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Test de cyclage des batteries d'alimentation des VE - Partie 2

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Test de cyclage des batteries d'alimentation des VE - Partie 2

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2.2 Analyse des données de l'essai de cycle pour le système de batterie d'alimentation

(1) Système de batterie de puissance 100% charge décharge cycle profond

Le système de batterie de puissance a été soumis à 170 essais de durée de vie à 100 % de charge et de décharge (100 % DOD), avec une température du liquide de refroidissement de 25 ℃ et un débit de 8 L/min pendant le processus de cyclage à température ambiante (25 ± 5) ℃. La courbe de relation entre la capacité de charge et de décharge et le nombre de cycles montre que la capacité de décharge initiale est de 38,94 Ah, et la capacité de décharge après 170 cycles est de 38,73 Ah, avec un taux de rétention de la capacité de 99,46 %. Parmi eux, l'efficacité coulombienne (qui est égale au pourcentage de la capacité de décharge et de la capacité de charge) est toujours supérieure à 100 %. Au cours des 15 premiers cycles, la capacité de décharge a montré une tendance à la hausse, ce qui indique que le système de batterie d'énergie est dans le processus d'activation

(2) Durée de vie de 80 % du cycle profond de charge et de décharge pour le système de batterie de puissance

Capacité de décharge du système et nombre de cycles.

Le système de batterie d'alimentation est soumis à un essai de durée de vie de 2 500 cycles à température ambiante (25 ± 5) ℃, avec une température du liquide de refroidissement de 25 ℃ et un débit de 8L/min pendant le processus de cyclage, en utilisant 80 % de DOD.

Effectuer un essai de performance unique tous les 200 ou 100 cycles (avec une capacité d'étalonnage de 200 cycles avant 1600 cycles et de 100 cycles après 1600 cycles). Effectuer trois fois une charge et une décharge à 100 % de DOD pour étalonner la capacité. Effectuer des tests DCIR sous différents courants d'impulsion à 50 % de l'état de charge.

La capacité de décharge initiale du système de batterie est de 38,98 Ah. Après 2500 cycles, la capacité de décharge n'est plus que de 10,20 Ah. Avant 1200 cycles, la capacité diminue lentement, avec une perte de capacité de 5,58 Ah. Ensuite, la capacité diminue rapidement, avec une perte de capacité de 23,2 Ah entre 1200 et 2500 cycles, soit un taux de perte de capacité de 59,5%. Pendant la durée de vie complète, le taux de perte de capacité est de 73,8 %. L'efficacité de Coulomb montre une tendance à l'augmentation puis à la diminution. Avant 400 cycles, l'efficacité de Coulomb augmente continuellement, puis diminue progressivement. Après 1700 cycles, l'efficacité de Coulomb est inférieure à 100%

Le schéma général de la durée de vie de ce système de batterie est que la dégradation de la capacité s'accélère avec l'augmentation de la durée des cycles. Cela diffère de la tendance à la dégradation de la capacité des cellules de batterie rapportée dans la littérature, car le système de batterie est composé d'un grand nombre de cellules de batterie, et l'incohérence des cellules de batterie a un impact significatif sur la capacité du système de batterie. En même temps, elle brouille également la tendance de la variation de la capacité des cellules de batterie, ce qui la rend différente de la tendance de la variation de la capacité des cellules de batterie.

Durée de vie du système et différence de pression individuelle

Afin d'étudier l'effet de la différence de pression entre les cellules de la batterie sur la capacité du système de batterie, lors de 2500 essais de cycles, la différence de pression entre la tension la plus élevée et la tension la plus basse de 84 cellules de la batterie en fin de charge et de décharge a été enregistrée lors de chaque essai de performance. Les résultats expérimentaux montrent que la différence de tension initiale aux bornes de décharge du système de batterie est de 0,171 V et que la différence de tension aux bornes de charge est de 0,018 V. Après 2500 cycles, la différence de tension aux bornes de décharge est de 0,550 V et la différence de tension aux bornes de charge est de 0,286 V. Les résultats montrent que, d'une part, la différence de pression à l'extrémité de décharge est toujours supérieure à celle à l'extrémité de charge pendant toute la durée du cycle, et qu'elle a tendance à s'accroître progressivement.

