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Batteria di potenza agli ioni di litio test di ciclismo e vibrazioni - Parte 1

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Batteria di potenza agli ioni di litio test di ciclismo e vibrazioni - Parte 1

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Negli ultimi anni, l'industria logistica automobilistica e il mercato della domanda e dell'offerta si sono sviluppati costantemente. Nel complesso, l'intero settore è entrato in un periodo di sviluppo stabile e rapido. Lo sviluppo dei veicoli elettrici è una tendenza nazionale e i veicoli elettrici sono ampiamente considerati come la direzione principale per la trasformazione e lo sviluppo dei futuri sistemi energetici e di alimentazione del settore automobilistico.

Oggi la batteria più diffusa per i veicoli logistici elettrici puri è costituita principalmente da batterie quadrate di grande capacità, che hanno processi di produzione complessi e costi di produzione elevati. Il volume di produzione delle batterie cilindriche di piccola capacità è elevato e le loro applicazioni sono più diffuse. I loro costi di produzione e sostituzione sono relativamente bassi.

Considerando i suoi forti vantaggi, come la semplicità del processo di produzione, la stabilità delle prestazioni, l'alto rendimento e il basso costo, le batterie cilindriche a piccola capacità saranno la scelta migliore. Tuttavia, a causa delle limitazioni delle batterie cilindriche di piccola capacità, che hanno capacità individuali ridotte (1,5-2,5 Ah), per soddisfare i requisiti di energia e tensione dei veicoli logistici elettrici puri, è necessario combinare un gran numero di celle della batteria in serie e in parallelo, con conseguenti problemi legati alla consistenza della batteria e all'affidabilità dei collegamenti. Questo articolo conduce principalmente una ricerca teorica sul raggruppamento su larga scala di batterie cilindriche agli ioni di litio di piccola capacità e testa le prestazioni di ciclaggio e la resistenza alle vibrazioni di campioni di moduli di batterie.

1 Ricerca teorica sulle batterie agli ioni di litio

1.1 Ricerca teorica sulla coerenza delle batterie

L'incoerenza delle batterie si riferisce alle differenze di parametri quali tensione, capacità e tasso di autoscarica della resistenza interna tra batterie con le stesse specifiche e lo stesso modello. La generazione di incoerenza si verifica principalmente nel processo di fabbricazione del prodotto.

A causa di problemi di processo e di materiali non omogenei, si verificano differenze minime all'interno della batteria. Questo tipo di incoerenza nella struttura interna e nel materiale della batteria può rendere impossibile che la capacità, la resistenza interna e altri fattori dello stesso lotto di batterie dello stesso tipo siano completamente coerenti.

Gli effetti negativi dell'aumento dell'incoerenza del pacco batterie sulle prestazioni delle batterie di potenza sono i seguenti:

(1) Riduzione della capacità utilizzabile del pacco batterie

A causa della tensione o della capacità incoerente del pacco batteria e dell'effetto di cortocircuito, durante le fasi di carica e scarica, alcune singole celle soddisfano prima le condizioni di cut-off, mentre altre batterie non soddisfano le condizioni di cut-off. Per evitare di sovraccaricare o scaricare la batteria, il sistema di gestione della batteria interviene, determinando una diminuzione della capacità effettiva utilizzabile del pacco batteria.

(2) Riduzione della durata del ciclo di vita del pacco batteria

Secondo l'effetto barile, la durata del ciclo di un pacco batterie è determinata dalla durata del ciclo del modulo con la vita più breve.

Per i veicoli logistici elettrici puri, a causa della bassa energia delle piccole batterie cilindriche agli ioni di litio, l'intero sistema di batterie richiede il collegamento in serie o in parallelo di un gran numero di singole batterie, con una quantità superiore a 3.000, il che rende inevitabilmente difficile il controllo della consistenza delle batterie.

La consistenza dei pacchi batterie è relativa, mentre l'inconsistenza è assoluta. L'incoerenza delle batterie si è già verificata durante la fase di produzione e nel processo di applicazione è necessario adottare alcune misure per attenuare la tendenza o la velocità di espansione dell'incoerenza delle batterie. Sulla base dell'esperienza applicativa e della ricerca sperimentale sulle batterie di potenza, vengono spesso adottate le seguenti sei misure per garantire che la durata del pacco batterie si avvicini gradualmente alla durata delle singole batterie.

