Dagiti bateria ti Lithium Ion ket saan a talaga a "mangpataud" iti bileg iti wagas a panunoten ti kaaduan a tattao. Ti aramidenda ket mangidulin iti elektrikal nga enerhia babaen kadagiti reversible electrochemical reactions, kalpasanna iruar dayta no ti external circuit ket agkidkiddaw iti agdama. Ti pannakariro maipapan iti daytoy ket umay nga adu kadagiti miting ti disenio, nangruna no ti maysa a tao ket mangpadpadas a mangsukog ti maysa a battery pack iti umuna a gundaway.
Dua a banag ti mapasamak bayat ti pannakairuar. Umuna, dagiti ion ti lithium ket ag-migrate manipud iti negatibo nga elektrodo (ANODE) babaen ti elektrolito ken mangisina iti positibo nga elektrodo (katodo). Maikadua, dagiti elektron ket agayus babaen ti akinruar a sirkuito manipud iti anode aginggana iti katodo, nga agar-aramid kadagiti makatulong a trabaho. Bayat ti panagkarga, baliktadem ti proseso babaen ti panangipakat iti makinruar a boltahe a mangpilit kadagiti ion ken elektron nga aggaraw iti kasungani a direksion.
Ti boltahe a patauden ti maysa a selula ket agpannuray nga interamente kadagiti materiales ti elektrodo a piliem ken dagiti bukodda nga elektrokemikal a potensial. Ti maysa a presko a selula a nakatugaw iti estante nga awan ti kargana ket mangipakita ti open na-boltahe ti sirkuito-kadawyan nga agarup a 3.6 aginggana ti 3.7V para kadagiti kaaduan a lithium ion a kimika, urayno daytoy a bilang ket aggaraw iti aglawlaw depende iti kasasaad ti karga ken temperatura. Apaman a maikonektam ti karga ken rugiam ti agdrowing iti koriente, bumaba ti boltahe gapu iti internal resistance. No mano ti ibagana kenka iti adu maipapan iti salun-at ti selula.
Dagiti Pangrugian ti Kimika ti Selula .
Amin a selula ti lithium ion ket makibingbingayda iti isu met laeng a kangrunaan a prinsipio ti panagpataray, ngem nadumaduma unay dagiti kimika. Ti material ti katodo ket kaaduan a mangikeddeng kadagiti kababalin ti panagaramid ti selula-pannakabalin ti enerhia, kabaelan ti bileg, siklo ti siklo, termal a kinatalged, ken gastos.
Dagiti naisaad nga oxide cathode ti immuna a komersial a chemistry. Inyam-ammo kadakuada ti Sony idi pay 1991 babaen ti Licoo2 (Lithium cobalt oxide), a maus-usar pay laeng iti consumer electronics a sadiay ti densidad ti enerhia ket ad-adda a napateg ngem ti gastos wenno dagiti margin ti kinatalged. Dagitoy a selula ket ag-pack iti agarup a 150-200 wh/kg iti lebel ti selula. Nupay kasta, nangina ni Cobalt, ket ti chemistry ket saan a natalged iti ngato ti 150℃. Nakitatayon ti thermal runaway a mangrugi kadagiti temperatura a kas iti nababa a 130℃kadagiti naabuso a selula.
Ti panagmaneho para iti nasaysayaat a kinatalged ken nababbaba a gastos ket nangiturong iti Limn2o₄ (lithium manganese oxide) iti Mid-1990s. Ti manganese ket rugit a nalaka ken ti estruktura ti spinel ket nainkasigudan a nataltalged. Dagitoy a selula ket saan nga agtaray agingga a makalabaska iti 250℃a gagangay. Ti tradeoff? Ti densidad ti enerhia ket bumaba iti 100-120 wh/kg, ken ti manganese ket marunaw iti elektrolito iti panaglabas ti panawen, a naipangpangruna kadagiti nangato a temperatura. Agsagaba ti cycle life-you're looking at maybe 300-700 cycles sakbay a bumaba ti kapasidad iti baba ti 80%.
Nagparang ti Lifepo₄ (Litium Iron Phosphate) idi agarup 2001 ken binaliwan ti saritaan ti kinatalged. Ti estruktura ti olibino ket bato-natangken a termal; Saan a mapasamak ti thermal runaway agingga iti ngato ti 270℃, ket uray pay iti dayta saan unay a naranggas dayta. Ti siklo ti siklo ket naisangsangayan-2,000+ a siklo iti 80% a kapasidad ket estandarte, ken dagiti sumagmamano a selula ket nasubokda iti napalabas a 5,000 a siklo. Ti pagdaksan ket boltahe: 3.2V laeng nominal, ken ti densidad ti enerhia ket limitado iti 90-120 Wh/kg. Kasta met, nariribuk ti kasasaad ti patente ti phosphate iti adu a tawen.