D'autre part, au fur et à mesure que le nombre de cycles augmente, la différence de pression à l'extrémité de charge et la différence de pression à l'extrémité de décharge continuent d'augmenter. Et le taux d'augmentation est de plus en plus rapide ;

En conséquence, au cours du processus de cyclage, le taux de dégradation de la capacité du système de batterie devient également de plus en plus rapide au fur et à mesure que la différence de pression de l'élément de batterie augmente, en particulier après 1200 cycles, cette tendance correspondante devient plus évidente.

Au début de l'essai de durée de vie, la différence de pression du système de batterie est relativement faible, et la dégradation de sa capacité est principalement causée par la dégradation de la capacité des cellules individuelles de la batterie qui composent le système. Au fur et à mesure que le nombre de cycles augmente, la tension de certains éléments de la batterie diminue, ce qui fait que la tension totale ou la tension des éléments du système de batterie atteint à l'avance la condition de coupure de la décharge. En revanche, d'autres éléments n'ont pas encore atteint la condition de coupure de décharge, ce qui entraîne une décharge incomplète de cette partie de la capacité de l'élément et une diminution de la capacité de décharge du système de batterie.

Par conséquent, en cas de différence de pression importante, la capacité de décharge du système de batterie ne peut pas refléter entièrement la capacité du système de batterie lui-même. En résumé, la tendance à la modification de la capacité des systèmes de batteries est une manifestation globale de l'atténuation de la capacité des cellules de batteries elles-mêmes et de l'intensification de l'incohérence entre les cellules de batteries, ce qui est très différent de la loi de l'atténuation de la capacité des cellules.

Durée de vie du système et résistance au courant continu

Le test DCIR du système de batterie consiste à charger le système à une tension totale de 311,56 V, suivie d'une charge de 20 A et d'une décharge de 20 A pendant 10 secondes chacune, et d'une charge et d'une décharge de 120 A pendant 10 secondes chacune. Les valeurs de résistance au courant continu sous chaque impulsion de courant sont calculées. La résistance interne au courant continu (DCIR) est un test de la résistance interne au courant continu d'une batterie, qui comprend deux parties : la résistance ohmique et la résistance de polarisation. La mesure de la résistance interne en courant continu est une méthode permettant de prendre en compte et de mesurer les deux parties de la résistance.

La résistance interne est un indicateur important pour mesurer les performances d'une batterie. Les batteries à faible résistance interne ont une forte capacité de décharge de courant, tandis que les batteries à forte résistance interne ont l'effet inverse. Les résultats montrent qu'au fur et à mesure que le cycle progresse, la DCIR a tendance à diminuer, à se stabiliser, puis à augmenter progressivement, et les résistances internes de charge et de décharge ont la même tendance à changer à différents courants.

Après 1200 cycles, l'augmentation de la résistance interne DCIR du système de batterie est accélérée, ce qui correspond à la diminution accélérée de la capacité et à l'augmentation accélérée de la différence de pression terminale de charge et de décharge après 1200 cycles. La résistance interne d'une charge et d'une décharge de 20 A est passée de 130,0 mΩ et 120,0 mΩ avant le début de la durée du cycle à 160,0 mΩ et 150,0 mΩ à la fin de la durée du cycle. La résistance interne d'une charge et d'une décharge de 120 A est passée de 115,0 mΩ et 113,0 m Ω avant le début de la durée de vie du cycle à 147,5 mΩ et 150,8 mΩ à la fin de la durée de vie du cycle

