Carga y descarga de baterías de iones de litio-12 métodos de carga y descarga

Carga y descarga de baterías de iones de litio - 12 métodos de carga y descarga

Índice

Como tipo de dispositivo de conversión mutua de energía "energía química - energía eléctrica", las baterías de litio están obligadas a cargarse y descargarse en el proceso de uso. Un método razonable de carga y descarga no sólo puede reducir el grado de daño de la batería de litio, sino también dar todo el juego al rendimiento de la batería de litio.

Qué es la carga y descarga de una batería de iones de litio

La batería de litio se compone de cátodo, ánodo, separador y electrolito. El separador de baterías de litio permite el paso de iones de litio, pero no de electrones.

Durante la carga, bajo la acción de una fuente de energía externa, los átomos de litio del cátodo se descomponen en electrones e iones de litio, de forma que los iones de litio se desplazarán a través del separador hasta el ánodo de batería de iones de litioy los electrones se moverán a través del circuito exterior hacia el ánodo.
Al descargarse, los átomos de litio del ánodo de la batería de iones de litio se descomponen en electrones e iones de litio, que pasan a través de un circuito exterior al extremo positivo y a través de un separador al cátodo.
Este proceso se denomina carga y descarga de la batería de iones de litio.

Método de carga de una batería de iones de litio

Tanto si se trata de una batería eléctrica como de una batería de consumo, el método de carga estándar y recomendado por la industria para las baterías de litio es la carga a corriente constante y tensión constante (CC-CV). Además del modo de carga CC-CV estándar, la batería de litio también se puede cargar CC, CV, CP, CP-CV, etc.

Carga de corriente constante

Carga CC es la abreviatura de carga a corriente constante. Durante todo el proceso de carga, la corriente es constante y la tensión aumenta gradualmente. Sugerencia: Permitir el uso de este método.

CC-curva de carga
Curva de carga CC

Carga a tensión constante

Carga CV es la abreviatura de carga a tensión constante. La tensión en el momento de la carga alcanza el valor establecido y la corriente se encuentra en el estado de pico. Como se muestra en la siguiente figura, después de que la descarga de la batería de litio alcanza los 3,0V, la corriente de carga instantánea de tensión constante de 4,2V alcanza alrededor de 17,5C, y luego la corriente disminuye gradualmente hasta que la carga termina después de alcanzar el valor establecido. Sugerencia: No utilice este método.

CV-curva de carga
Curva de carga CV

Carga a corriente y tensión constantes

Carga CC-CV es la abreviatura de carga a corriente constante y tensión constante. Este modo de carga es la combinación de la carga CC y la carga CV. Durante el proceso de carga, la corriente primero permanece constante, y cuando la tensión se carga hasta la tensión límite superior, la tensión permanece constante y sin cambios. Finalmente, la carga termina cuando la corriente disminuye gradualmente hasta el valor establecido. Sugerencia: Permitir el uso de este método.

CC-CV-curva de carga
Curva de carga CC-CV

Carga de potencia constante

Carga CP es la abreviatura de carga a potencia constante. La potencia se mantiene constante durante el proceso de carga, y la corriente disminuirá gradualmente a medida que aumente la tensión durante la carga. Sugerencia: Permitir el uso de este método.

Curva de carga CP
Curva de carga CP

Potencia constante y carga de tensión constante

Carga CP-CV es la abreviatura de carga a potencia constante y tensión constante. Es una combinación de carga a potencia constante y carga a tensión constante. Primero, carga a potencia constante hasta la tensión de terminación, y luego mantiene la tensión constante. Cuando la corriente disminuye hasta el valor establecido, la carga finaliza. Sugerencia: Permitir el uso de este método.

CP-CV-curva de carga
Curva de carga CP-CV

Método de descarga de una batería de iones de litio

Además del modo de descarga CC exigido por la norma, las baterías de litio también pueden realizar descarga CV, descarga CC-CV, descarga CP, descarga CP-CC-CV, descarga CR, descarga CR-CV, etc.

Descarga de corriente constante

Descarga CC es la abreviatura de descarga de corriente constante. Es el modo de descarga más común de las baterías de litio. Durante todo el proceso de descarga, la corriente permanece constante, la tensión disminuye gradualmente hasta la tensión de terminación y la descarga finaliza. Sugerencia: Permita el uso de este método.

