Giriş
NETZSCH Çoklu Modül Kalorimetre (Çoklu Modül Kalorimetresi (MMC)Bir ana ünite ve değiştirilebilir modüllerden oluşan çok modlu bir kalorimetre cihazı. Modüllerden biri hızlandırma oranı kalorimetrisi (ARC), ARC-Modülü için hazırlanmıştır. İkincisi tarama testleri için kullanılır (Tarama Modülü) ve üçüncüsü madeni para hücreleri için pil testi ile ilgilidir (Madeni Para Hücresi Modülü).MMC) 274 Nexus® (şekil 1) üç farklı ölçüm modülü sunmaktadır. Hızlandırıcı Hız Kalorimetrisi (ARC)Termal olarak ekzotermik ayrışma reaksiyonlarını tespit etmek için kullanılan izotermal ve adyabatik test prosedürlerini tanımlayan yöntem.ARC® Modülü, Heat-Wait-Search (HWS)Heat-Wait-Search kalorimetre cihazlarında hızlandırma oranı kalorimetrisine göre kullanılan bir ölçüm modudur (ARC).heat-wait-search (Heat-Wait-Search (HWS)Heat-Wait-Search kalorimetre cihazlarında hızlandırma oranı kalorimetrisine göre kullanılan bir ölçüm modudur (ARC).HWS) testleri veya Termal kaçakIsıl kaçak, bir kimyasal reaktörün, kimyasal reaksiyonun kendisinden kaynaklanan sıcaklık ve/veya basınç üretimi açısından kontrolden çıkması durumudur. Isıl kaçak simülasyonu genellikle hızlandırılmış hız kalorimetrisine göre bir kalorimetre cihazı kullanılarak gerçekleştirilir (ARC).termal kaçak testleri için kullanılabilir [1][2]; Tarama Modülü, EndotermikBir örnek geçişi veya bir reaksiyon, dönüşüm için ısı gerekiyorsa endotermiktir.endotermik veya EkzotermikBir örnek geçişi veya bir reaksiyon ısı üretiyorsa ekzotermiktir.ekzotermik faz geçişlerinin değerlendirilmesinin yanı sıra termal tehlike taraması gibi uygulamalar için uygundur [3][4]; ve Madeni Para Hücresi Modülü, pillerin incelenmesi için özel olarak tasarlanmıştır [5]. Harici bir batarya çevrim ünitesi, bir LEMO konektörü aracılığıyla Coin Cell Modülüne kolayca bağlanabilir. Gerilim ve akım sinyalleri NETZSCH Proteus® değerlendirme yazılımına aktarılabilir. Elde edilen güç sinyali otomatik olarak belirlenir ve şarj ve deşarj için bağımsız olarak ölçülebilir. Şarj ve deşarj sırasında ısı kaybını tespit ederek, bir akünün çevrim verimliliğini değerlendirmek mümkündür. Bu amaçla, ikiz numune taşıyıcı DSC benzeri bir diferansiyel kurulum sunar (Şekil 2).
small Bataryalar üzerindeki tahribatsız İzotermalKontrollü ve sabit sıcaklıkta yapılan testlere izotermal denir.izotermal şarj ve deşarj çalışmalarının çoğu ortam sıcaklığına yakın bir sıcaklık aralığında gerçekleştirildiğinden, kalorimetrenin buna uygun olarak calibrated olması çok önemlidir.libraSıcaklık ve hassasiyet ölçümü için genellikle referans malzeme olarak metaller kullanılır [6].
Akü Durumunun Belirlenmesi
Bir enerji depolama sisteminin kullanımı söz konusu olduğunda, mevcut "doluluk seviyesi" her zaman ilgi çekicidir - ister bir cep telefonunun veya dizüstü bilgisayarın kalan çalışma süresini değerlendirmek için olsun, ister elektrikli bir aracın menzili ile ilgili olsun. Bir cep telefonunun veya dizüstü bilgisayarın şarj süresi oldukça küçük bir rol oynasa da, elektromobilite bağlamında özel bir öneme sahip olabilir.
