Test di temperatura e scarica per batteria agli ioni di litio

Test di temperatura e scarica per batteria agli ioni di litio

Analisi dello stato di applicazione attuale delle batterie agli ioni di litio

L'industria automobilistica in rapido sviluppo ha portato comodità alle persone, mentre i suoi scarichi sono diventati il ​​​​principale colpevole dell'inquinamento atmosferico urbano. D'altra parte, in quanto fonti energetiche non rinnovabili, il consumo di petrolio e gas naturale sta gradualmente aumentando e finirà per prosciugarsi nel prossimo futuro. Il risparmio energetico e la tutela dell'ambiente sono diventati questioni sociali molto importanti.

I veicoli elettrici (EVS) e i veicoli elettrici ibridi (HEVS) sono sviluppati per ridurre il consumo di energia e l'inquinamento causato dai veicoli a carburante. Le batterie di alimentazione avanzate attualmente utilizzate nei veicoli elettrici includono principalmente batterie di alimentazione al nichel idrogeno e batterie di alimentazione agli ioni di litio. Le batterie agli ioni di litio hanno un'elevata energia specifica, una lunga durata e un'elevata potenza specifica. Con la riduzione dei costi, sostituiranno gradualmente le attuali batterie al nichel idrogeno come principale sistema di accumulo di energia per i veicoli elettrici. La fattibilità economica di HEV ed EV nella competizione di mercato è un aspetto cruciale. La stima accurata e in tempo reale dello stato di carica della batteria (SOC) ha un impatto significativo sulla fattibilità economica dei veicoli ibridi.

I materiali dell'elettrodo positivo delle batterie di alimentazione agli ioni di litio includono principalmente ossido di manganese di litio, fosfato di ferro di litio e materiali ternari di ossido di litio manganese di nichel cobalto. Rispetto agli altri due materiali dell'elettrodo positivo, i materiali ternari hanno una tensione di piattaforma, una capacità specifica e una densità di compattazione più elevate, che determinano la densità di energia delle batterie che utilizzano questo materiale dell'elettrodo positivo. Se le prestazioni di sicurezza delle batterie ternarie agli ioni di litio possono essere migliorate in una certa misura, avranno un grande spazio di applicazione nei veicoli elettrici e nei sistemi di accumulo di energia elettrica.

2 Oggetti di test e piattaforme di test

Oggetto di prova: batteria ternaria agli ioni di litio 18650 cilindrica. Ottieni le sue caratteristiche di base. I parametri di base della batteria a cella singola sono: capacità nominale 20Ah, tensione nominale 37V e massa 41g.

La piattaforma di test delle celle e dei moduli della batteria può simulare le condizioni operative del veicolo, ottenere dati sperimentali durante la carica e la scarica del modulo e verificare l'efficacia della progettazione della struttura del modulo e della progettazione del BMS.

La piattaforma di test è divisa in 5 parti: apparecchiature di carica e scarica della batteria, camera a temperatura costante , scheda di acquisizione dati della batteria, computer di registrazione e analisi e controllo dei dati della batteria e modulo batteria da testare. Il computer ottiene e registra le informazioni sulla batteria (tensione, temperatura, corrente) attraverso l'interazione dei dati con la scheda di acquisizione dati. Il software di analisi dei dati integrato nel modello della batteria analizza lo stato della batteria e i metodi di ricarica corrispondenti e controlla di conseguenza l'uscita del motore di carica e scarica. La scatola a temperatura costante fornisce le condizioni del campo di temperatura per il test della batteria e il motore di carica e scarica fornisce la fonte di alimentazione e il carico per la batteria.

3 SOC e test di tensione a circuito aperto

3.1 Test di una singola batteria

Tensione a circuito aperto della batteria (Tensione a circuito aperto, OCV può essere utilizzato per la calibrazione della stima dello stato di carica della batteria, che svolge un ruolo importante nel migliorare l'accuratezza della stima SOC. Sono state selezionate nove batterie cilindriche 18650 agli ioni di litio a cella singola per SOC e Test OCV Il processo di test è: la batteria agli ioni di litio è completamente carica e posizionata stazionaria fino a quando la batteria non è stabile; scarica a una corrente costante per garantire che il SOC corrispondente a ogni scarica sia 005 e l'intervallo tra due scariche sia 1 ora per garantire che la batteria raggiunga uno stato stabile. Allo stesso tempo, registrare la tensione a circuito aperto del pacco batteria. Ciò si traduce nella tensione a circuito aperto di 21 stati SOC con SOC compreso tra 1, 0,95, 0,90, 0,85, 0,80, …, 0,10, 0,05 e 0.

