Wprowadzenie
Kalorymetr wielomodułowy NETZSCH (Kalorymetr wielomodułowy (MMC)Wielotrybowe urządzenie kalorymetryczne składające się z jednostki bazowej i wymiennych modułów. Jeden moduł jest przygotowany do kalorymetrii z przyspieszeniem (ARC), ARC-Module. Drugi służy do testów skanowania (Scanning Module), a trzeci do testowania baterii ogniw monetowych (Coin Cell Module).MMC) 274 Nexus® (rysunek 1) oferuje trzy różne moduły pomiarowe. Moduł ARC® może być używany do tak zwanych testów Heat-Wait-Search (HWS)Heat-Wait-Search to tryb pomiaru stosowany w urządzeniach kalorymetrycznych zgodnie z kalorymetrią przyspieszoną (ARC).heat-wait-search (Heat-Wait-Search (HWS)Heat-Wait-Search to tryb pomiaru stosowany w urządzeniach kalorymetrycznych zgodnie z kalorymetrią przyspieszoną (ARC).HWS) lub testów ucieczki termicznej [1][2]; Moduł skanowaniaModuł kalorymetru będący częścią kalorymetru wielomodułowego (MMC) umożliwiający skanowanie próbki. Procedura ta może służyć jako test przesiewowy w celu wykrycia potencjalnego zagrożenia termicznego w stosunkowo krótkim czasie pomiaru.moduł skanujący nadaje się do takich zastosowań, jak ocena endotermicznych lub egzotermicznych przejść fazowych, a także do badań przesiewowych zagrożeń termicznych [3][4]; a Moduł ogniw monetowychModuł kalorymetru będący częścią kalorymetru wielomodułowego (MMC) umożliwiający skanowanie i testy izotermiczne kompletnych monet o różnych rozmiarach. Bliźniacza konstrukcja podobna do DSC zapewnia różnicowy sygnał sygnatury cieplnej podczas rampy grzewczej lub ładowania i rozładowywania akumulatorów.moduł ogniw monetowych jest wyspecjalizowany do badania baterii [5]. Zewnętrzną jednostkę do cyklicznego testowania baterii można łatwo podłączyć do modułu Coin Cell Module za pomocą złącza LEMO. Sygnały napięcia i prądu mogą być przesyłane do oprogramowania ewaluacyjnego NETZSCH Proteus® . Wynikowy sygnał mocy jest automatycznie określany i może być niezależnie kwantyfikowany dla ładowania i rozładowywania. Wykrywając straty ciepła podczas ładowania i rozładowywania, można ocenić wydajność cyklicznego ładowania akumulatora. W tym celu podwójny nośnik próbek oferuje konfigurację różnicową podobną do DSC (rysunek 2).
libraPonieważ większość nieniszczących badań izotermicznego ładowania i rozładowywania akumulatorów przeprowadza się w bardzo small zakresie temperatur zbliżonym do temperatury otoczenia, konieczne jest odpowiednie dostosowanie kalorymetru.libraW celu określenia temperatury i czułości kalorymetru, metale są zwykle używane jako materiały referencyjne [6].
Określanie stanu akumulatora
Jeśli chodzi o korzystanie z systemu magazynowania energii, jego aktualny "poziom naładowania" jest zawsze interesujący - czy to w celu oceny pozostałego czasu pracy telefonu komórkowego lub laptopa, czy też w odniesieniu do zasięgu pojazdu elektrycznego. O ile czas ładowania telefonu komórkowego lub laptopa odgrywa raczej niewielką rolę, może mieć szczególne znaczenie w kontekście elektromobilności.
Ton Model
Dobre opisanie aktualnego stanu systemu magazynowania energii może być trudniejsze niż się początkowo wydaje. Według [7] model baryłkowy służy do dobrego zilustrowania, ponieważ dobrze opisuje wizualnie najważniejsze czynniki wpływające podczas użytkowania, a w szczególności te wynikające z procesów starzenia (rys. 3). Model porównuje system magazynowania energii do beczki na deszczówkę, gdzie poziom cieczy w beczce reprezentuje aktualny stan naładowania. Całkowita objętość w nowym stanie odpowiada maksymalnej pojemności 100%. Na dole beczki znajduje się wylot do "rozładowywania", a na górze wlot do "ładowania". Ograniczone średnice wlotu i wylotu pokazują, że istnieje ograniczenie prędkości, z jaką beczki mogą być ładowane lub rozładowywane. Ograniczenie to odpowiada oporowi wewnętrznemu akumulatora. Nawet gdy wlot i wylot są zamknięte, beczka z czasem traci płyn, ponieważ ma small otwory i dlatego nie jest idealnie szczelna. Straty te stanowią samorozładowanie akumulatora. Starzenie się akumulatora jest dalej opisywane przez tworzenie się "kamieni". Zmniejszają one użyteczną objętość cylindra, a tym samym pojemność systemu magazynowania energii. Ponadto beczka rdzewieje z upływem czasu, zwiększając liczbę small otworów, a tym samym straty spowodowane "samorozładowaniem".
Za pomocą tego modelu, przedstawionego na rysunku 3, można opisać najważniejsze procesy w działaniu akumulatora. Aktualny stan systemu magazynowania energii jest również określany jako "stan zdrowia".
