wiadomości o firmie Badanie wydajności rozładowywania akumulatora litowo-jonowego w wysokich i niskich temperaturach

Badanie wydajności rozładowywania akumulatora litowo-jonowego w wysokich i niskich temperaturach

Dzięki wysokiej gęstości energii, elastyczności konstrukcji, długiemu cyklowi życia, brakowi efektu pamięci, niskiemu współczynnikowi samorozładowania i brakowi zanieczyszczenia środowiska, akumulatory litowo-jonowe są coraz szerzej stosowane w mobilnym sprzęcie elektronicznym, pojazdach elektrycznych, narodowym przemyśle obronnym i inne dziedziny zaawansowanych technologii.Jednak ze względu na trudne warunki pracy w pojazdach elektrycznych, lotnictwie i wojsku, akumulator litowo-jonowy musi być używany w szerokim zakresie temperatur, co przyciągnęło wiele uwagi ze względu na jego działanie w wysokich i niskich temperaturach.W niniejszym opracowaniu jako obiekt badawczy przyjęto skomercjalizowane krajowe badania naukowe, ulepszony model akumulatora litowo-jonowego, i przetestowano jego wydajność w warunkach wysokiej i niskiej temperatury, co stanowi pewien punkt odniesienia dla producentów w celu ulepszenia technologii akumulatorów.

1. Eksperyment

1.1 instrumenty i materiały

Instrumenty eksperymentalne: precyzyjny system testowania wydajności baterii, komora testowa przeciwwybuchowa o wysokiej i niskiej temperaturze ly-2800, komora testowa przeciwwybuchowa o wysokiej i niskiej temperaturze ly-2800

Bateria eksperymentalna: ogniwo domowe, napięcie nominalne 37 V, pojemność nominalna 11 ah.

1.2 metody i warunki eksperymentalne

(1) Przygotowanie przed badaniem:

a.Baterię użytą w eksperymencie poddano stabilnemu cyklowi 5 razy w temperaturze pokojowej (23 ± 2) ℃.Warunki ładowania i rozładowania: naładować akumulator do 4,2 V prądem stałym 3500 Ma i napięciem stałym 350 Ma;Odstawić na 1 godzinę między ładowaniem a rozładowaniem;Rozładuj do 27 V prądem stałym 3 500 mA.

b.Akumulator utrzymywano w temperaturze -20 ℃ i 65 ℃ przez 6 godzin, a następnie przeprowadzono eksperymenty ładowania i rozładowania w różnych temperaturach (-20 ℃ i 65 ℃).

(2) Ładowanie i rozładowywanie w wysokiej i niskiej temperaturze

Umieść akumulator w wysokotemperaturowej puszce przeciwwybuchowej (65 ℃) lub regulatorze temperatury i wilgotności (- 20 ℃), naładuj do 42 V prądem stałym 3500 Ma i napięciem stałym 350 Ma;Odstawić na 1 godzinę między ładowaniem a rozładowaniem;Rozładuj do 2 7 V prądem stałym 3500 Ma.

2. Wyniki eksperymentów i dyskusja

1.1 Niska temperatura ładowania rozładowania akumulatora litowo-jonowego.

Krzywa ładowania akumulatora w temperaturze pokojowej (23 ± 2) ℃ i niskiej temperaturze (- 20 ℃) ​​jest pokazana na rysunku 1.

W tabeli 1 przedstawiono wartości zdolności ładowania stałoprądowego i stałego napięcia oraz sumaryczną pojemność ładowania akumulatora w temperaturze pokojowej i niskiej temperaturze.Jak widać na rysunku 1 i w tabeli 1, w porównaniu z procesem ładowania w normalnej temperaturze, napięcie na zaciskach akumulatora w procesie ładowania prądem stałym wzrasta w niskiej temperaturze (prawdopodobnie dlatego, że polaryzacja akumulatora jest stosunkowo duża w warunkach niskiej temperatury , a odpowiadająca jej zmiana napięcia jest stosunkowo duża), skraca się czas ładowania stałym prądem, a czas ładowania stałym napięciem znacznie się wydłuża, co skutkuje wzrostem średniego napięcia ładowania akumulatora, obniżoną wydajnością ładowania.W temperaturze pokojowej stosunek wydajności ładowania prądem stałym do całkowitej wydajności ładowania wynosi 52%;Gdy temperatura spadnie do -20 ℃, stosunek pojemności ładowania stałoprądowego do całkowitej pojemności ładowania wynosi tylko 6,2%.Analiza przyczyn: w niskiej temperaturze zmniejsza się aktywność chemiczna substancji czynnych w akumulatorze;Część rozpuszczalnika w elektrolicie zestala się, co powoduje zmniejszenie liczby migracji światła i zmniejszenie przewodności elektrycznej;W procesie ładowania akumulatora dochodzi do osadzania się dużej ilości metalicznego litu, wzrasta polaryzacja stężenia i gwałtownie wzrasta napięcie.

Krzywe rozładowania akumulatora w temperaturze pokojowej (23 ± 2) ℃ i niskiej temperaturze - 20 ℃ pokazano na rysunku 2.

