ʻAʻole "hoʻokumu" ka mana i nā ʻāpana lithium ion e like me ka manaʻo o ka hapa nui o ka poʻe. ʻO ka mea a lākou e hana ai, ʻo ia ka mālama ʻana i ka ikehu uila ma o nā hopena electrochemical reversible, a laila hoʻokuʻu i ka wā e koi ai ke kaapuni waho i kēia manawa. Piʻi nui ka huikau e pili ana i kēia i nā hālāwai hoʻolālā, ʻoi aku hoʻi i ka wā e hoʻāʻo ai kekahi e hoʻomāhuahua i kahi pā pākaukau no ka manawa mua.
ʻElua mau mea i ka wā o ka hoʻokuʻu ʻana. ʻO ka mua, neʻe nā ion lithium mai ka electrode maikaʻi ʻole (anode) ma o ka electrolyte a me ka mea hoʻokaʻawale i ka electrode maikaʻi (cathode). ʻO ka lua, e kahe ana nā electrons ma ke kaapuni waho mai ka anode a i ka cathode, e hana ana i ka hana pono. I ka wā o ka hoʻouka ʻana, hoʻohuli ʻoe i ke kaʻina hana ma ka hoʻohana ʻana i ka volta waho e koi ai i nā ion a me nā electron e neʻe i ka ʻaoʻao ʻē aʻe.
ʻO ka volta e hoʻopuka ʻia e kahi cell e pili ana i nā mea electrode āu e koho ai a me kā lākou mau pono electrochemical. E hōʻike ana ke kelepona hou e noho ana ma ka papa me ka ukana ʻole i kona hāmama -kaapuni kaapuni -maʻamau ma kahi o 3.6 a 3.7V no ka hapa nui o nā kemika lithium ion, ʻoiai ke neʻe nei kēia helu ma muli o ke kūlana o ka hoʻouka a me ka mahana. Ke hoʻohui ʻoe i kahi ukana a hoʻomaka e kaha kiʻi i kēia manawa, hāʻule ka volta ma muli o ke kūpaʻa kūloko. ʻO ka nui o ka hāʻule ʻana e haʻi nui iā ʻoe e pili ana i ke olakino o ke kelepona.
Nā Kuleana Kemika Cell
Hoʻokaʻawale like nā ʻāpana lithium ion a pau, akā ʻokoʻa ka nui o nā kemika. Ho'oholo nui ka mea cathode i nā hi'ohi'ona hana o ke kelepona-ka ikehu, ka mana mana, ke ola pō'ai, ka pa'a wela, a me ke kumu kū'ai.
ʻO nā cathodes oxide i hoʻopaʻa ʻia ʻo ia ka kemika kalepa mua. Ua hoʻolauna ʻo Sony iā lākou i ka makahiki 1991 me LiCoO₂ (lithium cobalt oxide), i hoʻohana mau ʻia i nā mea uila uila kahi i ʻoi aku ka nui o ka ikehu ma mua o ke kumu kūʻai a i ʻole ka palena palekana. Hoʻopili kēia mau pūnaewele ma kahi o 150-200 Wh/kg ma ka pae kelepona. He kumukūʻai ko Cobalt, a paʻa ka kemika ma luna o 150 degere. Ua ʻike mākou i ka hoʻomaka ʻana o ka mahuka wela ma ka haʻahaʻa haʻahaʻa e like me 130 degere i nā cell i hana ʻino ʻia.
ʻO ka hoʻokele no ka palekana maikaʻi a me ke kumu kūʻai haʻahaʻa i alakaʻi ʻia i LiMn₂O₄ (lithium manganese oxide) i ka waena -1990s. He lepo maʻalahi ka manganese a ʻoi aku ka paʻa o ke ʻano o ka spinel. ʻAʻole e holo kēia mau pūnaewele a hala ʻoe i ka 250 degere maʻamau. ʻO ke kālepa? E hāʻule ana ka ikehu ikehu i 100-120 Wh/kg, a hoʻoheheʻe ka manganese i loko o ka electrolyte i ka wā lōʻihi, ʻoi aku ka nui ma nā mahana kiʻekiʻe. Ua pilikia ke ola pōʻaiapili-ke nānā nei ʻoe ma kahi o 300-700 mau pōʻai ma mua o ka hāʻule ʻana o ka hiki ma lalo o 80%.
Ua hōʻike ʻia ʻo LiFePO₄ (lithium iron phosphate) ma kahi o 2001 a hoʻololi i ke kamaʻilio palekana. He pōhaku ka -olivine i ka wela; ʻAʻole hiki ke holo i ka wela a ʻoi aku ma luna o 270 degere, a laila ʻaʻole i emi ka ikaika. ʻOi aku ka maikaʻi o ke ola pōʻaiapili-2, 000+ nā pōʻaiapuni a hiki i 80% ka mana maʻamau, a ua hoʻāʻo ʻia kekahi mau cell i hala ma mua o 5,000 mau pōʻai. ʻO ka ʻaoʻao haʻahaʻa he volta: 3.2V nominal wale nō, a ua kaupalena ʻia ka nui o ka ikehu i 90-120 Wh/kg. Eia kekahi, ʻo ke kūlana patent phosphate he ʻino no nā makahiki.
