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लिथियम-आयन बैटरी डिस्चार्ज कर्व विश्लेषण के लिए व्यापक गाइड

30 नवम्बर, 2023

By hoppt

लिथियम-आयन बैटरी का सबसे अधिक इस्तेमाल किया जाने वाला प्रदर्शन परीक्षण--डिस्चार्ज वक्र विश्लेषण रणनीति

जब लिथियम-आयन बैटरी डिस्चार्ज होती है, तो इसका कार्यशील वोल्टेज हमेशा समय के साथ लगातार बदलता रहता है। बैटरी के कार्यशील वोल्टेज का उपयोग कोर्डिनेट, डिस्चार्ज समय, या क्षमता, या चार्ज की स्थिति (एसओसी), या डिस्चार्ज डेप्थ (डीओडी) को एब्सिस्सा के रूप में किया जाता है, और खींचे गए वक्र को डिस्चार्ज कर्व कहा जाता है। किसी बैटरी के डिस्चार्ज विशेषता वक्र को समझने के लिए, हमें सबसे पहले बैटरी के वोल्टेज को सिद्धांत रूप में समझने की आवश्यकता है।

[बैटरी का वोल्टेज]

इलेक्ट्रोड प्रतिक्रिया के लिए बैटरी को निम्नलिखित शर्तों को पूरा करना होगा: रासायनिक प्रतिक्रिया में इलेक्ट्रॉन खोने की प्रक्रिया (यानी ऑक्सीकरण प्रक्रिया) और इलेक्ट्रॉन प्राप्त करने की प्रक्रिया (यानी कमी प्रतिक्रिया प्रक्रिया) को दो अलग-अलग क्षेत्रों में अलग किया जाना चाहिए, जो सामान्य रेडॉक्स प्रतिक्रिया से भिन्न है; दो इलेक्ट्रोड के सक्रिय पदार्थ की रेडॉक्स प्रतिक्रिया को बाहरी सर्किट द्वारा प्रेषित किया जाना चाहिए, जो धातु संक्षारण प्रक्रिया में माइक्रोबैटरी प्रतिक्रिया से अलग है। बैटरी का वोल्टेज सकारात्मक इलेक्ट्रोड और नकारात्मक इलेक्ट्रोड के बीच संभावित अंतर है। विशिष्ट मुख्य मापदंडों में ओपन सर्किट वोल्टेज, वर्किंग वोल्टेज, चार्ज और डिस्चार्ज कट-ऑफ वोल्टेज आदि शामिल हैं।

[लिथियम-आयन बैटरी सामग्री की इलेक्ट्रोड क्षमता]

इलेक्ट्रोड क्षमता इलेक्ट्रोलाइट समाधान में एक ठोस पदार्थ के विसर्जन को संदर्भित करती है, जो विद्युत प्रभाव दिखाती है, यानी धातु की सतह और समाधान के बीच संभावित अंतर। इस संभावित अंतर को समाधान में धातु की क्षमता या इलेक्ट्रोड की क्षमता कहा जाता है। संक्षेप में, इलेक्ट्रोड क्षमता एक आयन या परमाणु के लिए एक इलेक्ट्रॉन प्राप्त करने की प्रवृत्ति है।

इसलिए, एक निश्चित सकारात्मक इलेक्ट्रोड या नकारात्मक इलेक्ट्रोड सामग्री के लिए, जब लिथियम नमक के साथ इलेक्ट्रोलाइट में रखा जाता है, तो इसकी इलेक्ट्रोड क्षमता इस प्रकार व्यक्त की जाती है:

जहाँ φ c इस पदार्थ की इलेक्ट्रोड क्षमता है। मानक हाइड्रोजन इलेक्ट्रोड क्षमता 0.0V निर्धारित की गई थी।

[बैटरी का ओपन-सर्किट वोल्टेज]

बैटरी का इलेक्ट्रोमोटिव बल थर्मोडायनामिक विधि का उपयोग करके बैटरी की प्रतिक्रिया के अनुसार गणना की गई सैद्धांतिक मूल्य है, यानी, सर्किट टूटने पर बैटरी की संतुलन इलेक्ट्रोड क्षमता और सकारात्मक और नकारात्मक इलेक्ट्रोड के बीच का अंतर अधिकतम मूल्य है कि बैटरी वोल्टेज दे सकती है। वास्तव में, इलेक्ट्रोलाइट में सकारात्मक और नकारात्मक इलेक्ट्रोड आवश्यक रूप से थर्मोडायनामिक संतुलन स्थिति में नहीं होते हैं, अर्थात, इलेक्ट्रोलाइट समाधान में बैटरी के सकारात्मक और नकारात्मक इलेक्ट्रोड द्वारा स्थापित इलेक्ट्रोड क्षमता आमतौर पर संतुलन इलेक्ट्रोड क्षमता नहीं होती है, इसलिए बैटरी का ओपन-सर्किट वोल्टेज आम तौर पर उसके इलेक्ट्रोमोटिव बल से छोटा होता है। इलेक्ट्रोड प्रतिक्रिया के लिए:

अभिकारक घटक की गैर-मानक स्थिति और समय के साथ सक्रिय घटक की गतिविधि (या एकाग्रता) को ध्यान में रखते हुए, सेल के वास्तविक ओपन सर्किट वोल्टेज को ऊर्जा समीकरण द्वारा संशोधित किया जाता है:

