Die Alterung von Lithiumbatterien ist ein langfristiger, allmählicher Prozess, und der Zustand der Batterie wird durch verschiedene Faktoren wie Temperatur, Stromstärke und Abschaltspannung beeinflusst. Derzeit wurden einige Erfolge in der Forschung und Modellanalyse des Batteriezustands erzielt. Zu den damit verbundenen Forschungsarbeiten gehören Batteriedegradationsmechanismen und Alterungsfaktoranalysen, Batteriezustandsmanagement, Überwachung und Schätzung des Batteriestatus, Vorhersage der Batterielebensdauer usw.
Es fehlt jedoch immer noch an einer relativ vollständigen Zusammenfassung und Überprüfung der Gesundheitszustandsbewertung von Lithiumbatterien. In diesem Artikel werden systematisch der Forschungsstand und der Fortschritt des Batterie-Gesundheitszustands unter fünf Gesichtspunkten vorgestellt: Definition, Einflussfaktoren, Bewertungsmodell, Forschungsschwierigkeiten und Forschungsbedeutung des Batterie-Gesundheitszustands.
1. Definition des Batteriezustands
Der Batterie-SOH charakterisiert die Fähigkeit der aktuellen Batterie, elektrische Energie im Vergleich zur neuen Batterie zu speichern, und stellt den Zustand der Batterie vom Beginn ihrer Lebensdauer bis zum Ende ihrer Lebensdauer in Form eines Prozentsatzes dar. Es gibt viele Leistungsindikatoren für Batterien. Es gibt viele Definitionen von SOH im In- und Ausland, es besteht jedoch ein Mangel an Einheitlichkeit im Konzept. Derzeit spiegelt sich die Definition von SOH hauptsächlich in mehreren Aspekten wie Kapazität, Elektrizität, Innenwiderstand, Zykluszeiten und Spitzenleistung wider.
1 Kapazitätsdefinition SOH
Es gibt die meisten Literaturstellen zur Definition von SOH durch Batteriekapazitätsabfall, und die Definition von SOH lautet wie folgt: In der Formel: „Caged“ ist die aktuelle Kapazität der Batterie; Crated ist die Nennkapazität der Batterie.
2 Elektrizitätsdefinition SOH
Die Definition von SOH für den Stromverbrauch ähnelt der Definition von Kapazität, da die Nennkapazität der Batterie die tatsächliche effektive Kapazität und die maximale Kapazität aufweist und die tatsächliche Kapazität der Batterie etwas von der Nennkapazität abweicht, wie in einigen Literaturstellen definiert SOH aus Sicht der Batterieentladekapazität.
3 Innenwiderstand definiert SOH
Der Anstieg des Innenwiderstands der Batterie ist ein wichtiges Anzeichen für die Alterung der Batterie und auch der Grund für die weitere Alterung der Batterie. Viele Literaturstellen verwenden den internen Widerstand, um den SOH zu definieren.
4 Die Anzahl der verbleibenden Zyklen definiert SOH
Neben der Verwendung von Batterieleistungsindikatoren wie Kapazität und Innenwiderstand zur Definition des SOH gibt es auch Literatur, die den SOH der Batterie anhand der Anzahl der verbleibenden Zyklen der Batterie definiert
Die SOH-Definitionen der oben genannten vier Batterietypen sind in der Literatur relativ häufig. Die Definition von Kapazität und Elektrizität ist sehr gut anwendbar, aber die Kapazität ist die äußere Leistung der Batterie, während die Definition von Innenwiderstand und verbleibenden Zeiten nicht gut anwendbar ist. Der Innenwiderstand hängt vom Ladezustand und der Temperatur ab und ist nicht einfach zu messen. Die Anzahl der verbleibenden Zyklen und die Gesamtzahl der Zyklen sind nicht einfach zu messen. lässt sich nicht genau vorhersagen.
2. Faktoren, die den Gesundheitszustand von Lithiumbatterien beeinflussen
In den letzten Jahren haben sich viele in- und ausländische Literaturstellen mit dem Alterungsmechanismus und dem Gesetz von Lithiumbatterien befasst. Es wird allgemein angenommen, dass die Ablagerung von Lithiumionen, die Verdickung des SEI-Films und der Verlust aktiver Materialien die Hauptgründe für die Alterung und den Kapazitätsabfall der Batterie sind. Der Missbrauch von Lithiumbatterien beschleunigt die Alterung der Batterie, und das normale Laden und Entladen von Batterien beeinträchtigt auch den Zustand der Batterie und beschleunigt die Alterung der Batterie.
