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Test di temperatura della batteria agli ioni di litio a cella singola

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Test di temperatura della batteria agli ioni di litio a cella singola

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Negli ultimi anni, le principali case automobilistiche hanno lanciato continuamente veicoli ibridi ed elettrici puri. Le batterie agli ioni di litio sono ampiamente utilizzate come batterie di potenza grazie ai loro vantaggi, come l'elevata potenza di uscita, l'alta densità di energia, la lunga durata dei cicli e l'assenza di effetto memoria. Tuttavia, le automobili sono veicoli utilizzati in ogni condizione climatica, con condizioni di utilizzo complesse e condizioni di guida variabili. Le batterie agli ioni di litio vengono spesso caricate e scaricate a temperature e ritmi ambientali diversi.

Pertanto, per studiare la gestione termica delle batterie di potenza, è necessario studiare l'impatto della temperatura ambientale sulle prestazioni della batteria. Pertanto, questo articolo prende come oggetto di ricerca una singola cella di una batteria al litio-ferro-fosfato da 50 Ah e conduce esperimenti di carica e scarica nell'intervallo tra -40 ℃ e 40 ℃ fornito da una scatola a temperatura costante per studiare l'influenza della temperatura ambientale sulla tensione di scarica, sulla resistenza interna e sulle prestazioni termiche della batteria.

1 Preparazione del test

L'apparecchiatura di carica e scarica della batteria ha una tensione di carica e scarica di 0-100V, una corrente di carica e scarica di 0-200A e un'accuratezza di test di ± 0,2%. La temperatura ambiente è mantenuta costante da una camera di prova a temperatura e umidità costanti. L'intervallo di controllo della temperatura di questo dispositivo è di -55 ℃ -150 ℃, con un controllo preciso della temperatura e un errore ridotto. La variazione di temperatura della batteria durante il processo di carica e scarica viene misurata dal sistema di raccolta della temperatura in diversi punti della batteria. La batteria di prova è una batteria al litio-ferro-fosfato da 50Ah, con energia e potenza bilanciate.

2 L'effetto della temperatura sulla tensione di scarica della batteria

Per studiare le prestazioni delle batterie agli ioni di litio a diverse temperature ambientali, è stata effettuata una carica a corrente costante a temperatura ambiente fino al raggiungimento della tensione di scarica. La velocità di carica è di 0,3C e la tensione di cut-off è specificata come 365V. Caricare con una tensione costante di 3,65 V fino a quando la corrente di carica è inferiore a 1A e il processo di carica termina. Posizionare quindi la batteria in un forno a temperatura costante e lasciarla riposare per 3 ore. Infine, eseguire la scarica a corrente costante a una certa velocità fino a quando la tensione di taglio è di 25V. Eseguire la scarica a corrente costante a 0,5 C e 1 C in ambienti rispettivamente di -40 ℃, -20 ℃, 0 ℃, 20 ℃ e 40 ℃.

Attraverso il confronto dei dati, si può notare che quando le condizioni di velocità di scarica della batteria sono le stesse, una graduale diminuzione della temperatura porterà a una graduale diminuzione della tensione durante il processo di scarica. Si può osservare che nell'intervallo di temperatura compreso tra 0 ℃ e 40 ℃, l'andamento della tensione durante il processo di scarica è dolce e lento, mentre al di sotto di 0 ℃ la tensione di scarica diminuisce notevolmente e a -40 ℃ la batteria non può più funzionare normalmente. Quando la batteria viene scaricata a 1°C in un ambiente di -20 ℃, la curva di scarica presenta una chiara forma a doppio gradino e la tensione di scarica massima viene raggiunta a 20 ℃.

3 L'influenza della temperatura sulla resistenza interna CA delle batterie

Quando si misura la resistenza interna CA di una batteria, una piccola tensione o una corrente di una certa frequenza viene applicata ai poli positivo e negativo della batteria e il valore della resistenza interna si ottiene in base alla risposta di questa tensione o corrente. Durante il test, la tensione del segnale misurato è di 5mV, la frequenza è di 1kHz e il tempo di misura è di 6h. Dai dati si evince che, entro un certo intervallo di temperatura, la resistenza interna di una batteria iniziale da 1h completamente carica aumenta rapidamente con il passare del tempo, e successivamente il valore della resistenza rimane sostanzialmente stabile. Pertanto, si ritiene opportuno che la singola batteria dell'esperimento entri in uno stato stabile quando viene lasciata in un forno a temperatura costante per 2 ore o più.

4 Caratteristiche dell'aumento di temperatura delle batterie a cella singola

Per studiare l'aumento di temperatura delle batterie a cella singola in diverse condizioni operative, sono stati condotti esperimenti di scarica con tre metodi: 0,5C, 1C e 2C. Caricare la batteria a una corrente costante di 0,3 C in un ambiente a 25 ℃. Quando la tensione raggiunge il limite superiore di 3,65 V, caricare la batteria a una tensione costante di 3,65 V finché la corrente di carica non è inferiore a 1A e il processo di carica termina. Posizionare quindi la batteria in un forno a temperatura costante e lasciarla riposare per 3 ore. Eseguire quindi una scarica a corrente costante a 0,5 C, 1 C e 2 C e riassumere la curva di variazione della temperatura di uno dei punti di misurazione a 0,5 C, 1 C e 2 C di scarica.

All'aumentare della velocità di scarica, aumenta la velocità di aumento della temperatura sulla superficie della batteria, il tempo di scarica diminuisce e la stabilità della scarica diminuisce gradualmente. Se le prestazioni delle singole batterie all'interno del pacco batterie sono leggermente diverse, lo squilibrio nella distribuzione del calore all'interno del modulo aumenterà inevitabilmente. Al termine della scarica in questo esperimento, le temperature del punto 3 a velocità di scarica di 0,5 C, 1 C e 2 C erano rispettivamente di 39,40 ℃, 42,39 ℃ e 53,84 ℃.

5 Conclusioni

Questo articolo stabilisce una piattaforma sperimentale per la carica e la scarica di una singola batteria agli ioni di litio e conduce esperimenti in condizioni di carica a corrente costante e poi a tensione costante e in condizioni di scarica a corrente costante a diverse temperature e velocità. Ha studiato gli effetti delle diverse temperature ambientali sulla tensione di scarica, sulla resistenza interna e sulle caratteristiche di aumento della temperatura delle batterie.

La temperatura è un fattore importante che influenza la tensione di carica e di scarica delle batterie. A parità di velocità di scarica, la tensione di scarica diminuisce sostanzialmente al diminuire della temperatura. Per le batterie agli ioni di litio, una temperatura adeguata può favorire le reazioni chimiche, accelerare il tasso di reazione chimica della batteria e promuovere il tasso di evaporazione dell'elettrolita.

In ambienti a bassa temperatura, le prestazioni di carica e scarica delle batterie agli ioni di litio continuano a deteriorarsi. L'andamento dell'aumento della temperatura varia in base alle diverse velocità di scarica e, con l'aumento della velocità di scarica, aumentano anche la produzione di calore e la velocità della batteria. Quando la corrente di scarica aumenta, la reazione elettrochimica all'interno della batteria si intensifica, causando un graduale aumento della temperatura interna e della differenza di temperatura locale sulla superficie della batteria, con conseguente riduzione del tempo di scarica e graduale diminuzione della stabilità di scarica