Litowe jōnowe baterje niy "ôgōlniajōm" w spōsobie, w jaki wiynkszość ludzi ô tym myśli. Co robiōm, to przechowujōm ynergijo elektryczno bez ôdwrocalne reakcyje elektrochymiczne, a potym uwolnić je, kej ôbwōd zewnyntrzny wymogo strumyk. Zamiyszanie ô tym je barzo w trefach projektowanio, ôsobliwie kej ktoś prōbuje po piyrszy roz wielkości baterije.
Dwie rzeczy wystympujōm w czasie wypuszczynio. Po piyrsze, jōny litowe migrujōm z ujymnyj elektrody (anod) bez elektrolit i separatōr do dodatnio elektrody (katode). Po druge, elektrōny przepływajōm bez zewnyntrzny ôbwōd ôd anody do katody, wykōnujōnc przidajno robota. W czasie ładowanio ôdwrōcisz proces bez zastosowanie zewnyntrznego napiyńcio, co zmuszo jōnōw i elektrōnōw do poruszanio sie w przeciwnym kerōnku.
Napiyńcie, kere produkuje kōmōrka, zależy cołkym ôd materyji elektrod, co ôbiyrasz, jak tyż jejich ôdpednie potyncjoły elektrochymiczne. Świyżno kōmōrka siedzōnco na rygałach bez ôbciynżynio pokoże jego ôdewrzōne- tōnijsze napiyńcie-typowo kole 3,6 do 3,7V do wiynkszości jōnōw jōnowych jōnōw, chocioż ta liczba poruszo sie w zoleżności ôd stanu ładunku i tymperatury. Po łōnczyniu ôbciynżynio i zaczyńcie rysowanio strumiynia, napiyńcie spado skirz wnyntrznego ôporu. Ile, to moc śpada ci moc ô zdrowiu kōmōrki.
Fundamyntal Chymije kōmōrkowyj
wszyske kōmōrki litowe dzielōm sie tym samym bazowym prawidłym ôperacyjnym, ale chymistyki rōżniōm sie moc. Materyjo katoda w srogij miarze ôkryślo karakterystyka wydajności kōmōrki{{1} tyngość, tyngość, zdolność energetyczno, życie cyklu, stabilność termiczno i koszty.
Kodowane katody utlyniowe były piyrszōm kōmercyjnōm chymijōm. Sony wkludziōł je w 1991 roku z LiCoO (Lit lit kobaltowy), co je durch używany we elektrōnice użytkowyj, kaj tyngość ynergije je ważno wiyncyj aniżeli krańc abo marginy bezpiyczyństwa. Te kōmōrki pakujōm kole 150-200 Wh/kg na poziōmie kōmōrki. Jednak drogo Cobalta, a chymijo je niysztabilno powyżyj 150 stopni . Widzieli my, iże termiczny ôdcinek zaczynajōncy sie ôd tymperatury tak niski jak 130 stopni w znŏsiōnych kōmōrkach.
Napōmniynie do lepszego bezpiyczyństwa i niższych kosztōw dokludziyło do LiMn₄₄ (tlynek manganu litu) w połowie-1900. Mangese je brudu tōnio, a struktura spinel je z natury barzij sztabilno. Te kōmōrki niy uciekajōm, dokej zaôbycz jesz 250 stopni. Kōmpalitym? Tyn tyngość ynergije spado do 100-120 Wh/kg, a mangan rozpuszczo sie w elektrolicie w czasie, ôsobliwie przi zwiynkszōnych tymperaturach. Życiynie krōnżka ciyrpi - patrzysz na 300-700 cyklōw, podwiela pojymność spado pōniżyj 80%.
LiFePO− (fosforan żelaza lit) pokozoł sie kole 2001 r. i zmiyniōł godka ô bezpiyczyństwie. Struktura ôliwiny je skołowōm{{2} stron termicznie termicznie; termiczny ôdcinek niy wystympuje dopiyro powyżyj 270 stopni , a nawet tedy je mynij agresywny. Życiynie zaczyńcio je wyjōntkowy-2,000+ cykle do 80% pojymności je sztandardowe, a niykere kōmōrki były testowane po 5 000 cyklach. Wadōm je napiyńcie: ino 3,2V nōminalny, a tyngość ynergije je ôgraniczōno do 90-120 Wh/kg. Tyż sytuacyjo fosforanowo była niechrōnno bez lata.
