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Test de cyclage et de vibration des batteries d'alimentation au lithium-ion - Partie 1

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Test de cyclage et de vibration des batteries d'alimentation au lithium-ion - Partie 1

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Ces dernières années, l'industrie de la logistique automobile et le marché de l'offre et de la demande ont connu un développement constant. Globalement, l'ensemble du secteur est entré dans une période de développement stable et rapide. Le développement des véhicules électriques est une tendance nationale, et les véhicules électriques sont largement considérés comme l'orientation principale de la transformation et du développement des futurs systèmes d'énergie et de puissance automobiles.

Aujourd'hui, les principales batteries utilisées pour les véhicules logistiques purement électriques sont principalement des batteries carrées de grande capacité, dont les processus de production sont complexes et les coûts de production élevés. Le volume de production des batteries cylindriques de petite capacité est important et leurs applications sont plus répandues. Leurs coûts de production et de remplacement sont relativement faibles.

Compte tenu de leurs solides avantages, tels que la simplicité du processus de fabrication, la stabilité des performances, le rendement élevé et le faible coût, les piles cylindriques de faible capacité constituent un meilleur choix. Cependant, en raison des limites des batteries cylindriques de petite capacité, qui ont de petites capacités individuelles (1,5-2,5 Ah), afin de répondre aux exigences d'énergie et de tension des véhicules logistiques purement électriques, un grand nombre d'éléments de batterie doivent être combinés en série et en parallèle, ce qui entraîne des problèmes liés à la cohérence de la batterie et à la fiabilité de la connexion. Cet article mène principalement des recherches théoriques sur le regroupement à grande échelle de batteries d'alimentation lithium-ion cylindriques de petite capacité, et teste les performances de cyclage et la résistance aux vibrations d'échantillons de modules de batterie.

1 Recherche théorique sur les batteries lithium-ion

1.1 Recherche théorique sur la cohérence des batteries

L'incohérence des batteries fait référence aux différences de paramètres tels que la tension, la capacité et le taux d'autodécharge de la résistance interne entre les batteries de la même spécification et du même modèle. L'incohérence se produit principalement au cours du processus de fabrication du produit.

En raison de problèmes de processus et de matériaux inégaux, il existe de très petites différences à l'intérieur de la batterie. Ce type d'incohérence dans la structure interne et le matériau de la batterie peut empêcher la capacité, la résistance interne et d'autres facteurs d'être totalement cohérents dans un même lot de batteries du même type.

Les effets négatifs d'un manque d'uniformité accru du bloc-batterie sur les performances des batteries de puissance sont les suivants :

(1) Réduction de la capacité utilisable du bloc-batterie

En raison d'une tension ou d'une capacité irrégulière de la batterie et de l'effet de court-circuit, pendant la charge et la décharge, certaines cellules individuelles atteignent d'abord les conditions de coupure, tandis que d'autres batteries n'atteignent pas les conditions de coupure. Afin d'éviter la surcharge ou la décharge de la batterie, le système de gestion de la batterie intervient, ce qui entraîne une diminution de la capacité utilisable réelle du bloc-batterie.

(2) Réduction de la durée de vie du bloc-batterie

Selon l'effet baril, la durée de vie d'un bloc-batterie est déterminée par la durée de vie du module ayant la durée de vie la plus courte.

Pour les véhicules logistiques purement électriques, en raison de la faible énergie des petites batteries d'alimentation cylindriques au lithium-ion, l'ensemble du système de batterie nécessite un grand nombre de batteries individuelles à connecter en série ou en parallèle, avec une quantité de plus de 3 000, ce qui rend inévitablement la consistance des batteries difficile à contrôler.

L'homogénéité des batteries est relative, alors que l'incohérence est absolue. L'incohérence des batteries est déjà apparue au cours de la phase de production et, au cours du processus d'application, certaines mesures doivent être prises pour atténuer la tendance ou la vitesse d'expansion de l'incohérence des batteries. Sur la base de l'expérience de l'application et de la recherche expérimentale sur les batteries de puissance, les six mesures suivantes sont souvent adoptées pour s'assurer que la durée de vie de l'ensemble des batteries se rapproche progressivement de la durée de vie des batteries individuelles.