जहां R गैस स्थिरांक है, T प्रतिक्रिया तापमान है, और a घटक गतिविधि या एकाग्रता है। बैटरी का ओपन सर्किट वोल्टेज सकारात्मक और नकारात्मक इलेक्ट्रोड सामग्री, इलेक्ट्रोलाइट और तापमान की स्थिति के गुणों पर निर्भर करता है, और बैटरी की ज्यामिति और आकार से स्वतंत्र होता है। ध्रुव में लिथियम आयन इलेक्ट्रोड सामग्री की तैयारी, और बटन आधा बैटरी में इकट्ठे लिथियम धातु शीट, खुले वोल्टेज के विभिन्न एसओसी राज्य में इलेक्ट्रोड सामग्री को माप सकते हैं, खुले वोल्टेज वक्र इलेक्ट्रोड सामग्री चार्ज राज्य प्रतिक्रिया, बैटरी भंडारण खुला वोल्टेज ड्रॉप है, लेकिन बहुत बड़ा नहीं, यदि खुला वोल्टेज बहुत तेजी से गिरता है या आयाम असामान्य घटना है। द्विध्रुवी सक्रिय पदार्थों की सतह की स्थिति में परिवर्तन और बैटरी का स्व-निर्वहन भंडारण में खुले सर्किट वोल्टेज में कमी का मुख्य कारण है, जिसमें सकारात्मक और नकारात्मक इलेक्ट्रोड सामग्री तालिका की मास्क परत में परिवर्तन भी शामिल है; इलेक्ट्रोड की थर्मोडायनामिक अस्थिरता, धातु की विदेशी अशुद्धियों के विघटन और अवक्षेपण और सकारात्मक और नकारात्मक इलेक्ट्रोड के बीच डायाफ्राम के कारण होने वाले सूक्ष्म शॉर्ट सर्किट के कारण होने वाला संभावित परिवर्तन। जब लिथियम आयन बैटरी पुरानी हो रही होती है, तो K मान (वोल्टेज ड्रॉप) में परिवर्तन इलेक्ट्रोड सामग्री की सतह पर SEI फिल्म के निर्माण और स्थिरता की प्रक्रिया होती है। यदि वोल्टेज ड्रॉप बहुत बड़ा है, तो अंदर एक माइक्रो-शॉर्ट सर्किट होता है, और बैटरी को अयोग्य माना जाता है।

[बैटरी ध्रुवीकरण]

जब करंट इलेक्ट्रोड से होकर गुजरता है, तो यह घटना कि इलेक्ट्रोड संतुलन इलेक्ट्रोड क्षमता से विचलित हो जाता है, ध्रुवीकरण कहलाता है, और ध्रुवीकरण अतिक्षमता उत्पन्न करता है। ध्रुवीकरण के कारणों के अनुसार, ध्रुवीकरण को ओमिक ध्रुवीकरण, सांद्रता ध्रुवीकरण और विद्युत रासायनिक ध्रुवीकरण में विभाजित किया जा सकता है। अंजीर। 2 बैटरी का विशिष्ट डिस्चार्ज वक्र और वोल्टेज पर विभिन्न ध्रुवीकरण का प्रभाव है।

 चित्र 1. विशिष्ट निर्वहन वक्र और ध्रुवीकरण

(1) ओमिक ध्रुवीकरण: बैटरी के प्रत्येक भाग के प्रतिरोध के कारण, दबाव ड्रॉप मान ओम के नियम का पालन करता है, करंट कम हो जाता है, ध्रुवीकरण तुरंत कम हो जाता है, और करंट रुकने के तुरंत बाद गायब हो जाता है।

(2) विद्युत रासायनिक ध्रुवीकरण: ध्रुवीकरण इलेक्ट्रोड सतह पर धीमी विद्युत रासायनिक प्रतिक्रिया के कारण होता है। जैसे-जैसे करंट छोटा होता गया, माइक्रोसेकंड स्तर के भीतर इसमें काफी कमी आई।

(3) एकाग्रता ध्रुवीकरण: समाधान में आयन प्रसार प्रक्रिया की मंदता के कारण, इलेक्ट्रोड की सतह और समाधान निकाय के बीच एकाग्रता अंतर एक निश्चित धारा के तहत ध्रुवीकृत होता है। जैसे-जैसे मैक्रोस्कोपिक सेकंड (कुछ सेकंड से लेकर दसियों सेकंड) पर विद्युत धारा घटती है, यह ध्रुवीकरण कम हो जाता है या गायब हो जाता है।

बैटरी का आंतरिक प्रतिरोध बैटरी के डिस्चार्ज करंट के बढ़ने के साथ बढ़ता है, जिसका मुख्य कारण यह है कि बड़ा डिस्चार्ज करंट बैटरी के ध्रुवीकरण की प्रवृत्ति को बढ़ाता है, और डिस्चार्ज करंट जितना बड़ा होगा, ध्रुवीकरण की प्रवृत्ति उतनी ही अधिक स्पष्ट होगी, जैसा कि दिखाया गया है चित्र 2 में। ओम के नियम के अनुसार: V=E0-IRT, आंतरिक समग्र प्रतिरोध RT की वृद्धि के साथ, बैटरी वोल्टेज को डिस्चार्ज कट-ऑफ वोल्टेज तक पहुंचने के लिए आवश्यक समय तदनुसार कम हो जाता है, इसलिए रिलीज क्षमता भी होती है कम किया हुआ।

चित्र 2. ध्रुवीकरण पर वर्तमान घनत्व का प्रभाव

लिथियम आयन बैटरी मूलतः एक प्रकार की लिथियम आयन सांद्रता वाली बैटरी है। लिथियम आयन बैटरी की चार्ज और डिस्चार्ज प्रक्रिया सकारात्मक और नकारात्मक इलेक्ट्रोड में लिथियम आयनों को एम्बेड करने और अलग करने की प्रक्रिया है। लिथियम-आयन बैटरियों के ध्रुवीकरण को प्रभावित करने वाले कारकों में शामिल हैं:

(1) इलेक्ट्रोलाइट का प्रभाव: इलेक्ट्रोलाइट की कम चालकता लिथियम आयन बैटरी के ध्रुवीकरण का मुख्य कारण है। सामान्य तापमान सीमा में, लिथियम-आयन बैटरी के लिए उपयोग किए जाने वाले इलेक्ट्रोलाइट की चालकता आम तौर पर केवल 0.01~0.1S/cm होती है, जो जलीय घोल का एक प्रतिशत है। इसलिए, जब लिथियम-आयन बैटरियां उच्च धारा पर डिस्चार्ज होती हैं, तो इलेक्ट्रोलाइट से ली + को पूरक करने में बहुत देर हो जाती है, और ध्रुवीकरण की घटना घटित होगी। लिथियम-आयन बैटरियों की उच्च-वर्तमान डिस्चार्ज क्षमता में सुधार करने के लिए इलेक्ट्रोलाइट की चालकता में सुधार करना महत्वपूर्ण कारक है।

