دانلود رایگان ترجمه مقاله باتری های لیتیوم یونی برای خودروهای الکتریکی (سال 2012)

مبتدی (مناسب برای درک مفهوم کلی مطلب) (ترجمه به صورت ناقص انجام شده است)

به منظور درک بهتر تاثیری که این وابستگی ها ممکن است روی کارایی باتری داشته باشند، همانند انرژی قابل استفاده و قابلیت تولید توان، شبیه سازی پیل با چرخه های تخلیه و شارژ مختلف انجام شده است.
در نهایت ادغام این مدل باتری در یک مدل وسیله نقلیه به منظور ارزیابی اینکه چگونه شرایط شارژ/رانندگی مختلف ممکن است بهره وری آن را تحت تاثیر قرار دهند، انجام شده است. از آنجایی که طول مدت و بهره وری شارژ باتری به پارامترهای به طور فزآینده مهم تبدیل می شوند، تاکید مخصوصی روی آنالیز بهره وری در طول شرایط شارژ سریع شده است.
با توجه به دانش مولف، هیچ کار تحقیقاتی در منابع و مراجع وجود ندارد که پارامترهای اصلی تاثیرگذار بر کارایی باتری – در هردو سطح پیل و پک – را ارزیابی کند و پیامدهای آن را از لحاظ قابلیت تولید انرژی و توان در طول شرایط رانندگی و شارژ مطالعه نماید.
این پایان نامه به شکل زیر سازماندهی شده است:
فصل2 برخی مفاهیم بنیادین باتری را توصیف می کند. به خصوص، اصل عملیاتی پیلهای لیتیوم-یون تشریح شده است و نگرش کلی از شیمی های لیتیوم-یون مختلف ارائه شده است.
فصل 3 روی طراحی باتریهای لیتیوم-یون و پیامدهای آن روی کارایی متمرکز می شود. ابتدا توصیفی تکنولوژیهای وسیله نقلیه هیبرید و برقی مختلف همراه با الزاماتی که این وسایل نقلیه روی باتری اعمال می کنند، ارائه شده است. سپس نگرش کلی از پیکربندی طراحی مختلف پیلهای لیتیوم-یون همراه با برخی راه حلهای پک باتری کنونی نشان داده شده است. محاسبات برای تخمین مقاومت داخلی، وزن و هزینه شیمی های مختلف لیتیوم-یون با استفاده از یک مدل منبع باز توسعه یافته در آزمایشگاه ملی آرژون انجام شدند.
در فصل 4، آنالیزی از فاکتورهای محتمل تاثیرگذار بر کارایی، بهره وری و طول عمر باتریهای لیتیوم-یون انجام شده است.
فصل 5 بعد از توصیف مختصر انواع مختلف مدلهای باتری، مدل مورد استفاده برای شبیه سازی را معرفی می کند و نتایج روی انرژی پیلهای باتری و قابلیت تولید توان به دست آمده در نرخهای تخلیه/شارژ و دماهای مختلف را نشان می دهد.
در فصل 6، باتریهای قبلا آنالیز شده در یک مدل شبیه سازی وسیله نقلیه برقی ادغام شدند و بعد از توصیف مختصر این مدل، بهره وریهای باتری در شرایط شارژ و رانندگی مختلف ارزیابی شدند.
فصل 7 از پایان نامه نتیجه گیری می کند.

2. باتریها: تعاریف و مفاهیم بنیادین
این فصل روی مفاهیم بنیادین باتری لیتیوم-یون متمرکز می شود. برخی مفاهیم پایه باتری و اصول الکتروشیمیایی تکنولوژی باتری لیتیوم-یون بعد از مرورکلی انواع مختلف باتریهای لیتیوم-یون توصیف شدند.