Ti NMC (lithium nickel manganese cobalt oxide) ken NCA (lithium nithel cobalt aluminium oxide) ket rimsua a kas dagiti "natimbeng" a kimika. Babaen ti panaglaok ti nikel, manganese, ken kobalt kadagiti nadumaduma a ratio-dagiti gagangay ket ti NMC 111, 532, 622, ken 811 a sadiay dagiti numero ket mangipakita ti relatibo a linaon ti metal-mabalinmo nga ituno ti panagaramid. Ti nangatngato a linaon ti nikel ket mangiduron ti densidad ti enerhia nga agpangato nga agturong iti 200-250 Wh/kg ngem iti gastos ti thermal stability ken cycle life. Dagiti selula ti NMC 811 ket mabalin a mangdungpar iti 250 Wh/kg ngem kasapulanda ti ad-adu nga ad-adda a naannad a panangtarawidwid iti pudot.
Iti sikigan ti anode, ti graphite ti pagalagadan manipud idi umuna nga aldaw. Ti teoretiko a kapasidad ket 372 mAh/g, ken dagiti komersial a selula ket kadawyan a makagun-od ti 340-360 mAh/g. Ti lithium ket ag-intercalate iti nagbaetan dagiti graphene layers bayat ti panagkarga, a mangpalawa ti graphite volume babaen ti agarup a 10%. Daytoy a mekanikal a stress ket makatulong iti panagkupas ti kapasidad iti panagbisikleta.
Dagiti silicon anodes ket "ti sumaganad a dakkel a banag" iti agarup a sangapulo ket lima a tawen itan. Ti teoretiko a kapasidad ti silikon ket 4,200 mAh/g-nasurok a sangapulo a daras ti grafito. Problema ket, lumawa ti silicon iti 300% no agsepen ti lithium. Daytoy ket mangburak ti anode a naisina kalpasan ti sumagmamano a siklo. Dagiti agdama nga asidegan ket agus-usar ti silikon-Ggraphite blends nga addaan iti linaon ti silikon a kadawyan iti baba ti 10% tapno agtalinaed a makontrol ti panagpalawa. Uray pay kasta, ti umuna a -siklo nga irreversible a pannakapukaw ti kapasidad ket agtaray 15-25% kadagiti silikon-a naglaon kadagiti anode kontra iti 5-10% para iti puro a grafito.
Panagaramid ken pormat ti selula .
Dagiti silindriko a selula ket nalabit ti iladawan ti kaaduan a tattao no ipagarupda a "bateria." Ti 18650 a pormat (18mm a diametro, 65mm a kaatiddog) ket nagbalin a nasaknap kalpasan dagiti agar-aramid ti laptop a naistandard iti daytoy idi nasapa a 2000s. Nalatak nga inusar ni Tesla ti rinibu kadakuada iti orihinal a roadster. Ti gagangay a 18650 a kapasidad ket agtaray iti 2,000-3,500 mAh depende iti chemistry ken no ag-optimize-ka para iti enerhia wenno bileg.
Ti baro a 21700 a pormat (21mm × 70mm) a ti Tesla ken Panasonic ket nagtitinnulongda a nangpataud ket mangitukon ti agarup a 50% nga ad-adu nga enerhia iti tunggal maysa a selula-4,000-5,000 mAh ket kadawyan itan. Ti dakdakkel a diametro ket mangpaadu ti ratio ti aktibo a material kadagiti saan nga aktibo a paset (agdama a kolektor, mabalin, dagiti alikamen ti kinatalged), a mangpasayaat ti densidad ti enerhia iti lebel ti pakete. Masapul a ma-retooled dagiti linia ti panagpataud, a paset no apay a nagbayag ti panangampon.
Naggapu dagiti prismatiko a selula iti tarigagay ti industria ti automotibo iti nasaysayaat a pannakausar ti law-ang. Imbes a punnuam ti maysa a kahon kadagiti silindro ken baybay-am amin dayta a void space, aramidem dagiti rektanggulo a selula a sieepisiente a maitumpok. Automotibo-dagiti grado a prismatiko a selula ket manipud iti 20AH aginggana iti nasurok a 100AH a kapasidad. Nalaklaka dagitoy a thermal-imanehar manipud iti panangmatmat ti pakete yantangay mabalinmo ti mangikabil kadagiti cooling plate a direkta kadagiti patad a sikigan. Ti pagdaksan ket naalamon amin nga itlogmo iti basbassit a basket-No mapaay ti maysa a dakkel a prismatiko a selula, ad-adu ti mapukawmo a kapasidad ngem no mapaay ti maysa a bassit a silindriko a selula.
Dagiti selula ti supot alaenda ti ideya ti kinaepisiente ti law-ang nga ad-adda pay babaen ti panangikkat iti mabalin nga interamente. Ti selula ket naselioan iti nalaka a maibagay nga aluminum-laminate pouch. Daytoy ket makasalbar iti mabalin a 10-15% a dagsen kontra iti prismatiko a lata, ken ti pormat ket nalabes a nalaka a maibagay-mabalinmo a pagbalinen ida a kas kadakkel wenno sukog a kasapulan ti aplikasion. Dagiti agpatpataud iti EV ket magustuanda ida gapu ta mabalinmo nga i-stack dagitoy a direkta kadagiti cooling plate. Ti pagkapuyan ket mekanikal: kasapulanda ti external compression tapno malapdan ti electrode delamination bayat ti panagbisikleta, ken ad-adda a nalaka a madadael dagitoy.
Teknolohia ti mangisina .
