التفريغ الذاتي & الإفراط في التفريغ لبطاريات الليثيوم أيون

ومع الزيادة الإضافية في كثافة الطاقة والتخفيض الإضافي في التكلفة، تم استخدام بطاريات الليثيوم أيون على نطاق واسع في السيارات الكهربائية ومجالات تخزين الطاقة. يعد اتساق التفريغ الذاتي والإفراط في التفريغ لبطاريات الليثيوم أيون أمرًا مهمًا جدًا لحياة وموثوقية المركبات الكهربائية وأنظمة تخزين الطاقة. تم مراجعة نتائج أبحاث التفريغ الذاتي والإفراط في تفريغ بطاريات الليثيوم أيون في السنوات الأخيرة من جوانب آلية التكوين والعوامل المؤثرة وطرق الكشف.

التفريغ الذاتي هو ظاهرة الفقد الطبيعي لسعة البطارية أثناء التخزين، والتي تظهر بشكل عام أن جهد الدائرة المفتوحة ينخفض ​​بعد التخزين لعدة مرات. ينقسم التفريغ الذاتي لبطاريات الليثيوم أيون إلى تفريغ ذاتي فيزيائي وتفريغ ذاتي كيميائي حسب أنواع التفاعل. من تأثير التفريغ الذاتي على البطارية، يقسم بعض العملاء التفريغ الذاتي إلى فئتين: التفريغ الذاتي مع تعويض قابل للعكس عن السعة المفقودة والتفريغ الذاتي مع تعويض لا رجعة فيه عن السعة المفقودة. في ظل الظروف العادية، يكون فقدان القدرة الناجم عن التفريغ الذاتي المادي قابلاً للعكس، في حين أن فقدان القدرة الناجم عن التفريغ الذاتي الكيميائي لا رجعة فيه.

تُستخدم بطاريات الليثيوم أيون على نطاق واسع كأنظمة طاقة في العديد من الأدوات والمركبات الكهربائية نظرًا لخلوها من التلوث وطاقتها النوعية العالية ودورتها الطويلة في الحياة. إن وجود بطاريات الليثيوم أيون ذاتية التفريغ لا يتسبب فقط في فقدان طاقة البطاريات نفسها، بل يؤدي أيضًا إلى تقصير عمر بطاريات الليثيوم أيون بسبب عدم اتساق التفريغ الذاتي. يؤدي الانخفاض السريع في السعة إلى خطأ كبير في التنبؤ بحالة شحن البطارية (SOC) بواسطة نظام إدارة البطارية (BMS)، وفشل استراتيجية التحكم في المركبات الكهربائية، مما يؤدي إلى الإفراط في تفريغ أنظمة بطاريات المركبات الكهربائية.

أسباب التفريغ الذاتي لبطاريات الليثيوم أيون

1. أسباب فقدان القدرة عكسها: سبب فقدان القدرة العكسية هو رد فعل التفريغ العكسي، والمبدأ يتوافق مع رد فعل التفريغ الطبيعي للبطارية. الفرق هو أن مسار الإلكترون العادي للتفريغ هو عبارة عن دائرة خارجية وسرعة التفاعل سريعة جدًا؛ مسار الإلكترون للتفريغ الذاتي هو المنحل بالكهرباء، وسرعة التفاعل بطيئة للغاية.

2. أسباب فقدان القدرة لا رجعة فيه: عندما يحدث تفاعل لا رجعة فيه داخل البطارية، فإن فقدان القدرة الناتج هو فقدان قدرة لا رجعة فيه. أنواع التفاعلات التي لا رجعة فيها، بما في ذلك التفاعل الذي لا رجعة فيه بين القطب الموجب والكهارل، والتفاعل الذي لا رجعة فيه بين مادة القطب السالب والكهارل، والتفاعل الذي لا رجعة فيه الناجم عن الشوائب الموجودة في الإلكتروليت نفسه، والتفاعل الذي لا رجعة فيه الناتج عن الدائرة القصيرة الدقيقة الناتجة عن الشوائب أثناء التصنيع.

يعد معدل التفريغ الذاتي معلمة مهمة لقياس عمر بطارية الليثيوم أيون، وتحدث عملية التفريغ الذاتي داخل البطارية، والتي تتعلق بمادة البطارية وتقنياتها، وتتغير مع تغيرات درجة الحرارة البيئية ووقت التخزين و حالة الشحن. يمكن أن يؤدي الكشف السريع عن التفريغ الذاتي لبطارية الليثيوم أيون إلى تقليل أوقات قياس معلمة التفريغ الذاتي وتحسين دقتها. ينطبق اكتشاف التفريغ الذاتي أيضًا على حزمة البطارية، والتي يمكن أن توفر بيانات نظرية جديدة لأبحاث تناسق البطارية وفرزها في التطبيق العملي، وبالتالي تحسين أداء بطارية ليثيوم أيون.

