Fundamenti di Tecnulugia di Batteria Lithium Ion

E batterie di lithium ion ùn sò micca veramente "generate" putere in a manera chì a maiò parte di a ghjente pensa à questu. Ciò chì facenu hè di almacenà l'energia elettrica per mezu di reazzione elettrochimica reversibile, poi liberala quandu u circuitu esternu richiede corrente. A cunfusione annantu à questu vene assai in riunioni di cuncepimentu, soprattuttu quandu qualchissia prova di dimensionà un pacchettu di batteria per a prima volta.

Dui cose succede durante a scaricamentu. Prima, i ioni di litiu migranu da l'elettrodu negativu (anodu) attraversu l'elettrolitu è u separatore à l'elettrodu pusitivu (catodu). Siconda, l'elettroni passanu attraversu u circuitu esternu da l'anodu à u catodu, facendu un travagliu utile. Durante a carica, inverte u prucessu applicà una tensione esterna chì forze ioni è elettroni à spustà in a direzzione opposta.

A tensione chì produce una cellula dipende interamente da i materiali di l'elettrodi chì sceglite è i so rispettivi potenziali elettrochimici. Una cellula fresca chì si trova nantu à u scaffale senza carica mostrarà a so -tensione di circuitu apertu-tipicamenti intornu à 3,6 à 3,7 V per a maiò parte di i chimichi di ioni di litiu, ancu s'ellu si move stu numeru secondu u statu di carica è a temperatura. Una volta cunnessu una carica è cuminciate à disegnà corrente, a tensione scende per via di a resistenza interna. Quantu gocce vi dice assai di a salute di a cellula.

Lithium Ion Battery Technology

Tutte e cellule di lithium ion sparte u listessu principiu di funziunamentu di basa, ma i chimichi varienu assai. U materiale di catodu determina largamente e caratteristiche di rendiment di a cellula -densità di energia, capacità di putenza, vita di ciclu, stabilità termica è costu.

I catodi di ossidu stratificati eranu a prima chimica cummerciale. Sony li hà introduttu in u 1991 cù LiCoO₂ (ossidu di cobalt di lithium), chì hè sempre utilizatu in l'elettronica di u cunsumu induve a densità di l'energia importa più di u costu o di i margini di sicurezza. Queste cellule imballanu circa 150-200 Wh / kg à u livellu di a cellula. U cobaltu hè caru però, è a chimica diventa instabile sopra i 150 gradi. Avemu vistu una fuga termica chì principia à e temperature à 130 gradi in cellule abusate.

L'impulsu per una megliu sicurità è un costu più bassu hà purtatu à LiMn₂O₄ (ossidu di lithium manganese) à a mità di -1990s. U manganese hè a terra barata è a struttura di spinel hè intrinsecamente più stabile. Queste cellule ùn scapperanu micca finu à chì ùn avete micca passatu 250 gradi tipicamente. U scambiu? A densità di l'energia scende à 100-120 Wh / kg, è u manganese si dissolve in l'elettrolitu cù u tempu, particularmente à temperature elevate. A vita di u ciculu soffre - vi vede forse 300-700 cicli prima chì a capacità scende sottu à 80%.

LiFePO₄ (fosfatatu di ferru di lithium) hè apparsu versu u 2001 è hà cambiatu a cunversazione di salvezza. A struttura d'olivina hè roccia-solidu termale; A fuga termale ùn si verifica finu à sopra à 270 gradi, è ancu allora hè menu viulente. A vita di u ciclu hè eccezziunale-2, 000+ ciculi à 80% di a capacità hè standard, è alcune cellule sò state testate dopu à 5000 cicli. U svantaghju hè a tensione: solu 3.2V nominali, è a densità di energia hè limitata à 90-120 Wh / kg. Inoltre, a situazione di patente di fosfatatu era disordinata per anni.

