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리튬 이온 배터리 방전 곡선 분석에 대한 종합 가이드

30 11 월, 2023

By hoppt

가장 일반적으로 사용되는 리튬이온 배터리 성능 테스트 - 방전 곡선 분석 전략

리튬 이온 배터리가 방전되면 작동 전압은 시간이 지남에 따라 항상 끊임없이 변합니다. 세로축은 배터리의 작동전압, 방전시간이나 용량, 가로축은 충전상태(SOC), 방전깊이(DOD)를 사용하며, 그려진 곡선을 방전곡선이라 한다. 배터리의 방전 특성 곡선을 이해하기 위해서는 먼저 배터리의 전압에 대한 원리를 이해해야 합니다.

[배터리 전압]

배터리를 형성하기 위한 전극 반응은 다음 조건을 충족해야 합니다. 화학 반응에서 전자를 잃는 과정(즉, 산화 과정)과 전자를 얻는 과정(즉, 환원 반응 과정)이 서로 다른 두 영역으로 분리되어야 합니다. 일반적인 산화환원반응과는 다르다. 두 전극의 활성 물질의 산화환원 반응은 외부 회로에 의해 전달되어야 하며 이는 금속 부식 과정의 마이크로 배터리 반응과 다릅니다. 배터리의 전압은 양극과 음극 사이의 전위차입니다. 특정 주요 매개변수에는 개방 회로 전압, 작동 전압, 충전 및 방전 차단 전압 등이 포함됩니다.

[리튬이온전지 소재의 전극전위]

전극 전위란 고체 물질이 전해액에 침지되는 현상을 말하며, 전기적 효과, 즉 금속 표면과 용액 사이의 전위차를 나타냅니다. 이 전위차를 용액 속 금속의 전위 또는 전극의 전위라고 합니다. 즉, 전극 전위는 이온이나 원자가 전자를 획득하려는 경향입니다.

따라서 특정 양극 또는 음극 재료의 경우 리튬염이 포함된 전해질에 넣으면 전극 전위는 다음과 같이 표현됩니다.

여기서 Φc는 이 물질의 전극 전위입니다. 표준 수소전극 전위는 0.0V로 설정하였다.

[배터리의 개방전압]

전지의 기전력은 열역학적 방법을 이용하여 전지의 반응에 따라 계산한 이론값, 즉 회로가 단선되었을 때 전지의 평형전위와 양극, 음극의 차이가 최대값이다 배터리가 전압을 줄 수 있다는 것입니다. 실제로 양극과 음극은 전해질에서 반드시 열역학적 평형 상태에 있을 필요는 없습니다. 즉, 전해액에서 배터리의 양극과 음극에 의해 확립된 전극 전위는 일반적으로 평형 전극 전위가 아니므로 배터리의 개방 회로 전압은 일반적으로 기전력보다 작습니다. 전극 반응의 경우:

반응물 성분의 비표준 상태와 시간 경과에 따른 활성 성분의 활동(또는 농도)을 고려하면 셀의 실제 개방 회로 전압은 에너지 방정식에 의해 수정됩니다.

여기서 R은 기체 상수, T는 반응 온도, a는 성분 활성 또는 농도입니다. 배터리의 개방 회로 전압은 양극 및 음극 재료의 특성, 전해질 및 온도 조건에 따라 달라지며 배터리의 기하학적 구조 및 크기와는 무관합니다. 극에 리튬 이온 전극 재료 준비 및 버튼 반 배터리로 조립된 리튬 금속 시트는 개방 전압의 다양한 SOC 상태에서 전극 재료를 측정할 수 있으며, 개방 전압 곡선은 전극 재료 충전 상태 반응, 배터리 저장 개방 전압 강하이지만 개방 전압 강하가 너무 빠르거나 진폭이 비정상적인 현상인 경우에는 그다지 크지 않습니다. 양극성 활성 물질의 표면 상태 변화와 배터리의 자체 방전은 양극 및 음극 재료 테이블의 마스크 층의 변화를 포함하여 저장 시 개방 회로 전압을 감소시키는 주요 원인입니다. 전극의 열역학적 불안정성으로 인한 전위 변화, 금속 이물질의 용해 및 석출, 양극과 음극 사이의 격막으로 인한 미세 단락 등이 있습니다. 리튬이온전지가 노화될 때 K값의 변화(전압강하)는 전극재료 표면에 SEI 피막이 형성되고 안정되는 과정이다. 전압 강하가 너무 크면 내부에 마이크로 단락이 발생하여 배터리가 부적합한 것으로 판단됩니다.

