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Hoch- und Tieftemperaturtest für Lithium-Power-Batterien

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Hoch- und Tieftemperaturtest für Lithium-Power-Batterien

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Energie und Umwelt sind die beiden grundlegenden Themen, mit denen die nachhaltige Entwicklung in der heutigen Welt konfrontiert ist. Hybridelektrofahrzeuge als umweltfreundliche und effiziente Transportmittel werden weltweit zunehmend gefördert. Mit der zunehmend ausgereiften Technologie zur Herstellung von Batterien hat die Lithium-Eisenphosphat-Batterie als wichtiger Bestandteil des Antriebssystems von Hybrid-Elektrofahrzeugen einen erheblichen Einfluss auf die Leistung, Wirtschaftlichkeit und Sicherheit des Fahrzeugs. Aufgrund der hohen Energiedichte, der langen Lebensdauer, der hohen Lade- und Entladeeffizienz, des weiten Temperaturbereichs, der geringen Selbstentladung, des geringen Innenwiderstands, des fehlenden Memory-Effekts, der schnellen Aufladung, der hohen Sicherheit, der hohen Zuverlässigkeit, der geringen Kosten und der Wiederverwendbarkeit gilt sie als die vielversprechendste Fahrzeugbatterie.

In der Praxis hat Lithium-Eisenphosphat jedoch eine hohe Impedanz, was sich direkt auf die Förderung und Anwendung von Lithium-Eisenphosphat-Batterien auswirkt. Um das Problem der hohen Impedanz der Batterie zu lösen und die Leistung der Lithium-Eisenphosphat-Batterie weiter zu verbessern, wurde die Lithium-Eisenphosphat-Batterie durch Ersetzen eines Teils des leitfähigen Kohlenstoffs durch Kohlenstoff-Nanoröhren mit hervorragender Leitfähigkeit hergestellt. Der Einfluss der Temperatur auf die Lithium-Eisenphosphat-Nanobatterie wurde anhand der Batteriekapazität, der Spannungsplattform und der Entladungskurve bei verschiedenen Umgebungstemperaturen analysiert und untersucht.

1 Test

1.1 Testausrüstung und Objekte

DGBELL Hoch- und Tieftemperaturprüfkammer, Lithium-Eisenphosphat-Stromversorgungsbatterie (Einzelzelle 3,2 V, 10 Ah)

1.2 Experimentelle Schritte

(1) Stellen Sie die Innentemperatur der Hoch- und Tieftemperaturkammer auf -40, -20, -100, 25, 40, 55 und 60 ℃ mit einer relativen Luftfeuchtigkeit von 40% ein.

(2) Entwicklung von Lade- und Entlademethoden: Bei der Lademethode wird die Batterie mit einem konstanten Strom von 0,2C (2A) auf 3,65V bei (20 ± 5) ℃ geladen, dann wird auf konstante Spannung umgeschaltet, bis der Strom auf 200mA fällt, und der Ladevorgang wird beendet. Die Entladungsmethode besteht darin, die Batterie bei verschiedenen Umgebungstemperaturen für IH ruhen zu lassen und dann mit einem konstanten Strom von 1C zu entladen, bis die Spannung auf die Abschaltspannung von 2V fällt, und die entladene Kapazität zu berechnen.

(3) Formulieren Sie das experimentelle Schema: Dieses Experiment nimmt 25 ℃ als Referenzpunkt für den Temperaturtest. Zunächst wird der Leistungstest bei niedrigen Temperaturen durchgeführt. Von 25 ℃ bis -40 ℃ werden jeweils 0, -10, 20 und -40 ℃ als Beobachtungspunkte genommen. Die Temperaturänderungsrate beträgt 1 ℃/min. An jedem Temperaturprüfpunkt wird die zu prüfende Batterie für 24 Stunden platziert, und dann wird der Temperaturleistungstest an diesem Temperaturpunkt durchgeführt; dann wird der Hochtemperaturleistungstest der Batterie durchgeführt. Um die Auswirkungen der Tieftemperaturprüfung zu eliminieren, stellen Sie zunächst die Temperatur der Hoch- und Tieftemperaturprüfkammer auf 25 ℃ wieder her und verwenden die bei dieser Temperatur gemessenen Daten als Referenzpunkt für die Hochtemperaturprüfung. Führen Sie dann Hochtemperaturleistungstests der Batterie durch, beginnend bei 25 ℃ bis 60 ℃, und untersuchen Sie die 1C-Entladekapazität verschiedener Lithium-Ionen-Batterien.

(4) Wenn die Hoch- und Tieftemperaturkammer auf die eingestellten Temperaturbedingungen stabilisiert sind, legen Sie die einzelne Lithium-Ionen-Batterie mit Standardspannung von 3,2 V nach dem Stehen für 1d in die Testkammer für 1 h, so dass es thermisches Gleichgewicht erreichen kann.

(5) Wenn sich die Batterie bis zur Abschaltspannung von 2,0 V entlädt, beenden Sie die Entladung, analysieren und verarbeiten Sie die relevanten Daten.

2 Ergebnisse und Diskussion

Aus den Daten geht hervor, dass die Entladekapazität der Nano-Lithium-Eisen-Phosphat-Batterie in der Niedrigtemperaturphase allmählich abnimmt, wenn die Umgebungstemperatur sinkt, da die Konzentration des Batterieelektrolyts bei niedrigen Temperaturen höher ist und die Geschwindigkeit, mit der sich die Lithiumionen aus dem negativen Elektrodenmaterial lösen, langsamer wird.