1) Migliorare il livello della tecnologia di produzione delle batterie, garantire la qualità della batteria prima di uscire dalla fabbrica, in particolare la consistenza della tensione iniziale. Prima di lasciare la fabbrica per lo stesso lotto di batterie, viene condotta un'analisi di correlazione dei parametri basata su tensione, resistenza interna e dati di formazione della batteria per selezionare le batterie con una buona correlazione, al fine di garantire che le prestazioni dello stesso lotto di batterie siano il più possibile coerenti.

2) Quando si assemblano le batterie di potenza, è importante assicurarsi che il pacco batterie sia dello stesso tipo, delle stesse specifiche e dello stesso modello.

3) Durante l'utilizzo del pacco batterie, rilevare i parametri della singola batteria, in particolare la distribuzione della tensione in condizioni dinamiche e statiche (quando il veicolo elettrico è fermo o in funzione), cogliere la legge di sviluppo dell'incoerenza della singola batteria nel pacco batterie e regolare o sostituire tempestivamente le batterie con parametri estremi per garantire che l'incoerenza dei parametri del pacco batterie non aumenti con il tempo di utilizzo.

4) Eseguire una carica di mantenimento a bassa corrente sul pacco batteria a intervalli regolari per favorire l'equilibrio e il recupero delle prestazioni del pacco batteria stesso.

5) Garantire un buon ambiente di utilizzo del pacco batteria, cercando di assicurare un campo di temperatura uniforme del pacco batteria, ridurre le vibrazioni ed evitare acqua, polvere e altri tipi di inquinamento dei poli della batteria.

6) Adottare un sistema di bilanciamento del pacco batteria per una gestione intelligente della carica e della scarica del pacco batteria.

1.2 Ricerca sulla teoria della coerenza delle connessioni

Nei veicoli logistici elettrici puri, spesso è necessario collegare più di 3.000 celle della batteria in serie, in parallelo o in modo ibrido per soddisfare la richiesta di alta tensione e alta capacità, il che aumenta inevitabilmente il numero di punti di saldatura e porta a problemi di coerenza delle connessioni. Se si verificano distacchi o false saldature, si verifica un aumento della resistenza interna della connessione.

Da un lato, ciò avrà un impatto sulla carica e la scarica del sistema della batteria. D'altro canto, durante il funzionamento del veicolo, si verifica un riscaldamento nel punto di connessione che, nei casi più gravi, può causare problemi di sicurezza. Pertanto, in linea teorica, minore è il numero di punti di saldatura, maggiore è la consistenza del collegamento del sistema.

1.3 Ricerca sulla teoria della dissipazione del calore

Lo scambio di calore tra la batteria e il mondo esterno avviene attraverso la superficie della batteria. Più grande è la batteria, minore è la proporzione di superficie e meno facilmente il calore generato all'interno della batteria viene dissipato all'esterno. Inoltre, più grande è la batteria, più energia contiene e maggiore è il pericolo di rilascio istantaneo.

Pertanto, ai fini della sicurezza della batteria, nella progettazione della stessa è necessario determinare il volume massimo, la proporzione minima di area superficiale specifica e la forma appropriata di questo tipo di batteria in base ai parametri termici del materiale selezionato.

Ad esempio, per le batterie cilindriche, se utilizzate come batterie di potenza, quando il diametro supera un certo valore (circa 30 mm), la distribuzione della corrente, la distribuzione della temperatura, il trasferimento di calore, ecc. all'interno della batteria saranno notevolmente limitati, con gravi ripercussioni sulla durata della batteria e problemi di sicurezza nelle applicazioni ad alta corrente.

Utilizzando batterie di piccola capacità in parallelo, da un lato si migliora la conduttività del pacco batterie, in quanto l'utilizzo di batterie di piccole dimensioni in connessione parallela aumenta l'area conduttiva della connessione in modo invisibile.