[배터리 극성]

전극에 전류가 흐를 때 전극이 평형 전극전위에서 벗어나는 현상을 분극이라고 하며, 분극에 의해 과전위가 발생합니다. 분극의 원인에 따라 오믹 분극, 농도 분극, 전기화학적 분극으로 나눌 수 있습니다. 무화과. 그림 2는 배터리의 일반적인 방전 곡선과 다양한 분극이 전압에 미치는 영향을 보여줍니다.

 그림 1. 일반적인 방전 곡선 및 분극

(1) 오믹 분극: 배터리 각 부분의 저항으로 인해 압력 강하 값이 옴의 법칙을 따르며 전류가 감소하고 분극이 즉시 감소하며 전류가 정지한 후 즉시 사라집니다.

(2) 전기화학적 분극: 전극 표면의 느린 전기화학적 반응으로 인해 분극이 발생한다. 전류가 작아짐에 따라 마이크로초 수준 내에서 크게 감소했습니다.

(3) 농도 분극: 용액 내 이온 확산 과정의 지연으로 인해 특정 전류 하에서 전극 표면과 용액 본체 사이의 농도 차이가 분극됩니다. 이러한 분극은 거시적인 초(몇 초에서 수십 초)에 전류가 감소함에 따라 감소하거나 사라집니다.

배터리의 내부 저항은 배터리의 방전 전류가 증가함에 따라 증가합니다. 이는 주로 방전 전류가 크면 배터리의 분극 경향이 증가하고 방전 전류가 클수록 분극 경향이 더 뚜렷해지기 때문입니다. 그림 2에서. 옴의 법칙: V=E0-IRT에 따르면 내부 전체 저항 RT가 증가함에 따라 배터리 전압이 방전 차단 전압에 도달하는 데 필요한 시간이 그에 따라 감소하므로 방출 용량도 감소합니다. 줄인.

그림 2. 전류 밀도가 분극에 미치는 영향

리튬 이온 배터리는 본질적으로 일종의 리튬 이온 농축 배터리입니다. 리튬 이온 배터리의 충방전 과정은 양극과 음극에 리튬 이온을 매립하고 제거하는 과정입니다. 리튬 이온 배터리의 분극화에 영향을 미치는 요인은 다음과 같습니다.

(1) 전해질의 영향: 전해질의 낮은 전도성은 리튬 이온 배터리의 분극화의 주요 원인입니다. 일반적인 온도 범위에서 리튬 이온 배터리에 사용되는 전해질의 전도도는 일반적으로 수용액의 0.01%인 0.1~XNUMXS/cm에 불과합니다. 따라서 리튬이온 배터리가 고전류로 방전되면 전해액에서 Li+를 보충하기에는 너무 늦어 분극 현상이 발생하게 된다. 전해질의 전도성을 높이는 것은 리튬이온전지의 고전류 방전용량을 향상시키는 핵심 요소이다.

(2) 양극 및 음극 재료의 영향: 양극 및 음극 재료의 채널이 길수록 큰 리튬 이온 입자가 표면으로 확산되어 큰 속도 방전에 도움이 되지 않습니다.

(3) 도전제: 도전제의 함량은 고비율 방전 성능에 영향을 미치는 중요한 요소이다. 음극식에 도전제의 함량이 부족하면 큰 전류가 방전될 때 전자가 제때에 전달되지 못하고 분극 내부저항이 급격하게 증가하여 전지전압이 방전차단전압까지 급격하게 감소하게 된다. .

(4) 극 설계의 영향: 극 두께: 대전류 방전의 경우 활성 물질의 반응 속도가 매우 빠르므로 리튬 이온이 재료에 빠르게 매립되고 분리되어야 합니다. 극판이 두껍고 리튬이온 확산 경로가 증가하면 극판의 두께 방향에 따라 리튬이온 농도 구배가 커집니다.

압축 밀도: 극 시트의 압축 밀도가 커지고 기공이 작아지며 극 시트 두께 방향으로 리튬 이온 이동 경로가 길어집니다. 또한, 압축밀도가 너무 크면 소재와 전해질 사이의 접촉 면적이 감소하고, 전극 반응 부위가 감소하며, 전지의 내부 저항도 증가하게 된다.

