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Prueba de temperatura para baterías de litio de aviación

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Prueba de temperatura para baterías de litio de aviación

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Las baterías de litio son una de las fuentes de energía indispensables en la industria aeroespacial actual, ya que a menudo sirven como energía de reserva para el arranque de diversos equipos de aeronaves, la comunicación y la respuesta de emergencia. Son componentes importantes de los vehículos aeroespaciales. Sin embargo, en funcionamiento normal, las baterías de litio son muy sensibles a la temperatura ambiente, y el impacto de la temperatura es crucial durante el uso cíclico de la batería, pero se pasa por alto fácilmente.

La capacidad de la batería y sus características de carga y descarga cambiarán con la temperatura, y las temperaturas altas o bajas afectarán seriamente al rendimiento y la vida útil de la batería. Debido al funcionamiento a largo plazo de las baterías de litio-ácido de cobalto de aviación en entornos desfavorables, como baja tensión y baja temperatura, esto conducirá inevitablemente a una reducción de la vida útil del ciclo de las baterías de litio, lo que puede llevar seriamente al desguace de la batería o a pérdidas impredecibles. Por lo tanto, es necesario estudiar las características de temperatura de las baterías de litio-óxido de cobalto de aviación.

Este artículo profundizará en los cambios en la capacidad de la batería y las características de carga y descarga de las baterías de óxido de litio-cobalto en diferentes condiciones de temperatura. Mediante experimentos, se determinarán los cambios en la capacidad de la batería y las características de descarga de carga de las baterías de óxido de litio-cobalto a diferentes temperaturas, lo que proporcionará una base teórica para estimar el SOC de las baterías de óxido de litio-cobalto a diferentes temperaturas.

1 Ensayo

1.1 Objeto de investigación y equipo de ensayo

El objeto experimental son baterías de iones de litio-cobalto. La batería tiene una capacidad nominal de 45 Ah, una tensión nominal de 3,7 V y puede descargarse a una temperatura ambiente de -20~60 ℃. El material del cátodo de la batería es cobalato de litio. Equipo de carga y descarga de la batería. Cámara de pruebas de temperatura y humedad DGBELL para lograr el control de la temperatura.

1.2 Pasos experimentales

Las pruebas de capacidad de las baterías de litio-cobalto-ácido de aviación adoptan el método de descarga completa. Se colocan suficientes baterías de litio-ácido cobalto en entornos de diferentes temperaturas para los experimentos de descarga, y se analiza el impacto de los cambios de temperatura ambiental en la capacidad de descarga de la batería. Los pasos específicos son los siguientes:

(1) Activar la batería cargando y descargando repetidamente la batería con una corriente de 0,5C para activar los iones internos de la batería;

(2) El método de carga consiste en cargar la batería con una corriente constante de 0,2C. Cuando el voltaje de la batería alcanza los 4,15V, el método de carga cambia a carga de voltaje constante hasta que la corriente de carga desciende a 03A, y se detiene la carga;

(3) El método de descarga consiste en dejar la batería a temperatura ambiente durante 1b, y luego descargarla a una tasa de corriente constante de 0,2C hasta que el voltaje de la batería caiga a 3V para detener la descarga, y calcular la cantidad de electricidad liberada por la batería;

(4) Cambiar el estado SOC de la batería: Realice experimentos de carga y descarga, registre los cambios de voltaje de la batería durante el proceso de carga y descarga;

(5) Colocar 7 baterías de ácido perforante de litio del mismo modelo a -20, -10, 0, 10, 20, 30 y 40 ℃ para cargarlas y descargarlas, con los mismos pasos anteriores;

(6) Registrar los resultados experimentales, organizar los datos experimentales y calcular la capacidad de descarga de la batería;

(7) Apague la fuente de alimentación de carga después de la carga, apague la carga electrónica después de la descarga y limpie el equipo experimental;

(8) A partir de los datos experimentales, trazar la curva de variación del voltaje de la batería con el SOC a diferentes temperaturas durante el proceso de carga y descarga.

