{{{sourceTextContent.title}}}

Temperaturtest für Lithium-Batterien in der Luftfahrt

{{{sourceTextContent.subTitle}}}

Temperaturtest für Lithium-Batterien in der Luftfahrt

{{{sourceTextContent.description}}}

Lithiumbatterien sind eine der unverzichtbaren Energiequellen in der heutigen Luft- und Raumfahrtindustrie und dienen häufig als Reserveenergie für die Inbetriebnahme verschiedener Flugzeugausrüstungen, für die Kommunikation und für Notfälle. Sie sind wichtige Bestandteile von Luft- und Raumfahrtfahrzeugen. Im normalen Betrieb reagieren Lithiumbatterien jedoch sehr empfindlich auf die Umgebungstemperatur, und die Auswirkungen der Temperatur sind während der zyklischen Nutzung der Batterie von entscheidender Bedeutung, werden aber leicht übersehen.

Die Batteriekapazität sowie die Lade- und Entladeeigenschaften ändern sich mit der Temperatur, und hohe oder niedrige Temperaturen beeinträchtigen die Leistung und Lebensdauer der Batterie erheblich. Der Langzeitbetrieb von Kobaltsäure-Lithiumbatterien für die Luftfahrt in ungünstigen Umgebungen wie niedriger Spannung und niedriger Temperatur führt unweigerlich zu einer verkürzten Lebensdauer von Lithiumbatterien, was zu einer Verschrottung der Batterie oder unvorhersehbaren Verlusten führen kann. Daher ist es notwendig, die Temperatureigenschaften von Lithium-Kobaltoxid-Batterien für die Luftfahrt zu untersuchen.

In diesem Artikel werden die Veränderungen der Batteriekapazität und der Lade-Entlade-Eigenschaften von Lithium-Kobaltoxid-Batterien unter verschiedenen Temperaturbedingungen untersucht. Mit Hilfe von Experimenten werden die Veränderungen der Batteriekapazität und der Lade-Entlade-Eigenschaften von Lithium-Kobalt-Oxid-Batterien bei verschiedenen Temperaturen bestimmt, wodurch eine theoretische Grundlage für die Abschätzung des SOC von Lithium-Kobalt-Oxid-Batterien bei verschiedenen Temperaturen geschaffen wird.

1 Versuch

1.1 Forschungsobjekt und Versuchsausrüstung

Bei dem Versuchsobjekt handelt es sich um Lithium-Kobalt-Ionen-Batterien. Die Batterie hat eine Nennkapazität von 45Ah, eine Nennspannung von 3,7V und kann bei einer Umgebungstemperatur von -20~60 ℃ entladen werden. Das Kathodenmaterial der Batterie ist Lithiumkobalat. Ausrüstung zum Laden und Entladen der Batterie. DGBELL Temperatur- und Feuchtigkeitsprüfkammer, um die Temperatur zu kontrollieren.

1.2 Experimentelle Schritte

Bei der Kapazitätsprüfung von Lithium-Kobalt-Säure-Batterien für die Luftfahrt wird die Methode der vollständigen Entladung angewandt. Eine ausreichende Anzahl von Kobaltsäure-Lithiumbatterien wird für Entladeversuche in verschiedenen Temperaturumgebungen platziert, und die Auswirkungen von Änderungen der Umgebungstemperatur auf die Entladekapazität der Batterie werden diskutiert. Die einzelnen Schritte sind wie folgt:

(1) Aktivierung der Batterie durch wiederholtes Laden und Entladen der Batterie mit einem Strom von 0,5C, um die internen Ionen der Batterie zu aktivieren;

(2) Bei der Lademethode wird die Batterie mit einer konstanten Stromstärke von 0,2 C geladen. Wenn die Batteriespannung 4,15 V erreicht, wird die Lademethode auf Konstantspannungsladung umgestellt, bis der Ladestrom auf 03 A sinkt, und der Ladevorgang wird beendet;

(3) Die Entladungsmethode besteht darin, die Batterie 1b lang bei Umgebungstemperatur ruhen zu lassen und sie dann mit einer konstanten Stromstärke von 0,2C zu entladen, bis die Batteriespannung auf 3V fällt, um die Entladung zu stoppen, und die von der Batterie freigesetzte Strommenge zu berechnen;

(4) Ändern Sie den SOC-Zustand der Batterie: Führen Sie Lade- und Entladeversuche durch und zeichnen Sie die Spannungsänderungen der Batterie während des Lade- und Entladevorgangs auf;

(5) Platzieren Sie 7 Lithium-Bohrsäure-Batterien des gleichen Modells bei -20, -10, 0, 10, 20, 30 und 40 ℃ zum Laden und Entladen, mit den gleichen Schritten wie oben;

(6) Zeichnen Sie die Versuchsergebnisse auf, ordnen Sie die Versuchsdaten und berechnen Sie die Entladekapazität der Batterie;

(7) Schalten Sie das Ladegerät nach dem Laden aus, schalten Sie die elektronische Last nach dem Entladen aus und reinigen Sie die Versuchsausrüstung;

(8) Zeichnen Sie anhand der experimentellen Daten die Variationskurve der Batteriespannung mit dem SOC bei verschiedenen Temperaturen während des Lade- und Entladevorgangs auf.

