Test de température et de décharge pour batterie Li-ion

Test de température et de décharge pour batterie Li-ion

Analyse de l'état actuel des applications des batteries lithium-ion

L'industrie automobile en développement rapide a apporté du confort aux gens, tandis que ses gaz d'échappement sont devenus le principal responsable de la pollution de l'air urbain. D'autre part, en tant que sources d'énergie non renouvelables, la consommation de pétrole et de gaz naturel augmente progressivement et finira par se tarir dans un avenir proche. La conservation de l'énergie et la protection de l'environnement sont devenues des enjeux sociaux très importants.

Les véhicules électriques (EVS) et les véhicules électriques hybrides (HEVS) sont développés pour réduire la consommation d'énergie et la pollution causées par les véhicules à essence. Les batteries de puissance avancées actuellement utilisées dans les véhicules électriques comprennent principalement des batteries de puissance nickel-hydrogène et des batteries de puissance lithium-ion. Les batteries au lithium-ion ont une énergie spécifique élevée, une longue durée de vie et une puissance spécifique élevée. Avec la réduction des coûts, elles remplaceront progressivement les batteries nickel-hydrogène actuelles comme principal système de stockage d'énergie pour les véhicules électriques. La viabilité économique des VHE et des VE dans la concurrence du marché est un aspect crucial. L'estimation précise et en temps réel de l'état de charge de la batterie (SOC) a un impact significatif sur la viabilité économique des véhicules hybrides.

Les matériaux d'électrode positive des batteries de puissance lithium-ion comprennent principalement l'oxyde de manganèse lithium, le phosphate de fer lithium et les matériaux ternaires d'oxyde de manganèse lithium nickel cobalt. Par rapport aux deux autres matériaux d'électrode positive, les matériaux ternaires ont une tension de plate-forme, une capacité spécifique et une densité de compactage plus élevées, qui déterminent la densité d'énergie des batteries utilisant ce matériau d'électrode positive. Si les performances de sécurité des batteries lithium-ion ternaires peuvent être améliorées dans une certaine mesure, elles auront un grand espace d'application dans les véhicules électriques et les systèmes de stockage d'énergie.

2 Objets de test et plateformes de test

Objet de test: batterie de puissance lithium-ion ternaire 18650 cylindrique. Obtenir ses caractéristiques de base. Les paramètres de base de la batterie à cellule unique sont : capacité nominale 20 Ah, tension nominale 37 V et masse 41 g.

La plate-forme de test des cellules et des modules de batterie peut simuler les conditions de fonctionnement du véhicule, obtenir des données expérimentales pendant la charge et la décharge du module et vérifier l'efficacité de la conception de la structure du module et de la conception du BMS.

La plate-forme de test est divisée en 5 parties : équipement de charge et de décharge de batterie, chambre à température constante , carte d'acquisition de données de batterie, ordinateur d'enregistrement et d'analyse des données de batterie et de contrôle, et module de batterie à tester. L'ordinateur obtient et enregistre les informations de la batterie (tension, température, courant) grâce à l'interaction des données avec la carte d'acquisition de données. Le logiciel d'analyse de données intégré au modèle de batterie analyse l'état de la batterie et les méthodes de charge correspondantes, et contrôle la sortie du moteur de charge et de décharge en conséquence. La boîte à température constante fournit des conditions de champ de température pour les tests de batterie, et le moteur de charge et de décharge fournit une source d'alimentation et une charge pour la batterie.

3 SOC et test de tension en circuit ouvert

3.1 Test de batterie unique

Tension de circuit ouvert de la batterie (Tension de circuit ouvert, OCV peut être utilisé pour l'étalonnage de l'estimation de l'état de charge de la batterie, ce qui joue un rôle important dans l'amélioration de la précision de l'estimation du SOC. Neuf batteries monocellulaires cylindriques au lithium-ion de puissance 18650 ont été sélectionnées pour le SOC et Test OCV Le processus de test est : la batterie lithium-ion est complètement chargée et placée à l'arrêt jusqu'à ce que la batterie soit stable ; décharge à un courant constant pour s'assurer que le SOC correspondant à chaque décharge est de 005 et que l'intervalle entre deux décharges est de 1 heure pour s'assurer que la batterie atteint un état stable.En même temps, enregistrez la tension en circuit ouvert de la batterie.Il en résulte la tension en circuit ouvert de 21 états SOC avec SOC allant de 1, 0,95, 0,90, 0,85, 0,80, …, 0,10, 0,05 et 0.

