충전 및 방전 특성은 무엇입니까?

충전 및 방전 특성은 무엇입니까?

충전 및해고하다형질

리튬{0}}이온 배터리는 일반적으로 안전성, 신뢰성 및 충전 효율성을 보장하기 위해 2단계 충전 방법을 사용합니다.- 첫 번째 단계는 전압 제한이 있는 정전류이고, 두 번째 단계는 전류 제한이 있는 정전압입니다. 리튬-이온 배터리 충전의 최대 전압 한계는 양극재에 따라 다릅니다. 리튬-이온 배터리의 기본 충전/방전 전압 곡선은 그림 3-11에 나와 있습니다. 그림의 곡선은 C/3의 충전/방전 전류를 사용합니다. 다양한 리튬 이온 배터리의 주요 차이점은 두 가지입니다.

1) 1단계 최적의 정전류 값은 배터리의 양극재 및 제조 공정에 따라 달라집니다. 일반적으로 0.2C~0.3C의 전류 범위를 사용합니다. 전력 소비가 빠른 경우에는 1C, 2C 또는 더 높은 속도를 사용할 수 있습니다.

2) 리튬{1}}이온 배터리마다 정전류 지속 시간이 크게 다르며, 전체 용량에서 정전류로 충전할 수 있는 용량의 비율도 크게 다릅니다. 실제 전기 자동차 애플리케이션의 관점에서 보면 정전류 지속 시간이 길수록 총 충전 시간이 짧아져 애플리케이션에 더 유리합니다.

리튬{0}}이온 배터리 전압은 그림 3-11의 세그먼트 DE에 표시된 것처럼 안정적이며 방전 초기 및 중간 단계에서는 천천히 감소하지만 후기 단계에서 급격히 감소합니다. 이 단계에서는 과방전과 배터리의 돌이킬 수 없는 손상을 방지하기 위해 효과적인 제어가 중요합니다.

충전 특성에 영향을 미치는 요소

(1) 효과충전 전류충전 특성에 대해 정격 용량 242A·h의 특정 NCM 리튬{0}}이온 배터리를 예로 들면, SOC=0% 및 20도의 일정한 온도 조건에서 서로 다른 충전 속도를 사용하여 충전했습니다. 매개변수 결과는 표 3-1에 표시되어 있으며 충전 곡선은 그림 3-12에 표시되어 있습니다.

표 3-1 다양한 충전 속도에 대한 충전 매개변수

① CC, 정전류; CV, 정전압.

표 3-1에 나타난 바와 같이, 충전 전류가 증가함에 따라 정전류 시간은 점차 감소하고, 정전류 하에서 충전할 수 있는 용량 및 에너지도 점차 감소한다. 충전 및 방전 용량의 1/2(즉, SOC=50%)을 기준으로 하면 충전 전류가 증가함에 따라 필요한 충전 시간이 감소합니다. 0.1C에 필요한 시간은 0.5C에 필요한 시간의 약 5배입니다. 이 조건에서는 계속 충전할 때의 전류 차이가 작아서 마지막 30A·h의 충전 시간은 크게 다르지 않습니다. 따라서 배터리의 허용 충전 전류 내에서 충전 전류를 높이는 것은 정전류로 충전할 수 있는 용량과 에너지를 줄이더라도 전체 충전 시간을 줄이는 데 도움이 된다. 실제 배터리 팩 애플리케이션에서는 리튬 이온 배터리의 최대 허용 충전 전류를 사용하여 충전할 수 있으며, 전압 한계에 도달한 후에는 정전압 충전을 수행할 수 있습니다. 이를 통해 충전 시간을 단축하는 동시에 충전 안전을 보장합니다. 그러나 충전 전류를 높이면 배터리 내부 저항으로 인해 에너지 손실도 증가하게 됩니다. 내부저항에 소비되는 에너지는 식 (3-4)에 따라 계산된다.

여기서 E는 내부 저항에 의해 소비되는 에너지입니다.

r은 배터리의 내부 저항입니다.

t는 충전 시간 변수이다.

I는 충전 전류입니다.

t₁ 및 t₂는 충전 시작 및 종료 시간입니다.

