Test thermique de la batterie au lithium

Test thermique de la batterie au lithium

La batterie est le composant le plus important d’un véhicule électrique, fournissant l’énergie nécessaire à son fonctionnement, et ses performances affectent directement les performances de fonctionnement du véhicule électrique. Avoir des performances de sécurité fiables est une exigence fondamentale pour les batteries de puissance utilisées dans les véhicules électriques. Pendant le processus de charge et de décharge des batteries, diverses contraintes sont générées en raison de réactions électrochimiques accompagnées d'une grande quantité de chaleur. Surtout lorsque le courant de charge et de décharge est trop important, il est plus susceptible de produire des effets de polarisation, provoquant une tension de la batterie artificiellement élevée, et en même temps, la génération de chaleur augmentera considérablement et l'effet thermique sera amélioré. L'augmentation rapide de la chaleur interne de la batterie provoquera des dommages irréversibles aux ions de la substance active à l'intérieur de la batterie, affectant sérieusement les performances de la batterie et réduisant considérablement sa durée de vie. Par conséquent, l’analyse des caractéristiques thermiques des batteries est utile pour une utilisation sûre des véhicules électriques.

1 Simulation de batterie

La résistance interne d'une seule batterie au lithium fer phosphate pour véhicules électriques est de 7 mΩ, la capacité de la batterie est de 10 A·h, la tension de coupure de charge est de 4.23 V et la longueur, la largeur et la hauteur de la batterie unique. la batterie d'une masse de 0.27 kg mesure respectivement 65 mm, 22 mm et 104 mm ; Le rayon du mât est de 2.25 mm et la hauteur est de 6.00 mm. La batterie est divisée en quatre séries parallèles et douze. Le courant de décharge total à un taux de 1 C est de 40 A et le courant réel traversant une seule batterie est de 10 A. Établissement d'un modèle thermique de batterie par ANSYS.

1.1 Conditions aux limites du champ de flux thermique dans la chambre de la batterie

Le champ de flux thermique à l’intérieur de la chambre de la batterie est résolu à l’aide d’un champ de couplage thermique fluide. Les conditions de transfert de chaleur par convection peuvent être directement utilisées dans le champ d’écoulement, sans qu’il soit nécessaire de définir des conditions aux limites pour le champ thermique. Les conditions limites d'importation et d'exportation incluent la température, la vitesse de l'air et la pression atmosphérique. Réglez la température d'entrée à une température ambiante de 20 ℃ et la pression de sortie à 0. Le débit d'air est l'un des principaux facteurs affectant la dissipation thermique de la chambre de la batterie. Cet article étudiera les effets de la ventilation naturelle et de la ventilation forcée sur les caractéristiques thermiques des batteries. En raison de la faible différence de température entre la chambre et l’extérieur et du faible échange de chaleur avec l’extérieur, la condition aux limites du mur est définie comme une limite adiabatique à température constante.

1.2 Analyse des caractéristiques thermiques de la batterie au lithium fer phosphate

1) Dans des conditions de décharge à courant constant à un taux de 1 C à une température ambiante de 20 ℃, la température maximale de la batterie est de 32 ℃, la température minimale est de 26 ℃ et la différence de température est de 6 ℃. La température la plus basse se produit au bord de la batterie. Ces emplacements sont généralement bien ventilés, permettant un transfert de chaleur par convection plus suffisant ; La température la plus élevée se produit au niveau de la position centrale à l’intérieur de la batterie individuelle. En raison du manque de connexion directe avec le monde extérieur, la conduction thermique ne peut s’appuyer que sur le polymère et l’électrolyte à l’intérieur de la batterie, ce qui peut facilement provoquer une accumulation de température. Par conséquent, la température à la position centrale est légèrement supérieure à celle à la position du bord.

2) Lors d'une décharge à un taux de courant constant de 2 C sous une température ambiante de 20 ℃, la température maximale de la batterie est de 43 ℃, la température minimale est de 31 ℃ et la différence de température est de 12 ℃. La température la plus basse se produit au bord de la batterie, tandis que la température la plus élevée se produit au cœur interne de la batterie individuelle. Parce que la différence de température globale à l’intérieur de la batterie dépasse la différence de température standard conçue (10 ℃). Si la décharge au taux de 2 C est utilisée pendant une longue période pour démarrer, grimper, accélérer, etc., cela affectera la durée de vie de la batterie.

