Как решить электрохимическое равновесие литий-ионных аккумуляторов?

Батареи обычно состоят из сотен или тысяч мономеров ячеек, поэтому емкость батареи также зависит от отдельных ячеек. Исследования показали, что даже если один элемент имеет срок службы более 1000 раз, он образует батарею. После батареи время автономной работы может быть меньше 200 раз. Это показывает, что баланс батарейного блока очень важен.

В течение долгого времени низкая консистенция мономеров литий-ионных элементов была сложной проблемой при разработке литий-ионных аккумуляторов. Здесь согласованность относится не только к традиционным параметрам, таким как емкость и напряжение. Он также включает такие факторы, как скорость снижения емкости, скорость снижения внутреннего сопротивления и распределение температуры батареи.

В идеале одна и та же партия литий-ионных батарей должна иметь одинаковые электрохимические свойства, но на самом деле из-за ошибок в производственном процессе между литий-ионными мономерными батареями будут несоответствия. Батареи часто состоят из сотен, даже тысяч отдельных ячеек, соединенных последовательно. Следовательно, на емкость аккумуляторной батареи сильно влияет несогласованность отдельных элементов (несоответствия, которые имеют наибольшее влияние на производительность аккумуляторной батареи, включают несоответствие кулоновской эффективности, несоответствие скорости саморазряда, несогласованность скорости увеличения внутреннего сопротивления и т. д.) Исследования показали, что даже если срок службы одного элемента достигает более 1000 раз, срок службы батареи после формирования аккумуляторной батареи может быть менее 200 раз.

Следовательно, для аккумуляторной батареи, состоящей из большого количества мономерных ячеек, необходимо уравновешивающее оборудование. Общий метод равновесия на поверхности листинга в основном заключается в достижении равновесия напряжений между мономерными ячейками с помощью электронного оборудования, поэтому технология также очень похожа. Александр У. Шмид из Штутгартского университета в Германии недавно использовал никель-металлгидридные элементы (NiMH) и Ni-Zn элементы для достижения электрохимического равновесия батарей, что дало новую идею для баланса батарей.

Из-за ограничения принципа работы литий-ионных аккумуляторов их способность противостоять перезарядке очень слаба. В случае перезарядки может произойти разложение электролита и анализ лития. В случае перезарядки NiMH батареи H2O в электролите разлагает O2 и H2, образованные положительным и отрицательным полюсами, и O2 и H2 могут рекомбинировать под действием катализатора с образованием воды, чтобы сформировать полный цикл. При малом увеличении C / 3-C / 10 скорость генерации газа почти такая же, как и скорость его рекомбинации, поэтому NiMH батарея имеет очень хорошее сопротивление перезарядке. Основываясь на вышеуказанных принципах, AlexanderU. Шмид использовал NiMH-элементы и аналогичные Ni-Zn-элементы для выравнивания литий-ионных аккумуляторов. При использовании этого метода электрохимического равновесия можно отказаться от традиционных устройств контроля напряжения и электронного равновесия, что эффективно снижает сложность управления аккумулятором и повышает надежность аккумуляторного блока.

Александер Шмид выбрал материалы LiFePO4 и Li4TI5O12 в качестве экспериментальных объектов, потому что оба материала имеют определенную устойчивость к перезарядке, и напряжение быстро растет после полного делития. В этот момент NiMH и Ni-Zn батареи берут на себя роль текущего Byass, и избыточный ток будет течь в NiMH и Ni-Zn батареи, тем самым избегая перезарядки литий-ионных батарей.

Принцип работы показан на рисунке ниже. Сбалансированный NiMH-элемент или Ni-Zn-элемент параллельно подключается к литий-ионному элементу. Когда группа последовательных ячеек малой емкости в аккумуляторной батарее полностью заряжена, напряжение достигает порогового значения. На этот раз никель-металлгидридная батарея параллельно взяла на себя роль шунта. Все токи в основном протекали через никель-металлгидридную батарею и больше не протекали через литий-ионную батарею, что позволяет избежать перезарядки литий-ионной батареи. В этом процессе изменения напряжения и тока литий-ионной батареи и NiMH показаны на рисунке B ниже. В случае идеального соответствия ток литий-ионной батареи показан красной кривой.

Работа Александра Шмида дает новую идею баланса батареи. Из-за конструктивных характеристик элементов NiMH и NiZn, когда происходит перезарядка, вода в электролите разлагается на положительном и отрицательном полюсах, соответственно, с образованием O2 и H2. Под действием катализатора в батарее O2 соединяется с H2 с образованием воды и завершает цикл, поэтому NiMH и NiZn обладают очень хорошими свойствами защиты от перезарядки, и мы можем просто воспользоваться этим. С одной или несколькими тандемными батареями NiMH и NiZn, подключенными параллельно литий-ионным батареям, ток будет почти полностью проходить через NiMH и NiZn батареи, когда напряжение зарядки достигает верхнего предела, что позволяет избежать чрезмерной зарядки литий-ионных аккумуляторов. Мы также можем использовать это для выравнивания литий-ионных батарей. Мы можем гарантировать, что все элементы могут быть полностью заряжены, пока мы продолжаем заряжать батареи, не беспокоясь о том, что некоторые элементы будут перезаряжаться, тем самым улучшая постоянство внутренней емкости батареи. Эксперимент также подтвердил, что цикл заряда и разряда может обеспечить 8% -ное равновесие емкости (LFP / C -2 NiZn). Самым большим преимуществом этого метода является то, что контроль напряжения отдельных ячеек в аккумуляторной батарее не требуется на протяжении всего процесса. Он полностью автоматический, поэтому значительно упрощает конструкцию аккумуляторной батареи и повышает ее надежность.

Страница содержит содержимое машинного перевода.