2 Experimentelle Ergebnisse und Analyse

Der Einfluss der Umgebungstemperatur auf die Lade- und Entladeeigenschaften

Aus der Analyse der Spannungsveränderungskurve geht hervor, dass die Spannungsschwankungen im Bereich der Plattform von wiederaufladbaren Batterien bei niedrigen Umgebungstemperaturen erheblich sind. Wenn die Umgebungstemperatur steigt und die gleiche Ladungsmenge angewandt wird, nimmt der Trend der Spannungsänderung ab. Wenn die Batterien bei unterschiedlichen Temperaturen die gleiche Spannung aufweisen, haben die Batterien bei höheren Umgebungstemperaturen mehr Masse als Energie. Wenn das Batteriemanagementsystem keine Temperaturerkennung einstellt, können die Batterien bei niedrigen Temperaturen entladen oder überladen werden, während sie bei hohen Temperaturen nicht vollständig geladen werden, was die Lebensdauer der Batterie beeinträchtigt

In der Anfangsphase des Ladevorgangs wird mit konstantem Strom geladen und die Batterie nimmt Wärme auf. Je weiter der Ladevorgang fortschreitet, desto stärker steigt die Temperatur des Akkus an. Nach Erreichen der maximalen Ladespannung wird auf Konstantspannungsladung umgeschaltet, und der Anstieg der Batteriespannung verlangsamt sich. Je niedriger die Temperatur ist, desto leichter erreicht die Batterie die Ladeschlussspannung

Aus der Analyse der Kurvenverläufe geht hervor, dass sich die Spannungsänderung von Lithiumbatterien für die Luftfahrt bei konstantem Entladestrom grob in drei Phasen unterteilen lässt:

(1) In der Anfangsphase der Entladung fällt die Batteriespannung schnell ab;

(2) Nach einer gewissen Zeit der Entladung sinkt die Batteriespannung langsam und erreicht den Plateaubereich;

(3) Am Ende der Entladung (mit einem Ladezustand von weniger als 0,2 S0C) zeigt die Batteriespannung einen linearen Abwärtstrend.

Wenn sich eine Lithiumbatterie von einer voll geladenen Spannung von 4,2 V auf 3,7 V entlädt, dauert dies lange, aber sobald sie 3,7 V überschreitet, fällt die Batteriespannung schnell ab. Das liegt daran, dass die Batterie eine Entladeplattform hat, und der Plattformbereich hat die meiste ausreichende Batterieleistung. In der mittleren Phase der Entladung sinkt die Spannung von Lithium-Kobalt-Oxid-Batterien langsam ab. Wenn der SOC-Wert unter 0,2 liegt und die Batterie weiter entladen wird, sinkt die Spannung schnell, und der Unterschied ist bei verschiedenen Temperaturen nicht signifikant; wenn die Batteriespannung 38 V beträgt, liegt der SOC-Wert der Batterie in einer Umgebung von 40 ℃ bei etwa 0,6, während der SOC-Wert der Batterie in einer Umgebung von 20 ℃ nur etwa 0,2 beträgt. Das bedeutet, je niedriger die Temperatur ist, desto leichter erreicht die Batterie die Entladegrenze.

Wenn man die Spannungskurven bei Temperaturen von 40, 20 ℃ und -10 ℃ aufzeichnet, kann man sehen. Es gibt einen Unterschied in der Spannungskurve zwischen Lade- und Entladevorgängen, und die Spannungskurve, die man beim Entladen erhält, ist immer etwas niedriger als die Kurve, die man beim Laden erhält. Das liegt daran, dass, wenn die Batterie auf einen bestimmten SOC-Wert geladen wird und dann stillsteht, die Spannung weiter abnimmt, bis sie sich allmählich dem wahren Spannungswert der Batterie nähert, während, wenn sie auf denselben SOC-Wert entladen wird und dann stillsteht, die Spannung weiter ansteigt, bis sie sich allmählich demselben wahren Spannungswert der Batterie nähert.

Aufgrund des langsamen Konvergenzprozesses und der langen benötigten Zeit ist die auf der Entladekurve ermittelte Spannung auch dann noch niedriger als die auf der Ladekurve ermittelte Spannung, wenn die Batterie zum Zeitpunkt der Spannungsmessung eine längere Zeit stillgestanden hat. Mit abnehmender Temperatur wird der Unterschied zwischen der Lade- und der Entladekurve immer geringer.

3 Schlussfolgerung

In diesem Artikel wird der Zusammenhang zwischen der Temperatur und den Eigenschaften von Kobaltsäure-Lithium-Batterien für die Luftfahrt analysiert, indem die Änderungen der Ladekapazität und der Lade-Entlade-Spannungskurven von Kobaltsäure-Kalium-Batterien für die Luftfahrt bei verschiedenen Temperaturen untersucht werden. Die folgenden Schlussfolgerungen können gezogen werden:

(1) Die Kapazitätsänderung von Lithium-Kobaltoxid-Batterien für die Luftfahrt ist bei niedrigen Temperaturen besonders deutlich. Wenn die Umgebungstemperatur -20 ℃ beträgt, kann die Ladekapazität der Batterie nur 62% der Nennkapazität erreichen. Mit steigender Temperatur nimmt die Batteriekapazität zu, und die Ladekapazität kann 107% SOC bei einer Umgebungstemperatur von 40 ℃ erreichen. Daher sollte die Temperatur der Arbeitsumgebung der Batterie so weit wie möglich im Bereich von 0~40 ℃ gehalten werden;

(2) Während des Lade- und Entladevorgangs ändert sich die Batteriespannung mit der Änderung der Umgebungstemperatur. Je niedriger die Temperatur ist, desto einfacher ist es für die Batterie, die Lade- und Entladeschlussspannung zu erreichen. Wenn die Batteriespannung gleich bleibt, ist der SOC-Wert der Batterie umso kleiner, je niedriger die Temperatur ist;

(3) Die auf der Entladekurve ermittelte Spannung ist kleiner als die auf der Ladekurve ermittelte Spannung, und der Druckunterschied ist auf den Innenwiderstand der Batterie zurückzuführen