Dagiti bateria ti lithium ion ket saan a talaga a "mangpataud" ti bileg iti wagas a pampanunoten ti kaaduan a tattao maipapan iti daytoy. Ti aramidenda ket mangidulin iti enerhia ti koriente babaen kadagiti mabaliwan nga elektrokemikal a reaksion, kalpasanna iruar dayta no ti makinruar a sirkito ket agkasapulan iti koriente. Adu ti tumaud ti pannakariro maipapan iti daytoy kadagiti miting ti disenio, nangnangruna no adda mangpadpadas a mang-size iti battery pack iti umuna a gundaway.
Dua a banag ti mapasamak bayat ti pannakairuar. Umuna, dagiti ion ti lithium ket umakar manipud iti negatibo nga elektrodo (anode) babaen ti elektrolito ken separator aginggana iti positibo nga elektrodo (katodo). Maikadua, agayus dagiti elektron iti makinruar a sirkulo manipud anode agingga iti katodo, nga agar-aramid kadagiti makagunggona 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 baro a selula a nakatugaw iti estante nga awan ti karga ket mangipakita ti silulukat-sirkuito a boltahena-kadawyan nga agarup a 3.6 aginggana ti 3.7V para kadagiti kaaduan a kimika ti lithium ion, urayno daytoy a bilang ket aggaraw iti aglawlaw depende iti kasasaad ti karga ken temperatura. Apaman nga ikonektam ti maysa a karga ken rugiam ti ag-draw iti koriente, bumaba ti boltahe gapu iti internal resistance. Adu ti ibagana kenka no kasano kaadu ti bumabana 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 dagiti kimika ket nadumaduma unay. Ti material ti katodo ket kaaduan a mangikeddeng kadagiti kababalin ti panagaramid ti selula-densidad ti enerhia, kabaelan ti bileg, biag ti siklo, kinatalged ti pudot, ken gastos.
Dagiti naisaad nga oxide cathode ti immuna a komersial a kimika. Inyam-ammo ida ti Sony idi pay 1991 babaen ti LiCoO2 (lithium cobalt oxide), a maus-usar pay laeng kadagiti elektroniko ti konsumidor a sadiay ti densidad ti enerhia ket ad-adda a napateg ngem ti gastos wenno safety margins. Dagitoy a selula ket ag-empake iti agarup a 150-200 Wh/kg iti lebel ti selula. Cobalt’s nangina nupay kasta, ken ti kemistria agbalin a di natalged iti ngato ti 150℃. Nakitami a mangrugi ti thermal runaway iti temperatura a nababa a 130℃kadagiti naabuso a selula.
Ti panagtaray para iti nasaysayaat a kinatalged ken nababbaba a gastos ket nangiturong iti LiMn2O4 (lithium manganese oxide) idi tengnga ti-1990s. Ti manganese ket rugit a nalaka ken ti estruktura ti spinel ket nainkasigudan nga ad-adda a natalged. Dagitoy a selula ket saan nga agtaray agingga a makadanonka 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 biag ti siklo-kitkitaem ti mabalin a 300-700 a siklo sakbay a bumaba ti kapasidad iti baba ti 80%.
Impakita ti LiFePO4 (lithium iron phosphate) idi agarup 2001 ken binalbaliwanna ti saritaan maipapan iti kinatalged. Ti estruktura ti olibino ket bato-natibker iti termal; saan a mapasamak ti thermal runaway agingga iti ngato ti 270℃, ket uray no kasta saan unay a naranggas dayta. Ti biag ti siklo ket naisangsangayan-2,000+ a siklo aginggana ti 80% a kapasidad ket pagalagadan, ken dagiti sumagmamano a selula ket nasubokda iti napalabas a 5,000 a siklo. Ti pagdaksan ket ti boltahe: 3.2V laeng a 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 (litio nikel a manganeso a kobalt oksido) ken NCA (litio nikel a kobalt nga aluminio nga oksido) ket rimsua a kas dagiti "natimbeng" a kimika. Babaen ti panaglaok ti nikel, manganeso, 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 makadungpar iti 250 Wh/kg ngem kasapulanda ti ad-adu nga amang a naannad a panangtarawidwid iti pudot.
Iti dasig ti anode, ti graphite ti pagalagadan sipud pay 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 agsisilpo iti nagbaetan dagiti suson ti graphene bayat ti panagkarga, a mangpalawa ti tomo ti graphite iti agarup a 10%. Daytoy a mekanikal a stress ket makatulong iti panagkupas ti kapasidad iti panagbisikleta.