CC-curva de descarga
Curva de descarga CC

Descarga a tensión constante

Descarga CV es la abreviatura de descarga a tensión constante. La tensión alcanza el valor establecido y la corriente se encuentra en el estado de pico. Como se muestra en la siguiente figura, ajuste la descarga de voltaje constante de la batería de litio a 3.0V, y la corriente de descarga instantánea alcanza 30C-35C, luego la corriente disminuye gradualmente, y la descarga termina cuando alcanza el valor establecido. Sugerencia: No utilice este método.

CV-curva de descarga
Curva de descarga CV

Descarga a corriente y tensión constantes

Descarga CC-CV es la abreviatura de descarga de corriente constante y tensión constante. Es una combinación de descarga CC y descarga CV. Primero, descarga con una corriente constante hasta la tensión de terminación, mantiene la tensión sin cambios, y luego la corriente disminuye gradualmente hasta el valor establecido, la descarga termina. Sugerencia: Permitir el uso de este método.

CC-CV-curva de descarga
Curva de descarga CC-CV

Descarga de potencia constante

Descarga CP es la abreviatura de descarga de potencia constante. La potencia se mantiene constante durante la descarga. A medida que la tensión disminuye durante la descarga, la corriente aumenta gradualmente. Sugerencia: Permitir el uso de este método.

Curva de descarga CP
Curva de descarga CP

Potencia constante y descarga de corriente y tensión constantes

La descarga CP-CC-CV es la abreviatura de descarga a potencia constante, corriente constante y tensión constante. Se trata de un método de descarga combinado de CP, CC y CV. La potencia constante se descarga primero hasta la tensión de terminación. Cuando la corriente al final de CP es mayor que la corriente CC en la siguiente etapa, el voltaje de descarga CC primero aumentará y luego disminuirá hasta el voltaje de terminación, y luego el voltaje es constante hasta que la corriente disminuye hasta el valor establecido, y la descarga termina. Sugerencia: Permita utilizar este método.

CP-CC-CV-curva de descarga
Curva de descarga CP-CC-CV

Descarga de resistencia constante

Descarga CR es la abreviatura de descarga de resistencia constante. Equivale a una resistencia externa. Según U=I* (R externa +DCR), como la resistencia externa es suficientemente grande, el valor de la corriente disminuirá gradualmente con la disminución de la tensión en el proceso de descarga de resistencia constante. Sugerencia: Permitir el uso de este método.

Curva de descarga CR
Curva de descarga CR

Resistencia constante y descarga de tensión constante

Descarga CR-CV es la abreviatura de descarga de resistencia constante y tensión constante. Es una combinación de descarga CR y descarga CV, es decir, primero se descarga hasta la tensión de terminación con resistencia constante, y luego se mantiene la tensión constante y sin cambios. Cuando la corriente disminuye hasta el valor establecido, finaliza la descarga. Sugerencia: Permitir el uso de este método.

Curva de descarga CR-CV
Curva de descarga CR-CV

En resumen, existen varios métodos de carga y descarga de baterías de iones de litio, pero en última instancia se trata de procesos de un solo paso o combinados basados en CC (corriente constante), CV (tensión constante), CP (potencia constante) o CR (resistencia constante). Los cambios de corriente y tensión de estos métodos de carga y descarga se refieren a la tabla siguiente.

cambio de corriente y tensión
Cambio de corriente y tensión

En la actualidad, el principal modo de carga de la batería de litio sigue siendo CC-CV, lo que se debe a que en la batería de litio existe el fenómeno de polarización (la tensión inmediata no es la tensión de estado estacionario).
En la etapa CC, la corriente es grande y la velocidad de carga es rápida. Después de que el voltaje suba hasta el voltaje superior, se mantiene el potencial constante, y los electrones del circuito externo y el Li+ reaccionan juntos en el electrodo negativo. El número de electrones implicados en la reacción disminuye y la corriente disminuye gradualmente. Cuando la corriente disminuye hasta 0 (idealmente), la polarización se elimina por completo y la batería de litio está totalmente cargada.

Sin embargo, el modo CC suele adoptarse en el proceso de descarga de las baterías de litio, ya sea para facilitar el cálculo de la capacidad o la estimación del SOC. En condiciones reales, se utiliza sobre todo la descarga a potencia constante.

Resumen

La elección del modo de carga y descarga de la batería de iones de litio debe tener en cuenta la conveniencia del procesamiento de datos, la eficiencia de carga/descarga y el riesgo de daño interno de la batería de litio, que no sólo debe dar todo el juego al rendimiento de la batería de litio, sino también a la detección rápida y precisa. En la actualidad, la detección de la batería de litio se basa principalmente en el modo de carga CC-CV y el modo de descarga CC, pero en las condiciones reales de uso del terminal se utiliza principalmente el modo CP.

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