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Prueba de ciclo de la batería EV Power - Parte 2

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Prueba de ciclo de la batería EV Power - Parte 2

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2.2 Análisis de los datos de las pruebas de ciclo del sistema de baterías de potencia

(1) Sistema de baterías de potencia 100% carga descarga ciclo profundo

El sistema de baterías de potencia se sometió a 170 pruebas de ciclo de vida a una profundidad de carga y descarga del 100% (100% DOD), con una temperatura del refrigerante de 25 ℃ y un caudal de 8 L/min durante el proceso de ciclado a temperatura ambiente (25 ± 5) ℃. La curva de relación entre la capacidad de carga y descarga y el número de ciclos muestra que la capacidad de descarga inicial es de 38,94 Ah, y la capacidad de descarga después de 170 ciclos es de 38,73 Ah, con una tasa de retención de la capacidad del 99,46%. Entre ellos, la eficiencia coulómbica (que es igual al porcentaje de capacidad de descarga y capacidad de carga) es siempre superior al 100%; En los primeros 15 ciclos, la capacidad de descarga mostró una tendencia ascendente, lo que indica que el sistema de batería de potencia está en proceso de activación

(2) Vida útil del 80% del ciclo profundo de carga y descarga del sistema de baterías de potencia

Capacidad de descarga del sistema y número de ciclos.

El sistema de baterías de potencia se somete a una prueba de vida útil de 2500 ciclos a temperatura ambiente (25 ± 5) ℃, con una temperatura del refrigerante de 25 ℃ y un caudal de 8L/min durante el proceso de ciclado, utilizando un 80% de DOD.

Realice una prueba de rendimiento única cada 200 o 100 ciclos (con una capacidad de calibración de 200 ciclos antes de 1600 ciclos y 100 ciclos después de 1600 ciclos). Realizar 3 veces de carga y descarga al 100% DOD para calibrar la capacidad. Y realice pruebas DCIR bajo diferentes corrientes de impulso al 50% SOC.

La capacidad de descarga inicial del sistema de baterías es de 38,98 Ah. Después de 2500 ciclos, la capacidad de descarga es de sólo 10,20 Ah. Antes de 1200 ciclos, la capacidad disminuye lentamente, con una pérdida de capacidad de 5,58 Ah. Después, la capacidad disminuye rápidamente, con una pérdida de capacidad de 23,2 Ah entre 1200 y 2500 ciclos, con una tasa de pérdida de capacidad del 59,5%. Durante el ciclo de vida completo, la tasa de pérdida de capacidad es del 73,8%. La eficiencia de Coulomb muestra una tendencia primero creciente y luego decreciente. Antes de 400 ciclos, la eficiencia de Coulomb aumenta continuamente y luego disminuye gradualmente. Después de 1.700 ciclos, la eficiencia de Coulomb es inferior al 100%

El patrón general de la duración de los ciclos de este sistema de baterías de potencia es que el deterioro de la capacidad se acelera con el aumento de la duración de los ciclos. Esto difiere de la tendencia de degradación de la capacidad de las celdas de la batería descrita en la bibliografía, ya que el sistema de baterías se compone de un gran número de celdas de batería, y la inconsistencia de las celdas de batería tiene un impacto significativo en la capacidad del sistema de baterías. Al mismo tiempo, también difumina la tendencia de cambio de capacidad de las celdas de la batería, haciéndola diferente de la tendencia de cambio de capacidad de las celdas de la batería.

Vida útil del sistema y diferencia de presión individual

Para estudiar el efecto de la diferencia de presión de las celdas de la batería en la capacidad del sistema de baterías, en las pruebas de 2500 ciclos, se registró en cada prueba de rendimiento la diferencia de presión entre la tensión más alta y la tensión más baja de 84 celdas de la batería en el paquete de baterías terminal de carga y descarga. De los resultados experimentales se desprende que la diferencia inicial de tensión en el terminal de descarga del sistema de baterías es de 0,171 V, y la diferencia de tensión en el terminal de carga es de 0,018 V. Después de 2500 ciclos, la diferencia de tensión en el terminal de descarga es de 0,550 V, y la diferencia de tensión en el terminal de carga es de 0,286 V. De los resultados se desprende que, por un lado, la diferencia de presión en el extremo de descarga es siempre mayor que en el extremo de carga a lo largo de toda la vida útil del ciclo, y muestra una tendencia a aumentar gradualmente.