Ton Modeli
Bir enerji depolama sisteminin mevcut durumunu iyi tanımlamak ilk bakışta göründüğünden daha zor olabilir. 7]'ye göre varil modeli, kullanım sırasında ve özellikle yaşlanma süreçlerinden kaynaklanan en önemli etkili faktörleri görsel olarak tanımlamada iyi bir iş çıkardığı için iyi bir örnek teşkil etmektedir (Şekil 3). Model, enerji depolama sistemini bir yağmur variliyle karşılaştırır; burada varildeki sıvı seviyesi mevcut şarj durumunu temsil eder. Yeni durumdaki toplam hacim %100'lük maksimum kapasiteye karşılık gelmektedir. Varilin alt kısmında "boşaltma" için bir çıkış, üst kısmında ise "şarj" için bir giriş bulunmaktadır. Giriş ve çıkışın sınırlı çapları, varillerin şarj veya deşarj edilebileceği hızın bir sınırı olduğunu göstermektedir. Bu sınırlama akümülatördeki iç dirence karşılık gelmektedir. Giriş ve çıkış kapalı olsa bile small deliklere sahip olduğundan ve bu nedenle tam olarak sıkı olmadığından varil zamanla sıvı kaybeder. Bu kayıplar akümülatörün kendi kendine deşarjını temsil eder. Akümülatörün yaşlanması ayrıca "taş" oluşumu ile tanımlanır. Bunlar varilin kullanılabilir hacmini ve dolayısıyla enerji depolama sisteminin kapasitesini azaltır. Ayrıca, varil zamanla paslanarak small deliklerin sayısını ve dolayısıyla "kendi kendine deşarj" nedeniyle kayıpları artırır.
Şekil 3'te gösterilen bu model ile bir akümülatörün çalışmasındaki en önemli süreçler tanımlanabilir. Bir enerji depolama sisteminin mevcut durumu "sağlık durumu" olarak da adlandırılır.
Şarj ve Deşarj Sırasındaki Kayıplar
Bataryanın durumu ne olursa olsun, her şarj ve deşarj işlemi sırasında enerji kayıpları da meydana gelir. Hepimiz kendi deneyimlerimizden cep telefonlarının veya dizüstü bilgisayarların yoğun çalışma sırasında ve ayrıca şarj sırasında ısındığını biliyoruz. Bu ısı gelişmeleri enerjik kayıpları temsil eder, çünkü bu şekilde açığa çıkan ısı miktarları enerji depolama sistemi aracılığıyla gerçek kullanım için mevcut değildir.
Çoklu Modül Kalorimetresi (MMC)Bir ana ünite ve değiştirilebilir modüllerden oluşan çok modlu bir kalorimetre cihazı. Modüllerden biri hızlandırma oranı kalorimetrisi (ARC), ARC-Modülü için hazırlanmıştır. İkincisi tarama testleri için kullanılır (Tarama Modülü) ve üçüncüsü madeni para hücreleri için pil testi ile ilgilidir (Madeni Para Hücresi Modülü).MMC'nin Coin Cell Modülündeki sensör yardımıyla (şekil 2) bu ısı kayıpları tespit edilebilir ve ölçülebilir.
Şarj ve Deşarj Döngülerinin Kontrolü
Lityum-iyon piller, elektrolitlerin kolayca ayrışmasına yol açabileceğinden aşırı şarj konusunda çok hassastır. Bu nedenle, yaygın şarj yöntemleri genellikle maksimum şarj voltajını 4,2 V ile sınırlar [7]. Bu çalışmada da bir lityum-iyon hücrenin (LiR 2032) şarj ve deşarj döngüleri, şarj için 4,2 V ve deşarj için 2,5 V'luk bir kesme voltajı kullanılarak sınırlandırılmıştır. Bu, şekil 4'te örnek olarak gösterilen döngü ile sonuçlanır. Bir ön şarj döngüsünden sonra (burada gösterilmemiştir), madeni para hücresi 25°C'de 45 mA'lik sabit bir akımla 4,2 V'luk bir kesme voltajına kadar şarj edilir 1 . Bunu takip eden gevşeme aşamasında 2, madeni para hücresi ve sensör termal dengeye geri döner. Dicharging fazı 3, 2,5 V'luk kesme voltajı ile sınırlıdır ve bunu yine bir gevşeme fazı 4 takip eder.