NMC (lithium nickel manganese cobalt oxide) è NCA (lithium nickel cobalt aluminium oxide) emergenu cum'è i chimichi "equilibrati". Mestendu nichel, manganese è cobalt in diverse proporzioni-i cumuni sò NMC 111, 532, 622, è 811 induve i numeri indicanu u cuntenutu di metalli relative-pudete sintonizà u rendiment. U cuntenutu più altu di nichel spinge a densità di energia versu 200-250 Wh / kg, ma à u costu di a stabilità termica è a vita di u ciclu. E cellule NMC 811 ponu chjappà 250 Wh / kg ma necessitanu una gestione termale assai più attenta.

Da u latu di l'anodu, u grafitu hè statu u standard da u primu ghjornu. A capacità teorica hè di 372 mAh / g, è e cellule cummirciali sò generalmente 340-360 mAh / g. U litiu s'intercala trà i strati di grafene durante a carica, espansione u voluminu di grafite da circa 10%. Stu stress meccanicu cuntribuisce à a capacità di fade over cycling.

L'anodi di siliciu sò stati "a prossima grande cosa" per circa quindici anni. A capacità teorica di Silicon hè 4200 mAh/g-più di deci volte di grafite. U prublema hè chì u siliciu si espande da 300% quandu assorbe lithium. Questu rompe l'anodu dopu uni pochi di ciculi. L'avvicinamenti attuali utilizanu miscele di grafite -siliciu cù cuntenutu di siliciu tipicamente sottu à 10% per mantene l'espansione gestibile. Ancu cusì, a perdita di capacità irreversibile di u primu-ciclu corre 15-25% in anodi chì cuntenenu siliciu versus 5-10% per grafite puro.

E cellule cilindriche sò probabilmente ciò chì a maiò parte di a ghjente imagine quandu pensanu "batteria". U formatu 18650 (18 mm di diametru, 65 mm di lunghezza) hè diventatu omnipresente dopu chì i fabricatori di laptop anu standardizatu annantu à l'iniziu di l'anni 2000. Tesla famosu hà utilizatu millaie di elli in u Roadster originale. A capacità tipica di 18650 corre 2,000-3,500 mAh, secondu a chimica è sì ottimisate per energia o putenza.

U novu formatu 21700 (21mm × 70mm) chì Tesla è Panasonic sviluppatu inseme offre circa 50% più energia per cellula-4,000-5,000 mAh hè cumunu avà. U diamitru più grande aumenta u rapportu di materiale attivu à cumpunenti inattivi (collettori currenti, cane, dispusitivi di sicurità), migliurà a densità di energia à u livellu di u pacchettu. E linee di fabricazione anu da esse ritruvate, chì face parte di perchè l'adopzione hà pigliatu un pocu di tempu.

E cellule prismatiche venenu da u desideriu di l'industria di l'automobilistica per una megliu utilizazione di u spaziu. Invece di chjappà una scatula cù cilindri è abbandunà tuttu quellu spaziu vacu, fate cellule rettangulari chì stack in modu efficiente. E cellule prismatiche di qualità automobilistica -varianu da 20Ah à più di 100Ah di capacità. Sò più faciuli di gestisce termiche-da u puntu di vista di l'imballaggio, postu chì pudete mette i piatti di rinfrescante direttamente contr'à i lati piani. L'inconveniente hè chì avete tutti i vostri ova in menu cesti -se una grande cellula prismatica falla, perde più capacità chè se una piccula cellula cilindrica falla.

Cellule di sacchetti piglianu l'idea di l'efficienza di u spaziu più in l'eliminazione di a latta metallica. A cellula hè sigillata in un saccu di laminatu -alluminiu flexible. Questu risparmia forse 10-15% di pesu versus una lattina prismatica, è u formatu hè estremamente flessibile - pudete fà li qualsiasi dimensione o forma chì l'applicazione richiede. I pruduttori di EV li piacenu perchè pudete stackli direttamente in piastre di raffreddamentu. A debulezza hè meccanica: anu bisognu di cumpressione esterna per prevene a delaminazione di l'elettrodi durante u ciclismu, è sò più vulnerabili à i danni di puntura.

