Avec le développement de la technologie des piles au lithium et la diminution progressive du coût des piles industrielles et des piles à combustible, le marché de l'électricité est en pleine expansion. systèmes commerciaux de stockage de l'énergieLes piles au lithium ont été largement utilisées dans divers domaines. Ses avantages, tels qu'une densité énergétique élevée, une longue durée de vie et une plus grande compatibilité avec les concepts de protection de l'environnement, sont mis en évidence. Dans l'avenir de l'ère numérique, de plus en plus d'équipements seront électrifiés.
Les nouvelles énergies étant la pierre angulaire de la société numérique, les perspectives de développement des piles au lithium sont illimitées. Cet article présente principalement le contenu d'une pile au lithium.
1. Quels sont les différents éléments d'une pile au lithium ?
- Tension : unité volt V
La tension est la différence de potentiel à travers la batterie, qui peut être comparée à la pression de l'eau à travers un tuyau d'eau.
- Actuel : Ampère A
Le mouvement directionnel des charges crée un courant électrique. Le courant électrique peut être le mouvement des électrons dans les conducteurs tels que les fils, ou le mouvement des ions dans l'électrolyte dans les électrodes positives et négatives.
- Capacité: ampère-heure Ah
La quantité d'électricité stockée dans une batterie est mesurée en ampères par heure, ce qui représente la quantité d'électricité qui est continuellement chargée ou déchargée de la batterie en une heure. Par exemple, une batterie de 20Ah signifie qu'elle peut se décharger en continu pendant une heure avec un courant de 20A, et qu'elle peut se décharger pendant deux heures avec un courant de 10A.
Valeur approximative de la tension appropriée indiquée par le fabricant Cette valeur correspond à la durée de décharge la plus longue. Par exemple, la tension de fonctionnement d'une batterie ternaire au lithium est comprise entre 2,8V et 4,2V, et la tension nominale est de 3,7V. La tension de fonctionnement du phosphate de fer lithié est comprise entre 2,5 et 3,65 V, et la tension nominale est de 3,2 V. Nous concevons un bloc-batterie Pour calculer la tension, la tension nominale est utilisée comme base.
- Capacité nominale
La capacité de la cellule de la batterie à stocker l'énergie électrique indiquée par le fabricant est généralement exprimée en mAh ou Ah (1000mAh=1Ah). La capacité nominale est une base importante pour la conception des batteries, le calcul de la capacité et la garantie de la cohérence.
- Grossissement C
Le rapport entre le courant et la capacité nominale de la batterie lorsque celle-ci se charge et se décharge. Il s'agit d'un paramètre très important pour les batteries au lithium. Le temps de charge et de décharge maximal et le courant de charge et de décharge de la batterie peuvent être calculés sur la base du taux. Par exemple, pour une batterie 2Ah 5C, 5C signifie que 2Ah d'électricité peuvent être déchargés en 0,2 heure au plus vite, ce qui correspond à la décharge continue maximale de la batterie. Le courant peut atteindre 10A.
Formule de calcul du temps de décharge le plus rapide : 1÷5C=0,2 heures
Formule de calcul du courant de décharge maximal : 2Ah×5C=10A.
La batterie peut également être comparée à un seau. 1C signifie qu'il y a un robinet. Lorsque le robinet est ouvert à fond, l'eau du seau s'écoule en une heure seulement. 5C signifie que le seau comporte 4 robinets supplémentaires de la même taille qu'auparavant. Le robinet est complètement ouvert.
Dans des conditions normales, le débit de 5C est cinq fois supérieur à celui de 1C, et le temps nécessaire pour vider un seau d'eau n'est qu'un cinquième de celui de 1C. Les piles à fort grossissement sont plus chères. Les piles avec un grossissement approprié doivent être sélectionnées en fonction du scénario d'utilisation.
