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Lithium-Ionen-Stromversorgungsbatterie Zyklus- und Vibrationstest - Teil 1

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Lithium-Ionen-Stromversorgungsbatterie Zyklus- und Vibrationstest - Teil 1

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In den letzten Jahren haben sich die Automobillogistikbranche und der Markt für Angebot und Nachfrage stetig weiterentwickelt. Insgesamt ist die gesamte Branche in eine Phase der stabilen und schnellen Entwicklung eingetreten. Die Entwicklung von Elektrofahrzeugen ist ein nationaler Trend, und Elektrofahrzeuge werden weithin als die Hauptrichtung für die Umwandlung und Entwicklung zukünftiger Energie- und Stromversorgungssysteme im Automobilbereich angesehen.

Die Hauptbatterie für rein elektrische Logistikfahrzeuge besteht heute hauptsächlich aus quadratischen Batterien mit großer Kapazität, die komplexe Produktionsprozesse und hohe Produktionskosten aufweisen. Das Produktionsvolumen zylindrischer Batterien mit kleiner Kapazität ist groß, und ihre Anwendungen sind weiter verbreitet. Ihre Produktions- und Ersatzkosten sind relativ niedrig.

In Anbetracht ihrer großen Vorteile wie einfacher Herstellungsprozess, stabile Leistung, hohe Ausbeute und niedrige Kosten sind zylindrische Batterien mit geringer Kapazität die bessere Wahl. Aufgrund der Beschränkungen zylindrischer Batterien mit kleiner Kapazität, die nur eine geringe Einzelkapazität (1,5-2,5 Ah) haben, muss jedoch eine große Anzahl von Batteriezellen in Reihe und parallel geschaltet werden, um die Energie- und Spannungsanforderungen rein elektrischer Logistikfahrzeuge zu erfüllen, was zu Problemen in Bezug auf die Batteriekonsistenz und die Zuverlässigkeit der Verbindungen führt. Dieser Artikel befasst sich hauptsächlich mit der theoretischen Erforschung der groß angelegten Gruppierung zylindrischer Lithium-Ionen-Batterien mit geringer Kapazität und testet die Zyklenfestigkeit und Vibrationsbeständigkeit von Batteriemodulproben.

1 Theoretische Forschung über Lithium-Ionen-Batterien

1.1 Theoretische Forschung zur Batteriekonsistenz

Die Inkonsistenz von Batterien bezieht sich auf die Unterschiede in Parametern wie Spannung, Kapazität und Selbstentladungsrate des Innenwiderstands zwischen Batterien der gleichen Spezifikation und des gleichen Modells. Inkonsistenzen entstehen hauptsächlich bei der Herstellung von Produkten.

Aufgrund von Prozessproblemen und ungleichen Materialien kommt es zu sehr kleinen Unterschieden im Inneren der Batterie. Diese Art von Inkonsistenz in der internen Struktur und im Material der Batterie kann dazu führen, dass die Kapazität, der Innenwiderstand und andere Faktoren einer Charge von Batterien desselben Typs nicht vollständig konsistent sind.

Die nachteiligen Auswirkungen einer zunehmenden Inkonsistenz der Batteriepacks auf die Leistung von Leistungsbatterien sind wie folgt:

(1) Verringerung der nutzbaren Kapazität des Akkupacks

Aufgrund ungleichmäßiger Spannung oder Kapazität des Akkupacks und aufgrund des Kurzschluss-Effekts erfüllen einige einzelne Zellen beim Laden und Entladen zunächst die Abschaltbedingungen, während andere Akkus die Abschaltbedingungen nicht erfüllen. Um ein Überladen oder Entladen des Akkus zu verhindern, greift das Batteriemanagementsystem ein, was zu einer Verringerung der tatsächlich nutzbaren Kapazität des Akkupacks führt.

(2) Verkürzte Lebensdauer des Akkupacks

Nach dem Fass-Effekt wird die Zykluslebensdauer eines Akkupacks durch die Zykluslebensdauer des Moduls mit der kürzesten Lebensdauer bestimmt.

Bei reinen Elektro-Logistikfahrzeugen ist aufgrund der geringen Energie kleiner zylindrischer Lithium-Ionen-Strombatterien für das gesamte Batteriesystem eine große Anzahl von Einzelbatterien in Reihe oder parallel zueinander zu schalten, wobei die Anzahl bei über 3000 liegt, was zwangsläufig dazu führt, dass die Konsistenz der Batterien schwer zu kontrollieren ist.

Die Konsistenz von Batteriepaketen ist relativ, während die Inkonsistenz absolut ist. Die Inkonsistenz der Batterien ist bereits in der Produktionsphase aufgetreten, und im Anwendungsprozess müssen bestimmte Maßnahmen ergriffen werden, um den Trend oder die Geschwindigkeit der Ausbreitung der Batterieinkonsistenz zu verringern. Auf der Grundlage von Anwendungserfahrungen und experimentellen Untersuchungen von Leistungsbatterien werden häufig die folgenden sechs Maßnahmen ergriffen, um sicherzustellen, dass sich die Lebensdauer des Batteriepakets allmählich der Lebensdauer der einzelnen Batterien annähert.

