Während des Lade- und Entladevorgangs der Batterie ändert sich mit der Änderung der Lade- und Entladetiefe auch ständig die Spannung. Wenn wir die Kapazität als horizontale Koordinate und die Spannung als vertikale Koordinate verwenden, können wir eine einfache Lade- und Entladekurve erhalten, die viele Hinweise auf die elektrische Leistung der Batterie enthält. Diese Kurven, die mit den am Laden und Entladen beteiligten Batteriezellenparametern wie Zeit, Kapazität, Ladezustand, Spannung usw. als Koordinaten gezeichnet werden, werden als Lade- und Entladekurven bezeichnet. Hier sind einige gängige Lade- und Entladekurven.
Zeit-Strom-/Spannungskurve
● Konstantstrom
Beim Laden und Entladen mit konstantem Strom ist der Strom konstant und gleichzeitig wird die Änderung der Batterieklemmenspannung erfasst, die häufig zur Erkennung der Entladeeigenschaften der Batterie verwendet wird. Während des Entladevorgangs bleibt der Entladestrom unverändert, die Batteriespannung sinkt und auch die Entladeleistung nimmt weiter ab. Die Beispielkurve ist in der folgenden Abbildung dargestellt.
● Konstanter Strom und konstante Spannung (Laden)
Im Vergleich zum Laden mit konstantem Strom erfolgt beim Laden mit konstantem Strom und konstanter Spannung am Ende des Ladevorgangs ein Prozess mit konstanter Spannung. Am Ende des Ladevorgangs bleibt die Spannung konstant, wenn sie den Zielwert erreicht, während der Strom allmählich abnimmt. Wenn der Abschaltstrom erreicht ist, endet das Laden mit konstantem Strom und konstanter Spannung. Da die Batteriespannung nach Verlassen der Plateau-Periode stark schwankt, kann die Batterie bei fortgesetzter Konstantstromladung nicht den idealen Vollladezustand erreichen. Daher ist es notwendig, auf konstante Spannung umzuschalten und den Strom zu reduzieren, um sicherzustellen, dass die Batterie einen möglichst höheren Ladezustand erreicht. Die Beispielkurve ist in der folgenden Abbildung dargestellt.
● Konstante Leistung
Der gesamte Lade- und Entladevorgang wird mit konstanter Leistung betrieben. Gemäß P=UI steigt die Spannung beim Laden mit konstanter Leistung allmählich an und der Strom nimmt allmählich ab, während beim Entladen mit konstanter Leistung die Spannung allmählich abnimmt und der Strom allmählich zunimmt. Gemäß der herkömmlichen Lade- und Entlade-Abschaltspannung der LFP-Batterie 3,65-2,5 V kann der Entladeendstrom fast das 1,5-fache des Ladeendstroms erreichen. Die Beispielkurve ist in der folgenden Abbildung dargestellt.
● Kontinuierlich, intermittierend, pulsierend
Bei konstantem Strom oder konstanter Leistung wird die Timing-Funktion verwendet, um eine kontinuierliche, intermittierende und pulsierende Lade- und Entladesteuerung zu erreichen. Diese speziellen Lade- und Entladeregime werden häufig zur Bewertung des Gleichstrom-Innenwiderstands der Batterie verwendet. Die Beispielkurve ist in der folgenden Abbildung dargestellt.
Kapazitäts-Spannungskurve
Die horizontale Achse der Kapazitäts-Spannungs-Kurve spiegelt die Lade- und Entladekapazität, den Ladezustand und andere Informationen der Batterie wider, während die vertikale Achse die Spannungsplattform, den Wendepunkt, die Polarisation und andere Informationen der Batterie enthält. Die folgende Abbildung zeigt eine Entladekurve einer Lithium-Eisenphosphat-Batterie bei verschiedenen Temperaturen.
Tarifkurve
Die Stromdichte beeinflusst die Geschwindigkeit der elektrochemischen Reaktion und verändert somit die Leistungsparameter der Batterie. Beim Vergleich von Batterien unterschiedlicher Kapazität ist der gleiche Strom nicht anwendbar, daher wird der Tarif zur Bestimmung des relativen Stroms verwendet. Beispielsweise beträgt {{0}}.1C 0,3 A für eine 3-Ah-18650-Batterie und 28 A für eine 280-Ah-Prismenbatterie. Vereinfacht ausgedrückt ist der durch die Rate dargestellte spezifische Stromwert die Rate multipliziert mit der Batteriekapazität.
