1 Prinsip kerja dasar baterai lithium-ion:
Baterai litium ion menyimpan dan melepaskan energi melalui pergerakan ion litium antara elektroda positif dan negatif.
Selama proses pengisian, sumber daya eksternal memaksa ion litium berpindah dari elektroda positif ke elektroda negatif dan disimpan dalam bahan elektroda negatif.
Selama proses pembuangan, ion litium dilepaskan dari elektroda negatif dan berpindah ke elektroda positif, melepaskan energi untuk penggunaan peralatan.
2 Variasi tegangan:
Di awal pengisian, karena adanya resistansi internal dan efek polarisasi pada baterai, tegangan akan relatif rendah.
Saat pengisian berlangsung, reaksi kimia di dalam baterai secara bertahap mencapai kesetimbangan, dan tegangan secara bertahap meningkat hingga mencapaitegangan pemutus pengisian.
Mengambil contoh baterai lithium ternary, proses pengisiannya dapat dibagi menjadi empat tahap: pengisian tetesan (pra-pengisian tegangan rendah), pengisian arus konstan, pengisian tegangan konstan, dan penghentian pengisian.
Selama tahap pengisian tetesan, jika tegangan baterai di bawah 3V, akan dilakukan pra-pengisian terlebih dahulu. Pada saat ini, arus pengisian adalah 1/10 dari arus yang disetel, dan tegangan meningkat secara perlahan. Ketika tegangan baterai naik melebihi ambang pengisian tetesan, baterai memasukitahap pengisian arus konstan. Pada saat ini, arus pengisian meningkat, dan tegangan baterai meningkat secara bertahap seiring dengan proses pengisian arus konstan. Umumnya, voltase yang disetel untuk satu baterai adalah 3.0-4.2V. Ketika tegangan baterai naik menjadi 4.2V, pengisian arus konstan berakhir danfase pengisian tegangan konstandimulai. Pada saat ini, tegangan pengisian dipertahankan pada 4.2V, dan arus pengisian secara bertahap menurun. Ketika arus turun menjadi 1/10 dari arus pengisian yang ditetapkan, pengisian daya berakhir.
Selama proses pembuangan, tren perubahan tegangan berlawanan dengan proses pengisian. Pada awal pengosongan, tegangannya relatif tinggi. Dengan konsumsi ion litium dan pengaruh resistansi internal baterai, tegangan secara bertahap menurun hingga mencapaitegangan pemutus pelepasan.
Selama pengosongan, kurva tegangan baterai lithium-ion dapat dibagi menjadi tiga tahap. Pada tahap awal, tegangan terminal turun dengan cepat, dan semakin tinggi laju pengosongan, semakin cepat pula tegangan turun. Kemudian, tegangan baterai memasuki tahap perubahan yang perlahan, yang disebutwilayah dataran tinggi baterai. Semakin kecil laju pelepasannya, semakin lama wilayah dataran tinggi tersebut bertahan, dan semakin tinggi tegangan dataran tinggi, semakin lambat penurunan tegangannya. Terakhir, ketika level baterai mendekati habis, tegangan beban baterai mulai turun tajam hingga mencapaitegangan pemutus pelepasan.
3 Alasan fluktuasi tegangan:
1. Resistansi internal baterai:Baterai menunjukkan hambatan internal tertentu selama pengisian dan pengosongan, yang dapat menyebabkan penurunan tegangan.
2. Efek polarisasi:Pada saat proses pengisian dan pengosongan, kutub positif dan negatif baterai akan mengalami polarisasi yang berarti distribusi muatan pada permukaan elektroda tidak merata sehingga menyebabkan perubahan tegangan.
3. Kinetika reaksi kimia:Laju reaksi kimia di dalam baterai juga dapat mempengaruhi perubahan tegangan. Semakin cepat laju reaksi, semakin cepat pula perubahan tegangannya; Sebaliknya, semakin lambat.