Si può vedere dall'esperimento che la relazione tra il monomero 18650 SOC e OCV è approssimativamente lineare con buona coerenza. Pertanto, la tensione a circuito aperto può essere utilizzata per stimare lo stato di carica della batteria. Soprattutto dopo che il veicolo elettrico è stato parcheggiato per un periodo di tempo, la tensione a circuito aperto ha un buon effetto sulla stima dello stato di carica iniziale della batteria di alimentazione.

3.2 Test della batteria

18650 celle vengono selezionate per formare due gruppi attraverso 5 stringhe parallele 10 per testare la relazione tra lo stato di carica e la tensione a circuito aperto. Il processo di test è coerente con quello del test della singola batteria. Grazie alla buona consistenza dei monomeri e alla selezione delle combinazioni, anche il pacco batteria può mantenere una buona consistenza.

4 Capacità della singola batteria

A causa del fatto che i veicoli elettrici richiedono che la batteria di alimentazione fornisca una potenza specifica relativamente elevata durante la salita, l'avviamento e l'accelerazione in salita, ovvero una scarica di corrente sufficiente per fornire una potenza sufficiente. Questo articolo ha condotto test di scarica su batterie agli ioni di litio a velocità 0IC, 0,5C e 1C

Dai risultati sperimentali si può vedere che all'aumentare della corrente di scarica della batteria, la capacità di scarica della batteria diminuisce. Questo perché all'aumentare della corrente di scarica, aumenta anche la polarizzazione della concentrazione all'interno della batteria e aumenta anche la caduta di tensione causata dalla resistenza interna intrinseca della batteria, determinando una corrispondente diminuzione della capacità di scarica della batteria.

5 Capacità della batteria

A causa dei cambiamenti significativi nelle condizioni di lavoro delle automobili, questo articolo ha condotto test di scarica su batterie agli ioni di litio a temperature di -30, -20, -10, 0, 10, 30, 45 e 55 ℃ a 0,5 ℃. Dai risultati sperimentali si può vedere che all'aumentare della temperatura di lavoro della batteria, la capacità di scarica aumenta notevolmente. Ciò è dovuto alla lenta velocità di diffusione degli ioni di litio all'interno della batteria a basse temperature, che aumenta l'attività della batteria all'aumentare della temperatura. Tuttavia, all'aumentare del tempo di isolamento, la temperatura complessiva della batteria aumenta, causando un graduale disordine dell'attività degli ioni, con conseguente aumento della resistenza interna e diminuzione delle variazioni della capacità di scarica.

6. Conclusione

Questo articolo indaga la relazione tra stato di carica e tensione a circuito aperto, velocità e capacità di scarica, capacità e temperatura delle batterie al litio ternarie. Si ottengono la legge dello stato di carica e della tensione a circuito aperto, la legge della capacità del monomero a diverse velocità di scarica e la legge della capacità e della temperatura.

1) La consistenza delle celle cilindriche della batteria al litio 18650 testate è buona e lo stato di carica è correlato in modo approssimativamente lineare alla tensione a circuito aperto. La tensione a circuito aperto può essere utilizzata per stimare lo stato di carica. L'utilizzo della tensione a circuito aperto per stimare lo stato di carica durante il tempo di spegnimento della batteria di alimentazione e l'utilizzo di altri metodi di stima durante la carica e la scarica possono migliorare l'accuratezza della stima SOC.

2) All'aumentare della corrente di scarica, aumenta la polarizzazione della concentrazione all'interno della batteria e aumenta anche la caduta di tensione causata dalla resistenza interna intrinseca della batteria al litio. Pertanto, all'aumentare della velocità di scarica, la capacità di scarica della batteria diminuisce.

3) A basse temperature, la velocità di diffusione degli ioni di litio all'interno della batteria è più lenta e, all'aumentare della temperatura, aumenta l'attività della batteria e aumenta la capacità di scarica.