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Prueba de temperatura de una sola célula de la batería de iones de litio

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Prueba de temperatura de una sola célula de la batería de iones de litio

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En los últimos años, los principales fabricantes de automóviles han lanzado continuamente vehículos híbridos y eléctricos puros. Las baterías de iones de litio se utilizan mucho como baterías de potencia debido a sus ventajas, como su alta potencia de salida, su alta densidad energética, su larga vida útil y la ausencia de efecto memoria. Sin embargo, los coches son vehículos que se utilizan en todo tipo de entornos climáticos, con condiciones de uso complejas y condiciones de conducción variables. Las baterías de iones de litio suelen cargarse y descargarse a diferentes temperaturas y ritmos ambientales.

Por lo tanto, para estudiar la gestión térmica de las baterías de potencia, es necesario estudiar el impacto de la temperatura ambiental en el rendimiento de la batería. Por lo tanto, este artículo toma como objeto de investigación la celda única de una batería de litio hierro fosfato de 50 Ah, y lleva a cabo experimentos de carga y descarga dentro del rango de -40 ℃ a 40 ℃ proporcionado por una caja de temperatura constante para estudiar la influencia de la temperatura ambiental en el voltaje de descarga, la resistencia interna y el rendimiento térmico de la batería.

1 Preparación de la prueba

El equipo de carga y descarga de la batería tiene un voltaje de carga y descarga de 0-100V, una corriente de carga y descarga de 0-200A, y una precisión de prueba de ± 0,2%. La temperatura ambiente se mantiene constante mediante una cámara de pruebas de temperatura y humedad constantes. El rango de control de temperatura de este dispositivo es de -55 ℃ -150 ℃, con un control preciso de la temperatura y un pequeño error. El cambio de temperatura de la batería durante el proceso de carga y descarga se mide mediante el sistema de recogida de temperatura en diferentes puntos de medición de la batería. La batería de prueba es una batería de fosfato de hierro y litio de 50 Ah de energía y potencia equilibradas.

2 Efecto de la temperatura en la tensión de descarga de la batería

Para estudiar el rendimiento de las baterías de iones de litio a diferentes temperaturas ambientales, se realizó una carga a corriente constante a temperatura ambiente hasta alcanzar la tensión de corte. La velocidad durante la carga es de 0,3C, y la tensión de corte se especifica en 365V. Cargue con una tensión constante de 3,65V hasta que la corriente de carga sea inferior a 1A, y finalice el proceso de carga. A continuación, coloque la batería en un horno a temperatura constante y déjela reposar durante 3 horas. Por último, realice una descarga de corriente constante a una velocidad determinada hasta que la tensión de corte sea de 25V. Realice la descarga de corriente constante a 0,5C y 1C en entornos de -40 ℃, -20 ℃, 0 ℃, 20 ℃ y 40 ℃, respectivamente.

A través de la comparación de datos, se puede observar que cuando las condiciones de velocidad de descarga de la batería son las mismas, una disminución gradual de la temperatura dará lugar a una disminución gradual de la tensión durante el proceso de descarga. Y se puede observar que dentro del rango de temperatura de 0 ℃ a 40 ℃, la tendencia de la tensión durante el proceso de descarga es suave y lenta, mientras que por debajo de 0 ℃, la tensión de descarga disminuye significativamente, y a -40 ℃, la batería ya no puede funcionar normalmente. Cuando la batería se descarga a 1C en un entorno de -20 ℃, aparece una clara forma de doble escalón en la curva de descarga, y la tensión de descarga máxima se alcanza a 20 ℃.

3 La influencia de la temperatura en la resistencia interna de CA de las baterías

Cuando se mide la resistencia interna de CA de una batería, se aplica una pequeña tensión o corriente de cierta frecuencia a los polos positivo y negativo de la batería, y el valor de la resistencia interna se obtiene en función de la respuesta de esta tensión o corriente. Durante la prueba, la tensión de la señal medida es de 5mV, la frecuencia es de 1kHz, y el tiempo de medida es de 6h. De los datos se desprende que, dentro de un determinado intervalo de temperatura, la resistencia interna de una batería de lh inicial totalmente cargada aumenta rápidamente con el tiempo y, a partir de entonces, el valor de la resistencia permanece básicamente estable. Por lo tanto, se considera apropiado que la batería única del experimento entre en un estado estable cuando se deja en un horno a temperatura constante durante 2 horas o más.

4 Características del aumento de temperatura de las pilas unipolares

Para estudiar el aumento de temperatura de las baterías monocelulares en diferentes condiciones de funcionamiento, se realizaron experimentos de descarga utilizando tres métodos: 0,5C, 1C y 2C. Cargue la batería a una velocidad de corriente constante de 0,3C en un entorno de 25 ℃. Cuando la tensión alcance la tensión de corte superior de 3,65 V, cárguela a una tensión constante de 3,65 V hasta que la corriente de carga sea inferior a 1A y finalice el proceso de carga. A continuación, coloque la batería en un horno a temperatura constante y déjela reposar durante 3 horas. A continuación, realice una descarga de corriente constante a velocidades de 0,5C, 1C y 2C, y resuma la curva de cambio de temperatura de uno de los puntos de medición a velocidades de descarga de 0,5C, 1C y 2C.

A medida que aumenta la velocidad de descarga, aumenta la velocidad de aumento de la temperatura en la superficie de la batería, disminuye el tiempo de descarga y disminuye gradualmente la estabilidad de la descarga. Si existen ligeras diferencias en el rendimiento de las distintas baterías individuales dentro del paquete de baterías, el desequilibrio de la distribución del calor dentro del módulo aumentará inevitablemente. Al final de la descarga en este experimento, las temperaturas del punto 3 a velocidades de descarga de 0,5C, 1C y 2C fueron de 39,40 ℃, 42,39 ℃ y 53,84 ℃, respectivamente.

5 Conclusión

En este artículo se establece una única plataforma experimental de carga y descarga de baterías de iones de litio, y se llevan a cabo experimentos en condiciones de corriente constante y, a continuación, de tensión constante de carga y en condiciones de corriente constante de descarga a diferentes temperaturas y velocidades. Se estudian los efectos de diferentes temperaturas ambientales sobre la tensión de descarga, la resistencia interna y las características de aumento de temperatura de las baterías.

La temperatura es un factor importante que afecta a la tensión de carga y descarga de las baterías. En las mismas condiciones de velocidad de descarga, la tensión de descarga disminuye básicamente con el descenso de la temperatura. En el caso de las baterías de iones de litio, una temperatura adecuada puede favorecer las reacciones químicas, acelerar la velocidad de reacción química de la batería y favorecer la velocidad de evaporación del electrolito.

En entornos de baja temperatura, el rendimiento de carga y descarga de las baterías de iones de litio sigue deteriorándose. La tendencia de aumento de la temperatura varía con las diferentes tasas de descarga, y a medida que aumenta la tasa de descarga, también aumentan la producción y la tasa de calor de la batería. Cuando aumenta la corriente de descarga, la reacción electroquímica en el interior de la batería se intensifica, provocando un aumento gradual de la temperatura interna y de la diferencia de temperatura local en la superficie de la batería, lo que se traduce en un menor tiempo de descarga y una disminución gradual de la estabilidad de descarga