Zu meinen Favoriten hinzufügen

#Neues aus der Industrie

Niedertemperaturtest der Lithiumbatterie

Das Energiebatteriesystem ist ein wichtiges Subsystem von Elektrofahrzeugen und seine Leistung wirkt sich direkt auf die Leistung, Wirtschaftlichkeit und Sicherheit von Elektrofahrzeugen aus.

Kontinuierliches Laden und Entladen während der Verwendung von Power-Batterien kann Auswirkungen auf die Batterietemperatur haben, und hohe oder niedrige Batterietemperaturen können die Leistung, Lebensdauer und Sicherheit des Batteriesystems beeinträchtigen. Daher ist die Anpassungsfähigkeit von Lithium-Ionen-Batterien an die Temperatur zu einem der Schlüsselfaktoren geworden, die ihren Einsatz in Elektrofahrzeugen einschränken, und das Batterie-Wärmemanagement ist zu einer Schlüsseltechnologie geworden, um Batterieleistung, Lebensdauer und Sicherheit zu gewährleisten.

Die optimale Betriebstemperatur für Power-Batterien liegt zwischen 15 °C und 45 °C, der tatsächliche Betriebstemperaturbereich liegt zwischen -30 °C und 60 °C. Im Winterbetrieb kommt es bei Elektrofahrzeugen häufig zu einem Rückgang der Reichweite. Der Grund hierfür liegt darin, dass die Entladekapazität des Leistungsbatteriesystems selbst im Winter geringer ist als bei Raumtemperatur. Bei gleichzeitig eingeschalteter Autoklimaanlage ist die Reichweite des Elektrofahrzeugs im Winterbetrieb deutlich unzureichend. Bei niedrigen Temperaturen ist die Aktivität des Lithium-Ions selbst relativ gering und der Elektrolyt befindet sich meist in einem festen oder halberstarrten Zustand. Wenn das Lithiumion wandert, ist der Widerstand hoch. Eine schlechte Aktivität führt zu einer schlechten Entladeleistung.

In diesem Artikel werden hauptsächlich die Auswirkungen der Umgebungstemperatur und der Entladerate auf die elektrische und thermische Leistung von Lithiumbatterien untersucht. Es analysiert die Spannungsplattform, Temperatur, Kapazitätsänderungen von Lithiumbatterien bei unterschiedlichen Umgebungstemperaturen und Entladeraten sowie die Änderungen der Batterieleistung unter den Entladebedingungen von Batteriemodulen eines bestimmten Lieferanten.

Die optimale Betriebstemperatur für Power-Batterien beträgt 15 ℃ -45 ℃, und der tatsächliche Betriebstemperaturbereich liegt bei -30 ℃ -60 ℃. Im Winterbetrieb kommt es bei Elektrofahrzeugen häufig zu einem Rückgang der Reichweite. Der Grund hierfür liegt darin, dass die Entladekapazität des Leistungsbatteriesystems selbst im Winter geringer ist als bei Raumtemperatur. Bei gleichzeitig eingeschalteter Autoklimaanlage ist die Reichweite des Elektrofahrzeugs im Winterbetrieb deutlich unzureichend.

Bei niedrigen Temperaturen ist die Aktivität der Lithiumionen im Batteriesystem relativ gering und der Elektrolyt befindet sich meist in einem festen oder halberstarrten Zustand. Bei der Wanderung von Lithiumionen ist der Widerstand hoch und die geringe Aktivität führt zu einer schlechten Entladeleistung. Dieser Artikel untersucht hauptsächlich den Einfluss der Umgebungstemperatur und der Entladerate auf die elektrische und thermische Leistung von Lithiumbatterien und analysiert die Spannungsplattform, die Temperatur sowie Kapazitätsänderungen und Änderungen der Batterieleistung unter Entladebedingungen von Batteriemodulen, die von einem bestimmten Lieferanten bereitgestellt werden .

1 Niedertemperaturtest

Testobjekt: Batteriemodul, 43,8V, 37,0Ah

Prüfgeräte: DGBELL-Konstanttemperatur- und Feuchtigkeitskammer, Lade- und Entladegeräte

Die Testmethode besteht darin, fünf Temperaturpunkte mit Umgebungstemperaturen von 25 °C, 10 °C, 0 °C, 10 °C und -20 °C auszuwählen und Entladetests mit Entladeraten von 1 °C, 0,3 °C bzw. 0,5 °C durchzuführen. Basierend auf dem tatsächlichen Straßenspektrum im Betriebszustand, das aus dem Fahrzeugtest gewonnen wurde, wird es in einen Betriebsstrom umgewandelt und Entladungstests bei Umgebungstemperaturen von 25 °C, 0 °C und -20 °C unterzogen. Notieren Sie Temperatur, Kapazität, Energie, Spannung, Strom und andere Daten der oben genannten Tests.

2 Testergebnisse

2.1 Entladeplattform

Bei unterschiedlichen Umgebungstemperaturen nimmt die Entladeplattform der Batterie mit abnehmender Umgebungstemperatur ab. Bei -20 °C sinkt die Entladungsplattform im Anfangsstadium der Entladung schnell und erreicht ein „Tief“-Stadium. Dies liegt daran, dass sich der Elektrolyt bei niedrigen Temperaturen in einem verfestigten oder halberstarrten Zustand befindet und die Leitfähigkeit des Elektrolyten abnimmt, was zu einer schnellen Abnahme der Entladungsplattform führt.