2.1. اصول الکتروشیمیایی بنیادین باتریهای لیتیوم-یون
باتریها «دستگاههای الکتروشیمیایی هستند که انرژی شیمیایی موجود در مواد فعال خود را به انرژی الکتریکی با استفاده از واکنشهای اکسایش-کاهش الکتروشیمیایی که در الکترودها رخ می دهند، تبدیل می کنند. در مورد یک سیستم قابل شارژ، باتری به وسیله معکوس این فرآیند شارژ می شود» (لیندن ، 2002).
یک یا چند پیل به طور سری یا موازی به منظور ارائه ولتاژ و ظرفیت مطلوب از باتری به یکدیگر متصل می شوند. پیل واحد الکتروشیمیایی است که انرژی الکتریکی را به وسیله تبدیل مستقیم انرژی شیمیایی ذخیره شده در مواد فعال آن از طریق واکنشهای اکسایش و کاهش فراهم می کند که متعاقباً در آند و کاتد (در طول تخلیه) رخ می دهند. به منظور بالانس جریان الکترونها (از طریق یک مدار خارجی) از آند به کاتد، یک محلول الکترولیت موردنیاز است. الکترولیت یونها را (از آند به کاتد) با حفظ تعادل جرم در داخل پیل منتقل می کند.
در باتریهای لیتیوم-یون کاتد متشکل از مواد مرکب است که نوع پیل لیتیوم-یون را تعریف می کند در حالیکه آند با اندکی استثناعات اساسا متشکل از گرافیت است. الکترولیت ممکن است مایع بوده یا از مواد پلیمری باشد.
در شکل 1 می توانیم فرآیند شارژ و تخلیه پیل لیتیوم-یون را ببینیم. در طول فاز تخلیه، یونهای لیتیوم از آند به کاتد از طریق الکترولیت منتشر می شوند و در کاتد جا می گیرند. الکترونها از طریق مدار خارجی در همان جهت جریان می یابند. در طول فاز شارژ معکوس این فرآیند رخ خواهد داد.

2.2. تعاریف باتری
در این بخش برخی تعاریف بنیادین مهمترین پارامترهای باتری مورد استفاده در این پایانه نامه ارائه شدند.

2.2.1. ولتاژ و ظرفیت
دو پارامتر مهم در یک باتری ولتاژ و ظرفیت هستند.
ولتاژ، بیان شده در واحد ولت [V]، پتانسیل الکتروشیمیایی در دسترس در پیل را بیان می کند که به وسیله نوع ماده فعال موجود در پیل تعیین شده است.
به هر حال، جرم ماده فعال ظرفیت پیل را تعریف می کند. ظرفیت (در واحد آمپر ساعت [Ah]) شارژی را بیان می کند که می تواند در باتری ذخیره شود و نشانه ای از انرژی را ارائه می کند که می تواند از باتری استخراج شود. ظرفیت اسمی نامی معمولا توسط تولید کنندگان باتری تعریف شده است و تحت شرایط خاص تعیین گردیده است. به هر حال، شرایط عملیاتی مختلف (یعنی نرخهای تخلیه/شارژ و دمای مختلف) و پیری باتری می توانند قویاً ظرفیت حقیقی باتری را تحت تاثیر قرار دهند و انرژی ذخیره شده در دسترس را کاهش دهند.

2.2.2. SOC و DOC
وضعیت شارژ (SOC) یک باتری می تواند به صورت تناسب بین شارژ در دسترس در زمان معین و شارژ در دسترس کل تعریف شود وقتی که باتری به طور کامل شارژ شده باشد. این مفهوم به طور کلی در واحد درصد بیان شده است و بین 0 و 100 تغییر می کند. در EV، SOC می تواند به صورت «گیج سوخت» خودرو در نظر گرفته شود جایی که علامت SOC جایگزین نشانگر میزان سوخت می شود.
در حالیکه SOC می تواند به عنوان یک معیاری از ظرفیت باقیمانده در باتری در نظر گرفته شود، عمق تخلیه (DOC) شارژ حذف شده از باتری را نشان می دهد و این نیز در واحد درصد بیان شده است.

2.2.3. نرخ C
جریان الکتریکی به صوت جریان بار الکتریکی تعریف شده است. واحد SI جریان الکتریکی آمپر (A) است اما یک معیار جایگزین و شاید بیشتر قابل درک جریان که در آن باتری تخلیه (یا شارژ) شده است، از تعریف نرخ C حاصل شده است. نرخ C جریان موردنیاز برای تخلیه (یا شارژ) کامل یک باتری در ییک دوره زمانی تعیین شده را نشان می دهد. برای مثال، یک باتری با ظرفیت اسمی 70 آمپر ساعت می تواند به طور کامل در یک ساعت با اعمال جریان 70 آمپر (نرخ C برابر با 1) یا در دو ساعت با اعمال جریان 35 آمپر (نرخ C برابر با C/2) یا در نیم ساعت با اعمال جریان 140 آمپر (نرخ C برابر با 2C) شارژ شود.