2 Resultados experimentales y análisis

Influencia de la temperatura ambiente en las características de carga y descarga

Analizando la curva de variación de tensión, se observa que la variación de tensión en la zona de la plataforma de las pilas recargables es significativa en entornos de baja temperatura. A medida que aumenta la temperatura ambiente y se aplica la misma cantidad de carga, la tendencia de variación de la tensión disminuye. Cuando las baterías a diferentes temperaturas están al mismo voltaje, las baterías a temperaturas ambiente más altas tienen más masa que energía. Si el sistema de gestión de baterías no ajusta la detección de temperatura, las baterías pueden descargarse o sobrecargarse a bajas temperaturas, pero no cargarse completamente a altas temperaturas, afectando así a la vida útil de la batería

En la fase inicial de la carga, se adopta la carga a corriente constante, y la batería absorbe calor. A medida que avanza el proceso de carga, el aumento de temperatura de la batería se intensifica. Una vez alcanzada la tensión de carga máxima, se cambia a carga de tensión constante, y el crecimiento de la tensión de la batería se ralentiza. Cuanto más baja sea la temperatura, más fácil le resultará a la batería alcanzar la tensión de corte de carga

Analizando los cambios de la curva, puede verse que, en condiciones de descarga de corriente constante, el cambio de tensión de las baterías de litio de ácido perforante para aviación puede dividirse a grandes rasgos en tres etapas:

(1) en la fase inicial de descarga, la tensión de la batería cae rápidamente;

(2) Después de un cierto período de descarga, la tensión de la batería disminuye lentamente y entra en la zona de plataforma;

(3) Al final de la descarga (con un estado de carga inferior a 0,2 S0C), la tensión de la batería muestra una tendencia lineal descendente.

Cuando una batería de litio se descarga desde una tensión totalmente cargada de 4,2 V a 3,7 V, tarda mucho tiempo, pero una vez que supera los 3,7 V, la tensión de la batería cae rápidamente. Esto se debe a que la batería tiene una plataforma de descarga, y el área de la plataforma tiene la energía más suficiente de la batería. En la fase media de descarga, la tensión de las baterías de óxido de cobalto y litio disminuye lentamente. Cuando el valor de SOC es inferior a 0,2 y la batería continúa descargándose, el voltaje cae rápidamente, y la diferencia no es significativa a diferentes temperaturas; Cuando el voltaje de la batería es de 38V, el SOC de la batería en un entorno de 40 ℃ es de aproximadamente 0,6, mientras que el SOC de la batería en un entorno de 20 ℃ es sólo de aproximadamente 0,2. Esto significa que cuanto más baja es la temperatura, más fácil es para la batería alcanzar la condición de corte de descarga.

Al dibujar curvas de tensión a temperaturas de 40, 20 ℃, y -10 ℃, se puede ver. Hay una diferencia en la curva de tensión entre los procesos de carga y descarga, y la curva de tensión obtenida de la descarga es siempre ligeramente inferior a la curva obtenida de la carga. Esto se debe a que cuando la batería se carga hasta un determinado valor de SOC y comienza a estar parada, la tensión sigue disminuyendo hasta aproximarse gradualmente al valor de tensión verdadero de la batería, mientras que cuando se descarga hasta el mismo valor de SOC y comienza a estar parada, la tensión sigue aumentando hasta aproximarse gradualmente al mismo valor de tensión verdadero de la batería.

Debido al lento proceso de convergencia y al largo tiempo necesario, aunque la batería haya estado parada durante un periodo de tiempo considerable al medir la tensión, la tensión obtenida en la curva de descarga sigue siendo inferior a la tensión obtenida en la curva de carga. Y a medida que disminuye la temperatura, la diferencia entre las curvas de carga y descarga se reduce gradualmente.

3 Conclusión

En este artículo se analiza la relación entre la temperatura y las características de las baterías de litio-ácido de cobalto de aviación mediante la comprobación de los cambios en las curvas de capacidad de carga y tensión de carga-descarga de las baterías de potasio-ácido de cobalto de aviación a diferentes temperaturas. Pueden extraerse las siguientes conclusiones:

(1) El cambio de capacidad de la batería de litio óxido de cobalto de aviación es particularmente obvio a baja temperatura. Cuando la temperatura ambiente es de -20 ℃, la capacidad de carga de la batería sólo puede alcanzar el 62% de la capacidad nominal. Con el aumento de la temperatura, la capacidad de la batería aumenta, y la capacidad de carga puede alcanzar el 107% SOC a la temperatura ambiente de 40 ℃. Por lo tanto, la temperatura ambiente de trabajo de la batería debe mantenerse dentro del rango de 0~40 ℃ tanto como sea posible;

(2) Durante el proceso de carga y descarga, el voltaje de la batería cambia con el cambio de la temperatura ambiente. Cuanto más baja sea la temperatura, más fácil será que la batería alcance la tensión de corte de carga y descarga. Cuando la tensión de la batería es la misma, cuanto menor es la temperatura, menor es el valor SOC de la batería;

(3) La tensión obtenida en la curva de descarga es menor que la obtenida en la curva de carga, y la diferencia de presión procede de la resistencia interna de la batería