1 Le principe de fonctionnement de base des batteries lithium-ion :
Les batteries au lithium-ion stockent et libèrent de l'énergie grâce au mouvement des ions lithium entre les électrodes positives et négatives.
Pendant le processus de charge, une source d'alimentation externe force les ions lithium à se déplacer de l'électrode positive vers l'électrode négative et à être stockés dans le matériau de l'électrode négative.
Pendant le processus de décharge, les ions lithium sont libérés de l'électrode négative et se déplacent vers l'électrode positive, libérant ainsi de l'énergie pour l'utilisation de l'équipement.
2 Variation de tension :
Au début de la charge, en raison de la présence de résistance interne et des effets de polarisation dans la batterie, la tension sera relativement faible.
Au fur et à mesure que la charge progresse, les réactions chimiques à l'intérieur de la batterie atteignent progressivement l'équilibre et la tension augmente progressivement jusqu'à atteindre la valeur nominale.tension de coupure de charge.
En prenant comme exemple les batteries au lithium ternaires, leur processus de charge peut être divisé en quatre étapes : charge d'entretien (précharge basse tension), charge à courant constant, charge à tension constante et terminaison de charge.
Pendant la phase de charge d'entretien, si la tension de la batterie est inférieure à 3 V, une précharge sera effectuée en premier. À ce moment, le courant de charge est 1/10 du courant réglé et la tension augmente lentement. Lorsque la tension de la batterie dépasse le seuil de charge d'entretien, elle entre dans leétape de charge à courant constant. À ce moment, le courant de charge augmente et la tension de la batterie augmente progressivement avec le processus de charge à courant constant. Généralement, la tension définie pour une seule batterie est de 3,0-4,2 V. Lorsque la tension de la batterie atteint 4,2 V, la charge à courant constant se termine et lephase de charge à tension constantecommence. A ce moment, la tension de charge est maintenue à 4,2 V et le courant de charge diminue progressivement. Lorsque le courant chute à 1/10 du courant de charge réglé, la charge se termine.
Pendant le processus de décharge, la tendance du changement de tension est opposée à celle pendant le processus de charge. Au début de la décharge, la tension est relativement élevée. Avec la consommation d'ions lithium et l'influence de la résistance interne de la batterie, la tension diminue progressivement jusqu'à atteindre la valeurtension de coupure de décharge.
Lors de la décharge, la courbe de tension des batteries lithium-ion peut être divisée en trois étapes. Au début, la tension aux bornes chute rapidement et plus le taux de décharge est élevé, plus la tension chute rapidement. Ensuite, la tension de la batterie entre dans une phase de changement lent, appeléerégion de plateau de la batterie. Plus le taux de décharge est faible, plus la région du plateau dure longtemps et plus la tension du plateau est élevée, plus la chute de tension est lente. Enfin, à mesure que le niveau de la batterie approche de la décharge, la tension de charge de la batterie commence à chuter brusquement jusqu'à atteindre letension de coupure de décharge.
3 raisons des fluctuations de tension :
1. Résistance interne de la batterie :La batterie présente une certaine résistance interne lors de la charge et de la décharge, ce qui peut entraîner une diminution de la tension.
2. Effet de polarisation :Pendant le processus de charge et de décharge, les pôles positifs et négatifs de la batterie subiront une polarisation, ce qui signifie que la répartition de la charge sur la surface de l'électrode est inégale, entraînant des changements de tension.
3. Cinétique de réaction chimique :La vitesse des réactions chimiques à l’intérieur de la batterie peut également affecter les changements de tension. Plus la vitesse de réaction est rapide, plus le changement de tension est rapide ; Au contraire, plus lent.
Pendant le processus de charge et de décharge des batteries lithium-ion, la tension peut varier en raison de facteurs tels que la résistance interne, les effets de polarisation et la cinétique de réaction chimique. Ce changement fait partie du fonctionnement normal de la batterie et constitue un indicateur important pour évaluer les performances et l’état de santé de la batterie.
4 Quel est l'impact des changements de tension sur les performances des batteries lithium-ion
1. Relation entre tension et capacité :
D’une manière générale, la capacité d’une batterie est directement proportionnelle à sa tension. Cela signifie qu’à mesure que la tension augmente, la capacité de la batterie augmentera également en conséquence, lui permettant de stocker plus d’énergie. Par conséquent, les batteries lithium-ion haute tension ont généralement une durée de vie plus longue.
2. Relation entre la tension et la courbe de décharge :
La courbe de décharge est la courbe de variation de tension des batteries lithium-ion au cours du temps lors de leur utilisation. Différentes tensions peuvent affecter la forme et la pente de la courbe de décharge. D'une manière générale, la courbe de décharge des batteries au lithium montre une tendance constante à la baisse, mais la forme et le taux de diminution de la courbe peuvent varier en fonction des différentes tensions. Ceci est très important pour l’utilisation normale des appareils électroniques et pour un affichage précis du niveau de batterie.
3. Relation entre la tension et la vitesse de charge/décharge :
Les batteries lithium-ion avec une tension plus élevée peuvent se charger et se décharger plus rapidement. Cela signifie que si nous utilisons des batteries au lithium haute tension, nous pouvons charger complètement les appareils électroniques plus rapidement et les utiliser pendant de plus longues périodes. Cependant, une tension excessive peut également provoquer une surchauffe et des dommages à la batterie. Un équilibre doit donc être trouvé dans le processus de conception et d'utilisation.
4. Relation entre tension et sécurité :
La surcharge et la décharge excessive des batteries lithium-ion peuvent affecter leurs performances de sécurité et même provoquer des accidents graves tels que des incendies. La limitation de tension des batteries est l’un des facteurs importants à prendre en compte lors de la conception de circuits de contrôle de charge afin de garantir une utilisation sûre des batteries. Lorsque la tension de la batterie dépasse la plage normale, elle peut déclencher le mécanisme de protection de la batterie, tel que la mise hors tension ou la protection contre les courts-circuits, pour éviter tout dommage à la batterie ou tout accident de sécurité.
5. Autres effets des changements de tension :
Les batteries lithium-ion qui restent longtemps à basse tension peuvent accélérer des réactions chimiques nocives à l'intérieur de la batterie, telles que la décomposition de l'électrolyte et le détachement de substances actives, ce qui peut entraîner une dégradation irréversible de la capacité de la batterie.
Une basse tension peut également provoquer des modifications microscopiques dans la structure interne de la batterie, telles qu'une expansion et une contraction inégales des matériaux des électrodes, aggravant encore le vieillissement de la batterie et la dégradation des performances.
La variation de tension des batteries lithium-ion a un impact significatif sur leurs performances. Par conséquent, lors de la sélection et de l’utilisation de batteries lithium-ion, il est nécessaire de prendre pleinement en compte le facteur de tension et de choisir le type et les spécifications de batterie appropriés en fonction des besoins réels et des scénarios d’application. Parallèlement, il convient également de prêter attention à l'état de tension de la batterie pendant son utilisation afin de garantir sa sécurité et sa stabilité.