NMC (lit nikel manganu kobaltu) i NCA (tlynek aluminium kobaltowego nickelu) ukozoł sie za "balansowane" chimisty. Bez miynszanie niklu, manganu i kobaltu w roztōmajtych proporcyjach sōm NMC 111, 532, 622 i 811, kaj liczba skazujōm na zglyndno zawartość metalōw-you może sztalować wydajność. Srogszo zawartość niklōw wyciōngo tyngość ynergije w strōna 200-250 Wh/kg, ale kosztym stabilności termicznyj i życio cyklu. Kōmōrki NMC 811 mogōm trafić 250 Wh/kg, ale potrzebujōm moc barzij ôstrōżnego zarzōndzanio termicznym.
Po strōnie node, grafit je sztandardym ôd piyrszego dnia. Zdolność theoretyczno to 372 mAh/g, a kōmercyjne kōmōrki zaôbycz ôsiōngajōm 340-360 mAh/g. Lit interkaluje miyndzy worsztwami grafynu w czasie ładowanio, rozszyrzajōnc ôbjyntość grafitu ô kole 10%. Tyn mechaniczny stres prziczynio sie do fade pojymności nad cyklowaniym.
Silicon anods sōm "nastympnōm srogōm rzeczōm" ôd kole piytnoście lot. Pojymność teoretyczno Silikōnu wynosi 4 200 mAh/g{{3} } wiyncyj aniżeli dziesiyńć razy grafit. Problym je w tym, iże krzym rozszyrzo sie ô 300%, kej pochłōnio lit. To złamuje anoda ôd siebie po poru cyklach. Teroźne podejścia używajōm krzymowyj miszōngu miszōngōw z zawartościōm krzymu zaôbycz pōniżyj 10%, coby utrzimać ekspansja zarzōndzano. Mimo to, nojprzōd strata zdolności niyôdwracalnyj mocy niyôdwracalnyj niyôdwracalnyj mocy 15{{13} }25% anodōw zawiyrajōncych krzymōw w porōwnaniu z 5-10% w przipadku czystyj grafitu.
Kōnstrukcyjo kōmōrek i Formaty
Cyntryczne kōmōrki to nojpewnij to, co wiynkszość ludzi forszteluje sie, kej myślōm "bateryjo". Format 18650 ( strzednica 18 mm, dugość 65mm) stała sie wszechôbecno po tym, jak producynty laptopa standaryzowali na nim we wczasnych latach 2000 roku. Tesla użyła słynnego tysiyncy z nich w ôryginalnym Roadster. Typowy pojymność 18650 biegnie 2 000-3500 mAh w zoleżności ôd chymije i ôd tego, eli ôptymalizujesz ynergijo abo siyła.
Nowijszy format 21700 (21mm × 70mm), co Tesla i Panasonic pospōł ôbrobiyli, ôferuje teroz kole 50% wiyncyj ynergije na kōmōrka-4000-5 000 mAh. Srogszo strzednica zwiynkszo stosunek aktywnego materyje do niyczynnych elymyntōw (teroźne kolekcjōny, puszki, masziny bezpiyczyństwa), poprawa tyngości ynergije na poziōmie pakietu. Kupowe linije muszōm być przebudowane, co je tajlōm tego, czymu adopcyjo potrzebowała jakiś czasu.
Kōmōrki wiynzne pochodziyły z pragniynio autowyj industryje do lepszego wykorzystanio przestrzyństwa. Zamiast wypołnić pudełko cylindry i ôstawiajōnc cołko ta prōzne przestrzyństwo, robisz prostokōntny kōmōrki, co ôptymalnie stale stale. Automolitywne kōmōrki pryzmatyczne wahajōm sie ôd 20Ah do bez 100Ah. Ône sōm łacniyjsze do termicznego-manażu z pōnktu widzynio pakowanio, pōniywoż idzie dyrekt wrażać platy chłodzynio bezpostrzednio przi plaskatych zajtach. Wadōm je to, iże masz wszyske swoje jajca w mynij koszach-fort, iże jedna srogo kōmōrka pryzmatyczno zawodzi, stracisz wiyncyj pojymności aniżeli jeźli jedna mało cylindriōnowo kōmōrka zawodzi.
Kōmōrki zuuszne przijmujōm dalij idyjo posiywności kosmicznyj bez eliminacyjo metalu, może cołkym. Kōmōrka je uszczelniōno we elastycznyj aluminium-}laminatowyj torbie. To ôszczyndzo możno 10{{4}15% woga w porownaniu z prismatycznym puszkōm, a format je niyôbyczajnie elastyczny - możesz sprawić, coby je wszelko srogość abo formować aplikacyjo, jako wymogo. Producynci EV lubijōm, bo idzie je ukłodać dyrekt w chłodzōncych platach. Słabność je mechaniczno: potrzebujōm zewnyntrznyj kōmpresyje, coby zapobiyc delaminacyji elektrody w czasie cyklowanio, a sōm barzij podatne na szkody na punktura.