(2) सकारात्मक और नकारात्मक सामग्रियों का प्रभाव: सकारात्मक और नकारात्मक सामग्री के बड़े लिथियम आयन कणों का सतह पर प्रसार का लंबा चैनल, जो बड़ी दर के निर्वहन के लिए अनुकूल नहीं है।

(3) कंडक्टर एजेंट: प्रवाहकीय एजेंट की सामग्री उच्च अनुपात के निर्वहन प्रदर्शन को प्रभावित करने वाला एक महत्वपूर्ण कारक है। यदि कैथोड सूत्र में प्रवाहकीय एजेंट की सामग्री अपर्याप्त है, तो बड़े करंट के डिस्चार्ज होने पर इलेक्ट्रॉनों को समय पर स्थानांतरित नहीं किया जा सकता है, और ध्रुवीकरण आंतरिक प्रतिरोध तेजी से बढ़ता है, जिससे बैटरी वोल्टेज जल्दी से डिस्चार्ज कट-ऑफ वोल्टेज तक कम हो जाता है। .

(4) पोल डिज़ाइन का प्रभाव: पोल की मोटाई: बड़े करंट डिस्चार्ज के मामले में, सक्रिय पदार्थों की प्रतिक्रिया गति बहुत तेज़ होती है, जिसके लिए लिथियम आयन को सामग्री में जल्दी से एम्बेड और अलग करने की आवश्यकता होती है। यदि ध्रुव प्लेट मोटी है और लिथियम आयन प्रसार का मार्ग बढ़ता है, तो ध्रुव की मोटाई की दिशा एक बड़े लिथियम आयन सांद्रता प्रवणता का उत्पादन करेगी।

संघनन घनत्व: ध्रुव शीट का संघनन घनत्व बड़ा होता है, छिद्र छोटा हो जाता है, और ध्रुव शीट की मोटाई की दिशा में लिथियम आयन की गति का मार्ग लंबा होता है। इसके अलावा, यदि संघनन घनत्व बहुत बड़ा है, तो सामग्री और इलेक्ट्रोलाइट के बीच संपर्क क्षेत्र कम हो जाता है, इलेक्ट्रोड प्रतिक्रिया स्थल कम हो जाता है, और बैटरी का आंतरिक प्रतिरोध भी बढ़ जाएगा।

(5) एसईआई झिल्ली का प्रभाव: एसईआई झिल्ली के निर्माण से इलेक्ट्रोड/इलेक्ट्रोलाइट इंटरफ़ेस का प्रतिरोध बढ़ जाता है, जिसके परिणामस्वरूप वोल्टेज हिस्टैरिसीस या ध्रुवीकरण होता है।

[बैटरी का ऑपरेटिंग वोल्टेज]

ऑपरेटिंग वोल्टेज, जिसे एंड वोल्टेज के रूप में भी जाना जाता है, बैटरी के सकारात्मक और नकारात्मक इलेक्ट्रोड के बीच संभावित अंतर को संदर्भित करता है जब सर्किट में चालू स्थिति में प्रवाह होता है। बैटरी डिस्चार्ज की कार्यशील स्थिति में, जब बैटरी के माध्यम से करंट प्रवाहित होता है, तो आंतरिक प्रतिरोध के कारण होने वाले प्रतिरोध को दूर किया जाना चाहिए, जिससे ओमिक दबाव में गिरावट और इलेक्ट्रोड ध्रुवीकरण होगा, इसलिए कार्यशील वोल्टेज हमेशा खुले सर्किट वोल्टेज से कम होता है, और चार्ज करते समय, अंतिम वोल्टेज हमेशा ओपन सर्किट वोल्टेज से अधिक होता है। अर्थात्, ध्रुवीकरण का परिणाम बैटरी डिस्चार्ज के अंतिम वोल्टेज को बैटरी की इलेक्ट्रोमोटिव क्षमता से कम कर देता है, जो प्रभारी बैटरी की इलेक्ट्रोमोटिव क्षमता से अधिक है।

ध्रुवीकरण घटना के अस्तित्व के कारण, चार्ज और डिस्चार्ज की प्रक्रिया में तात्कालिक वोल्टेज और वास्तविक वोल्टेज। चार्ज करते समय, तात्कालिक वोल्टेज वास्तविक वोल्टेज से थोड़ा अधिक होता है, ध्रुवीकरण गायब हो जाता है और तात्कालिक वोल्टेज होने पर वोल्टेज गिर जाता है और डिस्चार्ज के बाद वास्तविक वोल्टेज कम हो जाता है।

उपरोक्त विवरण को संक्षेप में प्रस्तुत करने के लिए, अभिव्यक्ति है:

E +, E- क्रमशः सकारात्मक और नकारात्मक इलेक्ट्रोड की क्षमता का प्रतिनिधित्व करते हैं, E + 0 और E- -0 क्रमशः सकारात्मक और नकारात्मक इलेक्ट्रोड की संतुलन इलेक्ट्रोड क्षमता का प्रतिनिधित्व करते हैं, VR ओमिक ध्रुवीकरण वोल्टेज का प्रतिनिधित्व करता है, और η + , η - क्रमशः सकारात्मक और नकारात्मक इलेक्ट्रोड की अधिक क्षमता का प्रतिनिधित्व करते हैं।

[डिस्चार्ज परीक्षण का मूल सिद्धांत]

बैटरी वोल्टेज की बुनियादी समझ के बाद, हमने लिथियम-आयन बैटरी के डिस्चार्ज वक्र का विश्लेषण करना शुरू किया। डिस्चार्ज वक्र मूल रूप से इलेक्ट्रोड की स्थिति को दर्शाता है, जो सकारात्मक और नकारात्मक इलेक्ट्रोड के राज्य परिवर्तनों का सुपरपोजिशन है।

डिस्चार्ज प्रक्रिया के दौरान लिथियम-आयन बैटरियों के वोल्टेज वक्र को तीन चरणों में विभाजित किया जा सकता है