On peut voir à partir de l'expérience que la relation entre le SOC du monomère 18650 et l'OCV est approximativement linéaire avec une bonne cohérence. Par conséquent, la tension en circuit ouvert peut être utilisée pour estimer l'état de charge de la batterie. En particulier après que le véhicule électrique a été garé pendant un certain temps, la tension en circuit ouvert a un bon effet sur l'estimation de l'état de charge initial de la batterie de puissance.

3.2 Test de la batterie

18650 cellules sont sélectionnées pour former deux groupes à travers 5 chaînes parallèles de 10 pour tester la relation entre l'état de charge et la tension en circuit ouvert. Le processus de test est cohérent avec celui des tests de batterie unique. En raison de la bonne consistance des monomères et de la sélection des combinaisons, la batterie peut également conserver une bonne consistance.

4 Capacité d'une seule batterie

En raison du fait que les véhicules électriques nécessitent que la batterie de puissance fournisse une puissance spécifique relativement élevée lors de la montée, du démarrage et de l'accélération, c'est-à-dire une décharge de courant suffisante pour fournir une puissance suffisante. Cet article a mené des tests de décharge sur des batteries lithium-ion à des taux de 0IC, 0,5C et 1C

D'après les résultats expérimentaux, on peut voir que lorsque le courant de décharge de la batterie augmente, la capacité de décharge de la batterie diminue. En effet, à mesure que le courant de décharge augmente, la polarisation de concentration à l'intérieur de la batterie augmente et la chute de tension causée par la résistance interne inhérente de la batterie augmente également, ce qui entraîne une diminution correspondante de la capacité de décharge de la batterie.

5 Capacité de la batterie

En raison des changements importants dans les conditions de travail des automobiles, cet article a effectué des tests de décharge sur des batteries lithium-ion à des températures de -30, -20, -10, 0, 10, 30, 45 et 55 ℃ à 0,5 ℃,. D'après les résultats expérimentaux, on peut voir que lorsque la température de fonctionnement de la batterie augmente, la capacité de décharge augmente considérablement. Cela est dû au taux de diffusion lent des ions lithium dans la batterie à basse température, ce qui améliore l'activité de la batterie lorsque la température augmente. Cependant, à mesure que le temps d'isolation augmente, la température globale de la batterie augmente, ce qui provoque un désordre progressif de l'activité ionique, entraînant une augmentation de la résistance interne et une diminution des changements de capacité de décharge.

6. Conclusion

Cet article étudie la relation entre l'état de charge et la tension en circuit ouvert, le taux de décharge et la capacité, la capacité et la température des batteries au lithium ternaire. La loi de l'état de charge et de la tension en circuit ouvert, la loi de la capacité du monomère sous différents taux de décharge et la loi de la capacité et de la température sont obtenues.

1) La cohérence des cellules de batterie au lithium cylindriques 18650 testées est bonne et l'état de charge est approximativement linéairement lié à la tension en circuit ouvert. La tension de circuit ouvert peut être utilisée pour estimer l'état de charge. L'utilisation de la tension en circuit ouvert pour estimer l'état de charge pendant le temps d'arrêt de la batterie d'alimentation et l'utilisation d'autres méthodes d'estimation pendant la charge et la décharge peuvent améliorer la précision de l'estimation du SOC.

2) À mesure que le courant de décharge augmente, la polarisation de concentration à l'intérieur de la batterie augmente et la chute de tension causée par la résistance interne inhérente de la batterie au lithium augmente également. Par conséquent, à mesure que le taux de décharge augmente, la capacité de décharge de la batterie diminue.

3) À basse température, le taux de diffusion des ions lithium dans la batterie est plus lent et, à mesure que la température augmente, l'activité de la batterie augmente et la capacité de décharge augmente.