Lithium-ion battaríini "gera" ikki ordiliga" kraft á tann hátt, sum tey flestu hugsa um tað. Tað, sum tey gera, er at goyma el-orku gjøgnum reversiblar elektrokemiskar reaktiónir, síðani sleppa henni, tá ið ytra rásin krevur streym. Ruglingin um hetta kemur nógv upp á sniðgevingarfundum, serliga tá onkur roynir at stødda ein battarípakka fyri fyrstu ferð.
Tvey ting henda undir útskrivingini. Fyrst flyta litiumjonir frá negativu elektroduni (anodu) gjøgnum elektrolyttin og skiljaran til positivu elektroduna (katodu). Í øðrum lagi streyma elektronir gjøgnum ytru rásina frá anodu til katodu, gera gagnligt arbeiði. Undir løðingini vendir tú tilgongdini aftur við at leggja eina ytri spenning, sum noyðir ionir og elektronir at flyta seg í mótsatta ætt.
Spenningurin, sum ein kykna framleiðir, veldst heilt um elektrodutilfarið, tú velur, og teirra hvør sín elektrokemiska potentiali. Ein nýggj kykna, sum situr á hillini við ongari last, vísir sína opnu-}}}} og spenningsspenningur-vanliga umleið 3,6 til 3,7V fyri flestu litium-ion-kemi, hóast hetta talið flytur seg runt alt eftir løðingarstøðu og hita. Tá tú hevur knýtt eina last og byrjar at tekna streym, fellur spenningurin orsakað av innanhýsis mótstøðu. Hvussu nógv tað fellur sigur tær nógv um heilsuna hjá kyknuni.
Frumuevnafrøði Grundleggjandi
Allar litium-ionkyknurnar deila somu grundleggjandi rakstrarreglu, men evnafrøðirnar eru sera ymiskar. Katodutilfarið avger í stóran mun avrikiseyðkennini hjá kyknuni-orkutættleika, kraftførleika, ringrásarlív, termiska stabilitet og kostnað.
Lagt oxidkatodur vóru fyrsta handilsliga evnafrøðin. Sony innførdi tey aftur í 1991 við LiCoO2 (litiumkoboltoxid), sum framvegis verður brúkt í brúkaraelektronikki, har orkutættleikin hevur meira týdning enn kostnaðar- ella trygdarmarginalir. Hesar kyknurnar pakka umleið 150-200 Wh/kg á kyknustigi. Cobalt er dýrt tó, og evnafrøðin gerst óstøðug omanfyri 150 stig . Vit hava sæð termiska rýmda byrja við hita so lágt sum 130 stig í misnýttum kyknum.
Koyringin fyri betri trygd og lægri kostnaði førdi til LiMn2O2 (litiummanganoxid) í mid {7}1990-unum. Mangan er skittur bíligur og spinelbygnaðurin er í sjálvum sær støðugari. Hesar kyknurnar leypa ikki avstað fyrr enn tú kemur framvið 250 stig vanliga. Avtalan? Orkutættleikin fellur til 100-120 Wh/kg, og mangan upploysist seg inn í elektrolytin yvir tíð, serliga við hækkaðum hita. Súkklulívið líður-tú hyggur at kanska 300-700 ringrásum, áðrenn kapasiteturin fellur undir 80%.
LiFePO₄ (litiumjarnfosfat) møtti upp umleið 2001 og broytti trygdarprátið. Olivinbygnaðurin er rock{{2}>fastur termiskt; termiskur rýmdur kemur ikki fyri fyrr enn omanfyri 270 stig , og enntá tá er tað minni harðligt. Súkklulívið er einastandandi-2,{6}}cyklur til 80% kapasitetur er standard, og summar kyknur hava verið kannaðar framvið 5.000 ringrásum. Undantakið er spenningur: einans 3,2V nominelt, og orkutættleikin er avmarkaður til 90-120 Wh/kg. Eisini var fosfatpatentstøðan ruddilig í áravís.