2 Test thermique

L'expérience sur le champ de température des batteries au lithium fer phosphate pour véhicules électriques peut mesurer la différence de température à des points typiques du bloc de batteries. Nous pouvons non seulement comprendre la répartition réelle de la température et l’augmentation de la température des batteries au lithium fer phosphate. Dans le même temps, la précision des résultats des calculs de simulation peut également être vérifiée sur la base de données expérimentales. Fournit une base fiable pour la conception de la gestion thermique des batteries.

Afin de mesurer avec précision la température réelle de surface du bloc de batterie dans le compartiment de la batterie à différents taux de décharge. La tête du capteur de température doit être fermement collée à la surface latérale de la batterie. Minimiser autant que possible les erreurs de lecture de la température sans affecter le flux d’air à l’intérieur du compartiment de la batterie.

Placez un capteur de température au point central A sur le côté de la batterie. Placez un capteur de température sur le bord B sur le côté de la batterie. Effectuer des tests de décharge à des taux de décharge de 1 C et 2 C respectivement. Pour garantir la précision de l'expérience, 5 tests ont été effectués à différents taux de décharge, et la température moyenne la plus élevée au même moment a été prise pour les 5 tests.

En comparant et en analysant les résultats expérimentaux et de simulation, on peut voir que l'erreur entre les résultats de simulation et les résultats expérimentaux est inférieure à 8 %, ce qui indique que le modèle de simulation de batterie au lithium établi dans cet article est précis et pratique, et peut être utilisé. pour améliorer la gestion thermique des packs de batteries

3 Amélioration de la gestion thermique

Les véhicules électriques nécessitent une décharge de courant élevée de la batterie lors des accélérations, des montées de collines et d'autres conditions de travail. À ce moment-là, le courant à l’intérieur de la batterie augmente de façon exponentielle et le champ de température à l’intérieur de la batterie changera également de manière significative. Par conséquent, il est nécessaire d’améliorer la dissipation thermique du bloc de batterie existant.

Le système de gestion thermique utilisant l'air comme milieu présente une structure simple, un faible coût et un processus de fabrication plus simple par rapport au système de gestion thermique utilisant un liquide comme milieu. De plus, les gaz nocifs générés pour diverses raisons peuvent être évacués en temps opportun, ce qui entraîne une meilleure sécurité. Par conséquent, cet article adopte une ventilation forcée pour dissiper la chaleur dans le système. Pour assurer une bonne dissipation thermique, la vitesse à l’entrée d’air du système de refroidissement est réglée à 30 m/s. Grâce au calcul de simulation ANSYS, la distribution du champ de température du bloc de batterie amélioré est obtenue.

Après avoir amélioré la gestion thermique de la batterie, la différence de température et la température maximale lors de la décharge à différents taux de décharge ont été réduites. Et tous restent dans le cadre autorisé. Lorsque la batterie est déchargée à un taux de 1 C, la température maximale de la batterie diminue de 1 ℃ sans aucun changement dans la différence de température ;

Lorsque la batterie est déchargée à un taux de 2 C, la température maximale de la batterie diminue de 8 ℃ et la différence de température chute à 8.5 ℃ ;

Lorsque la batterie est déchargée à un taux de 3 C, la température maximale de la batterie tombe dans la plage autorisée, et la différence de température descend également dans la plage autorisée.

Par comparaison, on peut voir que la température maximale et la différence de température du bloc de batterie amélioré se situent dans la plage autorisée. Le plan d’amélioration est réalisable et efficace.

Conclusion 4

Cet article prend un certain type de batterie au lithium fer phosphate pour véhicule électrique comme objet de recherche, établit son modèle de simulation à l'aide du logiciel ANSYS et effectue une analyse de simulation. Les résultats ont montré que la température de décharge la plus élevée de la batterie à un taux de 2 °C était de 43 ℃, avec une différence de température de 12 ℃, dépassant la différence de température autorisée de 10 ℃.

Une utilisation à long terme peut affecter la durée de vie de la batterie. La méthode de gestion thermique de la batterie a été améliorée et la température maximale et la différence de température de la batterie pendant la décharge à un grossissement de 2 C et 3 C ont été réduites, répondant ainsi aux exigences de dissipation thermique de la batterie lors du démarrage du véhicule électrique. montée et accélération.