1) बैटरी के प्रारंभिक चरण में, वोल्टेज तेजी से गिरता है, और डिस्चार्ज दर जितनी अधिक होगी, वोल्टेज उतनी ही तेजी से गिरता है;

2) बैटरी वोल्टेज धीमी परिवर्तन अवस्था में प्रवेश करती है, जिसे बैटरी का प्लेटफ़ॉर्म क्षेत्र कहा जाता है। डिस्चार्ज दर जितनी कम होगी,

प्लेटफ़ॉर्म क्षेत्र की अवधि जितनी लंबी होगी, प्लेटफ़ॉर्म वोल्टेज उतना अधिक होगा, वोल्टेज ड्रॉप उतना ही धीमा होगा।

3) जब बैटरी की शक्ति लगभग समाप्त हो जाती है, तो डिस्चार्ज स्टॉप वोल्टेज तक पहुंचने तक बैटरी लोड वोल्टेज तेजी से गिरना शुरू हो जाता है।

परीक्षण के दौरान, डेटा एकत्र करने के दो तरीके हैं

(1) निर्धारित समय अंतराल Δt के अनुसार करंट, वोल्टेज और समय का डेटा एकत्र करें;

(2) सेट वोल्टेज परिवर्तन अंतर Δ वी के अनुसार वर्तमान, वोल्टेज और समय डेटा एकत्र करें। चार्जिंग और डिस्चार्जिंग उपकरण की सटीकता में मुख्य रूप से वर्तमान सटीकता, वोल्टेज सटीकता और समय परिशुद्धता शामिल है। तालिका 2 एक निश्चित चार्जिंग और डिस्चार्जिंग मशीन के उपकरण मापदंडों को दिखाती है, जहां% एफएस पूरी रेंज के प्रतिशत का प्रतिनिधित्व करता है, और 0.05% आरडी रीडिंग के 0.05% की सीमा के भीतर मापी गई त्रुटि को संदर्भित करता है। चार्ज और डिस्चार्ज उपकरण आम तौर पर लोड के लिए लोड प्रतिरोध के बजाय सीएनसी निरंतर वर्तमान स्रोत का उपयोग करते हैं, ताकि बैटरी के आउटपुट वोल्टेज का सर्किट में श्रृंखला प्रतिरोध या परजीवी प्रतिरोध से कोई लेना-देना न हो, बल्कि केवल वोल्टेज ई और आंतरिक प्रतिरोध से संबंधित हो। आर और बैटरी के समतुल्य आदर्श वोल्टेज स्रोत का सर्किट करंट I। यदि प्रतिरोध का उपयोग लोड के लिए किया जाता है, तो बैटरी के आदर्श वोल्टेज स्रोत के वोल्टेज को ई के बराबर सेट करें, आंतरिक प्रतिरोध आर है, और लोड प्रतिरोध आर है। वोल्टेज के साथ लोड प्रतिरोध के दोनों सिरों पर वोल्टेज को मापें मीटर, जैसा कि चित्र 6 में उपरोक्त चित्र में दिखाया गया है। हालांकि, व्यवहार में, सर्किट में लीड प्रतिरोध और स्थिरता संपर्क प्रतिरोध (समान परजीवी प्रतिरोध) होते हैं। चित्र में दिखाया गया समतुल्य सर्किट आरेख। 3 चित्र के निम्नलिखित चित्र में दिखाया गया है। 3. व्यवहार में, परजीवी प्रतिरोध अनिवार्य रूप से पेश किया जाता है, ताकि कुल भार प्रतिरोध बड़ा हो जाए, लेकिन मापा वोल्टेज लोड प्रतिरोध आर के दोनों सिरों पर वोल्टेज है, इसलिए त्रुटि पेश की जाती है।

 चित्र 3: प्रतिरोध निर्वहन विधि का सिद्धांत ब्लॉक आरेख और वास्तविक समतुल्य सर्किट आरेख

जब धारा I1 के साथ निरंतर धारा स्रोत का उपयोग भार के रूप में किया जाता है, तो योजनाबद्ध आरेख और वास्तविक समतुल्य सर्किट आरेख चित्र 7 में दिखाए जाते हैं। E, I1 स्थिर मान हैं और r एक निश्चित समय के लिए स्थिर है।

उपरोक्त सूत्र से, हम देख सकते हैं कि ए और बी के दो वोल्टेज स्थिर हैं, यानी, बैटरी का आउटपुट वोल्टेज लूप में श्रृंखला प्रतिरोध के आकार से असंबंधित है, और निश्चित रूप से, इसका कोई लेना-देना नहीं है परजीवी प्रतिरोध के साथ. इसके अलावा, चार-टर्मिनल माप मोड बैटरी आउटपुट वोल्टेज का अधिक सटीक माप प्राप्त कर सकता है।

चित्र 4 उपकरण ब्लॉक आरेख और निरंतर वर्तमान स्रोत भार के वास्तविक समकक्ष सर्किट आरेख

समवर्ती स्रोत एक बिजली आपूर्ति उपकरण है जो लोड को निरंतर करंट प्रदान कर सकता है। जब बाहरी बिजली आपूर्ति में उतार-चढ़ाव होता है और प्रतिबाधा विशेषताओं में परिवर्तन होता है तब भी यह आउटपुट करंट को स्थिर रख सकता है।

[निर्वहन परीक्षण मोड]