NMC (litium nikkel mangan koboltoxid) og NCA (litium nikkel kobolt aluminium oxid) komu fram sum "javnaðar" kemi. Við at blanda nikkel, mangan og kobolt í ymiskum lutfalli-common tey eru NMC 111, 532, 622, og 811 har tølini vísa relativt metal innihald- tú kanst stilla avrikið. Hægri nikkelinnihald trýstir orkutættleikan upp móti 200-250 Wh/kg men fyri kostnaðin av termiskum stabiliteti og súkklulívi. NMC 811 kyknur kunnu raka 250 Wh/kg men hava brúk fyri nógv meira varligari hitastýring.
Á anodusíðuni hevur grafittur verið standardurin síðani fyrsta dagin. Teoretisk kapasitetur er 372 mAh/g, og handilskyknur fáa vanliga 340-360 mAh/g. Litium-interkalatin millum grafenløg undir løðing, og víðka um grafittrúmdina við áleið 10%. Hetta mekaniska stressið stuðlar undir kapasitetin at doyggja yvir súkkling.
Silicon anodes hava verið "tað næsta stóra" í umleið fimtan ár nú. Teoretiski førleikin hjá Silicon er 4.200 mAh/g{{{3} meira enn tíggju ferðir grafit. Trupulleikin er, at silikon víðkast við 300%, tá tað tekur litium upp. Hetta brýtur anoduna sundur eftir nakrar ringrásir. Verandi tilgongdir brúka silikon-}grafitblandingar við silikoninnihaldi vanliga undir 10% fyri at halda útbyggingarstýring. Sjálvt um so er, so koyrir fyrsti{11}}cyklan óafturvendandi kapasitetstap 15{{13}25% í silikon-innihaldandi anodum mótvegis 5-10% fyri reint grafitt.
Frumubygging og snið
Kylindriskar kyknur eru nokk tað, sum tey flestu ímynda sær, tá tey halda "batteri". Sniðið á 18650 (18mm í tvørmáli, 65mm longd) gjørdist alneyðug eftir at fartelduframleiðarar standardiseraðu á tí fyrst í 2000-árunum. Tesla brúkti frægt túsundtals av teimum í upprunaliga Roadster. Vanlig 18650 kapasitetur koyrir 2.000-3.500 mAh alt eftir evnafrøði og um tú optimerar fyri orku ella orku.
Nýggjari 21700 sniðið (21mm × 70mm) sum Tesla og Panasonic í felag ment bjóðar umleið 50% meira orku fyri hvørja cellu-4.000-5.000 mAh er vanligt nú. Størri diameturin økir um lutfallið av virknum tilfari til óvirknar komponentir (núverandi savnarar, kunnu, trygdartól), og betra um orkutættleikan á pakkastiginum. Framleiðslulinjur skuldu umvælast, sum er ein partur av, hví ættleiðing tók eina tíð.
Prismatiskar kyknur komu frá ynskinum hjá bilídnaðinum um betri rúmdarnýtslu. Ístaðin fyri at fylla ein kassa við sylindarum og lata alt tað tómrúmið, gert tú fýrkantaðar kyknur, sum stabla effektivt. Bilur{2}} gratis prismatiskar kyknur eru frá 20Ah til yvir 100Ah kapasitet. Teir eru lættari at termisk- umsita frá einum pakkisjónarmiði, tí tú kanst seta køliplátur beint móti flatu síðunum. Undantakið er, at tú hevur fingið øll eggini í færri kurvum{{8} um ein stór prismatisk kykna miseydnast, tú missir meira kapasitet enn um ein lítil sylindrisk kykna miseydnast.
Pouch-kyknur taka rúmdareffektivitetshugskotið víðari við at sleppa av við metallið kann heilt. Kyknan er innsiglað í einum fleksiblum aluminium-laminatposa. Hetta sparir kanska 10{{4}15% vekt mótvegis eini prismatiskari dós, og sniðið er ógvuliga fleksibelt-tú kanst gera tey til nakra stødd ella form forritið krevur. EV framleiðarar dáma teir tí tú kanst stabla teir beinleiðis í køliplátur. Veikleikin er mekaniskur: teimum tørvar uttanhýsis trýst fyri at forða fyri elektrodudelaminering undir súkkluni, og tey eru meira viðbrekin fyri punkteringsskaða.
