A lítium akkumulátor töltésének és kisütésének elmélete

A lítium akkumulátor töltésének és kisütésének elmélete

1.1 Töltöttségi állapot (SOC)

A töltöttségi állapot az akkumulátorban rendelkezésre álló elektromos energia állapotaként határozható meg, általában százalékban kifejezve. Mivel a rendelkezésre álló elektromos energia a töltő- és kisütési áramtól, a hőmérséklettől és az öregedési jelenségtől függően változik, a töltöttségi állapot meghatározása is két típusra oszlik: abszolút töltési állapotra (ASOC) és relatív töltési állapotra (RSOC). A relatív töltöttségi állapot tartománya általában 0% -100%, míg az akkumulátor 100% teljesen feltöltött és 0% teljesen lemerült állapotban. Az abszolút töltöttségi állapot az akkumulátor gyártása során tervezett rögzített kapacitásérték alapján számított referenciaérték. Egy teljesen új, teljesen feltöltött akkumulátor abszolút töltöttségi állapota 100%; Még ha az elöregedett akkumulátor teljesen fel van is töltve, akkor sem éri el a 100%-ot különböző töltési és kisütési körülmények között.

A következő ábra a feszültség és az akkumulátor kapacitása közötti összefüggést mutatja különböző kisütési sebesség mellett. Minél nagyobb a kisülési sebesség, annál kisebb az akkumulátor kapacitása. Ha a hőmérséklet alacsony, az akkumulátor kapacitása is csökken.

                          1. ábra A feszültség és a kapacitás kapcsolata különböző kisülési sebességek és hőmérsékletek mellett

1.2 Max töltési feszültség

A legmagasabb töltési feszültség az akkumulátor kémiai összetételétől és jellemzőitől függ. A lítium akkumulátorok töltési feszültsége általában 4,2 V és 4,35 V, a feszültségértékek a katód és az anód anyagától függően változhatnak.

1.3 Teljesen feltöltve

Ha az akkumulátor feszültsége és a legmagasabb töltési feszültség közötti különbség kisebb, mint 100 mV, és a töltőáram C/10-re csökken, az akkumulátor teljesen feltöltöttnek tekinthető. Az akkumulátorok jellemzői eltérőek, és a teljes töltés feltételei is változnak.

A következő ábra egy tipikus lítium akkumulátor töltési jelleggörbéjét mutatja. Ha az akkumulátor feszültsége megegyezik a legmagasabb töltési feszültséggel, és a töltőáram C/10-re csökken, az akkumulátor teljesen feltöltöttnek minősül.

                             2. ábra Lítium akkumulátor töltési jelleggörbe

1.4 Minimális kisütési feszültség

A minimális kisülési feszültséget a lekapcsolási kisülési feszültségként határozhatjuk meg, általában a 0%-os töltöttségi állapotú feszültséget. Ez a feszültségérték nem rögzített érték, hanem a terhelés, a hőmérséklet, az öregedési fok vagy más tényezők függvényében változik.

1.5 Teljes kisütés

Ha az akkumulátor feszültsége kisebb vagy egyenlő, mint a minimális kisülési feszültség, azt teljes kisülésnek nevezhetjük.

1.6 Töltéskisülési sebesség (C-Rate)

A töltéskisülési sebesség a töltéskisülési áram és az akkumulátor kapacitásának egyenlege. Például, ha az 1C-t egy órán keresztül használjuk kisütésre, ideális esetben az akkumulátor teljesen lemerül. A különböző töltési és kisütési sebességek eltérő kapacitást eredményeznek. Általában minél nagyobb a töltési sebesség, annál kisebb a rendelkezésre álló kapacitás.

1.7 Életciklus

A ciklusok száma az akkumulátor teljes feltöltésének és kisütésének a száma, amely a tényleges kisütési kapacitásból és a tervezési kapacitásból becsülhető meg. Amikor a felhalmozott kisülési kapacitás megegyezik a tervezett kapacitással, a ciklusok száma egy. Általában 500 töltési és kisütési ciklus után a teljesen feltöltött akkumulátor kapacitása 10-20%-kal csökken.

                          3. ábra: A ciklusidők és az akkumulátorkapacitás kapcsolata

1.8 Önkisülés

Az összes akkumulátor önkisülése a hőmérséklet emelkedésével nő. Az önkisülés alapvetően nem gyártási hiba, hanem magának az akkumulátornak a sajátossága. Azonban a gyártási folyamat során történő nem megfelelő kezelés az önkisülés növekedéséhez is vezethet. Általában az akkumulátor hőmérsékletének minden 10 °C-os növekedésével az önkisülési sebesség megduplázódik. A lítium-ion akkumulátorok havi önkisülési kapacitása körülbelül 1-2%, míg a különböző nikkel alapú akkumulátorok havi 10-15%-os önkisülési kapacitással rendelkeznek.

                             4. ábra Lítium akkumulátorok önkisülési sebességének teljesítménye különböző hőmérsékleteken