चार्ज और डिस्चार्ज परीक्षण उपकरण आम तौर पर प्रवाह तत्व के रूप में अर्धचालक उपकरण का उपयोग करते हैं। सेमीकंडक्टर डिवाइस के नियंत्रण सिग्नल को समायोजित करके, यह विभिन्न विशेषताओं जैसे निरंतर वर्तमान, निरंतर दबाव और निरंतर प्रतिरोध इत्यादि के भार का अनुकरण कर सकता है। लिथियम-आयन बैटरी डिस्चार्ज टेस्ट मोड में मुख्य रूप से निरंतर वर्तमान डिस्चार्ज, निरंतर प्रतिरोध डिस्चार्ज, निरंतर पावर डिस्चार्ज आदि शामिल हैं। प्रत्येक डिस्चार्ज मोड में, निरंतर डिस्चार्ज और अंतराल डिस्चार्ज को भी विभाजित किया जा सकता है, जिसमें समय की लंबाई के अनुसार, अंतराल डिस्चार्ज को आंतरायिक डिस्चार्ज और पल्स डिस्चार्ज में विभाजित किया जा सकता है। डिस्चार्ज परीक्षण के दौरान, बैटरी निर्धारित मोड के अनुसार डिस्चार्ज हो जाती है, और निर्धारित स्थितियों तक पहुंचने के बाद डिस्चार्ज होना बंद हो जाती है। डिस्चार्ज कट-ऑफ स्थितियों में वोल्टेज कट-ऑफ सेट करना, समय कट-ऑफ सेट करना, क्षमता कट-ऑफ सेट करना, नकारात्मक वोल्टेज ग्रेडिएंट कट-ऑफ सेट करना आदि शामिल हैं। बैटरी डिस्चार्ज वोल्टेज का परिवर्तन डिस्चार्ज सिस्टम से संबंधित है, है, डिस्चार्ज वक्र का परिवर्तन भी डिस्चार्ज सिस्टम से प्रभावित होता है, जिसमें शामिल हैं: डिस्चार्ज करंट, डिस्चार्ज तापमान, डिस्चार्ज समाप्ति वोल्टेज; रुक-रुक कर या लगातार डिस्चार्ज होना। डिस्चार्ज करंट जितना बड़ा होगा, ऑपरेटिंग वोल्टेज उतनी ही तेजी से गिरेगा; डिस्चार्ज तापमान के साथ, डिस्चार्ज वक्र धीरे-धीरे बदलता है।

(1) लगातार करंट डिस्चार्ज

जब निरंतर वर्तमान डिस्चार्ज होता है, तो वर्तमान मान सेट किया जाता है, और फिर सीएनसी निरंतर वर्तमान स्रोत को समायोजित करके वर्तमान मूल्य तक पहुंच जाता है, ताकि बैटरी के निरंतर वर्तमान निर्वहन का एहसास हो सके। साथ ही, बैटरी की डिस्चार्ज विशेषताओं का पता लगाने के लिए बैटरी के अंतिम वोल्टेज परिवर्तन को एकत्र किया जाता है। लगातार करंट डिस्चार्ज उसी डिस्चार्ज करंट का डिस्चार्ज है, लेकिन बैटरी वोल्टेज गिरता रहता है, इसलिए बिजली गिरती रहती है। चित्र 5 लिथियम-आयन बैटरियों के निरंतर वर्तमान निर्वहन का वोल्टेज और वर्तमान वक्र है। निरंतर धारा निर्वहन के कारण, समय अक्ष आसानी से क्षमता (वर्तमान और समय का उत्पाद) अक्ष में परिवर्तित हो जाता है। चित्र 5 निरंतर धारा निर्वहन पर वोल्टेज-क्षमता वक्र दिखाता है। लिथियम-आयन बैटरी परीक्षणों में लगातार चालू डिस्चार्ज सबसे अधिक इस्तेमाल की जाने वाली डिस्चार्ज विधि है।

चित्र 5 विभिन्न गुणक दरों पर निरंतर वर्तमान निरंतर वोल्टेज चार्जिंग और निरंतर वर्तमान निर्वहन वक्र

(2) लगातार बिजली का निर्वहन

जब निरंतर बिजली डिस्चार्ज होती है, तो निरंतर बिजली पावर मान पी पहले सेट किया जाता है, और बैटरी का आउटपुट वोल्टेज यू एकत्र किया जाता है। डिस्चार्ज प्रक्रिया में, P को स्थिर होना आवश्यक है, लेकिन U लगातार बदल रहा है, इसलिए निरंतर पावर डिस्चार्ज के उद्देश्य को प्राप्त करने के लिए सूत्र I = P / U के अनुसार सीएनसी स्थिर वर्तमान स्रोत के वर्तमान I को लगातार समायोजित करना आवश्यक है। . डिस्चार्ज पावर को अपरिवर्तित रखें, क्योंकि डिस्चार्ज प्रक्रिया के दौरान बैटरी का वोल्टेज गिरता रहता है, इसलिए निरंतर पावर डिस्चार्ज में करंट बढ़ता रहता है। निरंतर शक्ति निर्वहन के कारण, समय समन्वय अक्ष आसानी से ऊर्जा (शक्ति और समय का उत्पाद) समन्वय अक्ष में परिवर्तित हो जाता है।

चित्र 6 विभिन्न दोगुनी दरों पर लगातार पावर चार्जिंग और डिस्चार्जिंग वक्र

निरंतर वर्तमान निर्वहन और निरंतर विद्युत निर्वहन के बीच तुलना

चित्र 7: (ए) विभिन्न अनुपातों पर चार्ज और डिस्चार्ज क्षमता आरेख; (बी) चार्ज और डिस्चार्ज वक्र

 चित्र 7 दो मोड में अलग-अलग अनुपात चार्ज और डिस्चार्ज परीक्षणों के परिणाम दिखाता है लिथियम आयरन फॉस्फेट बैटरी. चित्र में क्षमता वक्र के अनुसार। 7 (ए), निरंतर चालू मोड में चार्ज और डिस्चार्ज करंट की वृद्धि के साथ, बैटरी की वास्तविक चार्ज और डिस्चार्ज क्षमता धीरे-धीरे कम हो जाती है, लेकिन परिवर्तन सीमा अपेक्षाकृत छोटी होती है। बैटरी की वास्तविक चार्ज और डिस्चार्ज क्षमता शक्ति में वृद्धि के साथ धीरे-धीरे कम हो जाती है, और गुणक जितना बड़ा होगा, क्षमता उतनी ही तेजी से घटेगी। 1 एच दर डिस्चार्ज क्षमता निरंतर प्रवाह मोड से कम है। उसी समय, जब चार्ज-डिस्चार्ज दर 5 घंटे की दर से कम होती है, तो बैटरी की क्षमता निरंतर बिजली की स्थिति के तहत अधिक होती है, जबकि बैटरी की क्षमता 5 घंटे की दर से अधिक होती है, जो निरंतर चालू स्थिति के तहत अधिक होती है।

