Dè a th' ann an Overcharging?

Bidh cus cosgais a’ tachairt nuair a gheibh bataraidh sruth dealain nas àirde na a chomas as àirde, ag adhbhrachadh gum bi bholtachd nas àirde na ìrean obrachaidh sàbhailte. Airson bataraidhean lithium-ion-cheallan ath-thagraidh a bheir cumhachd don mhòr-chuid de stuth dealanach le bhith a’ gluasad ions lithium eadar electrodan - bidh cus cosgais a’ tachairt nuair a tha bholtaids a’ dol thairis air 4.2V gach cealla, ag adhbhrachadh togail teas, truailleadh ceimigeach, agus teicheadh teirmeach comasach.

Le bhith a’ tuigsinn dè a th’ ann am bataraidh lithium-ion feumar coimhead air an structar agus an obrachadh bunaiteach aige. Tha bataraidh lithium-ion na inneal stòraidh lùth ath-thagraidh a ghineas sruth dealain le bhith a’ gluasad ions lithium eadar dà electrod - catod (deimhinneach) agus anod (àicheil) tro electrolyte leaghaidh. Tha smachd aig na bataraidhean sin air electronics an latha an-diugh leis gu bheil iad a’ pacadh lùth mòr a-steach do phasganan beaga, aotrom fhad ‘s a tha iad a’ toirt taic do cheudan de chuairtean ath-lìonadh.

Bidh na pàirtean bunaiteach ag obair còmhla ann an dannsa mionaideach. Mar as trice tha an catod a’ toirt a-steach ocsaidean meatailt lithium mar lithium cobalt oxide no lithium iarann phosphate. Tha an anod air a dhèanamh suas de shreathan gualain grafait a ghabhas ions lithium eadar na duilleagan atamach aca. Bidh membran dealachaidh a’ cur casg air conaltradh dìreach eadar electrodan fhad ‘s a tha e a’ ceadachadh gluasad ion. Mar as trice bidh an electrolyte -salann lithium air a leaghadh ann an solventan organach-a’ giùlan ions ach chan e dealanan.

Nuair a bhios iad air an leigeil ma sgaoil, bidh ianan lithium a’ sruthadh bhon anod tron electrolyte chun chatode, fhad ‘s a bhios dealanan a’ siubhal tron chuairt a-muigh a ’toirt cumhachd don inneal agad. Bidh cosgais a’ cur cùl ris a’ phròiseas seo: bidh cumhachd bhon taobh a-muigh a’ gluasad ions air ais chun anod airson an stòradh. Tha an tionndadh seo a' toirt comas do mhìltean de chuairtean sgaoilidh mus tèid an comas a dhol sìos gu mòr.

Tha an siostam eireachdail seo a’ mìneachadh carson a tha teicneòlas lithium-ion a’ toirt cumhachd do gach nì bho fònaichean sgairteil gu carbadan dealain. Tha cuideam atamach aotrom lithium a’ toirt seachad dùmhlachd lùth àrd-mar as trice 150-250 Wh/kg an coimeas ri 30-50 Wh/kg airson bataraidhean searbhag luaidhe. Tha an bholtadh ainmichte de 3.6-3.7V gach cealla a’ ciallachadh gu bheil nas lugha de cheallan a dhìth airson bholtadh sònraichte, a’ lughdachadh cuideam agus iom-fhillteachd.

Ach, tha an aon cheimigeachd seo a tha a’ toirt air bataraidhean lithium-ion cumhachdach cuideachd gam fàgail ann an cunnart cus cosgais.

Bidh bataraidhean lithium-ionan a’ toirt cumhachd don mhòr-chuid de dh’ innealan an latha an-diugh tro ath-bhualaidhean ceimigeach a ghabhas tionndadh a ghluaiseas ions lithium eadar dealanan. Nuair a bhios bataraidh a’ cosg gu h-àbhaisteach, bidh ions lithium a’ siubhal bhon chatod chun an anod agus gan fhighe a-steach don structar grafait. Bidh am pròiseas seo a’ stòradh lùth gu sàbhailte taobh a-staigh crìochan bholtachd dealbhaichte.

Nuair a bhios cus cosgais ann, bidh grunn dhòighean millteach a’ cur an gnìomh. Bidh an sreap bholtachd seachad air 4.2V a’ piobrachadh plating lithium-tasgaidhean lithium meatailteach air uachdar an anod seach a bhith ag eadar-obrachadh gu ceart a-steach don ghrafait. Bidh na tasgaidhean sin a’ cruthachadh structaran coltach ri snàthad ris an canar dendrites a dh’ fhaodas an membran dealachaidh a tholladh eadar electrodan, a’ leantainn gu cuairtean goirid a-staigh.

Tha rannsachadh bho 2024 a’ sealltainn gu bheil cus cosgais a’ luathachadh nuair a thuiteas an teòthachd. Aig -10 ceum, tha an aghaidh a-staigh ag àrdachadh gu mòr, a’ dèanamh crìochan bholtachd nas fhasa a bhriseadh eadhon le sruthan cosgais àbhaisteach. Chlàr aon sgrùdadh bataraidhean air an gearradh aig ìrean 0.2C agus 1C aig teòthachd ìosal, a’ faighinn a-mach gun tug cus cosgais a-steach geàrr-chunntasan a-staigh agus corran cruinneachaidh gnàthach taobh a-staigh seachdainean seach mìosan.

