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Prueba de temperatura y descarga para baterías de iones de litio

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Prueba de temperatura y descarga para baterías de iones de litio

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Análisis del estado actual de las aplicaciones de las baterías de iones de litio

El rápido desarrollo de la industria automovilística ha aportado comodidad a la gente, mientras que sus gases de escape se han convertido en los principales responsables de la contaminación atmosférica urbana. Por otra parte, como fuentes de energía no renovables, el consumo de petróleo y gas natural está aumentando gradualmente y acabará agotándose en un futuro próximo. La conservación de la energía y la protección del medio ambiente se han convertido en cuestiones sociales muy importantes.

Los vehículos eléctricos (EVS) y los vehículos eléctricos híbridos (HEVS) se desarrollan para reducir el consumo de energía y la contaminación causada por los vehículos de combustible. Las baterías avanzadas que se utilizan actualmente en los vehículos eléctricos incluyen principalmente baterías de níquel-hidrógeno y baterías de iones de litio. Las baterías de iones de litio tienen una energía específica elevada, una larga vida útil y una gran potencia específica. Con la reducción de su coste, irán sustituyendo gradualmente a las actuales baterías de níquel-hidrógeno como principal sistema de almacenamiento de energía para vehículos eléctricos. La viabilidad económica de los HEV y los EV en la competencia del mercado es un aspecto crucial. La estimación precisa y en tiempo real del estado de carga (SOC) de la batería tiene un impacto significativo en la viabilidad económica de los vehículos híbridos.

Los materiales de electrodos positivos de las baterías de iones de litio incluyen principalmente óxido de litio y manganeso, fosfato de litio y hierro, y materiales ternarios de óxido de níquel, cobalto, litio y manganeso. En comparación con los otros dos materiales de electrodo positivo, los materiales ternarios tienen una mayor tensión de plataforma, capacidad específica y densidad de compactación, que determinan la densidad energética de las baterías que utilizan este material de electrodo positivo. Si las prestaciones de seguridad de las baterías ternarias de ión-litio pueden mejorarse hasta cierto punto, tendrán un gran espacio de aplicación en vehículos eléctricos y sistemas de almacenamiento de energía.

2 Objetos y plataformas de prueba

Objeto de ensayo: batería ternaria de iones de litio 18650 cilíndrica. Obtención de sus características básicas. Los parámetros básicos de la batería monocelular son: capacidad nominal 20Ah, tensión nominal 37V y masa 41g.

La plataforma de pruebas de módulos y células de batería puede simular las condiciones de funcionamiento del vehículo, obtener datos experimentales durante la carga y descarga del módulo y verificar la eficacia del diseño de la estructura del módulo y el diseño del BMS.

La plataforma de pruebas se divide en 5 partes: equipo de carga y descarga de la batería, cámara de temperatura constante, tarjeta de adquisición de datos de la batería, ordenador de registro y análisis y control de datos de la batería y módulo de la batería que se va a probar. El ordenador obtiene y registra la información de la batería (tensión, temperatura, corriente) mediante la interacción con la tarjeta de adquisición de datos. El software de análisis de datos integrado en el modelo de batería analiza el estado de la batería y los métodos de carga correspondientes, y controla la salida del motor de carga y descarga en consecuencia. La caja de temperatura constante proporciona condiciones de campo de temperatura para las pruebas de la batería, y el motor de carga y descarga proporciona fuente de energía y carga para la batería.

3 Pruebas de SOC y tensión en circuito abierto

3.1 Pruebas con una sola batería

El voltaje de circuito abierto de la batería (OCV) puede utilizarse para calibrar la estimación del estado de carga de la batería, lo que desempeña un papel importante en la mejora de la precisión de la estimación del SOC. Se seleccionaron nueve baterías cilíndricas de iones de litio 18650 para las pruebas de SOC y OCV. El proceso de prueba es el siguiente: la batería de iones de litio se carga completamente y se coloca en reposo hasta que la batería se estabilice; se descarga a una corriente constante para garantizar que el SOC correspondiente a cada descarga sea 005, y el intervalo entre dos descargas es de 1 hora para garantizar que la batería alcance un estado estable. Al mismo tiempo Registre la tensión de circuito abierto de la batería. De este modo se obtiene la tensión en circuito abierto de 21 estados de SOC con SOC comprendidos entre 1, 0,95, 0,90, 0,85, 0,80,..., 0,10, 0,05 y 0.