Dagiti silikon nga anode 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 graphite. Problema, lumawa ti silicon iti 300% no agsepen ti lithium. Daytoy ti mangburak iti anode kalpasan ti sumagmamano a siklo. Dagiti agdama nga asidegan ket agus-usar kadagiti panagtimpla ti silikon-grapito nga addaan iti linaon ti silikon a kadawyan iti baba ti 10% tapno agtalinaed a maiturayan ti panagpalawa. Urayno kasta, umuna a-siklo ti saan a mabaliwan a pannakapukaw ti kapasidad ket agtaray iti 15-25% kadagiti naglaon ti silikon nga anodo kontra iti 5-10% para iti puro a grafito.
Panagbangon ken Pormat ti Selula
Dagiti silindriko a selula ket nalabit isu ti iladawan ti kaaduan a tattao no panunotenda a "bateria." Ti pormat a 18650 (18mm a diametro, 65mm ti kaatiddog) ket nagbalin a nasaknap kalpasan ti panagistandard dagiti agar-aramid ti laptop iti daytoy idi nasapa a tawtawen ti 2000. Agdindinamag nga inusar ni Tesla ti rinibu kadagitoy iti orihinal a Roadster. Ti gagangay a kapasidad ti 18650 ket agtaray iti 2,000-3,500 mAh depende iti chemistry ken no optimize-em para iti enerhia wenno bileg.
Ti baro a 21700 a pormat (21mm × 70mm) a nagtitinnulong a pinarang-ay ti Tesla ken Panasonic ket mangitukon iti agarup a 50% nga ad-adu nga enerhia iti tunggal selula-4,000-5,000 mAh ket gagangay itan. Ti dakdakkel a diametro ket mangpaadu ti ratio ti aktibo a material kadagiti saan nga aktibo a paset (dagiti agdama a kolektor, lata, dagiti alikamen ti kinatalged), a mangpasayaat ti densidad ti enerhia iti lebel ti pakete. Masapul a ma-retooled manen dagiti linia ti panagpataud, a paset no apay a nabayag ti panangampon.
Naggapu dagiti prismatiko a selula iti tarigagay ti industria ti automotibo a nasaysayaat ti pannakausar ti law-ang. Imbes a punnuem ti maysa a kahon kadagiti silindro ken baybay-am amin dayta a bakante nga espasio, mangaramidka kadagiti rektanggulo a selula a sieepisiente ti panagtumpokda. Dagiti automotibo-grado a prismatiko a selula ket manipud iti 20Ah aginggana iti nasurok a 100Ah a kapasidad. Nalaklaka dagitoy a thermal-manage manipud iti punto de bista ti panagempake manipud idi mabalinmo nga ikabil dagiti plato ti panagpalamiis a direkta kadagiti patad a sikigan. Ti dakesna 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.
Ad-adda nga alaen dagiti pouch cell ti ideya ti kinaepisiente iti law-ang babaen ti panangikkat a naan-anay iti metal a lata. Ti selula ket naselioan iti nalaka a maibagay nga aluminum-laminate pouch. Daytoy ket makasalbar ti mabalin a 10-15% a dagsen kontra ti prismatiko a lata, ken ti pormat ket nalabes a nalaka a maibagay-mabalinmo nga aramiden dagitoy iti ania man a kadakkel wenno sukog a kasapulan ti aplikasion. Kaay-ayo dagitoy dagiti agar-aramid iti EV ta direkta a maitumpok dagitoy 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 ti puncture.
Teknolohia ti Separator
Saan unay a makagun-od ti separator iti atension, ngem makuna a dayta ti kritikal unay a paset ti kinatalged. Daytoy ket naingpis (16-25 μm a kadawyan) a poroso a membrane a mangtengtengngel ti anodo ken katodo manipud iti panagsagid bayat a mangipalubos kadagiti ion ti lithium a lumasat. Dagiti immuna a mangisina ket ti single-layer polyethylene (PE) wenno polypropylene (PP).
Dagiti moderno a nangato-a panagaramid a mangisina ket agus-usar kadagiti estruktura ti trilayer, a kadawyan a PP/PE/PP. Ti PE a suson ket addaan iti nababbaba a puntos ti pannakarunaw (135℃) ngem ti PP (165℃). No mangrugin a pumudot unay ti selula, marunaw ti PE ken punnuenna dagiti pores, a mangiserra iti ionic transport sakbay a makadanon ti temperatura kadagiti napeggad a lebel. Maawagan daytoy iti thermal shutdown, ket dayta ti maudi a linia ti depensam sakbay ti thermal runaway.
