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某锂电池模组不同工况放电性能研究

我国汽车数目不时扩大,能源泯灭越来越大,同时酿成重要的污染情况。由此,生长电动汽车开端受到侧重,动力电池举动电动汽车的动力源,其机能限制着全面电动汽车行业的生长。动力电池的办事温度直接影响其寿命及机能,成组后的锂电池模组体积紧凑,比能量大,寻常放电时发作洪量的热量聚积,一朝抢先电池安排办事温度,就会影响其安定性和牢靠性。

锂电池的办事温度对放电机能及安定机能有很大的影响。其轮回寿命苛重与办事温度合系,较少受轮回次数的影响,于是很众科研办事家努力于对锂电池热处分的琢磨,使锂电池正在差异工况下都能担保正在最佳办事温度边界内放电,如此其办事机能及寿命都能抵达最佳成效。本文苛重是针对某型锂电池模组差异工况放电机能,为钻探该模组后期配备运用是否需求举行热处分安排而举行的前期试验。

本琢磨采用的是额定能量为1.8kWh的锂离子电池模组,模组额定电压75.6V,充放电截止电压边界为52.5~88.2V。该模组由168只3.6V3Ah的18650圆柱电池通过8并21串构成。电池模组的构成及成效图如图1所示。

试验前正在电池模组上计划4个温度探头,试验进程顶用数据搜集仪及时搜集模组温度。温度探头计划示希图如图2:

(1)初始充放电:正在25℃±2℃前提下,将电池模组以圭臬充放电电流0.5C(即12A)举行放电,至电压抵达52.5V时阻止放电;静置30min后,以0.5C电流充电,至电压抵达88.2V时转为恒压充电,正在充电电流小于0.05C电流时阻止充电,静置30min;

(2)差异倍率放电:电池模组正在25℃±2℃前提下,折柳以0.2C、0.5C、1C、3C放电,模组电压抵达52.5V阻止放电,静置30min,以0.5C电流充电至电压抵达88.2V时转为恒压充电,正在充电电流小于0.05C电流时阻止充电,静置30min;

(1)初始充放电:正在25℃±2℃前提下,将电池模组以圭臬充放电电流0.5C(即12A)举行放电,模组电压抵达52.5V阻止放电,静置30min,然后正在25℃±2℃前提下,以0.5C(即12A)电流对模组举行充电,模组电压抵达88.2V时转为恒压充电,正在充电电流小于0.05C(即1.2A)电流时阻止充电。充电后静置30min;

(2)差异功率放电:电池模组正在25℃±2℃前提下,折柳以500W、1500W、3000W、5000W功率放电,至电压抵达52.5V时阻止放电;静置30min后,以0.5C电流充电,至电压抵达88.2V时转为恒压充电,正在充电电流小于0.05C电流时阻止充电,静置30min;

由图2所示,1号温度测试点与4号温度测试点对称漫衍,两点丈量温度类似,于是了解结果只了解2、3、4温度测试点。

图3是电池模组0.2C放电时电压,温度随时辰蜕变的弧线V阻止,放电进程中电压低重,电池模组的温度表露先低重后上升趋向。折柳对2号(电池模组核心)、3号(电池模组核心与正极两者之间)、4号(正极)的温度举行了探测,各温度探测点的温度景况如表3所示,因为电池模组放电倍率小发作的热量较少以及与外界氛围的热相易散热使得温度随时辰蜕变的弧线震荡较大,由于开端测试时电池模组的温度正在30℃足下,电池模组此时是散热大于本身放电时产热,于是温度先低重至26.8℃足下再上升。最终温升为2﹥4﹥3,电池模组核心温度温升最高,由最低温26.5℃上升至最高温31.7℃,温升为5.2℃。小倍率放电时3个温度测试点之间的温度相差很小,由于发作热量少而且测试点均计划正在电池模组的衔尾排上,衔尾排具有杰出的导热机能神速将热量传达至随处。

图4是电池模组0.5C放电时电压,温度随时辰蜕变的弧线V阻止,放电进程中电压低重,电池模组的温度表露先慢后疾的上升趋向,探测点处的温度数值亲热。各温度探测点的温度景况如表2所示,温升为2﹥4﹥3,电池模组核心温度温升最高,由初始温度26.6℃上升至最高温35.9℃,温升为9.3℃。电池模组核心处堆叠周密,热量容易聚积,与外界相易热量贫苦故此处的温度最高。0.5C恒放逐电的最高温以及温升均大于0.2C放电时的温度数值。

图5是电池模组1C放电时电压,温度随时辰蜕变的弧线V阻止,放电进程中电压低重,电池模组的温度表露上升趋向。各温度探测点的温度景况如表5所示,温升为2﹥4﹥3,电池模组核心温度温升最高,由初始温度30.5℃上升至最高温44℃,温升为13.5℃。

