Batré ion litium henteu leres-leres "ngahasilkeun" kakuatan dina cara anu dipikirkeun ku seueur jalma. Anu aranjeunna lakukeun nyaéta nyimpen énérgi listrik ngaliwatan réaksi éléktrokimia anu tiasa dibalikkeun, teras leupaskeun nalika sirkuit éksternal nungtut arus. Kabingungan ngeunaan ieu sering muncul dina rapat desain, khususna nalika aya anu nyobian ukuran batré pikeun kahiji kalina.
Dua hal lumangsung salila ngurangan. Kahiji, ion litium migrasi ti éléktroda négatip (anoda) ngaliwatan éléktrolit jeung separator ka éléktroda positif (katoda). Kadua, éléktron ngalir ngaliwatan sirkuit éksternal ti anoda ka katoda, ngalakonan pagawean mangpaat. Salila ngecas, Anjeun ngabalikeun prosés ku cara nerapkeun tegangan éksternal anu maksa ion jeung éléktron pikeun mindahkeun dina arah nu lalawanan.
Tegangan anu dihasilkeun ku sél gumantung sagemblengna kana bahan éléktroda anu anjeun pilih sareng poténsi éléktrokimia masing-masing. Sél anyar anu linggih dina rak tanpa beban bakal nembongkeun -tegangan sirkuit-kabukana biasana sakitar 3,6 dugi ka 3,7V pikeun kalolobaan kimia ion litium, sanaos angka ieu ngalir gumantung kana kaayaan muatan sareng suhu. Sakali anjeun nyambungkeun beban sareng ngawitan ngagambar arus, tegangan turun kusabab résistansi internal. Sabaraha tetesna nyarioskeun ka anjeun ngeunaan kaséhatan sél.
Dasar Kimia sél
Sadaya sél ion litium ngabagi prinsip operasi dasar anu sami, tapi kimia rupa-rupa pisan. Bahan katoda sabagéan ageung nangtukeun karakteristik kinerja sél -dénsitas énergi, kamampuan kakuatan, umur siklus, stabilitas termal, sareng biaya.
Katoda oksida berlapis éta kimia komérsial munggaran. Sony ngenalkeunana deui dina 1991 sareng LiCoO₂ (lithium kobalt oksida), anu masih dianggo dina éléktronika konsumen dimana kapadetan énergi langkung penting tibatan biaya atanapi margin kaamanan. Sél ieu ngarangkep kira-kira 150-200 Wh/kg dina tingkat sél. Kobalt mahal sanajan, sareng kimiana janten teu stabil di luhur 150 derajat. Kami parantos ningali pelarian termal dimimitian dina suhu dugi ka 130 derajat dina sél anu disalahgunakeun.
Dorongan pikeun kaamanan anu langkung saé sareng biaya anu langkung murah nyababkeun LiMn₂O₄ (litium mangan oksida) dina pertengahan -1990-an. Mangan murah kokotor sareng struktur spinel sacara inherently langkung stabil. Sél ieu moal kabur dugi ka anjeun langkung ti 250 derajat biasana. The tradeoff? Kapadetan énergi turun ka 100-120 Wh/kg, sareng mangan larut kana éléktrolit kana waktosna, khususna dina suhu anu luhur. Siklus hirup sangsara-nu nuju nempo meureun 300-700 siklus saméméh kapasitas pakait handap 80%.
LiFePO₄ (lithium iron fosfat) muncul sakitar 2001 sareng ngarobih paguneman kaamanan. Struktur olivin nyaéta batu -padet sacara termal; runaway termal teu lumangsung nepi ka luhur 270 darajat, komo lajeng éta kirang telenges. Siklus hirupna luar biasa-2,000+ siklus nepi ka 80% kapasitas standar, sarta sababaraha sél geus diuji ngaliwatan 5.000 siklus. The downside nyaeta tegangan: ngan 3.2V nominal, sarta dénsitas énergi dugi ka 90-120 Wh / kg. Ogé, kaayaan patén fosfat pabalatak mangtaun-taun.
