Sürətli doldurma üsulu
Batareyalarda kimyəvi reaksiyaların sürətini maksimuma çatdırmaq, onların tam doldurulması üçün lazım olan vaxtı qısaltmaq və müsbət və mənfi lövhələrin qütbləşməsini minimuma endirmək və ya azaltmaq, bununla da batareyanın səmərəliliyini artırmaq üçün sürətli doldurma texnologiyası son illərdə sürətlə inkişaf etmişdir. Tez-tez istifadə olunan bir neçə sürətli doldurma üsulları aşağıda təqdim olunur. Bu üsullar faktiki doldurma əyrisini optimal doldurma əyrisinə mümkün qədər yaxın etmək məqsədi daşıyan optimal doldurma əyrisi ətrafında tərtib edilmişdir.
Pulse doldurma üsulu
Pulse doldurma üsulu əvvəlcə akkumulyatoru impuls cərəyanı ilə doldurur, sonra müəyyən müddət ərzində doldurulmasını dayandırır və sonra Şəkil 11-5-də göstərildiyi kimi bu dövrü təkrarlayaraq, batareyanı yenidən impuls cərəyanı ilə doldurur. Doldurma impulsu batareyanı tam doldurur, eyni zamanda fasilələr kimyəvi reaksiyalar nəticəsində yaranan oksigen və hidrogenin yenidən birləşməsinə və udulmasına vaxt verir, təbii olaraq konsentrasiya polarizasiyasını və ohmik qütbləşməni aradan qaldırır. Bu, akkumulyatorun daxili təzyiqini azaldır, sabit cərəyanla doldurulmanın növbəti mərhələsinin daha rəvan davam etməsinə və batareyanın daha çox yükü udmasına imkan verir. Fasiləli impulslar batareyanı kifayət qədər reaksiya müddəti ilə təmin edir, qazın ayrılmasını azaldır və batareyanın doldurma cərəyanını qəbul etmə dərəcəsini yaxşılaşdırır.
Pulse doldurulması batareyanın doldurulması və boşaldılmasının səmərəliliyini yaxşılaşdıra, doldurma vaxtına qənaət edə və batareyanın ömrünü uzada bilər, lakin müəyyən şərtlər yerinə yetirilməlidir.
Litium{0}}ion batareyaları doldurma və boşalma zamanı ilk növbədə katodda, anodda və elektrolitdə litium ionlarının qarşılıqlı hərəkətinə əsaslandığından, ionların hərəkət sürətini və diffuziya əmsalını artırmaq, doldurma vaxtına qənaət etmək və doldurma səmərəliliyini artırmaq məqsədinə nail olmaq üçün vacibdir. Uyğun olmayan doldurma dərəcəsi və ya paylama yalnız istədiyiniz məqsədə nail ola bilməyəcək, həm də batareyanın köhnəlməsini sürətləndirəcək. Şəkil 11-2-də göstərildiyi kimi, doldurma dərəcəsi nə qədər yüksək olarsa, doldurulan tutum da bir o qədər kiçikdir.
Elektrokimyəvi xarakteristikanın təhlili göstərir ki, litium{0}}ion batareyalarının doldurulma sürəti əsasən litium ionlarının diffuziya sürəti və müsbət və mənfi elektrod materiallarının xüsusiyyətləri ilə məhdudlaşır. (11-3) tənliyindən istifadə edərək, litium-ion diffuziya tənliyini qurmaq olar.
Düsturda CL litium-ionunun konsentrasiyasını təmsil edir; x diffuziya məsafəsini təmsil edir; t diffuziya vaxtını ifadə edir; və DLi litium-ion diffuziya əmsalını təmsil edir.
Tədqiqatlar göstərdi ki, litium{0}}ion batareyalar dövri sınaq zamanı iki sürətli yaşlanma dövrü nümayiş etdirir:
1) Elektrod səthində SEI filmini yaratmaq üçün mövcud litium ionlarının bir hissəsini istehlak edən bir proses olan SEI filminin (Bərk Elektrolit İnterfazası) formalaşması dövrü.
2) Hər bir doldurulma dövrünün sonunda, batareyanın içərisində maye fazada litium ionlarının miqrasiyasına qarşı müqavimət nisbətən kiçik, bərk fazada diffuziya əmsalı nisbətən kiçikdir. Buna görə, şarj dövrünün sonunda şarj cərəyanı çox böyük olarsa, çox sayda litium ionları elektrod səthində cəmləşəcək, bu da asanlıqla litium metalının meydana gəlməsinə səbəb ola bilər və litium ionunun tərkibini azalda bilər.
