Chan eil bataraidhean lithium-ion dha-rìribh “a’ gineadh ”cumhachd san dòigh sa bheil a’ mhòr-chuid de dhaoine a ’smaoineachadh mu dheidhinn. Is e na bhios iad a’ dèanamh a bhith a’ stòradh lùth dealain tro ath-bheachdan electrochemical reversible, agus an uairsin ga leigeil ma sgaoil nuair a dh’ iarras an cuairteachadh a-muigh sruth. Bidh an troimh-chèile mu dheidhinn seo a’ nochdadh gu mòr ann an coinneamhan dealbhaidh, gu sònraichte nuair a tha cuideigin a’ feuchainn ri pasgan bataraidh a mheudachadh airson a’ chiad uair.
Bidh dà rud a’ tachairt aig àm an leigeil ma sgaoil. An toiseach, bidh ions lithium a’ gluasad bhon electrode àicheil (anod) tron electrolyte agus dealaiche chun an electrode dearbhach (catod). San dàrna h-àite, bidh dealanan a’ sruthadh tron chuairt a-muigh bho anod gu catod, a’ dèanamh obair fheumail. Nuair a bhios tu a’ cur cosgais, bidh thu a’ cur cùl ris a’ phròiseas le bhith a’ cur a-steach bholtaids a-muigh a bheir air ianan is dealanan gluasad an taobh eile.
Tha an bholtadh a bhios cealla a’ dèanamh gu tur an urra ris na stuthan electrode a thaghas tu agus na comasan electrochemical aca. Seallaidh cealla ùr a tha na shuidhe air an sgeilp gun luchd an bholtadh cuairteachaidh fosgailte - gu h-àbhaisteach timcheall air 3.6 gu 3.7V airson a’ mhòr-chuid de cheimigean lithium-ion, ged a ghluaiseas an àireamh seo timcheall a rèir staid cosgais agus teòthachd. Aon uair ‘s gu bheil thu a’ ceangal luchd agus a ’tòiseachadh a’ tarraing sruth, bidh an bholtadh a ’tuiteam air sgàth strì a-staigh. Tha na tha e a 'tuiteam ag innse mòran dhut mu shlàinte na cealla.
Bun-bheachdan Ceimigeachd Ceall
Tha an aon phrionnsapal obrachaidh bunaiteach aig a h-uile cealla lithium-ion, ach tha ceimigean ag atharrachadh gu farsaing. Bidh an stuth catod gu ìre mhòr a’ dearbhadh feartan dèanadais na cealla - dùmhlachd lùtha, comas cumhachd, beatha baidhsagal, seasmhachd teirmeach, agus cosgais.
B 'e cathodes ocsaid sreathach a' chiad cheimigeachd malairteach. Thug Sony a-steach iad air ais ann an 1991 le LiCoO₂ (lithium cobalt oxide), a tha fhathast air a chleachdadh ann an electronics luchd-cleachdaidh far a bheil dùmhlachd lùtha nas cudromaiche na cosgaisean no oirean sàbhailteachd. Bidh na ceallan sin a’ pacadh timcheall air 150-200 Wh / kg aig ìre cealla. Tha Cobalt daor ge-tà, agus tha an ceimigeachd a’ fàs neo-sheasmhach os cionn 150 ceum. Tha sinn air ruith teirmeach fhaicinn a’ tòiseachadh aig teodhachd cho ìosal ri ceum 130 ann an ceallan mì-ghnàthach.
Dh'adhbhraich an iomairt airson sàbhailteachd nas fheàrr agus cosgais nas ìsle gu LiMn₂O₄ (lithium manganese oxide) ann am meadhan-1990n. Tha manganese saor bho shalachar agus tha structar an spinel gu ìre nas seasmhaiche. Cha ruith na ceallan sin air falbh gus an tèid thu seachad air 250 ceum mar as trice. An malairt-malairt? Bidh dùmhlachd lùth a’ tuiteam gu 100-120 Wh / kg, agus bidh manganese a ’leaghadh a-steach don electrolyte thar ùine, gu sònraichte aig teòthachd àrd. Tha beatha baidhsagal a’ fulang - tha thu a’ coimhead air is dòcha 300-700 cearcallan mus tuit an comas fo 80%.
Sheall LiFePO₄ (fosfáit iarann lithium) timcheall air 2001 agus dh'atharraich e an còmhradh sàbhailteachd. Tha an structar olivine creag-chruaidh gu teirmeach; cha bhith ruith teirmeach a’ tachairt gu nas àirde na 270 ceum, agus eadhon an uairsin chan eil e cho fòirneartach. Tha beatha baidhsagal air leth math - 2, tha 000+ cuairtean gu comas 80% àbhaisteach, agus chaidh cuid de cheallan a dhearbhadh seachad air 5,000 cearcall. Is e an ìsleachadh bholtachd: dìreach 3.2V ainmichte, agus tha dùmhlachd lùth cuingealaichte gu 90-120 Wh / kg. Cuideachd, bha suidheachadh peutant fosfáit meallta fad bhliadhnaichean.
