소개
NETZSCH 다중 모듈 열량계(다중 모듈 열량계(MMC)기본 장치와 교체 가능한 모듈로 구성된 다중 모드 열량계 장치입니다. 하나의 모듈은 가속 속도 열량 측정(ARC), ARC-모듈을 위해 준비되어 있습니다. 두 번째 모듈은 스캐닝 테스트에 사용되며(스캐닝 모듈), 세 번째 모듈은 코인 셀의 배터리 테스트와 관련이 있습니다(코인 셀 모듈).MMC) 274 Nexus® (그림 1)는 세 가지 측정 모듈을 제공합니다. ARC® 모듈은 소위 Heat-Wait-Search (HWS)Heat-Wait-Search 는 가속 속도 열량 측정에 따라 열량계 장치에서 사용되는 측정 모드입니다(ARC).heat-wait-search (Heat-Wait-Search (HWS)Heat-Wait-Search 는 가속 속도 열량 측정에 따라 열량계 장치에서 사용되는 측정 모드입니다(ARC).HWS) 테스트 또는 열 폭주 테스트[1][2]에 사용할 수 있으며, 스캐닝 모듈은 흡열 또는 발열 상 전이 평가 및 열 위험 스크리닝[3][4], 코인 셀 모듈은 배터리 조사에 특화되어 있습니다[5]. 외부 배터리 사이클링 유닛은 LEMO 커넥터를 통해 코인 셀 모듈에 쉽게 연결할 수 있습니다. 전압 및 전류 신호는 NETZSCH Proteus® 평가 소프트웨어로 전송할 수 있습니다. 결과 전력 신호는 자동으로 결정되며 충전 및 방전을 위해 독립적으로 정량화할 수 있습니다. 충전 및 방전 중 열 손실을 감지하여 배터리 사이클링의 효율성을 평가할 수 있습니다. 이를 위해 트윈 샘플 캐리어는 DSC와 유사한 차동 설정을 제공합니다(그림 2).
배터리에 대한 대부분의 비파괴 등온 충전 및 방전 연구는 주변 온도에 가까운 매우 small 온도 범위 내에서 수행되므로 열량계를 그에 맞게 보정하는 것이 필수적입니다. 온도 및 감도 교정을 위해 일반적으로 금속이 기준 물질로 사용됩니다[6].
배터리 상태 확인
에너지 저장 시스템을 사용할 때, 휴대폰이나 노트북의 남은 사용 시간을 평가하거나 전기 자동차의 주행 거리와 관련하여 현재 '충전 수준'은 항상 관심의 대상입니다. 휴대폰이나 노트북의 충전 시간이 다소 사소한 역할을 하는 경우, 전기 이동성의 맥락에서 특히 중요할 수 있습니다.
톤 모델
에너지 저장 시스템의 현재 상태를 잘 설명하는 것은 생각보다 어려울 수 있습니다. 7]에 따르면, 배럴 모델은 사용 중 가장 중요한 영향 요인, 특히 노화 과정으로 인한 요인을 시각적으로 잘 설명하기 때문에 잘 설명하는 데 도움이 됩니다(그림 3). 이 모델은 에너지 저장 시스템을 빗물통과 비교하며, 빗물통의 액체 수위는 현재 충전 상태를 나타냅니다. 새로운 상태의 총 부피는 최대 용량인 100%에 해당합니다. 배럴의 하단에는 '방전'을 위한 배출구가 있고 상단에는 '충전'을 위한 입구가 있습니다. 입구와 출구의 직경이 제한되어 있는 것은 배럴을 충전하거나 방전할 수 있는 속도에 제한이 있음을 나타냅니다. 이 제한은 어큐뮬레이터의 내부 저항에 해당합니다. 입구와 출구가 닫혀 있어도 배럴에는 small 구멍이 있기 때문에 시간이 지남에 따라 유체가 손실되므로 완벽하게 밀폐되어 있지 않습니다. 이러한 손실은 어큐뮬레이터의 자체 방전을 나타냅니다. 어큐뮬레이터의 노화는 "스톤"의 형성으로 더 설명할 수 있습니다. 돌은 배럴의 사용 가능한 부피를 감소시켜 에너지 저장 시스템의 용량을 감소시킵니다. 또한 시간이 지남에 따라 배럴이 녹슬어 small 구멍의 수가 증가하여 "자체 방전"으로 인한 손실이 증가합니다.
그림 3에 표시된 이 모델을 통해 축전지 작동에서 가장 중요한 프로세스를 설명할 수 있습니다. 에너지 저장 시스템의 현재 상태를 "상태"라고도 합니다.