NMC (lithium nikel mangan kobalt oksida) jeung NCA (lithium nikel kobalt aluminium oksida) mecenghul salaku "seimbang" kimia. Ku cara nyampur nikel, mangan, jeung kobalt dina sagala rupa babandingan-nu ilahar nyaéta NMC 111, 532, 622, jeung 811 dimana angka-angka nunjukkeun eusi logam relatif-anjeun bisa nyaluyukeun kinerja. Eusi nikel anu langkung luhur ngadorong dénsitas énergi dugi ka 200-250 Wh / kg tapi kalayan biaya stabilitas termal sareng umur siklus. Sél NMC 811 tiasa pencét 250 Wh / kg tapi peryogi manajemén termal anu langkung ati-ati.
Di sisi anoda, grafit parantos janten standar ti mimiti dinten. Kapasitas téoritis nyaéta 372 mAh / g, sareng sél komérsial biasana ngahontal 340-360 mAh / g. Litium intercalates antara lapisan graphene nalika ngecas, ngalegaan volume grafit ku kasarna 10%. Stress mékanis ieu nyumbang kana kapasitas diudar leuwih Ngabuburit.
Anoda silikon parantos janten "hal anu ageung salajengna" sakitar lima belas taun ayeuna. Kapasitas téoritis Silicon nyaéta 4.200 mAh/g-leuwih ti sapuluh kali grafit. Masalahna, silikon ngembang ku 300% nalika nyerep litium. Ieu megatkeun anoda eta sanggeus sababaraha siklus. Pendekatan ayeuna ngagunakeun campuran silikon-grafit jeung eusi silikon ilaharna handap 10% pikeun ngajaga ékspansi bisa diatur. Sanajan kitu, mimitina-siklus leungitna kapasitas teu bisa balik ngajalankeun 15{13}}25% dina anoda silikon-ngandung versus 5-10% pikeun grafit murni.
Pangwangunan sél jeung format
sél cylindrical meureun naon paling jalma gambar nalika aranjeunna pikir "batré". Format 18650 (diaméter 18mm, panjangna 65mm) janten ubiquitous saatos pabrik laptop ngabakukeun éta dina awal 2000s. Tesla kasohor ngagunakeun rébuan di antarana dina Roadster asli. Biasana kapasitas 18650 ngajalankeun 2,000-3,500 mAh gumantung kana kimia sareng naha anjeun ngaoptimalkeun énergi atanapi kakuatan.
Format 21700 anu langkung énggal (21mm × 70mm) anu dikembangkeun ku Tesla sareng Panasonic nawiskeun sakitar 50% langkung énergi per sél-4,000-5,000 mAh ayeuna umumna. Diaméter anu langkung ageung ningkatkeun rasio bahan aktif kana komponén anu teu aktip (kolektor ayeuna, kaleng, alat kaamanan), ningkatkeun dénsitas énergi dina tingkat pak. Jalur manufaktur kedah dirobih deui, anu mangrupikeun bagian tina naha nyoko nyandak sakedap.
Sél prismatik asalna tina kahayang industri otomotif pikeun ngamangpaatkeun rohangan anu langkung saé. Gantina ngeusian kotak kalayan silinder sarta ninggalkeun sakabeh spasi kosong, Anjeun nyieun sél rectangular nu tumpukan éfisién. Otomotif-sél prismatik kelas rentang ti 20Ah nepi ka leuwih ti 100Ah kapasitas. Éta langkung gampang diurus termal- tina sudut pandang bungkusan sabab anjeun tiasa nempatkeun pelat pendingin langsung kana sisi datar. Karugianna nyaéta anjeun ngagaduhan sadayana endog anjeun dina karanjang anu langkung sakedik-upami hiji sél prismatik ageung gagal, anjeun kaleungitan kapasitas langkung seueur tibatan upami hiji sél silinder leutik gagal.
Sél pouch nyandak gagasan efisiensi spasi salajengna ku ngaleungitkeun logam bisa sagemblengna. Sélna disegel dina kantong laminasi aluminium -fleksibel. Ieu ngaheéat meureun 10-15% beurat versus kaléng prismatik, sarta formatna pisan fléksibel-anjeun tiasa ngadamel ukuran atanapi bentuk naon waé anu diperyogikeun ku aplikasi. Produsén EV resep aranjeunna sabab anjeun tiasa tumpukan éta langsung dina pelat cooling. Kelemahanna nyaéta mékanis: aranjeunna peryogi komprési éksternal pikeun nyegah delaminasi éléktroda nalika nguriling, sareng aranjeunna langkung rentan ka ruksakna tusukan.