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U separatore ùn riceve assai attenzione, ma hè senza dubbitu u cumpunente di sicurezza più criticu. Il s'agit d'une fine membrane poreuse (16-25 μm en général) qui empêche l'anode et le cathode de se toucher tout en laissant passer les ions de lithium. I primi separatori eranu polietilene monostratu (PE) o polipropilene (PP).

I separatori moderni di -alta prestazione utilizanu strutture trilayer, tipicamente PP/PE/PP. A strata di PE hà un puntu di fusione più bassu (135 gradi) cà PP (165 gradi). Se a cellula principia a surriscaldamentu, u PE si scioglie è si riempie i pori, chjudendu u trasportu ionicu prima chì a temperatura righjunghji livelli periculosi. Questu hè chjamatu spegnimentu termale, è hè a vostra ultima linea di difesa prima di a fuga termale.

I separatori di ceramica-rivestiti aghjunghjenu un altru margine di sicurezza. Un revestimentu sottile (2-4 μm) di alumina o altre particelle ceramiche nantu à unu o i dui lati di u separatore mantene l'integrità strutturale ancu s'ellu u polimeru fonde. U revestimentu hè abbastanza poroso chì u trasportu ionicu cuntinueghja, ma impedisce à l'elettrodu di cortu -circuite ancu à temperature sopra 150 gradi. U svantaghju hè u costu -separatori di ceramica-copertu cù 2-3 × u prezzu di separatori standard - è impedenza ligeramente più altu.

A porosità di solitu corre 40-50%. A resistenza troppu bassa è ionica aumenta, limitendu a capacità di putenza. Troppu alta è forza meccanica soffre. A distribuzione di a dimensione di i pori importa ancu; u numeru Gurley (test di permeabilità di l'aria) hè una spec standard. A maiò parte di i separatori di qualità EV miranu à 200-400 seconde / 100cc.

L'elettrolitu in una cellula di lithium ion hè più cumplessu di ciò chì pudete pensà. A formulazione di basa hè tipicamente un sal di lithium -LiPF₆ (lithium hexafluorophosphate) in 95%+ of cells-dissolved in a mix of carbonates organici. I solventi cumuni includenu carbonate d'etilene (EC), carbonate di dimetile (DMC), carbonate di dietilu (DEC) è carbonate di etilmetile (EMC).

A cuncentrazione di LiPF₆ hè di solitu circa 1,0 à 1,2 M (molare). A cuncentrazione più altu migliurà a conduttività ionica finu à un puntu, ma più di 1,3 M o cusì cuminciate a precipitazione di sali à bassa temperatura. LiPF₆ hà prublemi -hè sensibile à l'umidità- è cumencia à descompone sopra à 60 gradi -ma l'alternative cum'è LiBOB o LiFSI ùn l'hanu micca spustatu per via di u costu o di altri compromessi.

A mistura di solventi di carbonate hè sintonizzata per l'applicazione. EC hà una custante dielettrica alta è boni proprietà di furmazione di SEI-, ma si congela à 36 gradi. Avete bisognu di mischjà cù carbonati di -viscosità più bassa cum'è DMC o EMC per mantene u rendiment à bassa-temperatura. Una formulazione tipica pò esse EC: DMC 1: 1 per volume, o EC: EMC 3: 7. I rapporti esatti sò propiu è attentamente guardati.