Bei der Angabe der Kapazität einer Batterie muss der Lade- und Entladestrom berücksichtigt werden, da die Kapazität bei unterschiedlichen Geschwindigkeiten unterschiedlich ausfällt. Um beispielsweise die Kapazität eines Akkus bei verschiedenen Geschwindigkeiten zu kalibrieren, können Sie ihn so einstellen, dass er sich Schritt für Schritt mit der Lade- und Entladezyklusrate ändert, und dann eine Geschwindigkeitskurve mit der Entladekapazität als vertikaler Achse und der Anzahl der Ladungen zeichnen und Entladezeiten als horizontale Achse.
dQ/dV-Kurve
Der Name der dQ/dV-Kurve ist ihre Y-Achsen-Variable, also die Änderungsrate des Volumens pro Spannungsintervalleinheit. Die horizontale Achse der dQ/dV-Kurve ist im Allgemeinen der SOC, die Kapazität oder die Spannung, die die Änderung der Kapazitätsänderungsrate widerspiegelt. Die Stelle, an der die Änderungsrate groß ist, wird als charakteristischer Peak auf der Kurve angezeigt, was im Allgemeinen einem elektrochemischen Reaktionsprozess entspricht.
Die dQ/dV-Kurve kann uns sagen, wo sich die Spannungsplattform der Batterie befindet, wann die elektrochemische Reaktion stattfindet und wie sich der Reaktionsprozess mit der Alterung der Batterie und anderen Zustandsänderungen ändert. Im Allgemeinen laufen chemische Reaktionen schnell ab, sodass die Datenpunkte auf der Kurve eine höhere Genauigkeit erfordern. Daher stellt die ausgegebene dQ/dV-Kurve bestimmte Anforderungen an die Erfassung von Rohdaten, andernfalls ist es unmöglich, eine Kurve mit offensichtlichen Spitzen zu erstellen. Bei Lade- und Entladetests können Sie das Spannungsintervall ΔV=10~50 mV zum Sammeln von Daten oder das Zeitintervall Δt=10-50ms einstellen und dann die Rohdaten mit gleichen Spannungsunterschieden überprüfen.
Die folgende Abbildung zeigt die dQ/dV-Kurve bei unterschiedlicher Zyklenzahl.
Zykluskurve
Wir wissen, dass die Lebensdauer einer Batterie in Kalenderlebensdauer und Zyklenlebensdauer unterteilt wird. Die Kalenderlebensdauer gibt an, wie lange es dauert, bis der Akku bei natürlicher Lagerung bis zu einem gewissen Grad an Kapazität verliert, während die Zyklenlebensdauer die Anzahl der kontinuierlichen Lade- und Entladevorgänge des Akkus angibt, bis seine Kapazität bis zu einem bestimmten Grad nachlässt. Die Lebensdauer ist einer der wichtigen Indikatoren zur Messung der Batterielebensdauer.
Die Zyklustestdaten von Lithium-Ionen-Batterien sind die Ansammlung einzelner Lade- und Entladedaten. Verschiedene einzelne Lade- und Entladedaten können extrahiert werden, um mehrere Kurven für verschiedene Analyseaspekte zu erstellen. Die einfachste Zyklenlebensdauerkurve besteht aus der Anzahl der Zyklen auf der x-Achse und der Entladekapazität bzw. Kapazitätserhaltungsrate auf der y-Achse, wie in der folgenden Abbildung dargestellt. Mit fortschreitendem Zyklus nimmt die Batteriekapazität weiter ab, und das Lade- und Entladesystem hat einen erheblichen Einfluss auf den Batteriekapazitätsabfall.
Sie können auch die Kapazitäts-Spannungs-Kurven von Ladung und Entladung zu unterschiedlichen Zeiten vergleichen, wie in der Abbildung unten dargestellt. Mit fortschreitendem Zyklus verschiebt sich die Lade- und Entladestartspannung, der Gleichstrom-Innenwiderstand der Batterie ändert sich und die Lade- und Entladekapazität nimmt allmählich ab.
Zusätzlich zu den beiden oben genannten Typen gibt es viele andere Kurven mit der Anzahl der Zyklen auf der horizontalen Achse und den Parametern, die von der Batteriezyklusdämpfung beeinflusst werden, auf der vertikalen Achse, die bei der Analyse der Faktoren, die die Zyklenlebensdauer der Batterie beeinflussen, eine Rolle spielen Zelle und Vorhersage der Zykluslebensdauer. Wie in der folgenden Abbildung dargestellt, spiegelt es den theoretischen Wert der Batterielebensdauer wider, der vom Coulomb-Wirkungsgrad beeinflusst wird. CE ist die Coulomb-Effizienz, Ck ist die Kapazitätserhaltungsrate und k ist die Anzahl der Zyklen.
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