Test d'uniformité thermique des batteries d'alimentation au lithium-ion

Test d'uniformité thermique des batteries d'alimentation au lithium-ion

Pendant la conduite des véhicules électriques, la batterie embarquée se charge et se décharge en permanence, ce qui s'accompagne d'une importante production de chaleur. La température de la batterie a un impact significatif sur le taux de réaction électrochimique, la capacité d'acceptation de charge, la sécurité, la durée de vie, la puissance spécifique et l'énergie spécifique.

En même temps, en raison des différentes conditions de dissipation de la chaleur externe, des méthodes de gestion thermique et des positions spatiales individuelles de la batterie, les différences de température entre les différentes parties des monomères à l'intérieur du bloc-batterie et entre les différents monomères peuvent sérieusement affecter la cohérence des performances du bloc-batterie.

Il est donc nécessaire de prendre de meilleures mesures de transfert de chaleur à l'intérieur de la batterie pour améliorer l'uniformité de la température de la surface des monomères et de l'ensemble de la batterie. Les feuilles de graphite à haute conductivité thermique GTS, avec leur faible densité, leur faible coefficient de dilatation thermique et leur surface relativement souple, peuvent réduire efficacement la résistance thermique de contact, ce qui en fait un nouveau type idéal de matériau carbone à haute conductivité thermique

Cet article prend pour objet de recherche les batteries lithium-ion carrées utilisées dans les véhicules électriques. Une batterie de contrôle avec et sans GTS a été fabriquée, et un banc d'essai des effets thermiques a été construit pour la batterie. En analysant les changements de la différence de température entre la surface des cellules de la batterie et différentes positions du bloc-batterie au cours d'une décharge à courant constant, l'effet du GTS sur l'amélioration de l'uniformité thermique des blocs-batteries lithium-ion a été étudié

1 Test

1.1 paramètre de batterie

Taille :180 mm x 100 mm x 32 mm

Poids : 1250 g

Tension : 3,2 V

Capacité : 40 Ah

Résistance interne : ≤2Ω

1.2 Conception structurelle du bloc-batterie

Pour vérifier l'effet des STM sur l'uniformité thermique des monomères de batteries lithium-ion et des blocs-batteries, deux types de blocs-batteries avec et sans STM ont été produits. Le bloc-batterie A était composé de six batteries lithium-fer-phosphate connectées en série, avec des capteurs de température fixés à la surface des monomères et un matériau isolant en PET à la périphérie. L'ensemble de batteries B a servi de groupe expérimental de contrôle pour l'ensemble de batteries A. Les STM ont été répartis uniformément sur le côté de chaque élément de batterie, soit 7 pièces au total. La taille de chaque STG est de 180 mm x 0,27 mm x 100 mm. Pour réduire l'impact du flux d'air au-dessus de l'incubateur sur la distribution de la température à l'intérieur du bloc-batterie, un couvercle de batterie a été installé au-dessus du bloc-batterie pour le sceller pendant l'expérience.

1.3 Matériel d'essai

Un banc d'essai a été construit pour tester l'efficacité thermique des blocs-batteries pendant les processus de charge et de décharge. Parmi eux, la charge électronique est une batterie. La chambre à température constante est une chambre d'essai DGBELL à humidité à haute et basse température, avec une fluctuation de température de 0,3 ℃ (40~100 ℃). L'instrument d'acquisition de la température par thermocouple : Le capteur de température est un thermocouple de type K, avec une précision de ± 0,5 ℃.

1.4 Processus d'essai

Construisez un banc d'essai et écrivez un programme de contrôle de décharge à courant constant de la batterie. Avant le test, la tension totale des six batteries était de 19,62 V, et la température de l'incubateur était réglée à 18 ℃. Lorsque la température du point de mesure du thermocouple s'est approchée de 18 ℃ et s'est stabilisée, une décharge à courant constant de 1 C (I= - 40 A) a été lancée. Pendant cette période, la fréquence d'échantillonnage du collecteur de signaux du thermocouple était de 4 secondes. Après que la tension de coupure de

15.6 V, la décharge à courant constant de 1 C a été interrompue et les données ont été sauvegardées.

2 Résultats des tests et analyse

2.1 Uniformité thermique de la surface des éléments de la batterie

Pendant le fonctionnement des batteries lithium-ion, les oreilles polaires et le centre de la batterie sont des points de température représentatifs. Par conséquent, deux points de mesure symétriques près de l'oreille positive et de l'oreille négative sont sélectionnés pour étudier la différence de température dans la direction horizontale de l'élément de batterie. Sélectionnez deux points de mesure sur l'axe vertical de la surface de l'élément de batterie, situés au centre de la batterie et près du sommet de la batterie, pour étudier la différence de température dans la direction verticale

Lors de la décharge à une vitesse de 1 C, l'analyse de la relation entre la valeur absolue de la différence de température dans la direction horizontale de la surface de l'élément unique de la batterie et le temps de décharge montre que la température sur les côtés gauche et droit de la direction horizontale de la surface de l'élément unique de la batterie A est inégale, avec une différence de température d'environ 0,18 ℃. Cependant, la différence de température dans la direction horizontale de la surface de l'élément unique de la batterie B n'est que d'environ 0,05 ℃, soit 70 % de moins que celle de la batterie A, ce qui indique que le GTS peut jouer un rôle dans la distribution de la chaleur d'impact horizontale.