L'additivi sò induve a vera magia di a chimica succede. L'elettroliti muderni cuntenenu 2-5% in pesu di diversi additivi chì mudificanu a furmazione di SEI, impediscenu l'overcharge, supprimenu a generazione di gas, o migliurà a stabilità à alta -temperatura. Vinylene carbonate (VC) à 1-2% hè quasi universale per migliurà a qualità SEI nantu à l'anodi di grafite. U fluoroetilene carbonate (FEC) funziona megliu per l'anodi chì cuntenenu siliciu. Questi composti preferenzialmente riduzzione durante i ciculi iniziali di carica, furmendu una strata protettiva nantu à l'anodu chì hè ionicamente conduttivu ma elettronicamente insulante.

L'additivi di prutezzione di sovraccarichi cum'è bifenile o ciclohexilbenzenu cumincianu à polimerizà intornu à 4.5V, creendu un shunt internu chì impedisce a tensione di cullà più. Questu vi dà una certa prutezzione se u BMS falla, ancu s'ellu si basa in questu ùn hè ovviamente micca una bona pratica di cuncepimentu.

U SEI hè probabilmente l'aspettu menu capitu, ma u più impurtante di u funziunamentu di a bateria di lithium ion. Duranti i primi ciculi di carica, i cumpunenti elettroliti reagiscenu cù a superficia di l'anodu, furmendu una strata di passivazione. Questa strata hè critica: deve esse ionicamente cunduttiva (per permette à i ioni di lithium attraversu) ma elettronicamente insulating (per prevene più decomposizione elettrolitica). A cumpusizioni SEI hè un mess-decine di sali di lithium, composti organici è polimeri tutti mischiati in una strata di 10-100 nm di spessore.

A bona furmazione SEI hè a diffarenza trà una cellula chì ciculu 500 volte è una chì cicla 3000 volte. U prublema hè chì u SEI ùn hè micca staticu. Crack durante i cambiamenti di volumi in l'anodu, espunendu a superficia fresca chì cunsuma più elettrolitu è lithium per riparà i danni. Hè per quessa chì a capacità svanisce annantu à u ciculu ancu quandu site gentile cù a cellula.

U ciclu di furmazione hè un passu di fabricazione critica. I celluli sò sottumessi à unu o più ciculi di carica lenta-di scaricamentu à temperature cuntrullate per stabilisce u SEI iniziale. I protokolli di furmazione sò proprietarii, ma i tassi tipici di carica di u primu -ciclu sò C/20 à C/10, è u prucessu pò piglià 24-48 ore. Manufacturers ottimisà i limiti di tensione di furmazione, a temperatura, i periodi di riposu, è i mudelli di ciclismo per pruduce u SEI più stabile pussibule. Avè stu sbagliatu vi costa a vita di ciclu.

L'invechje di u calendariu -a perdita di capacità ancu quandu a cellula hè ghjustu à pusà quì-hè in gran parte ancu un fenomenu SEI. U SEI cuntinueghja à cresce lentamente à u circuitu apertu, cunsumendu lithium cyclable. L'almacenamiento à un altu statu di carica è una temperatura alta accelera questu. Una cellula almacenata à 100% SOC è 60 gradi puderia perde u 20% di capacità in un annu, mentre chì a stessa cellula à 50% SOC è 25 gradi puderia perde u 3%.

Les cellules au lithium sont sensibles à la surcharge, à la{0}}scharge et à la charge à des températures inappropriées. Hè per quessa chì ogni batteria multi-cellula hà bisognu di un BMS (sistema di gestione di a batteria).

U metudu di carica standard hè a tensione constante / currente constante (CC-CV). Durante a fase CC, spinghje u currente in a cellula à una tarifa fissa-tipicamenti 0.5C à 1C per a maiò parte di e cellule, anche se alcune cellule d'alta putenza -puderanu gestisce 3C o più. A tensione aumenta mentre a cellula carica. Quandu a tensione righjunghji u limitu superiore (4,2 V per a maiò parte di i chimichi, 3,65 V per LFP, 4,3 V o 4,35 V per alcune varianti NMC di alta -energia), si passa à u modu CV. L'attuale diminuisce mentre a cellula s'avvicina à a carica completa, generalmente si stende quandu u currente scende sottu C/20 o C/50.