Skilnaðartøkni
Skiljarin fær ikki nógv uppmerksemi, men tað er óivað tann mest kritiski trygdarparturin. Tað er ein tunn (16{{3}25 μm typiskt) porøs membran, sum heldur anoduni og katodini frá at nerta við, samstundis sum litiumjonir kunnu fara ígjøgnum. Fyrstu skiljarar vóru einlags polyetylen (PE) ella polypropylen (PP).
Nútímans høg-framførsluskiljarar brúka trilayer strukturar, vanliga PP/PE/PP. PE-lagið hevur eitt lægri bráðningarpunkt (135 stig ) enn PP (165 stig ). Um kyknan byrjar ovurhiting, bráðnar PE og fyllir porurnar í, og stongir ionflutning, áðrenn hitin røkkur hættisligum støðum. Hetta eitur termisk stongsul, og tað er tín seinasta verjulinja áðrenn termiska runway.
Keramiskar{0}}húðaðar skiljarar leggja ein annan trygdarmargin afturat. Ein tunn (2{{4}4}4 μm) klæðing av aluminium ella øðrum keramiskum partiklum á eini ella báðum síðum av skiljinum heldur strukturellan integritet, sjálvt um polymerin bráðnar. Klædningurin er nóg porøsur, at ionflutningurin heldur fram, men hon forðar elektroduni í stutt-}, sjálvt við hita omanfyri 150 stig . Undantakið er kostnaður-keramikk-húðaðar skiljarar koyra 2-3× prísin á vanligum skiljarum-og eitt sindur hægri impedansi.
Porositetur koyrir vanliga 40-50%. Ov lág og ionisk mótstøða fer upp, og avmarkar kraftførleikan. Ov høg og mekanisk styrki líður. Porustøddbýti hevur eisini týdning; Gurley-talið (luftgjøgnumførsluroyndin) er ein standard spec. Flestu EV-floksskiljarar miða eftir 200-400 sekundum/100cc.
Elektrolytsamanseting og tilsetingarevni
Elektrolyttin í einari litium-ionkyknu er meira fløkt enn tú heldur. Grundformulering er vanliga eitt litiumsalt{{1}LiPF 2 (litium hexafluorofosfat) í 95%+ av kyknum- upploysast í eini blanding av organiskum karbonatum. Vanlig upploysandi evni fevna um etylenkarbonat (EC), dimetylkarbonat (DMC), dietylkarbonat (DEC), og etylmetylkarbonat (EMC).
LiPF₆ konsentratiónin er vanliga umleið 1,0 til 1,2 M (mol). Hægri konsentratión betra um ionleiðsluna upp til eitt punkt, men handan 1,3 M ella so byrjar tú at fáa salt avfall við lágum hita. LiPF ₆ hevur trupulleikar-its vætu{{6} viðkvæmi og byrjar at niðurbróta omanfyri 60 stig -men alternativ sum LiBOB ella LiFSI hava ikki forflutt tað enn orsakað av kostnaði ella øðrum avmarkingum.
Karbonatupploysandi blandingin fær stillað til umsóknina. EC hevur høga dielektriska konstanta og góðar SEI- at mynda eginleikar, men tað frystur við 36 stig . Tú mást blanda tað saman við lægri-viskositets karbonatum sum DMC ella EMC fyri at halda lág{5}} hitin avrikið. Ein vanlig formulering kundi verið EC:DMC 1,1 við rúmd, ella EC:EMC 3,7. Nágreiniligu lutfallini eru ognarlig og tætt vard.
Tilsetningsevni eru har tann veruligi evnafrøðigaldurin hendir. Nútímans elektrolytir innihalda 2{{2}5% í vekt av ymiskum tilsetingarevnum, sum broyta SEI-mynding, fyribyrgja yvirløðing, kúga gassframleiðslu, ella betra um høga{6}}hitastabilitetin. Vinylenkarbonat (VC) við 1-2% er næstan alment til at betra um SEI góðskuna á grafittanodum. Fluoretylenkarbonat (FEC) virkar betur til silikon-innihaldandi anodur. Hesi evni minka helst í byrjanarløðingarringrásunum, og mynda eitt verjandi lag á anoduni, sum er ioniskt leiðandi, men elektroniskt isolerandi.
