Fuerza de expansión del ciclo de la batería de alta capacidad

Introducción

El cambio de la fuerza de expansión en el proceso del ciclo de la batería de iones de litio tiene una influencia importante en el diseño del módulo y del sistema. La atenuación acelerada de la capacidad en el proceso del ciclo de la batería tiene cierta correlación con la excesiva presión de compresión de la batería de alta capacidad. Por lo tanto, es importante estudiar el cambio de la fuerza de expansión en el proceso del ciclo para batería de alta capacidadde gran importancia para el diseño óptimo de la batería y el sistema.

Experimento para batería de alta capacidad

Con diferentes modelos de batería cuadrada de litio hierro fosfato de potencia de alta capacidad como muestras (Modelo1, Modelo2, Modelo3), colocados en el utillaje de presión límite, respectivamente, 1 C corriente constante tensión constante de carga y 1C ciclo de descarga a temperatura ambiente (25 ± 5) ℃ y alta temperatura (45 ± 5) ℃, intervalo de carga y descarga de 30 min.

Y el sensor de presión para registrar la fuerza de expansión de la batería durante el ciclo de carga y descarga, analizar la fuerza de expansión. Y si quieres saber más sobre la batería de litio hierro fosfato de energía, por favor lea el Los 10 principales fabricantes de baterías de litio-hierro en China.

Resultados y discusión para la fuerza de expansión del ciclo

Cambio de la fuerza de expansión durante el proceso del ciclo

Se estudiaron las baterías cuadradas de litio hierro fosfato de alta capacidad de diferentes capacidades y tamaños, y se registró la fuerza de expansión en el proceso del ciclo. La fuerza de expansión de los 500 ciclos de la batería Modelo1 se mostró no lineal junto con la carga/descarga.

El cambio de la fuerza de expansión durante la carga, siendo 30%SOC el pico de la primera fuerza de expansión y 100%SOC el segundo pico, y aumenta en general a medida que aumenta el número de ciclos, y muestra la misma regularidad.

La fuerza de expansión cambia durante el proceso de descarga, el pico de la fuerza de expansión es 0% profundidad de descarga (DOD) y 70%DOD, es decir, los correspondientes 100%SOC y 30%SOC. Del mismo modo, con el número de ciclos, la fuerza de expansión muestra una ley creciente evidente.

Análisis de la ley de cambio de la fuerza de expansión

En la batería de alta capacidad, cuando se resume y analiza la fuerza de expansión en el ciclo, la ley de cambio en diferentes SOC es ligeramente diferente: 30%SOC es el primer pico de la fuerza de expansión. Con el aumento de los ciclos, el aumento es mayor que 100%SOC, la fuerza de expansión de la 0%SOC como F0, 30%SOC como F30, y así sucesivamente, 100%SOC fuerza de expansión como F100, para observar la ley de cambio de F30 / F100 durante el ciclo.

Comprobamos que la fuerza de expansión de 30%SOC se aproximará progresivamente a la fuerza de expansión de 100%SOC. Como muestran los datos, a partir de 600 ciclos, F30 empieza a ser mayor que F100, y la relación entre F30 y F100 aumenta gradualmente hasta aproximadamente 103%, y permanece básicamente constante en este valor.

Efecto de la temperatura en la variación de la fuerza de dilatación

El patrón de cambio de F30 / F100 se observó a diferentes temperaturas. Para las células Modelo1, el patrón de cambio de la relación de pico de la fuerza de expansión a 45℃ y 25℃ fue diferente. Cuando la fuerza de pretensión inicial (0%SOC) es de aproximadamente 0 kN, la relación de pico de la fuerza de expansión en el ciclo de temperatura normal aumenta lentamente. Durante 25℃ ciclo, después de 800 ciclos, F30 / F100 de 100 ciclos, F30 / F100 alcanza 90% a 100%.

