Test à basse température pour les batteries Li-ion

Test à basse température pour les batteries Li-ion

La batterie au phosphate de fer lithié est une batterie lithium-ion très prometteuse sur le marché actuel. À l'heure actuelle, la recherche sur les batteries au phosphate de fer-lithium se concentre principalement sur le système de gestion de la batterie et l'estimation de l'état de charge. Ses performances doivent faire l'objet de recherches plus approfondies, en particulier ses performances à basse température. À l'heure actuelle, les équipements mis au rebut utilisés pour la recherche scientifique en Antarctique sont essentiellement alimentés par des batteries au plomb, ce qui entraîne une grave pollution.

Toutefois, la puissance et l'énergie spécifiques des batteries au phosphate de fer-lithium sont supérieures à celles des batteries au plomb-acide, avec un faible taux d'autodécharge et une protection de l'environnement, et elles sont plus adaptées à l'Antarctique. La station Kunlun, située à la plus haute altitude de l'Antarctique, a une température moyenne annuelle de -58,4 ℃ et une température minimale de -82 ℃. Cet article simule l'environnement à basse température de l'Antarctique, mène des expériences de charge et de décharge sur la batterie lithium-fer-phosphate dans différents environnements à basse température, et analyse les résultats expérimentaux, fournissant une base pour la sélection de la batterie et la conception du système de chauffage.

1.Test de charge de la batterie

Dans ce test, une alimentation stabilisée en courant continu a été utilisée pour charger la batterie, et une chambre d'essai à température élevée et basse alternée a été utilisée pour simuler un environnement polaire à basse température. Le courant de charge constant et la tension de charge maximale admissible de l'alimentation stabilisée en courant continu ont été définis. Les courants de charge définis dans l'expérience étaient respectivement de 1, 2 et 3A, et la tension de coupure de la charge était de 14,7V. Lorsque la batterie a été chargée à 14,7 V, l'alimentation électrique a arrêté la charge à courant constant et a commencé la charge à tension constante, Le processus de charge de la batterie est le suivant : dans la phase initiale, le courant est dans un état de charge à courant constant. Au fur et à mesure que le processus de charge se poursuit, la tension de la batterie augmente progressivement. Lorsqu'elle approche 14,7 V, elle passe en mode de charge à tension constante et le courant spécifique diminue progressivement jusqu'à environ 0,2 A.

Dans un environnement à basse température, l'ion lithium du graphite intégré au lithium est difficile à intégrer dans l'anode en graphite en dessous de -20 ℃, de sorte que la capacité d'acceptation de charge de la batterie au phosphate de fer lithié sera réduite, et le taux de charge sera considérablement réduit dans un environnement à basse température par rapport à une température normale. Pendant le processus de charge, la température interne de la batterie augmente souvent, ce qui a un impact négatif sur la charge de la batterie à température ambiante. Cependant, l'augmentation de la température pendant la charge à basse température améliore l'efficacité de la charge de la batterie. En raison de la diminution significative de la capacité de charge des batteries lorsqu'elles sont chargées dans des environnements à basse température, afin d'étudier les performances de charge des batteries dans des environnements à basse température, les batteries ont été placées dans différents environnements à basse température et chargées à un courant et une tension constants avec différents courants. Dans cette expérience, la charge à faible courant est utilisée pour augmenter le taux d'acceptation de la charge de la batterie. Le courant de charge est respectivement de 1, 2 et 3A. À la température ambiante normale, -10, -20 et -30 ℃, la batterie au phosphate de fer lithié est chargée à courant et tension constants. Il y a 12 groupes d'expériences au total. Les données sont collectées et analysées.

Chargez la batterie au lithium fer phosphate à un courant et une tension constants avec un courant de 3A, et collectez et stockez les données toutes les 10 minutes. Les données montrent qu'au cours de la phase initiale de charge, la batterie est chargée à un courant constant de 3A. La tension change de manière significative, et la courbe de tension augmente brusquement jusqu'à environ 13V, entrant dans une période de plateau de tension. La courbe augmente doucement, et finalement la tension reste constante. Le courant commence à diminuer, jusqu'à environ 0,2A, et la charge se termine.

La comparaison montre qu'avec la baisse de la température ambiante, lorsque la batterie au lithium fer phosphate est chargée avec le même courant et une tension constante, le temps nécessaire pour que la tension entre dans la période de plateau est raccourci. Le nombre de fois que la collecte commence à entrer dans la période de plateau de tension à environ 50 fois à température normale, environ 40 fois à -10 ℃, environ 20 fois à -20 ℃, et moins de 20 fois à -30 ℃ ; La tendance globale à la hausse de la tension de la batterie reste inchangée, mais plus la température est basse, plus la batterie atteint rapidement la valeur de tension définie, ce qui signifie que le temps nécessaire pour terminer le processus de charge est plus court. À température ambiante, la batterie termine le processus de charge lorsque la fréquence de collecte est de 400 fois, 300 fois à -10 ℃, 200 fois à -20 ℃ et 120 fois à -30 ℃. Au cours de l'expérience, il a également été constaté que lors de la charge avec un courant et une tension constants au même courant, les étapes de charge pour un courant constant et une tension constante sont différentes à différentes températures environnementales. Plus la température est basse, plus la phase de charge à courant constant est courte, et plus on entre directement dans la phase de charge à tension constante. Par conséquent, lorsque la batterie est chargée de la même manière, plus la température est basse, plus le temps de charge est court.