图6是电池模组3C放电时电压,温度随时辰蜕变的弧线V阻止,放电进程中电压低重,电池模组的温度神速上升,放电倍率越大,完全探测点的温升速率晋升的也越分明。各温度探测点的温度景况如表6所示,温升为3﹥2﹥4,电池模组核心与正极之间的温度温升最高,由初始温度26.4℃上升至最高温63.1℃,温升为36.7℃。比拟较小倍率放电电池模组的温度分明扩大,放电了结时电池模组核心与正极两者之间的温度最高,恐怕是由于此时电池模组内部的热量传达方法爆发了蜕变,核心处发作热量并向双方扩散,正极处发作热量向地方扩散,3号测试点地位位于两者之间热量聚积较众故温度高。大倍率3C放电与1C放电时的温度上升趋向差异,恐怕是由于电流大时辰短,热量发作并扩散与小倍率放电时的方法与道理差异所导致的。充放电电流强度越大,电池模组内部会神速发作洪量热量,温度越高,温差也越大。当放电电流为3C时其最高温抵达63.1℃,电池模组的寻常温度运用边界为-20℃~75℃,若抢先75℃需求选用必然的降温步伐,避免电池模组爆发损坏,对其机能酿成影响。

图7为差异倍率恒放逐电时电池模组的电压容量弧线为差异倍率恒放逐电时的电机能数据,跟着放电倍率的增大,电池模组的开端电压低落,放电容量与放电能量均低重。当放电电流为0.2C时放电容量为22.627Ah,当放电电流为3C时电池模组的放电容量低落至22.016Ah,由于大电流下电池的容量会爆发衰减,故跟着放电倍率的增大,电池模组的温度上升,放电容量低重。这一情景与孙顺等人[10]的琢磨结果类似。电池负极机能与外表SEI膜的联系很大,差异温度导致SEI膜因素差异,温度越高,负极外表SEI膜的毁坏与修复速率越疾,同时伴跟着活性锂的泯灭。不单如许,温度越高,电池正极质料越不不乱,正极质料布局会爆发衰弱情景导致质料机能低落,从而使放电容量低重。

图8是电池模组500W放电时电压,温度随时辰蜕变的弧线V时阻止,放电进程中电压低重,电池模组的温度表露上升趋向而且随处温度弧线附近。各温度探测点的温度景况如表6所示,3个探测点的温度蜕变根本类似,由于小功率放电发作热量少,模组上的衔尾排能神速传达热量使得衔尾排上温度较为平均,故温度蜕变较为类似。

图9是电池模组1500W放电时电压,温度随时辰蜕变的弧线V时阻止,放电进程中电压低重,电池模组的温度表露上升趋向而且随处温度弧线附近。各温度探测点的温度景况如表7所示,温升为2﹥3﹥4,电池模组核心温度温升最高,由初始温度24.4℃上升至最高温36℃,温升为11.6℃,高于500W放电时的温升。

图10是电池模组3000W放电时电压,温度随时辰蜕变的弧线V时阻止,放电进程中电压低重,电池模组的温度表露上升趋向,温度随放电时辰近似线性蜕变。各温度探测点的温度景况如表8所示,温升为3﹥2﹥4,电池模组核心与正极之间的温度温升最高,由初始温度26.4℃上升至最高温47.7℃,温升为21.3℃。

图11是电池模组5000W放电时电压,温度随时辰蜕变的弧线V时阻止,放电进程中电压低重,电池模组的温度表露上升趋向而且上升速度疾,温度随放电时辰近似线性蜕变。各温度探测点的温度景况如表9所示,温升为3﹥2﹥4,电池模组核心与正极两者之间的温度温升最高,由初始温度26.4℃上升至最高温56.3℃,温升为31.7℃。跟着放电功率的增大,内部发作的热量增加,电池模组的温度越高,温差越大。

图12为差异功率放电时电池模组的电压容量弧线为差异功率放电时的电机能数据,跟着功率的增大,电池模组的开端电压低落,放电容量与放电能量低重,当放电功率为500W时放电容量为21.88Ah,当放电功率为5000W时电池模组的放电容量低落至21.546Ah,跟着放电功率的增大电池模组的放电容量低重。琢磨以为,高功率放电导致电池温升很大,极大影响负极外表SEI膜不乱性,过众的泯灭了可寻常脱嵌的活性锂离子,导致容量低重。

某型锂电池模组正在3C放电时,最高温度已抵达63.1℃,正在5000W放电时,最高温度达56.3℃,均已抵达模组的最佳办事温度上限。跟着测试温度的升高,放电机能渐渐低落。综上所述能够得出结论,锂电池模组正在合理的温度区间有利于其电机能的维系。

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作者: sheep

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