Da der Innenwiderstand der Batterie größer wird, sinkt die Entladekapazitätskurve, und die Entladeschlussspannung der Lithium-Ionen-Batterie wird früher erreicht, die Entladekapazität nimmt ab, die Entladeeffizienz wird verringert. Bei Temperaturen über 0 ℃ kann die Entladekapazität grundsätzlich über 93 % der normalen Kapazität aufrechterhalten werden, während bei Temperaturen unter 0 ℃ die Rate der Abnahme der Entladekapazität von Lithium-Ionen-Stromversorgungsbatterien mit der Abnahme der Temperatur zunimmt.

Bei einer Nano-Lithium-Eisenphosphat-Batterie beträgt die Kapazität 88 % bei -10 ℃, 75,3 % bei 20 ℃ und nur 47,1 % bei -40 ℃; bei 25-10 ℃ beträgt die Kapazitätsabnahmerate etwa 9,5 %; bei -10~-20 ℃ beträgt die Kapazitätsabnahmerate etwa -12,8 %, aber die Kapazitätsabnahmerate nimmt von -20 ℃ bis -40 ℃ stark zu und erreicht etwa 28,2 %. Daher kann -20 ℃ als Tieftemperatur-Knotenpunkt der Lithium-Eisenphosphat-Batterie betrachtet werden.

Wenn die Temperatur etwas höher ist als die Raumtemperatur (25 ℃), erhöht sich aufgrund der erhöhten Materialaktivität im Inneren der Lithium-Ionen-Batterie die Diffusionsrate der Lithium-Ionen, und die Entladekapazität steigt. In der Hochtemperaturphase ist die Kapazitätsänderung der Batterie nicht sehr signifikant, und die maximale Kapazitätsänderung steigt nur um etwa 3 % im Vergleich zum Referenzwert.

Nach 55 ℃ ist die Kapazitätskurve im Wesentlichen unverändert, und bei 60 ℃ liegt die Kapazität auf dem gleichen Niveau wie der Referenzpunkt. Unter der Bedingung hoher Temperaturen werden jedoch die physikalischen Eigenschaften des Elektrodenmaterials der Lithiumbatterie irreversibel abgeschwächt, und die Reaktionsintensität des Elektrodenmaterials wird schwächer, so dass die Entladekapazität und die Entladeeffizienz sinken. Von diesem Punkt aus kann man sehen, dass die langfristige Verwendung von Batterien in Umgebungen über 50 ℃ so weit wie möglich vermieden werden sollte.

Die ideale Betriebstemperatur der Lithium-Ionen-Batterie sollte zwischen 18-50 ℃ liegen, um sicherzustellen, dass der Entladungswirkungsgrad über 80 % liegt und die Leistungsanforderungen des gesamten Fahrzeugs erfüllt werden. Aus einigen Referenzen und technischen Handbüchern ist ersichtlich, dass die Betriebstemperatur zwischen 20 und 50 ℃ liegen sollte, um die Lebensdauer der Batterie selbst zu gewährleisten.

Bei - 20 ℃ beträgt die Entladekapazität der beiden verschiedenen Lithiumbatterien 75,01 % der Nennkapazität, und die Leistung der Nano-Lithium-Eisenphosphat-Batterie ist besser als die der Lithium-Eisenphosphat-Batterie; bei - 40 ℃ ist die Entladeleistung der Nano-Lithium-Eisenphosphat-Batterie noch besser, und die Entladekapazität beträgt 47,1 % der Nennkapazität, während die Lithium-Eisenphosphat-Batterie nur 37,5 % beträgt. Daher hat die Verwendung von Kohlenstoff-Nanoröhrchen mit hervorragender Leitfähigkeit, die einen Teil des leitfähigen Kohlenstoffs ersetzen, um positive Lithium-Eisenphosphat-Platten herzustellen, die Lade- und Entladeleistung der Lithium-Eisenphosphat-Batterie erheblich verbessert.

3 Schlussfolgerung

Das Temperaturverhalten von Nano-Lithium-Eisenphosphat-Batterien und herkömmlichen Lithium-Eisenphosphat-Batterien mit leitfähigem Kohlenstoff wurde untersucht. Die Versuchsergebnisse zeigen, dass die Umgebungstemperatur einen großen Einfluss auf die Kapazität der Lithium-Eisenphosphat-Batterie hat.

Die Kapazität nimmt bei niedrigen Temperaturen schnell ab, und die grüne Kapazität steigt bei hohen Temperaturen schnell an, aber die Änderungsrate ist geringer als bei niedrigen Temperaturen. Darüber hinaus werden Kohlenstoffnanoröhren mit hervorragender Leitfähigkeit verwendet, um einen Teil des leitfähigen Kohlenstoffs zu ersetzen und positive Lithium-Eisenphosphat-Platten herzustellen. Die Lade- und Entladeleistung der Lithium-Eisenphosphat-Batterie wird dadurch erheblich verbessert.

Die Entladekapazität der Nano-Lithium-Eisenphosphat-Batterie bei -40 ℃ beträgt 47,1 % der Kapazität bei 25 ℃. Die Entladekapazität der normalen Lithium-Eisenphosphat-Batterie beträgt nur 37,5 % der Kapazität bei 25 ℃. Die hervorragende elektrochemische Leistung der Batterie ist hauptsächlich auf die Verbesserung der Leitfähigkeit der gesamten Batterie zurückzuführen.

Um die Lebensdauer der Batterie selbst zu gewährleisten, sollte die Betriebstemperatur zwischen 20~50 ℃ kontrolliert werden. Die Temperatureigenschaften der Lithium-Eisenphosphat-Batterie werden geklärt, was für die Gestaltung des Wärmemanagementsystems der Batterie von großer Bedeutung ist.