Nochd NMC (lithium nickel manganese cobalt oxide) agus NCA (lithium nicil cobalt aluminium oxide) mar na ceimigean "cothromach". Le bhith a’ measgachadh nicil, manganese, agus cobalt ann an diofar cho-mheasan-tha an fheadhainn as cumanta NMC 111, 532, 622, agus 811 far a bheil na h-àireamhan a’ comharrachadh susbaint meatailt coimeasach-faodaidh tu an dèanadas a ghleusadh. Bidh susbaint nicil nas àirde a’ putadh dùmhlachd lùtha suas gu 200-250 Wh / kg ach aig cosgais seasmhachd teirmeach agus beatha baidhsagal. Faodaidh ceallan NMC 811 bualadh air 250 Wh / kg ach feumaidh iad riaghladh teirmeach fada nas faiceallach.
Air taobh an anod, tha grafait air a bhith aig an ìre àbhaisteach bhon chiad latha. Is e comas teòiridheach 372 mAh / g, agus mar as trice bidh ceallan malairteach a’ coileanadh 340-360 mAh / g. Bidh an lithium a’ ceangal eadar sreathan graphene aig àm cosgais, a’ leudachadh meud grafait timcheall air 10%. Tha an cuideam meacanaigeach seo a’ cur ri crìonadh comas thairis air baidhsagal.
Tha anodes silicon air a bhith “an ath rud mòr” airson timcheall air còig bliadhna deug a-nis. Tha comas teòiridheach Silicon 4,200 mAh/g-barrachd air deich tursan grafait. Is e an duilgheadas a th’ ann, bidh silicon a’ leudachadh 300% nuair a bhios e a’ gabhail a-steach lithium. Bidh seo a 'briseadh an anod às a chèile an dèidh beagan chuairtean. Bidh dòighean-obrach gnàthach a’ cleachdadh measgachaidhean grafait silicon le susbaint sileacain mar as trice fo 10% gus leudachadh a chumail comasach. A dh’ aindeoin sin, an toiseach-bidh call comas nach gabh atharrachadh air ais a’ ruith 15-25% ann an anodan anns a bheil sileaconach an coimeas ri 5-10% airson grafait fìor-ghlan.
Togail cealla agus cruthan
Is dòcha gur e ceallan siolandair an dealbh as motha de dhaoine nuair a tha iad a’ smaoineachadh “bataraidh.” Thàinig an cruth 18650 (trast-thomhas 18mm, fad 65mm) gu bhith uile-làthaireach às deidh do luchd-saothrachaidh laptop a bhith àbhaisteach air tràth anns na 2000n. Chleachd Tesla na mìltean dhiubh anns an Roadster tùsail. Bidh comas àbhaisteach 18650 a 'ruith 2,000-3,500 mAh a rèir ceimigeachd agus co dhiubh a tha thu a' dèanamh an fheum as fheàrr airson lùth no cumhachd.
Tha an cruth 21700 as ùire (21mm × 70mm) a chaidh a leasachadh le Tesla agus Panasonic còmhla a’ tabhann timcheall air 50% barrachd lùth gach cealla-4,000-5,000 mAh cumanta a-nis. Bidh an trast-thomhas nas motha a 'meudachadh a' cho-mheas de stuth gnìomhach gu co-phàirtean neo-ghnìomhach (luchd-cruinneachaidh gnàthach, can, innealan sàbhailteachd), a 'leasachadh dùmhlachd lùtha aig ìre a' phacaid. Dh'fheumadh loidhnichean saothrachaidh a bhith air an ath-chleachdadh, agus tha sin mar phàirt den adhbhar a thug uchd-mhacachd greiseag.
Thàinig ceallan prismatic bho mhiann gnìomhachas nan càraichean airson cleachdadh àite nas fheàrr. An àite a bhith a’ lìonadh bogsa le siolandairean agus a’ fàgail a h-uile àite falamh sin, bidh thu a’ dèanamh cheallan ceart-cheàrnach a bhios a’ cruachadh gu h-èifeachdach. Tha ceallan prismatic ìre chàraichean a’ dol bho 20Ah gu comas còrr air 100Ah. Tha iad nas fhasa - an riaghladh bho thaobh pacaidh oir is urrainn dhut truinnsearan fuarachaidh a chuir dìreach mu choinneamh nan taobhan còmhnard. Is e an ana-cothrom a th’ ann gu bheil na h-uighean agad gu lèir ann an nas lugha de bhasgaidean-ma dh’fhailicheas aon chill phrìseil mhòr, caillidh tu barrachd comais na ma dh’fhailicheas aon chill siolandair bheag.
Bidh ceallan pouch a’ toirt a’ bheachd air èifeachdas fànais nas fhaide le bhith a’ cur às don mheatailt gu tur. Tha an cealla air a seuladh ann am poca laminate sùbailte alùmanum. Sàbhalaidh seo is dòcha 10-cuideam 15% an coimeas ri can prismatic, agus tha an cruth air leth sùbailte - faodaidh tu an dèanamh de mheud no cumadh sam bith a dh’ fheumas an aplacaid. Is toil le luchd-saothrachaidh EV iad oir is urrainn dhut an cruachadh gu dìreach ann am pleitean fuarachaidh. Tha an laigse meacanaigeach: feumaidh iad teannachadh bhon taobh a-muigh gus casg a chuir air delamination electrode rè rothaireachd, agus tha iad nas so-leònte ri milleadh puncture.
