Gehiegizko kargatzea litiozko bateriaren segurtasun-proban dagoen elementurik zailenetako bat da, beraz, beharrezkoa da gainkargaren mekanismoa eta gehiegizko karga saihesteko egungo neurriak ulertzea.
1. irudia NCM+LMO/Gr sistemako bateriaren tentsio- eta tenperatura-kurbak dira, gehiegi kargatuta dagoenean.Tentsioa 5,4V-ra iristen da gehienez, eta orduan tentsioa jaisten da, azkenean ihes termikoa eraginez.Bateria ternarioaren gainkargaren tentsio- eta tenperatura-kurbak oso antzekoak dira.
Litiozko bateria gehiegi kargatzen denean, beroa eta gasa sortuko ditu.Beroak bero ohmikoa eta alboko erreakzioek sortutako beroa barne hartzen ditu, bero ohmikoa da nagusiena.Gehiegizko kargak eragindako bateriaren alboko erreakzioa lehenik eta behin gehiegizko litioa elektrodo negatiboan sartzen dela da, eta litio-dendritak haziko dira elektrodo negatiboaren gainazalean (N/P erlazioak litio-dendriten hazkundearen hasierako SOC-an eragingo du).Bigarrena elektrodo positibotik gehiegizko litioa ateratzen dela da, elektrodo positiboaren egitura kolapsatzen dela, beroa askatuz eta oxigenoa askatuz.Oxigenoak elektrolitoaren deskonposizioa bizkortuko du, bateriaren barne-presioa igotzen jarraituko du eta segurtasun-balbula maila jakin baten ondoren irekiko da.Material aktiboa airearekin kontaktuan egoteak bero gehiago sortzen du.
Ikerketek frogatu dute elektrolito-kopurua murrizteak nabarmen murriztuko duela beroa eta gas-ekoizpena gainkargatzean.Horrez gain, aztertu da bateriak ferularik ez duenean edo segurtasun-balbula gehiegi kargatzean normalean ireki ezin denean, bateria lehertzeko joera duela.
Gehiegizko kargak ez du ihes termikorik eragingo, baina ahalmenaren desagerpena eragingo du.Azterketak aurkitu zuen NCM/LMO material hibridoa elektrodo positibo gisa duen bateria gehiegi kargatzen denean, SOC % 120 baino txikiagoa denean ez dagoela ahalmenaren gainbehera nabarmenik, eta ahalmena nabarmen usteltzen dela SOC % 130 baino handiagoa denean.
Gaur egun, gutxi gorabehera, gainkargaren arazoa konpontzeko hainbat modu daude:
1) Babes-tentsioa BMSan ezartzen da, normalean babes-tentsioa gainkargatzean gailur-tentsioa baino txikiagoa da;
2) Hobetu bateriaren gainkargaren erresistentzia materialaren aldaketaren bidez (esaterako, materialaren estaldura);
3) Gehitu gainkargaren aurkako gehigarriak, hala nola, redox bikoteak, elektrolitoari;
4) Tentsioarekiko sentikorra den mintza erabiliz, bateria gehiegi kargatzen denean, mintzaren erresistentzia nabarmen murrizten da, shunt gisa jokatzen duena;
5) OSD eta CID diseinuak aluminiozko oskol karratuetako baterietan erabiltzen dira, gaur egun gehiegizko kargaren aurkako diseinu ohikoak direnak.Poltsaren bateriak ezin du antzeko diseinurik lortu.
Erreferentziak
Energia biltegiratzeko materialak 10 (2018) 246–267
Oraingoan, litio kobalto oxidozko bateriaren tentsio- eta tenperatura-aldaketak sartuko ditugu gehiegi kargatuta dagoenean.Beheko irudia litio kobalto oxidozko bateriaren gainkarga-tentsioa eta tenperatura-kurba da, eta ardatz horizontala delitio-kopurua da.Elektrodo negatiboa grafitoa da, eta elektrolito-disolbatzailea EC/DMC.Bateriaren edukiera 1,5 Ah-koa da.Kargatzeko korrontea 1.5A da, eta tenperatura bateriaren barne tenperatura da.
Zona I
1. Bateriaren tentsioa poliki-poliki igotzen da.Litio kobalto oxidoaren elektrodo positiboak % 60 baino gehiago delithiatzen du, eta litio metalikoa elektrodo negatiboan hauspeatzen da.
2. Bateria puztuta dago, alde positiboko elektrolitoaren presio handiko oxidazioaren ondorioz izan daiteke.
3. Tenperatura, funtsean, egonkorra da igoera txiki batekin.
Zona II
1. Tenperatura poliki-poliki igotzen hasten da.
2. % 80 ~ 95 tartean, elektrodo positiboaren inpedantzia handitzen da eta bateriaren barne-erresistentzia handitzen da, baina % 95ean jaisten da.
3. Bateriaren tentsioak 5V gainditzen ditu eta maximora iristen da.
Zona III
1. %95 inguru, bateriaren tenperatura azkar igotzen hasten da.
2. %95 ingurutik, %100era hurbildu arte, bateriaren tentsioa apur bat jaisten da.
3. Bateriaren barne-tenperatura 100 °C ingurura iristen denean, bateriaren tentsioa nabarmen jaisten da, eta hori tenperatura igoeraren ondorioz bateriaren barne-erresistentzia gutxitzeak eragin dezake.
Zona IV
1. Bateriaren barne-tenperatura 135 °C baino handiagoa denean, PE bereizgailua urtzen hasten da, bateriaren barne-erresistentzia azkar igotzen da, tentsioa goiko mugara iristen da (~ 12V) eta korrontea beherago jaisten da. balioa.
2. 10-12V artean, bateriaren tentsioa ezegonkorra da eta korrontea aldatu egiten da.
3. Bateriaren barne-tenperatura azkar igotzen da, eta tenperatura 190-220 °C-ra igotzen da bateria apurtu baino lehen.
4. Bateria apurtuta dago.
Baterien gehiegizko karga litio kobalto oxidozko baterien antzekoa da.Merkatuan aluminiozko karratu karratudun bateriak gainkargatzean, OSD edo CID aktibatuko da III Zonan sartzean, eta korrontea moztuko da bateria gehiegi kargatzetik babesteko.
Erreferentziak
The Electrochemical Society aldizkaria, 148 (8) A838-A844 (2001)
Argitalpenaren ordua: 2022-12-07