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Li-Ionen-Batterie Einzelzellen-Temperaturtest

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Li-Ionen-Batterie Einzelzellen-Temperaturtest

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In den letzten Jahren haben die großen Automobilhersteller kontinuierlich Hybrid- und reine Elektrofahrzeuge auf den Markt gebracht. Lithium-Ionen-Batterien werden aufgrund ihrer Vorteile wie hohe Ausgangsleistung, hohe Energiedichte, lange Zykluslebensdauer und kein Memory-Effekt häufig als Antriebsbatterien eingesetzt. Autos sind jedoch Fahrzeuge, die unter allen Wetterbedingungen, komplexen Einsatzbedingungen und wechselnden Fahrbedingungen eingesetzt werden. Lithium-Ionen-Batterien werden häufig bei unterschiedlichen Umgebungstemperaturen und -geschwindigkeiten geladen und entladen.

Um das Wärmemanagement von Leistungsbatterien zu untersuchen, ist es daher notwendig, die Auswirkungen der Umgebungstemperatur auf die Batterieleistung zu untersuchen. In diesem Artikel wird daher eine einzelne Zelle einer 50-Ah-Lithium-Eisenphosphat-Batterie als Forschungsobjekt verwendet und es werden Lade- und Entladeversuche im Bereich von -40 ℃ bis 40 ℃ durchgeführt, die von einer Box mit konstanter Temperatur bereitgestellt werden, um den Einfluss der Umgebungstemperatur auf die Entladespannung, den Innenwiderstand und die Temperaturleistung der Batterie zu untersuchen.

1 Vorbereitung der Prüfung

Das Batterielade- und Entladegerät hat eine Lade- und Entladespannung von 0-100 V, einen Lade- und Entladestrom von 0-200 A und eine Prüfgenauigkeit von ± 0,2 %. Die Umgebungstemperatur wird durch eine Prüfkammer mit konstanter Temperatur und Luftfeuchtigkeit konstant gehalten. Der Temperaturregelbereich dieses Geräts beträgt -55 ℃ -150 ℃, mit präziser Temperaturregelung und geringem Fehler. Die Temperaturänderung der Batterie während des Lade- und Entladevorgangs wird durch das Temperaturerfassungssystem an verschiedenen Messpunkten der Batterie gemessen. Bei der Testbatterie handelt es sich um eine fest verpackte, energie- und leistungsausgeglichene Lithium-Eisenphosphat-Batterie mit 50Ah.

2 Der Einfluss der Temperatur auf die Entladespannung der Batterie

Um die Leistung von Lithium-Ionen-Batterien bei unterschiedlichen Umgebungstemperaturen zu untersuchen, wurde eine Konstantstromladung bei Raumtemperatur bis zum Erreichen der Abschaltspannung durchgeführt. Die Rate während des Ladevorgangs beträgt 0,3 C, und die Abschaltspannung ist mit 365 V angegeben. Laden Sie mit einer konstanten Spannung von 3,65 V, bis der Ladestrom weniger als 1 A beträgt und der Ladevorgang beendet ist. Legen Sie die Batterie dann in einen Ofen mit konstanter Temperatur und lassen Sie sie 3 Stunden lang stehen. Führen Sie anschließend eine Konstantstromentladung mit einer bestimmten Rate durch, bis die Abschaltspannung 25 V beträgt. Führen Sie die Konstantstromentladung bei 0,5C und 1C in Umgebungen von -40 ℃, -20 ℃, 0 ℃, 20 ℃ bzw. 40 ℃ durch.

Aus dem Datenvergleich geht hervor, dass bei gleichen Entladebedingungen der Batterie ein allmählicher Temperaturabfall zu einem allmählichen Spannungsabfall während des Entladevorgangs führen wird. Und es kann beobachtet werden, dass innerhalb des Temperaturbereichs von 0 ℃ bis 40 ℃ der Spannungstrend während des Entladevorgangs sanft und langsam ist, während unter 0 ℃ die Entladespannung deutlich abnimmt und bei -40 ℃ die Batterie nicht mehr normal funktionieren kann. Wenn die Batterie bei 1C in einer Umgebung von -20 ℃ entladen wird, erscheint eine klare zweistufige Form in der Entladekurve, und die maximale Entladespannung wird bei 20 ℃ erreicht.