Bidh an catod a’ faighinn eòlas air a phàtran truaillidh fhèin. Bidh cus às-tharraing lithium bho stuthan catod mar lithium cobalt oxide ag adhbhrachadh tuiteam structarail, a ’leigeil a-mach ocsaidean a luathaicheas lobhadh electrolyte. Bidh an cascade seo a’ toirt a-mach teas is gas, ag àrdachadh cuideam a-staigh. Nuair a tha an cuideam nas àirde na mu 500 psi, bidh còmhdach a’ bhataraidh a’ spreadhadh-uaireannan gu spreadhaidh.

Bidh an teòthachd ag èirigh gu mòr rè fàilligeadh overcharge. Tha deuchainnean obair-lann a’ sealltainn teodhachd a’ sreap bho raon obrachaidh àbhaisteach (25-35 ceum) gu còrr air 780 ceum aig àm ruith teirmeach. Tha an gineadh teas a’ tighinn bho ghrunn thùsan: teas Joule bho shruth àrd, ath-bheachdan taobh exothermic san electrolyte, agus losgadh gasaichean a chaidh a leigeil ma sgaoil.

Overcharging

Bidh innleadairean bataraidh a’ comharrachadh ìrean fàilligeadh sònraichte stèidhichte air ceudad staid cosgais.

Ìre 1 (100-120% SOC): Tòisichidh cus cosgais àbhaisteach. Bidh bholtachd ag èirigh gu cunbhalach fhad ‘s a tha an sruth fhathast fo smachd. Bidh strì an taobh a-staigh ag àrdachadh mar a bhios an còmhdach SEI (solid electrolyte interphase) a’ tiormachadh air an anod. Bidh buannachdan teòthachd a’ fuireach meadhanach, mar as trice 5-10 ceum os cionn na h-àrainneachd.

Ìre 2 (120-140% SOC): Bidh plating lithium a 'fàs follaiseach. Bidh lithium meatailteach a’ cruinneachadh air uachdar an anod, ag ithe electrolyte tro ath-bheachdan a ghineas teas is gas. Dh’ fhaodadh am bataraidh àrdachadh beagan mar a bhios cuideam a-staigh a’ togail. Tha tomhasan comais aig an ìre seo a’ sealltainn call maireannach de 10-15%.

Ìre 3 (140-160% SOC): Bidh fàs dendrite a 'luathachadh. Bidh structaran lithium coltach ri snàthad a’ drochaid a’ bheàirn eadar dealanan. Bidh meanbh-ghoirid a' fàs, ag adhbhrachadh teasachadh ionadail. Tha cinneasachadh gas ag àrdachadh gu mòr mar thoradh air oxidation electrolyte agus lobhadh catod. Bidh bholtadh bataraidh a’ fàs mearachdach.

Stage 4 (>160% SOC): Tòisichidh ruith teirmeach. Tha an teòthachd a-staigh nas àirde na 130 ceum, ag adhbhrachadh leaghadh dealaiche. Bidh làn chuairt ghoirid a-staigh a’ tachairt, a’ leigeil ma sgaoil lùth stòraichte gu sgiobalta. Taobh a-staigh diogan, faodaidh an teòthachd leum gu grunn cheudan ceum. Bidh an còmhdach a’ briseadh, a’ fionnarachadh ghasaichean teth agus is dòcha a’ lasadh.

Bidh an adhartas seo ag atharrachadh a rèir ceimigeachd. Bidh bataraidhean lithium fosfáit iarainn (LiFePO4) a’ gabhail ri cus cosgais nas fheàrr na caochlaidhean lithium cobalt oxide mar thoradh air structaran catod nas seasmhaiche. Ach, thèid milleadh a dhèanamh air a h-uile ceimigeachd lithium-ion nuair a bhios cus cosgais orra.

Tha bataraidh ian lithium- gun chuairtean dìon na chunnart mòr. Tha Siostaman Riaghladh Bataraidh (BMS) mar phrìomh dhìon an aghaidh suidheachaidhean cus cosgais tro sgrùdadh leantainneach agus eadar-theachd gnìomhach.

Bidh am BMS a’ cumail sùil air trì paramadairean èiginneach ann an àm fìor: bholtaids cealla (air a thomhas ann am millivolts), sruth sruth (ann an amperes), agus teòthachd (mar as trice aig grunn phuingean thairis air pasgan a’ bhataraidh). Bidh siostaman ùr-nodha a’ samplachadh nan luachan sin ceudan de thursan san diog, a’ dèanamh coimeas eadar leughaidhean agus ìrean sàbhailteachd prògramaichte.

Nuair a thig cealla sam bith faisg air 4.2V-an ìre as àirde airson ceallan ian lithium-bidh am BMS a’ lùghdachadh an t-sruth cosgais gu fèin-obrachail. Bidh an teip seo a’ leudachadh na h-ùine cosgais ach a’ cur casg air bholtachd a dhol thairis air. Ma chumas bholtachd a’ dol suas a dh’ aindeoin an lùghdachaidh a th’ ann an-dràsta, bidh an siostam a’ gearradh cosgais gu tur le bhith a’ fosgladh suidsichean MOSFET anns an t-slighe cuairteachaidh.