Technologijo separatora
Sparator niy prziciōngo srogij uwogi, ale je to pewnikym nojbarzij krytycznym elymyntym bezpiyczyństwa. Je to cienko (16{{3} }25 μm zaôbycz), porowo błōna, kero utrzimuje anoda i katoda ôd dotykowanio, przizwlajōnc we tym samym czasie jōnōw litowych na przechodzynie. Wczasne separatory byli jednoworsztwowym polietylenym (PE) abo polipropilenym (PP).
Moderne wysoke kliynty separatory używajōm struktur trilayerōw, zwykle PP/PE/PP. Warstwa PE mo niższy pōnkt topniynio (135 stopni ) aniżeli PP (165 stopni ). Jeźli kōmōrka zaczyno przegrzać, PE stopi i wypołnio pory, zatrzymanie transportu jōnowego, zanim tymperatura ôsiōngnie niybezpieczne poziōmy. Nazywo sie to zatrzymaniym termicznego, a to je twoja ôstatnio linijo ôbrōny przed termicznym ucieczyniym.
Ceramic- } } } } } } } yoursesowny separatory przidajōm inkszōm krańca bezpiyczyństwa. Ciynke (2{4}4 μm) pokrycie aluminu abo inkszych tajleczek ceramicznych po jednyj abo ôbōch zajtach separatora utrzimuje integralność strukturalno, nawet jeźli polimer stopi sie. Pokrycie je na tyla porowe, iże transport jōnowy trwo, ale niy dozwolo elektrodzie przed krōtkōm-}ligować nawet w tymperaturach powyżyj 150 stopni . Wadōm je koszt- keramika- strunowanych separatorōw biegnie 2-3× cyna sztandardowych separatorōw - i cosik wyższo impedancyjo.
Porozryta zaôbycz biegnie 40-50%. Za niske i jōnowe ôdporności wzrosto, ôgraniczajōnc zdolność energetyczno. za wysoko i mechaniczno siyła ciyrpi. Dystrybucyjo srogości ôdwrotu tyż je ważne; numer Gurleya (test przepuszczalności lotniczyj) je sztandardowōm specyfikacyjōm. Wiynkszość separatorōw klasy EV cyluje we 200-400 sekund/100ccc.
Kōmpozycyjo elektryczno i Addytywności
Elektrolit w litowyj kōmōrce je barzij słożōno, aniżeli sie myślisz. Formulacyjo podstawy je zwykle solōm litowōm-LiPF₆Po (lit heksafluorofosforan) w 95%+ kōmōrek-}} W miszōngu ôrganicznych wōnglonałōw. Spōlne rozpuszczalniki ôbyjmujōm wōnglan etylenu (EC), wōnglan dimetylowy (DMC), wōnglan dietylowy (DEC) jak tyż wōnglanka metylu etylowego (EMC).
Stynżynie LiPF₆₆ je zwykle kole 1,0 do 1,2 M (molar). Srogsze stynżynie poprawio przewodność jōnōw do pōnktu do pōnktu, ale po 1,3 M abo tak zaczynasz dostać ôpadanie soły w niskich tymperaturach. LiPF ₆ mo problymy z kwestyjami wilgotność - wrażliwe i zaczyno rozkłodać sie powyżyj 60 stopni - ale alternatywy, take jak LiBOB abo LiFSI, niy wyparły go jeszcze skirz kosztōw abo inkszych kōmprōmisōw.
Miszōng rozpuszczalnika wōnglaniny je strojowany do aplikacyje. EC mo wysoko stało dielektryczno i dobre włosności SEI- nt informacyjne, ale ôn zamrożo sie we 36 stopni . Musisz go zmiyszać z niższymi wōnglanymi wōnglanymi, takimi jak DMC abo EMC, coby utrzimać nisko wydajność tymperatury. Typowym formułowaniym może być EC:DMC 1:1 bez ôbjyntość abo EC:EMC 3:7. Akuratne spōłczynniki sōm proprietarne i ściśle strzeżōne.
Addytywy sōm tam, kaj dzieje sie prawdziwo magijo chymije. Moderne elektrolity zawiyrajōm 2{2}5% bez woga roztōmajtych addytywōw, kere modyfikujōm tworzynie sie SEI, zapobiygajōm nadbytku, sniżajōnc gynerowanie gazu abo poprawiajōm wysoko- stabilność. Wōnglan winylen (VC) przi 1-2% je bezma uniwerzalny do poprawy jakości SEI na anodach grafitōw. Fluoroethylelenowy wōnglan (FEC) funguje lepij w przipadku anodōw zawiyrajōncych krzym. Te zwiōnzki preferyncyjnie zmyńszajōm sie w czasie poczōntkowych cyklōw ładowanio, tworzōnc warstwa ôchrōnno na anodzie, kero je jōnowo przewodzōnco, ale elektrōnicznie izolujōnco.