Yvirgjaldsverndartilsetingar sum bifenyl ella cyklohexylbensen byrja at polymerisera umleið 4,5V, og skapa eina innanhýsis shunt, sum forðar fyri, at spenningurin fer at klintra víðari. Hetta gevur tær nakað av verju, um BMS miseydnast, hóast tað at stóla á tað er týðiliga ikki ein design besta siðvenja.
Solid Elektrolyt-grunnmynding
SEI er nokk tann minst skilji, men týdningarmesta tátturin í litium-ion battarívirksemi. Undir teimum fyrstu løðingarringrásunum reagera elektrolytpartar við anoduflatanum, og mynda eitt passivatiónslag. Hetta lagið er avgerandi: tað skal vera ioniskt leiðandi (fyri at loyva litiumjonum ígjøgnum) men elektroniskt isolering (fyri at fyribyrgja fleiri elektrolytniðurbróting). SEI-samansetingin er eitt ruðuleiki-, sum eru dusin av litiumsaltum, organiskum evnum og polymerum, sum øll eru blandað saman í einum lagi 10-100 nm tjúkt.
Góð SEI-mynding er munurin á eini kyknu, sum súkklar 500 ferðir og eina, sum súkklar 3.000 ferðir. Trupulleikin er, at SEI ikki er statiskur. Tað sprekkar undir rúmdarbroytingum í anoduni, og avdúkar fríska yvirflatu, sum brúkar meira elektrolytt og litium til at viðgera skaðan. Hetta er orsøkin til, at kapasiteturin doyvir um at súkkla, eisini tá tú ert blíður við kyknuna.
Myndingarsúkkling er eitt kritiskt framleiðslustig. Frumur fara undir eina ella meira seina løðing--útflýggjanarringrásir við stýrdum hita fyri at staðfesta byrjanar SEI. Myndugleikaprotokollir eru ognarrættarligar, men vanligar fyrsta-cyklu løðingarprosentið eru C/20 til C/10, og tilgongdin kann taka 24-48 tímar. Framleiðarar optimera myndugleikaspenningsmørk, hita, hvílitíð og súkklumynstur fyri at framleiða tað mest støðuga SEI sum gjørligt. Fáa hendan skeiva kostnaðin tú súkklar lívið.
Kalendari aldring-}kapasitetsmissur sjálvt tá kyknan bara situr har{1}}er í stóran mun eitt SEI fyribrigdi eisini. SEI heldur fram at vaksa spakuliga við opnari rás, og brúkar súkkluføran litium. Goymsla við høgum løðingsstandi og høgur hiti skundar undir hetta. Ein kykna, sum er goymd við 100% SOC og 60 stig, kann missa 20% kapasitet í einum ári, meðan sama kyknu við 50% SOC og 25 stig kann missa 3%.
Løðing protokollir og battarístýring
Lithium-ionkyknur eru viðkvæmar fyri yvirgjaldi, yvir{0}}útlát, og løða við óhóskandi hita. Hetta er orsøkin til, at hvør multi{2}}cell battarípakki hevur brúk fyri einum BMS (battarístýringarskipan).
Standardløðingarhátturin er konstant streym/konstantspenningur (CC{0}}CV). Í CC-fasuni trýstir tú streymin inn í kyknuna við einum føstum ferð-, vanliga 0,5C til 1C fyri flestu kyknur, hóast nakrar høgar{5}} valdskyknur kunnu handfara 3C ella meira. Spenningurin hækkar, so hvørt sum kyknurnar løða. Tá spenningur røkkur ovara markinum (4,2V fyri flestu kemi, 3,65V fyri LFP, 4,3V ella 4,35V fyri nakrar høgar-ororku NMC-variantir), skiftir tú til CV-stilling. Núverandi snákar av, tá kyknan nærkast fullari løðing, og tað skerst vanliga, tá streymurin fellur undir C/20 ella C/50.