चित्र 7 (बी) से पता चलता है कि क्षमता-वोल्टेज वक्र, कम अनुपात की स्थिति के तहत, लिथियम आयरन फॉस्फेट बैटरी दो मोड क्षमता-वोल्टेज वक्र, और चार्ज और डिस्चार्ज वोल्टेज प्लेटफ़ॉर्म परिवर्तन बड़ा नहीं है, लेकिन उच्च अनुपात की स्थिति के तहत, निरंतर वर्तमान-स्थिर वोल्टेज मोड में निरंतर वोल्टेज का समय काफी लंबा हो जाता है, और चार्जिंग प्लेटफॉर्म पर वोल्टेज काफी बढ़ जाता है, डिस्चार्ज वोल्टेज प्लेटफॉर्म काफी कम हो जाता है।

(3) लगातार प्रतिरोध निर्वहन

जब निरंतर प्रतिरोध डिस्चार्ज होता है, तो बैटरी यू के आउटपुट वोल्टेज को इकट्ठा करने के लिए सबसे पहले एक निरंतर प्रतिरोध मान आर सेट किया जाता है। डिस्चार्ज प्रक्रिया के दौरान, आर को स्थिर होना आवश्यक है, लेकिन यू लगातार बदल रहा है, इसलिए सीएनसी निरंतर वर्तमान का वर्तमान I मान निरंतर प्रतिरोध निर्वहन के उद्देश्य को प्राप्त करने के लिए स्रोत को सूत्र I=U/R के अनुसार लगातार समायोजित किया जाना चाहिए। डिस्चार्ज प्रक्रिया में बैटरी का वोल्टेज हमेशा घट रहा है, और प्रतिरोध समान है, इसलिए डिस्चार्ज करंट I भी घटती प्रक्रिया है।

(4) लगातार डिस्चार्ज, रुक-रुक कर डिस्चार्ज और पल्स डिस्चार्ज

निरंतर डिस्चार्ज, आंतरायिक डिस्चार्ज और पल्स डिस्चार्ज के नियंत्रण का एहसास करने के लिए टाइमिंग फ़ंक्शन का उपयोग करते समय बैटरी को निरंतर वर्तमान, निरंतर शक्ति और निरंतर प्रतिरोध में डिस्चार्ज किया जाता है। चित्र 11 एक विशिष्ट पल्स चार्ज/डिस्चार्ज परीक्षण के वर्तमान वक्र और वोल्टेज वक्र दिखाता है।

चित्र 8 विशिष्ट पल्स चार्ज-डिस्चार्ज परीक्षणों के लिए वर्तमान वक्र और वोल्टेज वक्र

[डिस्चार्ज वक्र में शामिल जानकारी]

डिस्चार्ज वक्र डिस्चार्ज प्रक्रिया के दौरान समय के साथ बैटरी के वोल्टेज, करंट, क्षमता और अन्य परिवर्तनों के वक्र को संदर्भित करता है। चार्ज और डिस्चार्ज वक्र में निहित जानकारी बहुत समृद्ध है, जिसमें क्षमता, ऊर्जा, कार्यशील वोल्टेज और वोल्टेज प्लेटफ़ॉर्म, इलेक्ट्रोड क्षमता और चार्ज की स्थिति के बीच संबंध आदि शामिल हैं। डिस्चार्ज परीक्षण के दौरान दर्ज किया गया मुख्य डेटा समय है करंट और वोल्टेज का विकास. इन बुनियादी डेटा से कई पैरामीटर प्राप्त किए जा सकते हैं। निम्नलिखित उन मापदंडों का विवरण देता है जिन्हें डिस्चार्ज वक्र द्वारा प्राप्त किया जा सकता है।

(1) वोल्टेज

लिथियम आयन बैटरी के डिस्चार्ज परीक्षण में, वोल्टेज मापदंडों में मुख्य रूप से वोल्टेज प्लेटफ़ॉर्म, माध्य वोल्टेज, औसत वोल्टेज, कट-ऑफ वोल्टेज आदि शामिल होते हैं। प्लेटफ़ॉर्म वोल्टेज संबंधित वोल्टेज मान होता है जब वोल्टेज परिवर्तन न्यूनतम होता है और क्षमता परिवर्तन बड़ा होता है , जिसे dQ/dV के चरम मान से प्राप्त किया जा सकता है। माध्यिका वोल्टेज बैटरी की आधी क्षमता का संगत वोल्टेज मान है। प्लेटफ़ॉर्म पर अधिक स्पष्ट सामग्रियों के लिए, जैसे लिथियम आयरन फॉस्फेट और लिथियम टाइटेनेट, माध्य वोल्टेज प्लेटफ़ॉर्म वोल्टेज है। औसत वोल्टेज वोल्टेज-क्षमता वक्र (यानी, बैटरी डिस्चार्ज ऊर्जा) का प्रभावी क्षेत्र है जिसे क्षमता गणना सूत्र द्वारा विभाजित किया जाता है यू = यू (टी) * आई (टी) डीटी / आई (टी) डीटी। कट-ऑफ वोल्टेज बैटरी के डिस्चार्ज होने पर अनुमत न्यूनतम वोल्टेज को संदर्भित करता है। यदि वोल्टेज डिस्चार्ज कट-ऑफ वोल्टेज से कम है, तो बैटरी के दोनों सिरों पर वोल्टेज तेजी से गिरेगा, जिससे अत्यधिक डिस्चार्ज होगा। ओवरडिस्चार्ज से इलेक्ट्रोड के सक्रिय पदार्थ को नुकसान हो सकता है, प्रतिक्रिया क्षमता खत्म हो सकती है और बैटरी का जीवन छोटा हो सकता है। जैसा कि पहले भाग में बताया गया है, बैटरी का वोल्टेज कैथोड सामग्री की चार्ज स्थिति और इलेक्ट्रोड क्षमता से संबंधित है।