Téhnologi Separator
Separator teu meunang loba perhatian, tapi arguably komponén kaamanan paling kritis. Ieu mémbran porous ipis (16-25 μm ilaharna) nu ngajaga anoda jeung katoda teu noel bari ngidinan ion litium nembus. Pemisah awal nyaéta poliétilén lapis tunggal (PE) atanapi polipropilén (PP).
Pamisah kinerja tinggi -modern ngagunakeun struktur tilu lapis, biasana PP/PE/PP. Lapisan PE ngabogaan titik lebur leuwih handap (135 derajat) ti PP (165 derajat). Upami sél mimiti panas teuing, PE ngalebur sareng ngeusian pori-pori, mareuman angkutan ionik sateuacan suhu ngahontal tingkat bahaya. Ieu disebut shutdown termal, sarta éta garis pertahanan panungtungan anjeun saméméh runaway termal.
Pemisah -keramik nambihan margin kaamanan anu sanés. Lapisan ipis (2-}4 μm) tina alumina atawa partikel keramik séjén dina hiji atawa dua sisi pamisah ngajaga integritas struktur sanajan polimérna lebur. Lapisan éta cukup porous sahingga transpor ionik terus, tapi nyegah éléktroda tina sirkuit pondok -sanajan dina suhu luhur 150 derajat. The downside nyaeta biaya -keramik{10}}separators coated ngajalankeun 2-3 × harga separator baku-jeung impedansi rada luhur.
Porositas ilaharna ngajalankeun 40-50%. Lemah teuing sareng résistansi ionik naék, ngawatesan kamampuan kakuatan. Kakuatan mékanis anu luhur teuing sareng kakurangan. Sebaran ukuran pori ogé penting; Jumlah Gurley (uji perméabilitas hawa) mangrupikeun spésifikasi standar. Kalolobaan separator EV-grade nargétkeun 200-400 detik / 100cc.
Komposisi éléktrolit sareng Aditif
Éléktrolit dina sél ion litium langkung kompleks tibatan anu anjeun pikirkeun. Formulasi basa biasana mangrupa uyah litium-LiPF₆ (lithium hexafluorophosphate) dina 95%+ sél-leyur dina campuran karbonat organik. Pangleyur umum kaasup étiléna karbonat (EC), dimétil karbonat (DMC), dietil karbonat (DEC), jeung étil métil karbonat (EMC).
Konsentrasi LiPF₆ biasana sakitar 1.0 dugi ka 1.2 M (molar). Konsentrasi anu langkung luhur ningkatkeun konduktivitas ionik dugi ka hiji titik, tapi langkung ti 1,3 M atanapi langkung anjeun mimiti nampi présipitasi uyah dina suhu anu handap. LiPF₆ gaduh masalah-lembapna-sénsitip sarta mimiti terurai di luhur 60 derajat -tapi alternatip sapertos LiBOB atanapi LiFSI teu acan ngagentoskeunana kusabab biaya atanapi tradeoffs sanés.
Campuran pelarut karbonat disetel pikeun aplikasi. EC miboga konstanta diéléktrik anu luhur sarta sipat ngabentuk SEI-saé, tapi beku dina 36 derajat . Anjeun kedah nyampur sareng -karbonat viskositas anu handap sapertos DMC atanapi EMC pikeun ngajaga kinerja suhu anu rendah. Formulasi anu biasa tiasa janten EC:DMC 1:1 ku volume, atanapi EC:EMC 3:7. Babandingan pastina proprietary sareng dijaga ketat.
