Prueba de baja temperatura de la batería de litio

El sistema de batería de potencia es un subsistema clave de los vehículos eléctricos y su rendimiento afecta directamente a la potencia, la economía y la seguridad de los vehículos eléctricos.

La carga y descarga continuas durante el uso de baterías eléctricas pueden tener un impacto en la temperatura de la batería, y las temperaturas altas o bajas de la batería pueden afectar el rendimiento, la vida útil y la seguridad del sistema de la batería. Por lo tanto, la adaptabilidad de las baterías de iones de litio a la temperatura se ha convertido en uno de los factores clave que restringen su aplicación en vehículos eléctricos, y la gestión térmica de la batería se ha convertido en una tecnología clave para garantizar el rendimiento, la vida útil y la seguridad de la batería.

La temperatura de funcionamiento óptima para las baterías eléctricas es de 15 ℃ C-45 ℃, y el rango de temperatura de funcionamiento real es de -30 ℃ -60 ℃. Durante el funcionamiento en invierno, los vehículos eléctricos suelen experimentar una reducción de la autonomía. El motivo de esta situación es que la capacidad de descarga del propio sistema de batería de potencia en invierno es menor que a temperatura ambiente. Si el aire acondicionado del automóvil se enciende al mismo tiempo, la autonomía del vehículo eléctrico es muy insuficiente durante el funcionamiento en invierno. A bajas temperaturas, la actividad del ion de litio en sí es relativamente baja y el electrolito se encuentra principalmente en un estado sólido o semisolidificado. Cuando el ion de litio migra, la resistencia es alta. La actividad deficiente conduce a un rendimiento de descarga deficiente.

Este artículo estudia principalmente los efectos de la temperatura ambiental y la tasa de descarga en el rendimiento eléctrico y térmico de las baterías de litio. Analiza la plataforma de voltaje, la temperatura, los cambios de capacidad de las baterías de litio bajo diferentes temperaturas ambientales y tasas de descarga, así como los cambios en el rendimiento de la batería bajo las condiciones de descarga de los módulos de batería proporcionados por un determinado proveedor.

La temperatura de funcionamiento óptima para las baterías eléctricas es de 15 ℃ -45 ℃, y el rango de temperatura de funcionamiento real es de -30 ℃ -60 ℃. Durante el funcionamiento en invierno, los vehículos eléctricos suelen experimentar una reducción de la autonomía. El motivo de esta situación es que la capacidad de descarga del propio sistema de batería de potencia en invierno es menor que a temperatura ambiente. Si el aire acondicionado del automóvil se enciende al mismo tiempo, la autonomía del vehículo eléctrico en funcionamiento en invierno es muy insuficiente.

A bajas temperaturas, la actividad de los iones de litio en el sistema de la batería de energía es relativamente baja y el electrolito se encuentra principalmente en un estado sólido o semisolidificado. Cuando los iones de litio migran, la resistencia es alta y la actividad deficiente conduce a un rendimiento de descarga deficiente. Este artículo estudia principalmente el impacto de la temperatura ambiental y la tasa de descarga en el rendimiento eléctrico y térmico de las baterías de litio, y analiza la plataforma de voltaje, la temperatura y los cambios en la capacidad y el rendimiento de la batería en condiciones de descarga de los módulos de batería proporcionados por un determinado proveedor. .

1 prueba de baja temperatura

Objeto de prueba: módulo de batería, 43,8 V, 37,0 Ah

Equipo de prueba: cámara de temperatura y humedad constante DGBELL, equipo de carga y descarga

El método de prueba consiste en seleccionar cinco puntos de temperatura con temperaturas ambiente de 25 ℃, 10 ℃, 0 ℃, 10 ℃ y -20 ℃, y realizar pruebas de descarga con índices de descarga de 1C, 0,3C y 0,5C, respectivamente. En función del espectro de la carretera en condiciones de trabajo reales obtenido de la prueba del vehículo, se convierte en corriente de condiciones de trabajo y se somete a pruebas de descarga a temperaturas ambiente de 25 ℃, 0 ℃ y -20 ℃. Registre la temperatura, la capacidad, la energía, el voltaje, la corriente y otros datos de las pruebas anteriores.

2 resultados de la prueba

2.1 Plataforma de descarga

A diferentes temperaturas ambientales, la plataforma de descarga de la batería disminuye con la disminución de la temperatura ambiental. A -20 ℃, la plataforma de descarga disminuirá rápidamente durante la etapa inicial de descarga, alcanzando una etapa de "canal". Esto se debe a que a bajas temperaturas, el electrolito se encuentra en un estado solidificado o semisolidificado y la conductividad del electrolito disminuye, lo que resulta en una rápida disminución de la plataforma de descarga.