Straty podczas ładowania i rozładowywania
Niezależnie od stanu baterii, straty energii występują również podczas każdego procesu ładowania i rozładowywania. Wszyscy wiemy z własnego doświadczenia, że telefony komórkowe lub laptopy nagrzewają się podczas intensywnej pracy, a także podczas ładowania. Te zmiany ciepła stanowią straty energetyczne, ponieważ ilości ciepła uwalniane w ten sposób nie są dostępne do rzeczywistego wykorzystania przez system magazynowania energii.
Za pomocą czujnika w module ogniwa monetowego Kalorymetr wielomodułowy (MMC)Wielotrybowe urządzenie kalorymetryczne składające się z jednostki bazowej i wymiennych modułów. Jeden moduł jest przygotowany do kalorymetrii z przyspieszeniem (ARC), ARC-Module. Drugi służy do testów skanowania (Scanning Module), a trzeci do testowania baterii ogniw monetowych (Coin Cell Module).MMC (rysunek 2), te straty ciepła mogą być wykrywane i określane ilościowo.
Kontrola cykli ładowania i rozładowania
Akumulatory litowo-jonowe są bardzo wrażliwe na przeładowanie, ponieważ może to łatwo doprowadzić do rozkładu elektrolitów. Dlatego powszechne metody ładowania zwykle ograniczają maksymalne NapięcieOdkształcenie opisuje deformację materiału, który jest obciążony mechanicznie przez siłę zewnętrzną lub naprężenie. Mieszanki gumowe wykazują właściwości pełzania, jeśli zastosowane zostanie obciążenie statyczne.napięcie ładowania do 4,2 V [7]. Również w tej pracy cykle ładowania i rozładowania ogniwa litowo-jonowego (LiR 2032) zostały ograniczone przy użyciu napięcia odcięcia 4,2 V dla ładowania i 2,5 V dla rozładowania. Skutkuje to cyklem pokazanym jako przykład na rysunku 4. Po cyklu ładowania wstępnego (nie pokazanego tutaj), ogniwo pastylkowe jest ładowane w temperaturze 25°C stałym prądem 45 mA do napięcia odcięcia 4,2 V 1 . W kolejnej fazie relaksacji 2 , ogniwo monetowe i czujnik powracają do równowagi termicznej. Faza dichargingu 3 jest ograniczona napięciem odcięcia 2,5 V i ponownie następuje po niej faza relaksacji 4.
Sygnały prądu i napięcia są przesyłane z jednostki cyklicznej do oprogramowania ewaluacyjnego NETZSCH Proteus® , gdzie automatycznie obliczany jest sygnał mocy. W celu określenia strat podczas ładowania i rozładowywania, zainwestowana moc i uwolnione ciepło mogą być zatem określane niezależnie dla każdego cyklu częściowego. W ten sposób można wskazać, jaka część zainwestowanej energii została uwolniona w postaci ciepła.
Rysunek 5 pokazuje, w jaki sposób obszarowa ocena sygnału strumienia ciepła procesu ładowania automatycznie oblicza zainwestowaną energię (tutaj 411,6 J) i ustawia ją proporcjonalnie do zmierzonego sygnału strumienia ciepła (tutaj 11,12 J). Daje to sprawność na poziomie 97,3%. W przypadku późniejszego rozładowania sprawność wynosi tylko 89,9% ze względu na znacznie wyższe wytwarzanie ciepła.
Różne prędkości ładowania i rozładowywania
Jeśli cykle ładowania i rozładowania są przeprowadzane z różnymi prędkościami zgodnie z wyżej wymienionymi kryteriami wyłączania, można zauważyć, że energia pochłaniana przez system magazynowania energii, a tym samym oczywiście ilość energii dostępnej podczas rozładowywania, zależy bardzo silnie od odpowiedniej prędkości (rysunek 6). Jeśli identyczne ogniwo (LiR 2032) jest ładowane prądem 45 mA (C/1), pochłaniane jest 415 J, podczas gdy przy szybkości ładowania C/8 (5,6 mA) pochłaniane jest prawie 550 J.
Temperatura, w której akumulator jest poddawany cyklom, ma również wpływ na ilość pochłoniętej energii oraz wydajność ładowania i rozładowywania. Rysunek 7 przedstawia pochłoniętą energię cykli ładowania w różnych temperaturach.
Podsumowanie
Moduł MMC Coin Cell Module 274 Nexus® został wykorzystany do zbadania ładowalnego ogniwa LiR 2032 coin w różnych temperaturach i przy różnych szybkościach ładowania w odniesieniu do powstającego w ten sposób ciepła. Dla cykli ładowania zastosowano górne i dolne NapięcieOdkształcenie opisuje deformację materiału, który jest obciążony mechanicznie przez siłę zewnętrzną lub naprężenie. Mieszanki gumowe wykazują właściwości pełzania, jeśli zastosowane zostanie obciążenie statyczne.napięcie odcięcia wynoszące 4,2 V i 2,5 V. Moc dostarczana do akumulatora przez jednostkę cykliczną podczas ładowania może być określona ilościowo na podstawie sygnałów prądu i napięcia jednostki cyklicznej. Ciepło uwalniane podczas tego procesu jest bezpośrednio mierzone przez czujnik modułu ogniwa monetowego. Stosunek mocy przekazywanej do akumulatora i ilości wydzielanego ciepła pozwala na niezależne określenie wydajności procesów ładowania i rozładowywania. Wykazano, że zarówno pochłaniana moc, jak i odpowiednia wydajność ładowania i rozładowywania są silnie zależne od szybkości ładowania i temperatury.