Vinnige laai metode
Om die spoed van chemiese reaksies in batterye te maksimeer, verkort die tyd wat dit neem vir hulle om 'n volle lading te bereik, en minimaliseer of verminder polarisasie van die positiewe en negatiewe plate, en sodoende batterydoeltreffendheid te verbeter, het vinnige laai-tegnologie vinnig ontwikkel in onlangse jare. Verskeie algemeen gebruikte vinnige laaimetodes word hieronder bekendgestel. Hierdie metodes is ontwerp rondom die optimale laaikromme, met die doel om die werklike laaikromme so na as moontlik aan die optimale laaikromme te maak.
Pols laai metode
Die polslaaimetode laai eers die battery met 'n polsstroom, hou dan op om vir 'n tydperk te laai, en laai dan die battery weer met 'n polsstroom, wat hierdie siklus herhaal, soos in Figuur 11-5 getoon. Die laaipuls laai die battery ten volle, terwyl die intervalle tyd toelaat vir die suurstof en waterstof wat deur die chemiese reaksies geproduseer word om te herkombineer en geabsorbeer te word, wat natuurlik konsentrasiepolarisasie en ohmiese polarisasie uitskakel. Dit verminder die battery se interne druk, sodat die volgende rondte van konstante stroomlaai gladder verloop en die battery in staat stel om meer lading te absorbeer. Die intermitterende pulse voorsien die battery van voldoende reaksietyd, wat gas-evolusie verminder en die battery se laaistroom-aanvaardingskoers verbeter.
Polslaai kan batterylaai- en ontlaaidoeltreffendheid verbeter, laaityd bespaar en batterylewe verleng, maar sekere voorwaardes moet nagekom word.
Aangesien litium-ioonbatterye hoofsaaklik staatmaak op die resiprokerende beweging van litiumione in die katode, anode en elektroliet tydens laai en ontlading, is die verhoging van die ioonbewegingstempo en diffusiekoëffisiënt noodsaaklik om die doelwit te bereik om laaityd te bespaar en laaidoeltreffendheid te verbeter. 'n Onvanpaste laaitempo of verspreiding sal nie net die gewenste doelwit bereik nie, maar sal ook batteryveroudering versnel. Soos getoon in Figuur 11-2, hoe hoër die laaitempo, hoe kleiner is die laaibare kapasiteit.
Elektrochemiese kenmerkontleding toon dat die laaitempo van litium-ioonbatterye hoofsaaklik beperk word deur die diffusietempo van litiumione en die eienskappe van die positiewe en negatiewe elektrodemateriale. Deur gebruik te maak van vergelyking (11-3), kan 'n litium-ioon diffusievergelyking daargestel word.
In die formule verteenwoordig CL die litium-ioonkonsentrasie; x verteenwoordig die diffusieafstand; t verteenwoordig die diffusietyd; en DLi verteenwoordig die litium-ioondiffusiekoëffisiënt.
Studies het getoon dat litium-ioonbatterye twee vinnige verouderingsperiodes tydens siklustoetse toon:
1) Die vormingsperiode van die SEI-film (Solid Electrolyte Interphase), 'n proses wat 'n gedeelte van die beskikbare litiumione verbruik om die SEI-film op die elektrode-oppervlak te vorm.
2) Aan die einde van elke laaisiklus is die weerstand teen die migrasie van litiumione in die vloeistoffase binne die battery relatief klein, terwyl die diffusiekoëffisiënt in die vaste fase relatief klein is. As die laaistroom dus te groot is aan die einde van die laaisiklus, sal 'n groot aantal litiumione op die elektrode-oppervlak konsentreer, wat maklik tot die vorming van litiummetaal kan lei en die litiumiooninhoud verminder.
Die vorming van die SEI-film het 'n beduidende impak op die batterylewe. As 'n goeie SEI-film nie gevorm kan word nie, alhoewel die battery 'n hoë laai-/ontladingsdoeltreffendheid en bruikbare kapasiteit in die aanvanklike laai-/ontladingsstadiums kan hê, sal die kapasiteit skerp afneem met toenemende siklustelling, veral in lae-stroompuls-laaimodusse. Daarom is litium-ioonverlies in die eerste stadium onvermydelik. Die stroom tydens polslaai moet egter nie te hoog wees nie. Oormatige stroom sal ongelyke SEI-filmvorming, vinnige SEI-filmverdikking en 'n aansienlike toename in weerstand veroorsaak, wat die aantal bruikbare ione verminder en lei tot kapasiteitsverlies.
Polslaai gebruik hoofsaaklik laaipouses of omgekeerde ontlading om polarisasie tydens die laaiproses uit te skakel. Polarisasie is nou verwant aan batterytipe, vervaardigingsproses en materiaaleienskappe, en die variasies daarvan is kompleks. Met voortdurende verbeterings in batterytegnologie is polarisasie goed beheer. Daarom is die voordele van konvensionele polslaaimodusse nie so uitgespreek nie. Dit is nodig om relevante batterykenmerkparameters te kombineer vir intydse-monitering en die amplitude en siklus van polslaai aan te pas om die battery in optimale bedryfstoestand te hou-die intelligente laaimodus wat later beskryf word.