Lors de la décharge à une vitesse de 1 C, l'analyse du diagramme de dispersion de la différence de température absolue dans le sens vertical sur la surface de l'élément de batterie montre que le changement de température dans le sens vertical de la surface unique de l'élément de batterie A est plus important et que la différence de température maximale atteint 0,45 ℃. La différence de température dans la direction verticale de la surface unique de la batterie B continue à se maintenir à environ 0,05 ℃. Après 2700 secondes, la différence de température commence à augmenter avec l'accumulation de chaleur, avec une valeur maximale de 0,26 ℃, mais seulement 58 % de celle de l'ensemble de batteries A. Cela indique que le GTS peut également jouer un rôle dans la distribution moyenne de la chaleur dans la direction verticale.

Par comparaison, on peut voir que pendant une décharge de 1 C, la différence de température horizontale à la surface de l'élément de batterie est plus petite que la différence de température verticale, et la fluctuation de la différence de température verticale est plus importante, ce qui est lié à la structure et à la taille physique de la batterie. Après la mise en place du système GTS sur la surface de l'élément de batterie, la différence de température entre les directions horizontale et verticale sur la surface de l'élément de batterie est similaire et se maintient dans une faible plage, ce qui indique que le système GTS peut améliorer efficacement l'uniformité thermique de la surface de l'élément de batterie.

2.2 Uniformité thermique interne du bloc-batterie

Les quatre ensembles de valeurs de différence de température sont plus faibles, ce qui indique que lorsque la batterie ne fonctionne pas, le GTS peut améliorer l'uniformité de la température du bloc-batterie, ce qui est bénéfique pour la prolongation de la durée de stockage de la batterie. Au fur et à mesure que la décharge s'approfondit, la chaleur interne du bloc-batterie s'accumule progressivement et la valeur de la différence de température augmente généralement. Cependant, par rapport à la batterie A, la tendance de la différence de température de la batterie B est plus cohérente, et la valeur maximale de la différence de température est plus petite (0,41 ℃), tandis que la batterie A est de 0,47 ℃.

Plus la différence de température moyenne est faible, meilleure est l'uniformité de la température à l'intérieur du bloc-batterie. Les données expérimentales montrent qu'avant 2600 s, la différence de température moyenne dans le bloc-batterie B était plus petite et que l'augmentation était relativement faible, ce qui indique que le GTS peut améliorer l'uniformité thermique de l'ensemble du bloc-batterie.

Le diagramme de dispersion de la variance montre que plus la valeur de la variance est grande, plus la dispersion des valeurs de mesure de la température des cinq thermocouples est importante à ce moment-là, ce qui signifie que l'uniformité de la température du bloc-batterie est moins bonne. La valeur de variance de l'ensemble de piles B reste autour de 0,18, avec une valeur maximale de seulement 0,36. La variance maximale du bloc-batterie A atteint 120, soit 3,33 fois celle du bloc-batterie B, ce qui indique que le SGT peut améliorer efficacement l'uniformité de la température à l'intérieur du bloc-batterie

3 Conclusion

En comparant et en analysant la différence de température de surface des batteries avec et sans GTS dans des conditions de décharge à courant constant de 1 C, l'effet des feuilles de graphite à haute conductivité thermique sur l'amélioration de l'uniformité de la température des batteries carrées a été étudié. Les conclusions suivantes ont été tirées.

(1) Pendant le processus de décharge, la différence de température horizontale à la surface de l'élément de batterie est inférieure à la différence de température verticale, ce qui signifie que les feuilles de graphite à haute conductivité thermique peuvent réduire efficacement cette différence, équilibrer la chaleur entre les différentes parties de la surface de l'élément de batterie et améliorer l'uniformité thermique de la surface de l'élément de batterie.

(2) En tant que mesure d'amélioration du transfert de chaleur, les feuilles de graphite à haute conductivité thermique peuvent améliorer efficacement l'uniformité thermique à l'intérieur du bloc-batterie et peuvent être utilisées comme mesure auxiliaire d'amélioration du transfert de chaleur pour les systèmes de gestion thermique des blocs-batteries automobiles, tels que l'utilisation de matériaux à changement de phase pour les plaques de refroidissement, afin d'équilibrer la distribution de la chaleur du bloc-batterie et d'améliorer les performances du système de gestion thermique