Skjót løðing er fløktari. Hægri løðingstíðir skunda undir litiumpláting á anoduni, sum er hættisligt-metalliskt litium er sera reaktivt og kann føra til innanhýsis shorts ella dendritmynding, sum gjøgnumgongur skiljaran. Fyri at fasta{3}} krevja trygt, mást tú skilja, hvussu spenningur, streymur og hiti samvirka við litiumplátingarbyrjanarviðurskifti.
Málið er, at tú ikki kanst máta litiumpláting beinleiðis í eini innsiglaðari kyknu. Tú mást leggja tað úr øðrum signalum. Ein tilgongd er at fylgja við anodu potentiali mótvegis litium metaltilvísing. Um anodpotentialur fer undir 0V mótvegis Li/Li⁺, so hendir pláting. Trupulleikin er, at flestu handilskyknur ikki hava tilvísingarelektrodur.
Hitavøksturin undir skjótari løðing hevur eisini týdning. Ein kyknuløðing við 2C kann síggja sína innanhýsis hitahækking 15{{4}20 stig omanfyri umhvørvisliga sjálvt við virknari køling. Við køldum hita er hetta faktiskt hjálpsamt- eina kalda kyknu (siga -10 stig ) hevur sera vánaligan kraftførleika, men um tú kanst hita hana upp við at løða við hóvligum ferðum (0,5C), batnar avrikið. Summir EV gera hetta faktiskt við vilja: í køldum veðri, so koyra teir ein stuttan hástreyms løðingspuls fyri at hita battaríið, áðrenn bilførarin krevur høga streym til akselerasión.
Frumujavnanin er neyðug, tí kyknur í røðum halda seg ongantíð fullkomiliga samsvarandi. Framleiðslutoleransur, smáir munir í sjálv{1}}útlátstíðum, og termiskum gradientum tvørtur um pakkan elva til spenningsdrift. Um tú løðir ein røðstreng uttan javnvág, so raka nakrar kyknur ovara spenningsmarkið fyri øðrum. Sterku kyknurnar eru undirløddar, veiku kyknurnar eru yvirløddar, og avrikið líður.
Passiv javnvág brúkar mótstøður til at bløða av orku frá hægri{0}}spenningskyknum. Tað er einfalt og bíligt men spillir orku sum hita. Aktiv javnvág brúkar DC-DC umformarar ella kondensatorar til at flyta orku frá høgum kyknum til lágar kyknur. Meira effektiv, meira fløkt, dýrari. Fyri ein 400V EV pakka kann passivur javnvág spilla 50-100W áhaldandi, sum er lítið í mun til koyriorku men leggur saman yvir tíð.
Hitaleiðslu atlit
Hitaframleiðsla í einari litium-ionkyknu kemur frá trimum keldum: óafturvendandi hita (Joule hitar frá innanhýsis mótstøðu), afturvendandi hita (entropibroyting av elektrokemisku reaktiónini), og hita frá síðureaktiónum. Við lágum til miðal C-tesum ræður um afturvendandi hitin. Við høgum C-tesum tekur óafturvendandi hitin yvir.
Afturvendandi hitaorðið er áhugavert, tí tað broytir skelti alt eftir SOC. Fyri flestu litium-ion-kemi, gevur løðing hita við lágum SOC men tekur hita upp við høgum SOC. At loysa ger tað øvugta. Crossover punktið er umleið 50-60% SOC typiskt. Hetta er orsøkin til, at tú kanska sært kyknuhita í roynd og veru falla í seinasta umfarinum av løðingini, um streymurin er nóg lágur.
Innanhýsis mótstøðan er ymisk við hita, SOC, og aldring. Við 25 stigum kann ein frísk 18650 kykna hava 40-60 milliónir DC-mótstøðuføri. Við -20 stig , sum kann hoppa til 200-300 milliónir. Hetta er orsøkin til, at kaldveður EV-úrvalið fellur so dramatiskt. Ikki bara er evnafrøði hægri við lágum hita, men innanhýsis mótstøðan merkir, at meira av orkuni hjá battarínum verður spilt sum hiti inni í kyknuni.
