តើអ្វីជាលក្ខណៈនៃការគិតថ្លៃ និងការបញ្ចេញចោល

តើអ្វីជាលក្ខណៈនៃការគិតថ្លៃ និងការបញ្ចេញចោល

ថ្មលីចូម-អ៊ីយ៉ុង ជាធម្មតាប្រើវិធីសាក-ដំណាក់កាលពីរ ដើម្បីធានាសុវត្ថិភាព ភាពជឿជាក់ និងប្រសិទ្ធភាពនៃការសាកថ្ម។ ដំណាក់កាលទី 1 គឺជាចរន្តថេរជាមួយនឹងការកំណត់វ៉ុល ហើយដំណាក់កាលទីពីរគឺតង់ស្យុងថេរជាមួយនឹងការកំណត់បច្ចុប្បន្ន។ ដែនកំណត់វ៉ុលអតិបរមាសម្រាប់ការសាកថ្មលីចូម-អ៊ីយ៉ុងប្រែប្រួលអាស្រ័យលើសម្ភារៈ cathode ។ ខ្សែកោងតង់ស្យុងនៃការសាកថ្ម/ការហូរចេញជាមូលដ្ឋាននៃថ្មលីចូម-អ៊ីយ៉ុងត្រូវបានបង្ហាញក្នុងរូបភាពទី 3-11 ។ ខ្សែកោងក្នុងរូបប្រើចរន្តសាក/ចរន្តនៃ C/3។ សម្រាប់ថ្មលីចូម-អ៊ីយ៉ុងផ្សេងគ្នា ភាពខុសគ្នាសំខាន់ៗមានពីរ៖

Figure 3-11 Basic charging and discharging voltage curve of lithium-ion battery

1) តម្លៃថេរដ៏ល្អប្រសើរសម្រាប់ដំណាក់កាលដំបូងប្រែប្រួលអាស្រ័យលើសម្ភារៈ cathode និងដំណើរការផលិតរបស់ថ្ម។ ជាទូទៅជួរបច្ចុប្បន្នពី 0.2C ទៅ 0.3C ត្រូវបានប្រើ។ នៅក្នុងករណីនៃការប្រើប្រាស់ថាមពលយ៉ាងលឿន 1C, 2C ឬសូម្បីតែអត្រាខ្ពស់ជាងនេះអាចត្រូវបានប្រើប្រាស់។

2) អាគុយលីចូម-អ៊ីយ៉ុងផ្សេងគ្នាបង្ហាញភាពខុសគ្នាយ៉ាងសំខាន់នៅក្នុងរយៈពេលបច្ចុប្បន្នថេរ ហើយសមាមាត្រនៃសមត្ថភាពដែលអាចត្រូវបានគិតថ្លៃដោយចរន្តថេរទៅនឹងសមត្ថភាពសរុបក៏ប្រែប្រួលគួរឱ្យកត់សម្គាល់ផងដែរ។ តាមទស្សនៈនៃការអនុវត្តជាក់ស្តែងនៃរថយន្តអគ្គិសនី រយៈពេលបច្ចុប្បន្នថេរយូរជាងនេះនាំឱ្យរយៈពេលសាកសរុបខ្លីជាង ដែលជាអត្ថប្រយោជន៍ច្រើនជាងសម្រាប់កម្មវិធី។

វ៉ុលថ្មលីចូម-អ៊ីយ៉ុងមានស្ថេរភាព និងថយចុះបន្តិចម្តងៗនៅដំណាក់កាលដំបូង និងកណ្តាលនៃការឆក់ ប៉ុន្តែធ្លាក់ចុះយ៉ាងឆាប់រហ័សក្នុងដំណាក់កាលក្រោយ ដូចដែលបានបង្ហាញនៅក្នុងផ្នែក DE នៃរូបភាពទី 3-11។ ការគ្រប់គ្រងប្រកបដោយប្រសិទ្ធភាពគឺមានសារៈសំខាន់ក្នុងដំណាក់កាលនេះ ដើម្បីការពារកុំឱ្យដាច់ចរន្តអគ្គិសនី និងការខូចខាតដែលមិនអាចត្រឡប់វិញបានចំពោះថ្ម។