Dodatki ôchrōnne nabywcy, take jak bifenil abo cykloheksylbenzyn, zaczynajōm polimeryzować kole 4,5V, tworzōnc wnyntrzno szynkt, co niy dozwolo na spinanie sie do dalszego napiyńcio. To daje ci pewno ôchrōna, jeźli BMS niy zawodzi, choć poleganie na nim je ôczywiście niy nojlepszōm praktykōm projektu.
Formacyjo interfejsu elektrōnōw starożytnych
SEI je nojpewnij nojmynij zrozumiany, ale nojwożniyjszym aspektym ôperacyje litowyj jōnowyj baterije. W czasie piyrszych poru cyklōw ładowanio skłodniki elektrolitu reagujōm ze powiyrchniōm anody, tworzōnc warstwa pasywacyjno. Ta worsztwa je krytyczno: musi być jōnicznie przewodzōnco (coby dozwolić jōny litowe), ale elektrōnicznie izolacyjo (coby zapobiyc dalszyj dekompozycyje elektrolitu). Kōmpozycyjo SEI je bałaganōm solōm litowymi, zwiōnzkami ôrganicznymi i polimerami, wszyske miyszane razym w rubości 10-100 nm.
Dobre tworzynie sie SEI to rōżnica miyndzy kōmōrkōm, kero biygnie 500 razy, a jedna, kero cykluje 3 000 razy. Problym je w tym, iże SEI niy ma statyczny. Płaszczo sie w czasie zmian ôbjyntości w anodzie, eksponujōnc świyżo powiyrchnia, kero zużywo wiyncyj elektrolitōw i litu, coby naprawić szkody. Beztōż pojymność zapadnie nad jazda na rowerze, nawet jeźli jesz łagodny z kōmōrkōm.
Cyklowanie fortenacyje je krytycznym krokym produkcyje. Kōmōrki przechodzōm jedyn abo wiyncyj powolnych ładunkōw{{1} cykle zdysprawy w kōntrolowanych tymperaturach, coby ustalić zaczōntkowy SEI. Protokoły formacyje sōm proprietarne, ale typowe nojprzōd wspōłczynniki ładowanio sōm C/20 do C/10, a proces może trwać 24-48 godzin. Manufacurers ôptymalizujōm granice napiyńcio formowanio sie, tymperatury, ôkresōw ôdpoczynku i mustrōw cyklowanio, coby wyprodukować możliwie nojbarzij sztabilny SEI. Skłōniynie tych felernych kosztōw, co robisz życie.
Kalyndorz starzejōnco sie utrata straty, nawet jeźli kōmōrka je tam ino siedzōnc- je w srogij miarze zjawisko SEI. SEI durch rosnie poleku na ôdewrzōnym ôbwodzie, kōnsumujōnc cykl cyklu. Przechowywanie przi wysokim stanie ładunku i wysokij tymperatury przispiyszo to. Kōmōrka przechowywano przi 100% SOC i 60 stopni może stracić 20% pojymności w roku, w czasie kej ta sama kōmōrka przi 50% przi 50% SOC i 25 stopni może stracić 3%.
Ôpłata protokołōw i zarzōndzanie bateriōm
Kōmōrki jōnōw litowych sōm wrażliwe na przelazynie, nadwodzimy- dekoracyjo i ładowanie w niyôdpednich tymperaturach. Beztōż kożdy wielo{{2}=pakiet baterije potrzebuje BMS (systym zarzōndzanio bateriōm).
Standardowo metoda ładowanio je napiyńcie stałych/kōntynuwalnych (CC{K{0}}CV). W czasie fazy CC przeciśnisz strumyk do kōmōrki przi stałym tympie-typowo 0,5C do 1C dlo wiynkszości kōmōrek, chocioż niykere wysoke kōmōrki power- władze mogōm sie poradzić z 3C abo wiyncyj. Wolność wzrosto w miara ôpłaty kōmōrek. Kej napiyńcie ôsiōngo wiyrchnio granica (4,2V dlo wiynkszości chymisty, 3,65V do LFP, 4,3V abo 4,35V do niykerych wysokich-teryjo wariantōw NMC), przełōncz sie na tryb CV. Teroźne kasetowanie, kej kōmōrka zbliżo sie do połni ładunku, zwykle ôdciyrajōnc sie, kej strumyk spado pōniżyj C/20 abo C/50.
