Test a bassa temperatura della batteria al litio

Il sistema della batteria di alimentazione è un sottosistema chiave dei veicoli elettrici e le sue prestazioni influiscono direttamente sulla potenza, l'economia e la sicurezza dei veicoli elettrici.

La carica e la scarica continue durante l'uso delle batterie di alimentazione possono avere un impatto sulla temperatura della batteria e temperature della batteria alte o basse possono influire sulle prestazioni, sulla durata e sulla sicurezza del sistema di batterie. Pertanto, l'adattabilità delle batterie agli ioni di litio alla temperatura è diventata uno dei fattori chiave che ne limitano l'applicazione nei veicoli elettrici e la gestione termica della batteria è diventata una tecnologia chiave per garantire prestazioni, durata e sicurezza della batteria.

La temperatura di funzionamento ottimale per le batterie di alimentazione è di 15 ℃ C-45 ℃ e l'intervallo di temperatura di funzionamento effettivo è di -30 ℃ -60 ℃. Durante il funzionamento invernale, i veicoli elettrici spesso subiscono una diminuzione dell'autonomia. La ragione di questa situazione è che la capacità di scarica del sistema di batterie di potenza stesso in inverno è inferiore a quella a temperatura ambiente. Se l'aria condizionata dell'auto è accesa contemporaneamente, l'autonomia del veicolo elettrico è gravemente insufficiente durante il funzionamento invernale. A basse temperature, l'attività dello ione di litio stesso è relativamente bassa e l'elettrolita è per lo più in uno stato solido o semi solidificato. Quando lo ione di litio migra, la resistenza è elevata, una scarsa attività porta a scarse prestazioni di scarica.

Questo articolo studia principalmente gli effetti della temperatura ambientale e della velocità di scarica sulle prestazioni elettriche e termiche delle batterie al litio. Analizza la piattaforma di tensione, la temperatura, le variazioni di capacità delle batterie al litio a diverse temperature ambientali e velocità di scarica, nonché le variazioni delle prestazioni della batteria nelle condizioni di scarica dei moduli batteria forniti da un determinato fornitore.

La temperatura di funzionamento ottimale per le batterie di alimentazione è di 15 ℃ -45 ℃ e l'intervallo di temperatura di funzionamento effettivo è di -30 ℃ -60 ℃. Durante il funzionamento invernale, i veicoli elettrici spesso subiscono una diminuzione dell'autonomia. La ragione di questa situazione è che la capacità di scarica del sistema di batterie di potenza stesso in inverno è inferiore a quella a temperatura ambiente. Se contemporaneamente viene accesa l'aria condizionata dell'auto, l'autonomia del veicolo elettrico durante il funzionamento invernale è gravemente insufficiente.

A basse temperature, l'attività degli ioni di litio nel sistema della batteria di potenza è relativamente bassa e l'elettrolita è per lo più in uno stato solido o semi solidificato. Quando gli ioni di litio migrano, la resistenza è elevata e la scarsa attività porta a scarse prestazioni di scarica. Questo articolo studia principalmente l'impatto della temperatura ambientale e della velocità di scarica sulle prestazioni elettriche e termiche delle batterie al litio e analizza la piattaforma di tensione, la temperatura e le variazioni di capacità e le variazioni delle prestazioni della batteria in condizioni di scarica dei moduli batteria forniti da un determinato fornitore .

1 Test a bassa temperatura

Oggetto di prova: modulo batteria, 43,8 V, 37,0 Ah

Apparecchiature di prova: camera a temperatura e umidità costante DGBELL, apparecchiature di carica e scarica

Il metodo di prova consiste nel selezionare cinque punti di temperatura con temperature ambiente di 25 ℃, 10 ℃, 0 ℃, 10 ℃ e -20 ℃ e condurre test di scarica con velocità di scarica rispettivamente di 1C, 0,3C e 0,5C. Sulla base dello spettro stradale delle condizioni di lavoro effettive ottenuto dal test del veicolo, viene convertito in corrente delle condizioni di lavoro e sottoposto a test di scarica a temperature ambiente di 25 ℃, 0 ℃ e -20 ℃. Registrare la temperatura, la capacità, l'energia, la tensione, la corrente e altri dati dei test di cui sopra.

2 Risultati del test

2.1 Piattaforma di scarico

A diverse temperature ambientali, la piattaforma di scarica della batteria diminuisce con la diminuzione della temperatura ambientale. A -20 ℃, la piattaforma di scarico diminuirà rapidamente durante la fase iniziale di scarico, raggiungendo una fase di "depressione". Questo perché a basse temperature l'elettrolita si trova in uno stato solidificato o semi solidificato e la conduttività dell'elettrolita diminuisce, determinando una rapida diminuzione della piattaforma di scarica.