La tension totale du système étant de 311,56 V, la puissance de charge et de décharge de 20 A est de 6231,2 W, et la puissance de charge et de décharge de 120 A est de 37387,2 W. Les résultats permettent de conclure qu'après la fin de la durée de vie du cycle, les taux de perte de puissance du système pendant la charge et la décharge à un courant de 20 A sont respectivement de 1,03 % et de 0,96 %. À un courant de 120 A, les taux de perte de puissance pendant la charge et la décharge sont respectivement de 5,68 % et 5,81 %. L'augmentation de la résistance interne du courant continu entraîne une augmentation de la perte de puissance dans le système de batterie, et plus la charge et la décharge sont importantes, plus la perte de puissance causée par la résistance interne est importante.

En utilisation réelle, la résistance interne en courant continu du système de batterie a un effet de diviseur de tension par rapport à la charge externe, c'est-à-dire que plus la résistance interne est grande, plus la chute de pression est importante ; en même temps, l'augmentation de la résistance interne entraîne une diminution correspondante de la puissance de sortie externe du système de batterie ; l'augmentation de la consommation d'énergie sur la résistance interne entraîne une augmentation de la production de chaleur à l'intérieur du monomère, ce qui se traduit par une augmentation de la température interne.

D'une part, il y a une différence dans l'augmentation de la résistance interne de chaque cellule individuelle pendant le processus de cyclage, et la chute de tension qui en résulte est également incohérente, ce qui entraîne une augmentation de l'incohérence de la tension entre les cellules individuelles ; d'autre part, l'augmentation de la consommation d'énergie sur la résistance interne peut conduire à une augmentation de la température interne des batteries individuelles, ce qui entraîne une diminution de l'uniformité de la température au sein du système de batterie. La différence de température exacerbera encore l'incohérence de la tension entre les différentes batteries.

Par conséquent, au fur et à mesure que la durée du cycle augmente, la différence de résistance interne entre les monomères entraînera une augmentation de l'incohérence de la tension entre les monomères. L'effet de couplage entre la résistance interne et la température exacerbera l'incohérence entre les tensions individuelles, réduira la capacité de décharge du système de batterie et raccourcira sa durée de vie.

3 Conclusion

(1) Pour les systèmes de batterie, la résistance interne des éléments de la batterie augmente, et la différence de pression entre les éléments augmente en raison de l'effet de la division de la tension. En même temps, l'augmentation de la résistance interne augmente la production de chaleur à l'intérieur de la batterie, et la différence de température à l'intérieur du système de batterie augmentera encore la différence de pression entre les cellules de la batterie.

L'effet de couplage entre les changements de résistance interne des cellules individuelles et la température inégale à l'intérieur du système de batterie conduit à une augmentation accélérée de la différence de pression entre les cellules individuelles, qui à son tour conduit à une dégradation accélérée de la capacité du système de batterie et affecte sa durée de vie.

(2) La capacité de décharge de ce système ternaire de batterie de puissance pendant le processus de cyclage est indépendante de la variation des conditions de cyclage avec le nombre de cycles et suit une loi de décroissance de la fonction de puissance. Ce modèle de durée de vie du système de batterie peut prédire et évaluer la durée de vie réelle du système de batterie, et fournir une base pour l'utilisation raisonnable du système de batterie.

(3) Pour les monomères de batterie de puissance, les taux de rétention de capacité de 100 % DOD et de 80 % DOD à température ambiante sont tous deux supérieurs aux taux de rétention de capacité correspondants du système de batterie. En même temps, les taux de rétention de la capacité des monomères de batterie de puissance après une durée de vie de cycle de 100 % DOD sont supérieurs à ceux après une durée de vie de cycle de 80 % DOD à la fois à la température ambiante et à 40 °C. En outre, le taux de dégradation de la capacité de la durée de vie de cycle à 40 °C est supérieur à celui à la température ambiante, ce qui indique que la batterie subira une réduction rapide de la capacité à des températures élevées, réduisant ainsi la durée de vie de cycle de la batterie.