Test à basse température de la batterie au lithium

Le système de batterie d'alimentation est un sous-système clé des véhicules électriques, et ses performances affectent directement la puissance, l'économie et la sécurité des véhicules électriques.

La charge et la décharge continues pendant l'utilisation de batteries de puissance peuvent avoir un impact sur la température de la batterie, et des températures de batterie élevées ou basses peuvent affecter les performances, la durée de vie et la sécurité du système de batterie. Par conséquent, l'adaptabilité des batteries lithium-ion à la température est devenue l'un des principaux facteurs limitant leur application dans les véhicules électriques, et la gestion thermique des batteries est devenue une technologie clé pour garantir les performances, la durée de vie et la sécurité des batteries.

La température de fonctionnement optimale pour les batteries de puissance est de 15 ℃ C-45 ℃, et la plage de température de fonctionnement réelle est de -30 ℃ -60 ℃. Pendant le fonctionnement hivernal, les véhicules électriques connaissent souvent une diminution de leur autonomie. La raison de cette situation est que la capacité de décharge du système de batterie de puissance lui-même en hiver est inférieure à celle à température ambiante. Si la climatisation de la voiture est activée en même temps, l'autonomie du véhicule électrique est fortement insuffisante en hiver. À basse température, l'activité de l'ion lithium lui-même est relativement faible et l'électrolyte est principalement à l'état solide ou semi-solidifié. Lorsque l'ion lithium migre, la résistance est élevée, une faible activité entraîne de mauvaises performances de décharge.

Cet article étudie principalement les effets de la température ambiante et du taux de décharge sur les performances électriques et thermiques des batteries au lithium. Il analyse la plate-forme de tension, la température, les changements de capacité des batteries au lithium sous différentes températures environnementales et taux de décharge, ainsi que les changements de performances de la batterie dans les conditions de décharge des modules de batterie fournis par un certain fournisseur.

La température de fonctionnement optimale pour les batteries de puissance est de 15 ℃ -45 ℃, et la plage de température de fonctionnement réelle est de -30 ℃ -60 ℃. Pendant le fonctionnement hivernal, les véhicules électriques connaissent souvent une diminution de leur autonomie. La raison de cette situation est que la capacité de décharge du système de batterie de puissance lui-même en hiver est inférieure à celle à température ambiante. Si la climatisation de la voiture est activée en même temps, l'autonomie du véhicule électrique en fonctionnement hivernal est sérieusement insuffisante.

À basse température, l'activité des ions lithium dans le système de batterie de puissance est relativement faible et l'électrolyte est principalement à l'état solide ou semi-solidifié. Lorsque les ions lithium migrent, la résistance est élevée et la faible activité entraîne de mauvaises performances de décharge. Cet article étudie principalement l'impact de la température ambiante et du taux de décharge sur les performances électriques et thermiques des batteries au lithium, et analyse la plate-forme de tension, la température et les changements de capacité et les changements de performances de la batterie dans des conditions de décharge de modules de batterie fournis par un certain fournisseur. .

1 Essai à basse température

Objet testé : module de batterie, 43,8 V, 37,0 Ah

Equipement d'essai : chambre à température et humidité constantes DGBELL, équipement de charge et de décharge

La méthode de test consiste à sélectionner cinq points de température avec des températures ambiantes de 25 ℃, 10 ℃, 0 ℃, 10 ℃ et -20 ℃, et à effectuer des tests de décharge avec des taux de décharge de 1C, 0,3C et 0,5C, respectivement. Sur la base du spectre routier en condition de fonctionnement réel obtenu à partir du test du véhicule, il est converti en courant de condition de fonctionnement et soumis à des tests de décharge à des températures ambiantes de 25 ℃, 0 ℃ et -20 ℃. Enregistrez la température, la capacité, l'énergie, la tension, le courant et d'autres données des tests ci-dessus.

2 Résultats des tests

2.1 Plate-forme de déchargement

À différentes températures environnementales, la plate-forme de décharge de la batterie diminue avec la diminution de la température ambiante. À -20 ℃, la plate-forme de décharge diminuera rapidement pendant la phase initiale de décharge, atteignant une phase «creuse». En effet, à basse température, l'électrolyte est dans un état solidifié ou semi-solidifié et la conductivité de l'électrolyte diminue, ce qui entraîne une diminution rapide de la plate-forme de décharge.