Hita rýmda markið er treytað av evnafrøði. Fyri NMC-kyknur byrja eksotermar niðurbrótingarreaktiónir umleið 180-220 stig . Tá tað er byrjað, kann hitin hækka við 10-50 stig um sekundið, og røkkur 800 stig ella hægri. LFP er nógv tryggari; termiska runway byrjanin er 270 stig + og hámarkshitin, sum er náddur, er lægri.
Útbreiðslan millum kyknur í einum pakka er tann veruligi vandin. Um ein kykna fer í termiska runway, so hitar hon grannarnar. Um grannakyknurnar eisini leypa burtur, veldst um køliførleika, kyknufrástøðu og isolering. UL 9540A útbreiðslukanning uppger hetta við at noyða eina kyknu í termiska runway og hava eftirlit við, um nærliggjandi kyknur fylgja. Góð pakkasniðið inniheldur feilin til eina kyknu ella í mesta lagi eitt lítið modul.
Kølistrategiir eru ymiskar. Luftkøling er einfaldast-blása luft yvir kyknurnar ella pakkan. Virkar OK til lág streymtættleikaforrit sum PHEV ella orkugoymsluskipanir. Flótandi køling er neyðug fyri høga- avrikis EV. Flestu sniðgeving brúka eina 50:50 vatn{{8} glycol blanding við 10-25 litrum um minuttin gjøgnum kaldar plátur ella kølirásir. Inntøkuhitin er vanliga stýrdur til 20-35 stig . Battarípakkahitagradientar skulu halda seg undir 5 stig max til min fyri at sleppa undan framskundaðum aldring av teimum heitastu kyknunum.
Sum royndarsnið brúka kølievniskøling, immersiónskøling í dielektriskum vætu, ella fasu{0}}broytingartilfar. Kølievnis køling kann draga meira hita út, men krevur eina meira fløkta AC-skipan. Dimmersiónskøling hevur framúr góðar hitaflutningsstuðlar (500-2.000 W/m2K móti 50-150 W/m2K fyri óbeinleiðis flótandi køling) men innsiglingar og vætusamsvar eru avbjóðingar. PCMs virka passivt men hava tørv á at vraka goymda hitan til endans, so teir hjálpa í høvuðsheitum við fyribils køling undir skjótari løðing ella harðari akselerasión.
Avrikin niðurbróting og miseydnaðir háttir
Kapasitetur følna og impedansvøkstur eru tær báðar høvuðsniðurbrótingarmekanismurnar. Tey eru orsakað av fleiri ymiskum fysiskum og kemiskum tilgongdum, sum henda samstundis.
Á anodusíðuni forbrúkar SEI vøksturin súkkluføran litium og elektrolyt, sum økir um mótstøðuførið. Grafit-eksfoliering kann henda, um kyknan verður lødd við lágum hita-litiumplátum á grafitflatanum í staðin fyri at interkalera, og tá hon til endans ger interkalat, brýtur hon grafittstrukturið sundur. Hetta er ofta óafturvendandi. Bindrisniðurbróting við hækkaðum hita elvir til tap av el-kontakt millum partiklar.
Cathode niðurbróting fevnir um skiftismetalupploysing (serliga mangan í LMO ella mangan-, sum inniheldur NMC), strukturellar broytist frá endurtøku av litiuminnseting/útvinning, og yvirflatuumbygging í høgari-nickel katodur. Tey upploystu umskiftismetalini flyta til anoduna, har tey katalysera SEI-vøksturin, so katoduniðurbróting óbeinleiðis skundar undir anodu niðurbrótingina.
Elektrolyt-niðurbróting og gassframleiðsla eru størri trupulleikar við høgum spenningi og høgum hita. Vanligar gassir eru CO2, CO, og ymisk kolvetni frá karbonatniðurbróting. Í posakyknum sært tú posan bólgna sjónliga. Í sylindriskum ella prismatiskum kyknum við harðum tilburðum byggir trýstið upp, til trygdarventilatiónin letur upp (vanliga við 10-15 striku).
