بررسی آزمایشگاهی و مدل‌سازی نیمه‌تجربی زمان شارژ باتری لیتیوم-یون با هدف کنترل فرایند شارژ متناسب با جریان‌های مختلف

نوع مقاله: علمی-پژوهشی

نویسندگان

1 کارشناس تحقیقات باتری/ گروه ذخیره سازهای انرژی، پژوهشکده مکانیک، پژوهشگاه فضایی ایران، شیراز، ایران

2 مدیر گروه/ گروه ذخیره سازهای انرژی، پژوهشکده مکانیک، پژوهشگاه فضایی ایران، شیراز، ایران

3 پژوهشکده مکانیک، پژوهشکده مکانیک، پژوهشگاه فضایی ایران، شیراز، ایران

4 هیئت علمی/ گروه ذخیره سازهای انرژی، پژوهشکده مکانیک، پژوهشگاه فضایی ایران، شیراز، ایران

چکیده

یکی از چالش‌های اصلی در توسعه باتری‌های لیتیوم- یون به‌ویژه در کاربردهایی مانند خودروهای الکتریکی، زمان شارژ طولانی آن‌ها است و کوتاه‌تر کردن زمان شارژ بسته باتری یک مسأله بحرانی در این زمینه می‌باشد. فرایند شارژ باتری لیتیوم- یون به‌وسیله یک شارژِر جریان ثابت- ولتاژ ثابت صورت می‌پذیرد. شارژ سریع ممکن است با سرعت بخشیدن به زوال باتری، عملکرد آن را تحت تأثیر قرار دهد. در پژوهش حاضر مدلی برای پیش‌بینی دقیق زمان شارژ باتری ارائه می‌گردد که بر اساس آن در نرخ جریان (C-rate) ‌های مختلف شارژ می‌توان زمان شارژ باتری را برآورد نمود، به‌طوری که ضریب تشخیص (R2) برازش‌های انجام‌شده بر اساس مدل برای پنج نمونه باتری لیتیوم- یون مورد بررسی بیش از 0.99 می‌باشد. این موضوع حاکی از انطباق بسیار خوب نتایج تجربی با پیش‌بینی‌های مدل پیشنهادی است. از آن‌جا که مرحله ولتاژ ثابت در فرایند شارژ باتری لیتیوم-یون تا زمانی ادامه می‌یابد که شدت جریان تا مقدار مشخصی کاهش یابد لذا در صورت عدم تشخیص کاهش شدت جریان در مرحله ولتاژ ثابت، شاهد شارژ بیش از حد باتری خواهیم بود. هم‌چنین در صورت اختلال در سیستم باتری ممکن است جریان در مرحله ولتاژ ثابت با یک روال مشخص افت نکند که این موضوع نیز باعث شارژ بیش ازحد باتری و در نتیجه زوال ظرفیت آن خواهد شد. پس با در اختیار داشتن یک برآورد صحیح از زمان شارژ باتری می‌توان هر دو مرحله شارژ (جریان ثابت و ولتاژ ثابت) را به‌وسیله زمان محدود کرد تا در هنگام شارژ سریع، زوال بیشتری بر سیستم باتری لیتیوم- یون تحمیل نشود و از بروز هر گونه مشکل یا خرابی ناشی از شارژ بیش از حد باتری جلوگیری گردد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات