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Test di temperatura per le batterie al litio per l'aviazione

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Test di temperatura per le batterie al litio per l'aviazione

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Le batterie al litio sono una delle fonti di energia indispensabili nell'industria aerospaziale di oggi, in quanto spesso servono come energia di riserva per l'avvio di varie apparecchiature dell'aeromobile, per le comunicazioni e per la risposta alle emergenze. Sono componenti importanti dei veicoli aerospaziali. Tuttavia, durante il normale funzionamento, le batterie al litio sono molto sensibili alla temperatura ambientale e l'impatto della temperatura è fondamentale durante l'uso ciclico della batteria, ma viene facilmente trascurato.

La capacità della batteria e le caratteristiche di carica e scarica cambiano con la temperatura e le temperature elevate o basse influiscono seriamente sulle prestazioni e sulla durata della batteria. Il funzionamento a lungo termine delle batterie al litio cobalto-acido per l'aviazione in ambienti sfavorevoli, come la bassa tensione e la bassa temperatura, porterà inevitabilmente a una riduzione della durata delle batterie al litio, che può portare seriamente alla rottamazione della batteria o a perdite imprevedibili. Pertanto, è necessario studiare le caratteristiche di temperatura delle batterie al litio-ossido di cobalto per l'aviazione.

Questo articolo approfondisce le variazioni della capacità della batteria e le caratteristiche di carica e scarica delle batterie all'ossido di cobalto e litio in diverse condizioni di temperatura. Attraverso esperimenti, verranno determinate le variazioni della capacità della batteria e delle caratteristiche di scarica delle batterie all'ossido di litio cobalto a diverse temperature, fornendo una base teorica per stimare il SOC delle batterie all'ossido di litio cobalto a diverse temperature.

1 Test

1.1 Oggetto della ricerca e attrezzatura di prova

L'oggetto della sperimentazione è costituito da batterie agli ioni di litio cobalto. La batteria ha una capacità nominale di 45Ah, una tensione nominale di 3,7V e può essere scaricata a una temperatura ambiente di -20~60 ℃. Il materiale del catodo della batteria è il cobalato di litio. Apparecchiatura di carica e scarica della batteria. Camera di prova per temperatura e umidità DGBELL per il controllo della temperatura.

1.2 Fasi sperimentali

Il test di capacità delle batterie al litio cobalto acido per l'aviazione adotta il metodo della scarica completa. Un numero sufficiente di batterie al litio cobalto acido viene collocato in ambienti con temperature diverse per gli esperimenti di scarica e viene discusso l'impatto delle variazioni di temperatura ambientale sulla capacità di scarica della batteria. Le fasi specifiche sono le seguenti:

(1) Attivare la batteria caricandola e scaricandola ripetutamente con una corrente di 0,5 C per attivare gli ioni interni della batteria;

(2) Il metodo di carica consiste nel caricare la batteria con una corrente costante di 0,2C. Quando la tensione della batteria raggiunge i 4,15 V, il metodo di carica passa alla carica a tensione costante fino a quando la corrente di carica scende a 03 A e la carica viene interrotta;

(3) Il metodo di scarica consiste nel lasciare la batteria a temperatura ambiente per 1b, quindi scaricarla a una corrente costante di 0,2C finché la tensione della batteria non scende a 3V per interrompere la scarica e calcolare la quantità di elettricità rilasciata dalla batteria;

(4) Modificare lo stato SOC della batteria: Effettuare esperimenti di carica e scarica, registrare le variazioni di tensione della batteria durante il processo di carica e scarica;

(5) Posizionare 7 batterie al litio-acido perforante dello stesso modello a -20, -10, 0, 10, 20, 30 e 40 ℃ per la carica e la scarica, con gli stessi passaggi di cui sopra;

(6) Registrare i risultati sperimentali, organizzare i dati sperimentali e calcolare la capacità di scarica della batteria;

(7) Spegnere l'alimentatore dopo la carica, spegnere il carico elettronico dopo la scarica e pulire l'apparecchiatura sperimentale;

(8) Sulla base dei dati sperimentali, tracciare la curva di variazione della tensione della batteria con il SOC a diverse temperature durante il processo di carica e scarica.

