¿Cuáles son los factores que influyen en las características de atenuación de la batería?
2022.Jun 16
Desde la perspectiva del vehículo, los aspectos más importantes y relevantes para un sistema de batería son la capacidad y el rendimiento energético, que el BMS debe estimar con precisión como SOH. Por lo tanto, el efecto de atenuación de la batería suele manifestarse como el cambio de las propiedades eléctricas de la batería, especialmente el cambio de capacidad y potencia. En general, la capacidad utilizable y la energía utilizable decaen a medida que la batería envejece.

En aplicaciones energéticas como los vehículos eléctricos a batería, se suelen utilizar baterías de alta energía y la función básica de las baterías es el almacenamiento de capacidad. Por lo tanto, la degradación de la batería se puede evaluar mediante el desvanecimiento de la capacidad. Para aplicaciones tales como vehículos híbridos, generalmente se usan baterías de alta potencia y la función básica de la batería es cumplir con los requisitos de alta potencia. Por lo tanto, se debe prestar más atención a la atenuación de potencia. Para los PHEV, se deben considerar tanto el desvanecimiento de la capacidad como el desvanecimiento de la potencia. Por lo general, las razones principales por las que se desvanece la capacidad de la batería son LAM y LLI. Cuando el voltaje y la tasa de corte de carga-descarga son iguales, el aumento de la resistencia interna de la batería también afectará la capacidad de la batería. La razón principal de la atenuación de la energía de la batería es el aumento de la resistencia interna.

En la actualidad, para las baterías de alta energía, cuando la capacidad de la batería cae al 80% de la capacidad inicial, se considera que la batería ha llegado al final de su vida útil porque la batería no puede cumplir con los requisitos del vehículo. Para las baterías de alta potencia, la vida útil suele estar determinada por la potencia disponible que alcanza el 50% del valor inicial.

Básicamente, la vida útil de la batería se puede dividir en dos partes: vida programada y vida útil del ciclo. La vida útil programada se refiere a la degradación de la batería causada por el almacenamiento sin ciclos; considerando la degradación de la batería causada por los ciclos de carga y descarga, corresponde al ciclo de la batería. Para los vehículos eléctricos reales, la batería se puede cargar mientras se conduce o en una estación de carga; cuando está estacionado, la batería puede suspenderse. Por lo tanto, se deben considerar tanto el programa de vida como el ciclo de vida.

En términos generales, la mayoría de las baterías que se utilizan actualmente en los vehículos eléctricos suelen presentar características de atenuación no lineal, que se pueden dividir aproximadamente en tres etapas. En la primera etapa, la LLI ocurre debido a la formación de SEI en el electrodo negativo, lo que resulta en una rápida disminución de la capacidad de la batería durante los primeros ciclos, especialmente durante la primera carga. La eficiencia culómbica inicial de la batería puede ser baja. El problema de eficiencia de Coulombic inicial es de gran valor para el estudio del diseño y la producción de baterías. En la segunda etapa, el rendimiento de la batería decae gradualmente debido a varios efectos secundarios dentro de la batería. En la tercera etapa, al final de la vida, la capacidad cae rápidamente y la impedancia aumenta rápidamente. Las razones pueden ser el rápido agotamiento de las reservas de iones de litio debido a la deposición de litio, o pérdida de material activo debido a pérdida de electrolito, falla del aglutinante o cambio de volumen. Este fenómeno de caída rápida de la capacidad afecta en gran medida el potencial de uso secundario de la batería.

Además, a veces la capacidad de la batería puede aumentar sustancialmente. Este fenómeno a menudo se observa temprano, o la prueba de ciclo se interrumpe, y puede ocurrir un aumento en la capacidad después de un almacenamiento prolongado. Las razones de este fenómeno necesitan ser analizadas y discutidas más a fondo. Una posible explicación es el efecto del electrodo pasivo, que argumenta que un electrodo negativo en exceso geométrico puede proporcionar capacidad adicional (de hecho, iones de litio) después del almacenamiento, lo que lleva a un aumento de la capacidad. Otra posible razón tiene que ver con la redistribución de carga (es decir, ninguna fuerza de carga o descarga actúa sobre ellos). Eso puede deberse a las propiedades humectantes mejoradas del electrolito del electrodo. El proceso de recubrimiento/desprendimiento de litio también puede generar mejoras anormales en el rendimiento de la batería.

Además de las propiedades eléctricas, también cambian las propiedades mecánicas y térmicas de la batería. Por ejemplo, el grosor de la batería puede aumentar debido a la generación de gas y otras razones; durante el proceso de descomposición de la batería, el coeficiente de transferencia de calor y la entropía también pueden cambiar.

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