Balanse Pèfòmans ak Sekirite: Yon analiz konplè sou Karakteristik chaj la tèmik nan pake batri ityòm Ion 48V

Atik sa a itilize 25 thermocouples pou etidye eksperimantal distribisyon tanperati ak konpòtman yon pake batri 48V ityòm-ion (Li ion) pandan de sik egzeyat chaj. Rezilta yo endike ke pi bon transfè chalè konvektif rive sou sifas ekstèn anbalaj la, pandan y ap batri mitan an rive nan tanperati maksimòm li yo. Diferans yo te obsève tou nan konpòtman twa modil yo. Sik egzeyat la montre yon ogmantasyon tanperati a 5.8 degre C, ak gradyan tanperati pake batri a ogmante soti nan 1.3 degre C a 2.7 degre C. Etid sa a mete aksan sou enpòtans pou evalye konpòtman tèmik chak modil ak konpleksite ityòm-ion. sistèm pake batri. Nan menm etid la, dekouvèt sou pil, modil, ak pake batri ka bay bonjan lide pou desine sistèm refwadisman efikas pou pake batri ityòm-ion.

1. Entwodiksyon

Batri ityòm ion:Batri rechargeable ityòm-ion yo konsidere kòm aparèy depo enèji apwopriye pou machin ibrid twò grav akòz dansite enèji segondè yo, pouvwa espesifik, lejè, pousantaj egzeyat pwòp tèt ou ki ba, resiklaj segondè, ak lavi ki long. Nan 13 ane ki sot pase yo, pri a nan pake batri ityòm-ion te siyifikativman diminye. Sepandan, tanperati ki wo ak distribisyon tanperati inegal yo se pwoblèm prensipal yo nan pil ityòm-ion, ak tanperati jwe yon wòl enpòtan nan sik lavi yo ak kapasite enèji.

Enpèfeksyon rechèch anvan yo:Syans anvan yo sou konpòtman tèmik ityòm-ion pil nan machin ibrid modere sitou konsantre sou pil endividyèl oswa pake batri, manke analiz detaye sou enpak paramèt ekstèn (tankou prezans lòt pil) sou konpòtman tèmik batri. Anplis de sa, sijè ki abòde lan rechèch sou konpòtman an tèmik nan pake batri ityòm-ion 48V limite, e gen yon mank de etid eksperimantal sou distribisyon an detay tanperati nan pake batri a tout antye.

Objektif etid sa a:se eksperimantal mennen ankèt sou konpòtman tèmik yon pake batri ityòm-ion 48V atravè de sik egzeyat chaj konplè. Sèvi ak 25 tèrmokapteur pou mezire nan diferan kote nan pake batri a, nou espere bay bonjan enfòmasyon sou jenerasyon chalè pake batri a epi ede chwazi sistèm refwadisman batri ki apwopriye a.

2. Detèminasyon eksperimantal

Paramèt batri ityòm ion:Batri ityòm ion yo anjeneral konpoze de yon anod, katod, elektwolit, ak pèseptè aktyèl. Silendrik, prismatik, ak pil ki gen fòm pil yo itilize nan endistri otomobil la, ak desen prismatik ka amelyore itilizasyon espas ak fleksibilite. Etid sa a te itilize yon batri prismatik NCM ityòm-ion ak yon kapasite nominal de 8.23Ah. Pake batri a konsiste de 36 pil ki konekte nan yon konfigirasyon 12s3p, ki gen avantaj ki genyen nan enstalasyon fasil, modilarite, sekirite ak konpak, enpak minimòm sou pwa machin, ak gwo pri-efikasite.

Layout eksperimantal:Aparèy tès eksperimantal la gen ladann yon pake batri, yon similatè batri AVL segondè vòltaj aktyèl ki kontwole pa sistèm AVL PUMA a, yon Capteur tanperati K-tip ak de modil akizisyon done (ES620 ETAS), ak yon inite òdinatè pou kontwole ak estoke done. Sèvi ak 25 tèrmokapteur pou kontwole tanperati batri a, ak pwen mezi ki sitiye nan twa modil yo nan pake batri a. Thermocouples ede detekte chanjman tanperati ant tèminal pozitif ak negatif nan menm batri a.

Sik chaj ak egzeyat:De chaj konplè ak tès sik egzeyat yo te fèt ak premye tanperati ak eta chaj (SoC) nan 26 degre C ak 47%, respektivman. Kouran maksimòm ak minimòm yo te 237A ak -237A, respektivman. SoC la te rive de fwa valè ki pi wo ak pi ba yo, sa vle di 91% ak 10%, epi tès la te fini lè SoC te rive nan valè inisyal la. Pou evite echèk tèmik nan pake batri a nan tanperati ki wo, tès la te sispann lè tanperati a te rive nan 40 degre C. Nan etid sa a, limit tanperati a te rive nan fen dezyèm sik la.

Fondasyon teyorik:Efè tanperati pil yo gen rapò ak materyèl entèn yo ak reyaksyon chimik yo. Jenerasyon tèmik pil ityòm-ion nan tanperati nòmal yo gen rapò ak transfè chaj ak reyaksyon chimik pandan pwosesis chaje ak egzeyat. Jenerasyon tèmik gen ladan pwosesis revèsib (chalè antropi) ak pwosesis irevokabl. Dapre lwa tèmodinamik yo, konpòtman tanporè chalè ki pwodui andedan yon batri ka mennen nan chanjman tanperati diferan. Pou etidye konpòtman tèmik pil ityòm-ion ak pake batri, yo te defini yon konvansyon nonmen ak paramèt ki gen rapò ak tanperati a, tankou tanperati maksimòm, tanperati minimòm, diferans tanperati ak tanperati mwayèn.

3. Rezilta

SOC ak Voltage

Figi anba a montre vòltaj, aktyèl, ak SoC nan pake batri a. Tan tès la divize an 8 pati nan de sik, ak LD, EC, LC, ak ED ki reprezante egzeyat an reta, chaj bonè, chaj an reta, ak egzeyat bonè, respektivman. Nan premye pati LD1, aktyèl la se -237A, ak pake batri a ak vòltaj batri a diminye; Nan seksyon EC1, aktyèl la se 237A, SoC a rive nan 33%, ak vòltaj pake batri a ogmante; Nan seksyon LC1, aktyèl la desann nan 33A ak vòltaj pake batri a ogmante; Nan seksyon ED1, aktyèl la se -237A, epi SoC ak vòltaj diminye. Nan dezyèm sik la, aktyèl la, SoC, ak vòltaj nan pake batri a te montre yon evolisyon tan menm jan ak premye sik la, ak tès la te fini nan 2105s.

Pake batri ityòm ion tipikman mande pou peryòd tan ki wo konstan nan aplikasyon pratik, kidonk BMS ap diminye pwodiksyon asire sekirite. Figi pi wo a montre yon diminisyon toudenkou nan limit aktyèl la pandan faz chaje an reta akòz jesyon tèmik batri.

Pèfòmans tèmik

Figi a montre istwa tan tanperati a nan 8 tèrmokapteur nan Modil 1. Valè T1 ak +12 yo te nan mitan seri tanperati modil la nan kòmansman tès la, men yo tonbe nan pi ba a nan fen a. tès. T1 ak -01 te egal a Tmin nan kòmansman premye sik la, ak tanperati batri a nan mitan modil la te pi wo a.

Figi b montre distribisyon tanperati modil 2 a, kote T2, -12 se Tmin, T2,+01 se dezyèm tanperati ki pi ba a, ak T2,+04 se Tmax.

Figi c montre distribisyon tanperati modil 3 a, kote T3, -01 se Tmin, T3,+12 se dezyèm tanperati ki pi ba a, T3,+04, T3, -06, ak T3, -07 se Tmax.

Figi ki anba a montre istwa tan an nan tanperati mwayèn, tanperati maksimòm, tanperati minimòm, ak diferans tanperati nan pake batri a ak chak modil. Trise nan pake batri a nan EC1 ak EC2 se 1.6 degre C ak 1.2 degre C, respektivman. Pandan sik egzeyat konplè a (konbinezon ED1 ak LD2), Trise a se apeprè 5.8 degre C. ∆ T maksimòm lan se 2.0 degre C ak 3.2 degre C nan fen EC1 ak EC2, respektivman, pandan y ap ∆ T minimòm lan se 1.3 degre C ak 2.2 degre C nan fen premye ak dezyèm sik plen chaje, respektivman T. ka divize an diferans ki genyen ant Tmax ak Tavg, osi byen ke diferans ki genyen ant Tavg ak Tmin. Diferans ki genyen ant Tavg ak Tmin varye lineyè lè aktyèl la chanje siyifikativman, pandan y ap diferans ki genyen ant Tmax ak Tavg se sansib a aktyèl ak nonlineary.

4. Diskisyon

Rechèch batri:Nan menm batri ityòm-ion, tanperati tèminal pozitif la pi wo pase tèminal negatif la, ak yon diferans maksimòm tanperati apeprè 0.6 degre C. Fenomèn sa a te mansyone tou nan literati. Anplis de sa, nan fen de sik yo, Tmin parèt nan T1,+12 ak T1, -01 nan modil 1, T2, -12 ak T2,+01 nan modil. 2, ak T3, -01 ak T3,+12 nan modil 3. Sa a endike ke Tmin parèt sou batri ekstèn nan pake batri a, akòz pi bon transfè chalè konvektif ak efè refwadisman. sou sifas fwontyè modil la konpare ak tanperati anbyen. Ak Tmax nan chak modil parèt nan mitan batri a, men sa a se pa simetrik, ki endike konpòtman an dinamik ak tanperati ki pa inifòmite nan chak batri. Fenomèn sa a montre konpleksite sistèm dinamik sa a epi mete aksan sou enpòtans pou evalye konpòtman tanperati tout modil nan pake batri a.

Rechèch modil:Tavg nan Modil 1 pi wo pase sa ki nan pake batri a nan premye mwatye nan LDs, ECs, EDs, ak LCs, ki endike ke Modil 1 se pi sansib a gwo kouran pase lòt modil, jenere plis chalè, monte pi vit nan tanperati, ak echanj chalè pi bon pase lòt modil. Sa a endike konpleksite nan sistèm nan pake batri, ak konpòtman an tèmik nan chak modil yo ta dwe etidye ak enspekte separeman.