SEI filminin formalaşması batareyanın ömrünə əhəmiyyətli dərəcədə təsir göstərir. Əgər yaxşı SEI filmi yaradıla bilmirsə, baxmayaraq ki, batareya ilkin doldurma/boşaltma mərhələlərində yüksək doldurma/boşaltma səmərəliliyinə və istifadə edilə bilən tutuma malik ola bilər, xüsusilə aşağı -cari impuls doldurma rejimlərində tutum artan dövr sayı ilə kəskin şəkildə azalacaq. Buna görə də, birinci mərhələdə litium{3}}ion itkisi qaçılmazdır. Bununla belə, pulse doldurulması zamanı cərəyan çox yüksək olmamalıdır. Həddindən artıq cərəyan qeyri-bərabər SEI filminin formalaşmasına, SEI filminin sürətli qalınlaşmasına və müqavimətin əhəmiyyətli dərəcədə artmasına səbəb olacaq, istifadə edilə bilən ionların sayını azaldacaq və tutum itkisinə səbəb olacaqdır.
Pulse doldurulması, ilk növbədə, doldurma prosesi zamanı qütbləşməni aradan qaldırmaq üçün doldurma fasilələrindən və ya tərs boşalmadan istifadə edir. Qütbləşmə batareyanın növü, istehsal prosesi və material xüsusiyyətləri ilə sıx bağlıdır və onun dəyişmələri mürəkkəbdir. Batareya texnologiyasında davamlı təkmilləşdirmələrlə polarizasiya yaxşı idarə olunur. Buna görə də, adi impuls doldurma rejimlərinin üstünlükləri o qədər də aydın deyil. Batareyanı optimal iş şəraitində saxlamaq üçün-real vaxt monitorinqi üçün müvafiq batareya xarakteristikası parametrlərini birləşdirmək və nəbz doldurulmasının amplitudasını və dövrəsini tənzimləmək lazımdır.
Reflex™ Sürətli Doldurma Metodu
ReflexTM sürətli doldurma üsulu ABŞ-da patentləşdirilmiş texnologiyadır və ilkin olaraq nikel{0}}kadmium batareyalarının doldurulması üçün nəzərdə tutulmuşdur. Bu doldurma üsulu nikel{2}}kadmium batareyalarının yaddaş effekti problemini yüngülləşdirir və bununla da sürətli doldurma vaxtını əhəmiyyətli dərəcədə azaldır. Pulse doldurma üsulları ilə müqayisədə ReflexTM sürətli şarj metodunun ən böyük xüsusiyyəti mənfi impulsun əlavə edilməsidir. Onun mexanizmi reaksiya prosesi zamanı elektrod səthində yaranan qabarcıqları aradan qaldırmaq, batareyanın doldurulması zamanı temperatur artımını və daxili müqaviməti artırmaq üçün mənfi impuls tərəfindən təmin edilən "maneə" effektindən istifadə edir. Bu, elektrik enerjisinin batareyada mümkün qədər tam şəkildə kimyəvi enerjiyə çevrilməsinə imkan verir, yavaş diffuziya nəticəsində yaranan konsentrasiyanın qütbləşməsini aradan qaldırmağa, akkumulyatorun içərisində aktiv materialların istifadə dərəcəsini yaxşılaşdırmağa və beləliklə, doldurma-boşaltma dövrlərinin sayını artırmağa kömək edir.
Şəkil 11-6-da göstərildiyi kimi, ReflexTM sürətli doldurma metodunun bir iş dövrü üç mərhələdən ibarətdir: irəli doldurma nəbzi, tərs ani boşalma nəbzi və texniki xidmət üçün şarjda fasilə. İrəli şarj impulsunun funksiyası batareyanı doldurmaq üçün müsbət amplituda nəbz cərəyanını təmin etməkdir; tərs ani boşalma impulsunun funksiyası, batareyanın içərisində polarizasiya reaksiyasını gecikdirmək üçün elektrolit ionlarının daha bərabər şəkildə yayılmasını təmin etmək və bununla da şarj səmərəliliyini artırmaq və batareyanın ömrünü artırmaqdır; şarjın dayandırılması mərhələsinin funksiyası elektrolit ionlarının daha bərabər yayılmasını təmin etmək və qütbləşmə fenomenini azaltmaq, bununla da şarj səmərəliliyini artırmaq və batareyanın ömrünü uzatmaqdır.
Dəyişən Cərəyan Fasiləli Doldurma Metodu
Şəkil 11-7-də göstərildiyi kimi, dəyişən cərəyanın fasiləli doldurulması üsulu sabit cərəyan yüklənməsinə və impuls yüklənməsinə əsaslanır. Onun xarakterik cəhəti ondan ibarətdir ki, sabit cərəyan doldurma bölməsi gərginliklə məhdud dəyişən cərəyan fasiləli şarj bölməsi ilə əvəz olunur. Doldurmanın ilkin mərhələlərində, daha yüksək şarj cərəyanını təmin etmək və doldurulma məbləğinin əksəriyyətini əldə etmək üçün dəyişən cərəyanın fasiləli doldurulması üsulu istifadə olunur.