Dagiti seramiko-nakaluban a separator ket mangnayon ti sabali pay a safety margin. Ti naingpis (2-4 μm) a kalupkop ti alumina wenno dagiti dadduma pay a seramiko a partikulo iti maysa wenno agpada a sikigan ti mangisina ket mangtengtengngel ti estruktural a kinatarnaw urayno ti polimero ket marunaw. Ti kalupkop ket umdasen a poroso nga agtultuloy ti ioniko a panagitulod, ngem daytoy ket manglapped ti elektrodo manipud iti ababa-a panagsirkulo urayno kadagiti temperatura iti ngato ti 150℃. Ti pagdaksan ket ti gastos-seramiko-dagiti nakaluban a separator ket agtaray iti 2-3× ti presio dagiti gagangay a separator-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. Nangato unay ken agsagaba ti mekanikal a pigsa. Napateg met ti pannakaiwaras ti kadakkel ti pores; ti numero ti Gurley (panangsubok ti panaglaok ti angin) ket maysa a pagalagadan nga espesipikasion. Kaaduan nga EV-grade separators ti puntiria ti 200-400 segundos/100cc.
Komposision ken Additives ti Elektrolito
Ad-adda a komplikado ti electrolyte iti lithium ion cell ngem iti ipagarupmo. Ti pormulasion ti batayan ket kadawyan a maysa nga asin ti lithium-LiPF3 (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 LiPF2 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 punto, ngem iti labes ti 1.3 M wenno nasursurok pay ket mangrugika a makagun-od ti panagtudo ti asin kadagiti nababa a temperatura. Ti LiPF2 ket addaan kadagiti isyu-sensitibo daytoy iti agneb- ken mangrugi nga agrupsa iti ngato ti 60℃-ngem dagiti alternatibo a kas ti LiBOB wenno LiFSI ket saan pay a nangidisplace daytoy gapu ti gastos wenno dagiti dadduma pay a panagtagilako.
Ti carbonate solvent blend ket ma-tune para iti aplikasion. Ti EC ket addaan kadagiti nangato a dielektriko a konstante ken dagiti nasayaat a SEI-a mangporma a tagikua, ngem daytoy ket aggyelo iti 36 a℃. Masapul a paglaoken daytoy kadagiti nababbaba-biskosidad a karbonato a kas ti DMC wenno EMC tapno mataginayon ti nababa-temperatura a panagaramid. Ti gagangay a pormulasion ket mabalin nga EC:DMC 1:1 babaen ti tomo, wenno EC:EMC 3:7. Dagiti eksakto a ratio ket kukua ken nainget a nabantayan.
Dagiti additives ti pakapasamakan ti pudno a chemistry magic. Dagiti moderno nga elektrolito ket aglaon ti 2-5% babaen ti kadagsen dagiti nadumaduma a nainayon a mangbalbaliw ti panagporma ti SEI, manglapped ti sobra a panagkarga, manglapped ti panagpataud ti gas, wenno mangpasayaat ti nangato-temperatura a kinatalged. Ti vinylene carbonate (VC) iti 1-2% ket dandani sapasap para iti panangpasayaat ti kalidad ti SEI kadagiti graphite anode. Nasaysayaat ti panagtrabaho ti fluoroethylene carbonate (FEC) para kadagiti anode nga addaan iti silicon. Dagitoy a kompuesto ket kaykayatda a bumassit bayat dagiti damo a siklo ti panagkarga, a mangporma ti mangsalaknib a suson iti anode nga ioniko a konduktibo ngem elektroniko a mangisalakan.
Dagiti overcharge protection additives a kas ti biphenyl wenno cyclohexylbenzene ket mangrugin nga agpolimerize iti agarup a 4.5V, a mangpataud ti akin-uneg a shunt a manglapped ti boltahe manipud iti ad-adda a panagpangato. Daytoy ti mangted kenka iti sumagmamano a proteksion no mapaay ti BMS, nupay ti panagpannuray iti dayta ket nalawag a saan a kasayaatan nga aramid iti disenio.