1) Verbesserung des Niveaus der Batterieherstellungstechnologie, Sicherstellung der Qualität der Batterie vor dem Verlassen des Werks, insbesondere der Konsistenz der Anfangsspannung. Vor dem Verlassen des Werks für die gleiche Batteriecharge wird eine Analyse der Parameterkorrelation auf der Grundlage der Spannung, des Innenwiderstands und der Batterieformationsdaten durchgeführt, um Batterien mit guter Korrelation auszuwählen, um sicherzustellen, dass die Leistung der gleichen Batteriecharge so konsistent wie möglich ist.

2) Bei der Montage von Leistungsbatterien ist es wichtig sicherzustellen, dass der Batteriesatz vom gleichen Typ, der gleichen Spezifikation und dem gleichen Modell ist.

3) Erfassen Sie während der Nutzung des Batteriepakets die Parameter der einzelnen Batterie, insbesondere die Spannungsverteilung unter dynamischen und statischen Bedingungen (wenn das Elektrofahrzeug steht oder fährt), erfassen Sie das Entwicklungsgesetz der Inkonsistenz der einzelnen Batterie im Batteriepaket und passen Sie die Batterien mit extremen Parametern rechtzeitig an oder ersetzen Sie sie, um sicherzustellen, dass die Inkonsistenz der Parameter des Batteriepakets mit der Nutzungsdauer nicht zunimmt.

4) Führen Sie in regelmäßigen Abständen eine Erhaltungsladung des Akkupacks mit niedrigem Strom durch, um das Gleichgewicht und die Wiederherstellung der Leistung des Akkupacks selbst zu fördern.

5) Sorgen Sie für eine gute Nutzungsumgebung für das Akkupaket, versuchen Sie, ein gleichmäßiges Temperaturfeld des Akkupakets zu gewährleisten, reduzieren Sie Vibrationen und vermeiden Sie Wasser, Staub und andere Verschmutzungen der Batteriepole.

6) Einführung eines Ausgleichssystems für das Akkupaket zur intelligenten Verwaltung des Auf- und Entladens des Akkupakets.

1.2 Forschung zur Theorie der Verbindungskonsistenz

Bei reinen Elektro-Logistikfahrzeugen müssen oft mehr als 3000 Batteriezellen in Reihe, parallel oder hybrid geschaltet werden, um die Anforderungen an Hochspannung und hohe Kapazität zu erfüllen, was unweigerlich die Anzahl der Schweißpunkte erhöht und zu Problemen mit der Verbindungskonsistenz führt. Kommt es zu Ablösungen oder falschen Lötungen, erhöht sich der Innenwiderstand der Verbindung.

Dies wirkt sich zum einen auf das Laden und Entladen des Batteriesystems aus. Andererseits kommt es während des Fahrzeugbetriebs zu einer Erwärmung an der Verbindungsstelle, die in schweren Fällen zu Sicherheitsproblemen führen kann. Theoretisch gilt daher: Je weniger Schweißpunkte, desto stabiler ist die Verbindung des Systems.

1.3 Forschung zur Theorie der Wärmeableitung

Der Wärmeaustausch zwischen der Batterie und der Außenwelt findet über die Oberfläche der Batterie statt. Je größer die Batterie ist, desto geringer ist der Anteil der Oberfläche und desto weniger leicht kann die in der Batterie erzeugte Wärme nach außen abgeleitet werden. Je größer die Batterie ist, desto mehr Energie enthält sie und desto größer ist die Gefahr einer sofortigen Freisetzung.

Im Interesse der Batteriesicherheit ist es daher notwendig, bei der Batteriekonstruktion das maximale Volumen, den minimalen Anteil der spezifischen Oberfläche und die geeignete Batterieform dieses Batterietyps auf der Grundlage der thermischen Parameter des gewählten Materials zu bestimmen.

Bei zylindrischen Batterien, die als Leistungsbatterien verwendet werden, werden beispielsweise ab einem bestimmten Durchmesser (ca. 30 mm) die Stromverteilung, die Temperaturverteilung, die Wärmeübertragung usw. im Inneren der Batterie stark eingeschränkt, was die Lebensdauer der Batterie erheblich beeinträchtigt und bei Hochstromanwendungen zu Sicherheitsproblemen führt.

Durch die parallele Verwendung von Batterien mit geringer Kapazität wird zum einen die Leitfähigkeit des Batteriepacks verbessert, da die Verwendung kleiner Batterien in Parallelschaltung die leitende Fläche der leitenden Verbindung unsichtbar vergrößert.