بعد أن تفرغ البطارية الكهرباء المخزنة ، سوف تتسبب في تفريغ الزائد إذا استمر الجهد في التفريغ بعد الوصول إلى قيمة معينة. عادةً ما يتم تحديد جهد قطع التفريغ وفقًا لتيار التفريغ. الإفراط في التفريغ قد يؤدي إلى عواقب وخيمة على البطارية؛ خاصة أن التفريغ الزائد للتيار الثقيل أو التفريغ الزائد المتكرر له تأثير أكبر على البطارية. بشكل عام، سيؤدي التفريغ الزائد إلى زيادة الضغط الداخلي للبطارية، وتدمير قابلية عكس المواد النشطة الإيجابية والسلبية، وحتى إذا لم تتمكن من استعادة السعة إلا جزئيًا بعد الشحن، فمن الواضح أنها ستنخفض.

ومن أجل التأكد من بقاء بعض أيونات الليثيوم في طبقة الجرافيت بعد التفريغ، فإنه’ق ضروري للحد من الحد الأدنى من الجهد لإنهاء التفريغ. لا يمكن تفريغ بطاريات الليثيوم أيون بشكل زائد. عادة ما يكون جهد إنهاء التفريغ 3.0 فولت/عقدة، ولا يمكن أن يكون الحد الأدنى للجهد أقل من 2.5 فولت/عقدة. وقت تفريغ البطارية المتعلق بسعة البطارية وتيار التفريغ ووقت تفريغ البطارية (ساعات) = سعة البطارية/تيار التفريغ؛ يجب ألا يتجاوز تيار تفريغ بطارية الليثيوم أيون 3 مرات من سعة البطارية، وإلا ستتلف البطارية.

تأثير الإفراط في تفريغ بطارية ليثيوم أيون.

1. قيمة جهد الإنهاء المحددة في معيار البطارية هي قيمة الجهد التي يتم الوصول إليها عند تفريغ البطارية بشكل مستمر؛ ومع ذلك، في عملية الاستخدام الفعلي، يكون التفريغ متقطعًا في الغالب، لذلك حتى لو وصل التفريغ إلى قيمة جهد الإنهاء المحددة، غالبًا ما يحدث التفريغ الزائد.

2. بعد تفريغ البطارية إلى نهاية الجهد، دعها تقف لعدة دقائق إلى نصف ساعة، وسوف يرتفع جهد البطارية تلقائيا. يؤدي هذا إلى تضليل المستخدم للاعتقاد بأنه لا يزال من الممكن الاستمرار في تفريغ البطارية، مما يؤدي إلى الإفراط في تفريغ البطارية.

3. يمكن أن تؤدي عملية الشحن والتفريغ الدورية إلى تحسين سعة البطارية مقارنة بالسعة السابقة، لكن التفريغ العميق المفرط المستمر لن يفشل فقط في زيادة تنشيط المواد الفعالة التي لم تشارك في التفاعل، ولكنه يتسبب أيضًا في تآكل الشبكة الإيجابي وتحويل جزء من α-PbO2 إلى &بيتا؛ -PbO2، مما سيؤدي حتمًا إلى تقصير عمر دورة البطارية. كلما كان عمق التفريغ أعمق، كلما انخفضت سعة البطارية بشكل أسرع، وأصبحت الآثار الجانبية للتفريغ الزائد والمعالجة الدورية أكثر وضوحًا، وقصر عمر دورة البطارية.

في الوقت الحاضر، تستخدم معظم بطاريات المنتجات الإلكترونية بطاريات الليثيوم أيون. تم تطوير بطاريات الليثيوم أيون بسرعة واستخدامها على نطاق واسع في المجتمع منذ ظهورها في عام 1990، كما حقق مصنعو بطاريات الليثيوم أيون أكبر تطور. لا تشحن بطارية الليثيوم أيون إلى مستوى الشحن الكامل بنسبة 100%، ناهيك عن استخدامها بالكامل. إذا كان الوضع يسمح بذلك، حاول إبقاء شحن البطارية بالقرب من النصف ممتلئًا، وكلما كان نطاق الشحن والتفريغ أصغر، كان ذلك أفضل.