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Test di ciclaggio della batteria EV Power - Parte 2

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Test di ciclaggio della batteria EV Power - Parte 2

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2.2 Analisi dei dati del test di ciclo per il sistema di batterie di alimentazione

(1) Sistema di batterie di potenza 100% carica scarica ciclo profondo

Il sistema di batterie di potenza è stato sottoposto a 170 test di durata al 100% di carica e scarica profonda (100% DOD), con una temperatura del refrigerante di 25 ℃ e una portata di 8 L/min durante il processo di ciclaggio a temperatura ambiente (25 ± 5) ℃. La curva di relazione tra la capacità di carica e scarica e il numero di cicli mostra che la capacità di scarica iniziale è di 38,94 Ah e la capacità di scarica dopo 170 cicli è di 38,73 Ah, con un tasso di conservazione della capacità del 99,46%. Tra questi, l'efficienza coulombiana (che è pari alla percentuale della capacità di scarica e della capacità di carica) è sempre superiore al 100%; nei primi 15 cicli, la capacità di scarica ha mostrato una tendenza all'aumento, indicando che il sistema di batterie di potenza è in fase di attivazione

(2) 80% di durata del ciclo profondo di carica e scarica per il sistema di batterie di potenza

Capacità di scarica del sistema e numero di cicli.

Il sistema di batterie di potenza è sottoposto a un test di durata di 2500 cicli a temperatura ambiente (25 ± 5) ℃, con una temperatura del refrigerante di 25 ℃ e una portata di 8L/min durante il processo di ciclaggio, utilizzando l'80% di DOD.

Eseguire un test delle prestazioni una tantum ogni 200 o 100 cicli (con una capacità di calibrazione di 200 cicli prima di 1600 cicli e 100 cicli dopo 1600 cicli). Eseguire 3 volte la carica e la scarica al 100% DOD per calibrare la capacità. Eseguire test DCIR con diverse correnti di impulso al 50% SOC.

La capacità di scarica iniziale del sistema di batterie è di 38,98 Ah. Dopo 2500 cicli, la capacità di scarica è di soli 10,20 Ah. Prima di 1200 cicli, la capacità decade lentamente, con una perdita di capacità di 5,58 Ah. Successivamente, la capacità decade rapidamente, con una perdita di capacità di 23,2 Ah tra i 1200 e i 2500 cicli, con un tasso di perdita di capacità del 59,5%. Durante l'intero ciclo di vita, il tasso di decadimento della capacità è del 73,8%. L'efficienza di Coulomb mostra una tendenza prima ad aumentare e poi a diminuire. Prima di 400 cicli, l'efficienza di Coulomb aumenta continuamente e poi diminuisce gradualmente. Dopo 1700 cicli, l'efficienza di Coulomb è inferiore al 100%

L'andamento complessivo della durata dei cicli di questo sistema di batterie di potenza è che il decadimento della capacità accelera con l'aumentare dei cicli. Questo è diverso dall'andamento del degrado della capacità delle celle della batteria riportato in letteratura, poiché il sistema di batterie è composto da un gran numero di celle e l'incoerenza delle celle ha un impatto significativo sulla capacità del sistema di batterie. Allo stesso tempo, la tendenza della variazione della capacità delle celle della batteria è confusa e si differenzia dalla tendenza della variazione della capacità delle celle della batteria.

Durata del ciclo del sistema e differenza di pressione individuale

Per studiare l'effetto della differenza di pressione delle celle della batteria sulla capacità del sistema di batterie, in 2500 cicli di test è stata registrata la differenza di pressione tra la tensione più alta e la tensione più bassa di 84 celle della batteria nel pacco batteria di fine carica e di fine scarica in ogni test di prestazione. Dai risultati sperimentali, si può notare che la differenza di tensione iniziale del terminale di scarica del sistema di batterie è di 0,171 V e la differenza di tensione del terminale di carica è di 0,018 V. Dopo 2500 cicli, la differenza di tensione del terminale di scarica è di 0,550 V e la differenza di tensione del terminale di carica è di 0,286 V. Dai risultati si evince che, da un lato, la differenza di pressione all'estremità di scarica è sempre maggiore di quella all'estremità di carica per tutta la durata del ciclo e mostra una tendenza graduale all'aumento.