Na rysunku widać, że w temperaturze -20 ℃ napięcie końcowe akumulatora litowo-jonowego podczas rozładowania spada, średnie napięcie rozładowania spada, a napięcie rozładowania platformy spada szybciej niż w temperaturze pokojowej.Może to wynikać ze spadku przewodności jonowej elektrolitu w niskiej temperaturze, co skutkuje wzrostem polaryzacji omowej, stężeniowej i elektrochemicznej w niskiej temperaturze, co obrazuje spadek napięcia rozładowania na krzywej rozładowania akumulatora.Ze względu na jego pojemność, ze względu na niską wydajność ładowania w niskiej temperaturze, jego pojemność rozładowania również odpowiednio się zmniejsza.Z mikroskopijnego punktu widzenia baterii, ładowanie w niskiej temperaturze (< 0 ℃) będzie prowadzić do redukcji jonów litu do dendrytów litowo-metalowych.Ten dendryt litowo-metalowy ma ostre kąty i łatwo jest przebić wewnętrzną membranę akumulatora, powodując zwarcie w akumulatorze, co stwarza pewne potencjalne zagrożenie dla bezpieczeństwa.

Krzywe ładowania akumulatora w temperaturze pokojowej (23 ± 2) ℃ i wysokiej temperaturze 65 ℃ pokazano na rysunku 3.

W tabeli 2 przedstawiono wartości zdolności ładowania stałego prądu, stałego napięcia oraz sumaryczną pojemność ładowania akumulatora w temperaturze pokojowej i niskiej temperaturze.

Na rys. 3 i w tabeli 2 widać, że w porównaniu z normalnym procesem ładowania w temperaturze, napięcie ładowania akumulatora w wysokiej temperaturze gwałtownie wzrasta do wartości granicznej ładowania;Czas ładowania stałym prądem jest oczywiście skrócony, natomiast czas ładowania stałym napięciem jest prawie 0, a cały proces ładowania kończy się szybko.Po przechowywaniu akumulatora przez pewien czas w temperaturze 65 ℃, naładowana pojemność w tych warunkach wynosi tylko 20,8% normalnej temperatury.Może to być spowodowane zmianą warstewki SEI na powierzchni dodatnich i ujemnych materiałów akumulatora podczas ładowania w wysokiej temperaturze, mogą wystąpić pewne reakcje uboczne elektrolitu w wysokiej temperaturze, zmniejszenie ilości aktywnego litu oraz pewne nieodwracalne zmiany w strukturze wewnętrznej baterii, co powoduje wzrost rezystancji wewnętrznej baterii.Jednocześnie niektóre dodatki w akumulatorze sprzyjają poprawie wydajności akumulatora w temperaturze pokojowej, ale mogą nie mieć takiego samego efektu w wysokiej temperaturze.

Krzywe rozładowania akumulatora w temperaturze pokojowej (23 ± 2) ℃ i wysokiej temperaturze 65 ℃ pokazano na rysunku 4.

Z rysunku widać, że przy 65 ℃ napięcie początkowe rozładowania akumulatora litowo-jonowego znacznie spada, a czas rozładowywania skraca się;Jednocześnie pojemność ładowania jest zmniejszona ze względu na zmniejszenie pojemności akceptacji ładowania, więc pojemność rozładowania jest niska.Następnie baterię umieszczono na pewien czas w temperaturze pokojowej.Po ustabilizowaniu się przeprowadzono eksperyment ładowania i rozładowania.Stwierdzono, że zmiana spowodowana wysoką temperaturą wykazuje poważną nieodwracalność.Może to być spowodowane rozkładem elektrolitu akumulatora w warunkach wysokiej temperatury lub nieodwracalnymi zmianami w strukturze materiałów akumulatora, skutkującymi spadkiem napięcia ładowania i rozładowania oraz pojemności w warunkach wysokiej temperatury.Po naładowaniu i rozładowaniu akumulatora w wysokiej temperaturze, akumulator umieszcza się w temperaturze pokojowej i obserwuje bez deformacji, wybuchu i innych zjawisk.Wskaźniki te spełniają wymagania norm dotyczących baterii.

3. Wniosek

W niniejszej pracy testowano wydajność ładowania i rozładowania akumulatora w niskiej temperaturze - 20 ℃ i wysokiej temperaturze 65 ℃.Z przeprowadzonych badań wynika, że ​​kształt akumulatora nie zmienia się po odstawieniu w niskiej temperaturze - 20℃, a pojemność ładowania w niskiej temperaturze wynosi 83% w stosunku do normalnej;Po odłożeniu akumulatora na bok w temperaturze 65 ℃, pojemność ładowana w wysokiej temperaturze wynosi tylko 20,8% normalnej temperatury, a pojemność nie może zostać przywrócona po przywróceniu akumulatora do normalnej temperatury.Można zauważyć, że wydajność ładowania i rozładowywania w niskich temperaturach jest lepsza niż wydajność w wysokich temperaturach, ale obie są gorsze niż wydajność ładowania i rozładowywania w normalnej temperaturze.Ze względu na konkretne przyczyny ładowania i rozładowywania baterii w warunkach wysokiej i niskiej temperatury, w kolejnych testach przeprowadzimy dalsze badania.