ʻO NMC (lithium nickel manganese cobalt oxide) a me NCA (lithium nickel cobalt aluminum oxide) i puka mai ma ke ʻano he "kaulike" kemika. Ma ka hui ʻana i ka nickel, manganese, a me ka cobalt i nā ratio like ʻole-no ka NMC 111, 532, 622, a me 811 kahi e hōʻike ai nā helu i ka maʻiʻo metala pili-hiki iā ʻoe ke hoʻolohe i ka hana. ʻO ka ʻike nickel kiʻekiʻe e hoʻoneʻe i ka ikaika o ka ikehu a hiki i 200-250 Wh/kg akā ma ke kumu kūʻai o ke kūpaʻa wela a me ke ola pōʻai. Hiki i nā pūnaewele NMC 811 ke paʻi i ka 250 Wh/kg akā pono ka mālama ʻana i ka wela.
Ma ka ʻaoʻao anode, ʻo ka graphite ka mea maʻamau mai ka lā hoʻokahi. ʻO 372 mAh/g ka mana manaʻo, a loaʻa maʻamau nā kelepona ʻoihana i ka 340-360 mAh/g. Hoʻopili ka lithium ma waena o nā papa graphene i ka wā e hoʻouka ai, e hoʻonui ana i ka nui o ka graphite ma kahi o 10%. Hāʻawi kēia koʻikoʻi mechanical i ka hiki ke mae ma luna o ke kaʻa.
ʻO nā anodes silikoni ka "mea nui e hiki mai ana" ma kahi o ʻumikūmālima mau makahiki i kēia manawa. He 4,200 mAh/g- ka nui o ka nui o ka Silicon ma mua o ʻumi manawa o ka graphite. ʻO ka pilikia, hoʻonui ka silika ma 300% i ka wā e komo ai i ka lithium. Hoʻokaʻawale kēia i ka anode ma hope o kekahi mau pōʻai. Hoʻohana nā ʻano hana o kēia manawa i ka hui ʻana o ka graphite kilikaka -me nā maʻiʻo silika ma lalo o 10% no ka mālama ʻana i ka hoʻonui. Eia nō naʻe, ʻo ka pōʻaiapuni mua o ka hiki ʻole ke hoʻihoʻi ʻia he 15{13}}25% i loko o nā anodes i loko o ka silika ma mua o 5-10% no ka graphite maʻemaʻe.
Ke kūkulu hale a me nā ʻano
ʻO nā cell cylindrical paha ka mea i kiʻi ʻia e ka hapa nui o ka poʻe ke manaʻo lākou he "battery." Ua lilo ka ʻano 18650 (18mm anawaena, 65mm lōʻihi) ma nā wahi a pau ma hope o ka hoʻokumu ʻia ʻana o nā mea hana pona ma ia mea i nā makahiki 2000. Ua hoʻohana kaulana ʻo Tesla i mau tausani o lākou i ka Roadster kumu. E holo ana ka mana 18650 maʻamau i ka 2,000-3,500 mAh ma muli o ke kemika a inā ʻoe e koho i ka ikehu a i ʻole ka mana.
ʻO ka hōʻano hou 21700 (21mm × 70mm) i hoʻomohala pū ʻia e Tesla a me Panasonic e hāʻawi ma kahi o 50% ʻoi aku ka ikehu ma kēlā me kēia cell-4,000-5,000 mAh ka mea maʻamau i kēia manawa. ʻO ke anawaena nui e hoʻonui i ka ratio o nā mea hana i nā mea hana ʻole (nā ʻohi o kēia manawa, hiki, nā mea palekana), hoʻomaikaʻi i ka nui o ka ikehu ma ka pae pack. Pono e hana hou ʻia nā laina hana, ʻo ia ke kumu o ka lawe ʻana i kekahi manawa.
Ua hele mai nā pūnaewele Prismatic mai ka makemake o ka ʻoihana kaʻa no ka hoʻohana ʻana i kahi ʻoi aku ka maikaʻi. Ma mua o ka hoʻopiha ʻana i kahi pahu me nā cylinders a waiho i kēlā wahi hakahaka, hana ʻoe i nā cell rectangular i hoʻopaʻa pono. ʻO nā pūnaewele prismatic kaʻa kaʻa -ma waena o 20Ah a ʻoi aku ka nui o 100Ah. Maʻalahi ka mālama ʻana i ka wela -ma ke ʻano o ka puʻupuʻu no ka mea hiki iā ʻoe ke kau pololei i nā papa hoʻoluʻu ma nā ʻaoʻao pālahalaha. ʻO ka ʻaoʻao haʻahaʻa, loaʻa iā ʻoe kāu mau hua a pau i loko o nā hīnaʻi liʻiliʻi-inā hāʻule hoʻokahi cell prismatic nui, e nalowale ana ʻoe ma mua o ka hāʻule ʻana o kahi cell cylindrical liʻiliʻi.
Lawe ʻia ka manaʻo ʻoi aku ka maikaʻi o ka lewa ma o ka hoʻopau ʻana i ka metala. Hoʻopaʻa ʻia ke kelepona i loko o kahi ʻeke laminate alumini maʻalahi. Mālama kēia i ka 10-15% paona ma mua o ke kini prismatic, a he maʻalahi loa ka hōpili-hiki iā ʻoe ke hana i ka nui a i ʻole ke ʻano o ka palapala noi. Makemake nā mea hana EV iā lākou no ka mea hiki iā ʻoe ke hoʻopaʻa pololei iā lākou i nā papa hoʻoluʻu. ʻO ka nawaliwali he mechanical: pono lākou i ka hoʻopiʻi waho e pale i ka delamination electrode i ka wā o ke kaʻa, a ʻoi aku ka maʻalahi o ka pōʻino.
ʻenehana hoʻokaʻawale
ʻAʻole ʻike nui ʻia ka mea hoʻokaʻawale, akā ʻo ia ka mea koʻikoʻi palekana palekana. He membrane porous lahilahi ia (16-25 μm maʻamau) e mālama i ka anode a me ka cathode mai ka hoʻopā ʻana me ka ʻae ʻana i nā ion lithium e hele i loko. ʻO nā mea hoʻokaʻawale mua he polyethylene one-layer (PE) a i ʻole polypropylene (PP).