Por otro lado, a medida que aumenta el número de ciclos, tanto la diferencia de presión en el extremo de carga como la diferencia de presión en el extremo de descarga siguen aumentando. Y el ritmo de aumento es cada vez más rápido;

Correspondientemente, durante el proceso de ciclado, la tasa de degradación de la capacidad del sistema de baterías también se hace cada vez más rápida a medida que aumenta la diferencia de presión de la celda de la batería, especialmente después de 1200 ciclos, este patrón correspondiente se hace más obvio.

En la fase inicial de la prueba de duración de los ciclos, la diferencia de presión del sistema de baterías es relativamente pequeña, y la degradación de su capacidad se debe principalmente a la degradación de la capacidad de las celdas individuales de la batería que componen el sistema. A medida que aumenta el número de ciclos, la tensión de algunas celdas de la batería disminuye, haciendo que la tensión total o la tensión de las celdas del sistema de baterías alcance antes la condición de corte de descarga. Por el contrario, otras celdas aún no han alcanzado la condición de corte de descarga, lo que provoca la descarga incompleta de esta parte de la capacidad de las celdas y una disminución de la capacidad de descarga del sistema de baterías.

Por lo tanto, en el caso de una gran diferencia de presión, la capacidad de descarga del sistema de baterías no puede reflejar totalmente la capacidad del propio sistema de baterías. En resumen, la tendencia de cambio de capacidad en los sistemas de baterías es una manifestación integral de la atenuación de la capacidad de las propias células de la batería y la intensificación de la inconsistencia entre las células de la batería, que es significativamente diferente de la ley de atenuación de la capacidad de las células.

Duración del ciclo del sistema y resistencia de CC

La prueba DCIR del sistema de baterías consiste en cargar el sistema hasta una tensión total de 311,56 V, seguida de una carga de 20 A y una descarga de 20 A durante 10 segundos cada una, y una carga y descarga de 120 A durante 10 segundos cada una. Se calculan los valores de resistencia de corriente continua bajo cada corriente de impulso. DCIR (resistencia interna de corriente continua) es una prueba de la resistencia interna de CC de una batería, que incluye dos partes: resistencia óhmica y resistencia de polarización. La medición de la resistencia interna de corriente continua es un método para considerar y medir ambas partes de la resistencia.

La resistencia interna es un indicador importante para medir el rendimiento de las baterías. Las baterías con baja resistencia interna tienen una gran capacidad de descarga de corriente, mientras que las baterías con alta resistencia interna tienen lo contrario. De los resultados se desprende que, a medida que avanza el ciclo, la DCIR muestra una tendencia a disminuir primero, estabilizarse después y aumentar gradualmente después, y las resistencias internas de carga y descarga muestran la misma tendencia cambiante a diferentes corrientes.

Después de 1200 ciclos, el aumento de la resistencia interna DCIR del sistema de baterías se acelera, lo que corresponde a la aceleración del deterioro de la capacidad y al aumento acelerado de la diferencia de presión terminal de carga y descarga después de 1200 ciclos. La resistencia interna de 20 A de carga y descarga aumentó de 130,0 mΩ y 120,0 mΩ antes del inicio de la vida útil del ciclo a 160,0 m Ω y 150,0 mΩ al final de la vida útil del ciclo. La resistencia interna de 120 A de carga y descarga aumentó de 115,0 mΩ y 113,0 m Ω antes del inicio de la vida del ciclo a 147,5 mΩ y 150,8 mΩ al final de la vida del ciclo

Debido a la tensión total del sistema de 311,56 V, la potencia de carga y descarga a 20 A es de 6231,2 W, y la potencia de carga y descarga a 120 A es de 37387,2 W. A partir de los resultados, se puede concluir que tras el final de la vida útil del ciclo, las tasas de pérdida de potencia del sistema durante la carga y la descarga a una corriente de 20 A son del 1,03% y del 0,96%, respectivamente. Con una corriente de 120 A, las tasas de pérdida de potencia durante la carga y la descarga son del 5,68% y el 5,81%, respectivamente. El aumento de la resistencia interna de CC provoca un aumento de la pérdida de potencia en el sistema de baterías, y cuanto mayores sean la carga y la descarga, más significativa será la pérdida de potencia causada por la resistencia interna.

