve dok ne dostignegranični napon pražnjenja.
3 razloga za fluktuacije napona:
1. Unutrašnji otpor baterije:Baterija pokazuje određeni unutrašnji otpor tokom punjenja i pražnjenja, što može dovesti do smanjenja napona.
2. Efekat polarizacije:Tokom procesa punjenja i pražnjenja, pozitivni i negativni pol baterije će doživjeti polarizaciju, što znači da je raspodjela naboja na površini elektrode neujednačena, što dovodi do promjene napona.
3. Kinetika hemijske reakcije:Brzina hemijskih reakcija unutar baterije takođe može uticati na promene napona. Što je brža brzina reakcije, to je brža promjena napona; Naprotiv, sporije.
Tokom procesa punjenja i pražnjenja litijum-jonskih baterija, napon može varirati zbog faktora kao što su unutrašnji otpor, efekti polarizacije i kinetika hemijske reakcije. Ova promjena je normalan dio rada baterije i važan pokazatelj za procjenu performansi baterije i zdravstvenog statusa.
4 Kakav je utjecaj promjena napona na performanse litijum-jonskih baterija
1. Odnos između napona i kapaciteta:
Uopšteno govoreći, kapacitet baterije je direktno proporcionalan njenom naponu. To znači da kako se napon povećava, kapacitet baterije će se također povećati u skladu s tim, omogućavajući joj da skladišti više energije. Stoga, visokonaponske litijum-jonske baterije obično imaju duži vijek trajanja.
2. Odnos između napona i krivulje pražnjenja:
Kriva pražnjenja je kriva varijacije napona litijum-jonskih baterija tokom vremena tokom upotrebe. Različiti naponi mogu uticati na oblik i nagib krivulje pražnjenja. Uopšteno govoreći, kriva pražnjenja litijumskih baterija pokazuje stalan opadajući trend, ali oblik i brzina opadanja krivulje mogu varirati s različitim naponima. Ovo je veoma važno za normalno korišćenje elektronskih uređaja i tačan prikaz nivoa baterije.
3. Odnos između napona i brzine punjenja/pražnjenja:
Litijum-jonske baterije većeg napona mogu se brže puniti i prazniti. To znači da ako koristimo visokonaponske litijumske baterije, možemo brže puniti elektronske uređaje i koristiti ih duže vremensko razdoblje. Međutim, prekomjerni napon također može uzrokovati pregrijavanje i oštećenje baterije, tako da je potrebno napraviti balans u procesu dizajna i korištenja.
4. Odnos između napona i sigurnosti:
Prekomjerno punjenje i prekomjerno pražnjenje litijum-jonskih baterija može utjecati na njihov sigurnosni učinak, pa čak i uzrokovati ozbiljne nesreće kao što su požari. Ograničenje napona baterija je jedan od važnih faktora koje treba uzeti u obzir pri dizajniranju kontrolnih krugova punjenja kako bi se osigurala sigurna upotreba baterija. Kada napon baterije prijeđe normalni raspon, može pokrenuti zaštitni mehanizam baterije, kao što je zaštita od isključivanja ili kratkog spoja, kako bi se spriječilo oštećenje baterije ili sigurnosne nezgode.
5. Ostali efekti promjena napona:
Litijum-jonske baterije koje su dugo vremena u niskonaponskom stanju mogu ubrzati štetne hemijske reakcije unutar baterije, kao što je raspadanje elektrolita i odvajanje aktivnih supstanci, što može dovesti do nepovratne degradacije kapaciteta baterije.
Nizak napon također može uzrokovati mikroskopske promjene u unutrašnjoj strukturi baterije, kao što su neravnomjerno širenje i kontrakcija materijala elektroda, što dodatno pogoršava starenje baterije i degradaciju performansi.
Varijacije napona litijum-jonskih baterija imaju značajan uticaj na njihove performanse. Stoga, prilikom odabira i korištenja litijum-jonskih baterija, potrebno je u potpunosti uzeti u obzir faktor napona i odabrati odgovarajući tip baterije i specifikacije na osnovu stvarnih potreba i scenarija primjene. U međuvremenu, treba obratiti pažnju i na status napona baterije tokom upotrebe kako bi se osigurala njena sigurnost i stabilnost.