Tap av litiumgoymslum er ein stór fade mekanisma. Hvørja ferð SEI veksur ella litiumplátur óafturvendandi á anoduni, verður nakað av litium tikið úr puljuni av súkkluførum litium. Kortini rennur tú út og kapasiteturin fellur.
Knapplig brek kunnu henda av innanhýsis shorts. Flestu shorts byrja smáar- ein lítil metallpartikla punkterar skiljaran, ella ein litiumdendrittur veksur ígjøgnum. Stutta skapar eitt heitt stað, sum framskundar niðurbróting lokalt, sum ger stutta verri, og tú fært eina positiva afturmeldingarlykkju. Onkuntíð kyknusj sjálv-heilsar um stutta bráðnar seg sjálvan upp. Aðrar tíðir gongur tað til termiska rýmda.
Negl gjøgnumgongdarroyndir (tvingja ein stálnagl gjøgnum eina lødda kyknu) eru ein vanlig misnýtsluroynd. LFP-kyknur fara vanliga ikki í termiska runway frá neglagjøgnumgongd. NMC-kyknur gera ofta, hóast snið við betri skiljarum og lægri ávísari orku onkuntíð kunnu ganga.
Mynd 5 plottar kapasitetshald mótvegis ringrásartali fyri fleiri kemi undir miðal súkkluumstøðum (1C løðing/útlát, 25 stig , 100% DOD).
Statsgjald og heilsumetingarstatur .
Tú kanst ikki beinleiðis máta, hvussu nógv orka er í einum litium-ionkyknu. Tú mást meta um tað frá øðrum mátingum: spenning, streym og hita.
Einfaldasti SOC-metingarhátturin er spenningur{0}} grundaður á. Hvør evnafrøði hevur eina eyðkenda opna-}}} rás spenning mótvegis SOC-kurvu. Máta spenningin eftir at kyknan hevur hvílt seg eina tíð (fyri at lata fyribils spenningsdropar frá innanhýsis mótstøðuniðurbróting), hygg upp á OCV-kurvuna, og tú veitst SOC. Trupulleikin er, at tú sjáldan hevur tíð til at kyknuna hvílir í veruligum forritum.
Coulomb-teljing er standardtilgongdin. Tú integrerar streym yvir tíð fyri at fylgja við gjaldi inn og út. Um tú byrjar við einum kendum SOC, kanst tú til eina og hvørja tíð rokna nýggja SOC út. Nærleiki er treytaður av tínum núverandi sensara (±0,5% er typiskur) og at vita tann sanna kapasitetin. Feilir savnast við tíðini, so tú skalt við jøvnum millumbilum endurkalibrera við at gera eina fulla løðing ella útlátsringrás.
Model- grundaðir á háttaløg brúka eitt javnvirðis rásmodell ella elektrokemiskt modell av kyknuni. Tú mátar terminalspenning og streym, koyrir tey ígjøgnum títt modell, og tekur út innanhýsis tilstandir herundir SOC. Víðkað Kalman filtur ella líknandi statseygleiðarar eru vanligir. Hesar tilgongdir kunnu vera sera nágreiniligar (±2% SOC feilur), men krevja góð modell og týðandi roknitilfeingi.
SOH meting er harðari, tí tú roynir at kvantifisera niðurbróting, sum er sein og stigvís. Kapasiteturin følnar og impedansvøksturin eru ikki neyðturviliga í samsvari við hvønn annan ella við súkklutal. Ein kykna, sum hevur verið skjót- lødd nógv, kann hava høga impedans men bert hóvlig kapasitetur doyvir. Ein kykna, sum er goymd við høgum SOC/hita, kann hava munandi kapasitetsdoyving, men lutfalsliga lágur impedansvøkstur.
Vinnulig siðvenja er at definera SOH grundað á kapasitet: ein kykna við 80% av upprunaligu kapasitetinum er við 80% SOH, og hetta verður ofta mett sum enda{2}av-lív fyri EV forrit. Kyknan virkar enn, men røktin er minkað 20%. Til orkugoymsluforrit kunnu kyknurnar brúkast niður í 60-70% SOH.