Hoʻohana nā mea hoʻokaʻawale hana kiʻekiʻe o kēia manawa i nā hale ʻekolu, ʻo ia ka PP/PE/PP. He haʻahaʻa ko ka papa PE (135 degere) ma mua o PP (165 degere). Inā hoʻomaka ke kelepona i ka wela, hoʻoheheʻe ka PE a hoʻopiha i nā pores, e pani ana i ka halihali ionic ma mua o ka hiki ʻana o ka wela i nā pae weliweli. Kapa ʻia kēia he hoʻopaʻa wela, a ʻo ia kāu laina pale hope ma mua o ka holo ʻana i ka wela.
Hoʻohui ʻia nā mea hoʻokaʻawale i uhi ʻia ʻo Ceramic{0}} ʻO ka ʻili lahilahi (2-4 μm) o ka alumina a i ʻole nā ʻāpana seramika ʻē aʻe ma kekahi a i ʻole nā ʻaoʻao ʻelua o ka mea hoʻokaʻawale e mālama i ka pololei o ke kūkulu ʻana inā he heheʻe ka polymer. Ua lawa ka porous o ka uhi no ka hoʻomau ʻana o ka lawe ʻana i ka ionic, akā pale ia i ka electrode mai ka pōkole -kaapuni a hiki i nā mahana ma luna o 150 degere. ʻO ka ʻaoʻao haʻahaʻa, ʻo ke kumu kūʻai -ceramic-mea hoʻokaʻawale i hoʻopaʻa ʻia e holo 2-3x ke kumu kūʻai o nā mea hoʻokaʻawale maʻamau-a ʻoi aku ka nui o ka impedance.
He 40-50% ka nui o ka porosity. Piʻi ka haʻahaʻa haʻahaʻa a me ke kūpaʻa ionic, e kaupalena ana i ka mana mana. Ua pilikia ka ikaika kiʻekiʻe a me ka mechanical. He mea nui hoʻi ka mahele ʻana i ka nui o ka pore; ʻO ka helu Gurley (ea permeability test) kahi kikoʻī maʻamau. Loaʻa ka hapa nui o nā mea hoʻokaʻawale EV-grade 200-400 kekona/100cc.
Hoʻohui Electrolyte a me nā mea hoʻohui
ʻOi aku ka paʻakikī o ka electrolyte i loko o kahi cell lithium ion ma mua o kou manaʻo. ʻO ka hoʻokumu ʻia ʻana he paʻakai lithium -LiPF₆ (lithium hexafluorophosphate) i 95%+ o nā cell-i hoʻoheheʻe ʻia i loko o ka hui ʻana o nā carbonates organik. ʻO nā mea hoʻoheheʻe maʻamau ka ethylene carbonate (EC), dimethyl carbonate (DMC), diethyl carbonate (DEC), a me ka ethyl methyl carbonate (EMC).
Aia ma kahi o 1.0 a 1.2 M (molar) ka nui o ka LiPF₆. Hoʻonui ka ʻike kiʻekiʻe i ka conductivity ionic a hiki i kahi kiko, akā ma mua o 1.3 M a i ʻole e hoʻomaka ʻoe e loaʻa ka ua paʻakai ma nā haʻahaʻa haʻahaʻa. He pilikia ko LiPF₆-no ka makū-a hoʻomaka ka pohō ma luna o ke 60 degere -akā, ʻaʻole i hoʻoneʻe nā mea ʻē aʻe e like me LiBOB a i ʻole LiFSI ma muli o ke kumu kūʻai a i ʻole nā mea kūʻai aku.
Hoʻopili ʻia ka hui ʻana o ka carbonate solvent no ka noi. Loaʻa iā EC nā waiwai hoʻomau dielectric kiʻekiʻe a maikaʻi hoʻi ka SEI -mea waiwai, akā maloʻo ia ma 36 degere. Pono ʻoe e hui pū me ia me nā carbonate viscosity haʻahaʻa e like me DMC a i ʻole EMC e mālama i ka hana haʻahaʻa haʻahaʻa. ʻO ka hana maʻamau ʻo EC:DMC 1:1 ma ka leo, a i ʻole EC:EMC 3:7. Pono nā ratio pololei a mālama pono ʻia.
ʻO nā mea hoʻohui kahi e hana ai ka hana kilokilo maoli. Loaʻa i nā electrolytes hou he 2-5% o ke kaumaha o nā mea hoʻohui like ʻole e hoʻololi i ka hoʻokumu ʻana o SEI, pale i ka hoʻonui ʻana, hoʻopaʻa i ka hana kinoea, a hoʻomaikaʻi paha i ka -maha wela. ʻO Vinylene carbonate (VC) ma 1-2% kokoke i ka honua no ka hoʻomaikaʻi ʻana i ka maikaʻi SEI ma nā anodes graphite. ʻOi aku ka maikaʻi o ka Fluoroethylene carbonate (FEC) no nā anodes i loaʻa ke kilika. Hoʻemi maikaʻi ʻia kēia mau pūhui i ka wā o nā pōʻai hoʻouka mua, e hana ana i kahi papa pale ma ka anode i hoʻokahe ionically akā hoʻokaʻawale uila.
