Quelles sont les caractéristiques de charge et de décharge ?

Quelles sont les caractéristiques de charge et de décharge ?

Charger etdéchargecaractéristiques

Les batteries au lithium-ion utilisent généralement une méthode de charge-en deux étapes pour garantir la sécurité, la fiabilité et l'efficacité de la charge. Le premier étage est à courant constant avec limitation de tension, et le deuxième étage est à tension constante avec limitation de courant. La limite de tension maximale pour charger une batterie lithium-ion varie en fonction du matériau de la cathode. Les courbes de tension de charge/décharge de base d'une batterie lithium-ion sont présentées dans la figure 3-11. Les courbes de la figure utilisent un courant de charge/décharge de C/3. Pour les différentes batteries lithium-ion, les principales différences sont de deux ordres :

1) La valeur optimale de courant constant pour le premier étage varie en fonction du matériau de la cathode de la batterie et du processus de fabrication. Généralement, une plage de courant de 0,2C à 0,3C est utilisée. En cas de consommation d'énergie rapide, des taux 1C, 2C ou même plus élevés peuvent être utilisés.

2) Différentes batteries lithium-ion présentent des différences significatives dans la durée du courant constant, et la proportion de capacité qui peut être chargée par courant constant par rapport à la capacité totale varie également considérablement. Du point de vue des applications pratiques des véhicules électriques, une durée de courant constant plus longue entraîne un temps de charge total plus court, ce qui est plus avantageux pour les applications.

La tension de la batterie au lithium-ion est stable et diminue lentement au début et au milieu de la décharge, mais chute rapidement dans les étapes ultérieures, comme le montre le segment DE de la figure 3-11. Un contrôle efficace est crucial au cours de cette étape pour éviter une décharge excessive et des dommages irréversibles à la batterie.

Facteurs affectant les caractéristiques de charge

(1) Effet decourant de chargesur les caractéristiques de charge En prenant comme exemple une certaine batterie lithium-ion NCM-avec une capacité nominale de 242 A·h, dans des conditions de SOC=0 % et une température constante de 20 degrés, différents taux de charge ont été utilisés pour la charge. Les résultats des paramètres sont présentés dans le tableau 3-1 et la courbe de charge est présentée dans la figure 3-12.

Tableau 3-1 Paramètres de charge pour différents taux de charge

① CC, courant constant ; CV, tension constante.

Comme le montre le tableau 3-1, la durée du courant constant diminue progressivement avec l'augmentation du courant de charge, et la capacité et l'énergie qui peuvent être chargées sous courant constant diminuent également progressivement. En prenant la capacité de charge et de décharge de 1/2 (c'est-à-dire SOC=50 %) comme norme, le temps de charge requis diminue avec l'augmentation du courant de charge ; le temps requis pour 0,1C est environ 5 fois supérieur à celui de 0,5C. Dans ces conditions, la différence de courant pour une charge continue est faible, de sorte que le temps de charge pour les dernières 30 Ah n'est pas significativement différent. Par conséquent, dans le cadre du courant de charge autorisé de la batterie, l'augmentation du courant de charge, tout en réduisant la capacité et l'énergie pouvant être chargées à courant constant, contribue à réduire le temps de charge global. Dans les applications pratiques de batteries, le courant de charge maximal autorisé de la batterie lithium-ion peut être utilisé pour la charge, et après avoir atteint la limite de tension, une charge à tension constante peut être effectuée. Cela réduit le temps de charge tout en garantissant la sécurité de la charge. Cependant, augmenter le courant de charge entraînera également une augmentation des pertes d’énergie dues à la résistance interne de la batterie. L'énergie consommée dans la résistance interne est calculée selon l'équation (3-4).

Où E est l'énergie consommée par la résistance interne ;

r est la résistance interne de la batterie ;

t est la variable du temps de charge ;

I est le courant de charge ;

t₁ et t₂ sont les heures de début et de fin de charge.

Des tests approfondis ont démontré que la résistance interne des batteries lithium-ion change dans la limite de 0,4 mΩ pendant la charge. Par conséquent, l’équation (3-4) montre que la consommation d’énergie due à la résistance interne de la batterie est essentiellement liée de manière linéaire au temps de charge, mais de manière quadratique au courant de charge. Pendant la phase de charge à courant constant, l'amplitude du courant de charge est le principal facteur influençant la consommation d'énergie de la résistance interne ; un courant de charge plus élevé entraîne une consommation d'énergie plus élevée. Pendant la phase de tension constante et de courant faible, le temps de charge devient le principal facteur influençant la consommation d'énergie de la résistance interne ; un temps de charge plus long entraîne une consommation d'énergie plus élevée. Compte tenu de l'ensemble du processus de charge, puisque le courant de charge a une relation quadratique avec la consommation d'énergie de la résistance interne et est le principal facteur qui l'affecte, un courant de charge plus élevé entraîne une plus grande consommation d'énergie de la résistance interne. Dans les applications pratiques de batterie, un courant de charge approprié doit être sélectionné en tenant compte de manière globale du temps de charge et de l'efficacité.