Au fur et à mesure que le processus de décharge progresse, la plate-forme de décharge monte lentement jusqu'au stade de plateau. Pendant cette période, à mesure que le processus de décharge progresse, de la chaleur est générée à l'intérieur de la batterie, ce qui fait fondre l'électrolyte, augmente sa conductivité, réduit la résistance au flux d'électrons et soulève la plate-forme de décharge. Après avoir atteint une plate-forme de décharge normale, la tendance de décharge est la même qu'à température ambiante. Bien que la tendance des plates-formes de décharge de batterie soit la même, à mesure que la température ambiante diminue, la plate-forme de tension diminue également.

Plus la température ambiante est basse, plus le « creux » de la plate-forme de tension est bas. En comparant les trois taux de décharge, on peut voir qu'il y a peu de différence dans le plateau de décharge au-dessus de 0 ℃, tandis que le plateau de décharge en dessous de 0 ℃ diminue davantage. Et par rapport à différentes températures ambiantes, plus la température ambiante est basse, plus le temps de décharge est court.

2.2 Température de surface de la batterie

Les changements de différence de température sous différents taux de décharge et températures environnementales ont été comparés. A débit égal, plus la température ambiante est basse, plus l'échauffement est important. Par exemple, à une température ambiante de -20 ℃, l'élévation de température moyenne à la surface d'une batterie à décharge 1C est de 35 ℃ ; À une température ambiante de 25 ℃, l'élévation de température moyenne à la surface d'une batterie à décharge 1C est de 12 ℃. Cela indique également qu'à basse température, plus d'énergie est utilisée pour le chauffage de la batterie, ce qui entraîne une production d'énergie plus faible.

A température ambiante égale, plus le taux de décharge est faible, plus l'échauffement à la surface de la batterie est faible. Par exemple, à une température ambiante de -20 ℃, l'élévation de température moyenne à la surface d'une batterie à décharge de 0,5C est de 26 ℃ ; A une température ambiante de 20 ℃, l'élévation de température moyenne à la surface d'une batterie à décharge de 0,3C est de 21 ℃. Cela indique que lorsque la température ambiante est basse, un courant plus faible doit être utilisé pour la décharge. Le premier effet est d'assurer l'efficacité de sortie de l'énergie de la batterie ; La seconde est d'assurer la durée de vie de la batterie.

2.3 Capacité de décharge

D'après les résultats des tests, on peut voir que sous le même taux de décharge, la capacité de décharge diminue progressivement à mesure que la température ambiante diminue. À une température ambiante de -20 ℃, l'énergie libérée lors de la décharge à 0,3C est la plus faible, soit 86% de celle à 25 ℃. Plus le taux de décharge est faible, plus la température ambiante est basse et plus la quantité d'électricité déchargée est faible. À une température ambiante de 25 ℃, la capacité de décharge à 0,3C est légèrement supérieure, tandis qu'à d'autres points de température, la capacité de décharge à 1C est supérieure.

4. Conclusion

Dans les environnements à basse température, l'activité des ions lithium dans les batteries est relativement faible, la force d'écoulement de l'électrolyte est importante, la conductivité est réduite et la capacité de décharge est réduite, ce qui affecte le fonctionnement des véhicules électriques purs. Sur la base de tests expérimentaux, la plate-forme de décharge réelle et les changements de température de surface de la batterie sous différentes températures environnementales, taux de décharge et conditions de fonctionnement ont été obtenus. Les conclusions suivantes ont été tirées :

(1) La plate-forme de décharge diminuera avec la diminution de la température ambiante et il y aura un "creux" lorsque la température ambiante sera inférieure à 0 ℃. Après le "creux", la plate-forme de décharge montera lentement, et lorsqu'elle monte dans une certaine mesure, la tendance de la plate-forme de décharge est cohérente avec celle de la plate-forme de décharge à température ambiante.

(2) Lorsque la température ambiante diminue, plus le temps de décharge est court, plus la quantité d'électricité libérée est faible. À la même température, capacité 1C> capacité 0.5C> capacité de décharge 0.3C.

(3) Lorsque la température ambiante diminue, l'élévation de température augmente. À une température ambiante de -20 ℃, pendant la phase de décharge 1C, la température de la batterie augmente de 35 ℃, avec plus d'énergie utilisée pour le chauffage de la batterie. Capacité de décharge réduite.

(4) Parmi les points de température testés, la capacité de décharge est la plus faible à une température ambiante de -20 ℃ et 0,3C. La capacité de décharge est de 86% à 25 ℃.

(5) Pendant la décharge dans des conditions de fonctionnement, lorsque la température ambiante est de -20 ℃, la batterie est utilisée en dessous de 0 ℃. Cette condition de fonctionnement a un impact significatif sur la durée de vie de la batterie. Il est recommandé de traiter le système de batterie avec une isolation, un chauffage et d'autres mesures à basse température.