(1) ឥទ្ធិពលនៃចរន្តសាកលើលក្ខណៈនៃការសាកថ្ម ការយកថ្ម NCM លីចូម-អ៊ីយ៉ុងជាក់លាក់ដែលមានសមត្ថភាពវាយតម្លៃ 242Ah ជាឧទាហរណ៍ ក្រោមលក្ខខណ្ឌនៃ SOC=0% និងសីតុណ្ហភាពថេរ 20 ដឺក្រេ អត្រាសាកផ្សេងគ្នាត្រូវបានប្រើប្រាស់សម្រាប់ការសាកថ្ម។ លទ្ធផលប៉ារ៉ាម៉ែត្រត្រូវបានបង្ហាញក្នុងតារាង 3-1 ហើយខ្សែកោងនៃការសាកថ្មត្រូវបានបង្ហាញក្នុងរូបភាព 3-12 ។

បច្ចុប្បន្ន/A(អត្រា)	CC-CV①ពេលវេលាសរុប	ថេរវេលាបច្ចុប្បន្ន/វិនាទី	សមត្ថភាពគិតថ្លៃសរុប/A·h	ថាមពលគិតថ្លៃសរុប/W·h	សមត្ថភាពបញ្ចូលចរន្តថេរ/A·h	វ៉ុលថេរ ថាមពលសាក / W·h	170AhTime/s	170AhCurrent/A
4.84/(0.02C)	182220	182220	245.74	942.54	245.74	942.54	127400	4.85
12.1/(0.05C)	72318.5	72318.5	243.70	935.37	243.70	935.37	50400	12.11
24.2/(0.1C)	36206.8	35800	243.20	935.77	241.03	926.69	25200	24.24
48.4/(0.2C)	18317.5	17560	241.08	933.32	236.32	912.16	12600	48.44
80.7/(0.33C)	11443.6	10490	243.50	946.27	235.29	910.08	7590	80.76
121/(0.5C)	7936.6	6900	243.92	952.95	232.09	900.85	5110	121.09

① CC, ចរន្តថេរ; CV, វ៉ុលថេរ។

Figure 3-12 Lithium-ion battery charging curves at different C-rates

ដូចដែលបានបង្ហាញក្នុងតារាងទី 3-1 ពេលវេលាបច្ចុប្បន្នថេរថយចុះជាលំដាប់ជាមួយនឹងការកើនឡើងនៃចរន្តសាក ហើយសមត្ថភាព និងថាមពលដែលអាចសាកក្រោមចរន្តថេរក៏ថយចុះបន្តិចម្តងៗផងដែរ។ ដោយយកសមត្ថភាពសាកថ្ម និងការបញ្ចេញថាមពល 1/2 (ឧ. SOC=50%) ជាស្តង់ដារ ពេលវេលាសាកតម្រូវការថយចុះជាមួយនឹងការបង្កើនចរន្តសាក។ ពេលវេលាដែលត្រូវការសម្រាប់ 0.1C គឺប្រហែល 5 ដងសម្រាប់ 0.5C ។ នៅក្រោមលក្ខខណ្ឌនេះ ភាពខុសគ្នាបច្ចុប្បន្នសម្រាប់ការសាកថ្មបន្តគឺតូច ដូច្នេះពេលវេលាសាកសម្រាប់ 30Ah ចុងក្រោយគឺមិនខុសគ្នាខ្លាំងនោះទេ។ ដូច្នេះហើយ នៅក្នុងចរន្តសាកដែលអាចអនុញ្ញាតបានរបស់ថ្ម ការបង្កើនចរន្តសាក ទោះបីជាកាត់បន្ថយសមត្ថភាព និងថាមពលដែលអាចសាកក្រោមចរន្តថេរក៏ដោយ ក៏ជួយកាត់បន្ថយពេលវេលាសាកទាំងមូលដែរ។ នៅក្នុងការអនុវត្តកញ្ចប់ថ្មជាក់ស្តែង ចរន្តសាកអតិបរមាដែលអាចអនុញ្ញាតបាននៃថ្មលីចូម-អ៊ីយ៉ុង អាចត្រូវបានប្រើសម្រាប់ការសាកថ្ម ហើយបន្ទាប់ពីឈានដល់ដែនកំណត់វ៉ុល ការបញ្ចូលវ៉ុលថេរអាចត្រូវបានអនុវត្ត។ វាជួយកាត់បន្ថយពេលវេលាសាកថ្ម ខណៈពេលដែលធានាសុវត្ថិភាពនៃការសាកថ្ម។ ទោះជាយ៉ាងណាក៏ដោយ ការបង្កើនចរន្តសាកក៏នឹងនាំទៅរកការកើនឡើងនៃការបាត់បង់ថាមពលដោយសារតែធន់ទ្រាំខាងក្នុងរបស់ថ្ម។ ថាមពលដែលប្រើប្រាស់ក្នុងធន់ទ្រាំខាងក្នុងត្រូវបានគណនាតាមសមីការ (3-4)។