Akım ve gerilim sinyalleri çevrim ünitesinden NETZSCH Proteus® değerlendirme yazılımına aktarılır ve burada otomatik olarak bir güç sinyali hesaplanır. Şarj ve deşarj sırasındaki kayıpların belirlenmesi için, harcanan güç ve açığa çıkan ısı böylece her kısmi döngü için bağımsız olarak belirlenebilir. Bu şekilde, yatırılan enerjinin ne kadarının ısı olarak açığa çıktığını göstermek mümkündür.
Şekil 5, şarj işleminin ısı akışı sinyalinin alan değerlendirmesinin, harcanan enerjiyi (burada 411,6 J) otomatik olarak nasıl hesapladığını ve bunu ölçülen ısı akışı sinyaliyle (burada 11,12 J) nasıl orantıladığını göstermektedir. Bu da %97,3'lük bir verimlilikle sonuçlanır. Daha sonraki deşarj işleminde, önemli ölçüde daha yüksek ısı üretimi nedeniyle verimlilik yalnızca %89,9'dur.
Farklı Şarj ve Deşarj Oranları
Yukarıda belirtilen kapatma kriterlerine göre şarj ve deşarj döngüleri farklı hızlarda gerçekleştirilirse, enerji depolama sistemi tarafından emilen enerjinin ve dolayısıyla elbette deşarj sırasında mevcut enerji miktarının ilgili hıza çok güçlü bir şekilde bağlı olduğu görülebilir (Şekil 6). Aynı hücre (LiR 2032) 45 mA'de (C/1) şarj edilirse 415 J emilirken, C/8 (5,6 mA) şarj hızında neredeyse 550 J emilmektedir.
Akümülatörün çevrildiği sıcaklık da emilen enerji miktarı ile şarj ve deşarj verimliliği üzerinde etkilidir. Şekil 7, farklı sıcaklıklardaki şarj döngülerinin emilen enerjilerini göstermektedir.
Özet
MMC Madeni Para Hücresi Modülü 274 Nexus®, şarj edilebilir bir LiR 2032 madeni para hücresini farklı sıcaklıklarda ve farklı şarj oranlarında meydana gelen ısı açısından incelemek için kullanılmıştır. Şarj döngüleri için 4,2 V ve 2,5 V'luk bir üst ve alt kesme voltajı kullanılmıştır. Şarj sırasında çevrim ünitesi tarafından akümülatöre iletilen güç, çevrim ünitesinin akım ve voltaj sinyallerinden ölçülebilir. Bu işlem sırasında açığa çıkan ısı, Madeni Para Hücresi ModülüÇoklu Modül Kalorimetresinin (MMC) bir parçası olan bir kalorimetre modülü, değişken boyuttaki tam bobinlerin tarama ve izotermal testlerine izin verir. DSC benzeri ikiz tasarım, bir ısıtma rampası veya pillerin şarj edilmesi ve boşaltılması sırasında ısı imzasının diferansiyel bir sinyalini verir.Madeni Para Hücresi Modülünün sensörü tarafından doğrudan ölçülür. Akümülatöre aktarılan güç ile açığa çıkan ısı miktarının oranı, şarj ve deşarj işlemlerinin verimliliğinin bağımsız olarak belirlenmesini sağlar. Hem emilen gücün hem de ilgili şarj ve deşarj verimliliğinin şarj oranlarına ve sıcaklığa güçlü bir şekilde bağlı olduğu gösterilmiştir.