Ôbliczanie szybkości je barzij skōmplikowane. Srogsze stopy ładunku przispiyszajōm lit, co drynczōm na anodzie, kero je niybezpieczno- litowo litowo, je barzo reaktywno i może kludzić do wnyntrznych krōtkich abo tworzynio sie dendrytōw, co przeniknie do separatora. Coby wartko bezpiecznie bezpiecznie, musisz zrozumieć, w jaki spōsōb napiyńcie, strumiyń i tymperatura wchodzi w interakcyjo z warōnkami zaczōntkowanio litu.
Problym je w tym, iże niy możesz zmierzić litu, co drynczy prosto we zawartyj kōmōrce. Musisz to wywnioskować z inkszych sygnałōw. Jednym z podejścio je śledzynie potyncjołu anodycznego kōntra ôdniesiynio metalu litowego. Jeźli potyncjoł anodowy idzie pōniżyj 0V kōntra Li/Li⁺, wystōmpio plakowanie. Problym je w tym, iże wiynkszość kōmercyjnych kōmōrek niy mo elektrodōw ôdniesiynio.
Temperatura wzrosto w czasie gibkij ładowanio tyż je ważne. Łatwowanie kōmōrek na 2C może zoboczyć jego wnyntrzny wzrōst tymperatury 15-20 nad ôbtoczyniym nawet z aktywnym chłodzyniym. W zimnych tymperaturach je to richtich pōmocne {{8} } zimno kōmōrka (bez -10 stopni ) mo barzo słabo zdolność władzy, ale jeźli możesz go ôgrzać bez ładowanie przi strzednich tympach (0,5C), wyniki sie poprawio. Niykere EV richtich robiōm to cylowe: w zimnyj pogodzie, ône bydōm ôdbyć krōtki impuls ô wysokij rōndzie, coby ôgrzywać bateria, zanim kerowca żōndo wysokij mocy do prziśpiyszynio.
Skarcanie kōmōrek je kōnieczne, pōniywoż kōmōrki szeregu nikej niy ôstowajōm perfekt sztimujōnce. Tolerancyje manufakcyjne, małe rōżnice we szybkości siebie samodychargu, a gradienty termiczne w cołkim pakiecie powodujōm dryf napiyńcio. Jeźli ôbciōngniesz sznurek seryje bez rōwnoważynio, niykere kōmōrki trafiajōm na limit wiyrchnij napiyńcio przed inkszymi. Siylne kōmōrki sōm pod ôbłagodzyniym, słabe kōmōrki sōm przelazōne, a wydajność ciyrpi.
Pasywne rōwnowoga wykorzistuje ôdporniki, coby wyrzucić sie ôd ynergije z wyższych- kōmōrek. Je to proste i tōnie, ale marnuje ynergijo jako ciepło. Aktywne rōwnowoga wykorzistuje DC- }CC przekształtnikōw abo kōndynsatōrōw, coby przenoszić ynergijo z wysokich kōmōrek na niske kōmōrki. Barzij wydajne, barzij słożōne, droższe. W przipadku 400V EV EV, pasywne rōwnowoga może marnować 50-100W sztyjc, co je znikoma w porōwnaniu z siyłōm napōmniyniym, ale przidowo sie z czasym.
Zglyndy zarzōndzanio Srogim zarzōndzaniym
Gynerowanie ciepła we jōnowyj kōmōrce jōnowe pochodzi z trzech zdrzōdeł: niyôdwracalne ciepło (ôgrzewanie sie z wnyntrznego ôdporności), ôdwrocalne ciepło (zmiana yntropije ryakcyje elektrochymicznyj) jak tyż ciepła z ryakcyjōw ubocznych. Przi niskim do umiarkowanym C{1} ynergijōm, dōminuje ôdwrotny ciepło. Przi wysokim C{3} elektryzōrze, niyôdwracalne ciepło przejmuje sie.
Ôdwrocalny termin ciepła je interesantny, pōniywoż zmiynio sie ôdznaka w znoleżności ôd SOC. Dlo wiynkszości jōnōw litowych jōnōw, ładowanie gyneruje ciepło przi niskim SOC, ale pochłōnio ciepło przi wysokim SOC. Dysprawniynie robi ôpaczność. Pōnkt krziżowy wynosi kole 50-60% SOC. Beztōż możesz zoboczyć tymperatura kōmōrkowyj, co faktycznie spado w czasie ôstatecznyj fazy ładowanio, jeźli strumiyń je dość niski.
Ôdporność wnyntrzno rōżni sie ôd tymperatury, SOC i starzynio sie. W 25 stopni , świyżo kōmōrka 18650 może mieć 40{{8} }60 milichmōw DC. W -20 stopni , to może to skoczyć do 200-300 milijōnōw. Bez to zasiyng EV zimno pogoda spado tak dramatycznie. Niy ino chymijo wolniyjszo w niskich tymperaturach, ale wzrōst wewnyntrznego ôdporności ôznaczo, iże wiyncyj ynergije baterije je marnowano jako ciepło we postrzodku kōmōrki.
