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Tieftemperaturtest für Lithium-EV-Batterie

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Tieftemperaturtest für Lithium-EV-Batterie

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In den letzten Jahren haben Elektrofahrzeuge eine beispiellose Entwicklung durchgemacht, und die Länder führen aktiv entsprechende Forschungsarbeiten durch. Bei den zivilen Fahrzeugen führen die großen Automobilhersteller weiterhin technologisch fortschrittliche Hybrid-Elektrofahrzeuge und reine Elektrofahrzeuge ein. Im Bereich der Militärfahrzeuge haben viele Länder ebenfalls umfangreiche Forschungsarbeiten durchgeführt. Im Vergleich zu Fahrzeugen mit mechanischer Kraftübertragung haben militärische Elektrofahrzeuge folgende Vorteile: Die Anordnung des Antriebssystems ist bequem; das Fahrzeug lässt sich leicht starten und beschleunigen; es kann geräuschlos und gut getarnt fahren; es kann eine leistungsstarke Stromversorgung für die im Fahrzeug montierten Waffensysteme bereitstellen; es kann regenerative Bremsenergie aufnehmen usw.

Die Vereinigten Staaten, Deutschland, Großbritannien und andere Länder haben nacheinander militärische Elektrofahrzeuge wie gepanzerte Fahrzeuge und Schützenpanzer auf den Markt gebracht. Im Zuge der rasanten Entwicklung der Elektrotechnologie sind auch einige Probleme in den Vordergrund getreten, von denen das laute Geräusch von Power Bubbles besonders wichtig ist. Die Leistung und Lebensdauer von Strombatterien wirken sich direkt auf die Leistung und die Kosten von Elektrofahrzeugen aus. Derzeit werden in Elektrofahrzeugen hauptsächlich Bleisäurebatterien, Nickel-Cadmium-Batterien, Nickel-Metallhydrid-Batterien, Lithium-Ionen-Batterien und Superkondensatoren verwendet.

Lithium-Ionen-Batterien haben Blei-Säure-Batterien, Nickel-Cadmium-Batterien und Nickel-Metallhydrid-Batterien aufgrund ihrer hohen spezifischen Leistung, großen Energiedichte, langen Lebensdauer, geringen Selbstentladung, langen Lagerzeit und Schadstofffreiheit nach und nach als Hauptstrombatterien für Elektrofahrzeuge abgelöst. Militärfahrzeuge müssen oft in kalten Regionen eingesetzt werden, und sie müssen normalerweise bei -40 ℃ arbeiten. Bei niedrigen Temperaturen hat sich jedoch die Lade- und Entladeleistung der Batterie deutlich verringert. In diesem Artikel werden Tieftemperaturtests an einer 35A - h Lithium-Ionen-Batterie durchgeführt.

1 Prüfung von Lithium-Ionen-Batterien

Batterielade- und Entladegerät mit einer maximalen Spannung von 5 V und einer Prüfgenauigkeit von 0,1 mV; Während des Prüfvorgangs wird die zu prüfende Batterie in eine Temperaturkammer gestellt, um die für die Prüfung erforderliche Umgebungstemperatur aufrechtzuerhalten. Bei der Testbatterie handelt es sich um eine Softpack-Batterie (30 cm x 16,8 cm x 1,5 cm) mit 35 Ah Energie und Leistung einer Lithium-Mangan-Batterie, die mit einer Aluminiumfolie ummantelt ist.

2 Der Einfluss von niedrigen Temperaturen auf die Batteriespannung

2.1 Auswirkung der niedrigen Temperatur auf die Entladespannung der Batterie

Um die Auswirkungen niedriger Temperaturen auf die Entladeleistung von Batterien zu untersuchen, wird die Batterie zunächst bei Raumtemperatur mit einer konstanten Stromstärke und einer konstanten Spannung von 1/3 C aufgeladen, voll aufgeladen und dann 5 Stunden lang in einer Temperaturkammer stehen gelassen. Anschließend wird die Batterie mit einer konstanten Stromstärke und einer Abschaltspannung von 3 V entladen. Innerhalb des Temperaturbereichs von 0-40 ℃ wird mit konstanten Strömen von 10, 35, 70 bzw. 140 A entladen.

