1 Pagrindinis ličio jonų akumuliatorių veikimo principas:
Ličio jonų baterijos kaupia ir išskiria energiją per ličio jonų judėjimą tarp teigiamo ir neigiamo elektrodų.
Įkrovimo proceso metu, išorinis maitinimo šaltinis priverčia ličio jonus pereiti nuo teigiamo elektrodo prie neigiamo elektrodo ir kauptis neigiamo elektrodo medžiagoje.
Iškrovimo proceso metu, ličio jonai išsiskiria iš neigiamo elektrodo ir pereina prie teigiamo elektrodo, išskirdami energiją įrangos naudojimui.
2 Įtampos pokytis:
Įkrovimo pradžioje, dėl akumuliatoriaus vidinio pasipriešinimo ir poliarizacijos efektų, įtampa bus palyginti žema.
Vykstant įkrovimui, cheminės reakcijos akumuliatoriaus viduje palaipsniui pasiekia pusiausvyrą, o įtampa palaipsniui didėja, kol pasiekiaįkrovimo ribinė įtampa.
Pavyzdžiui, trijų dalių ličio baterijas, jų įkrovimo procesą galima suskirstyti į keturis etapus: trumpalaikis įkrovimas (žemos įtampos išankstinis įkrovimas), nuolatinės srovės įkrovimas, nuolatinės įtampos įkrovimas ir įkrovimo užbaigimas.
Įkrovimo metu, jei akumuliatoriaus įtampa yra mažesnė nei 3 V, pirmiausia bus atliktas išankstinis įkrovimas. Šiuo metu įkrovimo srovė yra 1/10 nustatytos srovės, o įtampa lėtai didėja. Kai akumuliatoriaus įtampa pakyla virš įkrovimo slenksčio, jis patenka įnuolatinės srovės įkrovimo stadija. Šiuo metu įkrovimo srovė didėja, o akumuliatoriaus įtampa palaipsniui didėja, kai įkraunama nuolatinė srovė. Paprastai vienam akumuliatoriui nustatyta įtampa yra 3.{1}}.2 V. Kai akumuliatoriaus įtampa pakyla iki 4,2 V, nuolatinės srovės įkrovimas baigiasi irpastovios įtampos įkrovimo fazėprasideda. Šiuo metu įkrovimo įtampa palaikoma 4,2 V, o įkrovimo srovė palaipsniui mažėja. Srovei nukritus iki 1/10 nustatytos įkrovimo srovės, įkrovimas baigiasi.
Iškrovimo proceso metu, įtampos kitimo tendencija yra priešinga nei įkrovimo proceso metu. Iškrovos pradžioje įtampa yra gana aukšta. Vartojant ličio jonus ir veikiant akumuliatoriaus vidinei varžai, įtampa palaipsniui mažėja, kol pasiekiaišlydžio atjungimo įtampa.
Iškrovimo metu ličio jonų akumuliatorių įtampos kreivę galima suskirstyti į tris etapus. Pradiniame etape gnybtų įtampa greitai krenta, o kuo didesnis iškrovos greitis, tuo greičiau krenta įtampa. Tada akumuliatoriaus įtampa pereina į lėtai besikeičiančią stadiją, kuri vadinamabaterijos plokščiakalnis regionas. Kuo mažesnis iškrovos greitis, tuo ilgiau trunka plokščiakalnio sritis, o kuo aukštesnė plokščiakalnio įtampa, tuo lėtesnis įtampos kritimas. Galiausiai, artėjant akumuliatoriaus išsikrovimo lygiui, akumuliatoriaus apkrovos įtampa pradeda smarkiai kristi, kol pasiekiaišlydžio atjungimo įtampa.
3 įtampos svyravimų priežastys:
1. Vidinė akumuliatoriaus varža:Įkrovimo ir iškrovimo metu akumuliatorius turi tam tikrą vidinį pasipriešinimą, dėl kurio gali sumažėti įtampa.
2. Poliarizacijos efektas:Įkrovimo ir iškrovimo proceso metu teigiami ir neigiami akumuliatoriaus poliai patirs poliarizaciją, o tai reiškia, kad įkrovos pasiskirstymas ant elektrodo paviršiaus yra netolygus, todėl keičiasi įtampa.