Rechèch pake batri:Nan pil ityòm-ion, modil, ak pake batri, tanperati toujou ogmante nan ED, LDs, ak ECs. Se poutèt sa, Tmax parèt pa sèlman nan mitan LC1 ak LC2, men tou, nan fen EC1 ak EC2. Nan lòt mo, lè gen gwo aktyèl, tanperati a ap monte paske plis iyon ityòm ta dwe deplase nan manbràn an epi jenere plis chalè. Se poutèt sa, nan kòmansman an nan LCs, pral gen yon gout tanperati, ki te swiv pa obsèvasyon an nan konpòtman eta kazi fiks nan tanperati.

Pandan sik egzeyat konplè ant de sik chaje, tanperati a ogmante monotoneman; An jeneral, Trise ogmante pa 5.8 degre C soti nan valè inisyal li nan 31.8 degre C. Anplis de sa, ∆ T te montre tou menm tandans anlè soti nan 1.3 degre C a 2.7 degre C. Sa a se akòz aktyèl la segondè ki baze sou ekwasyon (2) pandan peryòd sa a, osi byen ke sansiblite nan modil 1 nan aktyèl. Anplis de sa, modèl Trise yo nan de sik chaje yo te montre tandans menm jan an. Nan kòmansman an, li leve, Lè sa a, tonbe, epi finalman kenbe yon tanperati eta kazi fiks. Se poutèt sa, lè yo aplike yon kouran ki pi wo nan pake batri a, pi wo Trise ak ∆ T yo pral reyalize.

∆ T ka divize an diferans ki genyen ant Tmax ak Tavg, osi byen ke diferans ki genyen ant Tavg ak Tmin. Tmax se trè sansib a gradyan tanperati ak varye sou tan, pandan y ap Tmin se mwens sansib a chanjman nan aktyèl la. Se poutèt sa, pati ki pi enpòtan nan chanjman tanperati a nan pake batri a se akòz konpòtman an nan Tmax. Nan lòt mo, diferans ki genyen ant Tavg ak Tmin varye lineyè lè gen yon diferans enpòtan nan aktyèl, ak pant lan chanje. Diferans ki genyen ant Tmax ak Tavg trè sansib a aktyèl, ak pant lan ap ogmante sou tan. Se poutèt sa, nan dezyèm senaryo a, eksepte pou varyasyon enpòtan nan gwo diferans aktyèl, ∆ T pa montre okenn konpòtman lineyè nan tou de kouran konstan ak dinamik. Travay nan lavni ta dwe konsantre sou devlope sistèm refwadisman efikas ak eksplore diferan estrateji jesyon tèmik pou amelyore pèfòmans ak sekirite pake batri ityòm-ion ki baze sou rezilta yo jwenn nan etid sa a.

5. Rezime

Atik sa a etidye konpòtman tèmik pake batri ityòm-ion 48V anba kouran dinamik, ki enpòtan anpil pou konprann operasyon an sekirite ak serye nan pake batri ityòm-ion, espesyalman nan aplikasyon ki mande gwo pouvwa ak dansite enèji.

Rezilta eksperimantal yo endike ke konpòtman tanperati pake batri a se konplèks epi ki pa lineyè, ak diferans ki genyen ant diferan pil, modil, ak tout pake batri a. Tanperati deyò pake batri a pi ba pase batri entèn la akòz pi bon transfè chalè konvektif, ak tanperati tèminal pozitif nan yon sèl batri pi wo pase tanperati tèminal negatif. Yon modil pi sansib a gwo kouran, sa ki lakòz pi vit monte tanperati ak jenerasyon chalè, ki ka sèlman jwenn nan etidye tout modil nan menm pake batri ityòm-ion.

Se konpòtman tanperati a nan pake batri a sitou enfliyanse pa Tmax, ki se pi sansib a aktyèl. Trise se sitou akòz gwo aktyèl ak chalè ki te pwodwi pa mouvman iyon ityòm nan séparateur la. Diferans ki genyen ant Tmin ak Tavg varye lineyèman anba aktyèl konstan, pandan y ap diferans ki genyen ant Tmax ak Tavg varye pa lineyè anba chanjman aktyèl yo, espesyalman anba gwo diferans aktyèl yo.

An jeneral, rezilta rechèch yo endike enpòtans endividyèlman egzamine ak evalye konpòtman tèmik chak batri, modil, ak tout pake batri a pou konprann konpleksite ak konpòtman ki pa lineyè pake batri ityòm-ion anba kouran dinamik. Rezilta etid sa a pral kontribye nan devlopman sistèm jesyon tèmik batri ki pi efikas ak serye pou pake batri ityòm-ion nan aplikasyon pou otomobil alavni. Lè w ap detèmine estrateji jesyon tèmik batri ak paramèt, li nesesè pou konsidere diferans ki genyen ant modil Tavg, depandans Tavg sou Tmax, ak enpak kote batri a sou chanjman tanperati li yo.