1) Améliorer le niveau de la technologie de fabrication des batteries, garantir la qualité de la batterie avant qu'elle ne quitte l'usine, en particulier la cohérence de la tension initiale. Avant de quitter l'usine pour le même lot de batteries, une analyse de corrélation des paramètres est effectuée sur la base de la tension, de la résistance interne et des données de formation de la batterie afin de sélectionner les batteries présentant une bonne corrélation, afin de garantir que les performances d'un même lot de batteries sont aussi cohérentes que possible.

2) Lors de l'assemblage des piles électriques, il est important de s'assurer que l'ensemble des piles est du même type, de la même spécification et du même modèle.

3) Pendant l'utilisation du bloc-batterie, détecter les paramètres de la batterie unique, en particulier la distribution de la tension dans des conditions dynamiques et statiques (lorsque le véhicule électrique est arrêté ou en marche), comprendre la loi de développement de l'incohérence de la batterie unique dans le bloc-batterie, et ajuster ou remplacer les paramètres extrêmes des batteries en temps opportun pour s'assurer que l'incohérence des paramètres du bloc-batterie n'augmente pas avec le temps d'utilisation.

4) Effectuer une charge d'entretien à faible courant sur le bloc-batterie à intervalles réguliers pour favoriser l'équilibre et le rétablissement des performances du bloc-batterie lui-même.

5) Assurer un bon environnement d'utilisation pour le bloc-batterie, essayer d'assurer un champ de température uniforme du bloc-batterie, réduire les vibrations et éviter l'eau, la poussière et d'autres formes de pollution des pôles de la batterie.

6) Adopter un système d'équilibrage du bloc-batterie pour une gestion intelligente de la charge et de la décharge du bloc-batterie.

1.2 Recherche sur la théorie de la cohérence des connexions

Pour les véhicules logistiques purement électriques, plus de 3 000 cellules de batterie doivent souvent être connectées en série, en parallèle ou de manière hybride pour répondre à la demande de haute tension et de haute capacité, ce qui augmente inévitablement le nombre de points de soudure et entraîne des problèmes de cohérence de connexion. En cas de décollement ou de fausse soudure, la résistance interne de la connexion augmente.

D'une part, cela aura un impact sur la charge et la décharge du système de batterie. D'autre part, pendant le fonctionnement du véhicule, cela provoquera un échauffement au niveau du point de connexion, ce qui, dans les cas les plus graves, entraînera des problèmes de sécurité. Par conséquent, en théorie, moins il y a de points de soudure, plus la cohérence de la connexion du système est élevée.

1.3 Recherche sur la théorie de la dissipation de la chaleur

L'échange de chaleur entre la batterie et le monde extérieur se fait par la surface de la batterie. Plus la batterie est grande, plus la proportion de surface est faible et moins la chaleur générée à l'intérieur de la batterie est facilement dissipée vers l'extérieur. En outre, plus la batterie est grande, plus elle contient d'énergie et plus le danger d'une libération instantanée est grand.

Par conséquent, dans l'intérêt de la sécurité de la batterie, il est nécessaire, lors de la conception de la batterie, de déterminer le volume maximal, la proportion minimale de surface spécifique et la forme appropriée de ce type de batterie sur la base des paramètres thermiques du matériau sélectionné.

Par exemple, pour les batteries cylindriques utilisées comme batteries de puissance, lorsque le diamètre dépasse une certaine valeur (environ 30 mm), la distribution du courant, la distribution de la température, le transfert de chaleur, etc. à l'intérieur de la batterie sont fortement limités, ce qui affecte sérieusement la durée de vie de la batterie et pose des problèmes de sécurité dans les applications à courant élevé.

En utilisant des batteries de petite capacité en parallèle, la conductivité de l'ensemble de batteries est améliorée, car l'utilisation de petites batteries en parallèle augmente la surface conductrice de la connexion conductrice de manière invisible.