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Essai à basse température pour les batteries au lithium des véhicules électriques

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Essai à basse température pour les batteries au lithium des véhicules électriques

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Ces dernières années, les véhicules électriques ont connu un développement sans précédent et les pays mènent activement des travaux de recherche dans ce domaine. En ce qui concerne les véhicules civils, les principaux constructeurs automobiles continuent d'introduire des véhicules électriques hybrides et des véhicules électriques purs technologiquement avancés. En ce qui concerne les véhicules militaires, de nombreux pays ont également mené de nombreux travaux de recherche. Par rapport aux véhicules à transmission mécanique, les véhicules électriques militaires présentent les avantages suivants : disposition pratique du système d'alimentation ; le véhicule est facile à démarrer et à accélérer ; il peut être silencieux et bien dissimulé ; il peut fournir une alimentation électrique de haute puissance pour les systèmes d'armes montés sur le véhicule ; il peut absorber l'énergie de freinage régénérative, etc.

Les États-Unis, l'Allemagne, la Grande-Bretagne et d'autres pays ont successivement lancé des véhicules militaires électriques tels que des véhicules blindés électriques et des véhicules de combat d'infanterie. Dans le cadre du développement rapide de la technologie électrique, certains problèmes sont également devenus importants, notamment le bruit des bulles d'air comprimé. Les performances et la durée de vie des batteries d'alimentation ont une incidence directe sur les performances et le coût des véhicules électriques. À l'heure actuelle, les principales batteries utilisées dans les véhicules électriques sont les batteries plomb-acide, les batteries nickel-cadmium, les batteries nickel-hydrure métallique, les batteries lithium-ion et les supercondensateurs.

Les batteries lithium-ion ont progressivement remplacé les batteries plomb-acide, les batteries nickel-cadmium et les batteries nickel-hydrure métallique en tant que principales batteries pour les véhicules électriques en raison de leur puissance spécifique élevée, de leur grande densité énergétique, de leur longue durée de vie, de leur faible taux d'autodécharge, de leur longue durée de stockage et de l'absence de pollution. Les véhicules militaires doivent souvent travailler dans des régions froides, et ils doivent fonctionner normalement à -40 ℃. Cependant, à basse température, les performances de charge et de décharge de la batterie ont considérablement diminué. Cet article se propose de réaliser des essais à basse température sur une batterie lithium-ion de 35A - h.

1 Test de la batterie lithium-ion

Équipement de charge et de décharge de batterie, avec une tension maximale de 5V et une précision de test de 0,1 mV ; pendant le processus de test, la batterie testée est placée dans une chambre de température pour maintenir la température ambiante requise pour le test. La batterie d'essai est une batterie souple (30 cm x 16,8 cm x 1,5 cm) de 35 Ah à énergie et puissance équilibrées au lithium-manganèse, dont l'enveloppe extérieure est un film plastique en aluminium.

2 Effet des basses températures sur la tension de la batterie

2.1 Effet des basses températures sur la tension de décharge de la batterie

Pour étudier l'effet des basses températures sur la performance de décharge des batteries, la batterie est d'abord chargée à un taux de courant constant pour une tension constante de 1/3 C à température ambiante, entièrement chargée, puis laissée au repos dans une chambre de température pendant 5 heures. Ensuite, la batterie est déchargée à un taux de courant constant avec une tension de coupure de 3V. Dans la plage de température de 0-40 ℃, la décharge se fait à des courants constants de 10, 35, 70 et 140A, respectivement.

Les résultats expérimentaux montrent qu'au même taux de décharge, la tension de décharge de la batterie diminue avec la baisse de la température. Si l'on prend l'exemple d'une décharge à courant constant de 10A, par rapport à 20 ℃ à 40 ℃, la tension de décharge moyenne de la batterie diminue de 1V, ce qui représente 27% de la tension nominale. À mesure que la température diminue, le courant maximal que la batterie peut décharger diminue progressivement. À -10 ℃, la batterie peut se décharger à un courant constant de 140 A, à 0 ℃, elle peut se décharger à un courant constant de 70 A, à -30 ℃, elle ne peut se décharger qu'à un courant de 35 A, et à -40 ℃, elle ne peut se décharger qu'à un petit courant de 10 A.

Lors de la décharge à basse température et à courant élevé, la courbe de décharge présente un état non linéaire avec des formes de vallée et de crête évidentes, et la tension de décharge fluctue considérablement. Si l'on prend l'exemple d'une décharge à courant constant de 70 A, à 20 ℃ et 0 ℃, la courbe de décharge est relativement normale, sans vallée ni pic.

Lorsque la température ambiante descend à -10 ℃, la courbe de décharge présente des vallées et des pics évidents. La tension aux deux extrémités de la batterie est passée de 4,15 avant la décharge à 3,07V, et la chute de tension a atteint 1,08V.