Ti mangisina ket saan unay a makagun-od ti atension, ngem daytoy ket makuna a ti kritikal unay a paset ti kinatalged. Daytoy ket maysa a naingpis (16-25 μm a kadawyan) a poroso a membrana a mangtengtengngel ti anodo ken katodo manipud iti panagsagid bayat a mangipalubos kadagiti ion ti lithium a lumasat. Dagiti nasapa a separator ket single-layer polyethylene (PE) wenno polypropylene (PP).
Dagiti moderno a nangato a -dagiti mangisina ti panagaramid ket agus-usar kadagiti estruktura ti trilayer, kadawyan a PP/PE/PP. Ti PE layer ket addaan iti nababbaba a punto ti pannakarunaw (135℃) ngem ti PP (165℃). No mangrugin a nalabes ti panagpudot ti selula, marunaw ken mapno ti PE kadagiti pores, a mangiserra iti ionic transport sakbay a makadanon ti temperatura kadagiti napeggad a lebel. Daytoy ket maawagan iti thermal shutdown, ken daytoy ti maudi a linia ti depensam sakbay ti thermal runaway.
Ceramic-Dagiti nalupkopan a separator ket manginayon ti sabali a margin ti kinatalged. Ti naingpis (2-4 μM) a kalupkop ti alumina wenno dagiti dadduma pay a seramiko a partikula iti maysa wenno agpada a sikigan ti mangisina ket mangtengtengngel ti estruktural a kinatarnaw urayno ti polimero ket marunaw. Ti kalupkop ket umdas a poroso isu nga agtultuloy ti ioniko a transportasion, ngem daytoy ket manglapped ti elektrodo manipud iti ababa a -panagsirkito urayno kadagiti temperatura iti ngato ti 150 a℃. Ti pagdaksan ket ti gastos-Ceramic-Dagiti nalupkopan a separator ket agtaray iti 2-3× ti presio dagiti gagangay a mangisina-ken nangatngato bassit nga impedance.
Ti porosidad ket kadawyan nga agtaray iti 40-50%. Nababa unay ken ngumato ti ionic resistance, a manglimitar iti kabaelan ti bileg. Agsagaba ti nangato unay ken mekanikal a pigsa. Dagiti napateg met ti pannakaiwaras ti kadakkel ti pores; Ti numero ti Gurley (Air permeability test) ket maysa a pagalagadan nga espesipikasion. Kaaduan nga EV-grade separators ket puntiriada ti 200-400 a segundo/100cc.
Komposision ti elektrolito ken dagiti additive .
Ti electrolyte iti lithium ion cell ket narikrikut ngem iti mabalin a pampanunotem. Ti batayan a pormulasion ket kadawyan a maysa nga asin ti lithium-LIPF ( Lithium hexafluorophosphate) iti 95%+ kadagiti selula-narunaw iti naglaok nga organiko a karbonato. Dagiti gagangay a solvente ket mairaman ti ethylene carbonate (EC), dimethyl carbonate (DMC), diethyl carbonate (DEC), ken ethyl methyl carbonate (EMC).
Ti konsentrasion ti Lipf₆ ket kadawyan nga agarup a 1.0 aginggana ti 1.2 m (molar). Ti nangatngato a konsentrasion ket mangpasayaat ti ioniko a konduktibidad aginggana ti maysa a puntos, ngem iti labes ti 1.3 m wenno isu a mangrugika a makagun-od ti panagtudo ti asin kadagiti nababa a temperatura. Ti Lipf₆ ket addaan kadagiti isyu-Agneb daytoy-a sensitibo ken mangrugi a marunot iti ngato ti 60 a℃-ngem dagiti alternatibo a kas ti Libob wenno Lifsi ket saan pay a nangidisplace iti daytoy gapu ti gastos wenno dagiti dadduma pay a panagsukat.
Ti carbonate solvent blend ket makagun-od iti tuned para iti aplikasion. Ti EC ket addaan iti nangato a dielektriko a konstante ken nasayaat a sei-a mangporma a tagikua, ngem daytoy ket agyelo iti 36 a℃. Masapul nga ilaokmo daytoy iti nababbaba a36Viscosity Carbonates a kas ti DMC wenno EMC tapno mataginayon ti nababa a -Panagaramid ti Temperatura. Ti gagangay a pormulasion ket mabalin a ti EC:DMC 1:1 babaen ti tomo, wenno EC:EMC 3:7. Dagiti eksakto a ratio ket proprietary ken asideg a naguardiaan.
Dagiti additives ti pakapasamakan ti pudno a chemistry magic. Dagiti moderno nga elektrolito ket aglaon ti 2-5% babaen ti dagsen dagiti nadumaduma a panagnayon a mangbalbaliw ti panagporma ti SEI, manglapped ti sobra a karga, manglapped ti panagpataud ti gas, wenno mangpasayaat ti nangato a -Temperatura a kinatalged. Ti Vinylene Carbonate (VC) iti 1-2% ket dandani sapasap para iti panangpasayaat ti kalidad ti SEI kadagiti graphite anodes. Nasaysayaat ti panagtrabaho ti fluoroethylene carbonate (FEC) para kadagiti anode a naglaon iti silicon. Dagitoy a kompuesto ket kaykayatda a bumassit bayat dagiti damo a siklo ti panagsingir, a mangporma ti mangsalaknib a suson iti anodo a daytoy ket ioniko a konduktibo ngem elektroniko a mangisalakan.