(5) SEI 막의 영향: SEI 막의 형성은 전극/전해질 계면의 저항을 증가시켜 전압 히스테리시스 또는 분극을 초래합니다.

[배터리의 작동 전압]

종료 전압이라고도 알려진 작동 전압은 작동 상태에서 회로에 전류가 흐를 때 배터리의 양극과 음극 사이의 전위차를 나타냅니다. 배터리 방전의 작동 상태에서 전류가 배터리를 통해 흐를 때 내부 저항으로 인한 저항을 극복해야 옴압 강하와 전극 분극이 발생하므로 작동 전압은 항상 개방 회로 전압보다 낮습니다. 충전 시 최종 전압은 항상 개방 회로 전압보다 높습니다. 즉, 분극의 결과로 인해 배터리 방전 종료 전압이 배터리의 기전위보다 낮아지고, 이는 충전 중인 배터리의 기전위보다 높아진다.

분극 현상의 존재로 인해 충전 및 방전 과정에서 순간 전압과 실제 전압이 발생합니다. 충전 시에는 순시전압이 실제 전압보다 약간 높아지며, 방전 후 순시전압과 실제전압이 감소하면 분극이 사라지고 전압이 낮아지게 됩니다.

위의 설명을 요약하면 표현식은 다음과 같습니다.

E +, E- -는 각각 양극과 음극의 전위를 나타내고, E + 0과 E- -0은 각각 양극과 음극의 평형 전극 전위를 나타내며, VR은 오믹 분극 전압을 나타내고, θ + , θ - -는 각각 양극과 음극의 과전위를 나타냅니다.

[방전시험의 기본원리]

배터리 전압에 대한 기본적인 이해를 마친 후, 리튬이온 배터리의 방전 곡선 분석을 시작했습니다. 방전 곡선은 기본적으로 전극의 상태를 반영하는데, 이는 양극과 음극의 상태 변화가 중첩된 것입니다.

방전 과정 전반에 걸친 리튬 이온 배터리의 전압 곡선은 세 단계로 나눌 수 있습니다

1) 배터리 초기에는 전압이 급격히 떨어지며, 방전율이 높을수록 전압이 더 빨리 떨어집니다.

2) 배터리 전압은 배터리의 플랫폼 영역이라고 불리는 느린 변화 단계에 들어갑니다. 방전율이 작을수록,

플랫폼 영역의 지속 시간이 길수록 플랫폼 전압이 높을수록 전압 강하가 느려집니다.

3) 배터리 전원이 거의 소모되면 방전 정지 전압에 도달할 때까지 배터리 부하 전압이 급격히 떨어지기 시작합니다.

테스트 중에 데이터를 수집하는 방법에는 두 가지가 있습니다.

(1) 설정된 시간 간격 Δt에 따라 전류, 전압 및 시간 데이터를 수집합니다.

(2) 설정된 전압 변화 차이 ΔV에 따라 전류, 전압 및 시간 데이터를 수집합니다. 충전 및 방전 장비의 정확도에는 주로 전류 정확도, 전압 정확도 및 시간 정밀도가 포함됩니다. 표 2는 특정 충방전 기계의 장비 매개변수를 보여줍니다. 여기서 %FS는 전체 범위의 백분율을 나타내고 0.05%RD는 판독값의 0.05% 범위 내에서 측정된 오류를 나타냅니다. 충전 및 방전 장비는 일반적으로 부하 저항 대신 CNC 정전류 소스를 사용하므로 배터리의 출력 전압은 회로의 직렬 저항 또는 기생 저항과 관련이 없으며 전압 E 및 내부 저항에만 관련됩니다. r 및 배터리와 동등한 이상적인 전압원의 회로 전류 I. 저항을 부하로 사용하는 경우 배터리 등가의 이상적인 전압원의 전압을 E, 내부저항을 r, 부하저항을 R로 설정한다. 전압으로 부하저항 양단의 전압을 측정한다. 그러나 실제로 회로에는 리드 저항과 고정 장치 접촉 저항(균일한 기생 저항)이 있습니다. 도 6에 도시된 등가 회로도. 도 3은 도 3의 다음 그림에 도시되어 있다. XNUMX. 실제로는 기생저항이 필연적으로 도입되어 전체 부하저항이 커지나, 측정된 전압은 부하저항 R 양단의 전압이므로 오차가 도입된다.

