1 Litija jonu akumulatoru darbības pamatprincips:
Litija jonu akumulatori uzglabā un atbrīvo enerģiju litija jonu kustībā starp pozitīvo un negatīvo elektrodu.
Uzlādes procesa laikā, ārējais barošanas avots liek litija joniem pārvietoties no pozitīvā elektroda uz negatīvo elektrodu un uzglabāties negatīvā elektroda materiālā.
Izlādes procesa laikā, litija joni tiek atbrīvoti no negatīvā elektroda un pāriet uz pozitīvo elektrodu, atbrīvojot enerģiju iekārtu lietošanai.
2 Sprieguma izmaiņas:
Uzlādes sākumā, jo akumulatorā ir iekšējā pretestība un polarizācijas efekti, spriegums būs salīdzinoši zems.
Uzlādei turpinoties, ķīmiskās reakcijas akumulatorā pakāpeniski sasniedz līdzsvaru, un spriegums pakāpeniski palielinās, līdz tas sasniedzuzlādes atslēgšanas spriegums.
Kā piemēru ņemot trīskāršās litija baterijas, to uzlādes procesu var iedalīt četros posmos: plūstošā uzlāde (zemsprieguma iepriekšēja uzlāde), pastāvīga strāvas uzlāde, pastāvīga sprieguma uzlāde un uzlādes pārtraukšana.
Pilnās uzlādes posmā, ja akumulatora spriegums ir zem 3 V, vispirms tiks veikta iepriekšēja uzlāde. Šajā laikā uzlādes strāva ir 1/10 no iestatītās strāvas, un spriegums lēnām palielinās. Kad akumulatora spriegums paaugstinās virs plūstošās uzlādes sliekšņa, tas nonākpastāvīgas strāvas uzlādes stadija. Šajā laikā uzlādes strāva tiek palielināta, un akumulatora spriegums pakāpeniski palielinās ar pastāvīgu strāvas uzlādes procesu. Parasti vienam akumulatoram iestatītais spriegums ir 3.{1}}.2 V. Kad akumulatora spriegums paaugstinās līdz 4,2 V, pastāvīgas strāvas uzlāde beidzas unpastāvīga sprieguma uzlādes fāzesākas. Šajā laikā uzlādes spriegums tiek uzturēts 4,2 V līmenī, un uzlādes strāva pakāpeniski samazinās. Kad strāva samazinās līdz 1/10 no iestatītās uzlādes strāvas, uzlāde beidzas.
Izlādes procesa laikā, sprieguma izmaiņu tendence ir pretēja tai uzlādes procesa laikā. Izlādes sākumā spriegums ir salīdzinoši augsts. Patērējot litija jonus un akumulatora iekšējās pretestības ietekmi, spriegums pakāpeniski samazinās, līdz sasniedzizlādes atslēgšanas spriegums.
Izlādes laikā litija jonu akumulatoru sprieguma līkni var iedalīt trīs posmos. Sākotnējā posmā spailes spriegums strauji pazeminās, un jo lielāks ir izlādes ātrums, jo ātrāk spriegums samazinās. Pēc tam akumulatora spriegums nonāk lēnām mainīgā stadijā, ko sauc parakumulatora plato reģions. Jo mazāks ir izlādes ātrums, jo ilgāk plato reģions ilgst, un jo augstāks ir plato spriegums, jo lēnāks sprieguma kritums. Visbeidzot, kad akumulatora uzlādes līmenis tuvojas izlādei, akumulatora slodzes spriegums sāk strauji kristies, līdz tas sasniedzizlādes atslēgšanas spriegums.
3 sprieguma svārstību iemesli:
1. Akumulatora iekšējā pretestība:Uzlādes un izlādes laikā akumulatoram ir noteikta iekšējā pretestība, kas var izraisīt sprieguma samazināšanos.
2. Polarizācijas efekts:Uzlādes un izlādes procesā akumulatora pozitīvais un negatīvais pols piedzīvos polarizāciju, kas nozīmē, ka lādiņa sadalījums uz elektroda virsmas ir nevienmērīgs, izraisot sprieguma izmaiņas.
3. Ķīmiskās reakcijas kinētika:Ķīmisko reakciju ātrums akumulatorā var ietekmēt arī sprieguma izmaiņas. Jo ātrāks reakcijas ātrums, jo straujākas sprieguma izmaiņas; Gluži pretēji, jo lēnāk.
