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EV Power Battery Cycling Test - Teil 1

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EV Power Battery Cycling Test - Teil 1

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In den letzten Jahren ist die chinesische Industrie für neue Energiefahrzeuge explosionsartig gewachsen, was den in neuen Energiefahrzeugen verwendeten Batteriesystemen große Aufmerksamkeit beschert hat. Als eine der Schlüsselkomponenten von Elektrofahrzeugen wirkt sich die Lebensdauer des Batteriesystems direkt auf die Gesamtnutzung des Fahrzeugs aus. In der Vergangenheit beschränkte sich die Forschung über die Lebensdauer von Leistungsbatterien oft auf einzelne Batteriezellen oder -module, und es gab nur wenige Berichte über die Forschung an Leistungsbatteriesystemen.

Aufgrund des Short-Board-Effekts wird die Leistung von Batteriesystemen in der Regel durch die schlechtesten einzelnen Zellen im Inneren bestimmt, so dass die Inkonsistenz einzelner Zellen zu einer erheblichen Verringerung der Leistung des Batteriesystems führen kann, insbesondere wird die Lebensdauer des Batteriesystems stark beeinträchtigt. Daher ist der Versuch, das Verfallsmuster der Lebensdauer von Batteriesystemen zu ermitteln, eine Methode zur Bewertung der Lebensdauer und ein Lebensdauermodell für Leistungsbatteriesysteme zu erstellen und eine Grundlage für die Einführung schneller Lebensdauertests und Bewertungsmethoden für Leistungsbatterien zu schaffen, von großer Bedeutung für den rationellen Einsatz von Batteriesystemen im gesamten Fahrzeug.

1 Versuchsobjekt und Ausstattung

Forschungsobjekt: Der Versuch verwendet ein ternäres Hochenergie-Batteriesystem mit 310,8 V, 37 Ah für Hybridfahrzeuge als Forschungsobjekt. Das Leistungsbatteriesystem besteht aus 7 Modulen in Reihe, und jedes Leistungsbatteriemodul besteht aus 12 Leistungsbatteriezellen in Reihe. Die Kombinationsform des gesamten Leistungsbatteriesystems ist 1 Parallelschaltung und 84 Reihenschaltungen.

Testausrüstung: Das Power-Batteriesystem verwendet einen Power-Batterie-Simulator zur Durchführung von Zykluslebensdauer- und Power-Innenwiderstandstests. Verwenden Sie einen Wasserkühler, um das Batteriesystem im Zyklus zu kühlen, und führen Sie einen Lithium-Ionen-Batteriesystem-Zykluslebensdauer-Prüfstand durch. Die Leistungsbatterie-Einheit wird mit einem Leistungsbatterie-Simulator und einer Umgebungskammer einem Zykluslebensdauertest unterzogen, und eine elektrochemische Workstation wird für Wechselstrom-Impedanztests verwendet.

2 Prüfverfahren

2.1 Einzelzellen-Zyklus-Testmethode für Leistungsbatterien

Um die Vergleichbarkeit der Versuchsergebnisse zu gewährleisten, wurden Batteriemonomere mit guter Konsistenz aus derselben Probencharge ausgewählt und Vergleichsexperimente bei verschiedenen Entladetiefen (DOD-Bereich) und unterschiedlichen Temperaturen durchgeführt. Die Zyklustestmethode für Leistungsbatteriemonomere ist wie folgt

(1) 100% Lade- und Entladetiefe (100% DOD): Der Batteriezellen-Zyklustest wird bei Raumtemperatur bzw. 40 ℃ durchgeführt. Die Batterie wird mit 1 C konstantem Strom geladen, bis die Zellenspannung 4,24 V erreicht, dann wird sie mit konstanter Spannung geladen, bis der Strom kleiner oder gleich 1,85 A ist, und der Ladevorgang wird beendet. 30 Minuten stehen lassen und mit 1 C Konstantstrom entladen, bis die Zellenspannung 3,00 V erreicht. 30 Minuten ruhen lassen und die obigen Schritte für den Zyklustest wiederholen; alle 100 Zyklen eine Kapazitätskalibrierung und einen Wechselstrom-Impedanztest durchführen.