Summir BMS gera periodiskar kapasitetskanningar- og løða battaríið við lágum ferð og máta, hvussu nógv orka kemur út. Hetta er rætt men ágangandi (battaríið er ikki tøkt undir royndini) og tekur tímar. Aðrar tilgongdir royna at meta um kapasitetin óbeinleiðis frá spenningskurvum, impedansmátingum ella coulombiskum effektiviteti.
Innanhýsis mótstøða kann mátast við at nýta eitt streympuls og mátispenningssvar, ella við at sprayta eitt lítið AC-signal við ymiskum frekvensum (elektrokemisk impedansspektroskopi). EIS gevur nógv fleiri upplýsingar, men krevur serkøn hardware, sum sjáldan er til staðar í vinnuligum BMS.
Annar{0}}Lívið forrit og endurnýtsla
Tá eitt EV-battarí røkkur enda{{0}av}av-lív (vanliga 70{{4}80% av upprunaligum kapasiteti), er tað framvegis fullkomiliga funktionelt fyri minni krevjandi forrit. Battarínýtslan í øðrum lívinum fær drag til støðuga orkugoymslu.
Búskapurin er ørkymlandi. Tú mást royna pensjóneraða pakkan, møguliga umvæla hann (skifta BMS, køliskipan ella skadda modul), vátta hann til nýggju forritið, og geva eina garanti. Alt hetta kostar pengar. Fyri annað{3}}lív fyri at geva meining, skal umvældi pakkin kosta munandi minni enn ein nýggjur pakki, sum er gjørdur til stationeru forritið. Kostnaðurin brotnar sjálvt um umvælingin koyrir minni enn 40-50% av nýggjum pakkakostnaði, alt eftir hvørs greining tú heldur.
Royndir pensjóneraðar kyknur er non-trivial. Eitt modul kann innihalda fleiri hundrað kyknur í røð-parallel. Tú kanst ikki lættliga royna tey hvør sær. Tú kanst royna modulið sum eind, men ein ring kykna kann maskera seg sjálva. Summir niðurbrótingarháttir eru ringir at uppdaga uttan oyðileggjandi kanningar. Tað er eisini ábyrgdarspurningurin: um eitt annað-lív battaríið fær eld, hvør hevur ábyrgdina?
Endurnýtsla er tann ultimativi end{{0}av-}lívsleiðin. Núverandi stór-}skala endurnýtsla brúkar pyrometallurgi (smelting) ella hydrometallurgi (kemisk útlúgving). Pyrometallurgy er einfaldari men minni selektivur- tú fært blandaðar metallegeringar, sum hava tørv á víðari raffinering. Hydrometallurgy kann endurvinna einstakar metallir við hægri reinleika, men krevur fleiri stig og framleiðir kemiskt burturkast.
Búskapurin av endurnýtslu er nógv treytaður av metalprísum. Kobolt er virðismikið (umleið $30{{2}40/kg søguliga, hóast prísirnir sveiggja villir), so at endurnýta kobolt-ríka kemi er búskaparliga skilagóð. Nickel er vert at endurnýta í stødd. Mangan, jarn og aluminium eru lág{{7}virðismetalir, so endurnýtsla gevur meining í høvuðsheitum at halda teimum burtur frá ruskplássum. Lithium er áhugavert-tað er ikki serliga virðismikið fyri hvørt kilo, men veitingartvingslir gera endurnýggjan lokkandi.
Beinleiðis endurnýtsla- at seta battaríið sundur og endurnýta katodu ella anodutilfar beinleiðis uttan at bróta tað niður til metalsalt- er eitt heitt granskingarøki. Um tú kundi fingið katodupulvur aftur í brúkiligum formi, so spardi tú orkuna og kostnaðin av katodusyntesu. Avbjóðingar fevna um at skilja virkna tilfarið frá núverandi savnarum og bindandi evnum, og at fáast við, at endurnýtslutilfar er ein blanding av kyknum frá ymiskum framleiðarum, aldri og evnafrøði.
