بررسی آزمایشگاهی و مدل‌سازی نیمه‌تجربی زمان شارژ باتری لیتیوم-یون با هدف کنترل فرایند شارژ متناسب با جریان‌های گوناگون

یکی از چالش های اصلی در توسعه باتری های لیتیوم- یون به ‌ویژه در کاربردهایی مانند خودروهای الکتریکی، زمان شارژ طولانی آن ها است و کوتاه تر کردن زمان شارژ بسته باتری یک مسئله بحرانی در این زمینه می‌باشد. فرایند شارژ باتری لیتیوم- یون به‌وسیله یک شارژر جریان ثابت-ولتاژ ثابت صورت می‌پذیرد. شارژ سریع ممکن است با سرعت بخشیدن به زوال باتری، عملکرد آن را تحت تاثیر قرار دهد. در پژوهش حاضر مدلی برای پیش بینی دقیق زمان شارژ باتری ارایه می شود که بر اساس آن در نرخ جریان‌های (c-rate) گوناگون شارژ می‌توان زمان شارژ باتری را برآورد نمود، به‌طوری که ضریب تشخیص (r2) برازش‌های انجام‌شده بر اساس مدل برای پنج نمونه باتری لیتیوم- یون مورد بررسی بیش از 0.99 می‌باشد. این موضوع نشان دهنده انطباق بسیار خوب نتیجه‌های تجربی با پیش‌بینی‌های مدل پیشنهادی است. از آن جا که مرحله ولتاژ ثابت در فرایند شارژ باتری لیتیوم-یون تا زمانی ادامه می‌یابد که شدت جریان تا مقدار مشخصی کاهش یابد در نتیجه در صورت تشخیص ندادن کاهش شدت جریان در مرحله ولتاژ ثابت، شاهد شارژ بیش از حد باتری خواهیم بود. هم‌چنین در صورت اختلال در سامانه باتری ممکن است جریان در مرحله ولتاژ ثابت با یک روال مشخص افت نکند که این موضوع نیز باعث شارژ بیش ازحد باتری و در نتیجه کاهش ظرفیت آن خواهد شد. پس با در اختیار داشتن یک برآورد درست از زمان شارژ باتری می توان هر دو مرحله شارژ (جریان ثابت و ولتاژ ثابت) را به‌وسیله زمان محدود کرد تا در هنگام شارژ سریع، زوال بیش تری بر سامانه باتری لیتیوم-یون تحمیل نشود و از بروز هر گونه مشکل یا خرابی به علت شارژ بیش از حد باتری جلوگیری شود.

tentative investigation and semi-empirical modeling of charge time in lithium-ion battery to control the charge process in different c-rates

one of the main challenges in the development of electric vehicles is their long charge time. therefore, shortening the charge time of a lithium-ion battery (lib) is a critical issue in this field. the charging process of the lib is carried out by a constant current-constant voltage charger. the fast charge may affect the performance of lib and accelerate its degradation. herein a model is presented which can predict the charge time of lib accurately in different c-rates so that the coefficient of determination is more than 0.99 in the modeling of five various libs. this indicates very good conformity between the experimental results and predictions of the proposed model. since the constant voltage step in the charging process of the lib continues as long as the current reduces to a certain value, if the current of this step is not detected correctly, an overcharge will occur. in the case of a perturbation in the lib system, the current may not drop with a logical procedure, which can lead to an overcharge and capacity loss of lib. therefore, it is possible to limit the charge time in both constant current and constant voltage steps by accurate estimation of lib charge time. this method can prevent further deterioration of lib during fast charging.