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Test de température des batteries Li-ion à cellule unique

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Test de température des batteries Li-ion à cellule unique

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Ces dernières années, les principaux constructeurs automobiles n'ont cessé de lancer des véhicules hybrides et purement électriques. Les batteries lithium-ion sont largement utilisées comme batteries d'alimentation en raison de leurs avantages, tels qu'une puissance de sortie élevée, une forte densité énergétique, une longue durée de vie et l'absence d'effet mémoire. Cependant, les voitures sont des véhicules utilisés dans tous les environnements météorologiques, avec des conditions d'utilisation complexes et des conditions de conduite variables. Les batteries lithium-ion sont souvent chargées et déchargées à des températures et des vitesses différentes.

Par conséquent, pour étudier la gestion thermique des batteries de puissance, il est nécessaire d'étudier l'impact de la température environnementale sur les performances de la batterie. Par conséquent, cet article prend comme objet de recherche la cellule unique d'une batterie lithium-fer-phosphate de 50 Ah et mène des expériences de charge et de décharge dans la plage de -40 ℃ à 40 ℃ fournie par une boîte à température constante pour étudier l'influence de la température environnementale sur la tension de décharge, la résistance interne et la performance de la température de la batterie.

1 Préparation de l'essai

L'équipement de charge et de décharge de la batterie a une tension de charge et de décharge de 0-100 V, un courant de charge et de décharge de 0-200 A et une précision d'essai de ± 0,2 %. La température ambiante est maintenue constante par une chambre d'essai à température et humidité constantes. La plage de contrôle de la température de cet appareil est de -55 ℃ -150 ℃, avec un contrôle précis de la température et une faible erreur. Le changement de température de la batterie pendant le processus de charge et de décharge est mesuré par le système de collecte de la température à différents points de mesure de la batterie. La batterie d'essai est une batterie au phosphate de fer lithié de 50 Ah à énergie et puissance équilibrées.

2 L'effet de la température sur la tension de décharge de la batterie

Afin d'étudier les performances des batteries lithium-ion à différentes températures, une charge à courant constant a été effectuée à température ambiante jusqu'à ce que la tension de coupure soit atteinte. Le taux de charge est de 0,3C et la tension de coupure est spécifiée à 365V. Charger avec une tension constante de 3,65 V jusqu'à ce que le courant de charge soit inférieur à 1 A et que le processus de charge se termine. Placez ensuite la batterie dans un four à température constante et laissez-la reposer pendant 3 heures. Enfin, effectuez une décharge à courant constant à une certaine vitesse jusqu'à ce que la tension de coupure soit de 25V. Effectuez une décharge à courant constant à 0,5C et 1C dans des environnements de -40 ℃, -20 ℃, 0 ℃, 20 ℃ et 40 ℃, respectivement.

La comparaison des données permet de constater que lorsque les conditions de taux de décharge de la batterie sont les mêmes, une diminution progressive de la température entraîne une diminution progressive de la tension au cours du processus de décharge. On peut également observer que dans la plage de température de 0 ℃ à 40 ℃, l'évolution de la tension pendant le processus de décharge est douce et lente, tandis qu'en dessous de 0 ℃, la tension de décharge diminue de manière significative et qu'à -40 ℃, la batterie ne peut plus fonctionner normalement. Lorsque la batterie est déchargée à 1C dans un environnement de -20 ℃, une forme claire en double étape apparaît dans la courbe de décharge, et la tension de décharge maximale est atteinte à 20 ℃.

3 L'influence de la température sur la résistance interne AC des batteries

Lors de la mesure de la résistance interne AC d'une batterie, une petite tension ou un courant d'une certaine fréquence est appliqué aux pôles positif et négatif de la batterie, et la valeur de la résistance interne est obtenue sur la base de la réponse de cette tension ou de ce courant. Pendant le test, la tension du signal mesuré est de 5mV, la fréquence est de 1kHz et la durée de mesure est de 6h. Les données montrent qu'à l'intérieur d'une certaine plage de température, la résistance interne d'une batterie initiale de 1 h entièrement chargée augmente rapidement avec le temps, puis la valeur de la résistance reste fondamentalement stable. Par conséquent, on considère qu'il est approprié que la batterie unique de l'expérience entre dans un état stable lorsqu'elle est laissée dans un four à température constante pendant 2 heures ou plus.

4 Caractéristiques de l'élévation de température des piles à un seul élément

Pour étudier l'élévation de température des batteries à cellule unique dans différentes conditions de fonctionnement, des expériences de décharge ont été menées en utilisant trois méthodes : 0,5C, 1C et 2C. Chargez la batterie à un taux de courant constant de 0,3C dans un environnement de 25 ℃. Lorsque la tension atteint la tension de coupure supérieure de 3,65 V, chargez-la à une tension constante de 3,65 V jusqu'à ce que le courant de charge soit inférieur à 1A, et le processus de charge se termine. Placez ensuite la batterie dans un four à température constante et laissez-la reposer pendant 3 heures. Effectuez ensuite une décharge à courant constant à des taux de 0,5C, 1C et 2C, et résumez la courbe de changement de température de l'un des points de mesure à des taux de décharge de 0,5C, 1C et 2C.

Au fur et à mesure que la vitesse de décharge augmente, le taux d'élévation de la température à la surface de la batterie augmente, le temps de décharge diminue et la stabilité de la décharge diminue progressivement. S'il existe de légères différences de performances entre les différentes batteries du bloc-batterie, le déséquilibre de la répartition de la chaleur dans le module augmentera inévitablement. À la fin de la décharge dans cette expérience, les températures du point 3 à des taux de décharge de 0,5C, 1C et 2C étaient respectivement de 39,40 ℃, 42,39 ℃ et 53,84 ℃.

5 Conclusion

Cet article établit une plate-forme expérimentale de charge et de décharge de batterie lithium-ion unique et mène des expériences de charge à courant constant, puis à tension constante, et de décharge à courant constant à différentes températures et à différents taux. Il a étudié les effets de différentes températures environnementales sur la tension de décharge, la résistance interne et les caractéristiques d'élévation de température des batteries.

La température est un facteur important qui affecte la tension de charge et de décharge des piles. Dans les mêmes conditions de taux de décharge, la tension de décharge diminue fondamentalement avec la baisse de la température. Pour les batteries lithium-ion, une température appropriée peut favoriser les réactions chimiques, accélérer le taux de réaction chimique de la batterie et favoriser le taux d'évaporation de l'électrolyte.

Dans les environnements à basse température, les performances de charge et de décharge des batteries lithium-ion continuent de se détériorer. La tendance à l'augmentation de la température varie en fonction des différents taux de décharge, et lorsque le taux de décharge augmente, la production de chaleur et le taux de la batterie augmentent également. Lorsque le courant de décharge augmente, la réaction électrochimique à l'intérieur de la batterie s'intensifie, entraînant une augmentation progressive de la température interne et de la différence de température locale à la surface de la batterie, ce qui se traduit par un temps de décharge plus court et une diminution progressive de la stabilité de la décharge