Dagiti additive ti proteksyon ti sobra a karga a kas iti biphenyl wenno cyclohexylbenzene ket mangrugi a mangpolimerisar iti aglawlaw ti 4.5V, a mangpataud iti internal shunt a manglapped iti ad-adda pay a panagpangato ti boltahe. Daytoy ket mangted kenka iti sumagmamano a proteksion no mapaay ti BMS, nupay ti panagpannuray iti dayta ket nalawag a saan a maysa a disenio a kasayaatan nga aramid.
Solid nga elektrolito nga interface .
Ti SEI ket nalabit ti kabassitan a maawatan ngem kapatgan nga aspeto ti panagandar ti bateria ti lithium ion. Bayat ti umuna a sumagmamano a siklo ti panagkarga, dagiti paset ti elektrolito ket makireaksion iti rabaw ti anode, a mangporma ti passivation layer. Daytoy a sapasap ket kritikal: daytoy ket masapul nga ioniko a konduktibo (tapno mangipalubos kadagiti ion ti lithium) ngem elektroniko a mangisalakan (tapno malapdan ti ad-adu pay a panagrunaw ti elektrolito). Ti komposision ti SEI ket maysa a gulo-dagiti dosena dagiti asin ti lithium, dagiti organiko a kompuesto, ken dagiti polimero amin a nalaokan a sangsangkamaysa iti maysa a suson a 10-100 nm ti kapuskolna.
Ti nasayaat a pannakaporma ti SEI ket ti nagdumaan ti maysa a selula a mamin-500 a daras ken maysa nga agsiklo iti 3,000 a daras. Ti problema ket saan nga static ti SEI. Daytat’ agkir-in bayat ti panagbalbaliw ti volume iti anode, a mangibutaktak iti presko a rabaw a mangbusbos iti ad-adu nga electrolyte ken lithium tapno matarimaan ti pannakadadael. Daytoy ti gapuna a kumapuy ti kapasidad iti panagbisikleta uray no naalumamayka iti selula.
Ti panagbisikleta iti pormasion ket kritikal nga addang ti panagpataud. Dagiti selula ket agpasarda iti maysa wenno ad-adu pay a nabannayat a karga-dagiti siklo ti panagdiskarga kadagiti makontrol a temperatura tapno maipasdek ti damo a SEI. Dagiti protokol ti panagporma ket tagikua, ngem dagiti gagangay nga umuna a -dagiti siklo a panagsingir a rate ket C/20 aginggana ti C/10, ken ti proseso ket mabalin nga alaenna ti 24-48 nga oras. Dagiti agpatpataud ket mangpasayaat kadagiti limitasion ti boltahe ti pormasion, temperatura, dagiti panawen ti panaginana, ken dagiti padron ti panagsiklo tapno mangpataud ti kataltalged a SEI a mabalin. Ti pananggun-od iti daytoy di umiso a gastos ket agsikloka iti biag.
Ti panaglakay ti kalendario-panagpukaw ti kapasidad urayno ti selula ket nakatugaw laeng sadiay-ket kaaduanna a maysa a SEI a penomenon met. Ti SEI ket agtultuloy nga in-inut nga agtubo iti open circuit, a mangkonsumo ti cyclable lithium. Ti panagidulin iti nangato nga estado ti singir ken nangato a temperatura ti mangpapartak iti daytoy. Ti maysa a selula a naidulin iti 100% a SOC ken 60 a℃ket mabalin a mapukawna ti 20% a kapasidad iti maysa a tawen, bayat a ti isu met laeng a selula iti 50% a SOC ken 25 a℃ket mabalin a mapukaw iti 3%.
Dagiti Protocol ti Panagsingir ken Panagmanehar ti Bateria .
Dagiti selula ti ion ti lithium ket sensitibo iti sobra a karga, sobra a-panagdiskarga, ken panagsingir kadagiti saan a maitutop a temperatura. Daytoy ti gapuna a tunggal multi-Cell Battery Pack ket kasapulanna ti BMS (system ti panagmanehar ti bateria).
Ti pagalagadan a pamay-an ti panagsingir ket agtultuloy nga agdama/kanayon a boltahe (CC-CV). Bayat ti CC a paset, iduronmo ti koriente iti selula iti naikeddeng a rate-kadawyan a 0.5C aginggana ti 1C para kadagiti kaaduan a selula, urayno dagiti sumagmamano a nangato a -dagiti selula ti bileg ket makabaelda a mangtengngel ti 3C wenno ad-adu pay. Agpangato ti boltahe bayat a singiren ti selula. No ti boltahe ket makadanon iti akinngato a pagbeddengan (4.2V para kadagiti kaaduan a kimika, 3.65V para iti LFP, 4.3V wenno 4.35V para kadagiti sumagmamano a nangato a-Energy NMC a variante), agsisinnukatka iti CV a kasasaad. Agdama a taper off bayat nga umas-asideg ti selula iti naan-anay a karga, a gagangay a mangputed no bumaba ti koriente iti baba ti C/20 wenno C/50.