Pormasion ti Solid nga Elektrolito nga Interface
Ti SEI ti nalabit saan unay a maawatan ngem kapatgan nga aspeto ti panagandar ti lithium ion battery. Bayat dagiti umuna a sumagmamano a siklo ti panagkarga, dagiti paset ti elektrolito ket makireaksionda iti rabaw ti anodo, a mangporma ti maysa a pasivasion a suson. Daytoy a suson ket kritikal: daytoy ket masapul nga ioniko a konduktibo (tapno mangipalubos kadagiti ion ti lithium a lumasat) ngem elektroniko a mangisalakan (tapno malapdan ti ad-adu pay a panagrunaw ti elektrolito). Ti komposision ti SEI ket maysa a gulo-pinulpullo nga asin ti lithium, dagiti organiko a kompuesto, ken dagiti polimero ket nalaokan amin a sangsangkamaysa iti maysa a suson a 10-100 nm ti kapuskolna.
Ti nasayaat a pannakaporma ti SEI ket ti nagdumaan ti selula a mamin-500 nga agsiklo ken mamin-3,000 nga agsiklo. Ti problema ket saan nga static ti SEI. Daytoy ket aglati bayat ti panagbalbaliw ti tomo ti anode, a mangibutaktak ti presko a rabaw a mangbusbos ti ad-adu nga electrolyte ken lithium tapno matarimaan ti nadadael. Daytoy ti gapuna a kumapuy ti kapasidad iti panagbisikleta uray no naalumamayka iti selula.
Ti panagsiklo ti pormasion ket maysa a kritikal nga addang ti panagpataud. Dagiti selula ket agpasarda ti maysa wenno ad-adu pay a nabannayat a panagkarga-siklo ti panagiparuar kadagiti makontrol a temperatura tapno mangipatakder ti damo a SEI. Dagiti protokol ti pormasion ket tagikua, ngem dagiti gagangay nga umuna-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 mang-optimize kadagiti limitasion ti boltahe ti pormasion, temperatura, panawen ti panaginana, ken dagiti padron ti panagbisikleta tapno mangpataud ti kaaduan a natalged a SEI a mabalin. Ti pananggun-od iti daytoy a di umiso ket aggatad iti biagmo iti bisikleta.
Ti panaglakay ti kalendario-pannakapukaw ti kapasidad urayno ti selula ket nakatugaw laeng sadiay-ket kaaduan a maysa a penomenon ti SEI met. Agtultuloy nga in-inut a dumakkel ti SEI iti open circuit, nga agkonsumo iti cyclable lithium. Ti panagidulin iti nangato a kasasaad ti karga ken nangato a temperatura ket mangpapartak iti daytoy. Ti selula a naidulin iti 100% SOC ken 60℃ket mabalin a mapukawna ti 20% a kapasidad iti makatawen, bayat a ti isu met laeng a selula iti 50% SOC ken 25℃ket mabalin a mapukawna ti 3%.
Dagiti Protocol ti Panagkarga ken Panagmanehar ti Bateria
Dagiti selula ti ion ti lithium ket sensitibo iti sobra a panagkarga, sobra a-panagdiskarga, ken panagkarga kadagiti saan a maitutop a temperatura. Daytoy ti gapuna a tunggal maysa a multi-cell battery pack ket kasapulanna ti BMS (sistema ti panagmanehar ti bateria).
Ti gagangay a pamay-an ti panagkarga ket ti agtultuloy nga agdama/agtultuloy a boltahe (CC-CV). Bayat ti paset ti CC, iduronmo ti koriente iti selula iti naikeddeng a rate-kadawyan a 0.5C aginggana iti 1C para kadagiti kaaduan a selula, urayno dagiti sumagmamano a nangato-bileg a selula ket makabael a mangasikaso ti 3C wenno ad-adu pay. Umadu ti boltahe bayat nga agkarga ti selula. No ti boltahe ket makadanon iti akinngato a limitasion (4.2V para kadagiti kaaduan a kimika, 3.65V para iti LFP, 4.3V wenno 4.35V para kadagiti sumagmamano a nangato-enerhia nga NMC a variant), agsublika iti CV a kasasaad. Agkupas ti koriente bayat nga umas-asideg ti selula iti naan-anay a karga, a gagangay a maputed no bumaba ti koriente iti baba ti C/20 wenno C/50.
Ad-adda a komplikado ti napartak a panagkarga. Dagiti nangatngato a rate ti karga ket mangpapartak ti lithium plating iti anode, a napeggad-ti metaliko a lithium ket nangato a reaktibo ken mabalin a mangiturong kadagiti akin-uneg nga ababa wenno panagporma ti dendrite a sumrek iti separator. Tapno napardas-agkarga a natalged, kasapulam a maawatan no kasano a makilanglangen ti boltahe, koriente, ken temperatura kadagiti kasasaad ti panangrugi ti lithium plating.