Teicneòlas separator
Chan eil an dealaiche a’ faighinn mòran aire, ach faodar a ràdh gur e seo am pàirt sàbhailteachd as deatamaiche. Is e membran porous tana (16- 25 μm mar as trice) a th’ ann a chumas an anod agus an catod bho bhith a’ suathadh fhad ‘s a tha e a’ leigeil le ianan lithium a dhol troimhe. B’ e polyethylene aon-fhilleadh (PE) no polypropylene (PP) a bh’ anns na sgaraidhean tràth.
Bidh luchd-sgaraidh àrd-choileanaidh ùr-nodha a’ cleachdadh structaran trì-fhilleadh, mar as trice PP/PE/PP. Tha puing leaghaidh nas ìsle aig an ìre PE (135 ceum) na PP (165 ceum). Ma thòisicheas an cealla a ’teasachadh cus, bidh am PE a’ leaghadh agus a ’lìonadh na pores, a’ dùnadh còmhdhail ionic mus ruig an teòthachd ìrean cunnartach. Canar dùnadh teirmeach ris an seo, agus is e seo an loidhne dìon mu dheireadh agad mus ruith thu teas.
Bidh dealadairean còmhdaichte-crèadha a’ cur iomall sàbhailteachd eile ris. Bidh còmhdach tana (2-4 μm) de alumina no gràinean ceirmeag eile air aon taobh no gach taobh den dealaiche a’ cumail suas ionracas structarail eadhon ged a bhios am polymer a’ leaghadh. Tha an còmhdach porous gu leòr airson còmhdhail ionic a leantainn, ach tha e a’ cur casg air an dealan bho bhith a’ cuairteachadh goirid eadhon aig teòthachd os cionn 150 ceum . Is e an ana-cothrom cosgais-sgaradairean còmhdaichte-a’ ruith 2-3 × prìs luchd-sgaraidh àbhaisteach – agus bacadh beagan nas àirde.
Mar as trice bidh porosity a’ ruith 40-50%. Tha strì ro ìosal agus ionic a’ dol suas, a’ cuingealachadh comas cumhachd. Tha neart ro àrd agus meacanaigeach a 'fulang. Tha cuairteachadh meud pore cudromach cuideachd; tha an àireamh Gurley (deuchainn permeability adhair) na shònrachadh àbhaisteach. Bidh a’ mhòr-chuid de luchd-sgaraidh ìre EV ag amas air 200-400 diogan / 100cc.
Co-dhèanamh electrolyte agus stuthan cur-ris
Tha an electrolyte ann an cealla lithium-ion nas iom-fhillte na dh'fhaodadh tu smaoineachadh. Mar as trice is e salann lithium-LiPF₆ (lithium hexafluorophosphate) a th’ ann an cruthachadh bun-stèidh ann an 95%+ de cheallan-air a sgaoileadh ann am measgachadh de charbonaidean organach. Tha fuasglaidhean cumanta a’ toirt a-steach ethylene carbonate (EC), dimethyl carbonate (DMC), diethyl carbonate (DEC), agus ethyl methyl carbonate (EMC).
Tha dùmhlachd LiPF₆ mar as trice timcheall air 1.0 gu 1.2 M (molar). Bidh dùmhlachd nas àirde a ’leasachadh giùlan ionic suas gu puing, ach nas fhaide na 1.3 M no mar sin tòisichidh tu a’ faighinn frasadh salainn aig teòthachd ìosal. Tha cùisean aig LiPF₆-tha e mothachail air taiseachd-mothachail agus a’ tòiseachadh a’ lobhadh os cionn 60 ceum -ach chan eil roghainnean eile leithid LiBOB no LiFSI air a chuir às a àite fhathast air sgàth cosgais no malairtidhean eile.
Bidh am measgachadh fuasglaidh carbonate air a ghleusadh airson an tagraidh. Tha seasmhach àrd dielectric aig EC agus feartan cruthachaidh SEI- math, ach bidh e a’ reothadh aig 36 ceum . Feumaidh tu a choimeasgadh le-charbonaidean slaodachd nas ìsle leithid DMC no EMC gus coileanadh aig teòthachd ìosal a chumail suas. Is dòcha gur e cumadh àbhaisteach EC: DMC 1: 1 a rèir tomhas-lìonaidh, no EC: EMC 3: 7. Tha na dearbh cho-mheasan seilbhe agus air an dìon gu dlùth.
Is e stuthan cur-ris far a bheil fìor dhraoidheachd ceimigeachd a’ tachairt. Ann an electrolytes an latha an-diugh tha 2-5% a rèir cuideam de dhiofar stuthan cur-ris a dh’ atharraicheas cruthachadh SEI, a chuireas casg air cus cosgais, a chuireas casg air gineadh gas, no a leasaicheas seasmhachd teòthachd àrd. Tha Vinylene carbonate (VC) aig 1-2% cha mhòr uile-choitcheann airson càileachd SEI a leasachadh air anodes grafait. Bidh fluoroethylene carbonate (FEC) ag obair nas fheàrr airson anodan anns a bheil silicon. Bidh na todhar sin a’ lughdachadh nas fheàrr anns na cuairtean cosgais tùsail, a ’cruthachadh còmhdach dìon air an anod a tha giùlan ianach ach a tha inslithe gu dealanach.
