🔋 Симулятор Літій-іонного Акумулятора

Візуалізуйте інтеркаляцію іонів літію, цикли заряду/розряду, стан заряду (SoC) і те, як внутрішній опір і деградація ємності змінюються протягом циклів.

SoC: 50%
Напруга: 3.70 В
Струм: 0.00 А
Потужність: 0.00 Вт
Цикл: 0
Дост. ємність: 100%

Як це працює

Інтеркаляція Li⁺: Під час заряду іони літію переміщуються від катода (LiCoO2) через електроліт і впроваджуються в анод із графіту. Розряд відбувається у зворотному напрямку, вивільняючи електрони через зовнішнє коло.

Крива ЕРС: Відкрита напруга кола (OCV) описується S-подібною залежністю від SoC. Модель використовує апроксимацію Нернста, підігнану до типової хімії NMC (діапазон 3,0–4,2 В).

Термінальна напруга: Vt = OCV ± I·Rint. При заряді: Vt = OCV + I·Rint. При розряді: Vt = OCV − I·Rint.

Деградація ємності: Повторне циклювання спричиняє осадження літію, зростання SEI-шару та растріскування електродів, незворотно зменшуючи доступну ємність. Регулюйте повзунок Деградація ємності, щоб симулювати старий елемент.

Вплив температури: Низька температура підвищує внутрішній опір і знижує рухливість іонів. Висока температура прискорює побічні реакції. Симуляція застосовує коригувальний коефіцієнт температури до Rint.

Про цю симуляцію

Ця симуляція моделює літій-іонний елемент під час заряду та розряду з обраною C-швидкістю. Стан заряду (SoC) змінюється в міру того, як іони літію переміщуються між анодом із графіту та катодом типу NMC, а термінальна напруга обчислюється як Vt = OCV(SoC) ± I·Rint, де відкрита напруга кола (OCV) описується кусково-нернстівською кривою, підігнаною під хімію з діапазоном 3,0-4,2 В. Внутрішній опір, своєю чергою, залежить від температури - зростає на холоді й трохи знижується вище 25°C, а повзунок Деградація ємності незворотно звужує доступний діапазон SoC, імітуючи старіння елемента. Заряд і розряд автоматично зупиняються на межах 4,25 В і 2,95 В, збільшуючи лічильник циклів.

🔬 Що це показує

Іони Li⁺, що переміщуються між анодом із графіту та катодом NMC через електроліт, а також смужку термінальної напруги, панель кривої ЕРС відносно SoC і графік історії напруги/SoC, які оновлюються наживо під час заряду чи розряду елемента.

🎮 Як користуватися

Натисніть Заряд або Розряд, щоб почати циклювання, або Скинути, щоб повернутися до 50% SoC. Регулюйте C-швидкість (0,1-5C), щоб змінити швидкість заряду/розряду, Температуру (від -20 до 60°C), щоб побачити її вплив на внутрішній опір, Внутрішній опір (10-500 мΩ) напряму та Деградацію ємності (0-30%), щоб симулювати старіння елемента зі зменшеною доступною ємністю.

💡 Чи знали ви?

Індикатори показують SoC, Напругу, Струм, Потужність, Цикл і Доступну ємність у реальному часі. Зверніть увагу, що термінальна напруга під час заряду завжди трохи вища за ЕРС кола без навантаження, а під час розряду - трохи нижча; ця різниця і є падінням I·Rint, і вона зростає зі збільшенням швидкості заряду чи розряду.

Поширені запитання

Що насправді означає стан заряду (SoC)?

SoC - це частка доступної ємності акумулятора, яка зараз зберігається в елементі, виражена у відсотках від 0 до 100%. У цій симуляції вона відповідає кількості іонів літію, впроваджених в анод із графіту порівняно з катодом: при високому SoC більшість іонів перебуває в аноді, а під час розряду вони мігрують назад до катода, знижуючи SoC до 0%.

Чому термінальна напруга відрізняється від кривої ЕРС (OCV)?

Відкрита напруга кола (OCV) - це те, що показав би елемент без навантаження, і вона описується фіксованою S-подібною кривою залежно від SoC. Під навантаженням термінальна напруга дорівнює OCV плюс або мінус падіння напруги на внутрішньому опорі (I·Rint): вища під час заряду, нижча під час розряду. Тому той самий SoC може відповідати різній напрузі залежно від C-швидкості й того, заряджається елемент чи розряджається.

Чому внутрішній опір змінюється залежно від температури?

Низька температура сповільнює рухливість іонів літію в електроліті та на межах електродів, що підвищує внутрішній опір - у симуляції Rint зростає приблизно на 1,2% на кожен градус нижче 25°C. Тепліші умови трохи знижують опір завдяки кращому переносу іонів, хоча реальні елементи при високій температурі зрештою страждають від прискорених побічних реакцій, що в цій моделі не відображається як зміна опору.

Що спричиняє деградацію ємності реального літій-іонного акумулятора?

Повторні цикли заряду/розряду поступово й незворотно зменшують кількість заряду, яку може утримувати елемент. Основні причини - зростання шару SEI (твердого електролітного інтерфейсу) на аноді, осадження літію під час швидкого або холодного заряду та механічне розтріскування частинок електродів. Повзунок Деградація ємності імітує це, зменшуючи максимальний доступний діапазон SoC і кількість іонів, показаних в анімації.

Чому заряд і розряд зупиняються автоматично на певних значеннях напруги?

Реальні літій-іонні елементи мають безпечні межі напруги: заряд вище приблизно 4,2-4,3 В або розряд нижче приблизно 3,0 В прискорює деградацію та може спричинити небезпечні реакції. Симуляція відтворює це, завершуючи цикл заряду при SoC = 100% або межі 4,25 В, а розряд - при SoC = 0% або межі 2,95 В, після чого збільшується лічильник циклів.