Reflex™ Vinnige laai metode
Die ReflexTM-snellaaimetode is 'n gepatenteerde tegnologie in die Verenigde State, wat aanvanklik hoofsaaklik ontwerp is vir die laai van nikkel-kadmiumbatterye. Hierdie laaimetode verlig die geheue-effekprobleem van nikkel-kadmiumbatterye en verminder dus die vinnige laaityd aansienlik. In vergelyking met polslaaimetodes is die grootste kenmerk van die ReflexTM-snellaaimetode die byvoeging van 'n negatiewe pols. Die meganisme daarvan gebruik die "versperrings"-effek wat deur die negatiewe puls verskaf word om borrels wat tydens die reaksieproses op die elektrode-oppervlak gegenereer word, uit te skakel, wat die temperatuurstyging en toename in interne weerstand tydens batterylaai verminder. Dit laat toe dat elektriese energie so volledig as moontlik in chemiese energie omgeskakel word in die battery, wat help om konsentrasiepolarisasie wat veroorsaak word deur stadige diffusie uit te skakel, die benuttingstempo van aktiewe materiale binne die battery te verbeter en sodoende die aantal lading-ontladingsiklusse te verhoog.
Soos getoon in Figuur 11-6, sluit een werksiklus van die ReflexTM-snellaaimetode drie stadiums in: 'n vorentoelaaipuls, 'n omgekeerde oombliklike ontladingspuls en 'n pouse in laai vir onderhoud. Die funksie van die voorwaartse laai-puls is om 'n positiewe amplitude-pulsstroom te verskaf om die battery te laai; die funksie van die omgekeerde oombliklike ontladingspuls is om die elektrolie-ione meer eweredig te laat diffundeer om die polarisasiereaksie binne die battery te vertraag, en sodoende die laaidoeltreffendheid te verbeter en die batterylewe te verhoog; die funksie van die stop-laaifase is om die elektroliet-ione meer eweredig te laat diffundeer en die polarisasieverskynsel te versag, waardeur die laaidoeltreffendheid verbeter en die batterylewe verleng word.
Veranderlike stroomonderbroke laaimetode
Die veranderlike stroom intermitterende laai metode is gebaseer op konstante stroom laai en puls laai, soos getoon in Figuur 11-7. Die kenmerk daarvan is dat die konstante stroom laai gedeelte vervang word met 'n spanningsbeperkte veranderlike stroom intermitterende laai gedeelte. In die aanvanklike stadiums van laai word die veranderlike stroom intermitterende laaimetode gebruik om 'n hoër laaistroom te verseker en die meerderheid van die laaibedrag te verkry.
Tydens die latere stadiums van laai word 'n konstante spanning laaifase gebruik om oorlading te verkry en die battery na 'n volledig gelaaide toestand te herstel. Deur die laai af en toe te stop, het die suurstof en waterstof wat deur die chemiese reaksie in die battery geproduseer word tyd om te herkombineer en geabsorbeer te word, wat natuurlik konsentrasiepolarisasie en ohmiese polarisasie uitskakel. Dit verminder die interne druk van die battery, sodat die volgende rondte van konstante stroomlaai gladder verloop en die battery in staat stel om meer elektrisiteit te absorbeer.
Gebaseer op die veranderlike stroom intermitterende laai metode, is 'n veranderlike spanning intermitterende laai metode voorgestel, soos getoon in Figuur 11-8. Die verskil tussen die veranderlike spanning en veranderlike stroom intermitterende laai metodes is dat die eerste fase nie intermitterende konstante stroom is nie, maar intermitterende konstante spanning.
Deur Figuur 11-7 en 11-8 te vergelyk, kan gesien word dat Figuur 11-8 die optimale laaikurwe beter weerspieël. In elke konstante spanning laai stadium, as gevolg van die konstante spanning laai, verminder die laai stroom natuurlik eksponensieel, in ooreenstemming met die eienskap dat die aanvaarbare battery stroom geleidelik afneem tydens die laai proses.
Veranderlike spanning, veranderlike stroomgolf-tipe intermitterende positiewe en negatiewe nul-Puls vinnige laaimetode
Die kombinasie van die voordele van polslaai, Reflex™ vinnige laai, veranderlike stroom intermitterende laai, en veranderlike spanning intermitterende laai, is die veranderlike spanning, veranderlike stroom golf -tipe positiewe en negatiewe nul-puls intermitterende vinnige laai metode ontwikkel en toegepas. Die beheer van die polslaaikring val oor die algemeen in twee kategorieë:
1) Die amplitude van die pulsstroom is veranderlik, terwyl die frekwensie van die PWM (krag PWM) sein vas is.
2) Die amplitude van die pulsstroom is konstant, terwyl die frekwensie van die PWM-sein verstelbaar is.
Figuur 11-9 gebruik 'n beheermodus wat verskil van hierdie twee: beide die pulsstroomamplitude en die frekwensie van die PWM-sein is vas, terwyl die PWM-dienssiklus verstelbaar is. Deur 'n intermitterende laai-/stopfase by te voeg, kan meer lading in 'n korter tyd verkry word, wat die battery se laaiaanvaardingsvermoë verbeter.
Elke laaimodus het sy eie voordele en toepassingsomvang. Met die wydverspreide gebruik van elektriese voertuie neem die vraag na laaisnelhede egter toe, wat lei tot die opkoms van slim laai. Slim laai is hoofsaaklik daarop gemik om die battery ten volle te laai of 'n vasgestelde kapasiteit binne 'n kort tyd te bereik. Dit word bereik deur die huidige waarde aan te pas volgens die battery se toestand van laai (SOC) en staat van gesondheid (SOH), wat die laaityd vergelykbaar maak met dié van die hervulling van 'n tradisionele voertuig.
Slim laai het wydverspreide aandag getrek. Navorsers wêreldwyd fokus aansienlike hulpbronne op navorsing oor laaibeheerstrategieë om laaitempo's te verbeter, terwyl die batterylewe effektief verseker word. Dit verbeter op sy beurt die praktiese en sosiale aanvaarding van elektriese voertuie.