Mas komplikado ti napartak a panagkarga. Dagiti nangatngato a karga a rate ket mangpapartak ti panagplato ti lithium iti anode, a napeggad-Ti metaliko a lithium ket nangato a reaktibo ken mabalin a mangiturong iti akin-uneg a shorts wenno panagporma ti dendrite a sumrek iti mangisina. Tapno napardas ti -Masapul a maawatanyo no kasano a makilangen ti boltahe, koriente, ken temperatura kadagiti kasasaad ti panangrugi ti panagplato ti lithium.
Ti isyu ket saanmo a marukod ti lithium plating a direkta iti naselioan a selula. Masapul nga ipapanmo dayta manipud iti dadduma a signal. Maysa a pamay-an ket ti panangsurot iti potensial ti anode kontra iti reperensia ti metal ti lithium. No ti potensial ti anode ket mapan iti baba ti 0V kontra ti Li/Li⁺, ti panagplating ket mapaspasamak. Problema ket, kaaduan kadagiti selula ti komersio ket awananda kadagiti reperensia nga elektrodo.
Napateg met ti panagngato ti temperatura bayat ti napartak a panagsingir. Ti maysa a selula a panagsingir iti 2C ket mabalin a makakita ti akin-uneg a temperaturana a ngumato iti 15-20 a℃iti ngato ti aglawlaw urayno addaan iti aktibo a panagpalamiis. Kadagiti nalamiis a temperatura, daytoy ket aktual a makatulong-Ti nalamiis a selula (kunaen a -10 a℃) ket addaan iti nakapuy unay a kabaelan ti bileg, ngem no mabalinmo a pabaraen daytoy babaen ti panagsingir kadagiti kalalainganna a rate (0.5C), ti panagaramid ket sumayaat. Dadduma nga EV ti talaga nga aramidenda daytoy a nairanta: No nalamiis ti paniempo, agpatarayda iti ababa a high-current charge pulse tapno mapapudot ti bateria sakbay a kalikaguman ti drayber ti nangato a bileg para iti panagpapardas.
Nasken ti panagtimbeng ti selula gapu ta dagiti selula iti serye ket pulos a di agtalinaed a naan-anay a maitunos. Dagiti panaganus ti panagpataud, dagiti babassit a panagdumaduma iti bagi-panagdiskarga a rate, ken dagiti termal a panagrang-ay iti ballasiw ti pakete ket mangpataud ti boltahe a panaganud. No agsingirka iti kuerdas ti serye a di agtimbeng, dadduma a selula ti mangdungpar iti limitasion ti makinngato a boltahe sakbay ti dadduma. Dagiti napigsa a selula ket undercharge, dagiti nakapuy a selula ket sobra ti kargada, ken agsagaba ti panagaramid.
Ti passive balancing ket agus-usar kadagiti resistor tapno mapadara ti enerhia manipud kadagiti nangatngato a -boltahe a selula. Simple ken nalaka ngem sayangenna ti enerhia kas pudot. Ti aktibo a panagtimbeng ket agus-usar ti DC-DC a konberter wenno dagiti kapasitor tapno mayakar ti enerhia manipud kadagiti nangato a selula kadagiti nababa a selula. Ad-adda nga episiente, narikrikut, nangina. Para iti 400V EV pack, ti passive balancing ket mabalin a mangsayang iti 50-100W nga agtultuloy, a saan unay a napateg no idilig iti bileg ti panagmaneho ngem agtitipon iti panaglabas ti panawen.
Dagiti konsiderasion ti panagmanehar ti pudot .
Ti panagpataud ti pudot iti maysa a selula ti lithium ion ket naggapu kadagiti tallo a taudan: saan a mabaliwan a pudot (panagpapudot ti joule manipud iti akin-uneg a resistensia), reversible a pudot (panagbalbaliw ti entropia ti elektrokemikal a reaksion), ken pudot manipud kadagiti reaksion iti sikigan. Iti nababa aginggana iti kalalainganna a c-dagiti rate, ti reversible a pudot ket agdominar. Iti nangato a C-dagiti rate, ti saan a mabaliwan a pudot ket mangala ti puesto.
Makapainteres ti reversible heat term gapu ta agbaliw ti sign depende iti SOC. Para iti kaaduan a lithium ion chemistries, ti panagkarga ket mangpataud ti pudot iti nababa nga SOC ngem agsepen ti pudot iti nangato nga SoC. Ti panagdiskarga ket kasungani ti aramidenna. Ti crossover point ket agarup 50-60% SOC ti kadawyan. Daytoy ti gapuna a mabalin a makitam ti temperatura ti selula nga aktual a bumaba bayat ti maudi a paset ti panagkarga no ti koriente ket umdas a nababa.
Ti makin-uneg a resistensia ket agdumaduma iti temperatura, SOC, ken panaglakay. Iti 25 a℃, ti maysa a presko a selula ti 18650 ket mabalin nga addaan iti 40-60 milliohms DC a panagandur. Iti -20℃, dayta ket mabalin a lumlumtaw iti 200-300 milliohms. Daytoy ti gapuna a bumaba unay ti cold-weather EV range. Saan laeng a nabannayat ti chemistry no nababa ti temperatura, no di ket ti panagngato ti resistensia iti uneg kaipapananna ti ad-adu nga enerhia ti bateria ket masayang a kas pudot iti uneg ti selula.