2.Test de décharge de la batterie

Dans cette expérience, la batterie au phosphate de fer lithié a été déchargée par un courant constant, et un testeur de capacité de batterie de haute précision a été sélectionné pour l'expérience de décharge. Cette expérience est une décharge à faible courant, et le courant de décharge du testeur est réglé sur 2A. Afin de décharger complètement la batterie, la tension de coupure de la décharge est fixée à 9,5 V.

Afin d'étudier les performances de décharge des batteries dans des environnements à basse température, des batteries entièrement chargées ont été placées à différentes températures et soumises à un courant de décharge constant de même intensité. Dans cette expérience, une décharge à faible courant est utilisée pour améliorer l'efficacité de la décharge de la batterie, car dans un environnement à basse température, une décharge à faible courant est utilisée, le courant est réparti uniformément sur l'électrode de la batterie, et la réaction chimique à l'intérieur de la batterie est entièrement réalisée, ce qui peut augmenter la profondeur de décharge de la batterie. Dans cette expérience, un courant de 2A a été utilisé pour décharger la batterie au lithium fer phosphate à température ambiante, -10, -20, -30 ℃, soit un total de 4 groupes d'expériences.

Au début de la décharge de la batterie, on observe une chute brutale de la tension, suivie d'une diminution progressive qui dure longtemps. À la fin de la décharge, la tension chute brusquement jusqu'à la tension de coupure. Les résultats expérimentaux montrent qu'au même taux de décharge, la tension de décharge initiale de la batterie diminue avec la baisse de la température. La tension de décharge initiale est de 14,48 V à température ambiante, de 14 V à -10 ℃, de 13,6 V à -20 ℃ et de 13,3 V à -30 ℃.

La tension de la batterie au lithium-fer-phosphate chute brusquement au début de la décharge. En effet, lors de la décharge de la batterie dans un environnement à basse température, lorsque la température de la batterie commence à diminuer, les substances actives participant à la réaction à l'intérieur de la batterie diminuent et ne peuvent pas réagir complètement, ce qui entraîne une augmentation de l'effet de polarisation de la batterie. Par conséquent, dans la phase initiale de décharge de la batterie, la tension aux bornes chute brusquement à environ 13,3 V, et la tension des batteries gauche et droite commence à maintenir une décharge stable, avec des changements de tension lents. Au fur et à mesure que la décharge de la batterie se poursuit, la résistance interne de la batterie augmente, la température interne de la batterie augmente et une partie des substances actives de la batterie est activée. Lorsque la tension tombe à environ 12,5 V, la tension de la batterie chute à nouveau brusquement. Comme la température de la pile continue à augmenter, la résistance interne de la pile diminue et la chaleur générée à l'intérieur de la pile diminue. Cependant, la température ambiante restant à 10 ℃, la température de la batterie commence à diminuer et la tension diminue également.

La tension de la batterie au phosphate de fer lithié change très rapidement dans la phase initiale de décharge et dans la phase finale d'épuisement de la capacité de la batterie, tandis que la tension de décharge dans la phase de plateau ne change pas beaucoup, ce qui indique que la batterie peut fonctionner de manière stable sous la tension dans la phase de plateau. L'analyse ci-dessus montre que le temps de décharge de la batterie au phosphate de fer lithium se raccourcit avec la baisse de la température ambiante, ce qui indique que la capacité de décharge de la batterie au phosphate de fer lithium s'affaiblit progressivement. Les temps de collecte de la décharge complète de la batterie à température ambiante sont d'environ 270 fois, les temps de collecte de la décharge complète de la batterie à -10 ℃ sont d'environ 220 fois, les temps de collecte de la décharge complète de la batterie à -20 ℃ sont d'environ 100 fois, et les temps de collecte de la décharge complète de la batterie à -30 ℃ sont d'environ 90 fois. Lorsque la batterie est déchargée avec un courant constant, la tendance générale de la diminution de la tension de décharge reste inchangée.

3.Conclusion

La batterie lithium-fer-phosphate a été testée. La chambre d'essai à haute et basse température du laboratoire a été utilisée pour simuler l'environnement à basse température de l'Antarctique, et les expériences de charge et de décharge de la batterie au lithium fer phosphate dans différentes conditions de température ont été réalisées avec une alimentation régulée en courant continu et un détecteur de capacité de la batterie. La conclusion a été tirée que lorsque la batterie se trouve dans un environnement à basse température, avec la diminution continue de la température, la plate-forme de tension de décharge initiale de la batterie au phosphate de fer lithié diminue progressivement, le temps de charge et de décharge diminue progressivement, et la capacité de charge et de décharge diminue.

Lorsque la température ambiante de la batterie au phosphate de fer et de lithium est inférieure ou égale à -10 ℃, la charge de la batterie à faible courant est supérieure à celle de la batterie à fort courant. Les conclusions ci-dessus montrent que les performances de la batterie au phosphate de fer et de lithium se dégradent à basse température. La capacité de charge et de décharge de la batterie est considérable à -10 ℃. Par conséquent, en cas d'utilisation en Antarctique, on peut envisager de chauffer la batterie à environ -10 ℃.