Bidh cothromachadh cealla a’ cur ìre dìon eile ris. Is ann ainneamh a bhios ceallan fa leth taobh a-staigh pasgan bataraidh a’ cumail an aon staid cosgais mar thoradh air mion-atharrachaidhean saothrachaidh agus pàtrain cleachdaidh. Bidh am BMS a’ cumail sùil air gach cealla gu neo-eisimeileach agus ag ath-riarachadh cosgais gus casg a chuir air aon chealla bho bhith a’ faighinn cus cosgais fhad ‘s a tha cuid eile air dheireadh. Bidh cothromachadh fulangach a’ sgapadh cus lùth mar theas tro resistors; bidh cothromachadh gnìomhach a’ gluasad lùth eadar ceallan airson èifeachdas nas fheàrr.

Bidh sgrùdadh teothachd a’ toirt air adhart protocolaidhean riaghlaidh teirmeach. Tha a’ mhòr-chuid de bhataraidhean lithium- a’ toirt a-steach ioma-mhothadairean teodhachd suidhichte faisg air ceallan a tha buailteach do theasachadh. Nuair a bhios an teòthachd nas àirde na 45 ceum aig àm cosgais, bidh am BMS an dàrna cuid a’ lughdachadh sruth no a’ gnìomhachadh siostaman fuarachaidh. Os cionn 60 ceum, bidh cosgais a’ stad gu tur gus casg a chuir air ruith teirmeach.

Bidh cargairean snasail a’ co-òrdanachadh le siostaman BMS tro phròtacalan conaltraidh. Bidh an charger a’ faighinn dàta inbhe bataraidh fìor-ùine agus ag atharrachadh a bholtaids toraidh agus sruth a rèir sin. Tha an conaltradh dà-shligheach seo a’ cur casg air suidheachaidhean far a bheil roghainnean charger a’ dol an aghaidh comasan bataraidh.

Tha dàta làraich bho ionadan 2024-2025 a’ sealltainn gu bheil aonadan BMS a tha air an rèiteachadh gu ceart a’ coileanadh ìrean fàilligeadh fo 0.3%-tha sin nas lugha na 3 fàilligidhean gach 1,000 bataraidh. Tha seo a’ riochdachadh leasachadh mòr bho bhataraidhean lithium-ion tràth, aig an robh ìrean fàilligeadh timcheall air 1 ann an 10 millean nuair a chaidh an cleachdadh gu ceart ach ìrean mòran nas àirde nuair a dh’ fhàillig dìon.

Bidh comharran corporra a’ nochdadh nuair a bhios bataraidhean a’ faighinn cus cosgais, ged a tha cuid de mhilleadh fhathast do-fhaicsinneach gus an tèid deuchainn coileanaidh a dhèanamh.

Is e swelling an comharra as follaisiche. Bidh bataraidhean le cus cosgais a’ leasachadh bulges mar a bhios cuideam gas a-staigh a’ dèanamh dì-dhealbhadh air a’ chòmhdach. Tha ceallan pouch ian lithium-a’ sealltainn seo gu soilleir, a’ leudachadh mar chluasagan. Faodaidh ceallan siolandair sèid nach eil cho follaiseach a nochdadh, ach tha tomhas faiceallach a’ nochdadh barrachd trast-thomhas.

Tha cus teas rè no às deidh cosgais chomharran duilgheadasan. Bidh bataraidh a tha ag obair gu ceart a’ gineadh beagan blàths - mar as trice 5-9 ceum F os cionn na h-àrainneachd aig àm cosgais àbhaisteach. Bidh an teòthachd gu math nas àirde na seo, gu sònraichte ma tha am bataraidh a’ faireachdainn teth airson suathadh grunn mhionaidean às deidh dha an charger a dhì-cheangal, comharraich cus cosgais no milleadh a-staigh.

Bidh crìonadh comas a’ nochdadh mean air mhean. Bidh bataraidhean le cus cosgais a-rithist a’ cumail nas lugha de chosgais thar ùine. Dh’ fhaodadh inneal a mhair 8 uairean roimhe seo eadar cosgaisean tuiteam gu 5-6 uairean às deidh cus cosgais leantainneach. Faodaidh aplacaidean sgrùdaidh bataraidh sùil a chumail air a’ chrìonadh seo le bhith a’ dèanamh coimeas eadar comas gnàthach agus comas dealbhaidh.

Bidh tomhas bholtachd a’ toirt seachad fiosrachadh breithneachaidh. A’ cleachdadh multimeter, thoir sùil air bholtadh bataraidh às deidh don inneal fois a ghabhail airson grunn uairean a thìde (chan ann dìreach às deidh cosgais no sgaoileadh, oir bidh leughaidhean mearachdach). Tha leughaidhean bholtaids àrd gu cunbhalach-os cionn 4.2V gach cealla airson lithium àbhaisteach-ion-a’ dearbhadh gu bheil cus cosgais ann.

Bidh aodion a’ nochdadh ann an cùisean cruaidh. Tha fuigheall pùdar geal timcheall air cinn-uidhe no sileadh leaghan bho chòmhdach a’ bhataraidh a’ comharrachadh teicheadh electrolyte. Tha seo cunnartach; Ann an electrolytes bataraidh lithium tha todhar puinnseanta agus lasanta. Cha bu chòir bataraidhean sgaoilte a chleachdadh.