Doldurmanın sonrakı mərhələlərində həddindən artıq yükləmə əldə etmək və batareyanı tam doldurulmuş vəziyyətə qaytarmaq üçün sabit gərginlikli doldurma mərhələsi istifadə olunur. Şarjı fasilələrlə dayandırmaqla, batareyada kimyəvi reaksiya nəticəsində yaranan oksigen və hidrogen konsentrasiya qütbləşməsini və ohmik qütbləşməni təbii olaraq aradan qaldıraraq yenidən birləşməyə və udulmağa vaxt qazanır. Bu, akkumulyatorun daxili təzyiqini azaldır, sabit cərəyanla doldurulmanın növbəti dövrəsinin daha rəvan davam etməsinə və batareyanın daha çox elektrik enerjisi udmasına imkan verir.
Dəyişən cərəyanın fasiləli doldurulması üsuluna əsasən, Şəkil 11-8-də göstərildiyi kimi, dəyişən gərginlikli fasiləli yükləmə metodu təklif edilmişdir. Dəyişən gərginlik və dəyişən cərəyan aralıqlı yükləmə üsulları arasındakı fərq, birinci mərhələnin fasiləsiz sabit cərəyan deyil, fasiləli sabit gərginlik olmasıdır.
Şəkil 11-7 və 11-8-i müqayisə etdikdə, Şəkil 11-8-in optimal doldurma əyrisini daha yaxşı əks etdirdiyini görmək olar. Hər bir sabit gərginlikli doldurulma mərhələsində, sabit gərginlik doldurulması səbəbindən, şarj cərəyanı təbii olaraq eksponent olaraq azalır, bu, şarj prosesi zamanı məqbul batareya cərəyanının tədricən azalması xarakteristikasına uyğundur.
Dəyişən Gərginlik, Dəyişən Cərəyan Dalğası-Növü Fasiləli Müsbət və Mənfi Sıfır-Puls Sürətli Doldurma Metodu
Pulse şarjının üstünlüklərini birləşdirən Reflex™ sürətli şarj, dəyişən cərəyan fasiləli doldurma və dəyişən gərginlikli fasiləli doldurma, dəyişən gərginlik, dəyişən cərəyan dalğası-müsbət və mənfi sıfır tipli-pulse aralıqlı sürətli şarj metodu hazırlanmış və tətbiq edilmişdir. Pulse doldurma dövrəsinə nəzarət ümumiyyətlə iki kateqoriyaya bölünür:
1) Nəbz cərəyanının amplitudası dəyişkəndir, PWM (güc PWM) siqnalının tezliyi isə sabitdir.
2) Pulse cərəyanının amplitudası sabitdir, PWM siqnalının tezliyi isə tənzimlənir.
Şəkil 11-9 bu ikisindən fərqli bir idarəetmə rejimini istifadə edir: həm impuls cərəyanı amplitudası, həm də PWM siqnalının tezliyi sabitdir, PWM iş dövrü isə tənzimlənir. Fasiləli doldurma/dayandırma fazası əlavə etməklə, batareyanın doldurma qabiliyyətini yaxşılaşdıraraq, daha qısa müddətdə daha çox şarj əldə etmək olar.
Hər bir şarj rejiminin öz üstünlükləri və tətbiq sahəsi var. Bununla belə, elektrikli nəqliyyat vasitələrinin geniş istifadəsi ilə şarj sürətinə tələbat artır və bu, ağıllı şarjın ortaya çıxmasına səbəb olur. Ağıllı doldurma ilk növbədə batareyanı tam doldurmaq və ya qısa müddətdə müəyyən edilmiş tutuma çatmaq məqsədi daşıyır. Bu, akkumulyatorun Doldurulma Vəziyyətinə (SOC) və Sağlamlıq Vəziyyətinə (SOH) uyğun olaraq cari dəyəri tənzimləməklə, doldurulma vaxtını ənənəvi avtomobilin yanacaq doldurma müddəti ilə müqayisə etmək yolu ilə əldə edilir.
Ağıllı doldurma geniş diqqəti cəlb etdi. Bütün dünya üzrə tədqiqatçılar batareyanın ömrünü effektiv şəkildə təmin etməklə yanaşı, doldurma dərəcələrini yaxşılaşdırmaq üçün şarja nəzarət strategiyalarının tədqiqinə əhəmiyyətli resursları yönəldirlər. Bu, öz növbəsində, elektrik nəqliyyat vasitələrinin praktikliyini və sosial qəbulunu artırır.
