Kargatzeko metodo azkarra
Baterien erreakzio kimikoen abiadura maximizatzeko, karga oso batera iristeko behar duten denbora laburtu eta plaka positibo eta negatiboen polarizazioa minimizatzeko edo murrizteko, horrela bateriaren eraginkortasuna hobetuz, karga azkarreko teknologia azkar garatu da azken urteotan. Gehien erabiltzen diren karga azkarreko hainbat metodo aurkezten dira jarraian. Metodo hauek karga-kurba optimoaren inguruan diseinatzen dira, benetako karga-kurba karga-kurba optimotik ahalik eta hurbilen izan dadin.
Pultsu kargatzeko metodoa
Pultsu kargatzeko metodoak pultsu-korronte batekin kargatzen du bateria, ondoren kargatzeari uzten dio denbora-tarte batez, eta, ondoren, bateria berriro kargatzen du pultsu-korronte batekin, ziklo hau errepikatuz, 11-5 irudian ikusten den moduan. Kargatzeko pultsuak bateria guztiz kargatzen du, tarteek erreakzio kimikoek sortutako oxigenoa eta hidrogenoa birkonbinatzeko eta xurgatzeko denbora ematen duten bitartean, kontzentrazio-polarizazioa eta polarizazio ohmikoa modu naturalean ezabatuz. Honek bateriaren barne-presioa murrizten du, korronte konstantearen hurrengo txanda arinagoa izan dadin eta bateriak karga gehiago xurgatzeko aukera emanez. Aldizkako pultsuek bateriari erreakzio denbora nahikoa ematen diote, gasaren bilakaera murriztuz eta bateriaren karga-korrontearen onarpen-tasa hobetuz.
Pultsu kargatzeak bateria kargatzeko eta deskargatzeko eraginkortasuna hobetu dezake, kargatzeko denbora aurreztu eta bateriaren iraupena luzatzen du, baina baldintza batzuk bete behar dira.
Litio-ioizko bateriak katodoan, anodoan eta elektrolitoan kargatzen eta deskargatzen diren bitartean litio-ioien mugimendu aldaeran oinarritzen direnez, ezinbestekoa da ioien mugimendu-tasa eta difusio-koefizientea handitzea kargatzeko denbora aurrezteko eta kargatzeko eraginkortasuna hobetzeko helburua lortzeko. Kargatze-tasa edo banaketa desegokiak ez du nahi den helburua lortzeaz gain, bateriaren zahartzea bizkortuko du. 11-2 Irudian ikusten den bezala, zenbat eta karga-tasa handiagoa izan, orduan eta txikiagoa izango da kargatzeko ahalmena.
Ezaugarri elektrokimikoen azterketak erakusten du litio -ioietako baterien karga-abiadura batez ere litio-ioien difusio-abiadurak eta elektrodo positibo eta negatiboen materialen ezaugarriek mugatzen dutela. (11-3) ekuazioa erabiliz, litio-ioi-difusio-ekuazioa ezar daiteke.
Formulan, CL litio-ioiaren kontzentrazioa adierazten du; x difusio distantzia adierazten du; t difusio-denbora adierazten du; eta DLi-k litio-ioiaren difusio-koefizientea adierazten du.
Ikerketek frogatu dute litio-ioizko bateriek bi zahartze-aldi bizkor izaten dituztela ziklo-probetan:
1) SEI filmaren eraketa-aldia (Solid Electrolyte Interphase), eskuragarri dauden litio ioien zati bat kontsumitzen duen prozesua elektrodoaren gainazalean SEI filma osatzeko.
2) Karga-ziklo bakoitzaren amaieran, litio-ioien migrazioaren aurkako erresistentzia nahiko txikia da fase likidoan bateriaren barruan, eta fase solidoan difusio-koefizientea nahiko txikia da. Hori dela eta, karga-korrontea handiegia bada karga-zikloaren amaieran, litio-ioi kopuru handi bat elektrodoaren gainazalean kontzentratzen da, eta horrek erraz eragin dezake litio metala sortzea eta litio-ioiaren edukia murriztea.
