Curvas de carga y descarga de la batería

Durante el proceso de carga y descarga de la batería, a medida que cambia la profundidad de carga y descarga, el voltaje también cambia constantemente. Si utilizamos la capacidad como coordenada horizontal y el voltaje como coordenada vertical, podemos obtener una curva de carga y descarga simple, que contiene muchas pistas sobre el rendimiento eléctrico de la batería. Estas curvas dibujadas con los parámetros de la celda de la batería, como tiempo, capacidad, SOC, voltaje, etc. involucrados en la carga y descarga como coordenadas, se denominan curvas de carga y descarga. A continuación se muestran algunas curvas de carga y descarga comunes.

Curva tiempo-corriente/tensión

● Corriente constante

Durante la carga y descarga de corriente constante, la corriente es constante y al mismo tiempo se recopila el cambio de voltaje del terminal de la batería, lo que a menudo se utiliza para detectar las características de descarga de la batería. Durante el proceso de descarga, la corriente de descarga permanece sin cambios, el voltaje de la batería disminuye y la potencia de descarga también continúa disminuyendo. La curva de muestra se muestra en la siguiente figura.

● Corriente constante y voltaje constante (carga)

En comparación con la carga de corriente constante, la carga de voltaje constante de corriente constante tiene un proceso de voltaje constante al final de la carga. Al final de la carga, el voltaje se vuelve constante cuando alcanza el valor objetivo, mientras que la corriente disminuye gradualmente. Cuando se alcanza la corriente de corte, finaliza la carga de voltaje constante de corriente constante. Dado que el voltaje de la batería fluctúa mucho después de abandonar el período de meseta, si se continúa con una carga de corriente constante, la batería no puede alcanzar el estado de carga completa ideal. Por lo tanto, es necesario cambiar a voltaje constante y reducir la corriente para garantizar que la batería alcance un estado de carga lo más alto posible. La curva de muestra se muestra en la siguiente figura.

● Potencia constante

Todo el proceso de carga y descarga se realiza a potencia constante. Según P=UI, el voltaje aumenta gradualmente y la corriente disminuye gradualmente durante la carga de potencia constante, y el voltaje disminuye gradualmente y la corriente aumenta gradualmente durante la descarga de potencia constante. Según el voltaje de corte de carga y descarga convencional de la batería LFP de 3,65-2,5 V, la corriente final de descarga puede alcanzar casi 1,5 veces la corriente final de carga. La curva de ejemplo se muestra en la siguiente figura.

● Continuo, intermitente, pulso

A corriente o potencia constante, la función de temporización se utiliza para lograr un control de carga y descarga continua, intermitente y por impulsos. Estos regímenes especiales de carga y descarga se utilizan a menudo para evaluar la resistencia interna de CC de la batería. La curva de muestra se muestra en la siguiente figura.

Curva capacidad-tensión

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.

Los datos de prueba del ciclo de las baterías de iones de litio son la acumulación de datos de carga y descarga únicas. Se pueden extraer diferentes datos de carga y descarga para crear múltiples curvas para diferentes aspectos del análisis. La curva de vida del ciclo más simple es con el número de ciclos como eje x y la capacidad de descarga o tasa de retención de capacidad como eje y, como se muestra en la siguiente figura. A medida que avanza el ciclo, la capacidad de la batería continúa disminuyendo y el sistema de carga y descarga tiene un impacto significativo en la disminución de la capacidad de la batería.

También puede comparar las curvas capacidad-voltaje de carga y descarga en diferentes momentos, como se muestra en la siguiente figura. A medida que avanza el ciclo, el voltaje inicial de carga y descarga cambia, la resistencia interna de CC de la batería cambia y la capacidad de carga y descarga disminuye gradualmente.

Además de los dos tipos anteriores, existen muchas otras curvas con el número de ciclos como eje horizontal y los parámetros afectados por la atenuación del ciclo de la batería como eje vertical, que desempeñan un papel en el análisis de los factores que afectan el ciclo de vida de la batería. célula y predecir el ciclo de vida. Como se muestra en la figura siguiente, refleja el valor teórico de la vida útil de la batería afectada por el nivel de eficiencia de culombio. CE es la eficiencia de culombio, Ck es la tasa de retención de capacidad y k es el número de ciclos.

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