3. Cheminės reakcijos kinetika:Akumuliatoriaus viduje vykstančių cheminių reakcijų greitis taip pat gali turėti įtakos įtampos pokyčiams. Kuo greitesnis reakcijos greitis, tuo greitesnis įtampos pokytis; Priešingai, kuo lėčiau.
Ličio jonų akumuliatorių įkrovimo ir iškrovimo metu įtampa gali kisti dėl tokių veiksnių kaip vidinė varža, poliarizacijos efektai ir cheminės reakcijos kinetika. Šis pakeitimas yra įprasta akumuliatoriaus veikimo dalis ir svarbus rodiklis vertinant akumuliatoriaus veikimą ir sveikatos būklę.
4 Kokią įtaką įtampos pokyčiai turi ličio jonų akumuliatorių veikimui
1. Įtampos ir talpos ryšys:
Paprastai tariant, akumuliatoriaus talpa yra tiesiogiai proporcinga jos įtampai. Tai reiškia, kad didėjant įtampai atitinkamai padidės ir baterijos talpa, leidžianti sukaupti daugiau energijos. Todėl aukštos įtampos ličio jonų baterijos paprastai tarnauja ilgiau.
2. Įtampos ir iškrovos kreivės ryšys:
Iškrovos kreivė yra ličio jonų akumuliatorių įtampos kitimo per tam tikrą laiką kreivė naudojimo metu. Skirtingos įtampos gali turėti įtakos iškrovos kreivės formai ir nuolydžiui. Paprastai kalbant, ličio baterijų iškrovos kreivė rodo nuolatinę mažėjimo tendenciją, tačiau kreivės forma ir mažėjimo greitis gali skirtis priklausomai nuo skirtingų įtampų. Tai labai svarbu normaliam elektroninių prietaisų naudojimui ir tiksliam baterijos lygio rodymui.
3. Įtampos ir įkrovimo/iškrovimo greičio ryšys:
Didesnės įtampos ličio jonų akumuliatoriai gali greičiau įkrauti ir išsikrauti. Tai reiškia, kad jei naudosime aukštos įtampos ličio baterijas, elektroninius prietaisus galime pilnai įkrauti greičiau ir naudoti juos ilgesnį laiką. Tačiau per didelė įtampa taip pat gali sukelti akumuliatoriaus perkaitimą ir sugadinimą, todėl projektuojant ir naudojant reikia išlaikyti pusiausvyrą.
4. Įtampos ir saugos ryšys:
Per didelis ličio jonų akumuliatorių įkrovimas ir iškrovimas gali turėti įtakos jų saugai ir netgi sukelti rimtų nelaimingų atsitikimų, pvz., gaisrų. Akumuliatorių įtampos apribojimas yra vienas iš svarbių veiksnių, į kuriuos reikia atsižvelgti kuriant įkrovimo valdymo grandines, kad būtų užtikrintas saugus baterijų naudojimas. Kai akumuliatoriaus įtampa viršija įprastą diapazoną, gali suveikti akumuliatoriaus apsaugos mechanizmas, pvz., išjungimas arba apsauga nuo trumpojo jungimo, kad būtų išvengta baterijos sugadinimo ar nelaimingų atsitikimų.
5. Kiti įtampos pokyčių padariniai:
Ličio jonų akumuliatoriai, kurie ilgą laiką yra žemos įtampos būsenoje, gali paspartinti kenksmingas chemines reakcijas akumuliatoriaus viduje, pvz., elektrolito irimą bei aktyviųjų medžiagų atsiskyrimą, o tai gali sukelti negrįžtamą akumuliatoriaus talpos pablogėjimą.
Žema įtampa taip pat gali sukelti mikroskopinius akumuliatoriaus vidinės struktūros pokyčius, pvz., netolygų elektrodų medžiagų išsiplėtimą ir susitraukimą, dar labiau didindama baterijos senėjimą ir našumo pablogėjimą.
Ličio jonų akumuliatorių įtampos svyravimai turi didelę įtaką jų veikimui. Todėl renkantis ir naudojant ličio jonų baterijas būtina visapusiškai atsižvelgti į įtampos koeficientą ir pasirinkti tinkamą akumuliatoriaus tipą bei specifikacijas, atsižvelgiant į faktinius poreikius ir pritaikymo scenarijus. Tuo tarpu naudojimo metu taip pat reikėtų atkreipti dėmesį į akumuliatoriaus įtampos būseną, kad būtų užtikrintas jo saugumas ir stabilumas.