Ti thermal runaway threshold ket agpannuray iti chemistry. Para kadagiti selula ti NMC, dagiti eksotermiko a panagrunaw a reaksion ket mangrugi iti agarup a 180-220 a℃. Apaman a mairugi, mabalin nga agpangato ti temperatura iti 10-50℃iti kada segundo, a dumanon iti 800℃wenno nangatngato. Nataltalged nga amang ti LFP; Ti panagrugi ti thermal runaway ket 270℃+ ken nababbaba ti maximum temperature a madanon.
Ti panagsaknap ti nagbaetan dagiti selula iti maysa a pakete ti pudno a peggad. No ti maysa a selula ket mapan iti thermal runaway, papudotenna dagiti kaarrubana. No dagiti kabangibang a selula ket agtaray met ket agpannuray iti kabaelan a mangpalamiis, panagsisina ti selula, ken insulasion. Ti UL 9540A propagation testing ket mangtulad iti daytoy babaen ti panangpilit iti maysa a selula iti thermal runaway ken panangmonitor no dagiti kabangibang a selula ket sumaruno. Ti nasayaat a disenio ti pakete ket naglaon ti pannakapaay iti maysa a selula wenno iti kaaduan a bassit a modulo.
Agduduma dagiti estratehia ti panagpalamiis. Ti panagpalamiis ti angin ket kasimplean-Blow air iti rabaw dagiti selula wenno pack. Agtrabaho nga OK para kadagiti aplikasion ti densidad ti nababa a bileg a kas dagiti PHEV wenno dagiti sistema ti panagidulin ti enerhia. Ti likido a panagpalamiis ket kasapulan para iti nangato a.panagaramid nga EV. Kaaduan a disenio ket agus-usar ti 50:50 a danum-glikol a panaglalaok iti 10-25 a litro iti tunggal maysa a minuto babaen dagiti nalamiis a plato wenno dagiti pagpalamiis a kanal. Ti temperatura ti iseserrek ket kadawyan a makontrol iti 20-35 a℃. Dagiti battery pack temperature gradients ket rumbeng nga agtalinaed iti baba ti 5℃max agingga iti min tapno maliklikan ti naparpartak a panaglakay dagiti kapudotan a selula.
Dadduma nga eksperimental a disenio ket agus-usar ti panagpalamiis ti refrigerant, panagpalamiis ti immersion iti dielektriko a pluido, wenno paset-panagbalbaliw kadagiti materiales. Ti panagpalamiis ti refrigerant ket mabalin a mangguyod ti ad-adu a pudot ngem kasapulan ti ad-adu a komplikado a sistema ti AC. Ti panagpalamiis ti panagitaneb ket addaan kadagiti nasayaat a koepisiente ti panagiyakar ti pudot (500-2,000 w/m2K kontra iti 50-150 w/m2K para iti saan a direkta a panaglamiis ti likido) ngem ti panagselio ken panagtunos ti pluido ket dagiti karit. Dagiti PCM ket agtrabaho a pasibo ngem kasapulan a laksiden ti naidulin a pudot inton agangay, isu a dagitoy ket kangrunaan a makatulong iti apagbiit a panagpalamiis bayat ti napardas a panagkarga wenno narigat a panagpapardas.
Panagdadael ti panagaramid ken dagiti wagas ti pannakapaay .
Ti panagkupas ti kapasidad ken panagdakkel ti impedance ket dagiti dua a kangrunaan a mekanismo ti panagdadael. Dagitoy ket gapuanan ti sumagmamano a nadumaduma a pisikal ken kemikal a proseso nga aggigiddan a mapaspasamak.
Iti sikigan ti anode, ti panagdakkel ti SEI ket agkonsumo ti agsiklo a lithium ken electrolyte, a mangpaadu ti resistensia. Ti panag-exfoliation ti grafito ket mabalin a mapasamak no ti selula ket nakargaan kadagiti nababa a temperatura-dagiti plato ti lithium iti rabaw ti grafito imbes nga ag-intercalate, ken no daytoy ket ag-intercalate iti kamaudiananna, daytoy ket mangburak ti estruktura ti grafito. Masansan a saan a mabaliwan daytoy. Ti panagrunaw ti binder kadagiti nangato a temperatura ket mangpataud ti pannakapukaw ti elektrikal a panagkontak iti nagbaetan dagiti partikula.
Ti panagdadael ti katodo ket mairaman ti transision a pannakarunaw ti metal (nangruna ti manganese iti LMO wenno manganese-a naglaon ti NMC), dagiti panagbalbaliw ti estruktura manipud iti maulit-ulit a pannakaikabil/panagruar ti lithium, ken ti panagbangon manen ti rabaw iti nangato a-nickel a katodo. Dagiti narunaw a transision a metal ket umakarda iti anodo a sadiay ket mangpataud ti panagdakkel ti SEI, isu a ti panagdadael ti katodo ket saan a direkta a mangpapardas ti panagdadael ti anode.
Ti panagrunaw ti elektrolito ken panagpataud ti gas ket dakdakkel a parikut kadagiti nangato a boltahe ken nangato a temperatura. Dagiti gagangay a gas ket mairaman ti CO2, CO, ken dagiti nadumaduma a hidrokarbon manipud iti panagrunaw ti karbonato. Kadagiti selula ti pouch, makitamto a makita ti supot. Kadagiti silindriko wenno prismatiko a selula nga addaan kadagiti natangken a kaso, ti presion ket agtitipon aginggana a ti pagruaran ti kinatalged ket aglukat (kadawyan iti 10-15 a bara).