(2) क्षमता एवं विशिष्ट क्षमता

बैटरी क्षमता एक निश्चित डिस्चार्ज सिस्टम (एक निश्चित डिस्चार्ज करंट I, डिस्चार्ज तापमान T, डिस्चार्ज कट-ऑफ वोल्टेज V के तहत) के तहत बैटरी द्वारा जारी बिजली की मात्रा को संदर्भित करती है, जो बैटरी की Ah या C में ऊर्जा संग्रहीत करने की क्षमता को दर्शाती है। क्षमता कई तत्वों से प्रभावित होती है, जैसे डिस्चार्ज करंट, डिस्चार्ज तापमान आदि। क्षमता का आकार सकारात्मक और नकारात्मक इलेक्ट्रोड में सक्रिय पदार्थों की मात्रा से निर्धारित होता है।

सैद्धांतिक क्षमता: प्रतिक्रिया में सक्रिय पदार्थ द्वारा दी गई क्षमता।

वास्तविक क्षमता: एक निश्चित निर्वहन प्रणाली के तहत जारी वास्तविक क्षमता।

रेटेड क्षमता: डिज़ाइन की गई डिस्चार्ज स्थितियों के तहत बैटरी द्वारा गारंटीकृत बिजली की न्यूनतम मात्रा को संदर्भित करता है।

डिस्चार्ज परीक्षण में, क्षमता की गणना समय के साथ वर्तमान को एकीकृत करके की जाती है, यानी सी = आई (टी) डीटी, टी निरंतर निर्वहन में निरंतर वर्तमान, सी = आई (टी) डीटी = आई टी; निरंतर प्रतिरोध आर डिस्चार्ज, सी = आई (टी) डीटी = (1 / आर) * यू (टी) डीटी (1 / आर) * आउट (यू औसत डिस्चार्ज वोल्टेज है, टी डिस्चार्ज समय है)।

विशिष्ट क्षमता: विभिन्न बैटरियों की तुलना करने के लिए, विशिष्ट क्षमता की अवधारणा पेश की गई है। विशिष्ट क्षमता से तात्पर्य इकाई द्रव्यमान या इकाई आयतन इलेक्ट्रोड के सक्रिय पदार्थ द्वारा दी गई क्षमता से है, जिसे द्रव्यमान विशिष्ट क्षमता या आयतन विशिष्ट क्षमता कहा जाता है। सामान्य गणना विधि है: विशिष्ट क्षमता = बैटरी प्रथम डिस्चार्ज क्षमता / (सक्रिय पदार्थ द्रव्यमान * सक्रिय पदार्थ उपयोग दर)

बैटरी क्षमता को प्रभावित करने वाले कारक:

एक। बैटरी का डिस्चार्ज करंट: करंट जितना बड़ा होगा, आउटपुट क्षमता कम हो जाएगी;

बी। बैटरी का डिस्चार्ज तापमान: जब तापमान घटता है, तो आउटपुट क्षमता कम हो जाती है;

सी। बैटरी का डिस्चार्ज कट-ऑफ वोल्टेज: इलेक्ट्रोड सामग्री द्वारा निर्धारित डिस्चार्ज समय और इलेक्ट्रोड प्रतिक्रिया की सीमा आम तौर पर 3.0V या 2.75V होती है।

डी। बैटरी का चार्ज और डिस्चार्ज समय: बैटरी के कई बार चार्ज और डिस्चार्ज होने के बाद, इलेक्ट्रोड सामग्री की विफलता के कारण, बैटरी बैटरी की डिस्चार्ज क्षमता को कम करने में सक्षम होगी।

इ। बैटरी की चार्जिंग स्थितियाँ: चार्जिंग दर, तापमान, कट-ऑफ वोल्टेज बैटरी की क्षमता को प्रभावित करते हैं, इस प्रकार डिस्चार्ज क्षमता का निर्धारण करते हैं।

 बैटरी क्षमता के निर्धारण की विधि:

विभिन्न उद्योगों में कामकाजी परिस्थितियों के अनुसार अलग-अलग परीक्षण मानक होते हैं। 3सी उत्पादों के लिए लिथियम-आयन बैटरियों के लिए, सेलुलर टेलीफोन के लिए लिथियम-आयन बैटरियों के लिए राष्ट्रीय मानक जीबी / टी18287-2000 सामान्य विशिष्टता के अनुसार, बैटरी की रेटेड क्षमता परीक्षण विधि इस प्रकार है: ए) चार्जिंग: 0.2सी5ए चार्जिंग; बी) डिस्चार्ज: 0.2C5A डिस्चार्जिंग; ग) पांच चक्र, जिनमें से एक योग्य है।

इलेक्ट्रिक वाहन उद्योग के लिए, राष्ट्रीय मानक जीबी/टी 31486-2015 के अनुसार इलेक्ट्रिक वाहनों के लिए पावर बैटरी के लिए विद्युत प्रदर्शन आवश्यकताएं और परीक्षण विधियां, बैटरी की रेटेड क्षमता कमरे के तापमान पर बैटरी द्वारा जारी क्षमता (एएच) को संदर्भित करती है। समाप्ति वोल्टेज तक पहुंचने के लिए 1I1 (A) करंट डिस्चार्ज के साथ, जिसमें I1 1 घंटे की दर वाला डिस्चार्ज करंट है, जिसका मान C1 (A) के बराबर है। परीक्षण विधि है:

ए) कमरे के तापमान पर, उद्यम द्वारा निर्दिष्ट चार्जिंग समाप्ति वोल्टेज पर निरंतर वर्तमान चार्जिंग के साथ चार्ज करते समय निरंतर वोल्टेज को रोकें, और जब चार्जिंग समाप्ति वर्तमान 0.05I1 (ए) तक गिर जाए तो चार्जिंग बंद कर दें, और चार्जिंग को 1 घंटे के बाद रोक कर रखें चार्जिंग.

