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Prueba de ciclo de la batería EV Power - Parte 1

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Prueba de ciclo de la batería EV Power - Parte 1

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En los últimos años, la industria china de vehículos de nueva energía ha experimentado un crecimiento explosivo, lo que ha atraído mucha atención hacia los sistemas de baterías de potencia utilizados en los vehículos de nueva energía. Como uno de los componentes clave de los vehículos eléctricos, la vida útil del sistema de baterías afecta directamente al uso general del vehículo. En el pasado, la investigación sobre el ciclo de vida de las baterías de potencia se limitaba a menudo a las celdas o módulos individuales de la batería, y había pocos informes sobre la investigación de los sistemas de baterías de potencia.

Debido al efecto de placa corta, el rendimiento de los sistemas de baterías suele estar determinado por las peores celdas individuales de su interior, por lo que la inconsistencia de las celdas individuales puede conducir a una disminución significativa del rendimiento del sistema de baterías, especialmente la vida útil del sistema de baterías se verá muy afectada. Por lo tanto, intentar identificar el patrón de decaimiento de la vida útil del sistema de baterías, establecer un método de evaluación de la vida útil y un modelo de vida útil para los sistemas de baterías de potencia, proporcionar una base para establecer métodos rápidos de prueba y evaluación de la vida útil de las baterías de potencia, es de gran importancia para el uso racional de los sistemas de baterías en todo el vehículo.

1 Objeto y equipo de prueba

Objeto de investigación: El experimento adopta como objeto de investigación un sistema de baterías ternarias de alta energía de 310,8 V y 37 Ah para vehículos híbridos. El sistema de batería de potencia está compuesto por 7 módulos en serie, y cada módulo de batería de potencia está compuesto por 12 celdas de batería de potencia en serie. La forma de combinación de todo el sistema de baterías de potencia es de 1 conexión en paralelo y 84 conexiones en serie.

Equipo de prueba: El sistema de batería de potencia utiliza un simulador de batería de potencia para realizar pruebas de vida de ciclo y resistencia interna de potencia. Utiliza un refrigerador de agua para enfriar el sistema de batería en el ciclo, y lleva a cabo un banco de pruebas de vida de ciclo del sistema de batería de potencia de iones de litio. La unidad de batería de potencia se somete a pruebas de duración del ciclo utilizando un simulador de batería de potencia y una cámara ambiental, y se utiliza una estación de trabajo electroquímica para realizar pruebas de impedancia de CA.

2 Métodos de prueba

2.1 Método de ensayo de ciclo de celda única para baterías de potencia

Para garantizar la comparabilidad de los resultados experimentales, se seleccionaron monómeros de batería con buena consistencia del mismo lote de muestras, y se realizaron experimentos comparativos a diferentes profundidades de descarga (rango DOD) a diferentes temperaturas. El método de ensayo de ciclos para monómeros de baterías de potencia es el siguiente

(1) 100% de profundidad de carga y descarga (100% DOD): La prueba de ciclo de la célula de la batería se lleva a cabo a temperatura ambiente y 40 ℃, respectivamente. La batería se carga a 1 C de corriente constante hasta que la tensión de la célula alcanza 4,24 V, luego se cambia a carga de tensión constante hasta que la corriente es menor o igual a 1,85 A, y se detiene la carga. Se deja reposar durante 30 minutos y se descarga a corriente constante de 1 C hasta que la tensión de la célula alcanza los 3,00 V. Deje reposar durante 30 minutos y repita los pasos anteriores para la prueba de ciclos. Realice la calibración de la capacidad y la prueba de impedancia de CA cada 100 ciclos.

(2) Profundidad de carga y descarga del 80% (80% DOD): La prueba de ciclo de la celda de la batería se realiza a temperatura ambiente y 40 ℃ ambiente, respectivamente. se utiliza una corriente constante de 1 C para cargar la célula hasta una tensión de 4,24 V, y se deja reposar durante 30 minutos. se utiliza una corriente constante de 1 C para descargar la célula hasta una tensión de 3,00 V, y se deja reposar durante 30 minutos. Los pasos anteriores se repiten para la prueba de ciclos, y la calibración de la capacidad y la prueba de impedancia de CA se realizan cada 100 ciclos.

2.2 Método de prueba de ciclos para sistemas de baterías de potencia

(1) 100% carga descarga profundidad (100% DOD). Con el fin de evitar el impacto de la temperatura inconsistente dentro del sistema de batería de conejo en su vida de ciclo, el experimento se llevó a cabo a temperatura ambiente (25 ± 5) ℃, con una temperatura del refrigerante de 25 ℃ y un caudal de 8 L / min. Carga con 1 C hasta que la tensión total alcanza 352,8 V, a continuación, cambiar a la carga de tensión constante hasta que la corriente es menor o igual a 1,85 A y detener la carga (CC-CV), dejar reposar durante 30 minutos: descarga con 1 C corriente constante hasta que la tensión individual alcanza 3,00 V, dejar reposar durante 30 minutos; Un total de 170 ciclos se llevaron a cabo.

