1 Основният принцип на работа на литиево-йонните батерии:
Литиево-йонните батерии съхраняват и освобождават енергия чрез движението на литиеви йони между положителните и отрицателните електроди.
По време на процеса на зареждане, външен източник на захранване принуждава литиевите йони да се преместят от положителния електрод към отрицателния електрод и да се съхраняват в материала на отрицателния електрод.
По време на процеса на освобождаване от отговорност, литиевите йони се освобождават от отрицателния електрод и се придвижват към положителния електрод, освобождавайки енергия за използване на оборудването.
2 Промяна на напрежението:
В началото на зареждането, поради наличието на вътрешно съпротивление и поляризационни ефекти в батерията, напрежението ще бъде сравнително ниско.
С напредването на зареждането химическите реакции вътре в батерията постепенно достигат равновесие и напрежението постепенно се увеличава, докато достигненапрежение на прекъсване на зареждането.
Като вземем за пример трикомпонентните литиеви батерии, процесът на тяхното зареждане може да бъде разделен на четири етапа: бавно зареждане (предварително зареждане с ниско напрежение), зареждане с постоянен ток, зареждане с постоянно напрежение и прекратяване на зареждането.
По време на етапа на бавно зареждане, ако напрежението на батерията е под 3V, първо ще се извърши предварително зареждане. По това време токът на зареждане е 1/10 от зададения ток и напрежението бавно се увеличава. Когато напрежението на батерията се повиши над прага на зареждане, то влиза ветап на зареждане с постоянен ток. По това време токът на зареждане се увеличава и напрежението на батерията постепенно се увеличава с процеса на зареждане с постоянен ток. Обикновено зададеното напрежение за една батерия е 3.0-4.2V. Когато напрежението на батерията се повиши до 4,2 V, зареждането с постоянен ток приключва ифаза на зареждане с постоянно напрежениезапочва. По това време напрежението на зареждане се поддържа на 4,2 V и токът на зареждане постепенно намалява. Когато токът падне до 1/10 от зададения ток на зареждане, зареждането приключва.
По време на процеса на освобождаване от отговорност, тенденцията на промяна на напрежението е обратна на тази по време на процеса на зареждане. В началото на разреждането напрежението е сравнително високо. С консумацията на литиеви йони и влиянието на вътрешното съпротивление на батерията, напрежението постепенно намалява, докато достигненапрежение на прекъсване на разряда.
По време на разреждане кривата на напрежението на литиево-йонните батерии може да бъде разделена на три етапа. В началния етап напрежението на клемите пада бързо и колкото по-висока е скоростта на разреждане, толкова по-бързо пада напрежението. След това напрежението на батерията навлиза в бавно променящ се етап, който се наричаплатовата област на батерията. Колкото по-малка е скоростта на разреждане, толкова по-дълго продължава зоната на платото и колкото по-високо е напрежението на платото, толкова по-бавен е спадът на напрежението. И накрая, когато нивото на батерията наближава разреждането, напрежението на натоварване на батерията започва да пада рязко, докато достигненапрежение на прекъсване на разряда.
3 Причини за колебания в напрежението:
1. Вътрешно съпротивление на батерията:Батерията проявява известно вътрешно съпротивление по време на зареждане и разреждане, което може да доведе до намаляване на напрежението.
2. Поляризационен ефект:По време на процеса на зареждане и разреждане положителните и отрицателните полюси на батерията ще изпитат поляризация, което означава, че разпределението на заряда върху повърхността на електрода е неравномерно, което води до промени в напрежението.
3. Кинетика на химичната реакция:Скоростта на химичните реакции вътре в батерията също може да повлияе на промените в напрежението. Колкото по-бърза е скоростта на реакцията, толкова по-бърза е промяната на напрежението; Напротив, толкова по-бавно.
По време на процеса на зареждане и разреждане на литиево-йонните батерии напрежението може да варира поради фактори като вътрешно съпротивление, поляризационни ефекти и кинетика на химична реакция. Тази промяна е нормална част от работата на батерията и важен индикатор за оценка на производителността и здравословното състояние на батерията.
4 Какво е влиянието на промените в напрежението върху работата на литиево-йонните батерии
1. Връзка между напрежение и капацитет:
Най-общо казано, капацитетът на батерията е право пропорционален на нейното напрежение. Това означава, че с увеличаването на напрежението капацитетът на батерията също ще се увеличи съответно, позволявайки й да съхранява повече енергия. Следователно литиево-йонните батерии с високо напрежение обикновено имат по-дълъг живот.
2. Връзка между напрежение и крива на разреждане:
Кривата на разреждане е кривата на промяната на напрежението на литиево-йонните батерии във времето по време на употреба. Различните напрежения могат да повлияят на формата и наклона на кривата на разреждане. Най-общо казано, кривата на разреждане на литиевите батерии показва постоянна низходяща тенденция, но формата и скоростта на намаляване на кривата може да варира в зависимост от различните напрежения. Това е много важно за нормалното използване на електронните устройства и точното показване на нивото на батерията.
3. Връзка между напрежението и скоростта на зареждане/разреждане:
Литиево-йонните батерии с по-високо напрежение могат да се зареждат и разреждат по-бързо. Това означава, че ако използваме литиеви батерии с високо напрежение, можем да заредим напълно електронните устройства по-бързо и да ги използваме за по-дълго време. Прекомерното напрежение обаче може също да причини прегряване и повреда на батерията, така че трябва да се направи баланс в процеса на проектиране и използване.
4. Връзка между напрежение и безопасност:
Презареждането и презареждането на литиево-йонните батерии може да повлияе на тяхната безопасност и дори да причини сериозни злополуки като пожари. Ограничението на напрежението на батериите е един от важните фактори, които трябва да се имат предвид при проектирането на вериги за контрол на зареждането, за да се гарантира безопасното използване на батериите. Когато напрежението на батерията надхвърли нормалния диапазон, това може да задейства защитния механизъм на батерията, като например защита от изключване или късо съединение, за предотвратяване на повреда на батерията или инциденти, свързани с безопасността.
5. Други ефекти от промените в напрежението:
Литиево-йонните батерии, които са в състояние на ниско напрежение за дълго време, могат да ускорят вредните химични реакции вътре в батерията, като разлагането на електролита и отделянето на активни вещества, което може да доведе до необратимо влошаване на капацитета на батерията.
Ниското напрежение може също да причини микроскопични промени във вътрешната структура на батерията, като неравномерно разширяване и свиване на електродните материали, което допълнително влошава стареенето на батерията и влошаване на производителността.
Вариацията на напрежението на литиево-йонните батерии оказва значително влияние върху тяхната производителност. Следователно, когато избирате и използвате литиево-йонни батерии, е необходимо да вземете предвид фактора на напрежението и да изберете подходящия тип батерия и спецификации въз основа на действителните нужди и сценарии на приложение. Междувременно трябва да се обърне внимание и на състоянието на напрежението на батерията по време на употреба, за да се гарантира нейната безопасност и стабилност.