Aditif anu mana magic kimia nyata kajadian. Éléktrolit modéren ngandung 2-5% beurat tina rupa-rupa aditif anu ngarobih formasi SEI, nyegah overcharge, ngurangan produksi gas, atanapi ningkatkeun -stabilitas suhu anu luhur. Vinyléna karbonat (VC) dina 1-2% ampir universal pikeun ngaronjatkeun kualitas SEI on anoda grafit. Fluoroethylene carbonate (FEC) dianggo langkung saé pikeun anoda anu ngandung silikon. Sanyawa ieu preferentially ngurangan salila siklus ngecas awal, ngabentuk lapisan pelindung dina anoda nu sacara ionically conductive tapi insulasi éléktronik.
Aditif panyalindungan overcharge kawas biphenyl atanapi cyclohexylbenzene mimiti polymerizing sabudeureun 4.5V, nyieun hiji shunt internal nu nyegah tegangan ti climbing salajengna. Ieu masihan anjeun panyalindungan upami BMS gagal, sanaos ngandelkeun éta écés sanés prakték desain anu pangsaéna.
Formasi Interface éléktrolit padet
SEI sigana paling saeutik dipikaharti tapi aspék pangpentingna operasi batré ion litium. Salila sababaraha siklus ngecas munggaran, komponén éléktrolit meta jeung beungeut anoda, ngabentuk lapisan passivation. Lapisan ieu kritis: kudu konduktif ionik (pikeun ngidinan ion litium ngaliwatan) tapi insulasi éléktronik (pikeun nyegah dékomposisi éléktrolit salajengna). Komposisi SEI mangrupikeun -puluhan uyah litium, sanyawa organik, sareng polimér sadayana dicampur dina lapisan kandel 10-100 nm.
Formasi SEI anu saé nyaéta bédana antara sél anu siklusna 500 kali sareng anu siklusna 3.000 kali. Masalahna nyaéta SEI henteu statis. Ieu retakan salila parobahan volume dina anoda, exposing permukaan seger nu meakeun leuwih éléktrolit jeung litium pikeun ngalereskeun karuksakan. Ieu sababna kapasitasna luntur nalika nguriling sanaos anjeun lemah lembut sareng sél.
Daur formasi mangrupikeun léngkah manufaktur kritis. Sél ngalaman hiji atawa sababaraha siklus muatan{1}}lambat dina suhu nu dikontrol pikeun nyieun SEI awal. Protokol formasi mangrupikeun proprietary, tapi laju ngecas siklus munggaran biasana C/20 dugi ka C/10, sareng prosésna tiasa nyandak 24-48 jam. Pabrikan ngaoptimalkeun wates tegangan formasi, suhu, période istirahat, sareng pola siklus pikeun ngahasilkeun SEI anu paling stabil. Kéngingkeun salah ieu biaya anjeun siklus hirup.
Kalender sepuh -kaleungitan kapasitas sanajan sél ngan aya di dinya-sabagéan ageung fenomena SEI ogé. SEI terus tumuwuh lalaunan dina sirkuit kabuka, consuming litium cyclable. Panyimpenan dina kaayaan muatan anu luhur sareng suhu anu luhur ngagancangkeun ieu. Sél anu disimpen dina 100% SOC sareng 60 derajat tiasa kaleungitan kapasitas 20% dina sataun, sedengkeun sél anu sami dina 50% SOC sareng 25 derajat tiasa kaleungitan 3%.
Protokol Ngecas sareng Manajemén Batré
Sél ion litium sénsitip kana overcharge, over{0}}discharge, sareng ngecas dina suhu anu teu pantes. Ieu sababna unggal pak batré multi-sél butuh BMS (sistem manajemén batré).
Métode ngecas standar nyaéta tegangan arus konstan/konstan (CC-CV). Salila fase CC, anjeun nyorong arus kana sél dina laju tetep-biasana 0,5C nepi ka 1C pikeun sabagéan ageung sél, sanajan sababaraha sél -daya luhur tiasa ngadamel 3C atanapi langkung. Tegangan naék nalika sél ngecas. Nalika tegangan ngahontal wates luhur (4.2V keur paling kimiawi, 3.65V pikeun LFP, 4.3V atawa 4.35V pikeun sababaraha tinggi -varian NMC énergi), Anjeun pindah ka modeu CV. Arus pareum nalika sél ngadeukeutan muatan pinuh, biasana pareum nalika arus turun sahandapeun C/20 atanapi C/50.
