Įkrovimo ir iškrovimo išjungimo{0}}įtampa yra tiesiogiai susijusi su akumuliatoriaus sauga ir tarnavimo laiku. Jų nustatymas reikalauja pusiausvyros tarp medžiagos savybių ir eksploatavimo sąlygų. Šiame darbe analizuojama įtampos slenksčio projektavimo logika sistemoms, pvz., LFP ir NCM, ir išsamiai aptariamas koordinavimo mechanizmas tarp prisitaikymo prie temperatūros ir daugiapakopės BMS hierarchinės apsaugos.
1. Medžiagų sistemos ir elektrocheminės savybės
Katodo ir anodo medžiagos apibrėžia įtampos langą, nes skirtingi katodų{0}}anodų deriniai turi skirtingus elektrocheminio stabilumo langus. Pavyzdžiai:
Ličio geležies fosfato (LFP) sistema: standartinė įkrovimo išjungimo-įtampa=3.65 V; iškrovos nutraukimo-išjungimo įtampa=2.5 V (aplinkos temperatūra) arba 2,0 V (žema temperatūra).
Trinarės medžiagos (NCM/NCA) sistema: įkrovimo nutraukimo-išjungimo įtampa=4.2 V; išlydžio išjungimo įtampa svyruoja nuo 2,75 V iki 3,0 V.
Ličio titanato (LTO) sistema: įkrovimo išjungimo-įtampa=2.9 V; išlydžio atjungimo-išjungimo įtampa=1.5 V.
Per didelio įkrovimo ir per{0}}iškrovimo rizika
Pernelyg aukšta įkrovimo įtampa sukelia katodo struktūros degradaciją, deguonies išsiskyrimą ir elektrolitų skilimą.
Per žema iškrovimo įtampa sulaužo anodo SEI plėvelę ir sukelia srovės kolektoriaus koroziją.
2. Saugos apsaugos mechanizmai
Hierarchinis apsaugos dizainas (pavyzdžiui, LFP):
Įprasta įkrovimo pabaigos įtampa: 3,65 V - BMS nustoja krauti, kai pasiekiama ši vertė.
Pirminė apsauga nuo per didelio įkrovimo: 3,8 V arba lygus - įkrovimas nutraukiamas priverstinai.
Antrinė apsauga nuo per didelio įkrovimo: didesnė arba lygi 4,0 V - BMS užrakina sistemą, kad išvengtų terminio nutekėjimo.
Įprasta iškrovos pabaigos įtampa: 2,5 V - iškrova nutrūksta, kai pasiekiama ši vertė.
Pirminė apsauga nuo per{0}}iškrovos: 2,0 V arba lygus - iškrovimas nutraukiamas priverstinai.
Antrinė apsauga nuo per{0}}iškrovimo: mažesnė arba lygi 1,8 V - BMS užrakina sistemą ir reikia iš naujo nustatyti rankiniu būdu.
3. Temperatūros prisitaikymas
Reguliavimas žemos{0}}temperatūros aplinkai: iškrovos atjungimo-įtampa krenta, kai temperatūra mažėja. LFP ląstelėms:
Temperatūra T > 0 laipsnis : 2,5 V
Temperatūra T Mažesnė arba lygi 0 laipsnių: 2,0 V Tai apsaugo nuo ankstyvo iškrovimo nutraukimo, kurį sukelia poliarizacija žemoje temperatūroje.
4. Tarnavimo trukmė ir našumo optimizavimas
Poveikis ciklo trukmei
Padidinus įkrovimo atjungimo įtampą{0}} (pvz., pakėlus LFP ribą nuo 3,65 V iki 4,0 V), talpos nykimas pagreitėja.
Per žema išlydžio išjungimo-įtampa (pvz., mažesnė nei 2,85 V LFP) praranda aktyvųjį ličio kiekį ant anodo.
Formavimo procesas
Išankstinio -įkrovimo- išjungimo įtampa turi būti valdoma SEI plėvelės formavimo diapazone (pvz., 2,8–3,0 V), kad būtų išvengta priemaišų sukeltų šalutinių reakcijų.
Išvada
Išjungimo įtampa-nustatyta visapusiškai atsižvelgiant į medžiagos charakteristikas, saugos reikalavimus, ciklo trukmę, prisitaikymą prie temperatūros ir pramonės standartus. Gamintojai tikrina įtampos slenksčius atlikdami elektrocheminius bandymus, o BMS atitinkamai įgyvendina hierarchinę apsaugą, kad garantuotų baterijos veikimą saugiame įtampos lange.
