Prueba de ciclos y vibraciones de las baterías de iones de litio - Parte 1

Prueba de ciclos y vibraciones de las baterías de iones de litio - Parte 1

En los últimos años, la industria logística del automóvil y el mercado de la oferta y la demanda han experimentado un desarrollo constante. En general, toda la industria ha entrado en un periodo de desarrollo estable y rápido. El desarrollo de vehículos eléctricos es una tendencia nacional, y los vehículos eléctricos son ampliamente considerados como la dirección principal para la transformación y el desarrollo de los futuros sistemas de energía y potencia de automoción.

En la actualidad, la corriente principal de baterías equipadas para vehículos logísticos puramente eléctricos son principalmente baterías cuadradas de gran capacidad, que tienen procesos de producción complejos y costes de producción elevados. El volumen de producción de baterías cilíndricas de pequeña capacidad es grande, y sus aplicaciones están más extendidas. Sus costes de producción y sustitución son relativamente bajos.

Teniendo en cuenta sus grandes ventajas, como la sencillez del proceso de fabricación, el rendimiento estable, el alto rendimiento y el bajo coste, las baterías cilíndricas de pequeña capacidad serán la mejor opción. Sin embargo, debido a las limitaciones de las baterías cilíndricas de pequeña capacidad, que tienen pequeñas capacidades individuales (1,5-2,5 Ah), para satisfacer los requisitos de energía y voltaje de los vehículos logísticos puramente eléctricos, es necesario combinar un gran número de celdas de batería en serie y en paralelo, lo que da lugar a problemas relacionados con la consistencia de la batería y la fiabilidad de la conexión. En este artículo se lleva a cabo principalmente una investigación teórica sobre la agrupación a gran escala de baterías cilíndricas de iones de litio de pequeña capacidad, y se prueban el rendimiento en ciclos y la resistencia a las vibraciones de muestras de módulos de baterías.

1 Investigación teórica sobre las baterías de ión-litio

1.1 Investigación teórica sobre la consistencia de las baterías

La inconsistencia de las baterías se refiere a las diferencias en parámetros como el voltaje, la capacidad y la tasa de autodescarga de la resistencia interna entre baterías de la misma especificación y modelo. La generación de inconsistencia se produce principalmente en el proceso de fabricación del producto.

Debido a problemas en el proceso y a materiales desiguales, se producen diferencias muy pequeñas en el interior de la pila. Este tipo de inconsistencia en la estructura interna y el material de la batería puede hacer imposible que la capacidad, la resistencia interna y otros factores del mismo lote de baterías del mismo tipo sean completamente consistentes.

Los efectos adversos de una mayor inconsistencia de las baterías en el rendimiento de las baterías de potencia son los siguientes:

(1) Reducción de la capacidad útil del pack de baterías

Debido a la inconsistencia del voltaje o de la capacidad del pack de baterías, y debido al efecto de cortocircuito, durante la carga y la descarga, algunas celdas individuales cumplen primero las condiciones de corte, mientras que otras baterías no cumplen las condiciones de corte. Para evitar la sobrecarga o descarga de la batería, interviene el sistema de gestión de la batería, lo que provoca una disminución de la capacidad útil real del pack de baterías.

(2) Reducción del ciclo de vida de la batería

Según el efecto barril, la vida útil de un pack de baterías viene determinada por la vida útil del módulo con menor vida útil.

En los vehículos logísticos puramente eléctricos, debido a la escasa energía de las pequeñas baterías cilíndricas de iones de litio, todo el sistema de baterías requiere conectar en serie o en paralelo un gran número de baterías individuales, con una cantidad superior a 3.000, lo que inevitablemente dificulta el control de la consistencia de las baterías.

La consistencia de las baterías es relativa, mientras que la inconsistencia es absoluta. La inconsistencia de las baterías ya se ha producido durante la fase de producción, y en el proceso de aplicación es necesario tomar ciertas medidas para paliar la tendencia o la velocidad de expansión de la inconsistencia de las baterías. Sobre la base de la experiencia de aplicación y la investigación experimental de las baterías de potencia, se suelen adoptar las seis medidas siguientes para garantizar que la vida útil del paquete de baterías se aproxime gradualmente a la vida útil de las baterías individuales.