Bidh fàilidhean a’ toirt rabhadh mu bhriseadh ceimigeach. Tha fàileadh ceimigeach coltach ri sulbhur no milis bho bhataraidh, gu sònraichte aig àm no às deidh cosgais, a’ nochdadh lobhadh electrolyte bho bhith a’ teasachadh cus. Bidh an fhàileadh seo gu tric air thoiseach air fàilligidhean nas miosa.

Tha neo-chunbhalachd coileanaidh a’ nochdadh mì-chothromachadh cealla. Ma thèid inneal sìos gun dùil a dh ’aindeoin a bhith a’ sealltainn cosgais 30-40% air fhàgail, dh ’fhaodadh cuid de cheallan sa phasgan bataraidh a bhith air am milleadh bho bhith a’ faighinn cus cosgais fhad ‘s a chumas cuid eile an comas.

Overcharging

Bidh ro-innleachdan casg ag atharrachadh a rèir cleachdadh, bho electronics luchd-cleachdaidh beag gu-stòradh lùth mòr.

Fònaichean sgairteil agus coimpiutairean-glùine: Bidh innealan ùr-nodha a’ toirt a-steach riaghladh cumhachd sòlaimte a chuireas casg gu teicnigeach air fìor chìsean. Bidh an cuairteachadh cosgais a’ stad sruth sruth aig comas 100%. Ach, le bhith a’ cumail innealan air am plugadh a-steach bidh sin an-còmhnaidh a’ cruthachadh cearcallan cosgais beag- meudan beaga de chumhachd ag ath-lìonadh sgaoileadh a tha a’ tachairt gu nàdarra, ag adhbhrachadh meanbh-chuairtean. Ged nach eil e a’ togail cus cosgais gu teicnigeach, bidh seo a’ gineadh teas agus a’ cur cuideam air a’ bhataraidh. Tha an cleachdadh as fheàrr a’ toirt a-steach a bhith a’ dì-phlugachadh nuair a bhios iad làn chosgais no a’ cleachdadh feartan cosgais atharrachail a tha rim faighinn ann an innealan nas ùire a dh’ ionnsaich pàtrain cleachdaidh agus a chuireas dàil air cosgais iomlan gus am bi feum air.

Carbadan Dealain: Bidh EVs a’ cleachdadh siostaman BMS adhartach a’ stiùireadh ceudan de cheallan. Bidh na siostaman sin a’ cleachdadh iomadh sreathan dìon: sgrùdadh ìre cealla, riaghladh teirmeach tro fhuarachadh leaghan, agus crìochan cosgais èignichte le bathar-bog. Leigidh mòran EVs le sealbhadairean ìrean cosgais as àirde a shuidheachadh-80% no 90% seach 100% - airson cleachdadh làitheil, a’ glèidheadh làn chosgaisean airson tursan fada. Bidh seo a’ lughdachadh cuideam bho stàitean bholtachd àrd. Bidh cosgais aig ìrean nas ìsle (Ìre 1 no Ìre 2) seach cosgais luath DC cuideachd a’ lughdachadh cunnart cus cosgais le bhith a’ ceadachadh riaghladh teirmeach nas fheàrr.

Innealan Cumhachd agus Innealan Cur-seachad: Feumaidh bataraidhean lithium polymer a tha cumanta ann an carbadan RC, drones, agus innealan gun sreang sgrùdadh faiceallach. Cleachd cargairean a chaidh an dealbhadh gu sònraichte airson ceimigeachd bataraidh agus cunntadh cealla. Bidh cosgais cothromachaidh a’ dèanamh cinnteach gun ruig a h-uile cealla an aon bholtadh. Na fàg na bataraidhean sin gu bràth air cargairean gun stiùireadh airson amannan fada. Bidh stòradh aig 3.7-3.8V gach cealla (timcheall air cosgais 40-50%) an àite a bhith làn chosgais a’ lughdachadh truailleadh fad-ùine.

Stòradh Cumhachd Ath-nuadhachail: Feumaidh siostaman bataraidh dachaigh a tha a’ rothaireachd gach latha bho phannalan grèine dìon làidir BMS agus rèiteachadh rianadair cosgais ceart. Feumaidh an rianadair cosgais a bhith a rèir mion-chomharrachadh ceimigeachd bataraidh. Airson bataraidhean LiFePO4, mar as trice tha seo a’ ciallachadh 14.4- 14.6V airson siostaman ainmichte 12V. Bidh prògramadh bholtadh fleòdraidh gu ceart - mar as trice 13.4-13.6V airson LiFePO4 - a ’cur casg air cosgais leantainneach às deidh don bataraidh ruighinn comas.

Iarrtasan mara agus RV: Gu h-eachdraidheil bha smachd aig bataraidhean luaidhe air na h-aplacaidean seo ach tha uchd-mhacachd lithium-ionan a’ dol am meud. Nuair a thathar ag ath-shuidheachadh bataraidhean lithium ann an siostaman a tha air an dealbhadh airson searbhag luaidhe, feumar an siostam cosgais ath-dhealbhadh. Cuiridh bholtaids cosgais luaidhe (14.8V no nas àirde) cus cosgais air a’ mhòr-chuid de cheimigean lithium. Le bhith a' stàladh charger no inneal-tionndaidh lithium, cuiridh sin casg air milleadh.