बीबी) कमरे के तापमान पर, बैटरी को 1I1 (ए) करंट के साथ डिस्चार्ज किया जाता है जब तक कि डिस्चार्ज उद्यम तकनीकी स्थितियों में निर्दिष्ट डिस्चार्ज समाप्ति वोल्टेज तक नहीं पहुंच जाता;

सी) मापी गई डिस्चार्ज क्षमता (एएच द्वारा मापी गई), डिस्चार्ज विशिष्ट ऊर्जा की गणना करें (डब्ल्यूएच / किग्रा द्वारा मापी गई);

3 डी) चरणों को दोहराएं ए) -) सी) 5 बार। जब लगातार 3 परीक्षणों का चरम अंतर रेटेड क्षमता के 3% से कम हो, तो परीक्षण पहले ही समाप्त किया जा सकता है और पिछले 3 परीक्षणों के परिणामों का औसत निकाला जा सकता है।

(3) प्रभारी राज्य, एसओसी

एसओसी (चार्ज की स्थिति) चार्ज की एक स्थिति है, जो एक निश्चित डिस्चार्ज दर के तहत एक निश्चित अवधि या लंबे समय के बाद बैटरी की शेष क्षमता और उसकी पूर्ण चार्जिंग स्थिति के अनुपात का प्रतिनिधित्व करती है। "ओपन-सर्किट वोल्टेज + घंटे-समय एकीकरण" विधि बैटरी की प्रारंभिक स्थिति चार्ज क्षमता का अनुमान लगाने के लिए ओपन-सर्किट वोल्टेज विधि का उपयोग करती है, और फिर बैटरी द्वारा खपत की गई बिजली प्राप्त करने के लिए घंटे-समय एकीकरण विधि का उपयोग करती है। -समय एकीकरण विधि. खपत की गई बिजली डिस्चार्ज करंट और डिस्चार्ज समय का उत्पाद है, और शेष बिजली प्रारंभिक बिजली और खपत की गई बिजली के बीच के अंतर के बराबर है। ओपन सर्किट वोल्टेज और एक घंटे के इंटीग्रल के बीच एसओसी गणितीय अनुमान है:

जहां CN रेटेड क्षमता है; η चार्ज-डिस्चार्ज दक्षता है; टी बैटरी उपयोग तापमान है; I बैटरी करंट है; t बैटरी डिस्चार्ज समय है।

डीओडी (डिस्चार्ज की गहराई) डिस्चार्ज की गहराई है, जो डिस्चार्ज की डिग्री का एक माप है, जो कुल डिस्चार्ज क्षमता का डिस्चार्ज क्षमता का प्रतिशत है। डिस्चार्ज की गहराई का बैटरी के जीवन के साथ बहुत अच्छा संबंध है: डिस्चार्ज की गहराई जितनी गहरी होगी, जीवन उतना ही कम होगा। संबंध की गणना एसओसी = 100% -डीओडी के लिए की जाती है

4) ऊर्जा और विशिष्ट ऊर्जा

कुछ शर्तों के तहत बाहरी कार्य करके बैटरी जो विद्युत ऊर्जा उत्पन्न कर सकती है, उसे बैटरी की ऊर्जा कहा जाता है, और इकाई को आम तौर पर wh में व्यक्त किया जाता है। डिस्चार्ज वक्र में, ऊर्जा की गणना निम्नानुसार की जाती है: डब्ल्यू = यू (टी) * आई (टी) डीटी। निरंतर वर्तमान डिस्चार्ज पर, डब्ल्यू = आई * यू (टी) डीटी = यह * यू (यू औसत डिस्चार्ज वोल्टेज है, टी डिस्चार्ज समय है)

एक। सैद्धांतिक ऊर्जा

बैटरी की डिस्चार्ज प्रक्रिया एक संतुलन स्थिति में है, और डिस्चार्ज वोल्टेज इलेक्ट्रोमोटिव बल (ई) के मूल्य को बनाए रखता है, और सक्रिय पदार्थ की उपयोग दर 100% है। इस स्थिति के तहत, बैटरी की आउटपुट ऊर्जा सैद्धांतिक ऊर्जा है, अर्थात, निरंतर तापमान और दबाव के तहत प्रतिवर्ती बैटरी द्वारा किया गया अधिकतम कार्य।

बी। वास्तविक ऊर्जा

बैटरी डिस्चार्ज की वास्तविक आउटपुट ऊर्जा को वास्तविक ऊर्जा कहा जाता है, इलेक्ट्रिक वाहन उद्योग के नियम ("जीबी / टी 31486-2015 पावर बैटरी विद्युत प्रदर्शन आवश्यकताएं और इलेक्ट्रिक वाहनों के लिए परीक्षण विधियां"), 1I1 (ए) के साथ कमरे के तापमान पर बैटरी ) वर्तमान निर्वहन, समाप्ति वोल्टेज द्वारा जारी ऊर्जा (डब्ल्यूएच) तक पहुंचने के लिए, जिसे रेटेड ऊर्जा कहा जाता है।

सी। विशिष्ट ऊर्जा

प्रति इकाई द्रव्यमान और प्रति इकाई आयतन बैटरी द्वारा दी गई ऊर्जा को द्रव्यमान विशिष्ट ऊर्जा या आयतन विशिष्ट ऊर्जा कहा जाता है, जिसे ऊर्जा घनत्व भी कहा जाता है। क्च/किग्रा या क्च/ली की इकाइयों में।

[निर्वहन वक्र का मूल रूप]

डिस्चार्ज वक्र का सबसे बुनियादी रूप वोल्टेज-समय और वर्तमान समय वक्र है। समय अक्ष गणना के परिवर्तन के माध्यम से, सामान्य डिस्चार्ज वक्र में वोल्टेज-क्षमता (विशिष्ट क्षमता) वक्र, वोल्टेज-ऊर्जा (विशिष्ट ऊर्जा) वक्र, वोल्टेज-एसओसी वक्र इत्यादि भी होते हैं।

(1) वोल्टेज-समय और वर्तमान समय वक्र

चित्र 9 वोल्टेज-समय और वर्तमान-समय वक्र

(2) वोल्टेज-क्षमता वक्र

चित्र 10 वोल्टेज-क्षमता वक्र

(3) वोल्टेज-ऊर्जा वक्र

चित्र चित्र 11. वोल्टेज-ऊर्जा वक्र

[संदर्भ दस्तावेज़]

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  • गुओ जिपेंग, एट अल। लिथियम आयरन फॉस्फेट बैटरी की निरंतर वर्तमान और निरंतर शक्ति परीक्षण विशेषताओं की तुलना [जे]। स्टोरेज बैटरी। 2017(03):109-115
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