การชาร์จและการคายประจุจะตัด-แรงดันไฟฟ้าของแบตเตอรี่ลิเธียม-อย่างไร

แรงดันไฟฟ้าตัดการชาร์จและคายประจุ-เชื่อมโยงโดยตรงกับความปลอดภัยของแบตเตอรี่และอายุการใช้งาน การตั้งค่าต้องมีความสมดุลระหว่างคุณสมบัติของวัสดุและสภาพการทำงาน บทความนี้วิเคราะห์ตรรกะการออกแบบเกณฑ์แรงดันไฟฟ้าสำหรับระบบ เช่น LFP และ NCM และอธิบายรายละเอียดเกี่ยวกับกลไกการประสานงานระหว่างการปรับอุณหภูมิและการป้องกันลำดับชั้นหลาย-ขั้นของ BMS

1. ระบบวัสดุและคุณสมบัติทางเคมีไฟฟ้า

วัสดุแคโทดและแอโนดจะกำหนดหน้าต่างแรงดันไฟฟ้า เนื่องจากการรวมกันของแคโทด-แอโนดที่แตกต่างกันจะมีหน้าต่างความเสถียรทางเคมีไฟฟ้าที่แตกต่างกัน ตัวอย่าง:

ระบบลิเธียมเหล็กฟอสเฟต (LFP): การตัดประจุมาตรฐาน-แรงดันไฟฟ้าขณะตัด=3.65 V; การตัดจำหน่าย-แรงดันไฟฟ้าตก=2.5 V (อุณหภูมิแวดล้อม) หรือ 2.0 V (อุณหภูมิต่ำ)

ระบบวัสดุแบบเทอร์นารี (NCM/NCA): แรงดันไฟตัด- ขณะตัด=4.2 V; แรงดันไฟฟ้าตัดการคายประจุ-อยู่ในช่วงตั้งแต่ 2.75 V ถึง 3.0 V

ระบบลิเธียมไททาเนต (LTO): แรงดันไฟตัด- ขณะตัด=2.9 V; การตัดจำหน่าย-แรงดันไฟออก=1.5 V.

ความเสี่ยงของการชาร์จไฟเกินและการคายประจุมากเกินไป-

แรงดันไฟฟ้าในการชาร์จที่สูงเกินไปทำให้เกิดการเสื่อมสภาพของโครงสร้างแคโทด วิวัฒนาการของออกซิเจน และการสลายตัวของอิเล็กโทรไลต์

แรงดันไฟฟ้าคายประจุที่ต่ำมากเกินไปจะทำให้ฟิล์ม SEI ของแอโนดแตกและทำให้เกิดการกัดกร่อนของตัวสะสมกระแสไฟฟ้า

2. กลไกการป้องกันความปลอดภัย

การออกแบบการป้องกันแบบลำดับชั้น (ใช้ LFP เป็นตัวอย่าง):

แรงดันไฟฟ้าในการยุติการชาร์จปกติ: 3.65 V - BMS จะหยุดชาร์จเมื่อถึงค่านี้

การป้องกันการชาร์จไฟเกินหลัก: การชาร์จมากกว่าหรือเท่ากับ 3.8 V - ถูกบังคับให้ยุติ

การป้องกันการชาร์จไฟเกินทุติยภูมิ: มากกว่าหรือเท่ากับ 4.0 V - BMS ล็อคระบบเพื่อป้องกันความร้อนหนี

แรงดันไฟฟ้าปลายการคายประจุปกติ: 2.5 V - การคายประจุจะหยุดลงเมื่อถึงค่านี้

การป้องกันการคายประจุเกิน-หลัก: การคายประจุน้อยกว่าหรือเท่ากับ 2.0 V - ถูกบังคับให้ยุติ

การป้องกันการคายประจุเกิน-รอง: น้อยกว่าหรือเท่ากับ 1.8 V - BMS ล็อคระบบและจำเป็นต้องรีเซ็ตด้วยตนเอง

3. การปรับอุณหภูมิ

การปรับสภาพแวดล้อมที่มีอุณหภูมิต่ำ-: การคายประจุจะตัด- แรงดันไฟฟ้าจะลดลงเมื่ออุณหภูมิลดลง สำหรับเซลล์ LFP:

อุณหภูมิ T > 0 องศา : 2.5 V

อุณหภูมิ T น้อยกว่าหรือเท่ากับ 0 องศา : 2.0 V ซึ่งจะช่วยป้องกันการตัดกระแสไฟฟ้าก่อนกำหนดที่เกิดจากโพลาไรเซชันที่อุณหภูมิต่ำ

4. อายุการใช้งานและการเพิ่มประสิทธิภาพประสิทธิภาพ

ผลกระทบต่อวงจรชีวิต

การเพิ่มแรงดันไฟฟ้าตัดประจุ- (เช่น การเพิ่มขีดจำกัดของ LFP จาก 3.65 V เป็น 4.0 V) จะเร่งให้ความจุลดลง

แรงดันไฟฟ้าตัดการคายประจุต่ำ{0}}มากเกินไป (เช่น ต่ำกว่า 2.85 V สำหรับ LFP) ส่งผลให้สูญเสียลิเธียมที่ทำงานอยู่บนขั้วบวก

กระบวนการก่อตัว

แรงดันไฟฟ้าก่อน-การตัดการชาร์จ-จะต้องได้รับการควบคุมภายในช่วงการก่อตัวของฟิล์ม SEI (เช่น 2.8–3.0 V) เพื่อหลีกเลี่ยงปฏิกิริยาข้างเคียงที่เกิดจากสิ่งเจือปน

บทสรุป

การกำหนดแรงดันไฟฟ้าตัด-เป็นผลลัพธ์ที่ครอบคลุมเกี่ยวกับคุณลักษณะของวัสดุ ข้อกำหนดด้านความปลอดภัย อายุการใช้งานของวงจร การปรับอุณหภูมิ และมาตรฐานอุตสาหกรรม ผู้ผลิตตรวจสอบเกณฑ์แรงดันไฟฟ้าผ่านการทดสอบเคมีไฟฟ้า และ BMS ใช้การป้องกันแบบลำดับชั้นตามลำดับเพื่อรับประกันการทำงานของแบตเตอรี่ภายในหน้าต่างแรงดันไฟฟ้าที่ปลอดภัย