Prōg termiczny ôdbiornik zależy ôd chymije. W przipadku kōmōrek NMC ryakcyje egzotermiczne dekompozycyje zaczynajōm sie kole 180-220 stopni . Po zaczyńciu tymperatura może wzrosnōńć na 10-50 stopni na sekunda, ôsiōngajōnc 800 stopni abo wyższo. LFP je moc bezpieczniyjsze; zaczōntek termiczny ôdcinek wynosi 270 stopni +, a maksymalno tymperatura je niższo.
Propagacyjo miyndzy kōmōrkami we pakiecie je prawdziwym niybezpieczyństwym. Jeźli jedna kōmōrka przechodzi do termicznyj biegu, to ôgrzywo swojich sōmsiadōw. Niyzoleżnie ôd tego, eli sōmsiednie kōmōrki uciekajōm tyż, zależy ôd zdolności chłodzynio, ôdstympu kōmōrek i izolacyje. Propagacyjo UL 9540A symuluje to bez zmuszanie jednyj kōmōrki do termicznyj uciekiniec i mōnitorowanie, eli sōm sōmsiednie kōmōrki sōm przistympne. Dobre projekt pakietu zawiyro brak jednyj kōmōrki abo nojwyżyj małyj modułu.
Strategije łōnczynio rōżniōm sie. Chłodzynie lotnicze je nojprostsze- urlos luft nad kōmōrkami abo pakowaniym. Robi OK do zastosowań niskij tyngości zasilanio, takich jak PHEV abo systymy przechowowanio ynergije. Chłodzynie likwidacyje je kōnieczne do wysokigo- EV EV. Wiynkszość projektōw używo miszōngu 50:50{{8}gallolcocol przi 10-25 litrach na minuta bez zimne platy abo kanały chłodzynio. Temperatura wlotu je zaôbycz kōntrolowano na 20-35 stopni . Baterije gradienty tymperatury pakietu winny ôstać pōniżyj 5 stopni max, coby uôsobić, coby uniknōńć prziśpiyszōnego starzynio sie nojgorkich kōmōrek.
Niykere eksperymyntalne projekty używajōm chłodzynio chłodzynio, chłodzynio zanurzynio w płynie dielektrycznym abo fazy materyje. Ôdpowiedź chłodzynie może wyciōngnōńć wiyncyj ciepła, ale wymogo barzij słożōnym systymym AC. Chłodzynie immersijōm mo perfekt spōłczynniki przenoszynio ciepła (500-2,000 W/m2K kōntra 50-150 W/m2K do postrzednij chłodzynio ciekłego), ale wyzwanie płynu to wyzwania. PCM fungujōm pasywnie, ale muszōm ôstatecznie ôdciepnōńć przechowowane ciepło, tōż ône głownie pōmogajōm w przechodnim chłodzyniu w czasie gibkigo ładowanio abo twardego prziśpiyszynio.
Degradacyjo performance i trybu niydaleko
Spokojność znikła i wzrōst impedancyje to dwa głōwne mechanizmy degradacyje. Sōm ône sprawiōne ôd poru roztōmajtych fizycznych i chymicznych procesōw, co dziejōm sie we tym samym czasie.
Po strōnie anodowyj wzrōst SEI zużywo cyklowny lit i elektrolit, co zwiynkszo ôdporność. Ekfoliacyjo grafikitu może wystōmpić, jeźli kōmōrka je naładowano przi niskich tymperaturach-litowych platkach na powiyrchni grafitu zamiast interkalowanio, a kej w kōńcu sie zakłōco, to przełamuje struktura grafitu ôd siebie. Czynsto je to niyôdwracalne. Dekompozycyjo rodzaju przi zwiynkszōnych tymperaturach powoduje utrata kōntaktu elektrycznego miyndzy tajleczkami.
Degradacyjo Katody ôbyjmuje rozpuszczynie metali przechodnich (ôsobliwie manganu w LMO ormandym manganu-ligowanie NMC), zmiany strukturalne z powtarzajōncego sie insercyje/ekstrakcyje litowyj, jak tyż rekōnstrukcyjo powierzchniowo w wysokij- the katody. Rozpuszczōne metale przechodowe migrujōm do anody, kaj ôni katalizujōm wzrōst SEI, tōż degradacyjo katodu postrzednio przispiyszo anod na anodzie degradacyjo.