 그림 3 저항방전방식의 원리블록도와 실제 등가회로도

전류 I1을 갖는 정전류원을 부하로 사용하는 경우의 개략도와 실제 등가회로도는 그림 7과 같다. E, I1은 일정한 값이고 r은 일정시간 동안 일정하다.

위 공식에서 A와 B의 두 전압이 일정하다는 것을 알 수 있습니다. 즉, 배터리의 출력 전압은 루프의 직렬 저항 크기와 관련이 없으며 물론 아무 관련이 없습니다. 기생 저항으로. 또한 XNUMX단자 측정 모드를 사용하면 배터리 출력 전압을 보다 정확하게 측정할 수 있습니다.

그림 4 정전류원 부하의 등가 블록도와 실제 등가 회로도

동시 소스는 부하에 일정한 전류를 공급할 수 있는 전원 공급 장치입니다. 외부 전원 공급 장치가 변동하고 임피던스 특성이 변경되는 경우에도 출력 전류를 일정하게 유지할 수 있습니다.

[방전 테스트 모드]

충방전 테스트 장비는 일반적으로 반도체 소자를 유동소자로 사용합니다. 반도체 장치의 제어 신호를 조정함으로써 정전류, 정압, 정저항 등과 같은 다양한 특성의 부하를 시뮬레이션할 수 있습니다. 리튬 이온 배터리 방전 테스트 모드에는 주로 정전류 방전, 정저항 방전, 정전력 방전 등이 포함됩니다. 각 방전 모드에서는 연속 방전과 간격 방전도 나눌 수 있으며, 시간 길이에 따라 간격 방전은 간헐 방전과 펄스 방전으로 나눌 수 있습니다. 방전 테스트 중에는 설정된 모드에 따라 배터리가 방전되며, 설정된 조건에 도달하면 방전이 중지됩니다. 방전 차단 조건에는 전압 차단 설정, 시간 차단 설정, 용량 차단 설정, 음전압 구배 차단 설정 등이 포함됩니다. 배터리 방전 전압의 변화는 방전 시스템과 관련이 있습니다. 즉, 방전 곡선의 변화는 방전 전류, 방전 온도, 방전 종료 전압을 포함하는 방전 시스템의 영향을 받습니다. 간헐적이거나 지속적인 방전. 방전 전류가 클수록 작동 전압이 더 빨리 떨어집니다. 방전 온도에 따라 방전 곡선이 완만하게 변합니다.

(1) 정전류 방전

정전류 방전시 전류 값이 설정되고 CNC 정전류 소스를 조정하여 전류 값에 도달하여 배터리의 정전류 방전을 실현합니다. 동시에 배터리의 최종 전압 변화를 수집하여 배터리의 방전 특성을 감지합니다. 정전류 방전은 동일한 방전 전류를 방전하지만 배터리 전압이 계속 떨어지기 때문에 전력도 계속해서 떨어집니다. 그림 5는 리튬이온 배터리의 정전류 방전의 전압 및 전류 곡선이다. 정전류 방전으로 인해 시간축이 용량(전류와 시간의 곱)축으로 쉽게 변환됩니다. 그림 5는 정전류 방전 시의 전압-용량 곡선을 보여줍니다. 정전류 방전은 리튬 이온 배터리 테스트에서 가장 일반적으로 사용되는 방전 방법입니다.

그림 5 다양한 승수율에서의 정전류 정전압 충전 및 정전류 방전 곡선

(2) 일정한 방전

상시 전력이 방전되면 상시 전력 값 P가 먼저 설정되고 배터리의 출력 전압 U가 수집됩니다. 방전 과정에서 P는 일정해야 하지만 U는 지속적으로 변화하므로 일정한 전력 방전의 목적을 달성하려면 공식 I = P/U에 따라 CNC 정전류 소스의 전류 I를 지속적으로 조정해야 합니다. . 방전 과정에서 배터리의 전압이 계속 떨어지기 때문에 방전 전력을 변경하지 않고 유지하여 정전력 방전의 전류가 계속 상승합니다. 일정한 전력 방전으로 인해 시간 좌표축이 에너지(전력과 시간의 곱) 좌표축으로 쉽게 변환됩니다.

