Penentuan Kondisi Baterai
Ketika berbicara tentang penggunaan unit penyimpanan energi, "tingkat pengisian" saat ini selalu menarik - baik itu untuk mengevaluasi sisa waktu penggunaan ponsel atau laptop, atau sehubungan dengan jangkauan kendaraan listrik. Meskipun waktu pengisian daya mungkin memainkan peran yang tidak terlalu penting untuk ponsel atau laptop, namun hal ini bisa menjadi sangat penting dalam konteks elektromobilitas.
Menggambarkan kondisi saat ini dari unit penyimpanan energi dengan baik bisa jadi lebih sulit daripada yang terlihat pada awalnya. Ilustrasi yang baik tentang kondisi akumulator saat ini adalah model barel [1]. Model ini telah dijelaskan secara rinci sehubungan dengan siklus Modul Sel KoinModul kalorimeter yang merupakan bagian dari Multiple Module Calorimeter (MMC) memungkinkan pemindaian dan uji isotermal koin lengkap dengan ukuran yang bervariasi. Desain kembar seperti DSC memberikan sinyal diferensial dari tanda tangan panas selama ramp pemanasan atau pengisian dan pengosongan baterai. sel koin [2]. Berikut ini, perkembangan panas selama pengisian dan pengosongan 18650 sel, yaitu baterai yang jauh lebih besar daripada Modul Sel KoinModul kalorimeter yang merupakan bagian dari Multiple Module Calorimeter (MMC) memungkinkan pemindaian dan uji isotermal koin lengkap dengan ukuran yang bervariasi. Desain kembar seperti DSC memberikan sinyal diferensial dari tanda tangan panas selama ramp pemanasan atau pengisian dan pengosongan baterai. sel koin, akan diselidiki.
The NETZSCH ARC® 254
NETZSCH ARC® 254 (gambar 1) adalah Kalorimeter Laju Percepatan, sebuah instrumen yang biasanya digunakan untuk menyelidiki apa yang disebut Pelarian termalPelarian termal adalah situasi di mana reaktor kimia berada di luar kendali sehubungan dengan produksi suhu dan / atau tekanan yang disebabkan oleh reaksi kimia itu sendiri. Simulasi pelarian termal biasanya dilakukan dengan menggunakan perangkat kalorimeter sesuai dengan kalorimetri laju akselerasi (ARC®).pelarian termal dari zat individu atau campuran reaksi [3]. Namun, sehubungan dengan siklus baterai, ARC® 254 digunakan sebagai kalorimeter IsotermalPengujian pada suhu yang terkendali dan konstan disebut isotermal.isotermal. Untuk tujuan ini, pengaturan ARC® 254 dapat digunakan dengan cara khusus. Untuk investigasi keselamatan yang disebutkan di atas, ruang kalorimeter yang sebenarnya di ARC® 254 dikelilingi oleh berbagai pemanas independen. Untuk pemeriksaan IsotermalPengujian pada suhu yang terkendali dan konstan disebut isotermal.isotermal akumulator, akumulator dikelilingi oleh pemanas lain di dalam kalorimeter, sehingga suhu baterai dapat dikontrol secara independen dari kalorimeter.
18650 Sel
Sel 18650 yang disebut adalah sel industri standar dalam wadah logam berbentuk silinder dengan diameter 18 mm dan tinggi 65,0 mm (gambar 2).
Baterai ditempatkan ke dalam pemanas yang mengelilingi sel silinder (gambar 3) dan dipasang di ruang pengukuran kalorimeter.
Baterai dihubungkan dengan unit bersepeda eksternal (gambar 4) melalui steker konektor sederhana untuk mengalirkan arus dan tegangan untuk pengisian dan pengosongan.
Ketertarikan untuk menentukan keseimbangan termal baterai selama pengisian dan pengosongan, meskipun merupakan masalah utama saat ini, bukanlah hal yang baru. Meskipun pengaturan dalam NETZSCH ARC® 254 yang dijelaskan di bawah ini berbeda dengan template dalam literatur, pendekatan dasarnya identik dengan yang dijelaskan oleh Hansen dkk. pada tahun 1982 [4].