Ngecas gancang langkung pajeulit. Laju muatan anu leuwih luhur ngagancangkeun palapis litium dina anoda, anu bahaya-litium logam réaktif pisan sarta bisa ngabalukarkeun korsét internal atawa formasi dendrit anu nembus pamisah. Pikeun gancang-ngeusian kalawan aman, anjeun kudu ngarti kumaha tegangan, arus, jeung suhu berinteraksi sareng kaayaan onset plating litium.
Masalahna nyaéta anjeun henteu tiasa ngukur palapis litium langsung dina sél anu disegel. Anjeun kedah nyimpulkeun tina sinyal anu sanés. Hiji pendekatan nyaéta ngalacak poténsi anoda versus rujukan logam litium. Lamun poténsi anoda handap 0V versus Li/Li⁺, plating lumangsung. Masalahna, kalolobaan sél komérsial henteu gaduh éléktroda rujukan.
Naékna suhu nalika ngecas gancang ogé penting. Sél anu ngecas dina 2C tiasa ningali suhu internalna naék 15-20 derajat di luhur ambien sanaos ku pendinginan aktip. Dina hawa tiis, ieu sabenerna mantuan-sél tiis (sebutkeun -10 darajat) mibanda kamampuhan kakuatan anu goréng pisan, tapi lamun anjeun bisa ngahaneutan ku cara ngecas dina laju sedeng (0,5C), kinerja bakal ningkat. Sababaraha EVs sabenerna ngalakukeun ieu ngahaja: dina cuaca tiis, maranéhna bakal ngajalankeun pulsa muatan-ayeuna tinggi pondok pikeun haneut batré saméméh supir nungtut kakuatan tinggi pikeun akselerasi.
Balancing sél perlu sabab sél dina runtuyan pernah tetep sampurna cocog. Toleransi manufaktur, bédana leutik dina -tingkat muatan sorangan, sarta gradién termal sakuliah pak ngabalukarkeun tegangan drift. Upami anjeun ngecas senar séri tanpa kasaimbangan, sababaraha sél pencét wates tegangan luhur sateuacan anu sanés. Sél anu kuat dicas kurang, sél anu lemah dieusi langkung seueur, sareng kinerja sangsara.
Balancing pasif ngagunakeun résistor pikeun ngaluarkeun énérgi ti sél -voltase luhur. Ieu basajan tur murah tapi wastes énergi sakumaha panas. Aktif balancing ngagunakeun DC-konverter atawa kapasitor DC pikeun mindahkeun énergi ti sél luhur ka sél low. Leuwih efisien, leuwih kompleks, leuwih mahal. Pikeun pak 400V EV, balancing pasip tiasa nyéépkeun 50-100W terus-terusan, anu tiasa diabaikan dibandingkeun sareng kakuatan nyetir tapi nambahan kana waktosna.
Pertimbangan Manajemén termal
Generasi panas dina sél ion litium asalna tina tilu sumber: panas teu bisa balik (panas Joule ti résistansi internal), panas malik (parobahan éntropi réaksi éléktrokimia), jeung panas tina réaksi samping. Dina laju C-rendah nepi ka sedeng, panas anu bisa malik ngadominasi. Dina tingkat C-tinggi, panas anu teu bisa malik nyokot alih.
Istilah panas anu tiasa dibalikkeun pikaresepeun sabab robih tanda gumantung kana SOC. Kanggo sabagéan ageung kimia ion litium, ngecas ngahasilkeun panas dina SOC rendah tapi nyerep panas dina SOC luhur. Discharging ngalakukeun sabalikna. Titik silang kira-kira 50-60% SOC biasana. Ieu sababna anjeun tiasa ningali suhu sél saleresna turun nalika fase ahir ngecas upami arusna cekap.
Résistansi internal beda-beda gumantung kana suhu, SOC, sareng sepuh. Dina 25 derajat, sél 18650 seger bisa boga 40-60 miliohm résistansi DC. Dina -20 derajat, éta bisa luncat ka 200-300 milliohms. Ieu naha rentang EV hawa tiis turun jadi nyirorot. Henteu ngan ukur kimia anu langkung laun dina suhu anu handap, tapi paningkatan résistansi internal hartosna langkung seueur énergi batré anu dibuang nalika panas di jero sél.
