Напреженията на прекъсване на зареждането и{0}}разреждането са пряко свързани с безопасността и живота на батерията. Тяхната настройка изисква баланс между свойствата на материала и условията на работа. Този документ анализира логиката на проектиране на прага на напрежението за системи като LFP и NCM и разработва координационния механизъм между температурната адаптивност и много-етапната йерархична защита на BMS.
1. Материални системи и електрохимични свойства
Материалите на катода и анода определят прозореца на напрежението, тъй като различните комбинации на катод-анод имат различни прозорци на електрохимична стабилност. Примери:
Система с литиево-железен фосфат (LFP): Стандартно напрежение на прекъсване на зареждането=3.65 V; напрежение на прекъсване на разряда=2.5 V (околна температура) или 2,0 V (ниска температура).
Система с троен материал (NCM/NCA): напрежение на прекъсване на заряда=4.2 V; напрежението на прекъсване на разряда варира от 2,75 V до 3,0 V.
Система с литиев титанат (LTO): Напрежение на прекъсване на зареждането-=2.9 V; напрежение на прекъсване на разряда=1.5 V.
Рискове от презареждане и пре-разреждане
Прекалено високото напрежение на зареждане предизвиква структурно разграждане на катода, отделяне на кислород и разлагане на електролита.
Прекалено ниското разрядно напрежение разрушава анодния SEI филм и причинява корозия на токоприемника.
2. Защитни механизми за безопасност
Проектиране на йерархична защита (вземайки LFP като пример):
Нормално напрежение при завършване на зареждането: 3,65 V - BMS спира зареждането след достигане на тази стойност.
Първична защита от презареждане: По-голямо или равно на 3,8 V - зареждането се прекратява принудително.
Вторична защита от презареждане: По-голямо или равно на 4,0 V - BMS заключва системата, за да предотврати термично изтичане.
Нормално крайно напрежение на разреждането: 2,5 V - разреждането спира, след като се достигне тази стойност.
Първична защита от прекомерно{0}}разреждане: По-малко или равно на 2,0 V - разрядът се прекъсва принудително.
Вторична защита от пре-разреждане: По-малко или равно на 1,8 V - BMS заключва системата и е необходимо ръчно нулиране.
3. Температурна адаптивност
Регулиране за среда с ниска{0}}температура: Напрежението при прекъсване-на изхвърляне пада с понижаване на температурата. За LFP клетки:
Температура T > 0 градуса: 2,5 V
Температура T По-малка или равна на 0 градуса: 2,0 V Това предотвратява преждевременно прекъсване на разряда, причинено от поляризация при ниски температури.
4. Експлоатационен живот и оптимизиране на производителността
Въздействие върху живота на цикъла
Повишаването на напрежението на прекъсване на заряда (напр. вдигане на ограничението на LFP от 3,65 V на 4,0 V) ускорява намаляването на капацитета.
Прекалено ниското напрежение на прекъсване на разряда (напр. под 2,85 V за LFP) води до загуба на активен литий на анода.
Процес на образуване
-Напрежението на прекъсване на предварителното зареждане- трябва да се контролира в диапазона на образуване на SEI филм (напр. 2,8–3,0 V), за да се избегнат странични реакции, предизвикани от примеси.
Заключение
Определянето на напреженията на прекъсване е цялостен резултат от характеристиките на материала, изискванията за безопасност, жизнения цикъл, температурната адаптивност и индустриалните стандарти. Производителите проверяват праговете на напрежението чрез електрохимични тестове, а BMS прилага съответно йерархична защита, за да гарантира работа на батерията в рамките на безопасен прозорец на напрежението.