Par exemple, les drones, les modèles réduits d'avions, les outils électriques, etc. sont soumis à des restrictions de taille et de poids, mais la puissance du moteur est importante et le courant de décharge continu est élevé. En ce qui concerne les piles au lithium, il est impossible d'augmenter suffisamment la tension et la capacité de la pile.
Dans ce cas, il peut être compensé par des batteries à haut débit, généralement supérieures à 10C. Les véhicules à faible vitesse ont généralement une tension et une capacité plus élevées, et des batteries de 3C ou 5C sont en principe suffisantes. Plus le grossissement est important, plus la résistance interne est faible.
2. Qu'est-ce qu'un court-circuit de batterie au lithium ?
Le courant forme une boucle entre les électrodes positives et négatives directement à travers les fils internes ou externes de la batterie, sans passer par des appareils électriques externes, ce qui provoque le retour de tout le courant vers la batterie. Cette situation est appelée court-circuit.
Les courts-circuits internes comprennent principalement les courts-circuits internes forcés causés par des objets métalliques perçant l'enveloppe de la batterie, ainsi que l'expansion et la déformation des éléments de la batterie après une surcharge, ce qui entraîne des courts-circuits de contact entre les matériaux positifs et négatifs à l'intérieur des éléments de la batterie.
Les courts-circuits externes sont principalement dus à une disposition déraisonnable des câbles de la carte de protection et à l'extrusion qui fait que le caoutchouc isolant des câbles se détache et provoque un court-circuit. Les courts-circuits entre l'enveloppe de la batterie et la barre omnibus, l'enveloppe et l'enveloppe, etc. causés par des mesures d'isolation insuffisantes lors de la disposition des éléments de la batterie.
Lorsqu'un court-circuit se produit, le courant est très important, ce qui entraîne les conséquences d'une catastrophe aérienne. La plupart des accidents liés aux piles au lithium sont causés par des courts-circuits, c'est pourquoi le danger caché des courts-circuits doit être éliminé dans les opérations pratiques. Si vous êtes intéressé, voici plus d'informations sur les meilleurs fabricants.
3. Qu'est-ce que la surcharge, la surdécharge et la surintensité des piles au lithium ?
La tension et le courant de travail d'une seule pile au lithium, c'est-à-dire la cellule, doivent se situer dans la plage nominale, faute de quoi la cellule subira non seulement des dommages permanents, mais pourra également avoir des conséquences catastrophiques telles que l'explosion et la combustion.
- Surcharge : La tension de fonctionnement la plus basse de la batterie ternaire au lithium est de 2,8 V et la tension de fonctionnement la plus élevée est de 4,2 V. La tension de fonctionnement la plus basse de la batterie au phosphate de fer lithium est de 2,5 V et la tension de fonctionnement la plus élevée est de 3,65 V. Dans la système de charge de la batterie la surcharge entraînera un dépassement de la tension maximale de fonctionnement de la cellule, ce qui constitue une surcharge.
La surcharge peut provoquer une expansion et une déformation du cœur de la batterie, des dommages permanents ou un emballement thermique causé par un court-circuit interne, ce qui peut éventuellement conduire à des accidents majeurs tels que des combustions et des explosions.
- Surdécharge : Une décharge excessive fait que la tension de la cellule est inférieure à la tension minimale de fonctionnement, ce qui constitue une surdécharge. Dans une batterie au lithium, la surdécharge peut également causer des dommages permanents au cœur de la batterie et entraîner des risques d'emballement thermique en raison de la grande quantité de chaleur générée par le cœur de la batterie.
- Surintensité : Si le courant de charge et de décharge de la batterie est trop important et dépasse le courant nominal de la batterie, il s'agit d'une surintensité. La surintensité causera également des dommages irréversibles à la batterie. Le courant nominal de charge et de décharge de la batterie est soumis aux spécifications du fabricant de la cellule de la batterie.
4. Que contient une pile au lithium ?
En ce qui concerne la composition d'une pile au lithium, les piles les plus utilisées restent les piles ternaires au lithium et au phosphate de fer lithié. Les principales formes sont les 18650, mais les batterie lithium-ion avec des cellules individuelles de grande taille a un coût et des exigences de processus d'assemblage plus faibles, et est de plus en plus favorisée dans le domaine des batteries d'énergie à faible vitesse.