Ti isyu ket saanmo a direkta a marukod ti lithium plating iti naselioan a selda. Masapul nga ipapanmo dayta manipud iti dadduma a signal. Ti maysa a pamay-an ket ti panangsurot iti potensial ti anode kontra iti reperensia ti lithium metal. No ti potensial ti anode ket mapan iti baba ti 0V kontra iti Li/Li+, ti plating ket mapaspasamak. Ti parikut ket, kaaduan a komersial a selula ket awanan kadagiti reperensia nga elektrodo.
Napateg met ti panagngato ti temperatura bayat ti napartak a panagkarga. Ti maysa a selula nga agkarkarga iti 2C ket mabalin a makakita ti akin-uneg a temperaturana a ngumato iti 15-20 a℃iti ngato ti aglawlaw urayno adda aktibo a panagpalamiis. Iti nalamiis a temperatura, daytoy ket aktual a makatulong-ti nalamiis a selula (kunaen ti -10℃) ket addaan iti nakurapay unay a kabaelan ti bileg, ngem no mabalinmo a pabaraen daytoy babaen ti panagkarga kadagiti kalalainganna a rate (0.5C), ti panagaramid ket sumayaat. Dadduma nga EV ti talaga nga aramidenda daytoy a sipapakinakem: no nalamiis ti paniempo, agpatarayda iti apagbiit a high-current charge pulse tapno mapapudot ti bateria sakbay a kalikaguman ti tsuper ti nangato a bileg para iti panagpardas.
Nasken ti panagtimbeng ti selula gapu ta dagiti selula nga agsasaruno ket pulos a di agtalinaed a naan-anay a maitunos. Dagiti panaganus ti panagpataud, dagiti babassit a panagdumaduma kadagiti self-a panagiparuar a rate, ken dagiti termal a panagrang-ay iti ballasiw ti pakete ket mangpataud ti panaganud ti boltahe. No kargaam ti serye a kuerdas a dika agbalanse, dadduma a selula ti mangdungpar iti makinngato a limitasion ti boltahe sakbay ti dadduma. Kurang ti karga dagiti napigsa a selula, sobra ti karga dagiti nakapuy a selula, ken agsagaba ti panagaramid.
Ti pasibo a panagtimbeng ket agus-usar kadagiti resistor tapno agdara ti enerhia manipud kadagiti nangatngato-boltahe a selula. Simple ken nalaka ngem masayang ti enerhia kas pudot. Ti aktibo a panagtimbeng ket agus-usar kadagiti DC-DC a konberter wenno kapasitor tapno mangyakar ti enerhia manipud kadagiti nangato a selula aginggana kadagiti nababa a selula. Ad-adda nga episiente, ad-adda a komplikado, ad-adda a nangina. Para iti 400V EV pack, ti passive balancing ket mabalin a mangsayang iti 50-100W nga agtultuloy, a saan a napateg no idilig iti bileg ti panagmaneho ngem agtitipon iti panaglabas ti panawen.
Dagiti Konsiderasion iti Panagmanehar iti Thermal
Ti panagpataud ti pudot iti selula ti ion ti lithium ket aggapu manipud kadagiti tallo a taudan: saan a mabaliwan a pudot (panagpudot ti Joule manipud iti akin-uneg a panagandur), mabaliwan a pudot (panagbalbaliw ti entropia ti elektrokemikal a reaksion), ken pudot manipud kadagiti sikigan a reaksion. Iti nababa aginggana iti kalalainganna a C-a rate, ti mabaliwan a pudot ti mangituray. Iti nangato a C-a rate, ti saan a mabaliwan a pudot ti mangala.
Makapainteres ti reversible heat term gapu ta agbaliw ti sign depende iti SOC. Para kadagiti kaaduan a kimika ti lithium ion, ti panagkarga ket mangpataud ti pudot iti nababa nga SOC ngem agsepen ti pudot iti nangato nga SOC. Kasungani ti aramiden ti panagdiskarga. Ti crossover point ket agarup 50-60% SOC ti gagangay. Daytoy ti gapuna a mabalin a makitam nga aktual a bumaba ti temperatura ti selula bayat ti maudi a paset ti panagkarga no umdas ti kinababa ti koriente.