Bidh cuir-ris dìon overcharge mar biphenyl no cyclohexylbenzene a ’tòiseachadh a’ polymerizing timcheall air 4.5V, a ’cruthachadh shunt a-staigh a chuireas casg air bholtachd bho bhith a’ sreap nas fhaide. Bheir seo beagan dìon dhut ma dh’ fhailicheas am BMS, ged a tha e follaiseach nach e deagh chleachdadh dealbhaidh a th’ ann a bhith an urra ris.
Cruthachadh eadar-aghaidh Solid Electrolyte
Is dòcha gur e an SEI an taobh as lugha a thuigeas ach as cudromaiche de ghnìomhachd bataraidh lithium-ion. Rè a 'chiad beagan chuairtean cosgais, bidh co-phàirtean electrolyte ag ath-fhreagairt le uachdar an anod, a' cruthachadh còmhdach pasivation. Tha an ìre seo deatamach: feumaidh e a bhith giùlan ianach (gus leigeil le ions lithium troimhe) ach le insaladh dealanach (gus casg a chuir air tuilleadh lobhadh electrolyte). Tha co-dhèanamh SEI na bhreugan-dusanan de shalainn lithium, todhar organach, agus polymers uile measgaichte ann an còmhdach 10-100 nm de thighead.
Is e deagh chruthachadh SEI an diofar eadar cealla a bhios a’ rothaireachd 500 uair agus cealla a bhios a’ rothaireachd 3,000 uair. Is e an duilgheadas nach eil an SEI statach. Bidh e a’ sgàineadh rè atharrachaidhean meud anns an anod, a’ nochdadh uachdar ùr a bhios ag ithe barrachd electrolyte agus lithium gus am milleadh a chàradh. Sin as coireach gu bheil comas a’ dol sìos thairis air baidhsagal eadhon nuair a tha thu socair leis a’ chill.
Tha rothaireachd cruthachaidh na cheum saothrachaidh deatamach. Bidh ceallan a’ dol tro aon chosgais slaodach no barrachd-cuairtean sgaoilidh aig teòthachd fo smachd gus an SEI tùsail a stèidheachadh. Tha pròtacalan cruthachaidh nan sealbh, ach is e C/20 gu C/10 na h-ìrean cosgais àbhaisteach airson a’ chiad chuairt, agus faodaidh am pròiseas 24-48 uairean a ghabhail. Bidh luchd-saothrachaidh a’ dèanamh an fheum as fheàrr de chrìochan bholtachd cruthachaidh, teòthachd, amannan fois, agus pàtrain rothaireachd gus an SEI as seasmhaiche a thoirt gu buil. Le bhith a’ faighinn seo ceàrr tha e a’ cosg beatha rothaireachd dhut.
Tha a bhith a’ fàs nas sine mìosachain-call comais eadhon nuair a tha an cealla dìreach na suidhe ann-gu ìre mhòr na iongantas SEI cuideachd. Tha an SEI a’ leantainn air adhart a’ fàs gu slaodach aig cuairteachadh fosgailte, ag ithe lithium a ghabhas rothaireachd. Bidh stòradh aig ìre àrd agus teòthachd àrd a’ luathachadh seo. Dh’ fhaodadh cealla a tha air a stòradh aig 100% SOC agus 60 ceum comas 20% a chall ann am bliadhna, agus dh’ fhaodadh an aon chealla aig 50% SOC agus 25 ceum 3% a chall.
Pròtacalan cosgais agus riaghladh bataraidh
Tha ceallan ian lithium mothachail air cus cosgais, cus sgaoileadh, agus cosgais aig teòthachd neo-iomchaidh. Sin as coireach gu bheil feum aig a h-uile pasgan bataraidh ioma-BMS (siostam riaghlaidh bataraidh).
Is e an dòigh cosgais àbhaisteach bholtadh gnàthach / seasmhach (CC-CV). Tron ìre CC, bidh thu a’ putadh sruth a-steach don chill aig ìre shuidhichte-mar as trice 0.5C gu 1C airson a’ mhòr-chuid de cheallan, ged a dh’ fhaodas cuid de cheallan àrd cumhachd 3C no barrachd a làimhseachadh. Bidh bholtaids ag èirigh mar a bhios an cealla a’ togail. Nuair a ruigeas bholtachd a’ chrìoch as àirde (4.2V airson a’ mhòr-chuid de cheimigean, 3.65V airson LFP, 4.3V no 4.35V airson cuid de dh’ atharrachaidhean NMC lùth àrd), tionndaidhidh tu gu modh CV. Bidh gnàthach a’ slaodadh dheth fhad ‘s a tha an cealla a’ tighinn faisg air làn chosgais, mar as trice a ’gearradh dheth nuair a thuiteas an sruth fo C/20 no C/50.
Tha cosgais luath nas iom-fhillte. Bidh ìrean cosgais nas àirde a’ luathachadh plating lithium air an anod, a tha cunnartach-Tha lithium meatailteach gu math reactive agus faodaidh e leantainn gu shorts a-staigh no cruthachadh dendrite a thèid a-steach don dealaiche. Gus cosgais a dhèanamh gu sàbhailte, feumaidh tu tuigsinn mar a tha bholtaids, sruth agus teòthachd ag eadar-obrachadh le suidheachaidhean tòiseachaidh plating lithium.