그림 6 다양한 배가 속도에서의 정전력 충전 및 방전 곡선

정전류 방전과 정전력 방전의 비교

그림 7: (a) 다양한 비율의 충전 및 방전 용량 다이어그램; (b) 충전 및 방전 곡선

 그림 7은 두 가지 모드에서 서로 다른 비율의 충전 및 방전 테스트 결과를 보여줍니다. 리튬 인산 철 배터리. 도 7의 용량 곡선에 따르면. 도 1(a)를 참조하면, 정전류 모드에서 충방전 전류가 증가함에 따라 배터리의 실제 충방전 용량은 점차 감소하지만 변화폭은 상대적으로 작다. 배터리의 실제 충전 및 방전 용량은 전력이 증가함에 따라 점차 감소하며, 승수가 클수록 용량 감소가 빨라집니다. 5시간 속도 방전 용량은 정유량 모드보다 낮습니다. 동시에, 충방전 속도가 5시간 속도보다 낮을 경우, 정전력 조건에서 배터리 용량이 더 높고, XNUMX시간 속도보다 높을수록 정전류 조건에서 배터리 용량이 더 높습니다.

그림 7(b)는 낮은 비율 조건에서 용량-전압 곡선을 보여주며, 인산철리튬 배터리의 XNUMX가지 모드 용량-전압 곡선과 충전 및 방전 전압 플랫폼 변화는 크지 않지만 높은 비율 조건에서는 정전류-정전압 모드의 정전압 시간은 상당히 길고 충전 전압 플랫폼은 크게 증가했으며 방전 전압 플랫폼은 크게 감소했습니다.

(3) 정저항 방전

정저항 방전 시, 정저항 값 R이 먼저 설정되어 배터리 U의 출력 전압을 수집합니다. 방전 과정에서 R은 일정해야 하지만 U는 지속적으로 변화하므로 CNC 정전류의 전류 I 값은 일정한 저항 방전의 목적을 달성하려면 공식 I=U/R에 따라 소스를 지속적으로 조정해야 합니다. 방전 과정에서 배터리의 전압은 항상 감소하고 저항은 동일하므로 방전 전류 I도 감소하는 과정입니다.

(4) 연속방전, 간헐방전, 펄스방전

배터리는 정전류, 정전력 및 정저항으로 방전되는 동시에 타이밍 기능을 사용하여 연속 방전, 간헐 방전 및 펄스 방전 제어를 실현합니다. 그림 11은 일반적인 펄스 충전/방전 테스트의 전류 곡선과 전압 곡선을 보여줍니다.

그림 8 일반적인 펄스 충방전 테스트의 전류 곡선과 전압 곡선

[방전곡선에 포함된 정보]

방전 곡선은 방전 과정에서 시간에 따른 배터리의 전압, 전류, 용량 및 기타 변화의 곡선을 나타냅니다. 충전 및 방전 곡선에 포함된 정보는 용량, 에너지, 작동 전압 및 전압 플랫폼, 전극 전위와 충전 상태 간의 관계 등 매우 풍부합니다. 방전 테스트 중에 기록되는 주요 데이터는 시간입니다. 전류와 전압의 진화. 이러한 기본 데이터로부터 많은 매개변수를 얻을 수 있습니다. 다음은 방전 곡선으로 얻을 수 있는 매개변수를 자세히 설명합니다.

(1) 전압

리튬 이온 배터리의 방전 테스트에서 전압 매개변수에는 주로 전압 플랫폼, 중간 전압, 평균 전압, 차단 전압 등이 포함됩니다. 플랫폼 전압은 전압 변화가 최소이고 용량 변화가 클 때 해당 전압 값입니다. , 이는 dQ/dV의 피크 값으로부터 얻을 수 있습니다. 중간 전압은 배터리 용량의 절반에 해당하는 전압 값입니다. 인산철리튬, 티탄산리튬 등 플랫폼에서 보다 명확한 물질의 경우 중간 전압이 플랫폼 전압입니다. 평균 전압은 전압-용량 곡선의 유효 면적(즉, 배터리 방전 에너지)을 용량 계산 공식으로 나눈 값으로 u = U(t) * I(t) dt / I(t) dt입니다. 차단전압은 배터리가 방전될 때 허용되는 최소 전압을 의미합니다. 전압이 방전 차단 전압보다 낮으면 배터리 양단의 전압이 급격히 떨어져 과방전이 발생합니다. 과방전은 전극의 활성물질을 손상시키고, 반응능력을 상실하여 전지수명을 단축시킬 수 있습니다. 첫 번째 부분에서 설명한 것처럼 배터리의 전압은 양극재의 충전 상태 및 전극 전위와 관련이 있습니다.