ʻO nā mea hoʻohui hoʻomalu overcharge e like me ka biphenyl a i ʻole cyclohexylbenzene e hoʻomaka i ka polymerizing ma kahi o 4.5V, e hana ana i kahi shunt kūloko e pale ai i ka piʻi ʻana o ka uila. Hāʻawi kēia iā ʻoe i kahi palekana inā hāʻule ka BMS, ʻoiai ʻo ka hilinaʻi ʻana iā ia ʻaʻole ia he hana hoʻolālā maikaʻi loa.
Hoʻokumu ʻia ʻo Electrolyte Interface
ʻO ka SEI paha ka mea liʻiliʻi i hoʻomaopopo ʻia akā ʻo ka mea nui loa o ka hana pākaukau lithium ion. I loko o nā kaʻina hoʻouka mua, hoʻopili nā mea electrolyte me ka ʻili anode, e hana ana i kahi papa passivation. He mea koʻikoʻi kēia papa: pono e hoʻokaʻawale i ka ionically (e ʻae i nā ion lithium i loko) akā i ka uila uila (e pale i ka decomposition electrolyte hou aʻe). ʻO ka haku mele SEI he ʻānai-mau kakini o nā paʻakai lithium, nā mea hoʻohuihui, a me nā polymers i hui pū ʻia i loko o kahi papa 10-100 nm mānoanoa.
ʻO ka hoʻokumu SEI maikaʻi ʻo ia ka ʻokoʻa ma waena o kahi cell e holo ana i 500 mau manawa a me kekahi e holo ana i 3,000 mau manawa. ʻO ka pilikia, ʻaʻole paʻa ka SEI. Ua haki ia i ka wā e hoʻololi ai ka leo i ka anode, e hōʻike ana i ka ʻili hou e hoʻopau i ka electrolyte a me ka lithium e hoʻoponopono ai i ka pōʻino. ʻO ia ke kumu e pau ai ka mana ma luna o ke kaʻa kaʻa ʻoiai ke ʻoluʻolu ʻoe me ke kelepona.
He hana koʻikoʻi ka hana kaʻa kaʻa. Loaʻa nā kelepona i hoʻokahi a ʻoi aʻe paha o ka hoʻokuʻu lohi -pōkole ma nā mahana i hoʻopaʻa ʻia e hoʻokumu i ka SEI mua. He kuleana ko nā kaʻina hoʻokumu, akā ʻo ka maʻamau -kiʻekiʻe o ka hoʻouka ʻana he C/20 a i C/10, a hiki i ke kaʻina hana he 24-48 hola. Hoʻolālā nā mea hana i nā palena o ka volta hoʻokumu, ka mahana, nā manawa hoʻomaha, a me nā ʻano kaʻa kaʻa e hana i ka SEI paʻa loa. ʻO ka loaʻa ʻana o kēia hewa ke kumu kūʻai ʻoe i ke ola pōʻaiapuni.
ʻO ka nalo ʻana o ka hikina o ka ʻelemakule -ʻoiai ke noho wale nei ke kelepona ma laila-he mea SEI pū kekahi. Ke ulu mālie nei ka SEI ma ke kaapuni hāmama, e ʻai ana i ka lithium hiki ke hoʻohana ʻia. ʻO ka mālama ʻana ma ke kūlana kiʻekiʻe o ka uku a me ka wela kiʻekiʻe e wikiwiki i kēia. Hiki i ke kelepona mālama ʻia ma 100% SOC a me 60 degere hiki ke nalowale i ka 20% hiki i ka makahiki, aʻo ka cell like ma 50% SOC a me 25 degere e nalowale paha 3%.
Nā Kūlana Hoʻouka a me ka Hoʻokele Batri
Hiki ke hoʻopaʻa ʻia nā kinipona lithium i ka hoʻouka ʻana, ʻoi aku ka -hoʻokuʻu ʻana, a me ka hoʻouka ʻana i nā wela kūpono ʻole. ʻO ia ke kumu e pono ai i kēlā me kēia pūʻolo pākahi pākahi he nui-he BMS (pūnaewele hoʻokele pila).
ʻO ke ʻano o ka hoʻouka ʻana maʻamau, ʻo ia ka voluma o kēia manawa/mau (CC{0}}CV). I ka wā CC, ho'oku'u 'oe i kēia manawa i loko o ke kelepona ma ka helu pa'a -ma'amau 0.5C a i 1C no ka nui o nā pūnaewele, akā na'e hiki i kekahi mau pūnaewele mana ki'eki'e ke mālama i ka 3C a i 'ole. Piʻi ka volta i ka hoʻopiʻi ʻana o ke kelepona. Ke hiki aku ka uila i ka palena kiʻekiʻe (4.2V no ka hapa nui o nā kemika, 3.65V no LFP, 4.3V a i ʻole 4.35V no kekahi mau ʻokoʻa NMC ikaika kiʻekiʻe), hoʻololi ʻoe i ke ʻano CV. Hoʻopau ʻia ka lipine o kēia manawa i ka hoʻokokoke ʻana o ke kelepona i ka piha piha, e ʻoki maʻamau ke hāʻule kēia manawa ma lalo o C/20 a i ʻole C/50.
ʻOi aku ka paʻakikī o ka hoʻopiʻi wikiwiki. ʻO ka ʻoi aku ka nui o ka uku e hoʻolalelale i ka hoʻopaʻa ʻana i ka lithium ma ka anode, ʻo ia ka mea weliweli -metallic lithium hiki ke alakaʻi i nā pōkole kūloko a i ʻole ka hana dendrite e komo i ka mea hoʻokaʻawale. No ka hoʻokēʻai -hoʻopaʻa me ka palekana, pono ʻoe e hoʻomaopopo i ka pili ʻana o ka volta, ke au, a me ka mahana me nā kūlana hoʻomaka o ka hoʻomaka ʻana o ka pā lithium.