(2) 80%ige Lade- und Entladetiefe (80% DOD): Der Zyklustest der Batteriezellen wird bei Raumtemperatur bzw. bei 40 ℃ Umgebungstemperatur durchgeführt. die Zelle wird mit einem konstanten Strom von 1 C auf eine Spannung von 4,24 V geladen und dann 30 Minuten lang stehen gelassen. mit einem konstanten Strom von 1 C wird die Zelle auf eine Spannung von 3,00 V entladen und 30 Minuten lang stehen gelassen. Die oben genannten Schritte werden für den Zyklustest wiederholt, und alle 100 Zyklen werden eine Kapazitätskalibrierung und ein Wechselstrom-Impedanztest durchgeführt.

2.2 Zyklustestverfahren für Leistungsbatteriesysteme

(1) 100%ige Ladungsentladungstiefe (100% DOD). Um die Auswirkungen von Temperaturschwankungen im Inneren des Kaninchenbatteriesystems auf die Lebensdauer zu vermeiden, wurde der Versuch bei Raumtemperatur (25 ± 5) ℃ mit einer Kühlmitteltemperatur von 25 ℃ und einer Durchflussrate von 8 L/min durchgeführt. Laden mit 1 C, bis die Gesamtspannung 352,8 V erreicht, dann Umschalten auf Konstantspannungsladen, bis der Strom kleiner oder gleich 1,85 A ist, und Beenden des Ladens (CC-CV), 30 Minuten stehen lassen: Entladen mit 1 C Konstantstrom, bis die Einzelspannung 3,00 V erreicht, 30 Minuten stehen lassen; Insgesamt wurden 170 Zyklen durchgeführt.

(2) 80%ige Lade- und Entladetiefe (80% DOD): Der Zyklustest des Batteriesystems wird bei Raumtemperatur, einer Kühlmitteltemperatur von 25 ℃ und einer Durchflussrate von 8 L/min durchgeführt. Laden mit 1 C konstantem Strom, bis die Gesamtspannung 348,6 V erreicht, und 30 Minuten stehen lassen, dann Entladen mit 1 C konstantem Strom, bis die Gesamtspannung 290,8 V erreicht, und 30 Minuten stehen lassen; insgesamt wurden 2500 Zyklen durchgeführt. Führen Sie alle 200 oder 100 Zyklen eine Kapazitätskalibrierung durch, und führen Sie einen Gleichstromwiderstandstest (DCR) bei einem festen SOC-spezifischen Lade- und Entladestrom durch.

Die Kapazitätskalibrierung umfasst die Durchführung von 3 100%-DOD-Lade- und Entladetests am Batteriesystem; für den DCR-Test wird das Batteriesystem 1 C zunächst auf eine Gesamtspannung von 311,56 V (CC-CV, Abschaltstrom von 1,85 A) geladen, 30 Minuten lang stehen gelassen, dann 20 A geladen und 20 A für jeweils 10 Sekunden entladen, 120 A geladen und 120 A für jeweils 10 Sekunden entladen, 1 C auf eine einzelne Abschaltspannung von 3,00 V entladen und dann die Gleichstromwiderstandswerte unter jedem Impulsstrom berechnet

3 Analyse der Daten des Einzelzellen-Zyklustests

3.1 Entladekapazität und Zyklenzahl einer einzelnen Zelle

Leistungsbatteriezellen wurden bei Raumtemperatur (25 ± 5) ℃ mit 80% DOD und 100% DOD 500 Zyklustests unterzogen: 100% DOD-Ladung und -Entladung wurden alle 200 oder 100 Zyklen durchgeführt, um die Kapazität zu kalibrieren.

Die anfängliche Entladekapazität der Batterie während der Zyklen beträgt 38,00 Ah. Nach 200 Zyklen beträgt die Kapazitätserhaltungsrate 100,63 %, was über der Kapazitätserhaltungsrate von 99,46 % nach 170 Zyklen mit 100 % DOD im Batteriesystem liegt;

Nach 500 Zyklen beträgt die Entladekapazität 37,57 Ah und die Kapazitätserhaltungsrate 98,87 %.

