Temperatur- und Entladungstest für Li-Ionen-Akkus

Temperatur- und Entladungstest für Li-Ionen-Akkus

Analyse des aktuellen Anwendungsstandes von Lithium-Ionen-Batterien

Die sich schnell entwickelnde Automobilindustrie hat den Menschen Komfort gebracht, während ihre Abgase zum Hauptverursacher der städtischen Luftverschmutzung geworden sind. Andererseits nimmt der Verbrauch von Öl und Erdgas als nicht erneuerbare Energiequellen allmählich zu und wird in naher Zukunft schließlich zur Neige gehen. Energieeinsparung und Umweltschutz sind zu sehr wichtigen gesellschaftlichen Themen geworden.

Elektrofahrzeuge (EVS) und Hybrid-Elektrofahrzeuge (HEVS) werden entwickelt, um den Energieverbrauch und die Umweltverschmutzung durch Kraftstofffahrzeuge zu reduzieren. Zu den fortschrittlichen Leistungsbatterien, die derzeit in Elektrofahrzeugen verwendet werden, gehören hauptsächlich Nickel-Wasserstoff-Leistungsbatterien und Lithium-Ionen-Leistungsbatterien. Lithium-Ionen-Batterien haben eine hohe spezifische Energie, eine lange Lebensdauer und eine hohe spezifische Leistung. Mit der Kostensenkung werden sie nach und nach die aktuellen Nickel-Wasserstoff-Batterien als wichtigstes Energiespeichersystem für Elektrofahrzeuge ersetzen. Die Wirtschaftlichkeit von HEVs und EVs im Marktwettbewerb ist ein entscheidender Aspekt. Die Echtzeit- und genaue Schätzung des Batterieladezustands (SOC) hat erhebliche Auswirkungen auf die Wirtschaftlichkeit von Hybridfahrzeugen.

Zu den positiven Elektrodenmaterialien von Lithium-Ionen-Energiebatterien gehören hauptsächlich ternäre Materialien aus Lithiummanganoxid, Lithiumeisenphosphat und Nickel-Kobalt-Lithium-Manganoxid. Im Vergleich zu den beiden anderen positiven Elektrodenmaterialien weisen ternäre Materialien eine höhere Plattformspannung, spezifische Kapazität und Verdichtungsdichte auf, die die Energiedichte von Batterien bestimmen, die dieses positive Elektrodenmaterial verwenden. Wenn die Sicherheitsleistung ternärer Lithium-Ionen-Batterien bis zu einem gewissen Grad verbessert werden kann, werden sie einen großen Anwendungsbereich in Elektrofahrzeugen und Energiespeichersystemen finden.

2 Testobjekte und Testplattformen

Testobjekt: zylindrischer ternärer 18650-Lithium-Ionen-Power-Akku. Erhalten Sie seine grundlegenden Eigenschaften. Die Grundparameter der Einzelzellenbatterie sind: Nennkapazität 20 Ah, Nennspannung 37 V und Masse 41 g.

Die Batteriezellen- und Modultestplattform kann Fahrzeugbetriebsbedingungen simulieren, experimentelle Daten während des Ladens und Entladens von Modulen erhalten und die Wirksamkeit des Modulstrukturdesigns und des BMS-Designs überprüfen.

Die Testplattform ist in fünf Teile unterteilt: Batterielade- und -entladeausrüstung, Konstanttemperaturkammer , Batteriedatenerfassungskarte, Batteriedatenaufzeichnungs- und -analyse- und Steuercomputer sowie zu testendes Batteriemodul. Der Computer erhält und zeichnet Batterieinformationen (Spannung, Temperatur, Strom) durch Dateninteraktion mit der Datenerfassungskarte auf. Die im Batteriemodell eingebettete Datenanalysesoftware analysiert den Batteriestatus und die entsprechenden Lademethoden und steuert die Leistung des Lade- und Entlademotors entsprechend. Die Konstanttemperaturbox sorgt für Temperaturfeldbedingungen zum Testen der Batterie, und der Lade- und Entlademotor stellt die Stromquelle und Last für die Batterie bereit.

3 SOC- und Leerlaufspannungsprüfung

3.1 Einzelbatterietest

Die Leerlaufspannung der Batterie (Leerlaufspannung, OCV) kann zur Kalibrierung der Batterieladezustandsschätzung verwendet werden, was eine wichtige Rolle bei der Verbesserung der Genauigkeit der SOC-Schätzung spielt. Neun zylindrische 18650-Lithium-Ionen-Einzelzellenbatterien wurden für SOC und ausgewählt OCV-Test. Der Testvorgang besteht aus folgenden Schritten: Die Lithium-Ionen-Batterie wird vollständig aufgeladen und stationär platziert, bis die Batterie stabil ist; Entladung mit konstantem Strom, um sicherzustellen, dass der SOC für jede Entladung 005 beträgt und das Intervall zwischen zwei Entladungen 1 beträgt Stunde, um sicherzustellen, dass die Batterie einen stabilen Zustand erreicht. Zeichnen Sie gleichzeitig die Leerlaufspannung des Batteriesatzes auf. Daraus ergibt sich die Leerlaufspannung von 21 SOC-Zuständen mit SOC im Bereich von 1, 0,95, 0,90, 0,85, 0,80, …, 0,10, 0,05 und 0.