ʻO ka pilikia, ʻaʻole hiki iā ʻoe ke ana pololei i ka plating lithium i loko o kahi keena i hoʻopaʻa ʻia. Pono ʻoe e noʻonoʻo mai nā hōʻailona ʻē aʻe. ʻO kekahi ala ʻo ka hahai ʻana i ka hiki ʻana o ka anode me ke kuhikuhi metala lithium. Inā emi iho ka mana anode ma lalo o 0V me Li/Li⁺, ke hana ʻia nei ka pā. ʻO ka pilikia, ʻaʻole loaʻa nā electrodes kuhikuhi i ka hapa nui o nā kelepona pāʻoihana.
He mea nui hoʻi ka piʻi ʻana o ka mahana i ka wā e hoʻopaʻa wikiwiki ai. Hiki ke ʻike ʻia ka piʻi ʻana o ka wela o loko i ka 15-20 degere ma luna o ke kelepona e hoʻouka ana ma 2C me ka hoʻoluʻu ʻana. Ma nā mahana anu, he mea kōkua maoli kēia-ke kelepona anu ('ōlelo -10 degere ) ha'aha'a loa ka mana, akā inā hiki iā 'oe ke ho'omāhana iā ia ma ka ho'opa'a 'ana i ka uku ha'aha'a (0.5C), ho'omaika'i ka hana. Ke hana maoli nei kekahi mau EV i kēia ma ke kumu: i ka wā anuanu, e holo lākou i kahi puʻupuʻu kiʻekiʻe kiʻekiʻe e hoʻomaʻamaʻa i ka pākaukau ma mua o ka koi ʻana o ka mea hoʻokele i ka mana kiʻekiʻe no ka wikiwiki.
Pono ke kaupaona ʻana o ke kelepona no ka mea ʻaʻole i paʻa pono nā pūnaewele i ka moʻo. ʻO ka hoʻomanawanui ʻana o ka hana ʻana, nā ʻokoʻa liʻiliʻi o ka hoʻokuʻu ʻana iā ia iho-a me nā ʻoluʻolu wela ma waena o ka pūʻolo ke kumu o ka neʻe uila. Inā hoʻopaʻa ʻoe i kahi kaula moʻo me ke kaupaona ʻole, ua pā kekahi mau cell i ka palena o ka volta kiʻekiʻe ma mua o nā mea ʻē aʻe. Hoʻoemi ʻia nā cell ikaika, hoʻonui ʻia nā cell nāwaliwali, a pilikia ka hana.
Hoʻohana ʻo Passive Balancing i nā mea pale e hoʻokahe i ka ikehu mai -keena uila kiʻekiʻe. He maʻalahi a maʻalahi akā hoʻopau i ka ikehu e like me ka wela. Hoʻohana ka hoʻohālikelike ʻana i nā mea hoʻololi DC-DC a i ʻole nā capacitors no ka hoʻololi ʻana i ka ikehu mai nā keena kiʻekiʻe a i nā keena haʻahaʻa. ʻOi aku ka maikaʻi, ʻoi aku ka paʻakikī, ʻoi aku ka pipiʻi. No kahi pūʻulu 400V EV, hiki ke hoʻopau ʻia ke kaupaona ʻana i ka 50-100W mau, ʻaʻole hiki ke hoʻohālikelike ʻia i ka mana hoʻokele akā hoʻonui i ka manawa.
Nā Manaʻo Hoʻokele Thermal
ʻO ka hoʻokumu ʻana o ka wela i loko o ke kelepona lithium ion e loaʻa mai ʻekolu kumu: ka wela hiki ʻole ke hoʻihoʻi ʻia (hoʻomaʻamaʻa Joule mai ke kūpaʻa kūloko), ka wela hiki ke hoʻohuli (hoʻololi entropy o ka hopena electrochemical), a me ka wela mai nā ʻaoʻao. Ma ka ha'aha'a a hiki i ka ha'aha'a C-ka wela hiki ke ho'ololi. Ma nā pākē C- kiʻekiʻe, lawe ka wela hiki ʻole.
He mea hoihoi ka hua'ōlelo wela ho'ololi no ka mea e ho'ololi i ka hō'ailona ma muli o SOC. No ka hapa nui o ka lithium ion chemistries, hoʻoulu ʻia ka hoʻouka ʻana i ka wela ma SOC haʻahaʻa akā e hoʻomoʻa i ka wela ma SOC kiʻekiʻe. ʻO ka hoʻokuʻu ʻana ke hana ʻē aʻe. ʻO ka helu crossover ma kahi o 50-60% SOC maʻamau. ʻO ia ke kumu e ʻike ai ʻoe i ka hāʻule maoli ʻana o ka wela o ka cell i ka wā hope o ka hoʻopaʻa ʻana inā he haʻahaʻa kēia manawa.
ʻOkoʻa ke kūpaʻa kūloko me ka mahana, SOC, a me ka ʻelemakule. Ma ke degere 25, hiki i ke kelepona 18650 hou ke kū i 40-60 miliohms DC. Ma ka -20 degere, hiki ke lele i 200-300 milliohms. ʻO ia ke kumu e hāʻule nui ai ka laulā EV o ke anuanu. ʻAʻole ʻoi aku ka lohi o ka kemika ma nā haʻahaʻa haʻahaʻa, akā ʻo ka piʻi ʻana o ke kūpaʻa kūloko, ʻo ia hoʻi, ʻoi aku ka nui o ka ikehu o ka pākaukau e pau i ka wela i loko o ke kelepona.
