Courbes de charge et de décharge de la batterie

Pendant le processus de charge et de décharge de la batterie, à mesure que la profondeur de charge et de décharge change, la tension change également constamment. Si nous utilisons la capacité comme coordonnée horizontale et la tension comme coordonnée verticale, nous pouvons obtenir une simple courbe de charge et de décharge, qui contient de nombreux indices sur les performances électriques de la batterie. Ces courbes tracées avec les paramètres des cellules de batterie tels que le temps, la capacité, le SOC, la tension, etc. impliqués dans la charge et la décharge comme coordonnées sont appelées courbes de charge et de décharge. Voici quelques courbes de charge et de décharge courantes.

Courbe temps-courant/tension

● Courant constant

Pendant la charge et la décharge à courant constant, le courant est constant et le changement de tension aux bornes de la batterie est collecté en même temps, ce qui est souvent utilisé pour détecter les caractéristiques de décharge de la batterie. Pendant le processus de décharge, le courant de décharge reste inchangé, la tension de la batterie diminue et la puissance de décharge continue également de diminuer. La courbe d'échantillonnage est présentée dans la figure ci-dessous.

● Courant constant et tension constante (charge)

Par rapport à la charge à courant constant, la charge à tension constante à courant constant a un processus de tension constante à la fin de la charge. En fin de charge, la tension devient constante lorsqu'elle atteint la valeur cible, tandis que le courant diminue progressivement. Lorsque le courant de coupure est atteint, la charge à tension constante et à courant constant se termine. Étant donné que la tension de la batterie fluctue considérablement après avoir quitté la période de plateau, si la charge à courant constant se poursuit, la batterie ne peut pas atteindre l'état de charge complète idéal. Il est donc nécessaire de passer à une tension constante et de réduire le courant pour garantir que la batterie atteigne autant que possible un état de charge plus élevé. La courbe d'échantillonnage est présentée dans la figure ci-dessous.

● Puissance constante

L'ensemble du processus de charge et de décharge s'effectue à puissance constante. Selon P = UI, la tension augmente progressivement et le courant diminue progressivement pendant une charge à puissance constante, et la tension diminue progressivement et le courant augmente progressivement pendant une décharge à puissance constante. Selon la tension de coupure de charge et de décharge conventionnelle de la batterie LFP 3,65-2,5 V, le courant de fin de décharge peut atteindre près de 1,5 fois le courant de fin de charge. L'exemple de courbe est présenté dans la figure ci-dessous.

● Continu, intermittent, pulsé

À courant ou puissance constant, la fonction de synchronisation est utilisée pour obtenir un contrôle de charge et de décharge continu, intermittent et par impulsions. Ces régimes spéciaux de charge et de décharge sont souvent utilisés pour évaluer la résistance interne CC de la batterie. La courbe d'échantillonnage est présentée dans la figure ci-dessous.

Courbe capacité-tension

The horizontal axis of the capacity-voltage curve reflects the battery's charge and discharge capacity, state of charge and other information, while the vertical axis includes the battery's voltage platform, inflection point, polarization and other information. The figure below is a discharge curve of a lithium iron phosphate battery at different temperatures.

Rate curve

The current density affects the rate of electrochemical reaction, thus changing the performance parameters of the battery. When comparing batteries of different capacities, the same current is not applicable, so the rate is used to determine the relative current. For example, 0.1C is 0.3A for a 3Ah 18650 battery, and 28A for a 280Ah prismatic battery. Simply put, the specific current value represented by the rate is the rate multiplied by the battery capacity.

When marking the capacity of a battery, the charge and discharge current must be taken into account, because the capacity will be different at different rates. For example, to calibrate the capacity of a battery at different rates, you can set it to change step by step with the charge and discharge cycle rate, and then draw a rate curve with the discharge capacity as the vertical axis and the number of charge and discharge times as the horizontal axis.

dQ/dV curve

The name of the dQ/dV curve is its y-axis variable, that is, the rate of change of the volume per unit voltage interval. The horizontal axis of the dQ/dV curve is generally SOC, capacity or voltage, which reflects the change in the rate of change of capacity. The place where the rate of change is large is displayed as a characteristic peak on the curve, which generally corresponds to an electrochemical reaction process.

The dQ/dV curve can tell us where the voltage platform of the battery is, when the electrochemical reaction occurs, and how the reaction process changes with battery aging and other changes in state. Generally speaking, chemical reactions are rapid, so the data points on the curve require higher accuracy. Therefore, the output dQ/dV curve has certain requirements for the collection of raw data, otherwise it is impossible to make a curve with obvious peaks. When doing charge and discharge tests, you can set the voltage intervalΔV=10~50mV to collect data, or the time intervalΔt=10-50ms, and then screen the raw data with equal voltage differences.

The following figure shows the dQ/dV curve under different number of cycles.

Cycle Curve

We know that the life of a battery is divided into calendar life and cycle life. Calendar life is the time it takes for the battery capacity to lose to a certain extent under natural placement, while cycle life is the number of times the battery is continuously charged and discharged until its capacity decays to a certain extent. Cycle life is one of the important indicators for measuring battery life performance.

Les données de test de cycle des batteries lithium-ion sont l'accumulation de données de charge et de décharge uniques. Différentes données de charge et de décharge peuvent être extraites pour créer plusieurs courbes pour différents aspects de l'analyse. La courbe de durée de vie la plus simple comporte le nombre de cycles comme axe des x et la capacité de décharge ou le taux de rétention de capacité comme axe des y, comme le montre la figure ci-dessous. À mesure que le cycle progresse, la capacité de la batterie continue de diminuer et le système de charge et de décharge a un impact significatif sur la diminution de la capacité de la batterie.

Vous pouvez également comparer les courbes capacité-tension de charge et de décharge à différents moments, comme le montre la figure ci-dessous. Au fur et à mesure que le cycle progresse, la tension de démarrage de charge et de décharge change, la résistance interne CC de la batterie change et la capacité de charge et de décharge diminue progressivement.

En plus des deux types ci-dessus, il existe de nombreuses autres courbes avec le nombre de cycles comme axe horizontal et les paramètres affectés par l'atténuation du cycle de la batterie comme axe vertical, qui jouent un rôle dans l'analyse des facteurs affectant la durée de vie de la batterie. cellule et prédire le cycle de vie. Comme le montre la figure ci-dessous, il reflète la valeur théorique de la durée de vie de la batterie affectée par le niveau d'efficacité coulombienne. CE est l'efficacité coulombienne, Ck est le taux de rétention de capacité et k est le nombre de cycles.

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