Mit fortschreitendem Entladevorgang steigt die Entladeplattform langsam auf die Plateaustufe an. Während dieser Zeit wird mit fortschreitendem Entladevorgang im Inneren der Batterie Wärme erzeugt, die den Elektrolyten schmilzt, seine Leitfähigkeit erhöht, den Elektronenflusswiderstand verringert und die Entladeplattform anhebt. Nach Erreichen einer normalen Entladungsplattform ist der Entladungstrend derselbe wie bei Raumtemperatur. Obwohl der Trend bei Batterieentladeplattformen derselbe ist, sinkt mit sinkender Umgebungstemperatur auch die Spannungsplattform.

Je niedriger die Umgebungstemperatur, desto niedriger ist das „Tief“ der Spannungsplattform. Beim Vergleich der drei Entladungsraten lässt sich erkennen, dass sich das Entladungsplateau oberhalb von 0 °C kaum unterscheidet, während das Entladungsplateau unter 0 °C stärker abnimmt. Und im Vergleich zu unterschiedlichen Umgebungstemperaturen ist die Entladezeit umso kürzer, je niedriger die Umgebungstemperatur ist.

2.2 Batterieoberflächentemperatur

Die Temperaturunterschiedsänderungen bei unterschiedlichen Entladungsraten und Umgebungstemperaturen wurden verglichen. Bei gleicher Entladungsrate ist der Temperaturanstieg umso größer, je niedriger die Umgebungstemperatur ist. Beispielsweise beträgt bei einer Umgebungstemperatur von -20 °C der durchschnittliche Temperaturanstieg auf der Oberfläche einer 1C-Entladungsbatterie 35 °C; Bei einer Umgebungstemperatur von 25 °C beträgt der durchschnittliche Temperaturanstieg an der Oberfläche einer 1C-Entladungsbatterie 12 °C. Dies deutet auch darauf hin, dass bei niedrigen Temperaturen mehr Energie für die Batterieerwärmung aufgewendet wird, was zu einer geringeren Energieausbeute führt.

Bei gleicher Umgebungstemperatur ist der Temperaturanstieg an der Batterieoberfläche umso geringer, je geringer die Entladerate ist. Beispielsweise beträgt bei einer Umgebungstemperatur von -20 °C der durchschnittliche Temperaturanstieg auf der Oberfläche einer 0,5 °C-Entladungsbatterie 26 °C; Bei einer Umgebungstemperatur von 20 °C beträgt der durchschnittliche Temperaturanstieg auf der Oberfläche einer 0,3 °C-Entladungsbatterie 21 °C. Dies weist darauf hin, dass bei niedriger Umgebungstemperatur ein kleinerer Strom zum Entladen verwendet werden sollte. Der erste Effekt besteht darin, die Ausgangseffizienz der Batterieenergie sicherzustellen; Die zweite besteht darin, die Lebensdauer der Batterie sicherzustellen.

2.3 Entladekapazität

Aus den Testergebnissen ist ersichtlich, dass bei gleicher Entladerate die Entladekapazität mit sinkender Umgebungstemperatur allmählich abnimmt. Bei einer Umgebungstemperatur von -20 °C ist die bei der Entladung bei 0,3 °C freigesetzte Energie am geringsten, nämlich 86 % derjenigen bei 25 °C. Je kleiner die Entladungsrate, desto niedriger ist die Umgebungstemperatur und desto geringer ist die Menge an entladenem Strom. Bei einer Umgebungstemperatur von 25 °C ist die Entladekapazität bei 0,3 °C etwas höher, während bei anderen Temperaturpunkten die Entladekapazität bei 1 °C höher ist.

4. Fazit

In Umgebungen mit niedrigen Temperaturen ist die Aktivität von Lithiumionen in Batterien relativ gering, die Elektrolytströmungskraft ist groß, die Leitfähigkeit wird verringert und die Entladekapazität wird verringert, was den Betrieb reiner Elektrofahrzeuge beeinträchtigt. Basierend auf experimentellen Tests wurden die tatsächlichen Änderungen der Entladungsplattform und der Oberflächentemperatur der Batterie bei unterschiedlichen Umgebungstemperaturen, Entladungsraten und Betriebsbedingungen ermittelt. Folgende Schlussfolgerungen wurden gezogen:

(1) Die Entladungsplattform nimmt mit sinkender Umgebungstemperatur ab und es entsteht ein „Trog“, wenn die Umgebungstemperatur unter 0 °C liegt. Nach dem „Trog“ steigt die Entladeplattform langsam an, und wenn sie bis zu einem gewissen Grad ansteigt, stimmt der Trend der Entladeplattform mit dem der Entladeplattform bei Raumtemperatur überein.

(2) Wenn die Umgebungstemperatur sinkt, gilt: Je kürzer die Entladezeit, desto geringer ist die Menge an freigesetztem Strom. Bei gleicher Temperatur 1C Kapazität > 0,5C Kapazität > 0,3C Entladekapazität.

(3) Wenn die Umgebungstemperatur sinkt, nimmt der Temperaturanstieg zu. Bei einer Umgebungstemperatur von -20 °C steigt die Batterietemperatur während der 1C-Entladephase um 35 °C, wobei mehr Energie für die Batterieerwärmung aufgewendet wird. Reduzierte Entladungskapazität.

(4) Unter den getesteten Temperaturpunkten ist die Entladekapazität bei einer Umgebungstemperatur von -20 °C und 0,3 °C am niedrigsten. Die Entladekapazität beträgt 86 % bei 25 ℃.

(5) Während der Entladung unter Betriebsbedingungen und bei einer Umgebungstemperatur von -20 °C wird die Batterie bei Temperaturen unter 0 °C verwendet. Dieser Betriebszustand hat einen erheblichen Einfluss auf die Lebensdauer der Batterie. Es wird empfohlen, das Batteriesystem bei niedrigen Temperaturen durch Isolierung, Heizung und andere Maßnahmen zu behandeln.

Infos

  • Guangdong Province, China
  • DGBELL