Agduduma ti makin-uneg a resistensia sigun iti temperatura, SOC, ken panaglakay. Iti 25℃, ti presko a 18650 a selula ket mabalin nga addaan iti 40-60 miliohms a resistensia ti DC. Iti -20℃, dayta ket mabalin a lumlumtaw agingga iti 200-300 milliohms. Daytoy ti gapuna a dakkel ti panagbaba ti EV range iti nalamiis a paniempo. Saan laeng a nabannayat ti chemistry kadagiti nababa a temperatura, no di ket ti panagadu ti makin-uneg a resistensia kaipapananna nga ad-adu nga enerhia ti bateria ti masayang bayat ti pudot iti uneg ti selula.
Ti thermal runaway threshold ket agpannuray iti kimika. Para kadagiti selula ti NMC, dagiti exotermiko a reaksion ti panagrunaw ket mangrugi iti agarup a 180-220℃. Apaman a mangrugi, mabalin a ngumato ti temperatura iti 10-50℃iti kada segundo, a dumanon iti 800℃wenno nangatngato pay. Nataltalged nga amang ti LFP; thermal runaway onset ket 270℃+ ken ti kangatuan a temperatura a madanon ket nababbaba.
Ti panagsaknap iti 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 agtaray met dagiti kabangibang a selula ket agpannuray iti kabaelan a mangpalamiis, panagsisina dagiti selula, ken insulasion. Ti UL 9540A a panagsubok ti panagsaknap ket mangtulad daytoy babaen ti panangpilit ti maysa a selula iti thermal runaway ken panangmonitor no dagiti kabangibang a selula ket sumurot. 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-puyot ti angin iti rabaw dagiti selula wenno pakete. OK ti panagtrabahona para kadagiti nababa a densidad ti bileg nga aplikasion kas kadagiti PHEV wenno sistema ti panagidulin ti enerhia. Ti likido a panagpalamiis ket kasapulan para kadagiti nangato-a panagaramid nga EV. Kaaduan a disenio ket agus-usar ti 50:50 a danum-glycol mix iti 10-25 a litro iti tunggal maysa a minuto babaen dagiti nalamiis a plato wenno dagiti pagpalamiis a kanal. Ti temperatura ti sumrek ket kadawyan a makontrol aginggana iti 20-35℃. Rumbeng nga agtalinaed dagiti battery pack temperature gradients iti baba ti 5℃max to min tapno maliklikan ti naparpartak a panaglakay dagiti kapudotan a selula.
Sumagmamano nga eksperimental a disenio ket agus-usar ti panagpalamiis ti refrigerante, panagpalamiis ti pannakaitaneb iti dielektriko a pluido, wenno dagiti materiales ti panagbalbaliw ti paset-. Ti panagpalamiis iti refrigerator ket makaguyod iti ad-adu a pudot ngem kasapulan ti mas komplikado nga AC system. Ti immersion cooling ket addaan kadagiti nasayaat a heat transfer coefficients (500-2,000 W/m2K kontra 50-150 W/m2K para iti saan a direkta a likido a panagpalamiis) ngem ti panagselio ken ti panagtunos ti pluido ket karit. Dagiti PCM ket agtrabaho a pasibo ngem kasapulan a laksiden ti naidulin a pudot inton agangay, isu a kangrunaan a makatulongda iti apagbiit a panagpalamiis bayat ti napardas a panagkarga wenno natangken a panagpardas.
Dagiti Modo ti Panagdadael ken Pannakapaay ti Panagaramid
Ti capacity fade ken impedance growth ti dua a kangrunaan a mekanismo ti panagdadael. Dagitoy ket gapuanan ti sumagmamano a nagduduma a pisikal ken kemikal a proseso nga aggigiddan a mapaspasamak.
Iti dasig ti anode, ti panagdakkel ti SEI ket agkonsumo ti ma-cyclable 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 litio iti rabaw ti grapito imbes nga ag-intercalate, ken no daytoy ket ag-intercalate iti kamaudiananna, daytoy ket mangburak ti estruktura ti grafito. Masansan a di mabaliwan daytoy. Ti panagrunaw ti binder iti nangato a temperatura ket pakaigapuan ti pannakapukaw ti elektrikal a panagkontak iti nagbaetan dagiti partikulo.
Ti panagdadael ti katodo ket mairaman ti pannakarunaw ti transision a metal (nangruna ti manganeso iti LMO wenno manganeso-a naglaon ti NMC), dagiti panagbalbaliw ti estruktural manipud iti maulit-ulit a pannakaikabil/panagikkat ti lithium, ken ti panagbangon manen ti rabaw kadagiti nangato a-nikel a katodo. Dagiti narunaw a transision a metal ket umakarda iti anodo a sadiay ket mangpataudda ti panagdakkel ti SEI, isu a ti panagdadael ti katodo ket saan a direkta a mangpapardas ti panagdadael ti anodo.