A carica rapida hè più complicata. I tassi di carica più elevati acceleranu a placcatura di lithium nantu à l'anodu, chì hè periculosa-lithium metallicu hè assai reattivu è pò purtà à shorts interni o furmazione di dendrite chì penetra in u separatore. Per carica rapidamente-in modu sicuru, avete bisognu di capisce cumu a tensione, l'attuali è a temperatura interagiscenu cù e cundizioni d'iniziu di a placcatura di lithium.

U prublema hè chì ùn pudete micca misurà u lithium plating direttamente in una cellula sigillata. Avete da inferisce da altri signali. Un approcciu hè di seguità u putenziale di l'anodu versus riferimentu di lithium metal. Se u potenziale di l'anodu scende sottu à 0V versus Li/Li⁺, a placcatura si verifica. U prublema hè chì a maiò parte di e cellule cummerciale ùn anu micca elettrodi di riferimentu.

L'aumentu di a temperatura durante a carica rapida hè ancu impurtante. Una cellula chì si carica à 2C puderia vede a so temperatura interna aumentà 15-20 gradi sopra l'ambienti ancu cù u cooling attivu. À temperature fresche, questu hè veramente utile-una cellula fredda (per dì -10 gradi) hà una capacità di putenza assai povera, ma se pudete riscaldallu carchendu à ritmi moderati (0.5C), u rendiment migliora. Certi EVs facenu veramente questu apposta: in u clima fretu, eseguiranu un brevi impulsu di carica di alta corrente per riscalda a bateria prima chì u cunduttore esige una alta putenza per l'accelerazione.

L'equilibriu di e cellule hè necessariu perchè e cellule in serie ùn si mantenenu mai perfettamente cumminate. Tolleranze di fabricazione, piccule differenze in i tassi di scaricamentu di l'autore -, è gradienti termichi in tuttu u pacchettu causanu deriva di tensione. Se caricate una corda di serie senza equilibriu, alcune cellule toccanu u limitu di tensione superiore prima di l'altri. E cellule forti sò sottucarcate, e cellule debuli sò sovraccaricate, è u rendiment soffre.

L'equilibriu passivu usa resistori per spurgà l'energia da e cellule di -tensione più alta. Hè simplice è prezzu, ma perde energia cum'è calore. L'equilibriu attivu usa cunvertitori DC-DC o condensatori per trasfiriri energia da cellule alte à cellule basse. Più efficace, più cumplessu, più caru. Per un pacchettu EV 400V, l'equilibriu passiu puderia perdi 50-100W continuamente, chì hè insignificante cumparatu cù a putenza di guida, ma si aghjunghjenu cù u tempu.

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A generazione di calore in una cellula di lithium vene da trè fonti: u calore irreversibile (riscaldamentu Joule da a resistenza interna), u calore reversibile (cambiamentu di l'entropia di a reazzione elettrochimica) è u calore da e reazzioni laterali. À basse à moderate C-rates, u calore riversibile domina. À i tassi di C-alti, u calore irreversibile piglia u sopra.

U termu di calore reversibile hè interessante perchè cambia segnu secondu SOC. Per a maiò parte di i chimichi di ioni di litiu, a carica genera calore à SOC bassu ma assorbe u calore à SOC altu. A scaricazione face u cuntrariu. U puntu di crossover hè di circa 50-60% SOC tipicamente. Hè per quessa chì pudete vede a temperatura di a cellula in realtà calà durante a fase finale di carica se u currente hè abbastanza bassu.

A resistenza interna varieghja cù a temperatura, SOC, è invechje. À 25 gradi, una nova cellula 18650 puderia avè una resistenza DC 40 - 60 milliohms. À -20 gradi, chì pò saltà à 200-300 milliohms. Hè per quessa chì a gamma di EV in u clima fretu scende cusì drasticamente. Ùn hè solu a chimica più lenta à e basse temperature, ma l'aumentu di a resistenza interna significa chì più di l'energia di a bateria hè persa cum'è calore in a cellula.