충전 및 방전 중 손실
배터리 상태와 관계없이 충전 및 방전 과정에서도 에너지 손실이 발생합니다. 우리 모두는 휴대폰이나 노트북이 집중적으로 작동하는 동안과 충전 중에 뜨거워진다는 것을 경험으로 알고 있습니다. 이렇게 방출되는 열의 양은 에너지 저장 시스템을 통해 실제로 사용할 수 없기 때문에 이러한 열 발생은 에너지 손실을 나타냅니다.
다중 모듈 열량계(MMC)기본 장치와 교체 가능한 모듈로 구성된 다중 모드 열량계 장치입니다. 하나의 모듈은 가속 속도 열량 측정(ARC), ARC-모듈을 위해 준비되어 있습니다. 두 번째 모듈은 스캐닝 테스트에 사용되며(스캐닝 모듈), 세 번째 모듈은 코인 셀의 배터리 테스트와 관련이 있습니다(코인 셀 모듈).MMC의 코인 셀 모듈(그림 2)에 있는 센서의 도움으로 이러한 열 손실을 감지하고 정량화할 수 있습니다.
충전 및 방전 주기 제어
리튬 이온 배터리는 과충전으로 인해 전해질이 쉽게 분해될 수 있으므로 과충전에 매우 민감합니다. 따라서 일반적인 충전 방식은 일반적으로 최대 충전 전압을 4.2V로 제한합니다[7]. 또한 이 연구에서는 리튬 이온 셀(LiR 2032)의 충전 및 방전 주기를 충전 시 4.2V, 방전 시 2.5V의 차단 전압을 사용하여 제한했습니다. 그 결과 그림 4에 예시로 표시된 사이클이 생성됩니다. 예충전 사이클(여기에 표시되지 않음) 후 코인 셀은 25°C에서 45mA의 정전류로 차단 전압 4.2V까지 충전됩니다1 . 이어지는 이완 단계 2에서는 코인 셀과 센서가 열 평형 상태로 돌아갑니다. 충전 3단계는 2.5V의 차단 전압에 의해 제한되고 다시 이완 4단계가 이어집니다.
전류 및 전압 신호는 사이클링 장치에서 NETZSCH Proteus® 평가 소프트웨어로 전송되어 전력 신호가 자동으로 계산됩니다. 따라서 충전 및 방전 중 손실을 결정하기 위해 각 부분 사이클에 대해 투자된 전력과 방출된 열을 독립적으로 결정할 수 있습니다. 이렇게 하면 투자된 에너지의 몇 퍼센트가 열로 방출되었는지 표시할 수 있습니다.
그림 5는 충전 프로세스의 열유속 신호 면적 평가가 투자된 에너지(여기서는 411.6J)를 자동으로 계산하고 측정된 열유속 신호(여기서는 11.12J)와 비례하여 계산하는 방법을 보여줍니다. 그 결과 97.3%의 효율을 달성합니다. 이후 방전 시에는 훨씬 더 높은 열 발생으로 인해 효율이 89.9%에 불과합니다.
다양한 충전 및 방전 요금
앞서 언급한 차단 기준에 따라 충전 및 방전 사이클이 다른 속도로 수행되는 경우 에너지 저장 시스템에 흡수되는 에너지, 따라서 방전 중에 사용 가능한 에너지의 양은 각 속도에 따라 매우 크게 달라진다는 것을 알 수 있습니다(그림 6). 동일한 셀(LiR 2032)을 45mA(C/1)로 충전할 경우 415J가 흡수되는 반면, C/8(5.6mA)의 충전 속도에서는 거의 550J가 흡수됩니다.
축전지가 순환되는 온도도 흡수되는 에너지의 양과 충전 및 방전 효율에 영향을 미칩니다. 그림 7은 다양한 온도에서 충전 사이클의 흡수 에너지를 보여줍니다.
요약
MMC 코인 셀 모듈 274( Nexus® )를 사용하여 다양한 온도와 다양한 충전 속도에서 충전식 LiR 2032 코인 셀을 조사하고 이로 인해 발생하는 열을 조사했습니다. 충전 주기에는 4.2V와 2.5V의 상한 및 하한 차단 전압이 사용되었습니다. 충전 중 사이클링 유닛이 축전지에 공급하는 전력은 사이클링 유닛의 전류 및 전압 신호로 정량화할 수 있습니다. 이 과정에서 방출되는 열은 코인 셀 모듈의 센서가 직접 측정합니다. 어큐뮬레이터로 전달되는 전력과 방출되는 열의 비율을 통해 충전 및 방전 프로세스의 효율을 독립적으로 결정할 수 있습니다. 흡수된 전력과 각각의 충전 및 방전 효율은 충전 속도와 온도에 따라 크게 달라지는 것으로 나타났습니다.