Uidheam gnìomhachais agus taigh-bathair: Bidh forklifts agus uidheamachd gnìomhachais eile a’ sìor fhàs a’ cleachdadh bataraidhean lithium-ion airson an comasan cosgais luath agus beatha rothaireachd nas fhaide. Tha na h-ionadan seo a’ faighinn buannachd bho sheiseanan cosgais goirid aig amannan fois seach làn chosgaisean thar oidhche. Feumaidh am BMS taic a thoirt don phàtran cleachdaidh seo gun a bhith a’ cruinneachadh milleadh bho chuairtean cosgais neo-choileanta no casg a chuir air cus cosgais rè ùine downt leudaichte.

Tha cosgais an eisimeil teodhachd a’ cur sofaisticeachd ri siostaman casg. Cha bu chòir bataraidhean lithium-ionan cosgais nas ìsle na 0 ceum (32 ceum F) oir tha seo a’ brosnachadh plating lithium eadhon aig bholtaids àbhaisteach. Bidh siostaman càileachd BMS a’ cur casg air cosgais fon ìre seo agus dh’ fhaodadh iad blàthachadh cealla a chomasachadh mus leig iad le sruth sruth.

Bidh mì-ghnàthachadh charger a’ cruthachadh cus chunnartan a dh’ aindeoin dìonan bataraidh. Bidh tuigse air modhan fàilligeadh a’ cuideachadh le bhith ag aithneachadh suidheachaidhean cunnartach mus tachair milleadh.

Tha fàiligeadh ann an riaghladh bholtaids air mullach an liosta de dhuilgheadasan charger. Bidh chargers a’ cleachdadh riaghladairean bholtachd gus toradh seasmhach a chumail suas. Nuair a dh’fhailicheas na co-phàirtean seo-gu tric bho aois, cuideam teas, no àrdachadh cumhachd-faodaidh bholtadh toraidh sreap fada os cionn an t-sònrachadh. Dh’ fhaodadh charger le ìre 4.2V 5V no nas àirde a lìbhrigeadh, cuairtean dìon bataraidh uamhasach.

Bidh cùisean riaghlaidh gnàthach a’ cruthachadh shuidheachaidhean nas slaodaiche ach a cheart cho millteach. Bidh chargers a tha air an dealbhadh gus sruth a chaolachadh fhad ‘s a bhios bataraidhean a’ dlùthachadh ri làn chosgais uaireannan a’ fàiligeadh ann am modh gnàthach -, a’ leantainn air adhart a’ putadh amperage as àirde eadhon aig bholtaids àrd. Bidh seo a’ toirt cus lùth a-steach don bhataraidh, a’ gineadh teas is cuideam.

Bidh luchd-tarraing coitcheann no meallta nan cunnart sònraichte. Dh’ fhaodadh dìth chuairtean riaghlaidh ceart aig na toraidhean sin, co-phàirtean fo-inbhe a chleachdadh, no lochdan dealbhaidh a bhith aca. Bidh deuchainnean le buidhnean sàbhailteachd luchd-cleachdaidh gu cunbhalach a’ lorg chargers saor nas àirde na bholtadh sàbhailte agus sònrachaidhean gnàthach. Bidh na sàbhalaidhean cosgais a’ dol à sealladh nuair a bhios iad a’ sgrios bataraidh no a’ cruthachadh cunnartan teine.

Bidh cargairean neo-fhreagarrach a’ milleadh bataraidhean tro bholtaids agus mì-chothromachadh gnàthach. Le bhith a’ cleachdadh charger fòn 5V air inneal 3.7V, no charger a chaidh a dhealbhadh airson bataraidhean stèidhichte air nicil air ceallan ian lithium, tha sin cinnteach gum bi duilgheadasan ann. Dèan cinnteach an-còmhnaidh gu bheil mion-chomharrachadh charger a rèir riatanasan bataraidh.

Faodaidh milleadh corporra air cargairean bho boinneagan, nochdadh uisge, no cùisean càball feartan dealain atharrachadh. Bidh càbaill briste a’ cruthachadh strì a dh’ atharraicheas giùlan cosgais. Faodaidh milleadh uisge cuairtean goirid adhbhrachadh taobh a-staigh a ’charger, a’ leantainn gu toradh neo-riaghlaidh.

Tha staitistig bho sgrùdaidhean sàbhailteachd toraidh a’ sealltainn tachartasan co-cheangailte ri charger ag adhbhrachadh timcheall air 25% de dh’ fhàilligidhean bataraidh ian lithium. Bidh taghadh ceart charger, sgrùdadh bho àm gu àm airson milleadh, agus ath-nuadhachadh aonadan a tha a ’fàs nas sine a’ lughdachadh cunnart cus cosgais gu mòr.

Chan eil a h-uile bataraidh lithium-ion a’ freagairt gu co-ionann ri cus cosgais. Bidh ceimigeachd a’ dearbhadh ìrean fulangas agus modhan fàilligeadh.