U limitu di runaway termale dipende da a chimica. Per e cellule NMC, e reazioni di decomposizione esotermica cumincianu intornu à 180-220 gradi. Una volta cuminciatu, a temperatura pò risaltà à 10-50 gradi per seconda, righjunghjendu 800 gradi o più. LFP hè assai più sicura; L'iniziu di a fuga termale hè di 270 gradi + è a temperatura massima raggiunta hè più bassa.

A propagazione trà e cellule in un pacchettu hè u veru periculu. Se una cellula entra in furia termale, riscalda i so vicini. A fughje ancu e cellule vicine dipende da a capacità di rinfrescante, u spaziu di e cellule è l'insulazione. A prova di propagazione UL 9540A simula questu furzendu una cellula in furia termica è monitorendu se e cellule adiacenti seguitanu. Un bonu disignu di pacchettu cuntene u fallimentu à una cellula o à u più un picculu modulu.

Strategie di rinfrescamentu varienu. U rinfrescante di l'aria hè u più simplice-soffià l'aria nantu à e cellule o pack. Funziona bè per applicazioni di bassa densità di putenza cum'è PHEV o sistemi di almacenamentu di energia. U rinfrescante liquidu hè necessariu per i EV d'altu-prestu. A maiò parte di i disinni utilizanu una mistura di acqua -glicol 50:50 à 10-25 litri per minutu attraversu platti friddi o canali di rinfrescante. A temperatura di l'ingressu hè tipicamente cuntrullata à 20-35 gradi. I gradienti di temperatura di u pacchettu di batterie duveranu stà sottu à 5 gradi max à min per evità l'invechjamentu acceleratu di e cellule più calde.

Certi disinni sperimentali utilizanu u rinfrescante di refrigerante, u rinfrescante per immersione in fluidu dielettricu, o materiali di cambiamentu di fase-. U raffreddamentu di u refrigerante pò tira più calore, ma richiede un sistema AC più cumplessu. U raffreddamentu à immersione hà eccellenti coefficienti di trasferimentu di calore (500-2,000 W/m²K versus 50-150 W/m²K per u raffreddamentu di liquidu indirettu) ma a sigillatura è a cumpatibilità di fluidi sò sfide. I PCM funzionanu in modu passiu, ma anu bisognu di ricusà u calore almacenatu eventualmente, cusì aiutanu principalmente à u rinfrescante transitori durante a carica rapida o l'accelerazione dura.

A fade di capacità è a crescita di l'impedenza sò i dui meccanismi principali di degradazione. Sò causati da parechji prucessi fisichi è chimichi chì succedenu simultaneamente.

In u latu di l'anodu, a crescita SEI cunsuma lithium è elettrolitu ciclable, aumentendu a resistenza. L'esfoliazione di grafite pò accade se a cellula hè caricata à bassu temperature-plate di lithium nantu à a superficia di grafite invece di intercalà, è quandu si eventualmente intercalate, rompe a struttura di grafite. Questu hè spessu irreversibile. A descomposizione di u binder à temperature elevate provoca a perdita di u cuntattu elettricu trà e particelle.

A degradazione di i catodi include a dissoluzione di metalli di transizione (in particulare manganese in LMO o manganese -contene NMC), cambiamenti strutturali da l'inserzione / estrazione ripetuta di litiu, è a ricustruzzione di a superficia in catodi di nichel altu. I metalli di transizione dissoluti migranu à l'anodu induve catalizzanu a crescita SEI, cusì a degradazione di u cathode accelera indirettamente a degradazione di l'anodu.