(2) Effet de la profondeur de décharge sur les caractéristiques de charge À une température constante de 20 degrés, un test de décharge a été effectué sur une batterie lithium-ion -NCM d'une capacité nominale de 66,2 A·h. La batterie a été déchargée à un taux de 0,5 °C à différentes profondeurs de décharge (DOD) (10 % → 100 %), correspondant à un état de charge (SOC) de 90 % → 0 %. Les données de tension, de courant et de capacité ont été enregistrées pendant le processus de décharge. Après 60 minutes de repos, la batterie a été chargée à une vitesse de 0,5C (CC). Lorsque la tension de coupure a été atteinte, le mode de charge a été commuté sur tension constante (CV). Lorsque le courant était inférieur à 0,05 °C, le processus était arrêté et les données de tension, de courant et de capacité étaient enregistrées. Les données pertinentes sont présentées dans le tableau 3-2. Les courbes de courant de charge de la batterie lithium-ion dans différentes conditions de décharge sont illustrées à la Figure 3-13.

Tableau 3-2 Paramètres de test de charge à différentes profondeurs de décharge

① Énergie chargée à capacité égale- : énergie chargée selon le même changement SOC (par exemple, 10 %). Par exemple : si la capacité de charge à 90 % de DOD est de 30 W·h, l'énergie chargée de capacité égale-est de 30W·h ; si la capacité de charge à 80 % de DOD est de 50 W·h, l'énergie chargée à capacité égale-est de 25W·h.

② Énergie déchargée à capacité égale- : énergie déchargée sous le même changement de SOC (par exemple, 10 %).

③ Temps de charge moyen par unité de capacité/min : temps de charge/capacité de charge.

Du tableau 3-2 et de la figure 3-13, les conclusions suivantes peuvent être tirées :

1) Avec l'augmentation de la profondeur de décharge, le temps de charge augmente, mais le temps de charge moyen par unité de capacité diminue, ce qui signifie que l'augmentation du temps de charge n'est pas proportionnelle à la profondeur de décharge.

2) Avec l'augmentation de la profondeur de décharge, la proportion du temps de charge à courant constant par rapport au temps de charge total augmente, et la proportion de la capacité de charge à courant constant par rapport à la capacité de charge requise augmente. En réalité, ces caractéristiques sont principalement causées par deux facteurs : premièrement, une décharge plus profonde nécessite un temps plus long pour charger complètement la batterie ; Deuxièmement, une profondeur de décharge plus profonde correspond à une plage de tension plus faible, ce qui entraîne moins d'énergie chargée dans la batterie dans les mêmes conditions de courant et de temps de charge.

(3) Influence de la température sur les caractéristiques de charge Les batteries au lithium-ion ont été chargées à différentes températures ambiantes. En prenant comme exemple une batterie lithium-ion NCM -de 66,2 Ah, une méthode de limitation de courant et de tension constants a été utilisée. Les paramètres de charge ont été enregistrés avec la limite de courant de charge étant de 1,3 A et 3,3 A, comme indiqué dans le tableau 3-3. Sous le même courant de décharge, la tension de la batterie connaîtra une forte chute, comme le montre la figure 3-13. Cependant, comme la tension reste relativement élevée, l’énergie de décharge reste également élevée. Lors de la phase initiale de décharge, l'énergie consommée par la résistance interne de la batterie augmente la température de la batterie, améliore l'activité des matériaux actifs de la batterie lithium-ion et augmente la tension de la batterie, augmentant ainsi l'énergie pouvant être libérée. Aux stades intermédiaire et ultérieur de la décharge, la tension de la batterie diminue et l'énergie libérée par unité de temps diminue en conséquence.

À la même température et avec la même tension de terminaison de décharge, différents courants de terminaison de décharge entraîneront des différences dans la capacité et l'énergie libérée. Généralement, dans des conditions de température normales, plus le courant est faible, plus la capacité et l’énergie libérée sont importantes. Comme dans l’expérience de décharge mentionnée ci-dessus, 0,2 C libère 3,2 % de capacité et d’énergie en plus que 1 C.