The ambang runaway termal gumantung kana kimia. Pikeun sél NMC, réaksi dékomposisi exothermic dimimitian sabudeureun 180-220 derajat. Sakali dimimitian, hawa bisa naek dina 10-50 derajat per detik, ngahontal 800 derajat atawa saluhureuna. LFP jauh leuwih aman; awal runaway termal nyaéta 270 derajat + jeung suhu maksimum ngahontal leuwih handap.
Rambatan antara sél dina bungkus mangrupikeun bahaya nyata. Lamun hiji sél asup kana runaway termal, éta heats tatanggana. Naha sél tatangga ogé kabur gumantung kana kamampuan cooling, jarak sél, sareng insulasi. Uji rambatan UL 9540A nyimulasikeun ieu ku maksa hiji sél kana runaway termal sareng ngawaskeun naha sél anu padeukeut nuturkeun. Desain pak alus ngandung gagalna hiji sél atawa paling modul leutik.
Strategi cooling rupa-rupa. Pendinginan hawa pangbasajanna-niupkeun hawa kana sél atawa bungkus. Gawéna OK pikeun aplikasi dénsitas kakuatan low kawas PHEVs atawa sistem panyimpen énergi. Cooling cair diperlukeun pikeun -kinerja tinggi EVs. Paling desain ngagunakeun 50:50 cai-campuran glikol dina 10-25 liter per menit ngaliwatan pelat tiis atawa saluran cooling. Suhu asupan biasana dikontrol ka 20-35 derajat. Gradién suhu pak batré kedah tetep handap 5 derajat max ka mnt pikeun nyegah sepuh gancangan sél hottest.
Sababaraha desain ékspérimén ngagunakeun cooling refrigerant, cooling immersion dina cairan diéléktrik, atawa fase -bahan robah. Cooling refrigerant bisa narik leuwih panas kaluar tapi merlukeun sistem AC leuwih kompleks. Cooling immersion boga koefisien mindahkeun panas alus teuing (500-2.000 W/m²K versus 50-150 W/m²K pikeun cooling cair teu langsung) tapi sealing jeung kasaluyuan cairan mangrupakeun tantangan. PCM tiasa dianggo sacara pasif tapi kedah nampik panas anu disimpen dina ahirna, janten aranjeunna utamina ngabantosan pendinginan sementara nalika ngecas gancang atanapi akselerasi teuas.
Degradasi Kinerja sareng Modeu Gagal
Kapasitas luntur sareng pertumbuhan impedansi mangrupikeun dua mékanisme degradasi utama. Éta disababkeun ku sababaraha prosés fisik sareng kimia anu béda-béda anu lumangsung sakaligus.
Dina sisi anoda, tumuwuhna SEI meakeun litium jeung éléktrolit cyclable, ngaronjatkeun daya tahan. Éksfoliasi grafit bisa lumangsung lamun sél dieusi dina suhu nu handap-pelat litium dina beungeut grafit tinimbang interkalasi, sarta lamun ahirna interkalate, éta megatkeun struktur grafit eta. Ieu sering teu bisa balik. Dékomposisi binder dina suhu luhur ngabalukarkeun leungitna kontak listrik antara partikel.
Degradasi katoda ngawengku disolusi logam transisi (utamana mangan dina LMO atawa mangan -ngandung NMC), parobahan struktural ti ulangan sisipan/ekstraksi litium, sarta rekonstruksi permukaan dina katoda nikel -luhureun. Logam transisi nu leyur migrasi ka anoda dimana maranéhna ngatalisan tumuwuhna SEI, jadi degradasi katoda teu langsung accelerates degradasi anoda.
Dékomposisi éléktrolit sareng ngahasilkeun gas mangrupikeun masalah anu langkung ageung dina voltase luhur sareng suhu luhur. Gas umum kalebet CO₂, CO, sareng rupa-rupa hidrokarbon tina dékomposisi karbonat. Dina sél kantong, anjeun bakal ningali kantong ngabareuhan katingali. Dina sél silinder atawa prismatik kalawan kasus teuas, tekanan ngawangun nepi nepi ka ventilasi kaamanan muka (ilaharna dina 10-15 bar).