En el uso real, la resistencia interna de CC del sistema de baterías de potencia tiene un efecto divisor de tensión en relación con la carga externa, es decir, cuanto mayor sea la resistencia interna, mayor será la caída de presión causada; Al mismo tiempo, el aumento de la resistencia interna conduce a una disminución correspondiente de la potencia de salida externa del sistema de baterías; El aumento del consumo de energía en la resistencia interna conduce a un aumento de la generación de calor en el interior del monómero, lo que resulta en un aumento de la temperatura interna.

Por un lado, existe una diferencia en el aumento de la resistencia interna de cada celda individual durante el proceso de ciclado, y la caída de tensión resultante también es inconsistente, lo que resulta en un aumento de la inconsistencia de la tensión entre celdas individuales; Por otro lado, el aumento del consumo de potencia en la resistencia interna puede conducir a un aumento de la temperatura interna de las baterías individuales, lo que resulta en una disminución de la uniformidad de la temperatura dentro del sistema de baterías. La diferencia de temperatura agravará aún más la incoherencia de voltaje entre las baterías individuales.

Por lo tanto, a medida que avanza la vida útil del ciclo, la diferencia de resistencia interna entre los monómeros provocará un aumento de la incoherencia de voltaje entre los monómeros. Al mismo tiempo, un aumento de la resistencia interna provocará un aumento de la generación de calor y una mayor diferencia de temperatura, lo que llevará aún más a una disminución de la consistencia del voltaje entre los monómeros; El efecto de acoplamiento entre la resistencia interna y la temperatura exacerbará la inconsistencia entre el voltaje individual, reducirá la capacidad de descarga del sistema de baterías y acortará su vida de ciclo.

3 Conclusiones

(1) En los sistemas de baterías, la resistencia interna de las celdas de la batería aumenta, y la diferencia de presión entre las celdas aumenta debido al efecto de la división de la tensión. Al mismo tiempo, el aumento de la resistencia interna incrementa la generación de calor dentro de la batería, y la diferencia de temperatura dentro del sistema de baterías aumentará aún más la diferencia de presión entre las celdas de la batería.

El efecto de acoplamiento entre los cambios en la resistencia interna de las celdas individuales y la temperatura desigual dentro del sistema de baterías conduce a un aumento acelerado de la diferencia de presión de las celdas individuales, lo que a su vez conduce a una degradación acelerada de la capacidad del sistema de baterías y afecta a su vida útil.

(2) La capacidad de descarga de este sistema ternario de baterías de potencia durante el proceso de ciclado es independiente de la variación de las condiciones de ciclado con el número de ciclos y sigue una ley de decaimiento de la función de potencia. Este modelo de vida útil del sistema de baterías de potencia puede predecir y evaluar la vida útil real del sistema de baterías de potencia, y proporcionar una base para el uso razonable del sistema de baterías.

(3) En el caso de los monómeros de las baterías de potencia, los índices de retención de capacidad del ciclo de vida del 100% DOD y del 80% DOD a temperatura ambiente son ambos superiores a los correspondientes índices de retención de capacidad del sistema de baterías. Al mismo tiempo, las tasas de retención de la capacidad de los monómeros de la batería de potencia después de la vida útil del ciclo del 100% DOD son mayores que las de la vida útil del ciclo del 80% DOD tanto a temperatura ambiente como a 40 ºC. Además, la tasa de degradación de la capacidad de la vida útil del ciclo a 40 ºC es mayor que a temperatura ambiente, lo que indica que la batería experimentará una rápida reducción de la capacidad a altas temperaturas, lo que reducirá la vida útil del ciclo de la batería.