Teória nabíjania a vybíjania lítiovej batérie

Teória nabíjania a vybíjania lítiovej batérie

1.1 Stav nabitia (SOC)

Stav nabitia možno definovať ako stav dostupnej elektrickej energie v batérii, zvyčajne vyjadrený v percentách. Pretože dostupná elektrická energia sa mení v závislosti od nabíjacieho a vybíjacieho prúdu, teploty a javu starnutia, definícia stavu nabitia sa tiež delí na dva typy: absolútny stav nabitia (ASOC) a relatívny stav nabitia (RSOC). Rozsah relatívneho stavu nabitia je zvyčajne 0% -100%, zatiaľ čo batéria je 100% pri plnom nabití a 0% pri úplnom vybití. Absolútny stav nabitia je referenčná hodnota vypočítaná na základe projektovanej hodnoty pevnej kapacity pri výrobe batérie. Absolútny stav nabitia úplne novej úplne nabitej batérie je 100 %; Aj keď je starnúca batéria úplne nabitá, pri rôznych podmienkach nabíjania a vybíjania nemôže dosiahnuť 100 %.

Nasledujúci obrázok ukazuje vzťah medzi napätím a kapacitou batérie pri rôznych rýchlostiach vybíjania. Čím vyššia je rýchlosť vybíjania, tým nižšia je kapacita batérie. Pri nízkej teplote sa zníži aj kapacita batérie.

                          Obrázok 1. Vzťah medzi napätím a kapacitou pri rôznych rýchlostiach vybíjania a teplotách

1.2 Maximálne nabíjacie napätie

Najvyššie nabíjacie napätie súvisí s chemickým zložením a vlastnosťami batérie. Nabíjacie napätie lítiových batérií je zvyčajne 4,2 V a 4,35 V a hodnoty napätia sa môžu líšiť v závislosti od materiálov katódy a anódy.

1.3 Plne nabité

Keď je rozdiel medzi napätím batérie a najvyšším nabíjacím napätím menší ako 100 mV a nabíjací prúd klesne na C/10, batériu možno považovať za plne nabitú. Charakteristiky batérií sa líšia a tiež sa líšia podmienky úplného nabitia.

Nasledujúci obrázok znázorňuje typickú charakteristiku nabíjania lítiovej batérie. Keď sa napätie batérie rovná najvyššiemu nabíjaciemu napätiu a nabíjací prúd klesne na C/10, batéria sa považuje za plne nabitú.

                             Obrázok 2. Charakteristická krivka nabíjania lítiovej batérie

1.4 Minimálne vybíjacie napätie

Minimálne vybíjacie napätie môže byť definované ako medzné vybíjacie napätie, zvyčajne napätie pri 0% stave nabitia. Táto hodnota napätia nie je pevnou hodnotou, ale mení sa so záťažou, teplotou, stupňom starnutia alebo inými faktormi.

1.5 Úplné vybitie

Keď je napätie batérie menšie alebo rovné minimálnemu vybíjaciemu napätiu, možno to nazvať úplným vybitím.

1.6 Rýchlosť vybíjania (C-Rate)

Rýchlosť vybíjania je vyjadrením vybíjacieho prúdu vo vzťahu ku kapacite batérie. Ak sa napríklad 1C použije na vybitie počas jednej hodiny, v ideálnom prípade sa batéria úplne vybije. Rôzne rýchlosti nabíjania a vybíjania budú mať za následok rôzne dostupné kapacity. Zvyčajne platí, že čím vyššia je rýchlosť vybíjania, tým menšia je dostupná kapacita.

1.7 Životnosť cyklu

Počet cyklov je počet, koľkokrát bola batéria úplne nabitá a vybitá, čo možno odhadnúť zo skutočnej kapacity vybitia a projektovanej kapacity. Kedykoľvek sa akumulovaná kapacita vybíjania rovná projektovanej kapacite, počet cyklov je jeden. Zvyčajne po 500 cykloch nabíjania a vybíjania sa kapacita plne nabitej batérie zníži o 10 % až 20 %.

                          Obrázok 3. Vzťah medzi dobami cyklov a kapacitou batérie

1.8 Samovybíjanie

Samovybíjanie všetkých batérií sa zvyšuje so zvyšujúcou sa teplotou. Samovybíjanie v podstate nie je výrobnou chybou, ale skôr charakteristikou samotnej batérie. Avšak nesprávna manipulácia počas výrobného procesu môže tiež viesť k zvýšeniu samovybíjania. Zvyčajne sa s každým zvýšením teploty batérie o 10 °C rýchlosť samovybíjania zdvojnásobí. Lítium-iónové batérie majú mesačnú samovybíjaciu kapacitu približne 1-2%, zatiaľ čo rôzne niklové batérie majú mesačnú samovybíjaciu kapacitu 10-15%.

                             Obrázok 4. Výkon rýchlosti samovybíjania lítiových batérií pri rôznych teplotách