Lithium Cobalt Oxide (LCO): Mar as trice ann am fònaichean sgairteil agus coimpiutairean-uchd, tha LCO a’ tabhann dùmhlachd lùth àrd ach fulangas cus cosgais. Bidh an catod gu math neo-sheasmhach os cionn 4.2V, a 'leigeil a-mach ocsaidean a bhios a' dèiligeadh gu brùideil leis an electrolyte. Feumaidh bataraidhean LCO crìochan teann bholtachd agus dìon làidir BMS. Bidh cus cosgais le eadhon 0.1V a’ luathachadh truailleadh gu follaiseach.

Fosfáit Iarainn Lithium (LiFePO4): Aithnichte airson sàbhailteachd, bidh LiFePO4 a ’làimhseachadh cus cosgais nas fheàrr na ceimigean eile air sgàth structar catod fosfáit iarainn seasmhach. Tha an àrdchlàr bholtachd nas ìsle (3.65V gach cealla) agus nas còmhnairde, a’ fàgail cus cosgais cho dualtach. Fiù ‘s nuair a thèid cus cosgais a dhèanamh, bidh LiFePO4 a’ toirt a-mach nas lugha de theas is gas. Ach, tha cus cosgais fhathast ag adhbhrachadh call comas maireannach agus beatha rothaireachd nas giorra. Bidh barrachd strì a-staigh bho bhith a’ cur cus cosgais a’ cruinneachadh thar ùine, mu dheireadh a’ fàgail nach gabh na ceallan a chleachdadh.

Lithium Nickel Manganese Cobalt Oxide (NMC): Air a chleachdadh gu farsaing ann an carbadan dealain, bidh NMC a ’cothromachadh dùmhlachd lùtha le seasmhachd reusanta. Mar as trice bidh an bholtadh as àirde a’ ruighinn 4.2V gach cealla. Tha NMC a’ gabhail ri cus cosgais nas fheàrr na LCO ach nas miosa na LiFePO4. Tha an ìre fèin-teasachaidh rè cus cosgais nas ìsle na an LCO, a’ toirt beagan a bharrachd ùine do shiostaman dìon freagairt mus ruith teas iad.

Lithium Manganese Oxide (LMO): Bidh innealan cumhachd agus innealan meidigeach a 'cleachdadh LMO airson a ìrean sgaoilidh àrd agus seasmhachd teirmeach. Tha an structar spinel trì-thaobhach a’ ceadachadh gluasad ion lithium nas luaithe ach a’ cuingealachadh beatha rothaireachd eadhon fo chumhachan àbhaisteach. Bidh cus cosgais a’ luathachadh an lùghdachadh ann an comas a th’ ann mar-thà, mar as trice a’ lughdachadh beatha fheumail bho 700 gu 300-400 cearcall.

Lithium Nickel Cobalt Aluminium Oxide (NCA): Bidh Tesla agus prìomh EVs eile a’ cleachdadh NCA airson dùmhlachd lùtha air leth. Ach, tha NCA am measg nan ceimigean as seasmhaiche nuair a tha cus cosgais orra. Tha an t-susbaint àrd nicil a’ fàgail an catod ath-ghnìomhach aig bholtaids àrdaichte. Tha an ceimigeachd seo ag iarraidh riaghladh teirmeach sòlaimte agus smachd bholtachd mionaideach.

Tha rannsachadh o chionn ghoirid air cus cosgais bho àm gu àm-far a bheil bataraidhean uaireannan a’ cosg nas fhaide na crìochan seach a bhith an-còmhnaidh-a’ nochdadh milleadh cruinnichte thar gach ceimigeachd. Bidh eadhon tachartasan tar-chuir goirid ag adhbhrachadh atharrachaidhean structarail microscopach: sgàineadh gràinean catod, sgaoileadh meatailt gluasaid, agus tasgaidhean uachdar anod. Bidh ioma-phrògraman a’ cur ris na buaidhean sin, a’ mìneachadh carson a bhios bataraidhean a bhios uaireannan a’ faighinn cus cosgais a’ dol sìos nas luaithe na tha pàtrain cleachdaidh a-mhàin a’ ro-innse.

Overcharging

Bidh teòthachd a’ toirt buaidh mhòr air an dà chuid an coltas gun tèid cus cosgais a dhèanamh agus cho dona sa tha builean. Bidh àrainneachdan fuar is teth a’ cruthachadh dhùbhlain eadar-dhealaichte.

Bidh teodhachd ìosal a’ meudachadh cunnart cus cosgais tro bhith a’ strì nas àirde a-staigh. Aig -10 ceum, faodaidh strì bataraidh lithium-ion dùblachadh no trì uimhir an taca ri teòthachd an t-seòmair. Tha an strì àrd seo ag adhbhrachadh gum bi bholtachd ag èirigh nas luaithe nuair a bhios tu a’ cur cosgais airson an aon chur-a-steach gnàthach. Faodaidh luchd-gleidhidh a bhith a’ cumail sùil air bholtadh bataraidh a-mhàin bholtadh àrd a mhìneachadh mar bhith faisg air làn chosgais, ach tha seo a’ nochdadh strì a-staigh seach an fhìor staid cosgais. Bidh cosgais leantainneach an uairsin a’ cur cus cosgais air a’ bhataraidh.