A descomposizione di l'elettroliti è a generazione di gasu sò prublemi più grossi à alti voltages è alte temperature. I gasi cumuni includenu CO₂, CO è diversi idrocarburi da a descomposizione di carbonate. In e cellule di sacchetti, vi vede u saccu gonfià visibilmente. In cellule cilindriche o prismatiche cù casi duri, a prissioni cresce finu à l'apertura di u ventu di salvezza (tipicamenti à 10-15 bar).

A perdita di l'inventariu di lithium hè un mecanismu maiò di fade. Ogni volta chì u SEI cresce o i platti di lithium irreversibilmente nantu à l'anodu, un pocu di lithium hè pigliatu da a piscina di lithium cyclable. Finalmente si scappa è a capacità scende.

I fallimenti bruschi ponu accade da shorts internu. A maiò parte di i shorts cumincianu picculi-una minuscula particella metallica perfora u separatore, o una dendrite di lithium cresce. U cortu crea un locu caldu, chì accelera a degradazione in u locu, chì face u cortu peghju, è avete un ciclu di feedback pusitivu. Calchì volta a cellula self-guarisce si u cortu si scioglie aperta. Altre volte si prugressu à a runaway termale.

I testi di penetrazione di unghie (furzà un chiovu d'acciaio attraversu una cellula carica) sò una prova di abusu standard. E cellule LFP tipicamente ùn entranu in fuga termica da a penetrazione di unghie. E cellule NMC spessu facenu, ancu s'è i disinni cù separatori megliu è energia specifica più bassa pò passà qualchì volta.

A figura 5 trama a retenzione di capacità versus u numeru di ciculu per parechje chimichi in cundizioni moderate di ciclismo (carica / scarica 1C, 25 gradi, 100% DOD).

Ùn pudete micca misurà direttamente quantu energia hè in una cellula di lithium ion. Avete da stimà da altre misurazioni: tensione, currente è temperatura.

U metudu di stima SOC più simplice hè basatu in tensione-. Ogni chimica hà una caratteristica -tensione di circuitu apertu versus curva SOC. Misura a tensione dopu chì a cellula hà riposatu per un tempu (per lascià a tensione transitoria caduta da a decadenza di resistenza interna), cercate nantu à a curva OCV, è sapete SOC. U prublema hè chì raramente avete u tempu per a cellula per ripusà in applicazioni reali.

U conte di Coulomb hè l'approcciu standard. Integrete u currente in u tempu per seguità a carica in e fora. Sè avete principiatu à un SOC cunnisciutu, pudete calculà u novu SOC in ogni mumentu. A precisione dipende di u vostru sensoru attuale (± 0.5% hè tipicu) è cunnosce a capacità vera. L'errori s'accumulanu cù u tempu, cusì avete bisognu di ricalibrate periodicamente fendu un ciclu di carica o scaricamentu cumpletu.

I metudi basati in mudellu -utilizanu un mudellu di circuitu equivalente o un mudellu elettrochimicu di a cellula. Misurate a tensione di u terminale è u currente, eseguite à traversu u vostru mudellu, è estrae stati interni cumpresi SOC. I filtri Kalman estesi o l'osservatori statali simili sò cumuni. Questi approcci ponu esse assai precisi (± 2% SOC error) ma necessitanu boni mudelli è risorse di calculu significativu.

L'estimazione di SOH hè più difficiule perchè cercate di quantificà a degradazione, chì hè lenta è graduale. A fade di capacità è a crescita di l'impedenza ùn sò micca necessariamente correlate linearmente l'una cù l'altru o cù u conte di ciclu. Una cellula chì hè stata caricata veloce-assai pò avè una alta impedenza, ma solu capacità moderata fade. Una cellula chì hè stata almacenata à alta SOC / temperatura puderia avè una capacità significativa di fade, ma una crescita di impedenza relativamente bassa.

A pratica di l'industria hè di definisce SOH basatu annantu à a capacità: una cellula à 80% di a so capacità originale hè à 80% SOH, è questu hè spessu cunsideratu fine --di vita per l'applicazioni EV. A cellula funziona sempre, ma a gamma hè cascata di 20%. Per l'applicazioni di almacenamiento d'energia, e cellule puderanu esse aduprate finu à 60-70% SOH.