3 Der Einfluss der Temperatur auf den Wechselstrom-Innenwiderstand von Batterien

Bei der Messung des Wechselstrom-Innenwiderstands einer Batterie wird eine kleine Spannung oder ein kleiner Strom mit einer bestimmten Frequenz an den Plus- und Minuspol der Batterie angelegt, und der Innenwiderstandswert wird auf der Grundlage der Reaktion auf diese Spannung oder diesen Strom ermittelt. Während des Tests beträgt die Spannung des gemessenen Signals 5mV, die Frequenz 1kHz und die Messzeit 6h. Aus den Daten geht hervor, dass der Innenwiderstand einer voll geladenen lh-Batterie innerhalb eines bestimmten Temperaturbereichs mit der Zeit rasch ansteigt und der Widerstandswert danach im Wesentlichen stabil bleibt. Daher wird es als angemessen angesehen, dass die einzelne Batterie im Experiment in einen stabilen Zustand übergeht, wenn sie 2 Stunden oder länger in einem Ofen mit konstanter Temperatur verbleibt.

4 Merkmale des Temperaturanstiegs von Einzelbatterien

Um den Temperaturanstieg von Einzelzellenbatterien unter verschiedenen Betriebsbedingungen zu untersuchen, wurden Entladeversuche mit drei Methoden durchgeführt: 0,5C, 1C und 2C. Laden Sie die Batterie mit einer konstanten Stromstärke von 0,3C in einer Umgebung von 25 ℃ auf. Wenn die Spannung die obere Abschaltspannung von 3,65 V erreicht, laden Sie sie mit einer konstanten Spannung von 3,65 V, bis der Ladestrom weniger als 1 A beträgt und der Ladevorgang beendet ist. Legen Sie die Batterie dann in einen Ofen mit konstanter Temperatur und lassen Sie sie 3 Stunden lang stehen. Führen Sie dann eine Entladung mit konstantem Strom bei 0,5C, 1C und 2C durch und fassen Sie die Temperaturänderungskurve eines der Messpunkte bei 0,5C, 1C und 2C Entladegeschwindigkeit zusammen.

Mit zunehmender Entladerate nimmt die Temperaturerhöhung an der Oberfläche der Batterie zu, die Entladezeit nimmt ab und die Stabilität der Entladung nimmt allmählich ab. Wenn es leichte Unterschiede in der Leistung der einzelnen Batterien innerhalb des Batteriepakets gibt, nimmt die Unausgewogenheit der Wärmeverteilung innerhalb des Moduls unweigerlich zu. Am Ende der Entladung in diesem Experiment betrugen die Temperaturen von Punkt 3 bei Entladungsraten von 0,5C, 1C und 2C 39,40 ℃, 42,39 ℃ bzw. 53,84 ℃.

5 Schlussfolgerung

In diesem Artikel wurde eine Versuchsplattform für das Laden und Entladen einer einzelnen Lithium-Ionen-Batterie eingerichtet und Experimente mit konstantem Strom und dann mit konstanter Spannung sowie mit konstantem Strom und Entladung bei verschiedenen Temperaturen und Geschwindigkeiten durchgeführt. Es wurden die Auswirkungen verschiedener Umgebungstemperaturen auf die Entladespannung, den Innenwiderstand und die Temperaturanstiegseigenschaften von Batterien untersucht.

Die Temperatur ist ein wichtiger Faktor, der die Lade- und Entladespannung von Batterien beeinflusst. Unter den gleichen Entladungsbedingungen nimmt die Entladespannung grundsätzlich mit sinkender Temperatur ab. Bei Lithium-Ionen-Batterien kann eine angemessene Temperatur die chemischen Reaktionen fördern, die chemische Reaktionsgeschwindigkeit der Batterie beschleunigen und die Verdampfungsrate des Elektrolyten erhöhen.

In Umgebungen mit niedrigen Temperaturen verschlechtert sich die Lade- und Entladeleistung von Lithium-Ionen-Batterien weiter. Die Tendenz des Temperaturanstiegs variiert mit den verschiedenen Entladungsraten, und mit zunehmender Entladungsrate steigen auch die Wärmeproduktion und die Geschwindigkeit der Batterie. Wenn der Entladestrom zunimmt, intensiviert sich die elektrochemische Reaktion im Inneren der Batterie, wodurch die Innentemperatur und der lokale Temperaturunterschied an der Oberfläche der Batterie allmählich ansteigen, was zu einer kürzeren Entladezeit und einer allmählichen Abnahme der Entladestabilität führt