Is e a’ cheist nach urrainn dhut plating lithium a thomhas gu dìreach ann an cealla seulaichte. Feumaidh tu a thoirt a-steach bho chomharran eile. Is e aon dòigh-obrach sùil a chumail air comas anod an aghaidh iomradh meatailt lithium. Ma tha comas anod a’ dol nas ìsle na 0V an aghaidh Li/Li⁺, tha plating a’ tachairt. Is e an duilgheadas a th 'ann, chan eil dealanan iomraidh aig a' mhòr-chuid de cheallan malairteach.
Tha àrdachadh teòthachd aig àm cosgais luath cuideachd cudromach. Is dòcha gum faic cealla cosgais aig 2C an teòthachd a-staigh aige ag èirigh 15-20 ceum os cionn na h-àrainneachd eadhon le fuarachadh gnìomhach. Aig teòthachd fhuar, tha seo gu math cuideachail-tha comas cumhachd glè ìosal aig cill fhuar (can -10 ceum), ach mas urrainn dhut a bhlàthachadh le bhith a’ cur cosgais aig ìrean meadhanach (0.5C), thig piseach air coileanadh. Bidh cuid de EVs a’ dèanamh seo a dh’aona ghnothach: ann an aimsir fhuar, ruithidh iad buillean cosgais àrd-làthaireach goirid gus am bataraidh a bhlàthachadh mus iarr an draibhear cumhachd àrd airson luathachadh.
Tha feum air cothromachadh cealla oir cha bhith ceallan san t-sreath a’ fuireach air an deagh mhaidseadh. Bidh fulangas saothrachaidh, eadar-dhealachaidhean beaga ann an ìrean fèin-sgaoilidh, agus caiseadan teirmeach thar a’ phasgan ag adhbhrachadh gluasad bholtachd. Ma chuireas tu cosgais air sreang sreath gun chothromachadh, bhuail cuid de cheallan an ìre bholtachd àrd ro cuid eile. Chan eil cus cosgais air na ceallan làidir, tha cus cosgais air na ceallan lag, agus tha coileanadh a’ fulang.
Bidh cothromachadh fulangach a’ cleachdadh resistors gus lùth a shileadh bho cheallan bholtachd nas àirde. Tha e sìmplidh agus saor ach a’ caitheamh lùth mar theas. Bidh cothromachadh gnìomhach a’ cleachdadh luchd-tionndaidh DC-DC no capacitors gus lùth a ghluasad bho cheallan àrda gu ceallan ìosal. Nas èifeachdaiche, nas iom-fhillte, nas daoire. Airson pasgan 400V EV, dh’ fhaodadh cothromachadh fulangach 50-100W a chaitheamh gu leantainneach, rud a tha glè bheag an taca ri cumhachd dràibhidh ach a chuireas suas thar ùine.
Beachdachaidhean Riaghladh Teirmeach
Tha gineadh teas ann an cealla lithium-ion a 'tighinn bho thrì stòran: teas nach gabh a thoirt air ais (teasachadh Joule bho strì an taobh a-staigh), teas ath-chuairteachadh (atharrachadh entropy den fhreagairt electrochemical), agus teas bho ath-bheachdan taobh. Aig ìrean C- ìosal gu meadhanach, tha teas a ghabhas tionndadh a’ faighinn làmh an uachdair. Aig ìrean C- àrd, gabhaidh teas nach gabh a thoirt air ais thairis.
Tha an teirm teas reversible inntinneach oir bidh e ag atharrachadh soidhne a rèir SOC. Airson a’ mhòr-chuid de cheimigean lithium-ion, bidh cosgais a’ gineadh teas aig SOC ìosal ach a’ gabhail a-steach teas aig SOC àrd. Tha sgaoileadh a 'dèanamh an aghaidh. Tha an ìre crossover timcheall air 50-60% SOC mar as trice. Sin as coireach gum faic thu teòthachd cealla a’ tuiteam gu dearbh anns an ìre mu dheireadh de chìsean ma tha an sruth ìosal gu leòr.
Bidh strì an taobh a-staigh ag atharrachadh a rèir teòthachd, SOC, agus aois. Aig 25 ceum, dh’ fhaodadh gum biodh 40 - 60 milliohms DC aig cealla ùr 18650. Aig -20 ceum, faodaidh sin leum gu 200-300 milliohms. Sin as coireach gu bheil an raon EV ann an aimsir fhuar a’ tuiteam cho mòr. Chan e a-mhàin gu bheil ceimigeachd nas slaodaiche aig teòthachd ìosal, ach tha àrdachadh an aghaidh a-staigh a’ ciallachadh gu bheil barrachd de lùth a’ bhataraidh air a chaitheamh mar theas am broinn na cealla.
Tha an ìre ruith teirmeach an urra ri ceimigeachd. Airson ceallan NMC, bidh ath-bhualaidhean lobhadh exothermic a’ tòiseachadh timcheall air 180-220 ceum. Nuair a thòisicheas tu, faodaidh an teòthachd èirigh aig 10-50 ceum gach diog, a 'ruighinn 800 ceum no nas àirde. Tha LFP tòrr nas sàbhailte; Is e tòiseachadh ruith teirmeach 270 ceum + agus tha an teòthachd as àirde a ruigear nas ìsle.