Factors affecting charging characteristics

ដែល E គឺជាថាមពលដែលប្រើប្រាស់ដោយការតស៊ូខាងក្នុង;

r គឺជាភាពធន់ទ្រាំខាងក្នុងរបស់ថ្ម;

t គឺជាពេលវេលាសាកថ្មដែលអាចផ្លាស់ប្តូរបាន;

ខ្ញុំគឺជាចរន្តសាក;

t₁ និង t₂ គឺជាម៉ោងចាប់ផ្តើម និងបញ្ចប់នៃការសាកថ្ម។

ការធ្វើតេស្តយ៉ាងទូលំទូលាយបានបង្ហាញថាភាពធន់ខាងក្នុងនៃថ្មលីចូម-អ៊ីយ៉ុងផ្លាស់ប្តូរក្នុងរង្វង់ 0.4 mΩ កំឡុងពេលសាកថ្ម។ ដូច្នេះសមីការ (3-4) បង្ហាញថាការប្រើប្រាស់ថាមពលដោយសារតែធន់ទ្រាំខាងក្នុងរបស់ថ្មគឺទាក់ទងគ្នាយ៉ាងសំខាន់ទៅនឹងពេលវេលាសាក ប៉ុន្តែទាក់ទងទៅនឹងចរន្តសាក។ ក្នុងដំណាក់កាលសាកថ្មបច្ចុប្បន្នថេរ ទំហំនៃចរន្តសាកគឺជាកត្តាចម្បងដែលជះឥទ្ធិពលលើការប្រើប្រាស់ថាមពលធន់ទ្រាំខាងក្នុង។ ចរន្តសាកកាន់តែខ្ពស់នាំឱ្យការប្រើប្រាស់ថាមពលកាន់តែច្រើន។ ក្នុងអំឡុងពេលតង់ស្យុងថេរ ដំណាក់កាលបច្ចុប្បន្នទាប ពេលវេលាសាកថ្មក្លាយជាកត្តាចម្បងដែលជះឥទ្ធិពលលើការប្រើប្រាស់ថាមពលធន់ទ្រាំខាងក្នុង។ ពេលវេលាសាកថ្មយូរជាងនេះនាំឱ្យការប្រើប្រាស់ថាមពលកាន់តែច្រើន។ ដោយពិចារណាលើដំណើរការសាកថ្មទាំងមូល ដោយសារចរន្តសាកមានទំនាក់ទំនងបួនជ្រុងជាមួយនឹងការប្រើប្រាស់ថាមពលធន់ទ្រាំខាងក្នុង និងជាកត្តាចម្បងដែលប៉ះពាល់ដល់វា ចរន្តសាកកាន់តែខ្ពស់នាំឱ្យការប្រើប្រាស់ថាមពលធន់ទ្រាំខាងក្នុងកាន់តែច្រើន។ នៅក្នុងការអនុវត្តជាក់ស្តែង ចរន្តសាកដែលសមស្របគួរតែត្រូវបានជ្រើសរើសដោយគិតគូរយ៉ាងទូលំទូលាយទាំងពេលវេលាសាក និងប្រសិទ្ធភាព។

