1. Einführung in die Lithium-Ionen-Batterie
1.1 Ladezustand (SOC)
Der Ladezustand kann als der Zustand der verfügbaren elektrischen Energie in der Batterie definiert werden, normalerweise ausgedrückt als Prozentsatz.Da die verfügbare elektrische Energie je nach Lade- und Entladestrom, Temperatur und Alterungsphänomenen variiert, wird die Definition des Ladezustands auch in zwei Typen unterteilt: Absoluter Ladezustand (ASOC) und Relativer Ladezustand (RSOC). .
Im Allgemeinen liegt der Bereich des relativen Ladezustands zwischen 0 % und 100 %, wobei er 100 % beträgt, wenn der Akku vollständig geladen ist, und 0 %, wenn er vollständig entladen ist.Der absolute Ladezustand ist ein Referenzwert, der anhand des festgelegten Kapazitätswerts bei der Herstellung der Batterie berechnet wird.Der absolute Ladezustand einer neuen vollgeladenen Batterie beträgt 100 %;Selbst wenn der alternde Akku vollständig geladen ist, kann er unter verschiedenen Lade- und Entladebedingungen nicht 100 % erreichen.
Die folgende Abbildung zeigt den Zusammenhang zwischen Spannung und Batteriekapazität bei unterschiedlichen Entladeraten.Je höher die Entladerate, desto geringer ist die Batteriekapazität.Bei niedrigen Temperaturen sinkt auch die Akkukapazität.
Abbildung 1. Zusammenhang zwischen Spannung und Kapazität bei unterschiedlichen Entladeraten und Temperaturen
1.2 Maximale Ladespannung
Die maximale Ladespannung hängt von der chemischen Zusammensetzung und den Eigenschaften der Batterie ab.Die Ladespannung von Lithiumbatterien beträgt normalerweise 4,2 V und 4,35 V, und die Spannungswerte der Kathoden- und Anodenmaterialien können variieren.
1.3 Vollständig aufgeladen
Wenn die Differenz zwischen der Batteriespannung und der maximalen Ladespannung weniger als 100 mV beträgt und der Ladestrom auf C/10 reduziert wird, kann die Batterie als vollständig geladen angesehen werden.Die Vollladebedingungen variieren je nach den Eigenschaften der Batterie.
Die folgende Abbildung zeigt eine typische Ladekennlinie einer Lithiumbatterie.Wenn die Batteriespannung der maximalen Ladespannung entspricht und der Ladestrom auf C/10 reduziert wird, gilt die Batterie als vollständig geladen
Abbildung 2. Ladekennlinie für Lithiumbatterien
1.4 Mindestentladespannung
Die minimale Entladespannung kann durch die Entladeschlussspannung definiert werden, die normalerweise die Spannung ist, wenn der Ladezustand 0 % beträgt.Dieser Spannungswert ist kein fester Wert, sondern ändert sich mit der Belastung, der Temperatur, dem Alterungsgrad oder anderen Faktoren.
1,5 Vollständige Entladung
Wenn die Batteriespannung kleiner oder gleich der minimalen Entladespannung ist, spricht man von einer vollständigen Entladung.
1.6 Lade- und Entladerate (C-Rate)
Die Lade-Entlade-Rate ist eine Darstellung des Lade-Entlade-Stroms im Verhältnis zur Batteriekapazität.Wenn Sie beispielsweise eine Stunde lang 1C zum Entladen verwenden, wird der Akku im Idealfall vollständig entladen.Unterschiedliche Lade-Entlade-Raten führen zu unterschiedlicher nutzbarer Kapazität.Im Allgemeinen gilt: Je höher die Lade-Entlade-Rate, desto geringer ist die verfügbare Kapazität.
1.7 Lebenszyklus
Die Anzahl der Zyklen bezieht sich auf die Anzahl der vollständigen Ladungen und Entladungen einer Batterie, die anhand der tatsächlichen Entladekapazität und der Auslegungskapazität geschätzt werden kann.Wenn die kumulierte Entladekapazität gleich der Auslegungskapazität ist, muss die Anzahl der Zyklen eins betragen.Im Allgemeinen nimmt die Kapazität des vollständig geladenen Akkus nach 500 Lade-Entlade-Zyklen um 10–20 % ab.
Abbildung 3. Zusammenhang zwischen Zykluszeiten und Batteriekapazität
1.8 Selbstentladung
Die Selbstentladung aller Batterien nimmt mit steigender Temperatur zu.Bei der Selbstentladung handelt es sich grundsätzlich nicht um einen Herstellungsfehler, sondern um die Eigenschaften des Akkus selbst.Allerdings führt eine unsachgemäße Behandlung im Herstellungsprozess auch zu einer Erhöhung der Selbstentladung.Im Allgemeinen verdoppelt sich die Selbstentladungsrate, wenn die Batterietemperatur um 10 °C steigt. Die Selbstentladungskapazität von Lithium-Ionen-Batterien beträgt etwa 1-2 % pro Monat, während die von verschiedenen Nickel-basierten Batterien 10-2 % beträgt. 15 % pro Monat.
Abbildung 4. Leistung der Selbstentladungsrate einer Lithiumbatterie bei verschiedenen Temperaturen
Zeitpunkt der Veröffentlichung: 07.02.2023