Lors de la conception d'un ensemble de batteries, les principaux facteurs à prendre en compte sont : la tension, la capacité, le volume, le coût, etc. Prenons l'exemple d'un jeu de piles de 60V20Ah. S'il est composé d'une batterie ternaire au lithium 18650 de 2000mAh, la tension totale de 60V nécessitera 60V÷3,7V=16,2 chaînes, c'est-à-dire que 17 chaînes seront connectées en série, et la capacité totale de 20Ah nécessitera 20Ah÷ 2Ah = 10 cellules, c'est-à-dire que chaque chaîne nécessitera 10 cellules en parallèle. Le bloc-batterie est 10P17S, ce qui nécessite un total de 10P × 17S = 170 cellules. La formule peut être résumée comme suit :
La tension totale de la batterie V÷la tension nominale d'un seul élément V=le nombre de connexions en série de la batterie S
La capacité totale de la batterie Ah÷ la capacité nominale d'une seule cellule Ah=le nombre de connexions parallèles dans chaque branche de la batterie P
Le nombre de connexions en série du bloc-batterie S × le nombre de connexions en parallèle du bloc-batterie P = le nombre total de cellules dans le bloc-batterie
Bon éléments de batterie au lithium peuvent faire de bonnes piles, il faut donc les trier pour s'assurer de leur cohérence avant de les assembler. S'il n'y a pas de machine de tri automatique, vous devez également l'utiliser. Le compteur de résistance interne est trié manuellement. Certains débutants omettent cette étape parce que le fournisseur a déjà procédé à l'adaptation de la capacité, ce qui entraînera de grands dangers cachés pour le bloc-batterie. Le contenu d'une pile au lithium suit le principe du tri de cohérence.
Il s'agit d'une combinaison de cellules provenant du même fabricant et du même lot. La différence de tension ne dépasse pas 5mV et la différence de résistance interne ne dépasse pas 3mΩ.
Si le nombre de cellules achetées est faible, il n'est pas possible d'y parvenir. Cette exigence d'erreur doit également permettre de sélectionner la tension et de la faire correspondre à une petite différence de résistance interne.
Par conséquent, l'homogénéité et la capacité sont les principaux indicateurs lors de l'achat de piles. À l'heure actuelle, la plupart des piles achetées en petits lots sont des piles de qualité B ou des piles désassemblées, et l'homogénéité des piles est particulièrement importante.
5. composition d'une pile au lithium
La composition des matériaux d'une batterie au lithium comprend principalement le matériau de l'électrode positive, le matériau de l'électrode négative, le séparateur et l'électrolyte.
- Matériau de la cathode
Parmi les matériaux de cathode des piles au lithium, les plus couramment utilisés sont l'oxyde de cobalt de lithium, le manganate de lithium, le phosphate de fer de lithium et les matériaux ternaires (polymères de nickel, de cobalt et de manganèse).
- Matériau de l'électrode négative
Parmi les matériaux d'électrode négative, les matériaux d'électrode négative actuels des piles au lithium sont principalement le graphite naturel et le graphite artificiel. Les matériaux d'anode étudiés comprennent les nitrures, les PAS, les oxydes à base d'étain, les alliages d'étain, les nanomatériaux d'anode et d'autres composés intermétalliques.
- Diaphragme
Les matériaux séparateurs commercialisés sont principalement des séparateurs en polyoléfine (polyoléfine) basés sur le polyéthylène (PE) et le polypropylène (PP). Dans la structure des piles au lithium, le séparateur est l'un des principaux composants internes.
- Électrolyte
L'électrolyte est préparé à partir de solvants organiques de haute pureté, de sels de lithium pour l'électrolyte, d'additifs nécessaires et d'autres matières premières dans certaines conditions et proportions.
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