(2) Profundidad de carga y descarga del 80% (80% DOD): La prueba de ciclos del sistema de baterías se realiza a temperatura ambiente, con una temperatura del refrigerante de 25 ℃ y un caudal de 8 L/min. Cargar con 1 C de corriente constante hasta que la tensión total alcance 348,6 V y dejar reposar durante 30 min, luego descargar con 1 C de corriente constante hasta que la tensión total alcance 290,8 V y dejar reposar durante 30 min; Se realizaron un total de 2500 ciclos. Realice una calibración de la capacidad cada 200 o 100 ciclos, y lleve a cabo una prueba de resistencia de CC (DCR) a una corriente de carga y descarga específica de SOC fija.

La calibración de la capacidad consiste en realizar 3 pruebas de carga y descarga al 100% DOD en el sistema de baterías; la prueba DCR requiere primero que el sistema de baterías 1 C se cargue hasta una tensión total de 311,56 V (CC-CV, corriente de corte de 1,85 A), se deje reposar durante 30 minutos, luego se cargue 20 A y se descargue 20 A durante 10 segundos cada uno, se cargue 120 A y se descargue 120 A durante 10 segundos cada uno, se descargue 1 C hasta una única tensión de corte de 3,00 V, y luego se calculen los valores de resistencia de CC bajo cada corriente de impulso

3 Análisis de los datos de las pruebas de ciclo de una sola célula

3.1 Capacidad de descarga de una sola célula y número de ciclos

Las celdas de las baterías de potencia se sometieron a ensayos de vida útil de 500 ciclos a temperatura ambiente (25 ± 5) ℃ con una DOD del 80% y una DOD del 100%: se realizaron cargas y descargas con una DOD del 100% cada 200 o 100 ciclos para calibrar la capacidad.

La capacidad de descarga inicial de la duración del ciclo de la batería es de 38,00 Ah. Después de 200 ciclos, la tasa de retención de la capacidad es del 100,63%, que es mayor que la tasa de retención de la capacidad del 99,46% después de 170 ciclos de 100% DOD en el sistema de baterías;

Después de 500 ciclos, la capacidad de descarga es de 37,57 Ah y el índice de retención de la capacidad es del 98,87%.

La capacidad de descarga inicial del ciclo de vida del 80%DOD es de 38,73 Ah.

Tras 200 ciclos, la capacidad es de 38,36 Ah y la tasa de retención de capacidad es del 99,04%.

Después de 500 ciclos, la capacidad de descarga es de 36,66 Ah y el índice de retención de la capacidad es del 94,66%. Después de 400 ciclos de 80% DOD en el sistema de baterías, la tasa de retención de capacidad es del 96,72%, y después de 600 ciclos, la tasa de retención de capacidad es del 91,76%

Curva de tensión de capacidad de las celdas de la batería de potencia a temperatura ambiente. Se puede observar que la plataforma de tensión de descarga de la batería del sistema ternario NCM está entre 4,15 - 3,30 V, y la plataforma de tensión de carga está entre 3,50 - 4,20 V. Las curvas de tensión de capacidad del 80% DOD después de 0-500 ciclos muestran una disminución significativa de la capacidad de descarga después de cada 200 o 100 ciclos a esta profundidad de carga y descarga. Después de 0-500 ciclos, la curva de tensión de capacidad del 100% DOD no mostró una disminución significativa de la capacidad de descarga.

La célula de la batería de potencia se sometió a ensayos de vida útil de 500 ciclos al 80% DOD y al 100% DOD en un entorno de (40 ± 5) ℃. La capacidad de descarga inicial del ciclo de vida del 80% DOD de la célula de la batería es de 40,19 Ah, y la tasa de retención de la capacidad de descarga después de 200 ciclos es del 94,65%; Después de 500 ciclos, la capacidad de descarga es de Ah y la tasa de retención de la capacidad es del 91,22% DOD. La capacidad de descarga inicial es después de la vida del ciclo, y la tasa de retención de la capacidad es del 95,82%;

Después de 500 ciclos, a temperatura ambiente y 40 ° C, la tasa de retención de la capacidad de descarga cíclica es superior al 80% DOD tasa de retención de la capacidad de descarga cíclica (capacidad de descarga completa después del final del ciclo / capacidad de descarga completa inicial)

La tasa de degradación de la capacidad durante el ciclo a 40 ℃ es mayor que a temperatura ambiente, lo que indica que la alta temperatura acelerará la degradación de la capacidad de la batería y reducirá la vida útil del ciclo de la batería.

A 40 ° C, la capacidad de descarga de una batería de potencia única disminuye rápidamente entre 0-300 ciclos al 80% DOD, y rápidamente entre 100-200 ciclos al 100% DOD

3.2 Impedancia de CA de una sola célula

Espectros de impedancia de CA de las celdas de la batería de potencia antes y después de la vida útil del ciclo del 80% DOD a temperatura ambiente y 40 ℃. La impedancia de las baterías de iones de litio incluye la impedancia del electrolito, la impedancia de transferencia de carga y masa en la interfaz electrolito-electrodo y la impedancia de difusión de los iones de litio cerca del electrodo y su interfaz.

El espectro de impedancia del electrodo consiste en un semicírculo en la región de alta frecuencia y una línea diagonal en la región de baja frecuencia. La impedancia del electrolito aumentó significativamente antes y después de 500 ciclos a temperatura ambiente y 40 ℃ para una sola batería de 80% DOD, de 0,9 m Ω y 1,0 m Ω antes del ciclo a 2,0 m Ω y 2,4 m Ω después del ciclo, respectivamente.