(2) 용량 및 특정 용량

배터리 용량은 특정 방전 시스템(특정 방전 전류 I, 방전 온도 T, 방전 차단 전압 V)에서 배터리가 방출하는 전기량을 말하며 배터리가 에너지를 Ah 또는 C로 저장할 수 있는 능력을 나타냅니다. 용량은 방전전류, 방전온도 등 많은 요소에 의해 영향을 받으며, 용량 크기는 양극과 음극의 활물질 양에 따라 결정됩니다.

이론적 용량: 반응에서 활성 물질이 제공하는 용량입니다.

실제 용량: 특정 방전 시스템에서 방출된 실제 용량입니다.

정격 용량: 설계된 방전 조건에서 배터리가 보장하는 최소 전력량을 나타냅니다.

방전 테스트에서 용량은 시간에 따른 전류를 통합하여 계산됩니다. 즉, C = I(t) dt, t 일정 방전의 정전류, C = I(t) dt = I t; 정저항 R 방전, C = I (t) dt = (1 / R) * U (t) dt (1 / R) * out (u는 평균 방전 전압, t는 방전 시간).

특정 용량: 다양한 배터리를 비교하기 위해 특정 용량의 개념이 도입되었습니다. 비용량이란 단위 질량 또는 단위 부피 전극의 활성물질이 부여하는 용량을 말하며 이를 질량 비용량 또는 부피 비용량이라 한다. 일반적인 계산 방법은 다음과 같습니다: 비용량 = 배터리 첫 방전 용량 / (활성 물질 질량 * 활성 물질 이용률)

배터리 용량에 영향을 미치는 요소:

ㅏ. 배터리의 방전 전류: 전류가 클수록 출력 용량이 감소합니다.

비. 배터리 방전 온도: 온도가 낮아지면 출력 용량도 감소합니다.

씨. 배터리의 방전 차단 전압: 전극 재료에 의해 설정된 방전 시간과 전극 반응 자체의 한계는 일반적으로 3.0V 또는 2.75V입니다.

디. 배터리 충전 및 방전 시간: 배터리를 여러 번 충전 및 방전한 후 전극 재료의 결함으로 인해 배터리의 방전 용량이 감소할 수 있습니다.

이자형. 배터리의 충전 조건: 충전 속도, 온도, 차단 전압은 배터리 용량에 영향을 미치므로 방전 용량이 결정됩니다.

 배터리 용량 결정 방법:

산업마다 작업 조건에 따라 테스트 표준이 다릅니다. 3C 제품용 리튬 이온 배터리의 경우 국가 표준 GB/T18287-2000 휴대폰용 리튬 이온 배터리 일반 사양에 따라 배터리의 정격 용량 테스트 방법은 다음과 같습니다. a) 충전: 0.2C5A 충전; b) 방전: 0.2C5A 방전; c) XNUMX개 사이클 중 XNUMX개 사이클이 자격을 부여받습니다.

전기 자동차 산업의 경우 국가 표준 GB/T 31486-2015 전기 자동차용 전원 배터리에 대한 전기 성능 요구 사항 및 테스트 방법에 따라 배터리 정격 용량은 실온에서 배터리가 방출하는 용량(Ah)을 나타냅니다. 1I1(A) 전류 방전으로 종단 전압에 도달합니다. 여기서 I1은 1시간 방전 전류이며 그 값은 C1(A)과 같습니다. 테스트 방법은 다음과 같습니다.

가) 상온에서 기업이 규정한 충전종료전압까지 정전류 충전시에는 정전압을 정지하고, 충전종료 전류가 0.05I1(A)로 떨어지면 충전을 정지한 후 1시간 동안 충전을 유지한다. 충전.

Bb) 실온에서 방전이 기업 기술 조건에 명시된 방전 종료 전압에 도달할 때까지 배터리를 1I1(A) 전류로 방전합니다.