2 Risultati sperimentali e analisi

L'influenza della temperatura ambientale sulle caratteristiche di carica e scarica

Analizzando la curva di variazione della tensione, si può notare che la variazione di tensione nell'area della piattaforma delle batterie ricaricabili è significativa in ambienti a bassa temperatura. Con l'aumento della temperatura ambientale e l'applicazione della stessa quantità di carica, la tendenza alla variazione di tensione diminuisce. Quando le batterie a temperature diverse hanno la stessa tensione, le batterie a temperature ambiente più elevate hanno più massa che energia. Se il sistema di gestione della batteria non imposta il rilevamento della temperatura, le batterie potrebbero scaricarsi o sovraccaricarsi a basse temperature, ma non caricarsi completamente ad alte temperature, compromettendo così la durata della batteria

Nella fase iniziale della carica, viene adottata una carica a corrente costante e la batteria assorbe calore. Con l'avanzare del processo di carica, l'aumento della temperatura della batteria si intensifica. Dopo aver raggiunto la tensione massima di carica, si passa alla carica a tensione costante e la crescita della tensione della batteria rallenta. Più bassa è la temperatura, più facile è per la batteria raggiungere la tensione di interruzione della carica

Analizzando le variazioni della curva, si può notare che in condizioni di scarica a corrente costante, la variazione di tensione delle batterie al litio con acido di perforazione per l'aviazione può essere suddivisa approssimativamente in tre fasi:

(1) nella fase iniziale di scarica, la tensione della batteria scende rapidamente;

(2) dopo un certo periodo di scarica, la tensione della batteria diminuisce lentamente ed entra nella zona della piattaforma;

(3) al termine della scarica (con uno stato di carica inferiore a 0,2 S0C), la tensione della batteria mostra una tendenza lineare al ribasso.

Quando una batteria al litio si scarica da una tensione di 4,2 V a 3,7 V, ci vuole molto tempo, ma una volta superati i 3,7 V, la tensione della batteria scende rapidamente. Ciò è dovuto al fatto che la batteria è dotata di una piattaforma di scarica e l'area della piattaforma è quella in cui la potenza della batteria è più sufficiente. Nella fase intermedia della scarica, la tensione delle batterie all'ossido di cobalto e litio diminuisce lentamente. Quando il valore SOC è inferiore a 0,2 e la batteria continua a scaricarsi, la tensione scende rapidamente e la differenza non è significativa a diverse temperature; quando la tensione della batteria è di 38 V, il SOC della batteria in un ambiente a 40 ℃ è di circa 0,6, mentre il SOC della batteria in un ambiente a 20 ℃ è solo di circa 0,2. Ciò significa che più la temperatura è bassa, più il valore SOC è basso. Ciò significa che quanto più bassa è la temperatura, tanto più facile è per la batteria raggiungere la condizione di scarica.

Tracciando le curve di tensione a temperature di 40, 20 ℃ e -10 ℃, si può notare che la curva di tensione è diversa. La curva di tensione differisce tra i processi di carica e di scarica e la curva di tensione ottenuta dalla scarica è sempre leggermente inferiore a quella ottenuta dalla carica. Ciò è dovuto al fatto che quando la batteria viene caricata fino a un certo valore SOC e inizia a rimanere ferma, la tensione continua a diminuire fino ad avvicinarsi gradualmente al vero valore di tensione della batteria, mentre quando viene scaricata fino allo stesso valore SOC e inizia a rimanere ferma, la tensione continua ad aumentare fino ad avvicinarsi gradualmente allo stesso vero valore di tensione della batteria.

A causa del lento processo di convergenza e del lungo tempo necessario, anche se la batteria è rimasta ferma per un periodo di tempo considerevole quando si misura la tensione, la tensione ottenuta sulla curva di scarica è ancora inferiore a quella ottenuta sulla curva di carica. Inoltre, al diminuire della temperatura, la differenza tra le curve di carica e di scarica si riduce gradualmente.

3 Conclusioni

Questo articolo analizza la relazione tra la temperatura e le caratteristiche delle batterie al litio con acido di cobalto per l'aviazione, testando le variazioni della capacità di carica e delle curve di tensione di scarica delle batterie al potassio con acido di cobalto per l'aviazione a diverse temperature. Si possono trarre le seguenti conclusioni:

(1) La variazione di capacità della batteria al litio ossido di cobalto per aviazione è particolarmente evidente a bassa temperatura. Quando la temperatura ambiente è di -20 ℃, la capacità di carica della batteria può raggiungere solo il 62% della capacità nominale. Con l'aumento della temperatura, la capacità della batteria aumenta e la capacità di carica può raggiungere il 107% SOC alla temperatura ambiente di 40 ℃. Pertanto, la temperatura dell'ambiente di lavoro della batteria deve essere mantenuta il più possibile nell'intervallo 0~40 ℃;

(2) Durante il processo di carica e scarica, la tensione della batteria cambia al variare della temperatura ambientale. Quanto più bassa è la temperatura, tanto più facile è per la batteria raggiungere la tensione di interruzione della carica e della scarica. A parità di tensione della batteria, più bassa è la temperatura, minore è il valore SOC della batteria;

(3) La tensione ottenuta sulla curva di scarica è inferiore a quella ottenuta sulla curva di carica e la differenza di pressione deriva dalla resistenza interna della batteria