ʻO ka paepae holo wela ma muli o ke kemika. No nā pūnaewele NMC, hoʻomaka nā hopena decomposition exothermic ma kahi o 180-220 degere. Ke hoʻomaka, hiki ke piʻi ka mahana ma 10-50 degere i kēlā me kēia kekona, a hiki i 800 degere a ʻoi aku paha. ʻOi aku ka palekana o LFP; ʻO ka hoʻomaka ʻana o ka mahuka wela he 270 degere + a ʻoi aku ka haʻahaʻa o ka wela kiʻekiʻe.
ʻO ka hoʻolaha ʻana ma waena o nā cell i loko o kahi ʻeke ka pilikia maoli. Inā hele kekahi cell i loko o ka mahuka wela, hoʻomehana ia i kona mau hoalauna. ʻO ka holo ʻana paha o nā pūnaewele kokoke e pili ana i ka hiki ke hoʻoluʻu, ka spacing cell, a me ka insulation. Hoʻohālikelike ka hoʻāʻo hoʻolaha ʻana o UL 9540A i kēia ma ka hoʻoikaika ʻana i hoʻokahi cell i loko o ka wela wela a me ka nānā ʻana inā e hahai nā cell pili. Loaʻa i ka hoʻolālā ʻeke maikaʻi ka hāʻule ʻole o hoʻokahi kelepona a i ʻole ka hapa nui o kahi module liʻiliʻi.
ʻOkoʻa nā hoʻolālā hoʻoluʻu. ʻO ka hoʻoheheʻe ʻana i ka ea ka maʻalahi loa-e puhi i ka ea ma luna o nā keena a i ʻole ka ʻeke. Hana maikaʻi no nā noi haʻahaʻa haʻahaʻa e like me nā PHEV a i ʻole nā ʻōnaehana mālama ikehu. Pono ka hoʻoluʻu wai no nā EV hana kiʻekiʻe. Hoʻohana ka hapa nui o nā mea hoʻolālā i ka hui ʻana o ka wai 50:50-glycol ma 10-25 lita i kēlā me kēia minuke ma o nā pā anu a i ʻole nā kahawai hoʻoluʻu. Hoʻomalu ʻia ka wela inlet i 20-35 degere. Pono e noho ma lalo o ka 5 degere max a i ka min no ka pale ʻana i ka ʻelemakule wikiwiki o nā keena wela loa.
Hoʻohana kekahi mau hoʻolālā hoʻokolohua i ka hoʻolili ʻana i ka pahu hau, ka hoʻoluʻu ʻana i loko o ka wai dielectric, a i ʻole-mea hoʻololi. Hiki i ka mea hoʻoluʻu ke huki i ka wela i waho akā makemake i kahi ʻōnaehana AC paʻakikī. He mea paʻakikī ka hoʻoheheʻe ʻana i ka wela (500-2,000 W/m²K me 50-150 W/m²K no ka hoʻoluʻu ʻana o ka wai) Hana nā PCM akā pono e hōʻole i ka wela i mālama ʻia, no laila ke kōkua nui lākou i ka hoʻoluʻu liʻiliʻi i ka wā o ka hoʻopiʻi wikiwiki ʻana a i ʻole ka wikiwiki wikiwiki.
Nā ʻano hoʻohaʻahaʻa hana a me nā ʻano hāʻule
ʻO ka fade a me ka ulu ʻana o ka impedance nā ʻano hana hoʻohaʻahaʻa nui ʻelua. Hoʻokumu ʻia lākou e nā kaʻina hana kino a me nā kaʻina hana kemika i ka manawa like.
Ma ka ʻaoʻao anode, hoʻopau ʻo SEI i ka lithium cyclable a me ka electrolyte, e hoʻonui ana i ke kū'ē. Hiki ke hana i ka exfoliation graphite inā hoʻouka ʻia ke kelepona ma nā pā liʻiliʻi haʻahaʻa-ma ka ʻili o ka graphite ma kahi o ka intercaling, a i ka wā e hoʻopili ʻia ai, e wāwahi ia i ka hale graphite. ʻAʻole hiki ke hoʻololi pinepine kēia. ʻO ka hoʻoheheʻe ʻia ʻana o ka mea paʻa i nā wela kiʻekiʻe ke kumu o ka nalowale o ka pilina uila ma waena o nā ʻāpana.
ʻO ka hoʻohaʻahaʻa ʻana i ka Cathode e pili ana i ka hoʻoheheʻe metala hoʻololi (ʻoi aku ka manganese i loko o LMO a i ʻole manganese -loaʻa NMC), nā hoʻololi ʻana o ke kūkulu ʻana mai ka hoʻokomo pinepine ʻana/unuhi lithium, a me ka hana hou ʻana o ka ʻili i nā cathodes nickel kiʻekiʻe. Ke neʻe nei nā metala hoʻoheheʻe i ka anode kahi e hoʻoulu ai i ka ulu SEI, no laila ʻo ka hoʻohaʻahaʻa ʻana o ka cathode e hoʻolalelale i ka anode degradation.
ʻO ka hoʻoheheʻe ʻana o ka electrolyte a me ka hoʻoulu ʻana o ke kinoea he mau pilikia nui ma nā volta kiʻekiʻe a me nā wela kiʻekiʻe. ʻO nā kinoea maʻamau ka CO₂, CO, a me nā ʻano hydrocarbons like ʻole mai ka decompose carbonate. I loko o nā ʻeke, ʻike ʻoe i ka pehu ʻana o ka ʻeke. I loko o nā keena cylindrical a prismatic paha me nā hihia paʻakikī, kūkulu ke kaomi a hiki i ka wehe ʻana o ka puka palekana (maʻamau ma 10-15 bar).