Die Versuchsergebnisse zeigen, dass bei gleicher Entladerate die Entladespannung der Batterie mit abnehmender Temperatur sinkt. Nimmt man die Entladung mit 10 A Konstantstrom als Beispiel, so sinkt die durchschnittliche Entladespannung der Batterie im Vergleich zu 20 ℃ bei 40 ℃ um 1 V, was 27 % der Nennspannung entspricht. Mit abnehmender Temperatur nimmt auch der maximale Strom, den die Batterie entladen kann, allmählich ab. Bei -10 ℃ kann die Batterie mit einem konstanten Strom von 140 A entladen werden, bei 0 ℃ kann sie mit einem konstanten Strom von 70 A entladen werden, bei -30 ℃ kann sie nur mit einem Strom von 35 A entladen werden und bei -40 ℃ kann sie nur mit einem kleinen Strom von 10 A entladen werden.

Beim Entladen bei niedriger Temperatur und hohem Strom zeigt die Entladungskurve einen nichtlinearen Zustand mit deutlichen Tal- und Spitzenformen, und die Entladungsspannung schwankt stark. Bei einer Konstantstromentladung von 70 A zum Beispiel ist die Entladungskurve bei 20 ℃ und 0 ℃ relativ normal, ohne Tal oder Spitze.

Wenn die Umgebungstemperatur auf -10 ℃ fällt, zeigt die Entladungskurve deutliche Tal- und Spitzenformen. Wenn die Umgebungstemperatur auf -20 ℃ sinkt, zeigt die Entladungskurve deutliche Tal- und Spitzenformen. Die Spannung an beiden Enden der Batterie sank von 4,15 vor der Entladung auf 3,07 V, und der Spannungsabfall erreichte 1,08 V.

Danach begann die Spannung anzusteigen und erreichte einen Höchstwert von 3,35 V, um dann wieder zu sinken. Dies deutet darauf hin, dass beim Entladen mit hohen Strömen bei niedrigen Temperaturen die aktiven Substanzen in der Batterie aufgrund der niedrigen Temperatur der Batterie nicht vollständig genutzt werden können, was zu einer starken Polarisierung der Elektroden und einem hohen Innenwiderstand der Batterie führt. Daher nimmt die Entladespannung der Batterie in der Anfangsphase der Entladung schnell ab.

Wenn die Entladung fortschreitet, wird aufgrund des hohen Innenwiderstands der Batterie eine große Wärmemenge im Inneren der Batterie erzeugt, wodurch die Temperatur der Batterie schnell ansteigt und der aktive Materialteil der Batterie aktiviert wird. Daher beginnt die Entladespannung der Batterie zu steigen. Mit dem Anstieg der Akkutemperatur beginnt der Innenwiderstand des Akkus zu sinken, und die Wärmeentwicklung nimmt ab. Wenn die Umgebungstemperatur bei -20 ℃ C bleibt, sinkt die Temperatur des Akkus und die Entladespannung des Akkus nimmt ebenfalls ab.

2.2 Die Auswirkung von niedrigen Temperaturen auf die Batterieladespannung

Um die Auswirkungen niedriger Temperaturen auf die Ladeleistung der Batterie zu untersuchen, wurde die Batterie bei verschiedenen Umgebungstemperaturen platziert und mit konstantem Strom und konstanter Spannung geladen. Die Batterie wird zunächst bei Raumtemperatur mit einem konstanten Strom von 1/3 C und einer Abschaltspannung von 3 V entladen. Nach der Entladung lässt man sie 5 Stunden lang in einer Temperaturkammer stehen. Dann wird sie bei verschiedenen Temperaturen mit einer bestimmten Rate aufgeladen, wobei der Ladestrom bei 10 A auf 1 A und bei 35 und 70 A auf 3 A begrenzt wird.