Par la suite, la tension a commencé à augmenter, atteignant un maximum de 3,35 V, puis a commencé à diminuer. Cela indique que pendant la décharge d'un courant élevé à basse température, les substances actives de la batterie ne peuvent pas être pleinement utilisées en raison de la basse température de la batterie, ce qui entraîne une polarisation importante des électrodes et une résistance interne élevée de la batterie. Par conséquent, au début de la décharge, la tension de décharge de la batterie diminue rapidement.

Au fur et à mesure que la décharge progresse, en raison de la résistance interne élevée de la batterie, une grande quantité de chaleur est générée à l'intérieur de la batterie, ce qui entraîne une augmentation rapide de la température de la batterie et active la partie active de la batterie. Par conséquent, la tension de décharge de la batterie commence à augmenter. Au fur et à mesure que la température de la batterie augmente, la résistance interne de la batterie commence à diminuer et la chaleur générée diminue. Comme la température ambiante reste à -20 ℃ C, la température de la batterie diminue, et la tension de décharge de la batterie diminue également.

2.2 L'effet des basses températures sur la tension de charge de la batterie

Pour étudier l'effet des basses températures sur les performances de charge de la batterie, celle-ci a été placée à différentes températures ambiantes et chargée à courant et tension constants au même rythme. La batterie subit d'abord une décharge à courant constant à une vitesse de 1/3 C à température ambiante, avec une tension de coupure de 3V. Après la décharge, elle est placée dans une chambre de température pendant 5 heures. Ensuite, elle est chargée à un certain rythme à différentes températures, avec un courant de coupure de 1A pour une charge de 10A et de 3A pour une charge de 35 et 70A.

Les courbes de charge à différentes températures montrent que, par rapport aux caractéristiques de décharge des batteries à basse température, la performance de charge de la batterie diminue de manière plus significative. En dessous de 0 ℃, la batterie n'est plus capable de se charger normalement. Avec le même courant de charge, à mesure que la température diminue, la tension de charge augmente continuellement pendant la phase de charge à courant constant, en particulier pendant la charge à courant élevé. En dessous de 0 ℃, il n'y a pas de processus de charge à courant constant. Au moment de la charge du courant de charge, la tension aux bornes de la batterie augmente rapidement jusqu'à la tension de coupure de 4,2 V, entrant directement dans la phase de charge à tension constante.

3 Faible température sur la capacité de charge et de décharge des batteries

3.1 Impact des basses températures sur la capacité de décharge des batteries

Afin de comparer le degré d'atténuation de la capacité de décharge de la batterie à différentes températures, le rapport de capacité disponible est utilisé ici. Le rapport de capacité disponible fait référence au rapport entre la capacité de décharge de la batterie et la capacité nominale.

Au même taux de décharge, lorsque la température ambiante diminue, le rapport de capacité disponible diminue rapidement ; lorsque la température ambiante descend à -20 ℃, la batterie ne peut pas se décharger à 4C ; lorsque la température ambiante descend à 30 ℃, le rapport de capacité disponible pour une décharge de courant constant à 10 A diminue à 60,33%, et la batterie ne peut pas se décharger à 2C ou plus ; lorsque la température descend à -40 ℃, le rapport de capacité disponible pour une décharge de courant constant à 10 A n'est que de 22,31%, et la batterie ne peut pas se décharger à 1 C ou plus.

3.2 Impact des basses températures sur la capacité de charge de la batterie

Au même taux de charge, à mesure que la température ambiante diminue, la capacité de charge à courant constant de la batterie diminue rapidement, et l'atténuation est plus importante par rapport à la capacité de décharge disponible ; Lorsque la température tombe à 0 ℃, chargez à un taux de 1C, et la capacité de charge à courant constant n'est que de 52.05% de la capacité de la plaque signalétique ; la capacité de charge à courant constant n'est que de 42,55% de la capacité de la plaque signalétique lorsqu'elle est chargée à 2C ; lorsque la température descend à -10 ℃, seulement 60,23% de la capacité de la plaque signalétique peut être chargée à un courant constant de 10A, et il est impossible de charger à 1C et 2C ; lorsque la température est inférieure à -30 ℃, la batterie ne peut pas effectuer de charge à courant constant.

4 Conclusion

(1) Dans un environnement à basse température, à taux de décharge égal, la tension de décharge et la capacité de décharge des batteries au lithium-ion diminuent considérablement. Par rapport à la décharge, la performance de charge de la batterie diminue de manière plus significative, et la tension de charge à courant constant de la batterie augmente de manière significative, tandis que la capacité de charge diminue de manière significative.

(2) À mesure que la température diminue, la résistance interne de la batterie pendant la charge et la décharge augmente, en particulier lorsque la température est inférieure à -20 ℃.

(3) L'analyse de la gamme de tensions de décharge de quatre piles a permis de constater qu'à température ambiante, la consistance des piles à la fin de la décharge se détériore, tandis qu'à mesure que la température diminue, la consistance des piles tout au long du processus de décharge se détériore.

(4) En pratique, dans les environnements à basse température, un système de chauffage doit être utilisé pour chauffer le bloc-batterie afin d'améliorer ses performances.