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Test de température pour les piles au lithium destinées à l'aviation

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Test de température pour les piles au lithium destinées à l'aviation

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Les piles au lithium sont l'une des sources d'énergie indispensables dans l'industrie aérospatiale d'aujourd'hui. Elles servent souvent d'énergie de secours pour le démarrage de divers équipements aéronautiques, les communications et les interventions d'urgence. Ce sont des composants importants des véhicules aérospatiaux. Cependant, en fonctionnement normal, les batteries au lithium sont très sensibles à la température ambiante, et l'impact de la température est crucial pendant l'utilisation cyclique de la batterie, mais il est facilement négligé.

La capacité de la batterie et les caractéristiques de charge et de décharge changent avec la température, et des températures élevées ou basses affectent sérieusement les performances et la durée de vie de la batterie. Le fonctionnement à long terme des batteries lithium-acide cobalt de l'aviation dans des environnements défavorables tels qu'une basse tension et une basse température entraînera inévitablement une réduction de la durée de vie des batteries lithium, ce qui peut sérieusement conduire à la mise au rebut de la batterie ou à des pertes imprévisibles. Il est donc nécessaire d'étudier les caractéristiques de température des batteries aéronautiques au lithium-oxyde de cobalt.

Cet article se penche sur les changements de capacité de la batterie et sur les caractéristiques de charge et de décharge des batteries à l'oxyde de lithium et de cobalt dans différentes conditions de température. Par le biais d'expériences, les changements de capacité de batterie et les caractéristiques de décharge de charge des batteries à l'oxyde de cobalt de lithium à différentes températures seront déterminés, fournissant une base théorique pour l'estimation du SOC des batteries à l'oxyde de cobalt de lithium à différentes températures.

1 Test

1.1 Objet de recherche et matériel d'essai

L'objet expérimental est une batterie lithium-cobalt-ion. La batterie a une capacité nominale de 45 Ah, une tension nominale de 3,7 V et peut être déchargée à une température ambiante de -20~60 ℃. Le matériau de la cathode de la batterie est le cobalate de lithium. Équipement de charge et de décharge de la batterie. Chambre d'essai DGBELL pour le contrôle de la température et de l'humidité.

1.2 Étapes expérimentales

L'essai de capacité des batteries d'aviation au lithium-acide de cobalt adopte la méthode de décharge complète. Un nombre suffisant de batteries au lithium-acide de cobalt sont placées dans différents environnements de température pour les expériences de décharge, et l'impact des changements de température de l'environnement sur la capacité de décharge de la batterie est discuté. Les étapes spécifiques sont les suivantes :

(1) Activer la batterie en la chargeant et en la déchargeant de manière répétée avec un courant de 0,5C pour activer les ions internes de la batterie ;

(2) La méthode de charge consiste à charger la batterie à un taux de courant constant de 0,2C. Lorsque la tension de la batterie atteint 4,15 V, la méthode de charge passe à une charge à tension constante jusqu'à ce que le courant de charge tombe à 03 A, puis la charge s'arrête ;

(3) La méthode de décharge consiste à laisser la batterie à température ambiante pendant 1b, puis à la décharger à un taux de courant constant de 0,2C jusqu'à ce que la tension de la batterie tombe à 3V pour arrêter la décharge, et calculer la quantité d'électricité libérée par la batterie ;

(4) Modifier l'état SOC de la batterie : Réalisez des expériences de charge et de décharge, enregistrez les variations de tension de la batterie au cours du processus de charge et de décharge ;

(5) Placer 7 batteries au lithium-acide de forage du même modèle à -20, -10, 0, 10, 20, 30 et 40 ℃ pour les charger et les décharger, en suivant les mêmes étapes que ci-dessus ;

(6) Enregistrer les résultats expérimentaux, organiser les données expérimentales et calculer la capacité de décharge de la batterie ;

(7) Éteindre l'alimentation électrique après la charge, éteindre la charge électronique après la décharge et nettoyer l'équipement expérimental ;

(8) Sur la base des données expérimentales, tracer la courbe de variation de la tension de la batterie en fonction de l'état de charge à différentes températures pendant le processus de charge et de décharge.