Correspondencia mutua de la fuerza de expansión y la capacidad

El ciclo de temperatura normal y el ciclo de alta temperatura de 45℃ son los dos sistemas de ciclos utilizados habitualmente para evaluar la vida útil de las baterías. Las baterías del modelo1 tienen las reglas de cambio de atenuación de la capacidad y relación de fuerza de expansión máxima en las condiciones de 25 y 45℃:

● Durante el ciclo de temperatura normal, el crecimiento de la relación de la fuerza de expansión cíclica es relativamente lento. Con el aumento de F30 / F100 a más de 100%, la curva de decaimiento de la capacidad de la batería de alta capacidad cambia de lineal a curva ligeramente curvada. A partir de los datos, la tasa de disminución de la capacidad de la batería antes de 1.000 ciclos es de aproximadamente 0,35% por 100 ciclos, y de aproximadamente 7% por 1.000 ciclos.

● La curva de ciclo 45℃ también presenta una regla similar, independientemente de la atenuación rápida de los 100 primeros, la regla de atenuación de la capacidad de los 600 primeros es de 0,85% por atenuación de la capacidad de 100. Cuando F30 / F100 aumenta por encima de 100%, la regla de atenuación de 600 a 1 500 es 0,95% por 100 atenuación de capacidad.

Se puede observar que el cambio de la fuerza de expansión del ciclo de las baterías de alta capacidad está relacionado con la atenuación de la capacidad de la batería. Los resultados muestran que existe una estrecha correlación entre la presión creciente continua de las baterías de iones de litio y la pérdida de capacidad reversible, y la tasa de disminución de la capacidad de las baterías de iones de litio se puede predecir midiendo el cambio de presión interna de las baterías de iones de litio, por ejemplo, se pueden medir los cambios de presión interna de. baterías de ión-litio para carritos de golf para predecir la tasa de decaimiento de la capacidad de las baterías de iones de litio.

Análisis de la fuerza de expansión de diferentes baterías

Los resultados de la prueba encontraron que la tendencia de cambio de la fuerza de expansión cíclica de diferentes modelos de batería de alta capacidad es muy cercana. En comparación con la curva de cambio de F30 / F100 en diferentes modelos de baterías en el ciclo 45℃, esta regla de cambio también es obvia.

La relación F30 / F100 de los diferentes modelos de baterías alcanza 100% para unas 600 veces, y alrededor de 103% para unas 800 veces y permanece constante. A partir de estos datos, podemos ver que la fuerza de expansión de ciclo de diferentes baterías tiene la misma ley de cambio, y el valor de F30 / F100 está estrechamente relacionado con la atenuación de ciclo.

Análisis de desmontaje de baterías de alta capacidad

Se desmontan la batería en estado inicial y la batería en circulación, y se miden el grosor de la batería y el grosor de la lámina polar de la batería en diferentes estados de carga. El espesor de la lámina polar aumenta considerablemente en comparación con el estado inicial. La tasa de rebote de la lámina polar se define como el porcentaje del incremento del espesor de la lámina polar, es decir:
Tasa de rebote = (grosor del polo posterior cíclico restando el grosor del electrodo inicial) / grosor del electrodo inicial 100%

De los datos se desprende que el cambio del grosor de la lámina del electrodo del ánodo coincide con la tendencia del cambio de tensión en el proceso de carga y descarga de la batería, y el cambio inferido de la fuerza está relacionado con el electrodo del ánodo.

Desmontar la batería de ciclo, registrar el espesor inicial de 100% y 101,55%; añadir el espesor de la carcasa de la batería a 101,52%; deducir que el aumento del espesor de la batería y el aumento de la expansión de la batería durante el proceso de ciclo proviene principalmente del aumento del espesor de la batería.

Conclusión

En el proceso de ciclo de las baterías de iones de litio de alta capacidad, la fuerza de expansión y la atenuación de la capacidad tienen una cierta relación:

● La fuerza de expansión en el proceso de carga y descarga de la batería de alta capacidad de litio hierro fosfato muestra una tendencia de cambio no lineal, similar a la distribución de la onda sinusoidal, con dos picos, el primer pico es de aproximadamente 30%SOC, y el segundo pico es de 100%SOC.

● A medida que avanza el ciclo, la fuerza de expansión de la batería aumentará gradualmente. La tasa de crecimiento de la fuerza de expansión de 30%SOC y 100%SOC es diferente, siendo la F30 inicial menor que la F100; a medida que avanza el ciclo, la F30 será gradualmente mayor que la F100.

● Los resultados de las pruebas muestran que el deterioro de la capacidad se acelera después de F30 más que F100.
Basándose en esta regla, la vida útil de la batería puede predecirse por el cambio de presión durante el ciclo.