Uzlādes un izlādes spriegumi{0}}ir tieši saistīti ar akumulatora drošību un kalpošanas laiku. To iestatīšanai nepieciešams līdzsvars starp materiāla īpašībām un ekspluatācijas apstākļiem. Šajā rakstā analizēta sprieguma sliekšņa projektēšanas loģika tādām sistēmām kā LFP un NCM, kā arī izstrādāts koordinācijas mehānisms starp temperatūras pielāgojamību un BMS daudzpakāpju hierarhisko aizsardzību.
1. Materiālu sistēmas un elektroķīmiskās īpašības
Katoda un anoda materiāli nosaka sprieguma logu, jo dažādām katoda{0}}anodu kombinācijām ir atšķirīgi elektroķīmiskās stabilitātes logi. Piemēri:
Litija dzelzs fosfāta (LFP) sistēma: standarta uzlādes pārtraukuma-izslēgšanas spriegums=3.65 V; izlādes pārtraukuma-izslēgšanas spriegums=2.5 V (apkārtējā temperatūra) vai 2,0 V (zema temperatūra).
Trīskāršā materiāla (NCM/NCA) sistēma: lādēšanas-izslēgšanas spriegums=4.2 V; izlādes nogriešanas-spriegums ir robežās no 2,75 V līdz 3,0 V.
Litija titanāta (LTO) sistēma: uzlādes-izslēgšanas spriegums=2.9 V; izlādes pārtraukuma-izslēgšanas spriegums=1.5 V.
Pārmaksāšanas un pārmērīgas{0}}izlādes risks
Pārāk augsts uzlādes spriegums izraisa katoda struktūras degradāciju, skābekļa izdalīšanos un elektrolītu sadalīšanos.
Pārāk zems izlādes spriegums salauž anoda SEI plēvi un izraisa strāvas kolektora koroziju.
2. Drošības aizsardzības mehānismi
Hierarhisks aizsardzības dizains (kā piemēru ņemot LFP):
Normāls uzlādes beigu spriegums: 3,65 V - BMS pārtrauc uzlādi, tiklīdz šī vērtība ir sasniegta.
Primārā aizsardzība pret pārlādēšanu: uzlāde, kas ir lielāka vai vienāda ar 3,8 V -, tiek piespiedu kārtā pārtraukta.
Sekundārā aizsardzība pret pārmērīgu uzlādi: lielāka vai vienāda ar 4,0 V - BMS bloķē sistēmu, lai novērstu termisku noplūdi.
Normāls izlādes beigu spriegums: 2,5 V - izlāde beidzas, tiklīdz šī vērtība ir sasniegta.
Primārā pār{0}}izlādes aizsardzība: ja izlāde ir mazāka vai vienāda ar 2,0 V -, tiek piespiedu kārtā pārtraukta.
Sekundārā aizsardzība pret pārmērīgu -izlādi: mazāka vai vienāda ar 1,8 V - BMS bloķē sistēmu, un ir nepieciešama manuāla atiestatīšana.
3. Temperatūras pielāgošanās spēja
Pielāgošana zemai{0}}temperatūrai: temperatūrai pazeminoties, izlādes-izslēgšanas spriegums samazinās. LFP šūnām:
Temperatūra T > 0 grādi: 2,5 V
Temperatūra T Mazāka vai vienāda ar 0 grādiem: 2,0 V Tas novērš priekšlaicīgu izlādes pārtraukšanu, ko izraisa polarizācija zemās temperatūrās.
4. Kalpošanas laiks un veiktspējas optimizācija
Ietekme uz cikla kalpošanas laiku
Paaugstinot uzlādes{0}}izslēgšanas spriegumu (piemēram, paceļot LFP ierobežojumu no 3,65 V uz 4,0 V), paātrina jaudas samazināšanos.
Pārāk zems izlādes{0}}izslēgšanas spriegums (piemēram, zem 2,85 V LFP) izraisa aktīvā litija zudumu uz anoda.
Veidošanas process
Pirms-uzlādes-spriegums ir jākontrolē SEI plēves veidošanās diapazonā (piem., 2,8–3,0 V), lai izvairītos no blakusreakcijām, ko izraisa piemaisījumi.
Secinājums
Atslēgšanas sprieguma-noteikšana ir visaptverošs materiālu raksturlielumu, drošības prasību, cikla kalpošanas laika, temperatūras pielāgošanās spējas un nozares standartu rezultāts. Ražotāji pārbauda sprieguma sliekšņus, izmantojot elektroķīmisko testēšanu, un BMS attiecīgi ievieš hierarhisku aizsardzību, lai garantētu akumulatora darbību drošā sprieguma logā.