Dekompozycyjo elektrōniczno i gynerowanie gazu sōm srogszymi problymami przi wysokim napiyńciu i wysokich tymperaturach. Spōlne gazy ôbyjmujōm CO₂, CO i roztōmajte wōnglowodory z rozkłodu wōnglowego. W kōmōrkach torb, zoboczysz, jak torba widzialnie widzialnie. W kōmōrkach cylindrycznych abo pryzmatycznych ô twardych przipadkach ciśniynie sie budowie ôtworu bezpiyczyństwa (zwykle na 10-15 bar).
Utrata zasobōw litu je głōwnym mechanizmym fade. Kożdy roz, kej SEI rośnie abo płyty litowe niyôdwracalnie na anodzie, niykere lit sōm wyjmowane z bazy litu ôd cyklu cyklu. W kōńcu sie ukōńczysz, a pojymność spado.
Niypowodzynia nagłe mogōm wystōmpić z wnyntrznych krōtkich. Wiynkszość krōtkich krōtkich zaczyno sie ôd małych- małyj metalu tajleczek, przekrziżuje separatōr, abo bez litowo dendryt rosnie. Krōtko tworzi gorke pōnkt, co przispiyszo degradacyjo lokalnie, co czyni krōtkim gorszym, a ty dostojesz pozytywno pyntle zwrotnyj. Czasami kōmōrka samowŏż sie, jeźli krōtke stopi sie ôtwiyrajōm sie. W razu je to postympuje do termicznego ucieczku.
Testy pnytracyje naliwōw (podszukowanie stalowego paznokci bez nafolowano kōmōrka) to sztandardowy test nadużyć. Kōmōrki LFP zaôbycz niy chodzōm do termicznyj ôdbiegu ôd penetracyje paznokci. Kōmōrki NMC czynsto robiōm, chocioż projekty z lepszymi separatorami i niższōm specyficznōm ynergijōm mogōm czasami mogōm przejść.
Figura 5 plotuje zatrzymanie mocy w porownaniu z numerym cyklu dlo poru chimistyrōw w strzednich warōnkach cyklowanio (ôpłata/delażu 1C, 25 stopni , 100% DOD).
Państwowo esztacyjõ ôpłat i państwa Zdrowio
Niy możesz dyrekt zmierzić, jak wiela ynergije je w kōmōrce jōnu litu. Musisz go ôszacować z inkszych miar: napiyńcio, strumiynia i tymperatury.
Nojprostszo metoda szacowanio SOC je napiyńcie- ôpartych. Kożdo chymijo mo ôdewrzōno charakterystyczno napiyńcie napiyńcie w porownaniu z krzywo SOC. Zmierz napiyńcie po tym, jak kōmōrka ôdpoczywała bez jakiś czas (coby dać przechodni napiyńcie spadek ôd rozpadu wewnyntrznyj ôdporności), wybadaj go na krzywyj OCV, a ty znasz SOC. Problym je taki, iże rzodko masz czas, coby kōmōrka ôdpoczyła we rzeczywistych zastosowaniach.
Rachowanie kōlōwek je sztandardowym podejściym. W czasie integrujesz terŏźny, coby śledzić ładowanie w i na zewnōntrz. Jeźli zaczynasz ôd znanego SOC, możesz porachować nowy SOC w kożdyj chwili. Akuratność zależy ôd teroźnego czujnika (±0,5% je typowy) i znajōm prawdziwo zdolność. Błyndy grōmadzōm sie z czasym, tōż musisz ôkresowo przekalibrować, bez robiynie połnego ôpłaty abo cyklu ôdwodniynio.
Model- metody używajōm rōwnowożnego modelu ôbwodu abo model elektrochymicznego kōmōrki. Mierzisz napiyńcie kōńcowe i strumiyń, przebiegu je bez swōj model i wydobycie stanōw wnyntrznych, w tym SOC. Rozszerzōne filtry Kalmana abo podobne ôbserwatory stanowe sōm czynste. Te podejścia mogōm być barzo akuratne (±2% błynd SOC), ale wymogajōm dobrych modelōw i znaczōncych zasobōw rachōnkowych.
Szacōnki SOH je ciynższe, bo prōbujesz ôkreślić degradacyjo, co je powolno i stopniowo. Wzrōst kapacyty i wzrōst impedancyje niykōniecznie koreluje lynijowo ze sobōm abo ze rachowaniym cyklu. Kōmōrka, kero była gibko- mocno, może mieć wysoko impedancyjo, ale ino umiarkowano fade. Kōmōrka, kero była przechowywano przi wysokim SOC/temperatury, może mieć znaczōnco fade mocy, ale stosōnkowo niski wzrōst impedancyje.