ʻO ka nalo ʻana o ka waihona lithium he ʻano hana fade nui. I kēlā me kēia manawa e ulu ai ka SEI a i ʻole nā papa lithium i hoʻohuli ʻole ʻia ma ka anode, lawe ʻia kekahi lithium mai loko mai o ka loko o ka lithium cyclable. Ma hope ua pau ʻoe a hāʻule ka hiki.
Hiki ke hāʻule koke mai nā pōkole kūloko. Hoʻomaka ka hapa nui o nā pōkole liʻiliʻi-kahi ʻāpana metala liʻiliʻi e paʻi i ka mea hoʻokaʻawale, a i ʻole e ulu ana ka lithium dendrite. Hoʻokumu ka pōkole i kahi wela, kahi e hoʻolalelale ai i ka hoʻohaʻahaʻa kūloko, kahi e hōʻino ai i ka pōkole, a loaʻa iā ʻoe kahi puka manaʻo maikaʻi. I kekahi manawa ho'ōla ke kelepona iā ia iho-inā hehee ka pōkole iā ia iho. ʻO nā manawa ʻē aʻe e holomua ana i ka holo wela.
ʻO nā ho'āʻo ʻana o ke kui (e koi ana i ke kui kila ma o ke kelepona i hoʻopaʻa ʻia) he hōʻike hoʻomāinoino maʻamau. ʻAʻole hele maʻamau nā pūnaewele LFP i ka holo wela mai ke komo ʻana o nā kui. Hana pinepine nā pūnaewele NMC, ʻoiai ʻo nā hoʻolālā me nā mea hoʻokaʻawale maikaʻi aʻe a hiki ke hala i kekahi manawa.
Hōʻike ʻo 5 i ka paʻa paʻa ʻana me ka helu pōʻaiapili no kekahi mau kemika ma lalo o nā kūlana kaʻa kaʻa haʻahaʻa (1C charge/discharge, 25 degere, 100% DOD).
Moku'āina o ka uku a me ka moku'āina o ke ola estimation
ʻAʻole hiki iā ʻoe ke ana pololei i ka nui o ka ikehu i loko o kahi cell lithium ion. Pono ʻoe e hoʻohālikelike iā ia mai nā ana ʻē aʻe: voltage, current, a me ka mahana.
ʻO ke kaʻina koho SOC maʻalahi loa ma ka volta-ma muli. Loaʻa i kēlā me kēia kemika kahi hiʻohiʻona hāmama -pili kaapuni kūʻē i ka pihi SOC. E ana i ka volta ma hope o ka hoʻomaha ʻana o ke kelepona no kekahi manawa (e hoʻokuʻu i ka volta transient mai ka palaho o loko), e nānā iā ia ma ka pihi OCV, a ʻike ʻoe iā SOC. ʻO ka pilikia, ʻaʻole loaʻa iā ʻoe ka manawa e hoʻomaha ai ke kelepona i nā noi maoli.
ʻO ka helu Coulomb ke ala maʻamau. Hoʻohui ʻoe i kēia manawa i ka manawa e nānā i ka uku i loko a i waho. Inā hoʻomaka ʻoe ma kahi SOC i ʻike ʻia, hiki iā ʻoe ke helu i ka SOC hou i kēlā me kēia manawa. Aia ka pololei i kāu sensor i kēia manawa (± 0.5% ka mea maʻamau) a me ka ʻike i ka hiki maoli. Hoʻonui nā hewa i ka manawa, no laila pono ʻoe e hoʻoponopono hou i kēlā me kēia manawa ma ka hana ʻana i kahi pōʻai piha a hoʻokuʻu paha.
Hoʻohana ʻia nā ʻano kumu hoʻohālike -ke kumu hoʻohālike kaapuni like a i ʻole ke kumu hoʻohālike electrochemical o ke kelepona. Ana ʻoe i ka volta terminal a me kēia manawa, e holo iā lākou ma kāu kumu hoʻohālike, a e unuhi i nā mokuʻāina kūloko me SOC. He mea maʻamau nā kānana Kalman lōʻihi a i ʻole nā mea nānā mokuʻāina like. Hiki ke pololei loa kēia mau alahele (± 2% SOC error) akā pono nā kumu hoʻohālike maikaʻi a me nā kumu waiwai helu nui.
ʻOi aku ka paʻakikī o ka manaʻo SOH no ka mea ke hoʻāʻo nei ʻoe e helu i ka hoʻohaʻahaʻa ʻana, he lohi a mālie. ʻAʻole pono ka hoʻopili ʻana o ka hiki a me ka ulu ʻana o ka impedance me ka laina laina me kekahi a i ʻole me ka helu pōʻai. Hiki ke loa'a ka impedance ki'eki'e i ke kelepona i ho'opi'i 'ia -nui akā, mae wale ka mana ha'aha'a. ʻO kahi kelepona i mālama ʻia ma ka SOC/mahana kiʻekiʻe hiki ke nalowale i ka mana akā haʻahaʻa haʻahaʻa ka ulu impedance.
ʻO ka hoʻomaʻamaʻa ʻoihana e wehewehe i ka SOH ma muli o ka hiki: ʻo ke kelepona ma 80% o kona mana kumu aia ma 80% SOH, a ua manaʻo pinepine ʻia kēia i ka hopena-o-ola no nā polokalamu EV. Ke hana mau nei ke kelepona, akā ua hāʻule ka laulā he 20%. No ka mālama ʻana i ka ikehu, hiki ke hoʻohana ʻia nā cell a hiki i ka 60-70% SOH.
