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Test de cyclage des batteries d'alimentation des VE - Partie 1

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Test de cyclage des batteries d'alimentation des VE - Partie 1

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Ces dernières années, l'industrie chinoise des véhicules à énergie nouvelle a connu une croissance explosive, ce qui a attiré beaucoup d'attention sur les systèmes de batteries utilisés dans les véhicules à énergie nouvelle. Étant l'un des composants clés des véhicules électriques, la durée de vie du système de batterie a une incidence directe sur l'utilisation globale du véhicule. Dans le passé, la recherche sur la durée de vie des batteries de puissance se limitait souvent à des cellules ou modules de batterie individuels, et il y avait peu de rapports de recherche sur les systèmes de batteries de puissance.

En raison de l'effet de court-circuit, les performances des systèmes de batteries sont généralement déterminées par les plus mauvaises cellules individuelles à l'intérieur, de sorte que l'incohérence des cellules individuelles peut conduire à une diminution significative des performances du système de batteries, en particulier la durée de vie du système de batteries sera grandement affectée. Par conséquent, tenter d'identifier le modèle de dégradation de la durée de vie du système de batterie, établir une méthode d'évaluation de la durée de vie et un modèle de durée de vie pour les systèmes de batteries de puissance, fournir une base pour établir des méthodes de test et d'évaluation rapides de la durée de vie pour les batteries de puissance, est d'une grande importance pour l'utilisation rationnelle des systèmes de batterie dans l'ensemble du véhicule.

1 Objet et équipement de test

Objet de la recherche : L'expérience adopte un système de batterie ternaire à haute énergie de 310,8 V, 37 Ah pour les véhicules hybrides comme objet de recherche. Le système de batterie d'alimentation est composé de 7 modules en série, et chaque module de batterie d'alimentation est composé de 12 cellules de batterie d'alimentation en série. La combinaison de l'ensemble du système de batteries d'alimentation est composée d'une connexion parallèle et de 84 connexions en série.

Matériel d'essai : Le système de batterie utilise un simulateur de batterie pour effectuer des tests de durée de vie et de résistance interne. Un refroidisseur d'eau est utilisé pour refroidir le système de batterie dans le cycle, et un banc d'essai de durée de vie du système de batterie lithium-ion est utilisé. La batterie de puissance est soumise à des essais de durée de vie à l'aide d'un simulateur de batterie de puissance et d'une chambre environnementale, et une station de travail électrochimique est utilisée pour les essais d'impédance en courant alternatif.

2 Méthodes d'essai

2.1 Méthode d'essai du cycle d'un seul élément pour les batteries de puissance

Afin de garantir la comparabilité des résultats expérimentaux, des monomères de batterie présentant une bonne cohérence ont été sélectionnés dans le même lot d'échantillons, et des expériences comparatives ont été menées à différentes profondeurs de décharge (gamme DOD) et à différentes températures. La méthode d'essai de cyclage pour les monomères de batteries d'énergie est la suivante

(1) Profondeur de charge et de décharge de 100 % (100 % DOD) : L'essai de cycle des cellules de la batterie est effectué à température ambiante et à 40 ℃, respectivement. La batterie est chargée à un courant constant de 1 C jusqu'à ce que la tension de la cellule atteigne 4,24 V, puis passe à une charge à tension constante jusqu'à ce que le courant soit inférieur ou égal à 1,85 A, et arrête la charge. Laisser reposer pendant 30 minutes et décharger à un courant constant de 1 C jusqu'à ce que la tension de la cellule atteigne 3,00 V. Laisser reposer pendant 30 minutes et répéter les étapes ci-dessus pour le test de cycle ; effectuer un étalonnage de la capacité et un test d'impédance en courant alternatif tous les 100 cycles.

(2) Profondeur de charge et de décharge de 80 % (80 % DOD) : L'essai de cycle des cellules de la batterie est effectué à température ambiante et dans un environnement de 40 ℃, respectivement. un courant constant de 1 C est utilisé pour charger la cellule à une tension de 4,24 V, et on la laisse reposer pendant 30 minutes. un courant constant de 1 C est utilisé pour décharger la cellule jusqu'à une tension de 3,00 V, et on la laisse reposer pendant 30 minutes. Les étapes ci-dessus sont répétées pour l'essai cyclique, et l'étalonnage de la capacité et l'essai d'impédance en courant alternatif sont effectués tous les 100 cycles.

2.2 Méthode d'essai cyclique pour le système de batterie de puissance

(1) Profondeur de décharge de charge à 100 % (100 % DOD). Afin d'éviter l'impact d'une température incohérente à l'intérieur du système de batterie de lapin sur sa durée de vie, l'expérience a été menée à température ambiante (25 ± 5) ℃, avec une température du liquide de refroidissement de 25 ℃ et un débit de 8 L/min. Charger avec 1 C jusqu'à ce que la tension totale atteigne 352,8 V, puis passer à une charge à tension constante jusqu'à ce que le courant soit inférieur ou égal à 1,85 A et arrêter la charge (CC-CV), laisser reposer pendant 30 minutes : décharger avec 1 C à courant constant jusqu'à ce que la tension individuelle atteigne 3,00 V, laisser reposer pendant 30 minutes ; Au total, 170 cycles ont été effectués.