(2) ឥទ្ធិពលនៃជម្រៅនៃការឆក់ទៅលើលក្ខណៈនៃការសាកថ្ម នៅក្រោមសីតុណ្ហភាពថេរនៃ 20 ដឺក្រេ ការធ្វើតេស្តបញ្ចេញទឹកត្រូវបានធ្វើឡើងនៅលើថ្ម NCM លីចូម-អ៊ីយ៉ុងដែលមានសមត្ថភាពវាយតម្លៃ 66.2 Ah។ ថ្មត្រូវបានរំសាយចេញក្នុងអត្រា 0.5C ទៅជម្រៅផ្សេងគ្នានៃការឆក់ (DOD) (10% → 100%) ដែលត្រូវគ្នាទៅនឹងស្ថានភាពនៃការសាកថ្ម (SOC) នៃ 90% → 0% ។ ទិន្នន័យវ៉ុល ចរន្ត និងសមត្ថភាពត្រូវបានកត់ត្រាក្នុងអំឡុងពេលដំណើរការបញ្ចេញ។ បន្ទាប់ពីសម្រាករយៈពេល 60 នាទី ថ្មត្រូវបានសាកក្នុងអត្រា 0.5C (CC)។ នៅពេលដែលវ៉ុលកាត់ត្រូវបានឈានដល់របៀបសាកថ្មត្រូវបានប្តូរទៅជាវ៉ុលថេរ (CV) ។ នៅពេលចរន្តតិចជាង 0.05C ដំណើរការត្រូវបានបញ្ឈប់ ហើយទិន្នន័យវ៉ុល ចរន្ត និងសមត្ថភាពត្រូវបានកត់ត្រា។ ទិន្នន័យដែលពាក់ព័ន្ធត្រូវបានបង្ហាញក្នុងតារាងទី 3-2. ខ្សែកោងចរន្តសាកនៃថ្មលីចូម-អ៊ីយ៉ុងក្រោមលក្ខខណ្ឌនៃការឆក់ដែលមានជម្រៅខុសៗគ្នាត្រូវបានបង្ហាញក្នុងរូបភាពទី 3-13 ។

SOC	DOD	ការឆក់	គិតថ្លៃ	ស្មើ-ថាមពលបញ្ចូលថាមពល①/W·h	ស្មើ-ថាមពលបញ្ចេញថាមពល②/W·h	ពេលវេលាសាកថ្ម/នាទី	ថេរវេលាបច្ចុប្បន្ន/នាទី	សមត្ថភាពបញ្ចូលចរន្តថេរ/A·h	សមត្ថភាពឯកតានៃការសាកថ្មជាមធ្យម③/នាទី
		សមត្ថភាព/A·	ថាមពល/W·h	សមត្ថភាព/A·	ថាមពល/W·h
80.00	20.00	13.35	54.03	13.48	55.88	27.94	27.02	41.13	33.50	12.32	3.05
70.00	30.00	20.02	80.16	19.99	82.08	27.36	26.72	59.23	50.83	18.69	2.96
60.00	40.00	26.69	105.62	26.61	108.19	27.05	26.41	77.72	68.50	25.19	2.92
50.00	50.00	33.36	130.42	33.27	133.61	26.72	26.08	96.02	86.67	31.87	2.89
40.00	60.00	40.04	154.61	39.95	158.50	26.42	25.77	114.18	104.83	38.55	2.86
30.00	70.00	46.71	178.38	46.61	182.97	26.14	25.48	132.28	123.00	45.22	2.84
20.00	80.00	53.38	201.73	53.26	207.07	25.88	25.22	150.40	141.00	51.84	2.82
10.00	90.00	60.05	224.45	59.92	230.62	25.62	24.94	168.47	159.17	58.52	2.81

① ស្មើគ្នា-ថាមពលដែលគិតថ្លៃ៖ ថាមពលត្រូវបានគិតថ្លៃក្រោមការផ្លាស់ប្តូរ SOC ដូចគ្នា (ឧ. 10%)។ ឧទាហរណ៍៖ ប្រសិនបើសមត្ថភាពសាកថ្មនៅ 90% DOD គឺ 30W·h នោះថាមពលដែលសាកស្មើនឹង-គឺ 30W·h។ ប្រសិនបើសមត្ថភាពសាកថ្មនៅ 80% DOD គឺ 50W·h នោះ{11}}សមត្ថភាពសាកគឺស្មើនឹង 25W·h។

② ស្មើគ្នា-ថាមពលបញ្ចេញថាមពល៖ ថាមពលត្រូវបានបញ្ចេញក្រោមការផ្លាស់ប្តូរ SOC ដូចគ្នា (ឧ. 10%)។

③ រយៈពេលសាកថ្មជាមធ្យមក្នុងមួយឯកតា/នាទី៖ ពេលវេលាសាកថ្ម/សមត្ថភាពសាក។

Figure 3-13 Charging curves of lithium-ion batteries under different depths of discharge conditions

ពីតារាងទី 3-2 និងរូបភាពទី 3-13 ការសន្និដ្ឋានខាងក្រោមអាចត្រូវបានទាញ៖

1) ជាមួយនឹងការកើនឡើងនៃជម្រៅនៃការបញ្ចោញ ពេលវេលាសាកថ្មកើនឡើង ប៉ុន្តែពេលវេលាសាកជាមធ្យមក្នុងមួយឯកតាមានការថយចុះ មានន័យថាការកើនឡើងនៃពេលវេលាសាកគឺមិនសមាមាត្រទៅនឹងជម្រៅនៃការឆក់នោះទេ។