Selama proses pengisian dan pengosongan baterai lithium-ion, tegangan dapat bervariasi karena faktor-faktor seperti resistansi internal, efek polarisasi, dan kinetika reaksi kimia. Perubahan ini merupakan bagian normal dari pengoperasian baterai dan merupakan indikator penting untuk mengevaluasi kinerja baterai dan status kesehatan.
4 Apa dampak perubahan tegangan terhadap kinerja baterai lithium-ion
1. Hubungan antara tegangan dan kapasitas:
Secara umum, kapasitas baterai berbanding lurus dengan tegangannya. Artinya, seiring meningkatnya tegangan, kapasitas baterai juga akan meningkat sehingga memungkinkan baterai menyimpan lebih banyak energi. Oleh karena itu, baterai lithium-ion bertegangan tinggi biasanya memiliki umur yang lebih lama.
2. Hubungan antara kurva tegangan dan debit:
Kurva pelepasan adalah kurva variasi tegangan baterai lithium-ion dari waktu ke waktu selama penggunaan. Tegangan yang berbeda dapat mempengaruhi bentuk dan kemiringan kurva pelepasan. Secara umum, kurva pelepasan baterai lithium menunjukkan tren penurunan yang stabil, namun bentuk dan laju penurunan kurva dapat bervariasi dengan voltase yang berbeda. Hal ini sangat penting untuk penggunaan normal perangkat elektronik dan tampilan level baterai yang akurat.
3. Hubungan antara tegangan dan kecepatan pengisian/pengosongan:
Baterai lithium ion dengan tegangan lebih tinggi dapat mengisi dan mengosongkan lebih cepat. Artinya jika kita menggunakan baterai lithium bertegangan tinggi, kita dapat mengisi penuh perangkat elektronik lebih cepat dan menggunakannya dalam jangka waktu yang lebih lama. Namun tegangan berlebih juga dapat menyebabkan baterai menjadi terlalu panas dan rusak, sehingga perlu dilakukan keseimbangan dalam proses desain dan penggunaan.
4. Hubungan antara tegangan dan keselamatan:
Pengisian daya yang berlebihan dan pengosongan baterai lithium-ion yang berlebihan dapat mempengaruhi kinerja keselamatannya dan bahkan menyebabkan kecelakaan serius seperti kebakaran. Batasan tegangan baterai merupakan salah satu faktor penting yang perlu dipertimbangkan ketika merancang sirkuit kontrol pengisian daya untuk memastikan penggunaan baterai yang aman. Ketika tegangan baterai melebihi kisaran normal, hal ini dapat memicu mekanisme perlindungan baterai, seperti perlindungan mati atau arus pendek, untuk mencegah kerusakan baterai atau kecelakaan keselamatan.
5. Efek lain dari perubahan tegangan:
Baterai litium ion yang berada dalam kondisi tegangan rendah dalam waktu lama dapat mempercepat reaksi kimia berbahaya di dalam baterai, seperti penguraian elektrolit dan pelepasan zat aktif, yang dapat menyebabkan penurunan kapasitas baterai yang tidak dapat diubah.
Tegangan rendah juga dapat menyebabkan perubahan mikroskopis pada struktur internal baterai, seperti pemuaian dan kontraksi bahan elektroda yang tidak merata, sehingga semakin memperburuk penuaan baterai dan penurunan kinerja.
Variasi voltase baterai litium-ion mempunyai dampak signifikan terhadap kinerjanya. Oleh karena itu, ketika memilih dan menggunakan baterai lithium-ion, faktor voltase perlu mempertimbangkan sepenuhnya dan memilih jenis serta spesifikasi baterai yang sesuai berdasarkan kebutuhan aktual dan skenario aplikasi. Sementara itu, perhatian juga harus diberikan pada volumetage status baterai selama penggunaan untuk memastikan keamanan dan stabilitasnya.