Leungitna inventory litium mangrupakeun mékanisme luntur utama. Unggal waktos SEI tumuwuh atawa pelat litium irreversibly on anoda nu, sababaraha litium dicokot kaluar tina kolam renang litium cyclable. Ahirna anjeun béak sareng kapasitasna turun.
Gagal ngadadak tiasa lumangsung tina kolor internal. Kalolobaan pondok mimiti leutik -partikel logam leutik punctures separator, atawa litium dendrite tumuwuh ngaliwatan. The pondok nyiptakeun titik panas, nu accelerates degradasi lokal, nu ngajadikeun pondok goréng, sarta anjeun meunang loop eupan balik positif. Kadang-kadang sél sorangan-cageur lamun pondok ngalembereh sorangan kabuka. Dina waktos anu sanés, éta maju ka pelarian termal.
Tés penetrasi paku (maksa paku baja ngaliwatan sél anu dieusi) mangrupikeun tés nyiksa standar. Sél LFP biasana henteu asup kana pelarian termal tina penetrasi kuku. Sél NMC mindeng ngalakukeun, sanajan desain kalawan separator hadé tur énergi husus handap kadang bisa lulus.
Angka 5 plot ingetan kapasitas versus jumlah siklus pikeun sababaraha chemistries dina kaayaan siklus sedeng (1C muatan / ngurangan, 25 gelar, 100% DOD).
Kaayaan Biaya jeung Kaayaan Estimasi Kaséhatan
Anjeun teu tiasa langsung ngukur sabaraha énergi dina sél ion litium. Anjeun kedah ngira-ngira tina pangukuran anu sanés: tegangan, arus, sareng suhu.
Métode estimasi SOC pangbasajanna nyaéta basis tegangan-. Unggal kimia boga ciri tegangan sirkuit -kabuka versus kurva SOC. Ukur voltase saatos sél istirahat sakedap (pikeun ngantepkeun tegangan samentawis turun tina résistansi internal), tingali dina kurva OCV, sareng anjeun terang SOC. Masalahna, anjeun jarang gaduh waktos pikeun sél istirahat dina aplikasi nyata.
Coulomb cacah mangrupikeun pendekatan standar. Anjeun ngahijikeun arus kana waktosna pikeun ngalacak muatan asup sareng kaluar. Upami anjeun ngamimitian dina SOC anu dikenal, anjeun tiasa ngitung SOC énggal iraha waé. Akurasi gumantung kana sensor anjeun ayeuna (± 0,5% has) jeung nyaho kapasitas sabenerna. Kasalahan ngumpulkeun kana waktu, jadi Anjeun kudu périodik recalibrate ku ngalakonan muatan pinuh atawa siklus ngurangan.
Métode dumasar modél-ngagunakeun modél sirkuit sarimbag atawa modél éléktrokimia sél. Anjeun ngukur voltase terminal sareng arus, ngajalankeunana ngaliwatan modél anjeun, sareng nimba kaayaan internal kalebet SOC. saringan Kalman ngalegaan atawa pengamat kaayaan sarupa anu umum. Pendekatan ieu tiasa akurat pisan (± 2% kasalahan SOC) tapi peryogi modél anu saé sareng sumber komputasi anu signifikan.
Perkiraan SOH langkung sesah sabab anjeun nyobian ngitung degradasi, anu laun sareng bertahap. Kapasitas luntur sareng pertumbuhan impedansi teu merta correlate linear saling atanapi sareng count siklus. Sél anu geus gancang-dieusian loba bisa boga impedansi tinggi tapi ngan kapasitas sedeng luntur. Sél anu disimpen dina suhu SOC/suhu anu luhur tiasa gaduh kapasitas luntur anu signifikan tapi pertumbuhan impedansi anu kawilang rendah.
Praktek industri pikeun nangtukeun SOH dumasar kana kapasitas: sél dina 80% tina kapasitas aslina aya dina 80% SOH, sarta ieu mindeng dianggap ahir -umur-kahirupan pikeun aplikasi EV. Sél masih tiasa dianggo, tapi jarakna parantos turun 20%. Pikeun aplikasi neundeun énergi, sél tiasa dianggo dugi ka 60-70% SOH.