D'altra parte, con l'aumentare del numero di cicli, sia la differenza di pressione all'estremità di carica che quella all'estremità di scarica continuano ad aumentare. Il tasso di aumento è sempre più rapido;

Di conseguenza, durante il processo di ciclaggio, anche il tasso di degrado della capacità del sistema di batterie diventa sempre più rapido con l'aumento della differenza di pressione della cella della batteria, soprattutto dopo 1200 cicli, questo modello corrispondente diventa più evidente.

Nella fase iniziale del test di durata del ciclo, la differenza di pressione del sistema di batterie è relativamente piccola e il degrado della capacità è causato principalmente dal degrado della capacità delle singole celle della batteria che compongono il sistema. Con l'aumentare del numero di cicli, la tensione di alcune celle della batteria diminuisce, facendo sì che la tensione totale o la tensione delle celle del sistema di batterie raggiunga in anticipo la condizione di interruzione della scarica. Al contrario, altre celle non hanno ancora raggiunto la condizione di interruzione della scarica, causando una scarica incompleta di questa parte della capacità delle celle e una diminuzione della capacità di scarica del sistema di batterie.

Pertanto, nel caso di una grande differenza di pressione, la capacità di scarica del sistema di batterie non può riflettere pienamente la capacità del sistema di batterie stesso. In sintesi, la tendenza alla variazione della capacità nei sistemi di batterie è una manifestazione completa dell'attenuazione della capacità delle celle della batteria stessa e dell'intensificazione dell'incoerenza tra le celle della batteria, che è significativamente diversa dalla legge dell'attenuazione della capacità delle celle.

Durata del ciclo del sistema e resistenza CC

Il test DCIR del sistema di batterie prevede la carica del sistema a una tensione totale di 311,56 V, seguita da 20 A di carica e 20 A di scarica per 10 secondi ciascuno, e da 120 A di carica e scarica per 10 secondi ciascuno. Vengono calcolati i valori di resistenza in corrente continua per ogni impulso di corrente. Il DCIR (resistenza interna in corrente continua) è un test della resistenza interna in corrente continua di una batteria, che comprende due parti: la resistenza ohmica e la resistenza di polarizzazione. La misurazione della resistenza interna CC è un metodo per considerare e misurare entrambe le parti della resistenza.

La resistenza interna è un indicatore importante per misurare le prestazioni della batteria. Le batterie con bassa resistenza interna hanno una forte capacità di scarica di corrente, mentre quelle con alta resistenza interna hanno l'opposto. Dai risultati si evince che, con il progredire del ciclo, la DCIR mostra una tendenza prima a diminuire, poi a stabilizzarsi e quindi ad aumentare gradualmente, e le resistenze interne di carica e scarica mostrano la stessa tendenza a cambiare a diverse correnti.

Dopo 1200 cicli, l'aumento della resistenza interna DCIR del sistema di batterie è accelerato, il che corrisponde al decadimento accelerato della capacità e all'aumento accelerato della differenza di pressione terminale di carica e scarica dopo 1200 cicli. La resistenza interna di 20 A di carica e scarica è aumentata da 130,0 mΩ e 120,0 mΩ prima dell'inizio della durata del ciclo a 160,0 m Ω e 150,0 mΩ alla fine della durata del ciclo. La resistenza interna di carica e scarica a 120 A è passata da 115,0 mΩ e 113,0 m Ω prima dell'inizio della durata del ciclo a 147,5 mΩ e 150,8 mΩ alla fine della durata del ciclo

A causa della tensione totale del sistema di 311,56 V, la potenza di carica e scarica a 20 A è di 6231,2 W e la potenza di carica e scarica a 120 A è di 37387,2 W. Dai risultati, si può concludere che dopo la fine del ciclo di vita, i tassi di perdita di potenza del sistema durante la carica e la scarica a 20 A sono rispettivamente dell'1,03% e dello 0,96%. A 120 A di corrente, i tassi di perdita di potenza durante la carica e la scarica sono rispettivamente del 5,68% e del 5,81%. L'aumento della resistenza interna della corrente continua porta a un aumento della perdita di potenza nel sistema di batterie e, quanto maggiore è la carica e la scarica, tanto più significativa è la perdita di potenza causata dalla resistenza interna.