Praktyka industryje je zdefiniowanie SOH na bazie mocy: kōmōrka przi 80% jeji ôryginalnyj zdolności je przi 80% SOH, a to je czynsto uwożane za kōńce-oofy{3}oofy{3}}life do zastosowań EV. Kōmōrka durch funguje, ale zasiyng spadła ô 20%. W przipadku zastosowań przechowowanio ynergije kōmōrki mogōm być używane do 60-70% SOH.
Niykere BMS robiōm ôkresowe kōntrole pojymności-liza wypuszczajōm bateria przi niskim tympie i mierzōm, jak wiela ynergije wychodzi. Je to akuratne, ale intrusywne ( baterijo je niedostympno w czasie testu) i trwo godziny. Inksze podejścia starajōm sie postrzednio ôszacować pojymność z krzywych napiyńcio, pōmiary impedancyje abo wydajności coulombicznyj.
Ôdporność wnyntrzno może być mierzōno bez zastosowanie impulsu strumiynia i ôdpowiedzi napiyńcio abo bez wstrzikniyńcie małego sygnału AC na roztōmajtych frekwyncyjach (spektroskopijo impedancyje rułek elektrōmiczno). EIS dowo moc wiyncyj informacyji, ale wymogo wyspecjalizowanego sprzyntu, co je rzodko wystympujōncy w kōmercyjnych BMS.
Po druge{- Life Aplikacyje i Recykling
Kej bateria EV ôsiōngo kōńcowo-ofy-life (zaôbycz 70{{4}80% ôryginalnyj pojymności), je to durch perfekt funkcjōnalne do mynij wymogajōncych zastosowań. Użycie baterije ô drugim życie zdobywo trakcyjo do stacjōnarnyj przechowowanio ynergije.
Ekōnōmijo je dziwaczno. Musisz przetestować pynzyjny pakiet, potyncjalnie go redafaktury (zmiyść BMS, systym chłodzynio abo uszkodzōne moduły), certyfikować je do nowyj aplikacyje i zapewnić gwarancyjo. Cołke to kosztuje pijōndze. Dlo drugigo- życie, coby mieć syns, ôdtworzōny pakiet musi kosztować moc myńszo aniżeli nowy pakiet przeznaczōny do stacjōnarnego aplikacyje. Koszty złōmajōm, nawet jeźli ôdbudowa biegnie mynij jak 40-50% nowych kosztōw pakowanio, w zoleżności ôd tego, keryj analiza wierzisz.
Kōmōrki ôd pynzyje je niy-trywialne. Modul może zawiyrać setki kōmōrek w szeregu-}nparallel. Niy możesz je łacno przetestować indywidualnie. Możesz przetestować modul jako jednotka, ale jedna zło kōmōrka może sie umacać. Niykere tryby degradacyje sōm ciynżke do wykrycio bez destrukcyjnych testōw. Je tyż pytanie ô ôdpedzialności: jeźli sekunda- life baterii chwyto ôgyń, fto je ôdpowiedzialny?
Recykling je ôstatecznym kōńcym-oofy{1} ścieżka życio. Teroźny srogi- recykling używo pirōmetalurgije (pamiytowanio) abo hydrōmmetalurgije (chymiczne wylugowanie). Pyrōmetalurgijo je prostszo, ale mynij selektywno-you zdobywo miyszane stopy metali, co potrzebujōm dalszego rafinowanio. Hydrometalurgijo może ôdzyskać pojedyncze metale we srogszyj czystości, ale wymogo wiyncyj krokōw i generuje ôdpady chymiczne.
Ekōnōmijo recyklingu zależy w srogij miarze ôd cyn metali. Cobalt je cynny (w przibliżyniu 30 $ 30{{2}40/kg historycznie, chocioż cyny huśtajōm sie dziko), tōż recyklingo kobalt- Chemistria je ekōnōmicznie żywotno. Nickel warto recyklingować na skali. Mangane, żelazo i aluminium sōm niske- werty, tōż recykling mo syns głownie, coby utrzimać je poza składowisk. Lit je interesantny niy ma ôsobliwie cynny na kilogram, ale ôgraniczenia lifrowanio czyniōm ôdbudowanie atrakcyjne.
Dyrekt recykling{- dezozujōm bateria i katoda na reurze abo anod materyjo dyrekt bez przełamanio go do solōw metalicznych-is gorki ôbszar podszukowań. Kebyś mōg ôdzyskać proszek katody we użytecznyj formie, ôszczyndzisz ynergijo i koszty syntezy katody. Challenges ôbyjmujōm ôddzielanie aktywnyj materyje ôd teroźnych kolekcjōnariōw i łōncznikōw, jak tyż do czyniynio z tym, iże recyklingowo materyjo je miszōngym kōmōrek ôd roztōmajtych producyntōw, wiekōw i chymicznych.