Die anfängliche Entladungskapazität bei einer Lebensdauer von 80 % der Zyklen beträgt 38,73 Ah.

Nach 200 Zyklen liegt die Kapazität bei 38,36 Ah und die Kapazitätserhaltungsrate bei 99,04 %.

Nach 500 Zyklen liegt die Entladekapazität bei 36,66 Ah und die Kapazitätserhaltungsrate bei 94,66 %. Nach 400 Zyklen mit 80% DOD im Batteriesystem beträgt die Kapazitätserhaltungsrate 96,72%, und nach 600 Zyklen beträgt die Kapazitätserhaltungsrate 91,76%

Kapazitätsspannungskurve von Leistungsbatteriezellen bei Raumtemperatur. Es ist zu erkennen, dass die Entladespannungsplattform des ternären NCM-Batteriesystems zwischen 4,15 - 3,30 V und die Ladespannungsplattform zwischen 3,50 - 4,20 V liegt. Die Kapazitätsspannungskurven von 80% DOD nach 0-500 Zyklen zeigen eine signifikante Abnahme der Entladekapazität nach jeweils 200 oder 100 Zyklen bei dieser Lade- und Entladetiefe. Nach 0-500 Zyklen zeigte die Kapazitätsspannungskurve von 100% DOD keine signifikante Abnahme der Entladekapazität.

Die Leistungsbatteriezelle wurde 500 Zyklustests bei 80% DOD und 100% DOD in einer Umgebung von (40 ± 5) ℃ unterzogen. Die anfängliche Entladungskapazität der Batteriezelle mit einer Lebensdauer von 80% DOD beträgt 40,19 Ah, und die Beibehaltung der Entladungskapazität nach 200 Zyklen beträgt 94,65%; nach 500 Zyklen beträgt die Entladungskapazität Ah und die Beibehaltung der Kapazität 91,22% DOD. Die anfängliche Entladungskapazität ist nach der Zykluslebensdauer, und die Kapazitätserhaltungsrate beträgt 95,82%;

Nach 500 Zyklen, bei Raumtemperatur und 40 ° C, die zyklische Entladung Kapazitätserhaltungsrate ist größer als 80% DOD zyklische Entladung Kapazitätserhaltungsrate (volle Entladung Kapazität nach Zyklusende / anfängliche volle Entladung Kapazität)

Die Rate des Kapazitätsabbaus während des Zyklus bei 40 ℃ ist größer als die bei Raumtemperatur, was darauf hindeutet, dass eine hohe Temperatur den Kapazitätsabbau der Batterie beschleunigt und die Lebensdauer der Batterie verringert.

Bei 40 °C nimmt die Entladekapazität einer Einzelleistungsbatterie zwischen 0-300 Zyklen bei 80 % DOD und zwischen 100-200 Zyklen bei 100 % DOD schnell ab

3.2 AC-Impedanz einer einzelnen Zelle

AC-Impedanzspektren von Leistungsbatteriezellen vor und nach 80 % DOD-Zyklen bei Raumtemperatur und 40 ℃. Die Batterieimpedanz von Lithium-Ionen-Batterien umfasst die Impedanz des Elektrolyten, die Ladungs- und Stoffübertragungsimpedanz an der Elektroden-Elektrolyt-Grenzfläche und die Diffusionsimpedanz von Lithiumionen in der Nähe der Elektrode und ihrer Grenzfläche.

Das Impedanzspektrum der Elektrode besteht aus einem Halbkreis im hochfrequenten Bereich und einer diagonalen Linie im niederfrequenten Bereich. Die Impedanz des Elektrolyten stieg vor und nach 500 Zyklen bei Raumtemperatur und 40 ℃ für eine einzelne 80 %ige DOD-Batterie deutlich an, von 0,9 m Ω und 1,0 m Ω vor dem Zyklus auf 2,0 m Ω bzw. 2,4 m Ω nach dem Zyklus.