Certi BMS facenu cuntrolli periodichi di capacità-scaricanu cumplettamente a bateria à bassa velocità è misuranu quanta energia esce. Questu hè precisu ma intrusive (a bateria ùn hè micca dispunibule durante a prova) è dura ore. Altri approcci pruvate à stima a capacità indirettamente da curve di tensione, misurazioni d'impedenza, o efficienza coulombica.

A resistenza interna pò esse misurata appliendu un impulsu di corrente è misurà a risposta di tensione, o injecting un picculu signale AC à diverse frequenze (spettroscopia d'impedenza elettrochimica). EIS dà assai più infurmazione, ma esige un hardware specializatu chì hè raramente presente in BMS cummerciale.

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Quandu una batteria EV righjunghji a fine-di-vita (in genere 70-80% di a capacità originale), hè sempre perfettamente funziunale per applicazioni menu esigenti. L'usu di a batteria di a seconda vita guadagna trazione per u almacenamentu di energia stazionariu.

L'ecunumia hè difficiule. Avete da pruvà u pacchettu ritiratu, potenzalmentu remanufacturlu (sustituisci u BMS, u sistema di rinfrescante, o moduli dannighjati), certificà per a nova applicazione, è furnisce una garanzia. Tuttu chistu costa soldi. Perchè a seconda-vita abbia un sensu, u pacchettu rinnuvatu hà bisognu di costu significativamente menu cà un novu pacchettu pensatu per l'applicazione stazionaria. I costi si rompenu ancu s'è a rinnuvazione corre menu di 40-50% di u costu di u novu pacchettu, secondu l'analisi di quale crede.

Testà e cellule ritirate ùn hè micca-triviale. Un modulu pò cuntene centinaie di cellule in serie-parallela. Ùn pudete micca facilmente pruvà individualmente. Pudete pruvà u modulu cum'è unità, ma una cellula cattiva pò maschera. Certi modi di degradazione sò difficiuli di detectà senza teste distruttive. Ci hè ancu a quistione di a responsabilità: se una seconda-batteria di vita piglia u focu, quale hè rispunsevuli?

U riciclamentu hè l'ultimu-di-percorsu di a vita. L'attuale riciclaggio a grande-scala usa pirometallurgia (fusione) o idrometallurgia (lixiviazione chimica). A pirometallurgia hè più simplice, ma menu selettiva -ottene ligami di metalli misti chì necessitanu più raffinamentu. L'idrometallurgia pò ricuperà metalli individuali à una purezza più altu, ma richiede più passi è genera rifiuti chimichi.

L'ecunumia di u riciclamentu dipende assai di i prezzi di i metalli. U cobaltu hè preziosu (circa $ 30-40/kg storicamente, ancu se i prezzi oscillanu in modu salvaticu), cusì u riciclamentu di chimichi ricchi di cobalt-è economicamente viable. U nickel vale a pena riciclà à scala. U manganese, u ferru è l'aluminiu sò metalli di pocu -valore, cusì u riciclamentu hè sensu principarmenti per mantene fora di i discaricamenti. Lithium hè interessante - ùn hè micca particularmente preziosu per kilogramu, ma i limitazioni di furnizzioni facenu a ricuperazione attraente.

U riciclamentu direttu -disassembling the battery and reusing cathode or anode material directly without break it down to metal salts-hè una zona di ricerca calda. Se pudete ricuperà a polvera di catodu in forma utilizable, risparmiate l'energia è u costu di a sintesi di catodi. I sfidi includenu a separazione di u materiale attivu da i cullettori è i leganti attuali, è trattà cù u fattu chì u materiale riciclatu hè una mistura di cellule di diversi fabricatori, età è chimichi.