(2) Profondeur de charge et de décharge à 80 % (80 % DOD) : L'essai de cyclage du système de batterie est effectué à température ambiante, avec une température du liquide de refroidissement de 25 ℃ et un débit de 8 L/min. Charger avec un courant constant de 1 C jusqu'à ce que la tension totale atteigne 348,6 V et laisser reposer pendant 30 min, puis décharger avec un courant constant de 1 C jusqu'à ce que la tension totale atteigne 290,8 V et laisser reposer pendant 30 min ; Un total de 2500 cycles a été effectué. Effectuer un étalonnage de la capacité tous les 200 ou 100 cycles, et réaliser un essai de résistance au courant continu (DCR) à un courant de charge et de décharge spécifique au SOC fixe.

L'étalonnage de la capacité consiste à effectuer 3 essais de charge et de décharge à 100 % DOD sur le système de batterie ; l'essai DCR exige d'abord que le système de batterie 1 C soit chargé à une tension totale de 311,56 V (CC-CV, courant de coupure de 1,85 A), laissé au repos pendant 30 minutes, puis chargé à 20 A et déchargé à 20 A pendant 10 secondes chacun, chargé à 120 A et déchargé à 120 A pendant 10 secondes chacun, déchargé à 1 C à une tension de coupure unique de 3,00 V, puis calculé les valeurs de résistance DC sous chaque courant d'impulsion

3 Analyse des données d'essai du cycle de l'élément unique

3.1 Capacité de décharge d'un seul élément et nombre de cycles

Les cellules des batteries de puissance ont été soumises à des essais de durée de vie de 500 cycles à température ambiante (25 ± 5) ℃ avec 80% DOD et 100% DOD : une charge et une décharge à 100% DOD ont été effectuées tous les 200 ou 100 cycles pour calibrer la capacité.

La capacité de décharge initiale de la durée de vie de la batterie est de 38,00 Ah. Après 200 cycles, le taux de rétention de la capacité est de 100,63 %, ce qui est supérieur au taux de rétention de la capacité de 99,46 % après 170 cycles de 100 % DOD dans le système de batterie ;

Après 500 cycles, la capacité de décharge est de 37,57 Ah et le taux de rétention de la capacité est de 98,87 %.

La capacité de décharge initiale d'une durée de vie de 80 % est de 38,73 Ah.

Après 200 cycles, la capacité est de 38,36 Ah et le taux de rétention de la capacité est de 99,04 %.

Après 500 cycles, la capacité de décharge est de 36,66 Ah et le taux de rétention de la capacité est de 94,66 %. Après 400 cycles de 80% de DOD dans le système de batterie, le taux de rétention de la capacité est de 96,72%, et après 600 cycles, le taux de rétention de la capacité est de 91,76%

Courbe de tension de capacité des cellules de la batterie de puissance à température ambiante. On peut constater que la plate-forme de tension de décharge de la batterie ternaire NCM se situe entre 4,15 et 3,30 V, et la plate-forme de tension de charge entre 3,50 et 4,20 V. Les courbes de tension de capacité de 80 % DOD après 0-500 cycles montrent une diminution significative de la capacité de décharge après chaque 200 ou 100 cycles à cette profondeur de charge et de décharge. Après 0-500 cycles, la courbe de tension de capacité de 100% DOD ne montre pas de diminution significative de la capacité de décharge.

La cellule de la batterie de puissance a été soumise à des essais de durée de vie de 500 cycles à 80 % DOD et 100 % DOD dans un environnement de (40 ± 5) ℃. La capacité de décharge initiale de la durée de vie du cycle à 80 % DOD de la cellule de batterie est de 40,19 Ah, et le taux de rétention de la capacité de décharge après 200 cycles est de 94,65 % ; après 500 cycles, la capacité de décharge est de Ah et le taux de rétention de la capacité est de 91,22 % DOD. La capacité de décharge initiale est après la durée du cycle, et le taux de rétention de la capacité est de 95,82% ;

Après 500 cycles, à température ambiante et à 40°C, le taux de rétention de la capacité de décharge cyclique est supérieur à 80% DOD taux de rétention de la capacité de décharge cyclique (capacité de décharge complète après la fin du cycle/capacité de décharge complète initiale)

Le taux de dégradation de la capacité pendant le cycle à 40 ℃ est plus élevé qu'à température ambiante, ce qui indique qu'une température élevée accélère la dégradation de la capacité de la batterie et réduit sa durée de vie.

À 40 °C, la capacité de décharge d'une batterie à puissance unique diminue rapidement entre 0 et 300 cycles à 80 % de DOD, et rapidement entre 100 et 200 cycles à 100 % de DOD

3.2 Impédance CA d'une seule cellule

Spectres d'impédance CA de cellules de batteries de puissance avant et après un cycle de vie de 80 % DOD à température ambiante et à 40 ℃. L'impédance des batteries lithium-ion comprend l'impédance de l'électrolyte, l'impédance de transfert de charge et de masse à l'interface électrode-électrolyte, et l'impédance de diffusion des ions lithium près de l'électrode et de son interface.

Le spectre d'impédance de l'électrode consiste en un demi-cercle dans la région des hautes fréquences et une ligne diagonale dans la région des basses fréquences. L'impédance de l'électrolyte a augmenté de manière significative avant et après 500 cycles à température ambiante et 40 ℃ pour une batterie unique à 80 % de DOD, passant de 0,9 m Ω et 1,0 m Ω avant le cyclage à 2,0 m Ω et 2,4 m Ω après le cyclage, respectivement.