1 Liitium-ioonakude tööpõhimõte:
Liitiumioonakud salvestavad ja vabastavad energiat liitiumioonide liikumise kaudu positiivse ja negatiivse elektroodi vahel.
Laadimisprotsessi ajal, sunnib väline toiteallikas liitiumioonid liikuma positiivselt elektroodilt negatiivsele elektroodile ja neid säilitama negatiivse elektroodi materjalis.
Tühjendusprotsessi ajal, eralduvad liitiumioonid negatiivselt elektroodilt ja liiguvad positiivsele elektroodile, vabastades energiat seadmete kasutamiseks.
2 Pinge kõikumine:
Laadimise alguses, aku sisemise takistuse ja polarisatsiooniefektide olemasolu tõttu on pinge suhteliselt madal.
Laadimise edenedes jõuavad aku sees toimuvad keemilised reaktsioonid järk-järgult tasakaalu ja pinge tõuseb järk-järgult, kuni saavutablaadimise katkestuspinge.
Kolmekomponentsete liitiumakude näitel võib nende laadimisprotsessi jagada neljaks etapiks: tilklaadimine (madalpinge eellaadimine), pideva vooluga laadimine, pideva pingega laadimine ja laadimise lõpetamine.
Nõrklaadimise etapis, kui aku pinge on alla 3 V, teostatakse esmalt eellaadimine. Sel ajal on laadimisvool 1/10 seadistatud voolust ja pinge tõuseb aeglaselt. Kui aku pinge tõuseb üle laadimisläve, siseneb see akupideva voolu laadimise etapp. Sel ajal suurendatakse laadimisvoolu ja aku pinge suureneb järk-järgult pideva voolu laadimise protsessiga. Üldjuhul on ühe aku jaoks määratud pinge 3.{1}}.2V. Kui aku pinge tõuseb 4,2 V-ni, lõppeb pideva vooluga laadimine japideva pinge laadimise faasalgab. Sel ajal hoitakse laadimispinget 4,2 V ja laadimisvool väheneb järk-järgult. Kui vool langeb 1/10-ni seadistatud laadimisvoolust, laadimine lõpeb.
Tühjendusprotsessi ajal, on pinge muutumise trend vastupidine laadimisprotsessi ajal toimuvale. Tühjenemise alguses on pinge suhteliselt kõrge. Liitiumioonide tarbimise ja aku sisemise takistuse mõjul väheneb pinge järk-järgult, kuni see jõuabtühjenemise katkestuspinge.
Tühjenemise ajal saab liitiumioonakude pingekõvera jagada kolmeks etapiks. Algstaadiumis langeb klemmi pinge kiiresti ja mida suurem on tühjenemise kiirus, seda kiiremini pinge langeb. Seejärel läheb aku pinge aeglaselt muutuvasse etappi, mida nimetatakseaku platoo piirkond. Mida väiksem on tühjenemise kiirus, seda kauem platoopiirkond kestab ja mida kõrgem on platoo pinge, seda aeglasem on pingelangus. Lõpuks, kui aku laetuse tase läheneb tühjenemisele, hakkab aku koormuspinge järsult langema, kuni see jõuabtühjenemise katkestuspinge.
3 pinge kõikumise põhjust:
1. Aku sisetakistus:Aku avaldab laadimise ja tühjenemise ajal teatud sisemist takistust, mis võib põhjustada pinge langust.
2. Polarisatsiooniefekt:Laadimise ja tühjenemise käigus tekivad aku positiivsed ja negatiivsed poolused polarisatsioonis, mis tähendab, et laengu jaotus elektroodi pinnal on ebaühtlane, mis põhjustab pinge muutusi.
3. Keemilise reaktsiooni kineetika:Aku sees toimuvate keemiliste reaktsioonide kiirus võib samuti mõjutada pinge muutusi. Mida kiirem on reaktsioonikiirus, seda kiirem on pinge muutus; Vastupidi, mida aeglasem.
Liitium-ioonakude laadimise ja tühjenemise ajal võib pinge muutuda selliste tegurite tõttu nagu sisetakistus, polarisatsiooniefektid ja keemilise reaktsiooni kineetika. See muutus on aku töö normaalne osa ja oluline näitaja aku jõudluse ja tervisliku seisundi hindamisel.
4 Milline on pingemuutuste mõju liitium-ioonakude jõudlusele?
1. Pinge ja võimsuse vaheline seos:
Üldiselt on aku võimsus otseselt võrdeline selle pingega. See tähendab, et pinge kasvades suureneb vastavalt ka aku mahtuvus, mis võimaldab tal rohkem energiat salvestada. Seetõttu on kõrgepinge liitiumioonakude eluiga tavaliselt pikem.
2. Pinge ja tühjenduskõvera vaheline seos:
Tühjenemiskõver on liitiumioonakude pinge muutumise kõver kasutamise ajal. Erinevad pinged võivad mõjutada tühjenduskõvera kuju ja kallet. Üldiselt näitab liitiumakude tühjenemiskõver pidevat langustrendi, kuid kõvera kuju ja vähenemise kiirus võivad erinevate pingete korral erineda. See on väga oluline elektrooniliste seadmete tavapäraseks kasutamiseks ja aku taseme täpseks kuvamiseks.
3. Pinge ja laadimis-/tühjenemiskiiruse vaheline seos:
Kõrgema pingega liitiumioonakud saavad kiiremini laadida ja tühjeneda. See tähendab, et kui kasutame kõrgepinge liitiumakusid, saame elektroonikaseadmed kiiremini täis laadida ja neid pikema aja jooksul kasutada. Liigne pinge võib aga põhjustada ka aku ülekuumenemist ja kahjustumist, mistõttu tuleb projekteerimisel ja kasutusprotsessil olla tasakaal.
4. Pinge ja ohutuse vaheline seos:
Liitium-ioonakude ülelaadimine ja tühjenemine võib mõjutada nende ohutust ja isegi põhjustada tõsiseid õnnetusi, näiteks tulekahjusid. Akude pingepiirang on üks olulisi tegureid, mida laadimise juhtahelate kavandamisel arvestada, et tagada akude ohutu kasutamine. Kui aku pinge ületab normaalvahemikku, võib see käivitada aku kaitsemehhanismi (nt väljalülitus- või lühisekaitse), et vältida aku kahjustamist või ohutusõnnetusi.
5. Pingemuutuste muud mõjud:
Pikka aega madala pinge all olevad liitiumioonakud võivad kiirendada aku sees toimuvaid kahjulikke keemilisi reaktsioone, nagu elektrolüüdi lagunemine ja aktiivsete ainete eraldumine, mis võib põhjustada aku mahutavuse pöördumatut halvenemist.
Madal pinge võib põhjustada ka mikroskoopilisi muutusi aku sisestruktuuris, nagu elektroodide materjalide ebaühtlane laienemine ja kokkutõmbumine, mis veelgi süvendab aku vananemist ja jõudluse halvenemist.
Liitiumioonakude pinge kõikumine mõjutab oluliselt nende jõudlust. Seetõttu tuleb liitiumioonakude valimisel ja kasutamisel täielikult arvestada pingeteguriga ning valida tegelikest vajadustest ja rakendusstsenaariumidest lähtuvalt sobiv aku tüüp ja spetsifikatsioonid. Samal ajal tuleks kasutamise ajal tähelepanu pöörata ka aku pingeseisundile, et tagada selle ohutus ja stabiilsus.