Aus dem Experiment ist ersichtlich, dass die Beziehung zwischen dem SOC und dem OCV des 18650-Monomers annähernd linear mit guter Konsistenz ist. Daher kann die Leerlaufspannung zur Abschätzung des Ladezustands der Batterie verwendet werden. Insbesondere nach längerer Standzeit des Elektrofahrzeugs hat die Leerlaufspannung einen guten Einfluss auf die Einschätzung des anfänglichen Ladezustands der Leistungsbatterie.

3.2 Batteriepacktest

18650-Zellen werden ausgewählt, um zwei Gruppen über 5 parallele 10 Strings zu bilden, um die Beziehung zwischen dem Ladezustand und der Leerlaufspannung zu testen. Der Testprozess entspricht dem des Einzelbatterietests. Aufgrund der guten Konsistenz der Monomere und der Auswahl der Kombinationen kann auch der Akku eine gute Konsistenz beibehalten.

4 Kapazität einer einzelnen Batterie

Aufgrund der Tatsache, dass Elektrofahrzeuge eine relativ hohe spezifische Leistung der Leistungsbatterie beim Bergauffahren, Anfahren und Beschleunigen benötigen, d. h. eine ausreichende Stromentladung, um ausreichend Leistung bereitzustellen. In diesem Artikel wurden Entladetests an Lithium-Ionen-Batterien bei 0 IC, 0,5 °C und 1 °C durchgeführt

Aus den experimentellen Ergebnissen ist ersichtlich, dass mit zunehmendem Entladestrom der Batterie die Entladekapazität der Batterie abnimmt. Dies liegt daran, dass mit zunehmendem Entladestrom die Konzentrationspolarisierung innerhalb der Batterie zunimmt und auch der durch den inhärenten Innenwiderstand der Batterie verursachte Spannungsabfall zunimmt, was zu einer entsprechenden Verringerung der Entladekapazität der Batterie führt.

5 Batteriekapazität

Aufgrund der erheblichen Änderungen in den Arbeitsbedingungen von Automobilen wurden in diesem Artikel Entladetests an Lithium-Ionen-Batterien bei Temperaturen von -30, -20, -10, 0, 10, 30, 45 und 55 °C bei 0,5 °C durchgeführt. Aus den experimentellen Ergebnissen ist ersichtlich, dass mit steigender Arbeitstemperatur der Batterie die Entladekapazität deutlich zunimmt. Dies ist auf die langsame Diffusionsgeschwindigkeit von Lithiumionen innerhalb der Batterie bei niedrigen Temperaturen zurückzuführen, wodurch die Aktivität der Batterie mit zunehmender Temperatur zunimmt. Mit zunehmender Isolationszeit steigt jedoch die Gesamttemperatur der Batterie, was dazu führt, dass die Ionenaktivität allmählich gestört wird, was zu einem Anstieg des Innenwiderstands und einer Abnahme der Entladekapazitätsänderungen führt.

6 Fazit

In diesem Artikel wird der Zusammenhang zwischen Ladezustand und Leerlaufspannung, Entladerate und -kapazität, Kapazität und Temperatur von ternären Lithiumbatterien untersucht. Es werden das Gesetz des Ladezustands und der Leerlaufspannung, das Gesetz der Monomerkapazität bei unterschiedlichen Entladeraten sowie das Gesetz der Kapazität und Temperatur ermittelt.

1) Die Konsistenz der getesteten zylindrischen 18650-Lithium-Batteriezellen ist gut und der Ladezustand hängt ungefähr linear von der Leerlaufspannung ab. Die Leerlaufspannung kann zur Abschätzung des Ladezustands herangezogen werden. Die Verwendung der Leerlaufspannung zur Schätzung des Ladezustands während der Abschaltzeit der Leistungsbatterie und die Verwendung anderer Schätzmethoden während des Ladens und Entladens können die Genauigkeit der SOC-Schätzung verbessern.

2) Mit zunehmendem Entladestrom nimmt die Konzentrationspolarisierung innerhalb der Batterie zu und auch der Spannungsabfall, der durch den inhärenten Innenwiderstand der Lithiumbatterie verursacht wird, nimmt zu. Daher nimmt die Entladekapazität der Batterie mit zunehmender Entladerate ab.

3) Bei niedrigen Temperaturen ist die Diffusionsrate von Lithiumionen innerhalb der Batterie langsamer, und mit steigender Temperatur nimmt die Batterieaktivität zu und die Entladekapazität steigt.