Tha iomadachadh eadar ceallan ann am pasgan na fhìor chunnart. Ma thèid aon chealla a-steach gu teodhachd, bidh e a’ teasachadh a nàbaidhean. Bidh co-dhiù a tha na ceallan a tha faisg air làimh a’ ruith air falbh an urra ri comas fuarachaidh, farsaingeachd cheallan agus insulation. Bidh deuchainn iomadachaidh UL 9540A a ’dèanamh atharrais air seo le bhith a’ toirt air aon chealla a dhol a-steach gu teas agus a ’cumail sùil a bheil ceallan faisg air làimh a’ leantainn. Tha deagh dhealbhadh pacaid a’ toirt a-steach teip gu aon chealla no modal beag aig a’ char as motha.
Tha ro-innleachdan fuarachaidh eadar-dhealaichte. 'S e fuarachadh adhair as sìmplidh a bhith a' sèideadh èadhair thairis air na ceallan no am pasgan. Ag obair ceart gu leòr airson tagraidhean dùmhlachd cumhachd ìosal leithid PHEVn no siostaman stòraidh lùtha. Tha feum air fuarachadh leaghaidh airson EVs àrd-choileanaidh. Bidh a’ mhòr-chuid de dhealbhaidhean a’ cleachdadh measgachadh 50:50 uisge-glycol aig 10-25 liotair sa mhionaid tro phlàtaichean fuar no seanalan fuarachaidh. Mar as trice tha teòthachd a-staigh air a smachdachadh gu ceuman 20-35. Bu chòir caiseadan teòthachd pacaid bataraidh fuireach fo 5 ceum aig a’ char as àirde gu min gus nach bi na ceallan as teotha a’ fàs nas sine.
Bidh cuid de dhealbhaidhean deuchainneach a’ cleachdadh fuarachadh fuarachaidh, fuarachadh bogaidh ann an lionn dielectric, no stuthan atharrachadh mean air mhean. Faodaidh fuarachadh fuarachaidh barrachd teas a tharraing a-mach ach tha feum air siostam AC nas iom-fhillte. Tha co-èifeachdan gluasad teas sàr-mhath aig fuarachadh bogaidh (500-2,000 W / m²K an aghaidh 50-150 W / m²K airson fuarachadh leaghaidh neo-dhìreach) ach tha ròn agus co-fhreagarrachd siùbhlach nan dùbhlain. Bidh PCM ag obair gu fulangach ach feumaidh iad an teas a tha air a stòradh a dhiùltadh mu dheireadh, agus mar sin bidh iad gu ìre mhòr a’ cuideachadh le fuarachadh neo-ghluasadach aig àm cosgais luath no luathachadh cruaidh.
Modhan crìonadh coileanaidh agus fàilligeadh
Is e seargadh comas agus fàs bacaidh an dà phrìomh dhòigh truaillidh. Tha iad air adhbhrachadh le grunn phròiseasan fiosaigeach is ceimigeach a tha a’ tachairt aig an aon àm.
Air taobh an anod, bidh fàs SEI a 'cleachdadh lithium rothachail agus electrolyte, a' meudachadh strì. Faodaidh exfoliation graphite tachairt ma thèid an cealla a ghearradh aig teòthachd ìosal- pleitichean lithium air uachdar a’ ghrafait an àite a bhith eadar-cheangailte, agus nuair a bhios e eadar-cheangailte mu dheireadh, brisidh e structar a’ ghrafait bho chèile. Tha seo gu tric neo-atharrachail. Bidh lobhadh luchd-ceangail aig teòthachd àrd ag adhbhrachadh call de cheangal dealain eadar mìrean.
Tha truailleadh catod a’ toirt a-steach sgaoileadh meatailt gluasaid (gu sònraichte manganese ann an LMO no manganese-anns a bheil NMC), atharrachaidhean structarail bho bhith a’ cuir a-steach / às-tharraing lithium, agus ath-thogail uachdar ann an catodes nicil àrd. Bidh na meatailtean gluasaid fuasgailte a’ gluasad chun an anod far am bi iad a’ brosnachadh fàs SEI, agus mar sin bidh truailleadh catod gu neo-dhìreach a’ luathachadh truailleadh anod.
Tha lobhadh electrolyte agus gineadh gas nan duilgheadasan nas motha aig bholtachd àrd agus teòthachd àrd. Tha gasaichean cumanta a’ toirt a-steach CO₂, CO, agus diofar hydrocarbons bho lobhadh carbonate. Ann an ceallan pouch, chì thu am poca a’ dol suas gu faicsinneach. Ann an ceallan siolandair no prismatic le cùisean cruaidh, bidh cuideam a 'togail suas gus am bi an t-inneal sàbhailteachd a' fosgladh (mar as trice aig bàr 10-15).
Tha call clàr lithium na phrìomh inneal seargadh. Gach uair a dh’fhàsas an SEI no lannan lithium gu neo-atharrachail air an anod, thèid cuid de lithium a thoirt a-mach às an amar de lithium a ghabhas rothaireachd. Aig a 'cheann thall ruithidh tu a-mach agus bidh an comas a' tuiteam.