1 Einfluss der Temperatur auf den SOH der Batterie
Die Temperatur gilt im Allgemeinen als der Hauptfaktor, der sich auf den Zustand der Batterie auswirkt. Die Temperatur hat einen doppelten Einfluss auf die Leistung der Batterie. Einerseits beschleunigen hohe Temperaturen die chemische Reaktion im Inneren der Batterie und verbessern die Effizienz und Leistung der Batterie. Gleichzeitig beschleunigen hohe Temperaturen auch einige irreversible chemische Reaktionen. Die Reaktion führt zu einer Verringerung des aktiven Materials der Batterie, was zu einer Alterung und einem Kapazitätsabfall der Batterie führt. Experimentelle Daten zeigen, dass hohe Temperaturen das Wachstum des SEI-Films der Batterieelektrode beschleunigen und die Schwierigkeit für Lithiumionen, den SEI-Film zu durchdringen, zunimmt, was einer Erhöhung des Innenwiderstands der Batterie entspricht.
2 Einfluss der Lade- und Entladestromrate auf den Batterie-SOH
Die Lade- und Entladerate beeinflusst die Lebensdauer der Batterie. Der Akku Sony 18650 wurde 300 Zyklen lang mit drei verschiedenen Entladeraten getestet. Gleichzeitig wird durch eine schnelle Entladung mehr Wärme im Inneren der Batterie erzeugt, was die Alterung der Batterie beschleunigt. Unter dem Elektronenmikroskop wird beobachtet, dass der SEI-Film auf der Elektrodenoberfläche der Batterie mit hoher Entladung dicker ist als der der Batterie mit niedriger Entladung.
3 Einfluss der Entladetiefe auf den Batterie-SOH
Die Lade- und Entladetiefe der Batterie hat Auswirkungen auf den Zustand und die Alterung der Batterie. Es wird davon ausgegangen, dass die Batterie die gesamte Übertragungsenergie angesammelt hat, und die Analyse des Kapazitätsabfalls und der Alterung der Batterie wird auf der Grundlage der gesamten Übertragungsenergie durchgeführt. Gao Fei et al. Analysierte die Beziehung zwischen der akkumulierten Übertragungsenergie der Batterie und dem Kapazitätsabfall der Batterie durch Zyklustests mit unterschiedlichen Entladungstiefen von Lithiumbatterien und kam zu dem Schluss, dass die akkumulierte Übertragungsenergie der Batterie sinkt, bevor die Batteriekapazität auf 85 % abfällt in der Tiefenladung und Tiefentladung und die Batteriekapazität nimmt ab. Die beiden Modi des flachen Ladens und flachen Entladens sind grundsätzlich gleich. Wenn die Batteriekapazität auf 85 % bis 75 % abfällt, sind die kumulierte Übertragungsenergie und die Energieeffizienz der Batterie besser als im flachen Lade- und flachen Entlademodus.
4 Einfluss des Zyklusintervalls auf den Batterie-SOH
Das Intervall des Lade- und Entladezyklus der Batterie wirkt sich auch auf den Alterungsprozess der Batterie aus. Der Innenwiderstand des Lade-Entlade-Akkus ist je nach Zyklusintervall unterschiedlich. Daher unterscheiden sich die Batteriewärme und die Reaktion während des Zyklus geringfügig, was sich auf lange Sicht auf den Zustand und die Alterung der Batterie auswirkt. Daher gehen einige Experten davon aus, dass der SOC-Bereich der Batterie 20 bis 80 % beträgt, was sich positiv auf die Gesundheit und Lebensdauer der Batterie auswirkt.
5 Einfluss der Lade-Entlade-Abschaltspannung auf den Batterie-SOH
Überladung und Tiefentladung des Akkus wirken sich auf den Zustand des Akkus aus, und ungeeignete obere und untere Spannungsgrenzen wirken sich negativ auf den Akku aus. Je niedriger die Entlade-Abschaltspannung, desto größer ist der Innenwiderstand der Batterie, was zu einer inneren Erwärmung der Batterie, erhöhten Nebenreaktionen, einer Verringerung der aktiven Materialien der Batterie und einem Zusammenbruch der negativen Graphitschicht sowie einer beschleunigten Alterung und einem Kapazitätsabfall der Batterie führt Batterie. Eine zu hohe Ladeabschaltspannung führt dazu, dass der Innenwiderstand der Batterie zunimmt, die innere Wärme der Batterie zunimmt und die Überladung das Phänomen der „Lithiumausfällung“ der negativen Elektrode und die entsprechende Zunahme von Nebenreaktionen verursacht, was sich auf die Kapazität auswirkt und Alterung der Batterie.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Betriebstemperatur, die Lade-Entlade-Rate, die Entladetiefe, das Zyklusintervall und die Lade-Entlade-Abschaltspannung der Batterie einen Einfluss auf den Zustand und die Lebensdauer der Batterie haben. Derzeit befindet sich die Forschung zu den Einflussfaktoren des Batteriegesundheitszustands im qualitativen Forschungsstadium. Die quantitative Analyse dieser Einflussfaktoren auf die Batteriealterung und die Kopplungsbeziehung zwischen diesen Faktoren sind die Schwierigkeiten der Forschung und der Forschungsschwerpunkt für die Gesundheit und Lebensdauer von Batterien in der Zukunft.