2 Résultats expérimentaux et analyse

Influence de la température ambiante sur les caractéristiques de charge et de décharge

L'analyse de la courbe de variation de la tension montre que la variation de la tension dans la zone de la plate-forme des piles rechargeables est importante dans les environnements à basse température. Lorsque la température ambiante augmente et que la même quantité de charge est appliquée, la tendance de la variation de la tension diminue. Lorsque les batteries à différentes températures sont à la même tension, les batteries à des températures ambiantes plus élevées ont plus de masse que d'énergie. Si le système de gestion de la batterie ne règle pas la détection de la température, les batteries peuvent être déchargées ou surchargées à basse température, mais pas complètement chargées à haute température, ce qui affecte la durée de vie de la batterie

Au cours de la phase initiale de la charge, un courant constant est adopté et la batterie absorbe de la chaleur. Au fur et à mesure que le processus de charge progresse, l'augmentation de la température de la batterie s'intensifie. Après avoir atteint la tension de charge maximale, on passe à une charge à tension constante, et la croissance de la tension de la batterie ralentit. Plus la température est basse, plus il est facile pour la batterie d'atteindre la tension de coupure de la charge

En analysant les changements de courbe, on constate que dans des conditions de décharge à courant constant, le changement de tension des batteries lithium-acide de forage d'aviation peut être grossièrement divisé en trois étapes :

(1) au début de la décharge, la tension de la batterie chute rapidement ;

(2) Après une certaine période de décharge, la tension de la batterie diminue lentement et entre dans la zone de plate-forme ;

(3) à la fin de la décharge (avec un état de charge inférieur à 0,2 S0C), la tension de la batterie présente une tendance linéaire à la baisse.

Lorsqu'une batterie au lithium se décharge d'une tension entièrement chargée de 4,2 V à 3,7 V, cela prend du temps, mais une fois qu'elle dépasse 3,7 V, la tension de la batterie chute rapidement. Cela s'explique par le fait que la batterie dispose d'une plate-forme de décharge, et que la zone de la plate-forme est celle où la puissance de la batterie est la plus suffisante. Au milieu de la phase de décharge, la tension des batteries à l'oxyde de lithium et de cobalt diminue lentement. Lorsque la valeur SOC est inférieure à 0,2 et que la batterie continue à se décharger, la tension chute rapidement, et la différence n'est pas significative à différentes températures ; Lorsque la tension de la batterie est de 38V, le SOC de la batterie dans un environnement de 40 ℃ est d'environ 0,6, tandis que le SOC de la batterie dans un environnement de 20 ℃ n'est que d'environ 0,2. Cela signifie que plus la température est basse, plus il est facile pour la batterie d'atteindre la condition de coupure de décharge.

En traçant les courbes de tension à des températures de 40, 20 ℃ et -10 ℃, il est possible de constater ce qui suit. Il existe une différence dans la courbe de tension entre les processus de charge et de décharge, et la courbe de tension obtenue lors de la décharge est toujours légèrement inférieure à la courbe obtenue lors de la charge. En effet, lorsque la batterie est chargée jusqu'à une certaine valeur de SOC et commence à s'immobiliser, la tension continue à diminuer jusqu'à ce qu'elle se rapproche progressivement de la valeur de tension réelle de la batterie, tandis que lorsqu'elle est déchargée jusqu'à la même valeur de SOC et commence à s'immobiliser, la tension continue à augmenter jusqu'à ce qu'elle se rapproche progressivement de la même valeur de tension réelle de la batterie.

En raison de la lenteur du processus de convergence et du temps nécessaire, même si la batterie est restée immobile pendant une période de temps considérable au moment de la mesure de la tension, la tension obtenue sur la courbe de décharge est toujours inférieure à la tension obtenue sur la courbe de charge. Et à mesure que la température diminue, la différence entre les courbes de charge et de décharge se réduit progressivement.

3 Conclusion

Cet article analyse la relation entre la température et les caractéristiques des piles au lithium à l'acide cobalt aviation en testant les changements dans la capacité de charge et les courbes de tension de charge et de décharge des piles au potassium à l'acide cobalt aviation à différentes températures. Les conclusions suivantes peuvent être tirées :

(1) Le changement de capacité de la batterie aviation au lithium-oxyde de cobalt est particulièrement évident à basse température. Lorsque la température ambiante est de -20 ℃, la capacité de charge de la batterie ne peut atteindre que 62% de la capacité nominale. Avec l'augmentation de la température, la capacité de la batterie augmente et la capacité de charge peut atteindre 107 % de la capacité nominale à une température ambiante de 40 ℃. Par conséquent, la température de l'environnement de travail de la batterie doit être maintenue dans la plage de 0~40 ℃ autant que possible ;

(2) Pendant le processus de charge et de décharge, la tension de la batterie varie en fonction de la température ambiante. Plus la température est basse, plus il est facile pour la batterie d'atteindre la tension de coupure de charge et de décharge. Lorsque la tension de la batterie est la même, plus la température est basse, plus la valeur SOC de la batterie est faible ;

(3) La tension obtenue sur la courbe de décharge est inférieure à la tension obtenue sur la courbe de charge, et la différence de pression provient de la résistance interne de la batterie