SEI filmaren sorrerak eragin handia du bateriaren bizitzan. SEI film on bat osatu ezin bada, nahiz eta bateriak karga/deskarga eraginkortasun handia izan eta hasierako karga/deskarga-faseetan ahalmen erabilgarria izan dezakeen arren, ahalmena nabarmen murriztuko da ziklo-zenbaketa handituz gero, batez ere uneko-putsu baxuko kargatzeko moduetan. Hori dela eta, ezinbestekoa da lehen fasean litio-galera. Hala ere, pultsu kargatzean korrontea ez da oso altua izan behar. Gehiegizko korronteak SEI filmaren eraketa irregularra, SEI filmaren loditze azkarra eta erresistentzia handitzea eragingo du, ioi erabilgarrien kopurua murriztuz eta ahalmena galtzea eragingo du.
Pultsu kargatzeak kargatzeko etenaldiak edo alderantzizko deskargak erabiltzen ditu batez ere kargatzeko prozesuan polarizazioa kentzeko. Polarizazioa oso lotuta dago bateria motarekin, fabrikazio-prozesuarekin eta materialaren propietateekin, eta bere aldaerak konplexuak dira. Baterien teknologiaren etengabeko hobekuntzarekin, polarizazioa ondo kontrolatu da. Hori dela eta, ohiko pultsuak kargatzeko moduen abantailak ez dira hain nabarmenak. Beharrezkoa da bateriaren ezaugarri garrantzitsuak konbinatzea-denbora errealean kontrolatzeko eta pultsu kargatzearen anplitudea eta zikloa doitzea bateria funtzionamendu-egoera ezin hobean mantentzeko-geroago deskribatzen den kargatzeko modu adimentsuan.
Reflex™ Kargatze azkarreko metodoa
ReflexTM karga azkarreko metodoa Estatu Batuetan patentatutako teknologia bat da, hasieran batez ere nikel-kadmiozko bateriak kargatzeko diseinatua. Kargatzeko metodo honek nikel-kadmiozko baterien memoria-efektuaren arazoa arintzen du, eta horrela kargatze-denbora azkarra nabarmen murrizten da. Pultsu kargatzeko metodoekin alderatuta, ReflexTM karga azkarreko metodoaren ezaugarririk handiena pultsu negatiboa gehitzea da. Bere mekanismoak pultsu negatiboak ematen duen "hesi" efektua erabiltzen du erreakzio-prozesuan elektrodoaren gainazalean sortutako burbuilak ezabatzeko, bateria kargatzerakoan tenperatura igoera eta barne-erresistentzia areagotuz. Horri esker, energia elektrikoa bateriaren barruan energia kimiko bihur daiteke ahalik eta gehien, difusio geldoak eragindako kontzentrazio-polarizazioa ezabatzen lagunduz, bateriaren barneko material aktiboen erabilera-tasa hobetuz eta, beraz, karga--deskarga-zikloen kopurua handituz.
11-6 Irudian ikusten den bezala, ReflexTM karga azkarreko metodoaren lan-ziklo batek hiru etapa ditu: aurrerako kargatzeko pultsu bat, alderantzizko berehalako deskarga pultsu bat eta mantentze-lanetarako kargatzeko eten bat. Aurrera kargatzeko pultsuaren funtzioa bateria kargatzeko anplitude positiboaren pultsu korronte bat ematea da; Alderantzizko berehalako deskarga-pultsuaren funtzioa elektrolito-ioiak modu uniformeagoan zabaltzea da, bateriaren barruan polarizazio-erreakzioa atzeratzeko, horrela kargatzeko eraginkortasuna hobetzeko eta bateriaren iraupena areagotzeko; Kargatze-fasearen funtzioa elektrolito-ioiak modu uniformeagoan hedatzea eta polarizazio-fenomenoa arintzea da, horrela kargatzeko eraginkortasuna hobetuz eta bateriaren iraupena luzatzea.
Korronte Aldakorra Etengabeko Kargatzeko Metodoa
Korronte aldakorreko aldizkako kargatzeko metodoa korronte konstantean eta pultsu kargatzean oinarritzen da, 11-7 irudian ikusten den moduan. Bere ezaugarria da korronte konstantea kargatzeko sekzioa tentsio mugatutako korronte aldakorreko karga tarteko sekzio batekin ordezkatzen dela. Kargatzearen hasierako etapetan, korronte aldakorreko aldizkako kargatzeko metodoa erabiltzen da karga-korronte handiagoa bermatzeko eta karga-kopuruaren gehiengoa lortzeko.