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 pouch cell, makitam a makita ti panaglumbang ti pouch. Kadagiti silindriko wenno prismatiko a selula nga addaan kadagiti natangken a kaso, dumakkel ti presion agingga a malukatan ti safety vent (kadawyan iti 10-15 bar).
Ti pannakapukaw ti imbentaryo ti lithium ket maysa a kangrunaan a mekanismo ti panagkupas. Tunggal dumakkel ti SEI wenno agplato ti lithium a di mabaliwan iti anode, adda sumagmamano a lithium a mairuar manipud iti pool ti ma-cyclable a lithium. Kamaudiananna maibuska ket bumaba ti kapasidad.
Mabalin a mapasamak ti kellaat a pannakapaay manipud kadagiti makin-uneg a shorts. Kaaduan a shorts ket mangrugi iti bassit-ti bassit a metal a partikulo ket 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 ti positibo a feedback loop. No dadduma ti selula a mismo-agimbag no ti ababa ket marunaw a mismo a silulukat. No dadduma, rumang-ay dayta nga agbalin a thermal runaway.
Dagiti nail penetration tests (panangpilit iti asero a kuko babaen ti nakargaan a selula) ket 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 mabalin a lumabas no dadduma dagiti disenio nga addaan kadagiti nasaysayaat a mangisina ken nababbaba nga espesipiko nga enerhia.
Ti Figura 5 ket mangiplano ti panagtengngel ti kapasidad kontra ti numero ti siklo para kadagiti sumagmamano a kimika iti sidong dagiti kalalainganna a kasasaad ti panagsiklo (1C a karga/panagdiskarga, 25℃, 100% DOD).
Estado ti Charge ken Estado ti Salun-at a Pattapatta
Dimo direkta a marukod no kasano kaadu ti enerhia iti lithium ion cell. Masapul a pattapattaem dayta manipud iti dadduma a rukod: boltahe, koriente, ken temperatura.
Ti kasimplean a pamay-an ti pattapatta ti SOC ket naibatay iti boltahe-. Tunggal kimika ket addaan iti naisangsangayan a silulukat-sirkuito a boltahe kontra iti SOC a kurba. Rukoden ti boltahe kalpasan a naginana ti selula iti apagbiit (tapno bay-an a bumaba ti apagbiit a boltahe manipud iti panagrunot ti makin-uneg a resistensia), kitaem dayta iti kurba ti OCV, ket ammom ti SOC. Problema ket, manmano nga adda tiempom nga aginana ti selula kadagiti pudno nga aplikasion.
Ti panagbilang iti Coulomb ti gagangay a pamay-an. I-integrate-mo ti current bayat ti 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% ti gagangay) ken ti pannakaammo iti pudno a kapasidad. Maurnong dagiti biddut bayat ti panaglabas ti panawen, isu a kasapulam ti periodiko nga ag-recalibrate babaen ti panangaramidmo iti naan-anay a siklo ti panagkarga wenno panagiparuar.
Dagiti pamay-an a naibatay iti modelo- ket agus-usar ti katupag a modelo ti sirkulo wenno elektrokemikal a modelo ti selula. Rukodem ti boltahe ken koriente ti terminal, patarayem dagitoy babaen ti modelom, ken mangikkat kadagiti akin-uneg nga estado agraman ti SOC. Gagangay dagiti napalawa a pagsala ti Kalman wenno dagiti 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 kuantipikar ti panagdadael, a nabannayat ken in-inut. Ti panagkupas ti kapasidad ken ti panagdakkel ti impedance ket saan a nasken a mainaig a linear iti tunggal maysa wenno iti bilang ti siklo. Ti selula a napardas-nakarga iti adu ket mabalin nga addaan iti nangato nga impedance ngem kalkalainganna laeng ti kapasidad a panagkupas. Ti 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% a SOH, ken daytoy ket masansan a maibilang a ngudo-ti-biag para kadagiti aplikasion ti EV. Agtrabaho pay laeng ti selula, ngem bimmaba ti range iti 20%. Para kadagiti aplikasion ti panagidulin ti enerhia, dagiti selula ket mabalin a mausar aginggana ti 60-70% a SOH.