Pemanas 3D-VariPhi
Seperti yang sudah ditunjukkan, baterai silinder secara langsung dikelilingi oleh pemanas 3D-VariPhi (5 pada gbr. 5). Pemanas ini harus menyediakan sejumlah panas untuk menjaga baterai pada suhu yang konstan, dan dengan demikian memerlukan sejumlah daya. Daya yang dibutuhkan tergantung pada sejumlah faktor, yang paling utama adalah suhu lingkungan.
Untuk menciptakan sistem kontrol yang cukup lama, pemanas lain pada kalorimeter (2, 6, 9 dan 10 pada gambar 5) diatur ke suhu yang lebih rendah secara konstan. Jika proses energik selama pengisian dan pengosongan baterai mengubah suhu sel, catu daya pemanas 3D-VariPhi (5) akan dapat bereaksi dengan segera dan dengan demikian memastikan suhu yang konstan dalam baterai. Dari output yang direkam dari pemanas 3D-VariPhi (5), pada gilirannya, dimungkinkan untuk secara langsung menentukan panas yang diserap atau dilepaskan oleh baterai selama siklus.
Karena daya yang dibutuhkan oleh pemanas 3D-VariPhi untuk mempertahankan suhu baterai adalah penting, maka hubungan antara daya pemanas dan suhu baterai dicatat dalam gambar 6.
Bersepeda dari Sel 18650
Sel 18650 yang akan diselidiki dijaga pada suhu konstan 35°C oleh pemanas 3D-VariPhi. Setelah proses pengisian daya yang ditentukan (cut-off 2,5 V), baterai lithiumion ini diisi daya (4,2 V, l-batas 100 mA) dengan menggunakan apa yang disebut proses pengisian daya CC/CV (arus konstan/tegangan konstan). Setelah jeda 120 menit, dilanjutkan dengan pengosongan. Keduanya kemudian diulangi satu kali. Arus pengisian dan pengosongan yang digunakan dirangkum dalam tabel 1.
Tabel 1: Arus pengisian dan pemakaian
| Pengisian daya | Pengosongan | |
| 1C | 1500 mA | 1500 mA |
| C/2 | 750 mA | 750 mA |
| C/4 | 375 mA | 375 mA |
Semua pengguna tahu dari pengalaman mereka sendiri bahwa ponsel atau laptop menjadi panas selama pengoperasian yang intensif dan juga selama pengisian daya. Dalam hal siklus pengisian daya, perkembangan panas ini mewakili kehilangan energi, karena porsi panas yang dilepaskan dengan cara ini tidak tersedia untuk penggunaan aktual oleh unit penyimpanan energi. Akibatnya, jumlah panas yang terdeteksi oleh ARC® 254 selama pengisian dan pengosongan dapat dicatat sebagai kerugian dalam hal efisiensi pengisian. Hasil untuk panas reaksi sel 18650 sebagai fungsi dari tingkat pengisian yang berbeda ditunjukkan pada gambar 7 hingga 9. Jika daya pengisian atau pengosongan yang diinvestasikan dibandingkan dengan panas reaksi yang terukur, yaitu kerugian, efisiensi siklus parsial dapat ditentukan secara independen.
Ringkasan
NETZSCH ARC® 254 digunakan untuk siklus baterai silinder (18650) pada suhu 35°C dengan tingkat pengisian yang berbeda (1C, C/2, C/4). Panas reaksi yang terdeteksi sesuai dengan kerugian termal, yang memungkinkan efisiensi siklus pengisian dan pengosongan ditentukan secara independen satu sama lain. Jika tidak ada kerugian, efisiensinya akan menjadi 100%. Kerugian yang ditentukan dari panas reaksi dirangkum untuk siklus pengisian dan pengosongan, tetapi juga untuk tingkat pengisian yang berbeda, pada gambar 10. Jelas bahwa untuk tingkat pengisian yang rendah (C/4), kerugiannya lebih rendah dan dengan demikian efisiensinya lebih tinggi daripada tingkat pengisian yang lebih tinggi (1C).