Ti pannakapukaw ti imbentaryo ti lithium ket maysa a kangrunaan a mekanismo ti panagkupas. Tunggal agtubo ti SEI wenno dagiti plato ti lithium ket saan a mabaliwan iti anode, adda dagiti lithium a mairuar manipud iti pool ti agsikkosikko a lithium. Kamaudiananna maibus ken agtinnag ti kapasidad.
Mabalin a mapasamak dagiti kellaat a pannakapaay manipud iti internal shorts. Kaaduan a shorts ket mangrugi iti bassit-a bassit a metal a partikulo a mangtubkol ti separator, wenno ti maysa a lithium dendrite ket dumakkel babaen. Ti ababa ket mangpartuat ti napudot a lugar, a mangpapartak ti panagdadael iti lokal, a mangpakaro ti ababa, ken makagun-odka iti positibo a feedback loop. No dadduma ti self self-agimbag no ti ababa a marunaw a bagina ket aglukat. Dadduma a tiempo rumang-ay dayta agingga iti thermal runaway.
Dagiti panangsubok iti pannakastrek ti kuko (a mangpilit iti asero a kuko babaen ti nakargaan a selula) ket maysa a gagangay a panangsubok iti panangabuso. Dagiti selula ti LFP ket kadawyan a saan a mapan iti thermal runaway manipud iti pannakastrek ti kuko. Masansan nga aramiden dagiti selula ti NMC, nupay dagiti disenio nga addaan kadagiti nasaysayaat a mangisina ken nababbaba nga espesipiko nga enerhia ket mabalin a lumabas no dadduma.
Pigura 5 Plots Kapasidad a panagtalinaed kontra iti numero ti siklo para iti sumagmamano a kimika iti sidong dagiti kalalainganna a kasasaad ti panagsiklo (1C a singir/panagdiskarga, 25℃, 100% DOD).
Estado ti singir ken estado ti pattapatta ti salun-at .
Saanmo a direkta a marukod no mano nga enerhia ti adda iti selula ti lithium ion. Masapul a pattapattaem dayta manipud iti dadduma a rukod: boltahe, koriente, ken temperatura.
Ti kasimplean a pamay-an ti pattapatta ti SOC ket ti boltahe-a naibatay. Tunggal kimika ket addaan iti naisangsangayan a silulukat-lumbangir a boltahe kontra SOC. Rukoden ti boltahe kalpasan a naginana ti selula iti apagbiit (tapno bay-an a bumaba ti transient voltage manipud iti internal resistance decay), kitaem dayta iti kurba ti OCV, ket ammom ti SOC. Problema ket, manmano nga adda tiempom nga aginana ti selula kadagiti pudno nga aplikasion.
Coulomb Ti panagbilang ti gagangay a pamay-an. Integrate mo ti current iti panaglabas ti panawen tapno masurot ti charge in ken out. No mangrugika iti ammo nga SOC, mabalinmo a kalkularen ti baro nga SOC iti aniaman nga oras. Ti kinaumiso ket agpannuray iti agdama a sensormo (±0.5% ket gagangay) ken ammo ti pudno a kapasidad. Agurnong dagiti biddut iti panaglabas ti panawen, isu a masapul a periodiko nga ag-recalibrate-ka babaen ti panangaramid iti naan-anay a charge wenno discharge cycle.
Modelo-Dagiti naibatay a pamay-an ket agus-usar ti katupag a modelo ti sirkuito wenno elektrokemikal a modelo ti selula. Rukodem ti terminal voltage ken current, patarayem dagitoy babaen ti modelom, ken i-extract dagiti internal states agraman ti SOC. Gagangay dagiti napaatiddog a kalman a pagsala wenno umasping a managpaliiw iti estado. Dagitoy nga asidegan ket mabalin nga umiso unay (±2% a biddut ti SOC) ngem agkasapulan kadagiti nasayaat a modelo ken dagiti naipangpangruna a rekurso ti panagkomputar.
Narigrigat ti pattapatta ti SOH gapu ta padpadasem a kuantipikaren ti deradation, a nabannayat ken in-inut. Ti panagkupas ti kapasidad ken ti panagdakkel ti impedance ket saan a nasken a mainaig iti linear iti tunggal maysa wenno iti bilang ti siklo. Ti maysa a selula a napardas-nakargaan nga adu ket mabalin nga addaan iti nangato nga impedance ngem ti laeng kalalainganna a kapasidad a panagkupas. Ti maysa a selula a naidulin iti nangato nga SOC/temperatura ket mabalin nga addaan iti dakkel a kapasidad a panagkupas ngem relatibo a nababa nga impedance growth.
Ti panagsanay ti industria ket ti panangipalawag ti SOH a naibatay iti kapasidad: Ti maysa a selula iti 80% ti orihinal a kapasidadna ket adda iti 80% SOH, ken daytoy ket masansan a maibilang nga end-o ti-Life for EV nga aplikasion. Agtrabaho pay laeng ti selula, ngem bimmaba ti range iti 20%. Para kadagiti aplikasion ti panagidulin ti enerhia, dagiti selula ket mabalin a mausar agingga iti 60-70% SOH.