Sababaraha BMS ngalakukeun pamariksaan kapasitas périodik-sapenuhna batré dina laju anu rendah sareng ngukur sabaraha énergi anu kaluar. Ieu akurat tapi intrusive (batréna teu sadia salila tés) jeung butuh jam. Pendekatan anu sanés nyobian ngira-ngira kapasitas sacara henteu langsung tina kurva tegangan, pangukuran impedansi, atanapi efisiensi coulombik.
Résistansi internal tiasa diukur ku cara nerapkeun pulsa ayeuna sareng ngukur réspon tegangan, atanapi ku nyuntik sinyal AC leutik dina sababaraha frékuénsi (spektroskopi impedansi éléktrokimia). EIS masihan langkung seueur inpormasi tapi peryogi hardware khusus anu jarang aya dina BMS komérsial.
Kadua-Aplikasi Kahirupan jeung Daur Ulang
Lamun batré EV geus nepi ka ahir-umur-(biasana 70-80% tina kapasitas aslina), éta masih fungsi sampurna pikeun aplikasi kirang nuntut. Pamakéan batre umur kadua janten daya tarik pikeun neundeun énergi stasioner.
Ékonomi téh tricky. Anjeun kudu nguji pak pensiunan, berpotensi remanufacture eta (ngaganti BMS, sistem cooling, atawa modul ruksak), sertipikasi eta pikeun aplikasi anyar, sarta nyadiakeun jaminan. Kabéh ieu waragad duit. Pikeun -hirup kadua, pak anu dirobih kedah langkung mirah tibatan pak énggal anu dirancang pikeun aplikasi stasioner. Waragad megatkeun sanajan refurbishment ngajalankeun kirang ti 40-50% tina ongkos pak anyar, gumantung kana analisis nu Anjeun yakin.
Nguji sél pensiunan henteu-sepele. Hiji modul bisa ngandung ratusan sél dina runtuyan-paralel. Anjeun teu bisa gampang nguji aranjeunna individual. Anjeun tiasa nguji modul salaku unit, tapi hiji sél goréng bisa mask sorangan. Sababaraha modeu degradasi sesah dideteksi tanpa tés anu ngarusak. Aya ogé patarosan tanggel waler: upami sadetik-baterai kahuruan, saha nu tanggung jawab?
Daur ulang mangrupikeun tungtung -saka-jalur kahirupan. Daur ulang skala badag -ayeuna ngagunakeun pyrometallurgy (smelting) atawa hydrometallurgy (chemical leaching). Pyrometallurgy leuwih basajan tapi kurang selektif-anjeun meunang campuran logam alloy nu peryogi pemurnian salajengna. Hydrometallurgy bisa cageur logam individu dina purity luhur tapi merlukeun leuwih léngkah jeung ngahasilkeun runtah kimiawi.
Ékonomi daur ulang gumantung pisan kana harga logam. Kobalt berharga (saheulaanan kira-kira $30-40/kg, sanajan hargana ngayun pisan), jadi daur ulang kobalt-kimia anu beunghar sacara ékonomis. Nikel patut didaur ulang dina skala. Mangan, beusi, jeung alumunium mangrupakeun logam -rendah, ku kituna daur ulang asup akal utamana pikeun ngajaga eta tina TPA. Litium metot-éta teu utamana berharga per kilogram, tapi konstrain suplai ngajadikeun recovery pikaresepeun.
Daur ulang langsung-ngabongkar batré jeung maké deui bahan katoda atawa anoda langsung tanpa ngarecahna jadi uyah logam-mangrupa wewengkon panalungtikan anu panas. Upami anjeun tiasa nyageurkeun bubuk katoda dina bentuk anu tiasa dianggo, anjeun bakal ngahémat énergi sareng biaya sintésis katoda. Tantangan kaasup misahkeun bahan aktif ti kolektor ayeuna jeung binders, sarta kaayaan kanyataan yén bahan daur ulang mangrupa campuran sél ti pabrik béda, umur, jeung kimiawi.