Faodaidh fàilligeadh gu h-obann tachairt bho gheàrr-chunntasan a-staigh. Bidh a’ mhòr-chuid de gheàrr-chunntasan a’ tòiseachadh beag-bidh pìos beag meatailt a’ bualadh air an dealaiche, no bidh lithium dendrite a’ fàs troimhe. Bidh an goirid a’ cruthachadh àite teth, a luathaicheas crìonadh gu h-ionadail, a nì a’ gheàrr nas miosa, agus gheibh thu lùb fios-air-ais adhartach. Aig amannan leighisidh an cealla fèin-ma dh’fhosglas an tè ghoirid i fhèin. Aig amannan eile thèid e air adhart gu ruith teirmeach.
Tha deuchainnean treòrachaidh ìnean (a’ sparradh ìnean stàilinn tro chill fo chasaid) nan deuchainn mì-ghnàthachaidh àbhaisteach. Mar as trice cha bhith ceallan LFP a’ dol a-steach gu teicheadh teirmeach bho bhith a’ dol a-steach do ìnean. Bidh ceallan NMC tric a 'dèanamh, ged a dh' fhaodadh dealbhadh le luchd-sgaraidh nas fheàrr agus lùth sònraichte nas ìsle a dhol seachad uaireannan.
Tha Figear 5 a’ dealbhadh gleidheadh comas an aghaidh àireamh baidhsagal airson grunn cheimigean fo chumhachan rothaireachd meadhanach (cosgais / sgaoileadh 1C, ceum 25, 100% DOD).
Staid casaid agus staid slàinte
Chan urrainn dhut tomhas dìreach a dhèanamh air an ìre de lùth a tha ann an cealla ion lithium. Feumaidh tu tuairmse a dhèanamh air bho thomhasan eile: bholtaids, sruth, agus teòthachd.
Tha an dòigh measaidh SOC as sìmplidh stèidhichte air bholtaids. Tha bholtadh cuairte fosgailte àbhaisteach aig gach ceimigeachd an coimeas ri lùb SOC. Tomhais an bholtachd às deidh don chill fois a ghabhail airson greis (gus leigeil le bholtachd neo-ghluasadach tuiteam bho chrìonadh an aghaidh a-staigh), coimhead suas air an lùb OCV, agus tha fios agad air SOC. Is e an duilgheadas a th’ ann, is ann ainneamh a bhios ùine agad airson a’ chill fois a ghabhail ann an tagraidhean fìor.
Is e cunntadh Coulomb an dòigh àbhaisteach. Bidh thu ag amalachadh sruth thar ùine gus sùil a chumail air cosgais a-steach agus a-mach. Ma thòisicheas tu aig SOC aithnichte, faodaidh tu an SOC ùr obrachadh a-mach aig àm sam bith. Tha cruinneas an urra ris an sensor gnàthach agad (± 0.5% àbhaisteach) agus fios a bhith agad air an fhìor chomas. Bidh mearachdan a’ cruinneachadh thar ùine, agus mar sin feumaidh tu ath-chothromachadh bho àm gu àm le bhith a’ dèanamh làn chosgais no cearcall sgaoilidh.
Bidh modhan stèidhichte air modal a’ cleachdadh modal cuairteachaidh co-ionann no modal electroceimiceach den chill. Bidh thu a’ tomhas bholtadh deireannach agus sruth, gan ruith tron mhodail agad, agus a’ toirt a-mach stàitean a-staigh a’ toirt a-steach SOC. Tha sìoltachain Kalman leudaichte no luchd-amhairc stàite coltach ris cumanta. Faodaidh na dòighean-obrach sin a bhith gu math ceart (mearachd ±2% SOC) ach tha feum aca air deagh mhodalan agus goireasan coimpiutaireachd cudromach.
Tha tuairmse SOH nas duilghe a chionn 's gu bheil thu a' feuchainn ri ìsleachadh a thomhas, a tha slaodach agus mean air mhean. Mar as trice chan eil crìonadh ann an comas agus fàs bacaidh a’ ceangal gu sreathach ri chèile no ri cunntas baidhsagal. Faodaidh cnap-starra mòr a bhith aig cealla a chaidh a ghearradh gu sgiobalta ach chan eil ach comas meadhanach a’ dol à bith. Dh’ fhaodadh gum bi comas mòr air a dhol à bith ann an cealla a chaidh a stòradh aig teòthachd àrd SOC/teòthachd ach fàs bacaidh an ìre mhath ìosal.
Is e cleachdadh gnìomhachais a bhith a’ mìneachadh SOH stèidhichte air comas: tha cealla aig 80% den chomas tùsail aige aig 80% SOH, agus gu tric thathas a’ beachdachadh air seo mar chrìoch beatha airson tagraidhean EV. Tha an cealla fhathast ag obair, ach tha an raon air tuiteam 20%. Airson tagraidhean stòraidh lùtha, faodar ceallan a chleachdadh sìos gu 60-70% SOH.