1) Mejorar el nivel de la tecnología de fabricación de baterías, garantizar la calidad de la batería antes de salir de la fábrica, especialmente la consistencia de la tensión inicial. Antes de salir de fábrica para el mismo lote de baterías, se realiza un análisis de correlación de parámetros basado en el voltaje, la resistencia interna y los datos de formación de la batería para seleccionar baterías con buena correlación, con el fin de garantizar que el rendimiento del mismo lote de baterías sea lo más coherente posible.

2) Cuando se ensamblan baterías de potencia, es importante asegurarse de que el paquete de baterías es del mismo tipo, especificación y modelo.

3) Durante el uso del pack de baterías, detecte los parámetros de la batería individual, especialmente la distribución del voltaje en condiciones dinámicas y estáticas (cuando el vehículo eléctrico está parado o en marcha), capte la ley de desarrollo de la inconsistencia de la batería individual en el pack de baterías, y ajuste o sustituya las baterías de parámetros extremos a tiempo para garantizar que la inconsistencia de los parámetros del pack de baterías no aumente con el tiempo de uso.

4) Realice cargas de mantenimiento de baja corriente en el pack de baterías a intervalos regulares para promover el equilibrio y la recuperación del rendimiento del propio pack de baterías.

5) Garantice un buen entorno de uso para el pack de baterías, intente garantizar un campo de temperatura uniforme del pack de baterías, reduzca las vibraciones y evite el agua, el polvo y otros tipos de contaminación de los polos de la batería.

6) Adoptar un sistema de equilibrado del pack de baterías para la gestión inteligente de la carga y descarga del pack de baterías.

1.2 Investigación sobre la teoría de la consistencia de la conexión

En los vehículos logísticos puramente eléctricos, a menudo es necesario conectar más de 3.000 celdas de batería en serie, paralelo o híbrido para satisfacer la demanda de alta tensión y alta capacidad, lo que inevitablemente aumenta el número de puntos de soldadura y provoca problemas de consistencia de la conexión. Si se produce un desprendimiento o una soldadura falsa, se producirá un aumento de la resistencia interna de la conexión.

Por un lado, repercutirá en la carga y descarga del sistema de baterías. Por otro lado, durante el funcionamiento del vehículo, provocará un calentamiento en el punto de conexión que, en casos graves, dará lugar a problemas de seguridad. Por lo tanto, en teoría, cuantos menos puntos de soldadura haya, mayor será la consistencia de la conexión del sistema.

1.3 Investigación sobre la teoría de la disipación del calor

El intercambio de calor entre la batería y el mundo exterior se realiza a través de la superficie de la batería. Cuanto mayor es la pila, menor es la proporción de superficie, y menos fácilmente se disipa al exterior el calor generado en su interior. Además, cuanto mayor es la pila, más energía contiene y mayor es el peligro de que se libere instantáneamente.

Por lo tanto, en aras de la seguridad de la batería, en su diseño es necesario determinar el volumen máximo, la proporción mínima de superficie específica y la forma adecuada de este tipo de batería en función de los parámetros térmicos del material seleccionado.

Por ejemplo, en el caso de las baterías cilíndricas, cuando se utilizan como baterías de potencia, cuando el diámetro supera un determinado valor (alrededor de 30 mm), la distribución de la corriente, la distribución de la temperatura, la transferencia de calor, etc. en el interior de la batería se verán muy restringidas, lo que afecta gravemente a la vida útil de la batería y plantea problemas de seguridad en aplicaciones de alta corriente.

Al utilizar baterías de pequeña capacidad en paralelo, por un lado se mejora la conductividad del pack de baterías, ya que al utilizar baterías pequeñas en conexión paralela se aumenta el área conductora de la conexión conductora de forma invisible.