Bidh aimsir fhuar cuideachd a’ brosnachadh plating lithium aig ìrean cus cosgais nas ìsle na suidheachaidhean blàth. Mar as trice feumaidh ions lithium an anod a ruighinn agus cuir a-steach eadar sreathan grafait. Bidh teòthachd fuar a 'slaodadh a' phròiseas eadar-cheangail seo. Bidh ions a’ càrnadh air uachdar an anod an àite sin, a’ cruthachadh tasgaidhean meatailteach. Faodaidh an plating seo tòiseachadh aig bholtaids nas ìsle na an fheadhainn a thathas a’ beachdachadh air cus cosgais aig teòthachd an t-seòmair.

Lorg sgrùdaidhean bho 2024 a’ sgrùdadh cheallan LFP aig -10 ceum gun robh cus cosgais gu 4.0-4.8V ag adhbhrachadh truailleadh luath. Thuit comas 30-40% às deidh dìreach 50 cearcall cosgais, an coimeas ri call 5-10% airson obrachadh teòthachd an t-seòmair. Lùghdaich a’ chrìoch spreadhaidh as ìsle (LEL) de ghasaichean ruith teirmeach cuideachd, a’ ciallachadh nas lugha de thogail gas a dh’ fheumar airson suidheachaidhean spreadhaidh.

Bidh teodhachd àrd a’ cruthachadh an duilgheadas eile-bidh iad a’ lughdachadh na h-ùine eadar lorg cus cosgais agus ruith teirmeach. Bidh teas a 'luathachadh a h-uile ath-bhualadh ceimigeach anns a' bhataraidh. Faodaidh bataraidh le cus cosgais aig 40 ceum ruith teirmeach a ruighinn taobh a-staigh mionaidean, agus dh’ fhaodadh an aon cus cosgais aig 20 ceum 30 mionaid a thoirt. Tha an uinneag freagairt giorraichte seo a 'lùghdachadh èifeachdas siostaman dìon.

Bidh teas àrainneachdail a 'cur ri teas a tha air a chruthachadh a-staigh bho bhith a' cur cus cosgais, a 'cruthachadh lùb fios-air-ais. Bidh cosgais bataraidh ann an càr teth (teòthachd a-staigh 60 ceum) a’ tòiseachadh aig teòthachd àrd. Bidh cus cosgais a’ gineadh teas a bharrachd. Bidh an cothlamadh a’ putadh teòthachd gu raointean cunnartach nas luaithe na aon fhactar a-mhàin.

Tha atharrachadh ràitheil ann an tachartasan bataraidh a’ nochdadh a’ bhuaidh teòthachd seo. Bidh roinnean teine ag aithris air barrachd theintean bataraidh lithium- tro mhìosan an t-samhraidh, le cus cosgais agus teòthachd àrd àrainneachd a’ cruthachadh measgachadh cunnartach. Mar an ceudna, tha an geamhradh a’ toirt barrachd chùisean co-cheangailte ri cosgais leis gu bheil bataraidhean fuar a’ faighinn trioblaidean an aghaidh a-staigh.

Bidh an teòthachd cosgais as fheàrr airson bataraidhean lithium-ion a’ tuiteam eadar 10-30 ceum. Taobh a-muigh an raoin seo, bu chòir ìrean cosgais a dhol sìos gus dìoladh airson buaidhean teòthachd. Tha siostaman BMS adhartach a’ toirt a-steach algorithms dìolaidh teothachd a bhios ag atharrachadh crìochan cosgais stèidhichte air teòthachd bataraidh, a’ cur casg air cus cosgais co-cheangailte ri teòthachd.

Tha am facal “cus cosgais” a’ leudachadh nas fhaide na bataraidhean gu raointean eaconamach is laghail, far a bheil e ag innse mu bhith a’ togail cus phrìsean no a’ cur casaidean eucorach ris nach eil còir.

Ann an gnothaichean gnìomhachais, tha cus cosgais a’ ciallachadh gum feum thu pàigheadh nas àirde na prìsean aontaichte no reusanta. Tha cunnradair a tha a' pàigheadh $5,000 airson obair a chaidh aontachadh aig $3,500 a' gealltainn cus cosgais. San aon dòigh, tha taighean-bìdh a’ cur nithean ri bilean nach deach òrdachadh no a’ tomhas àireamhan ceàrr gu ceàrr mar chosgaisean cus. Tha litreachas eaconamach ga mhìneachadh gu sònraichte mar an eadar-dhealachadh prìsean eadar prìsean margaidh connspaideach agus prìsean slat-tomhais farpaiseach.

Bidh laghan dìon luchd-cleachdaidh ann an iomadh uachdranas a’ dèiligeadh ri cus chosgaisean malairteach. Lorg gnìomhachasan gu riaghailteach a’ cur cus cosgais an-aghaidh peanasan, riatanasan ath-dhìoladh, agus cosgaisean eucorach a dh’ fhaodadh a bhith ann airson foill. Tha cho dona 'sa tha e an urra ri rùn-tha mearachdan ann an cunntasan bho àm gu àm a' faighinn nas lugha de pheanas na sgeamaichean a dh'aona ghnothaich gus cus phàighidhean a tharraing.