Litija jonu akumulatoru uzlādes un izlādes procesa laikā spriegums var mainīties tādu faktoru dēļ kā iekšējā pretestība, polarizācijas efekti un ķīmiskās reakcijas kinētika. Šīs izmaiņas ir normāla akumulatora darbības sastāvdaļa un svarīgs rādītājs akumulatora veiktspējas un veselības stāvokļa novērtēšanai.
4 Kāda ir sprieguma izmaiņu ietekme uz litija jonu akumulatoru darbību
1. Saistība starp spriegumu un jaudu:
Vispārīgi runājot, akumulatora jauda ir tieši proporcionāla tā spriegumam. Tas nozīmē, ka, pieaugot spriegumam, attiecīgi palielināsies arī akumulatora kapacitāte, ļaujot tai uzkrāt vairāk enerģijas. Tāpēc augstsprieguma litija jonu akumulatoriem parasti ir ilgāks kalpošanas laiks.
2. Saikne starp spriegumu un izlādes līkni:
Izlādes līkne ir litija jonu akumulatoru sprieguma izmaiņu līkne laika gaitā lietošanas laikā. Izlādes līknes formu un slīpumu var ietekmēt dažādi spriegumi. Vispārīgi runājot, litija bateriju izlādes līkne uzrāda vienmērīgu lejupejošu tendenci, bet līknes forma un samazināšanās ātrums var atšķirties atkarībā no dažādiem spriegumiem. Tas ir ļoti svarīgi normālai elektronisko ierīču lietošanai un precīzai akumulatora uzlādes līmeņa rādīšanai.
3. Saikne starp spriegumu un uzlādes/izlādes ātrumu:
Litija jonu akumulatori ar augstāku spriegumu var uzlādēt un izlādēties ātrāk. Tas nozīmē, ka, izmantojot augstsprieguma litija baterijas, varam ātrāk pilnībā uzlādēt elektroniskās ierīces un izmantot tās ilgāku laiku. Tomēr pārmērīgs spriegums var izraisīt arī akumulatora pārkaršanu un bojājumus, tāpēc projektēšanas un lietošanas procesā ir jāpanāk līdzsvars.
4. Saistība starp spriegumu un drošību:
Litija jonu akumulatoru pārlādēšana un pārmērīga izlāde var ietekmēt to drošību un pat izraisīt nopietnus negadījumus, piemēram, ugunsgrēkus. Akumulatoru sprieguma ierobežojums ir viens no svarīgākajiem faktoriem, kas jāņem vērā, veidojot uzlādes vadības ķēdes, lai nodrošinātu drošu akumulatoru lietošanu. Ja akumulatora spriegums pārsniedz normālo diapazonu, tas var iedarbināt akumulatora aizsardzības mehānismu, piemēram, izslēgšanos vai aizsardzību pret īssavienojumu, lai novērstu akumulatora bojājumus vai drošības negadījumus.
5. Citas sprieguma izmaiņu sekas:
Litija jonu akumulatori, kas ilgstoši atrodas zemsprieguma stāvoklī, var paātrināt kaitīgas ķīmiskās reakcijas akumulatorā, piemēram, elektrolīta sadalīšanos un aktīvo vielu atdalīšanu, kas var izraisīt neatgriezenisku akumulatora jaudas samazināšanos.
Zems spriegums var izraisīt arī mikroskopiskas izmaiņas akumulatora iekšējā struktūrā, piemēram, nevienmērīgu elektrodu materiālu izplešanos un saraušanos, vēl vairāk saasinot akumulatora novecošanos un veiktspējas pasliktināšanos.
Litija jonu akumulatoru sprieguma svārstības būtiski ietekmē to veiktspēju. Tāpēc, izvēloties un izmantojot litija jonu akumulatorus, ir pilnībā jāņem vērā sprieguma koeficients un jāizvēlas atbilstošs akumulatora tips un specifikācijas, pamatojoties uz faktiskajām vajadzībām un pielietojuma scenārijiem. Tikmēr uzmanība jāpievērš arī akumulatora sprieguma statusam lietošanas laikā, lai nodrošinātu tā drošību un stabilitāti.