2) ជាមួយនឹងការកើនឡើងនៃជម្រៅនៃការឆក់ សមាមាត្រនៃពេលវេលាសាកថ្មបច្ចុប្បន្នថេរទៅនឹងពេលវេលាសាកសរុបកើនឡើង ហើយសមាមាត្រនៃសមត្ថភាពសាកបច្ចុប្បន្នថេរទៅនឹងសមត្ថភាពសាកថ្មដែលត្រូវការកើនឡើង។ តាមពិតលក្ខណៈទាំងនេះត្រូវបានបង្កឡើងជាចម្បងដោយកត្តាពីរ៖ ទីមួយ ជម្រៅនៃការឆក់កាន់តែជ្រៅទាមទារពេលវេលាយូរដើម្បីសាកថ្មពេញ។ ទីពីរ ជម្រៅនៃការឆក់កាន់តែជ្រៅត្រូវគ្នាទៅនឹងជួរតង់ស្យុងទាប ដែលបណ្តាលឱ្យថាមពលតិចត្រូវបានបញ្ចូលទៅក្នុងថ្មក្រោមលក្ខខណ្ឌបច្ចុប្បន្ន និងពេលវេលាសាកដូចគ្នា។

(3) ឥទ្ធិពលនៃសីតុណ្ហភាពលើលក្ខណៈនៃការសាកថ្ម ថ្មលីចូម-អ៊ីយ៉ុងត្រូវបានសាកនៅក្រោមសីតុណ្ហភាពព័ទ្ធជុំវិញខុសៗគ្នា។ ការយកថ្មលីចូម 66.2 A·h NCM-អ៊ីយ៉ុង ជាឧទាហរណ៍ វិធីសាស្ត្រកំណត់ចរន្តថេរ និងវ៉ុលត្រូវបានប្រើប្រាស់។ ប៉ារ៉ាម៉ែត្រនៃការសាកថ្មត្រូវបានកត់ត្រាជាមួយនឹងដែនកំណត់ចរន្តសាកគឺ 1.3 A និង 3.3 A ដូចបង្ហាញក្នុងតារាងទី 3-3។ នៅក្រោមចរន្តឆក់ដូចគ្នា វ៉ុលរបស់ថ្មនឹងមានការធ្លាក់ចុះយ៉ាងខ្លាំង ដូចបង្ហាញក្នុងរូបភាពទី 3-13 ។ ទោះយ៉ាងណាក៏ដោយ ដោយសារតង់ស្យុងនៅតែខ្ពស់ ថាមពលបញ្ចេញនៅតែខ្ពស់ដដែល។ នៅដំណាក់កាលដំបូងនៃការឆក់ ថាមពលដែលប្រើប្រាស់ដោយភាពធន់ខាងក្នុងរបស់ថ្ម បង្កើនសីតុណ្ហភាពរបស់ថ្ម បង្កើនសកម្មភាពនៃសារធាតុសកម្មរបស់ថ្ម lithium-ion និងបង្កើនវ៉ុលរបស់ថ្ម ដូច្នេះបង្កើនថាមពលដែលអាចបញ្ចេញបាន។ នៅដំណាក់កាលកណ្តាល និងក្រោយនៃការឆក់ វ៉ុលរបស់ថ្មមានការថយចុះ ហើយថាមពលដែលបានបញ្ចេញក្នុងមួយឯកតាពេលវេលានឹងថយចុះទៅតាមនោះ។

នៅសីតុណ្ហភាពដូចគ្នា និងជាមួយនឹងវ៉ុលបញ្ចប់ការឆក់ដូចគ្នា ចរន្តផ្តាច់ចរន្តផ្សេងគ្នានឹងបណ្តាលឱ្យមានភាពខុសគ្នានៃសមត្ថភាព និងថាមពលដែលបានបញ្ចេញ។ ជាទូទៅនៅក្រោមលក្ខខណ្ឌសីតុណ្ហភាពធម្មតា ចរន្តកាន់តែទាប សមត្ថភាព និងថាមពលបញ្ចេញកាន់តែច្រើន។ ដូចនៅក្នុងការពិសោធន៍ទឹករំអិលដែលបានរៀបរាប់ខាងលើ 0.2C បញ្ចេញសមត្ថភាព និងថាមពលច្រើនជាង 1C 3.2%។

Figure 3-15 Discharge energy-discharge capacity curves at different temperatures