C) 측정된 방전 용량(Ah로 측정), 방전 비에너지(Wh/kg으로 측정)를 계산하는 단계;

3 d) a) -) c) 단계를 5회 반복합니다. 3회 연속 테스트의 극한 차이가 정격 용량의 3% 미만인 경우 테스트를 미리 종료하고 마지막 3회 테스트 결과를 평균할 수 있습니다.

(3) 충전 상태, SOC

SOC(충전 상태)는 충전 상태로, 특정 방전율에서 일정 시간 또는 오랜 시간이 지난 후 완전 충전 상태에 대한 배터리 잔존 용량의 비율을 나타냅니다. "개방전압+시간-시간 적분" 방식은 개방전압 방식을 이용하여 배터리의 초기 상태 충전 용량을 추정한 후, 시간-시간 적분 방식을 이용하여 배터리가 소모하는 전력을 구하는 방식이다. -시간 통합 방법. 소모되는 전력은 방전전류와 방전시간의 곱이며, 잔여전력은 초기전력과 소모전력의 차이와 같다. 개방 회로 전압과 한 시간 적분 간의 SOC 수학적 추정치는 다음과 같습니다.

여기서 CN은 정격 용량입니다. θ는 충방전 효율이다. T는 배터리 사용 온도입니다. I는 배터리 전류입니다. t는 배터리 방전 시간입니다.

DOD(Depth of Discharge)는 방전 깊이로, 방전 정도를 나타내는 척도로 전체 방전 용량에 대한 방전 용량의 비율을 나타냅니다. 방전 깊이는 배터리 수명과 큰 관계가 있습니다. 방전 깊이가 깊을수록 수명은 짧아집니다. 관계는 SOC = 100% -DOD로 계산됩니다.

4) 에너지와 비에너지

배터리가 일정한 조건에서 외부 작업을 함으로써 출력할 수 있는 전기 에너지를 배터리 에너지라고 하며, 단위는 일반적으로 wh로 표시합니다. 방전 곡선에서 에너지는 다음과 같이 계산됩니다. W = U(t) * I(t) dt. 정전류 방전시 W = I * U (t) dt = It * u (u는 평균 방전 전압, t는 방전 시간)

ㅏ. 이론에너지

전지의 방전과정은 평형상태이며, 방전전압은 기전력(E)의 값을 유지하며, 활성물질의 이용률은 100%이다. 이 조건에서 배터리의 출력 에너지는 이론적인 에너지, 즉 일정한 온도와 압력에서 가역 배터리가 수행하는 최대 일입니다.

비. 실제 에너지

배터리 방전의 실제 출력 에너지를 실제 에너지라고 하며, 전기 자동차 업계 규정("GB/T 31486-2015 Power Battery Electrical PerformanceRequirements and Test Methods for electric Vehicles")에서는 상온에서 배터리를 1I1(A ) 전류 방전은 정격 에너지라고 불리는 종단 전압에 의해 방출된 에너지(Wh)에 도달합니다.

씨. 비에너지

단위 질량당 및 단위 부피당 배터리에서 제공하는 에너지를 질량 비에너지 또는 부피 비에너지라고 하며 에너지 밀도라고도 합니다. wh/kg 또는 wh/L 단위입니다.

[방전곡선의 기본 형태]

방전 곡선의 가장 기본적인 형태는 전압-시간 및 전류 시간 곡선이다. 시간축 계산의 변환을 통해 공통 방전 곡선에도 전압-용량(비용량) 곡선, 전압-에너지(비에너지) 곡선, 전압-SOC 곡선 등이 있습니다.

(1) 전압-시간과 전류 시간 곡선

그림 9 전압-시간 및 전류-시간 곡선

(2) 전압-용량 곡선

그림 10 전압-용량 곡선

(3) 전압-에너지 곡선

그림 그림 11. 전압-에너지 곡선

[참고 문서]

  • 왕 차오(Wang Chao) 외. 전기화학적 에너지 저장장치의 정전류 및 정전력의 충방전 특성 비교 [J]. 에너지저장과학기술.2017(06):1313-1320.
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  • Guo Jipeng 외. 인산철리튬전지의 정전류 및 정전력 시험 특성 비교[J].축전지.2017(03):109-115
  • Marinaro M, 윤 D, Gabrielli G 등 고성능 1.2 Ah Si 합금/흑연|LiNi0.5Mn0.3Co0.2O2 프로토타입 리튬 이온 배터리[J].Journal of Power Sources.2017(보충 C):357-188.

 

 

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