Aus den Ladekurven bei verschiedenen Temperaturen ist ersichtlich, dass die Ladeleistung der Batterie im Vergleich zu den Entladeeigenschaften von Niedrigtemperaturbatterien stärker abfällt. Unterhalb von 0 ℃ ist die Batterie nicht mehr in der Lage, normal zu laden. Bei gleichem Ladestrom steigt mit abnehmender Temperatur die Ladespannung während der Konstantstrom-Ladestufe kontinuierlich an, insbesondere beim Laden mit hohem Strom. Unter 0 ℃ findet überhaupt kein Konstantstromladevorgang statt. Im Moment des Ladestroms steigt die Klemmenspannung der Batterie schnell auf die Abschaltspannung von 4,2 V an und geht direkt in die Konstantspannungsladephase über.

3 Auswirkungen niedriger Temperaturen auf die Lade- und Entladekapazität von Batterien

3.1 Auswirkung der niedrigen Temperatur auf die Entladekapazität von Batterien

Um den Abschwächungsgrad der Batterieentladekapazität bei verschiedenen Temperaturen zu vergleichen, wird hier das Verhältnis der verfügbaren Kapazität verwendet. Das Verhältnis der verfügbaren Kapazität bezieht sich auf das Verhältnis der Batterieentladekapazität zur Nennkapazität.

Wenn die Umgebungstemperatur auf -20 ℃ sinkt, kann die Batterie nicht bei 4 °C entladen werden; wenn die Umgebungstemperatur auf 30 ℃ sinkt, sinkt das Verhältnis der verfügbaren Kapazität für die Entladung mit konstantem Strom bei 10 A auf 60,33 %, und die Batterie kann nicht bei 2 °C oder mehr entladen werden; wenn die Temperatur auf -40 ℃ sinkt, beträgt das Verhältnis der verfügbaren Kapazität für die Entladung mit konstantem Strom bei 10 A nur 22,31 %, und die Batterie kann nicht bei 1 °C oder mehr entladen werden.

3.2 Einfluss der niedrigen Temperatur auf die Ladekapazität der Batterie

Wenn die Umgebungstemperatur bei gleicher Ladegeschwindigkeit sinkt, nimmt die Konstantstrom-Ladekapazität der Batterie schnell ab, und die Abschwächung ist im Vergleich zur verfügbaren Entladekapazität stärker; wenn die Temperatur auf 0 ℃ sinkt, wird mit einer Rate von 1 C geladen, und die Konstantstrom-Ladekapazität beträgt nur 52.05% der Kapazität auf dem Typenschild; Die Kapazität für das Laden mit konstantem Strom beträgt nur 42,55% der Kapazität auf dem Typenschild, wenn sie mit 2C geladen wird; Wenn die Temperatur auf -10 ℃ fällt, können nur 60,23% der Kapazität auf dem Typenschild mit 10A konstantem Strom geladen werden, und es ist nicht möglich, mit 1C und 2C Zeiten zu laden; Wenn die Temperatur unter -30 ℃ liegt, kann die Batterie nicht mit konstantem Strom geladen werden.

4 Schlussfolgerung

(1) In einer Umgebung mit niedrigen Temperaturen nehmen die Entladespannung und die Entladekapazität von Lithium-Ionen-Akkus bei gleicher Entladerate deutlich ab. Im Vergleich zur Entladung nimmt die Ladeleistung des Akkus stärker ab, und die Konstantstrom-Ladespannung des Akkus nimmt deutlich zu, während die Ladekapazität deutlich abnimmt.

(2) Wenn die Temperatur sinkt, steigt der Innenwiderstand des Akkus während des Ladens und Entladens, insbesondere wenn die Temperatur unter -20 ℃ liegt.

(3) Durch die Analyse des Bereichs der Entladespannungen von vier Batterien wurde festgestellt, dass sich bei Raumtemperatur die Konsistenz der Batterien am Ende der Entladung verschlechtert, während sich mit sinkender Temperatur die Konsistenz der Batterien während des gesamten Entladevorgangs verschlechtert.

(4) In der Praxis muss in Umgebungen mit niedrigen Temperaturen ein Heizsystem verwendet werden, um die Leistungsbatterie zu erwärmen und ihre Leistung zu verbessern.