Man mano che il processo di scarico procede, la piattaforma di scarico sale lentamente fino allo stadio di plateau. Durante questo periodo, con l'avanzare del processo di scarica, all'interno della batteria viene generato calore che fonde l'elettrolita, ne aumenta la conduttività, riduce la resistenza al flusso di elettroni e solleva la piattaforma di scarica. Dopo aver raggiunto una piattaforma di scarico normale, l'andamento dello scarico è lo stesso di quello a temperatura ambiente. Sebbene la tendenza delle piattaforme di scarica della batteria sia la stessa, al diminuire della temperatura ambiente diminuisce anche la piattaforma di tensione.

Più bassa è la temperatura ambiente, più basso è il "trogolo" della piattaforma di tensione. Confrontando i tre tassi di scarico, si può vedere che c'è poca differenza nel plateau di scarico sopra 0 ℃, mentre il plateau di scarico sotto 0 ℃ diminuisce di più. E rispetto alle diverse temperature ambiente, minore è la temperatura ambiente, minore è il tempo di scarica.

2.2 Temperatura superficiale della batteria

Sono state confrontate le variazioni della differenza di temperatura con diverse velocità di scarico e temperature ambientali. Alla stessa velocità di scarica, minore è la temperatura ambiente, maggiore è l'aumento della temperatura. Ad esempio, a una temperatura ambiente di -20 ℃, l'aumento medio della temperatura sulla superficie di una batteria scarica da 1C è di 35 ℃; A una temperatura ambiente di 25 ℃, l'aumento medio della temperatura sulla superficie di una batteria scarica da 1C è di 12 ℃. Ciò indica anche che a basse temperature viene utilizzata più energia per il riscaldamento della batteria, con conseguente minore produzione di energia.

Alla stessa temperatura ambiente, minore è la velocità di scarica, minore è l'aumento della temperatura sulla superficie della batteria. Ad esempio, a una temperatura ambiente di -20 ℃, l'aumento medio della temperatura sulla superficie di una batteria scarica di 0,5 C è di 26 ℃; A una temperatura ambiente di 20 ℃, l'aumento medio della temperatura sulla superficie di una batteria scarica di 0,3 C è di 21 ℃. Ciò indica che quando la temperatura ambiente è bassa, è necessario utilizzare una corrente inferiore per la scarica. Il primo effetto è garantire l'efficienza di uscita dell'energia della batteria; Il secondo è garantire la durata della batteria.

2.3 Capacità di scarico

Dai risultati del test si può vedere che con la stessa velocità di scarica, la capacità di scarica diminuisce gradualmente al diminuire della temperatura ambiente. A una temperatura ambiente di -20 ℃, l'energia rilasciata durante la scarica a 0,3 C è la più bassa, pari all'86% di quella a 25 ℃. Minore è la velocità di scarica, minore è la temperatura ambiente e minore è la quantità di elettricità scaricata. A una temperatura ambiente di 25 ℃, la capacità di scarica a 0,3°C è leggermente superiore, mentre ad altri punti di temperatura la capacità di scarica a 1°C è maggiore.

4. Conclusione

In ambienti a bassa temperatura, l'attività degli ioni di litio nelle batterie è relativamente bassa, la forza del flusso dell'elettrolita è elevata, la conducibilità è ridotta e la capacità di scarica è ridotta, il che influisce sul funzionamento dei veicoli elettrici puri. Sulla base di test sperimentali, sono stati ottenuti l'effettiva piattaforma di scarica e le variazioni della temperatura superficiale della batteria a diverse temperature ambientali, velocità di scarica e condizioni operative. Sono state tratte le seguenti conclusioni:

(1) La piattaforma di scarico diminuirà con la diminuzione della temperatura ambientale e ci sarà una "depressione" quando la temperatura ambientale è inferiore a 0 ℃. Dopo il "vassoio", la piattaforma di scarico si solleverà lentamente e, quando si alza in una certa misura, l'andamento della piattaforma di scarico è coerente con quello della piattaforma di scarico a temperatura ambiente.

(2) Al diminuire della temperatura ambiente, minore è il tempo di scarica, minore è la quantità di elettricità rilasciata. Alla stessa temperatura, capacità 1C > capacità 0,5C > capacità di scarica 0,3C.

(3) Quando la temperatura ambiente diminuisce, l'aumento della temperatura aumenta. A una temperatura ambiente di -20 ℃, durante la fase di scarica di 1C, la temperatura della batteria aumenta di 35 ℃, con più energia utilizzata per il riscaldamento della batteria. Capacità di scarico ridotta.

(4) Tra i punti di temperatura testati, la capacità di scarica è la più bassa a una temperatura ambiente di -20 ℃ e 0,3C. La capacità di scarica è dell'86% a 25 ℃.

(5) Durante la scarica in condizioni operative, quando la temperatura ambiente è di -20 ℃, la batteria viene utilizzata al di sotto di 0 ℃. Questa condizione operativa ha un impatto significativo sulla durata della batteria. Si consiglia di trattare il sistema batteria con isolamento, riscaldamento e altre misure a basse temperature.