Dadduma a BMS ket mangaramidda kadagiti periodiko a panangsukimat ti kapasidad-Naan-anay a mangiruar ti bateria iti nababa a rate ken rukoden no kasano kaadu ti enerhia a rummuar. Umiso ngem makasair daytoy (saan a magun-odan ti bateria bayat ti panagsubok) ken adu nga oras ti kasapulan. Dagiti dadduma pay nga asidegan ket padasenda a pattapattaen ti kapasidad a saan a direkta manipud kadagiti kurba ti boltahe, dagiti panagrukod ti impedance, wenno ti coulombic efficiency.
Ti akin-uneg a resistensia ket mabalin a marukod babaen ti panangipakat ti agdama a pulso ken panagrukod ti sungbat ti boltahe, wenno babaen ti panangi-inject iti bassit nga AC a senial kadagiti nadumaduma a frekuensia (elektrokemika nga impedance spectroscopy). Ti EIS ket mangted ti ad-adu nga amang nga impormasion ngem kasapulan ti espesial a hardware a manmano a presente kadagiti komersial a BMS.
Maikadua-dagiti aplikasion ti biag ken panag-recycle .
No ti maysa a bateria ti EV ket makadanon iti ungto-o ti -biag (kadawyan a 70-80% ti orihinal a kapasidad), daytoy ket naan-anay pay laeng nga agtigtignay para kadagiti saan unay a makalikaguman nga aplikasion. Ti panagusar ti bateria ti maikadua a biag ket makagun-od ti traksion para iti agtalinaed a pagipempenan ti enerhia.
Narikut ti ekonomia. Masapul a subokem ti retirado a pakete, mabalin a remanufacture daytoy (sukatam ti BMS, cooling system, wenno dagiti nadadael a module), paneknekam dayta para iti baro nga aplikasion, ken mangipaay iti warranty. Amin dagitoy ket aggatad iti kuarta. Para iti maikadua-biag tapno adda kaipapanan, ti napabaro a pakete ket kasapulan a basbassit unay ti magastosna ngem ti baro a pakete a nadisenio para iti agtalinaed nga aplikasion. Dagiti gastos ket agrupsa uray no ti pannakapabaro ket agtaray iti nakurang a 40-50% ti baro a gastos ti pakete, depende no siasino ti patiem.
Ti panangsubok kadagiti retirado a selula ket saan a-trivial. Ti maysa a modulo ket mabalin nga aglaon kadagiti ginasut a selula iti serye-parallel. Saanmo a nalaka a masubok ida a saggaysa. Mabalinmo a suboken ti module kas maysa a yunit, ngem ti maysa a dakes a selula ket mabalinna a maskaraan ti bagina. Dadduma a wagas ti panagdadael ket narigat a madlaw no awan ti makadadael a panangsubok. Adda met ti saludsod ti liability: No ti maysa a segundo-Ti bateria ti biag ket agputok, siasino ti responsable?
Ti panag-recycle ket isu ti ultimo a patingga-ti-dalan ti biag. Agdama a dakkel-panag-recycle ti sukog ket agus-usar ti pirometalurhia (panag-smelting) wenno hidrometalurhia (kemikal a panag-leaching). Ti pirometalurhia ket nasimsimple ngem saan unay a mapili-Magun-odmo dagiti naglaok a metal a ragup ti sangkap a kasapulan ti ad-adu pay a panagpino. Ti hydrometallurgy ket makasubli kadagiti indibidual a metal iti nangatngato a kinadalus ngem kasapulan ti ad-adu nga addang ken mangpataud kadagiti kemikal a basura.
Ti ekonomia ti panag-recycle ket agpannuray unay iti presio ti metal. Ti Cobalt ket napateg (agarup a $30-40/kg iti pakasaritaan, nupay dagiti presio ket ag-swing a narungsot), isu a ti panag-recycle kadagiti kobalt-dagiti nabaknang a kimika ket ekonomiko a makabael. Ti nikel ket maikari a ma-recycle iti timbangan. Nababa ti manganese, iron, ken aluminium-Dagiti metal ti pateg, isu a ti panag-recycle ket addaan iti kaipapanan a nangruna tapno saan a makastrek dagitoy kadagiti pagibellengan. Makapainteres ti lithium-saan a partikular a napateg iti kada kilo, ngem dagiti limitasion ti suplay ti mamagbalin iti panagimbag a makaawis.
Direkta a panag-recycle-Panangikkat ti bateria ken panagusar manen ti cathode wenno anode a material a direkta a saan a mangburak iti daytoy kadagiti asin ti metal-ket maysa a napudot a lugar ti panagsukisok. No mabalinmo nga isublin ti cathode powder iti mausar a porma, makaurnongka iti enerhia ken gastos ti cathode synthesis. Dagiti karit ket mairaman ti panangisina ti aktibo a material manipud kadagiti agdama a kolektor ken dagiti binder, ken ti panangtaming ti kinapudno a ti na-recycle a material ket naglaok a selula manipud kadagiti nadumaduma a managpartuat, edad, ken dagiti kimika.