광범위한 테스트를 통해 리튬{0}}이온 배터리의 내부 저항은 충전 중에 0.4mΩ 내에서 변화하는 것으로 나타났습니다. 따라서 식 (3-4)는 배터리 내부 저항으로 인한 에너지 소비가 본질적으로 충전 시간과 선형 관계에 있고, 충전 전류와 2차 관계에 있음을 보여준다. 정전류 충전 단계에서 충전 전류의 크기는 내부 저항 에너지 소비에 영향을 미치는 주요 요인입니다. 충전 전류가 높을수록 에너지 소비가 커집니다. 정전압, 저전류 단계에서는 충전 시간이 내부 저항 에너지 소비에 영향을 미치는 주요 요인이 됩니다. 충전 시간이 길어지면 에너지 소비도 늘어납니다. 전체 충전 과정을 고려하면, 충전 전류는 내부 저항 에너지 소비와 2차 관계를 가지며 이에 영향을 미치는 주요 요인이므로 충전 전류가 높을수록 내부 저항 에너지 소비도 커진다. 실제 배터리 애플리케이션에서는 충전 시간과 효율을 종합적으로 고려하여 적절한 충전 전류를 선택해야 합니다.

(2) 방전심도가 충전 특성에 미치는 영향 정격 용량 66.2A·h의 NCM 리튬{2}}이온 전지를 대상으로 20도의 일정한 온도에서 방전 시험을 실시하였다. 배터리는 90%→0%의 충전 상태(SOC)에 해당하는 다양한 방전 심도(DOD)(10%→100%)로 0.5C의 속도로 방전되었습니다. 방전 과정에서 전압, 전류, 용량 데이터가 기록되었습니다. 60분간 휴지 후 0.5C(CC)의 속도로 배터리를 충전하였다. 차단전압에 도달하면 충전모드를 정전압(CV)으로 전환했다. 전류가 0.05C 미만이 되면 공정을 중단하고 전압, 전류, 용량 데이터를 기록하였다. 관련 데이터는 표 3에 나와 있습니다-2. 다양한 방전 깊이 조건에서 리튬 이온 배터리의 충전 전류 곡선은 그림 3-13에 나와 있습니다.

표 3-2 다양한 방전 깊이에서의 충전 테스트 매개변수

① 동일-용량 충전 에너지: 동일한 SOC 변경(예: 10%)에 따라 충전되는 에너지입니다. 예를 들어, 90% DOD의 충전 용량이 30W·h이면 동일한-용량 충전 에너지는 30W·h입니다. 80% DOD에서의 충전 용량이 50W·h인 경우, 동일한{11}}용량 충전 에너지는 25W·h입니다.

② 동일-용량 방전 에너지: 동일한 SOC 변경(예: 10%) 하에서 방전되는 에너지입니다.

③ 단위 용량당 평균 충전 시간/min: 충전 시간/충전 용량.

표 3-2와 그림 3-13에서 다음과 같은 결론을 도출할 수 있습니다.

1) 방전심도가 증가함에 따라 충전시간은 증가하지만, 단위 용량당 평균 충전시간은 감소하므로 충전시간의 증가는 방전심도에 비례하지 않는다.

2) 방전심도가 증가함에 따라 총 충전시간에 대한 정전류 충전시간의 비율이 증가하고, 필요 충전용량에 대한 정전류 충전용량의 비율도 증가한다. 실제로 이러한 특성은 주로 두 가지 요인에 의해 발생합니다. 첫째, 방전 깊이가 깊을수록 배터리를 완전히 충전하는 데 더 오랜 시간이 필요합니다. 둘째, 방전 깊이가 깊을수록 전압 범위가 낮아지므로 동일한 전류 및 충전 시간 조건에서 배터리에 충전되는 에너지가 줄어듭니다.

(3) 온도가 충전 특성에 미치는 영향 리튬{1}}이온 배터리는 다양한 주변 온도에서 충전되었습니다. 66.2A·h NCM 리튬{4}}이온 배터리를 예로 들면, 정전류 및 전압 제한 방법이 사용되었습니다. 표 3-3에 표시된 대로 충전 전류 제한을 1.3A 및 3.3A로 설정하여 충전 매개변수를 기록했습니다. 동일한 방전 전류에서 배터리 전압은 그림 3-13에 표시된 것처럼 급격한 하락을 경험하게 됩니다. 그러나 전압이 상대적으로 높게 유지되므로 방전 에너지도 여전히 높습니다. 방전 초기에는 배터리의 내부 저항에 의해 소모되는 에너지로 인해 배터리의 온도가 상승하고, 리튬이온 배터리 활물질의 활성도가 높아지며, 배터리의 전압도 높아져 방출할 수 있는 에너지가 증가합니다. 방전 중간 및 후기 단계에서는 배터리 전압이 감소하고 그에 따라 단위 시간당 방출되는 에너지도 감소합니다.

동일한 온도와 동일한 방전 종료 전압에서 방전 종료 전류가 다르면 용량과 방출 에너지에 차이가 발생합니다. 일반적으로 정상적인 온도 조건에서는 전류가 낮을수록 방출되는 용량과 에너지가 커집니다. 앞서 언급한 방전 실험에서처럼 0.2C는 1C보다 3.2% 더 많은 용량과 에너지를 방출한다.