Kargatzearen azken faseetan, tentsio konstanteko karga-fase bat erabiltzen da gainkarga lortzeko eta bateria guztiz kargatutako egoerara berrezartzeko. Tarteka kargatzeari utziz, bateriaren erreakzio kimikoak sortutako oxigenoak eta hidrogenoak berriro konbinatzeko eta xurgatzeko denbora dute, kontzentrazio-polarizazioa eta polarizazio ohmikoa modu naturalean ezabatuz. Honek bateriaren barne-presioa murrizten du, korronte konstantearen hurrengo txanda leunago egiteko aukera emanez eta bateriak elektrizitate gehiago xurgatzeko aukera emanez.
Korronte aldakorreko aldizkako kargatzeko metodoan oinarrituta, tentsio aldakorreko aldizkako kargatzeko metodoa proposatu da, 11-8 irudian ikusten den moduan. Tentsio aldakorreko eta korronte aldakorreko kargatze-metodoen arteko aldea da lehen etapa ez dela etengabeko korronte konstantea, aldizkako tentsio konstantea baizik.
11-7 eta 11-8 irudiak alderatuz gero, ikus daiteke 11-8 irudiak hobeto islatzen duela karga-kurba optimoa. Tentsio konstanteko karga-etapa bakoitzean, tentsio konstantearen karga dela eta, karga-korrontea modu naturalean murrizten da esponentzialki, bateria-korronte onargarria kargatzeko prozesuan pixkanaka gutxitzen den ezaugarriarekin bat etorriz.
Tentsio aldakorra, korronte aldakorreko uhina-Zero positibo eta negatibo etengabe mota-Pultsu kargatzeko metodoa
Pultsu kargatzearen, Reflex™ karga azkarraren, korronte aldakorreko aldizkako kargatzearen eta tentsio aldakorreko etenkako kargatzearen abantailak konbinatuz, tentsio aldakorreko, korronte aldakorreko uhin-mota zero positiboa eta negatiboa-pultsuko aldizkako karga azkarreko metodoa garatu eta aplikatu da. Pultsuak kargatzeko zirkuituaren kontrola, oro har, bi kategoriatan banatzen da:
1) Pultsu-korrontearen anplitudea aldakorra da, PWM (potentzia PWM) seinalearen maiztasuna finkoa den bitartean.
2) Pultsu-korrontearen anplitudea konstantea da, PWM seinalearen maiztasuna erregulagarria den bitartean.
11-9 irudiak bi hauetatik desberdina den kontrol modu bat erabiltzen du: pultsu-korrontearen anplitudea eta PWM seinalearen maiztasuna finkoak dira, PWM lan-zikloa erregulagarria den bitartean. Tarteka kargatzeko/gelditzeko fasea gehituz gero, denbora laburragoan karga gehiago lor daiteke, bateriaren karga onartzeko gaitasuna hobetuz.
Kargatzeko modu bakoitzak bere abantailak eta aplikazio-esparrua ditu. Hala ere, ibilgailu elektrikoen erabilera hedatuta dagoenez, kargatzeko abiaduraren eskaria areagotzen ari da, eta karga adimendunaren sorrera dakar. Karga adimendunak bateria guztiz kargatzea du helburu nagusiki edo denbora laburrean ezarritako gaitasun batera iristea. Hori lortzen da egungo balioa bateriaren Karga-egoeraren (SOC) eta Osasun-egoeraren (SOH) arabera egokituz, kargatzeko denbora ibilgailu tradizional bat hornitzearen parekoa izan dadin.
Karga adimendunak arreta zabala erakarri du. Mundu osoko ikertzaileak baliabide garrantzitsuak bideratzen ari dira karga kontrolatzeko estrategiak ikertzera, karga-tasak hobetzeko, bateriaren iraupena eraginkortasunez bermatuz. Horrek, aldi berean, ibilgailu elektrikoen praktikotasuna eta onarpena soziala hobetzen ditu.