Dadduma a BMS ket mangaramidda kadagiti periodiko a panagsukimat ti kapasidad-naan-anay a mangidiskarga ti bateria iti nababa a rate ken rukoden no kasano kaadu ti enerhia a rummuar. Umiso daytoy ngem makasair (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 kulombiko nga episiensiana.
Ti akin-uneg a resistensia ket mabalin a marukod babaen ti panangipakat ti pulso ti koriente ken panangrukod ti sungbat ti boltahe, wenno babaen ti panangi-inject ti bassit nga AC a senial kadagiti nadumaduma a frekuensia (elektrokemikal nga impedance spectroscopy). Ti EIS ket mangted ti ad-adu nga amang nga impormasion ngem kasapulanna ti espesial a hardware a manmano nga adda kadagiti komersial a BMS.
Maikadua-Dagiti Aplikasion ti Biag ken Panag-recycle
No ti maysa a bateria ti EV ket makadanon iti ngudo-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 maikadua a biag a panagusar iti bateria ket makagun-od iti traction para iti stationary energy storage.
Narikut ti ekonomia. Masapul a subokem ti retirado a pakete, mabalin a aramidem manen dayta (sukatmo ti BMS, cooling system, wenno nadadael a module), sertipikaren dayta para iti baro nga aplikasion, ken mangipaay iti warranty. Amin dagitoy ket aggatad iti kuarta. Para iti maikadua-biag a makaaramid iti kaipapanan, ti napabaro a pakete ket kasapulan a ti magastos iti signipikante a basbassit ngem ti baro a pakete a nadisenio para iti nakatakder nga aplikasion. Dagiti gastos ket agrupsa uray no ti pannakapabaro ket agtaray iti basbassit ngem 40-50% ti gastos ti baro a pakete, depende no siasino ti panaganalisar ti patiem.
Ti panangsubok kadagiti retirado a selula ket saan a-a bassit. Ti maysa a modulo ket mabalin nga aglaon kadagiti ginasut a selula nga agsasaruno-paralelo. Saanmo a nalaka a masubok ida a saggaysa. Mabalinmo a suboken ti modulo kas maysa a yunit, ngem ti maysa a dakes a selula ket mabalinna a maskaraan ti bagina. Narigat a madlaw ti dadduma a wagas ti panagdadael no awan ti makadadael a panangsubok. Adda met ti saludsod ti sungsungbatan: no mauram ti maikadua-biag a bateria, siasino ti responsable?
Ti panag-recycle ket isu ti ultimo a panagpatingga-ti-dalan ti biag. Ti agdama a dakkel-kadakkel a panag-recycle ket agus-usar ti pirometalurhia (panagrunaw) wenno hidrometalurhia (panag-leaching ti kemikal). Ti pirometalurhia ket nasimsimple ngem saan unay a mapili-makagun-odka kadagiti naglaok a metal a ragup ti sangkap a kasapulan ti ad-adu pay a panagpino. Ti hidrometalurhia ket makasubli kadagiti indibidual a metal iti nangatngato a kinadalus ngem kasapulanna ti ad-adu nga addang ken mangpataud ti basura ti kemikal.
Ti ekonomia ti panag-recycle ket agpannuray unay kadagiti presio ti metal. Ti kobalt ket napateg (agarup a $30-40/kg iti pakasaritaan, urayno dagiti presio ket agtaytayab a narungsot), isu a ti panag-recycle kadagiti nabaknang iti kobalt-a kimika ket makagunggona iti ekonomia. Maitutop a ma-recycle ti nikel iti scale. Ti manganeso, landok, ken aluminio ket nababa-pateg a metal, isu a ti panag-recycle ket addaan iti kaipapanan a nangruna tapno saan a mairaman dagitoy kadagiti pagibellengan. Makapainteres ti lithium-saan a partikular a napateg iti kada kilo, ngem dagiti limitasion ti suplay ti mamagbalin a makaawis ti panagsubli.
Direkta a panag-recycle-panagdismantle ti bateria ken panagusar manen ti katodo wenno anode a material a direkta a saan a mangbingay daytoy kadagiti metal nga asin-ket maysa a napudot a lugar ti panagsukisok. No mabalinmo a maala ti cathode powder iti mausar a porma, makasalbarka iti enerhia ken gastos iti cathode synthesis. Dagiti karit ket mairaman ti panangisina ti aktibo a material manipud kadagiti agdama a kolektor ken binder, ken panangtaming ti kinapudno a ti na-recycle a material ket naglaok a selula manipud kadagiti nadumaduma a managpartuat, edad, ken kimika.