A medida que avanza el proceso de descarga, la plataforma de descarga se eleva lentamente hasta la etapa de meseta. Durante este período, a medida que avanza el proceso de descarga, se genera calor dentro de la batería, que funde el electrolito, aumenta su conductividad, reduce la resistencia al flujo de electrones y eleva la plataforma de descarga. Después de llegar a una plataforma de descarga normal, la tendencia de descarga es la misma que a temperatura ambiente. Aunque la tendencia de las plataformas de descarga de baterías es la misma, a medida que baja la temperatura ambiente, también baja la plataforma de tensión.

Cuanto menor sea la temperatura ambiente, menor será el "valle" de la plataforma de voltaje. Al comparar las tres tasas de descarga, se puede ver que hay poca diferencia en la meseta de descarga por encima de 0 ℃, mientras que la meseta de descarga por debajo de 0 ℃ disminuye más. Y en comparación con diferentes temperaturas ambientales, cuanto menor sea la temperatura ambiente, menor será el tiempo de descarga.

2.2 Temperatura de la superficie de la batería

Se compararon los cambios de diferencia de temperatura bajo diferentes tasas de descarga y temperaturas ambientales. A la misma tasa de descarga, cuanto menor sea la temperatura ambiente, mayor será el aumento de temperatura. Por ejemplo, a una temperatura ambiente de -20 ℃, el aumento de temperatura promedio en la superficie de una batería de descarga de 1C es de 35 ℃; A una temperatura ambiente de 25 ℃, el aumento de temperatura promedio en la superficie de una batería de descarga de 1C es de 12 ℃. Esto también indica que a bajas temperaturas, se usa más energía para calentar la batería, lo que resulta en una menor producción de energía.

A la misma temperatura ambiente, cuanto menor sea la tasa de descarga, menor será el aumento de temperatura en la superficie de la batería. Por ejemplo, a una temperatura ambiente de -20 ℃, el aumento de temperatura promedio en la superficie de una batería de descarga de 0,5 C es de 26 ℃; A una temperatura ambiente de 20 ℃, el aumento de temperatura promedio en la superficie de una batería de descarga de 0.3C es de 21 ℃. Esto indica que cuando la temperatura ambiente es baja, se debe usar una corriente más pequeña para la descarga. El primer efecto es garantizar la eficiencia de salida de la energía de la batería; El segundo es garantizar la vida útil de la batería.

2.3 Capacidad de descarga

De los resultados de la prueba, se puede ver que bajo la misma tasa de descarga, la capacidad de descarga disminuye gradualmente a medida que disminuye la temperatura ambiente. A una temperatura ambiente de -20 ℃, la energía liberada durante la descarga a 0,3 C es la más baja, que es el 86 % de la de 25 ℃. Cuanto menor sea la tasa de descarga, menor será la temperatura ambiente y menor la cantidad de electricidad descargada. A una temperatura ambiente de 25 ℃, la capacidad de descarga a 0.3C es ligeramente mayor, mientras que en otros puntos de temperatura, la capacidad de descarga a 1C es mayor.

4. Conclusión

En entornos de baja temperatura, la actividad de los iones de litio en las baterías es relativamente baja, la fuerza de flujo del electrolito es grande, la conductividad se reduce y la capacidad de descarga se reduce, lo que afecta el funcionamiento de los vehículos eléctricos puros. Sobre la base de pruebas experimentales, se obtuvieron los cambios reales de temperatura de la superficie y la plataforma de descarga de la batería bajo diferentes temperaturas ambientales, tasas de descarga y condiciones de funcionamiento. Se extrajeron las siguientes conclusiones:

(1) La plataforma de descarga disminuirá con la disminución de la temperatura ambiental, y habrá un "valle" cuando la temperatura ambiental sea inferior a 0 ℃. Después del "canal", la plataforma de descarga se elevará lentamente, y cuando se eleva hasta cierto punto, la tendencia de la plataforma de descarga es consistente con la de la plataforma de descarga a temperatura ambiente.

(2) A medida que disminuye la temperatura ambiente, cuanto menor sea el tiempo de descarga, menor será la cantidad de electricidad liberada. A la misma temperatura, capacidad de 1C > capacidad de 0,5C > capacidad de descarga de 0,3C.

(3) A medida que disminuye la temperatura ambiente, aumenta el aumento de temperatura. A una temperatura ambiente de -20 ℃, durante la etapa de descarga de 1C, la temperatura de la batería aumenta en 35 ℃, y se usa más energía para calentar la batería. Capacidad de descarga reducida.

(4) Entre los puntos de temperatura probados, la capacidad de descarga es la más baja a una temperatura ambiente de -20 ℃ y 0,3C. La capacidad de descarga es del 86% a 25 ℃.

(5) Durante la descarga en condiciones de funcionamiento, cuando la temperatura ambiente es de -20 ℃, la batería se usa por debajo de 0 ℃. Esta condición de funcionamiento tiene un impacto significativo en la vida útil de la batería. Se recomienda tratar el sistema de batería con aislamiento, calefacción y otras medidas a bajas temperaturas.