Del experimento se desprende que la relación entre el SOC del monómero 18650 y el OCV es aproximadamente lineal con una buena consistencia. Por lo tanto, la tensión en circuito abierto puede utilizarse para estimar el estado de carga de la batería. Especialmente después de que el vehículo eléctrico haya estado aparcado durante un período de tiempo, la tensión de circuito abierto tiene un buen efecto en la estimación del estado de carga inicial de la batería de alimentación.

3.2 Pruebas de la batería

las pilas 18650 se seleccionan para formar dos grupos a través de 5 cadenas paralelas de 10 para probar la relación entre el estado de carga y la tensión de circuito abierto. El proceso de prueba es coherente con el de las pruebas de baterías individuales. Debido a la buena consistencia de los monómeros y a la selección de las combinaciones, el pack de baterías también puede mantener una buena consistencia.

4 Capacidad de una sola batería

Debido al hecho de que los vehículos eléctricos requieren que la batería de potencia proporcione una potencia específica relativamente alta durante la subida de pendientes, el arranque y la aceleración, es decir, una descarga de corriente suficiente para proporcionar suficiente potencia. En este artículo se realizaron pruebas de descarga de baterías de iones de litio a tasas de 0IC, 0,5C y 1C

De los resultados experimentales se desprende que, a medida que aumenta la corriente de descarga de la batería, disminuye su capacidad de descarga. Esto se debe a que, a medida que aumenta la corriente de descarga, aumenta la polarización de concentración en el interior de la batería, y también aumenta la caída de tensión causada por la resistencia interna inherente de la batería, lo que provoca la correspondiente disminución de la capacidad de descarga de la batería.

5 Capacidad de las baterías

Debido a los importantes cambios en las condiciones de trabajo de los automóviles, en este artículo se realizaron pruebas de descarga de baterías de iones de litio a temperaturas de -30, -20, -10, 0, 10, 30, 45 y 55 ℃ a 0,5 ℃,. A partir de los resultados experimentales, se observa que a medida que aumenta la temperatura de trabajo de la batería, la capacidad de descarga aumenta significativamente. Esto se debe a la lenta velocidad de difusión de los iones de litio dentro de la batería a bajas temperaturas, lo que mejora la actividad de la batería a medida que aumenta la temperatura. Sin embargo, a medida que aumenta el tiempo de aislamiento, aumenta la temperatura general de la batería, lo que hace que la actividad de los iones se desordene gradualmente, provocando un aumento de la resistencia interna y una disminución de los cambios en la capacidad de descarga.

6 Conclusión

Este artículo investiga la relación entre el estado de carga y la tensión de circuito abierto, la velocidad de descarga y la capacidad, la capacidad y la temperatura de las baterías ternarias de litio. Se obtienen la ley del estado de carga y la tensión de circuito abierto, la ley de la capacidad monomérica bajo diferentes tasas de descarga, y la ley de la capacidad y la temperatura.

1) La consistencia de las pilas de litio 18650 cilíndricas ensayadas es buena, y el estado de carga guarda una relación aproximadamente lineal con la tensión de circuito abierto. La tensión en circuito abierto puede utilizarse para estimar el estado de carga. El uso de la tensión en circuito abierto para estimar el estado de carga durante el tiempo de apagado de la batería de potencia, y el uso de otros métodos de estimación durante la carga y la descarga pueden mejorar la precisión de la estimación del SOC.

2) A medida que aumenta la corriente de descarga, aumenta la polarización de concentración dentro de la batería, y también aumenta la caída de tensión causada por la resistencia interna inherente de la batería de litio. Por lo tanto, a medida que aumenta la corriente de descarga, disminuye la capacidad de descarga de la batería.

3) A bajas temperaturas, la velocidad de difusión de los iones de litio en el interior de la batería es más lenta, y a medida que aumenta la temperatura, aumenta la actividad de la batería y aumenta la capacidad de descarga.