Bidh cuid de BMSan a’ dèanamh sgrùdaidhean comas bho àm gu àm-a’ leigeil a’ bhataraidh gu h-iomlan aig ìre ìosal agus a’ tomhas na tha de lùth a’ tighinn a-mach. Tha seo ceart ach sàrachail (chan eil am bataraidh ri fhaighinn tron deuchainn) agus bheir e uairean. Bidh dòighean-obrach eile a’ feuchainn ri comas a thomhas gu neo-dhìreach bho chromagan bholtachd, tomhas bacaidh, no èifeachdas coulombic.
Faodar strì an taobh a-staigh a thomhas le bhith a’ cur a-steach cuisle gnàthach agus a’ tomhas freagairt bholtachd, no le bhith a’ stealladh comharra AC beag aig diofar triceadan (spectroscopy bacaidh electrochemical). Bheir EIS mòran a bharrachd fiosrachaidh ach tha feum air bathar-cruaidh sònraichte nach ann ainneamh a bhios an làthair ann am BMS malairteach.
Dàrna{0}Aplacaidean beatha agus ath-chuartachadh
Nuair a ruigeas bataraidh EV deireadh-de-beatha (mar as trice 70-80% de chomas tùsail), tha e fhathast gu math obrachail airson aplacaidean nach eil cho doirbh. Tha cleachdadh bataraidh san dàrna beatha a’ faighinn tarraing airson stòradh lùth pàipearachd.
Tha an eaconamaidh duilich. Feumaidh tu deuchainn a dhèanamh air a’ phasgan a tha air a dhreuchd a leigeil dheth, is dòcha ath-saothrachadh (cuir an àite BMS, siostam fuarachaidh, no modalan millte), dearbhadh airson an tagraidh ùr, agus barantas a thoirt seachad. Tha seo uile a’ cosg airgead. Airson an dàrna{3}}beatha airson ciall a dhèanamh, feumaidh am pasgan ath-nuadhaichte a bhith a’ cosg mòran nas lugha na pacaid ùr a chaidh a dhealbhadh airson an aplacaid pàipearachd. Bidh cosgaisean a’ briseadh eadhon ged a bhios ùrachadh a’ ruith nas lugha na 40-50% de chosgais pacaid ùr, a rèir cò an anailis a tha thu a’ creidsinn.
Chan eil e doirbh a bhith a' dèanamh deuchainn air ceallan a tha air an dreuchd a leigeil dhiubh. Dh’ fhaodadh gu bheil na ceudan chealla ann an sreath-co-shìnte ann am modal. Chan urrainn dhut gu furasta deuchainn a dhèanamh orra leotha fhèin. Faodaidh tu am modal a dhearbhadh mar aonad, ach faodaidh aon droch chealla falachadh. Tha cuid de mhodhan truaillidh duilich an lorg gun deuchainn millteach. Tha ceist buailteachd ann cuideachd: ma thèid dàrna bataraidh beatha na theine, cò as coireach?
'S e ath-chuartachadh deireadh-na slighe beatha. Bidh ath-chuairteachadh air sgèile mhòr an-dràsta a’ cleachdadh pyrometallurgy (leaghadh) no hydrometallurgy (leaghadh ceimigeach). Tha pyrometallurgy nas sìmplidh ach chan eil e cho roghnaichte-gheibh thu aloidhean meatailt measgaichte a dh’ fheumas tuilleadh grinneachadh. Faodaidh hydrometallurgy meatailtean fa leth fhaighinn air ais aig fìor-ghlanachd nas àirde ach feumaidh e barrachd cheumannan agus cruthaichidh e sgudal ceimigeach.
Tha eaconamaidh ath-chuairteachaidh gu mòr an urra ri prìsean meatailt. Tha cobalt luachmhor (timcheall air $30-40/kg gu h-eachdraidheil, ged a tha prìsean a’ dol suas gu fiadhaich), agus mar sin tha ath-chuartachadh cheimigean beairteach cobalt - gu h-eaconamach. Is fhiach Nickel ath-chuairteachadh aig sgèile. 'S e meatailtean luach ìosal a th' ann am manganese, iarann, agus alùmanum, agus mar sin tha ath-chuairteachadh a' dèanamh ciall sa mhòr-chuid airson an cumail a-mach à lìonadh-fearainn. Tha lithium inntinneach - chan eil e gu sònraichte luachmhor gach cileagram, ach tha cuingealachaidhean solair a 'dèanamh ath-bheothachadh tarraingeach.
'S e raon sgrùdaidh teth a th' ann an ath-chuairteachadh dìreach-a bhith a' toirt às a' bhataraidh agus ag ath-chleachdadh stuth catod no anod gu dìreach gun a bhith ga bhriseadh sìos gu salainn mheatailt-. Nam b’ urrainn dhut pùdar catod fhaighinn air ais ann an cruth a ghabhas cleachdadh, shàbhaileadh tu lùth agus cosgais synthesis catod. Tha dùbhlain a’ toirt a-steach a bhith a’ sgaradh an stuth gnìomhach bho luchd-cruinneachaidh is luchd-ceangail gnàthach, agus a’ dèiligeadh ris an fhìrinn gu bheil stuth ath-chuartaichte na mheasgachadh de cheallan bho dhiofar luchd-saothrachaidh, aoisean, agus ceimigean.