Ke hana nei kekahi mau BMS i ka nānā ʻana i ka hiki i kēlā me kēia manawa-hoʻokuʻu piha i ka pākaukau me ka wikiwiki haʻahaʻa a ana i ka nui o ka ikehu e puka mai ana. He pololei kēia akā hoʻopili (ʻaʻole loaʻa ka pākaukau i ka wā o ka hoʻāʻo) a he mau hola. ʻO nā ala ʻē aʻe e hoʻāʻo e hoʻohālikelike i ka hiki ʻole mai nā pihi uila, nā ana impedance, a i ʻole ka pono coulombic.
Hiki ke ana 'ia ke kū'ē o loko ma o ka ho'ohana 'ana i ka pulse o kēia manawa a me ke ana 'ana i ka pane voltage, a i 'ole ma ka ho'okomo 'ana i kahi hō'ailona AC li'ili'i ma nā alapine like 'ole (electrochemical impedance spectroscopy). Hāʻawi ʻo EIS i ka ʻike hou aʻe akā koi ʻia nā lako loea kūikawā i loaʻa ʻole i nā BMS kalepa.
ʻElua -Pono a me ka Hana Hou
Ke hiki i ka pākaukau EV i ka hopena-o-ke ola (ma'amau he 70-80% o ka mana kumu), hiki ke hana pono no nā polokalamu koi 'ole. Loaʻa ka hoʻohana ʻana i ka pākaukau lua-ola no ka mālama ʻana i ka ikehu.
He paʻakikī ka hoʻokele waiwai. Pono ʻoe e hoʻāʻo i ka ʻeke i hoʻomaha ʻia, hiki ke hana hou iā ia (e hoʻololi i ka BMS, ka ʻōnaehana hoʻoluʻu, a i ʻole nā modula i hōʻino ʻia), e hōʻoia iā ia no ka noi hou, a hāʻawi i kahi palapala hōʻoia. ʻO kēia mau mea a pau ke kālā. No ka lua o ke ola -no ka pono, pono ke kumu kuai o ka puolo i hooponopono hou ia ma mua o ka puolo hou i hanaia no ka hoohana mau. Hoʻopau nā kumukūʻai inā ʻoi aku ka liʻiliʻi o ka hoʻoponopono hou ʻana ma mua o 40-50% o ke kumukūʻai pūʻolo hou, e pili ana i ka loiloi āu e manaʻoʻiʻo ai.
He mea ʻole ka hoʻāʻo ʻana i nā kelepona hoʻomaha. Loaʻa paha i kekahi module he mau haneli o ka pūʻulu -parallel. ʻAʻole hiki iā ʻoe ke hoʻāʻo maʻalahi iā lākou pākahi. Hiki iā ʻoe ke hoʻāʻo i ka module ma ke ʻano he ʻāpana, akā hiki i hoʻokahi cell kino ke uhi iā ia iho. Paʻakikī ke ʻike ʻia kekahi mau ʻano hoʻohaʻahaʻa me ka ʻole o ka hoʻāʻo ʻana. Aia nō ka nīnau kuleana: inā e ʻā ana ka lua o ke ola ʻana, ʻo wai ke kuleana?
ʻO ka hana hou ka hopena hope loa-o-ala ola. Hoʻohana ka hana hou ʻana i kēia manawa i ka pyrometallurgy (smelting) a i ʻole hydrometallurgy (leaching kemikala). ʻOi aku ka maʻalahi o ka Pyrometallurgy akā ʻoi aku ka liʻiliʻi o ke koho-e loaʻa iā ʻoe nā ʻāpana metala huikau e pono ai ka hoʻomaʻemaʻe hou ʻana. Hiki i ka Hydrometallurgy ke hoʻihoʻi i nā metala pākahi i ka maʻemaʻe kiʻekiʻe akā koi i nā ʻanuʻu hou aʻe a hoʻopuka i nā ʻōpala kemika.
ʻO ka hoʻokele waiwai o ka hana hou ʻana e hilinaʻi nui i nā kumukūʻai metala. He mea waiwai ka Cobalt (ma kahi o $30-40/kg ma ka mōʻaukala, ʻoiai ke piʻi nui nei nā kumukūʻai), no laila, hiki ke hoʻohana ʻia nā kemika waiwai kobalt{5}}recycling. Pono ke hana hou 'ia ka nikela ma ka nui. ʻO ka manganese, ka hao, a me ka alumini he mau metala haʻahaʻa-waiwai, no laila, kūpono ke hana hou ʻana i mea e pale aku ai iā lākou mai nā ʻōpala ʻāina. He mea hoihoi ka Lithium-ʻaʻole ia he waiwai nui no ka kilo, akā ʻo ka hoʻokaʻawale ʻana i mea e hoʻomaikaʻi ai ka hoʻōla.
ʻO ka hana hou ʻana-ka wehe ʻana i ka pākaukau a me ka hoʻohana hou ʻana i ka cathode a i ʻole ka mea anode me ka ʻole o ka wāwahi ʻana i nā paʻakai metala-he wahi noiʻi wela. Inā hiki iā ʻoe ke hoʻihoʻi hou i ka pauka cathode ma ke ʻano hoʻohana, e mālama ʻoe i ka ikehu a me ke kumukūʻai o ka synthesis cathode. ʻO nā pilikia ka hoʻokaʻawale ʻana i nā mea hana mai nā mea ʻohi a me nā mea hoʻopaʻa i kēia manawa, a me ka hoʻoponopono ʻana i ka ʻoiaʻiʻo o ka mea hana hou he hui pū ʻana o nā cell mai nā mea hana like ʻole, nā makahiki, a me nā kemika.