Nell'uso reale, la resistenza interna CC del sistema di batterie di potenza ha un effetto divisore di tensione rispetto al carico esterno, vale a dire che maggiore è la resistenza interna, maggiore è la caduta di pressione causata; allo stesso tempo, l'aumento della resistenza interna porta a una corrispondente diminuzione della potenza di uscita esterna del sistema di batterie; l'aumento del consumo di energia sulla resistenza interna porta a un aumento della generazione di calore all'interno del monomero, con conseguente aumento della temperatura interna.

Da un lato, l'aumento della resistenza interna di ogni singola cella durante il processo di ciclaggio è diverso e la caduta di tensione che ne deriva è anch'essa incoerente, con conseguente aumento dell'incoerenza di tensione tra le singole celle; dall'altro, l'aumento del consumo di energia sulla resistenza interna può portare a un aumento della temperatura interna delle singole batterie, con conseguente diminuzione dell'uniformità della temperatura all'interno del sistema di batterie. La differenza di temperatura aggraverà ulteriormente l'incoerenza di tensione tra le singole batterie.

Pertanto, con l'avanzare della durata del ciclo, la differenza di resistenza interna tra i monomeri porterà a un aumento dell'incoerenza di tensione tra i monomeri. Allo stesso tempo, un aumento della resistenza interna causerà un aumento della generazione di calore e una maggiore differenza di temperatura, portando ulteriormente a una diminuzione della coerenza di tensione tra i monomeri. L'effetto di accoppiamento tra la resistenza interna e la temperatura aggraverà l'incoerenza tra le singole tensioni, ridurrà la capacità di scarica del sistema di batterie e ne accorcerà la durata del ciclo.

3 Conclusione

(1) Nei sistemi a batteria, la resistenza interna delle celle aumenta e la differenza di pressione tra le celle aumenta per effetto della divisione della tensione. Allo stesso tempo, l'aumento della resistenza interna aumenta la generazione di calore all'interno della batteria e la differenza di temperatura all'interno del sistema di batterie aumenterà ulteriormente la differenza di pressione tra le celle della batteria.

L'effetto di accoppiamento tra le variazioni della resistenza interna delle singole celle e la temperatura non uniforme all'interno del sistema di batterie porta a un aumento accelerato della differenza di pressione delle singole celle, che a sua volta porta a un'accelerazione del degrado della capacità del sistema di batterie e influisce sulla sua durata.

(2) La capacità di scarica di questo sistema ternario di batterie di potenza durante il processo di ciclaggio è indipendente dalla variazione delle condizioni di ciclaggio con il numero di cicli e segue una legge di decadimento della funzione di potenza. Questo modello di vita del sistema di batterie di potenza può prevedere e valutare la durata effettiva del sistema di batterie di potenza e fornire una base per un uso ragionevole del sistema di batterie.

(3) Per i monomeri delle batterie di potenza, i tassi di ritenzione della capacità del 100% DOD e dell'80% DOD a temperatura ambiente sono entrambi superiori ai corrispondenti tassi di ritenzione della capacità del sistema di batterie. Allo stesso tempo, i tassi di ritenzione della capacità dei monomeri delle batterie di potenza dopo il ciclo di vita al 100% DOD sono maggiori di quelli dopo il ciclo di vita all'80% DOD sia a temperatura ambiente che a 40°C. Inoltre, il tasso di degradazione della capacità del ciclo di vita a 40°C è maggiore di quello a temperatura ambiente, il che indica che la batteria subirà una rapida riduzione della capacità alle alte temperature, riducendo la durata del ciclo della batteria.