Taobh a-staigh siostaman laghail, tha cus chosgais casaid a’ toirt cunntas air a bhith a’ faidhleadh chosgaisean nas miosa na tha fianais a’ toirt taic. Dh’ fhaodadh luchd-casaid casaid a thogail mun dàrna-murt ìre nuair a tha fianais a’ nochdadh dìreach murt, a’ stèidheachadh suidheachadh barganachaidh làidir airson tagradh. Bidh luchd-lagha dìon a’ dèanamh eadar-dhealachadh eadar cus cosgais còmhnard (ag iomadachadh chasaidean gu mì-reusanta) agus cus cosgais dìreach (cosgaisean aig ìrean neo-iomchaidh àrd). Ged a tha cùirtean a’ dì-mhisneachadh a’ chleachdaidh seo, tha inbhean adhbharan a dh’ fhaodadh a bhith ga dhèanamh duilich a bhith a’ cur às do chùisean le cus cosgais.

Tha cuspair cumanta aig na cleachdaidhean neo-bhataraidh seo de “overcharges” le bhith a’ cur cus cosgais air bataraidh: cruthaichidh seo duilgheadasan le bhith a’ dol thairis air crìochan ceart. Dìreach mar a bhios cus bholtachd a’ milleadh bataraidhean, bidh cus chosgaisean ann am malairt no lagh a’ cruthachadh shuidheachaidhean mì-chothromach a dh’ fheumas eadar-theachd.

Tha fònaichean sgairteil an latha an-diugh air-dìonan a chuir a-steach gus stad a chuir air cosgais aig comas 100%, a’ cur casg air cus cosgais traidiseanta. Ach, le bhith a’ cumail fònaichean glaiste a-steach gu leantainneach ag adhbhrachadh cuairtean cosgais trom a ghineas teas agus a chuireas cuideam air a’ bhataraidh thar ùine. Bidh an teas seo mean air mhean a’ lughdachadh beatha bataraidh. Le bhith a’ dì-phlugadh nuair a bhios tu fo làn chosgais no a’ cleachdadh feartan cosgais atharrachail a’ toirt slàinte bataraidh nas fheàrr.

Bidh ceallan ion lithium- àbhaisteach a’ cur cus cosgais nuair a tha an bholtadh nas àirde na 4.2V gach cealla. Airson bataraidh laptop 3-cealla, tha seo a’ ciallachadh bholtaids os cionn 12.6V a’ comharrachadh cus cosgais. Tha crìochan nas ìsle aig bataraidhean fosfáit iarann litium (LiFePO4), mar as trice 3.65V gach cealla. Le bhith a’ sgrùdadh bholtachd feumaidh am bataraidh fois a ghabhail airson grunn uairean a thìde gus leughaidhean ceart fhaighinn, leis gu bheil bholtaids a’ snìomh rè ùine fhad ‘s a bhios iad a’ cur cosgais no a’ sgaoileadh.

Tha an ùine fàiligeadh an urra ri cho dona sa tha cus cosgais agus ceimigeachd bataraidh. Faodaidh cus cosgais a bhith ag adhbhrachadh ruith teirmeach taobh a-staigh mionaidean gu uairean. Bidh cus cosgais tlàth cronail a’ lughdachadh comas thairis air seachdainean gu mìosan, leis a’ bhataraidh a’ sealltainn call comas 20-30% às deidh 50-100 cearcall an taca ri obrachadh àbhaisteach. Mar as trice cha bhith bataraidhean le siostaman dìon gnìomh a’ fàiligeadh gu tubaisteach ach a’ call coileanadh mean air mhean.

Bidh cus cosgais ag adhbhrachadh milleadh maireannach air stuthan bataraidh nach gabh a thionndadh air ais. Bidh mìrean catode a’ sgàineadh, tha plating lithium fhathast air anodes, agus tha lobhadh electrolyte do-sheachanta. Ged a chuireas stad air cus cosgais a’ cur casg air milleadh a bharrachd, chan urrainnear comas a chaidh a chall roimhe seo a thoirt air ais. Bu chòir bataraidhean le cus cosgais a tha a’ sealltainn sèid, aodion, no comas nas ìsle na 60% den stuth tùsail a chuir nan àite seach a bhith a’ feuchainn ri càradh.

Tha slàinte is sàbhailteachd bataraidh an urra ri cleachdaidhean cosgais ceart. Cuidichidh a bhith a’ tuigsinn uidheamachdan cus cosgais gus casg a chuir air milleadh ge bith a bheil thu a’ cur cosgais air fòn cliste thar oidhche no a’ riaghladh carbad dealain. Tha siostaman dìon air a thighinn air adhart gu mòr, a’ fàgail fàilligidhean tubaisteach tearc nuair a bhios uidheamachd ag obair gu ceart. Bidh sgrùdadh cunbhalach air cargairean agus bataraidhean, cleachdaidhean stòraidh ceart, agus aire do shuidheachadh teòthachd a’ cumail coileanadh bataraidh thar na beatha a tha iad an dùil.

Tha mean-fhàs de cheimigeachd bataraidh a’ leantainn gu cumaidhean nas sàbhailte. Bidh bataraidhean stàite solid a tha gan leasachadh an-dràsta a’ gealltainn cus cosgais an aghaidh le bhith a’ cur stuthan cruaidh seasmhach an àite electrolytes lasanta. Gus am bi na teicneòlasan sin aibidh, bidh na siostaman dìon a th’ ann mar-thà còmhla ri cleachdaidhean cleachdaiche fiosraichte a’ toirt seachad sàbhailteachd earbsach dha na billeanan de bhataraidh lithium-ion a thathas a’ cleachdadh gach latha.