Les tensions de tall-de càrrega i descàrrega estan directament relacionades amb la seguretat i la vida útil de la bateria. La seva configuració requereix un equilibri entre les propietats del material i les condicions de funcionament. Aquest article analitza la lògica de disseny del llindar de tensió per a sistemes com LFP i NCM, i elabora el mecanisme de coordinació entre l'adaptabilitat a la temperatura i la protecció jeràrquica multi-de BMS.
1. Sistemes materials i propietats electroquímiques
Els materials del càtode i de l'ànode defineixen la finestra de tensió, ja que diferents combinacions de càtode-ànodes presenten finestres d'estabilitat electroquímica diferents. Exemples:
Sistema de fosfat de ferro de liti (LFP): tensió de tall de càrrega estàndard -V{1}} V; tensió de tall-descàrrega=2.5 V (temperatura ambient) o 2,0 V (temperatura baixa).
Sistema de material ternari (NCM/NCA): voltatge de tall-de càrrega=4.2 V; La tensió de tall-descàrrega oscil·la entre 2,75 V i 3,0 V.
Sistema de titanat de liti (LTO): voltatge de tall-de càrrega=2.9 V; descàrrega -tensió de tall=1.5 V.
Riscos de sobrecàrrega i sobre{0}}descàrrega
Una tensió de càrrega excessivament alta provoca la degradació estructural del càtode, l'evolució d'oxigen i la descomposició d'electròlits.
Una tensió de descàrrega excessivament baixa trenca la pel·lícula SEI de l'ànode i provoca la corrosió del col·lector de corrent.
2. Mecanismes de protecció de seguretat
Disseny de protecció jeràrquica (prenent com a exemple LFP):
Tensió de terminació de càrrega normal: 3,65 V - BMS deixa de carregar-se un cop s'arriba a aquest valor.
Protecció de sobrecàrrega primària: superior o igual a 3,8 V - s'acaba forçant la càrrega.
Protecció de sobrecàrrega secundària: superior o igual a 4,0 V - BMS bloqueja el sistema per evitar la fugida tèrmica.
Tensió de terminació de descàrrega normal: 2,5 V - la descàrrega cessa un cop s'arriba a aquest valor.
Protecció de sobre{0}}descàrrega primària: la descàrrega - inferior o igual a 2,0 V s'acaba de manera forçada.
Protecció secundària sobre-descàrrega: inferior o igual a 1,8 V - BMS bloqueja el sistema i cal un restabliment manual.
3. Adaptabilitat a la temperatura
Ajust per a entorns de baixa-temperatura: la tensió de tall-de descàrrega baixa a mesura que disminueix la temperatura. Per a cèl·lules LFP:
Temperatura T > 0 graus: 2,5 V
Temperatura T Menor o igual a 0 graus: 2,0 V Això evita el tall prematur de la descàrrega causat per la polarització a baixes temperatures.
4. Vida útil i optimització del rendiment
Impactes en el cicle de vida
Augmentar la tensió de tall{0}}de càrrega (p. ex., augmentar el límit de l'LFP de 3,65 V a 4,0 V) accelera l'esvaïment de la capacitat.
Una tensió de tall de descàrrega excessivament baixa{0} (p. ex., per sota de 2,85 V per a LFP) provoca la pèrdua de liti actiu a l'ànode.
Procés de formació
La tensió de tall de pre{0}}càrrega-s'ha de controlar dins del rang de formació de pel·lícules SEI (p. ex., 2,8-3,0 V) per evitar reaccions secundaries induïdes per impureses.
Conclusió
La determinació de les tensions de tall-és un resultat complet de les característiques del material, els requisits de seguretat, la vida útil del cicle, l'adaptabilitat a la temperatura i els estàndards de la indústria. Els fabricants verifiquen els llindars de tensió mitjançant proves electroquímiques i BMS implementa la protecció jeràrquica en conseqüència per garantir el funcionament de la bateria dins d'una finestra de tensió segura.
