环境温度对NCM动力电池系统充放电性能的实验研究
从图2 2019年上半年的新能源乘用车销量可以看出,新能源汽车的主要应用区域位于长城以南,广东省以北(含广东省)。这些地区的全年温度大多较为适宜,环境温度不会过低,也不会过高;全国的其他区域的城市由于低温或者高温的原因不适宜于新能源汽车的应用。
目前有关环境温度对NCM动力电池系统的充放电性能研究仍然较少,主要集中在环境温度对磷酸铁锂电芯的充放电性能的影响,电芯的低温特性的研究。本文以车用锂离子动力电池为研究对象,以3P81S动力电池系统为具体的试验对象,从总电压、温升、温差、容量能量等方向研究环境温度对电池系统充放电性能的影响。
1 实验条件及方案
1.1 实验对象
本文的实验对象为3并81串动力电池系统,如图3所示;由273个36Ah镍钴锰(LiNiMnCo02)三元电芯组成,动力电池系统的部分参数和电芯规格参数见表1。
动力电池测试系统(图5)能满足新能源汽车动力电池、电机台架测试和模拟电源、充电机,并进行全系列工况的模拟测试。
• 输入规格AC380V(-15%-+15%)50Hz土5Hz
• 最大输出电压500V最大输出电流200A最大输出功率44kW
• 峰值输出电流1.5倍(300A<60s)
• 峰值输出功率1.2倍(52.SkW)30min
• 电流检测分辨率20mA
• 电压检测分辨率20mV
• 通信方式1路以太网、2路CAN、2路RS485
• 环境仓适用范围:温度(-20-60°C);湿度(30%-95%RH)。
标准充电:0.SC(54A)充电至最高单体电压4.15V转恒压充电(最高单体电压维持4.15V电流降低)。
标准充电:lC(108A)放电至最低单体电压3.0V。
测试l
放电测试:室温下标准放电,环境适应后,进行标准充电,环境适应后,标准放电,测试工步见表2。
充电测试:室温下标准放电,环境适应后,进行标准充电,环境适应,标准放电,测试工步见表3。
l)能量效率测试:由室温下标准充电,25°C环境适应后,标准放电,25°C环境适应后,进行标准充电,25°C环境适应,标准放电。心室温下标准充电,40°C环境适应后,标准放电,40°C环境适应后,进行标准充电,40°C环境适应,标准放电。@室温下标准充电,0°C环境适应后,标准放电,0°C环境适应后,进行标准充电,0°C环境适应,标准放电。
2)放电内阻测试:电池的能量表征了电池在放电过程中的所能放出的电量,目前用得最多的容量能量计算表达式为:
2 测试结果与分析
2.1 环境温度对放电性能的影响
2.1.1 放电容量能量
在相同充电条件下,随环境温度的下降,动力电池系统放电能量与放电容量不断降低(图6)。这主要是由于充放电的截止电压是固定的,而温度会影响电池的充放电电压。放电时,温度越低,相同放电电流,放电电压越小,达到放电截止电压的时间更短,电池放出来的容量更少;同时由于放电电压低,故放出来的电量更少。
2.2.1 充电容量
由图18可知,在不同倍率下,随环境温度(初始温度)升高,动力电池系统的充电能量和可充容量逐渐升高;且在10~25°C环境下,温度对动力电池系统充电充电容量的影响较小。
将电池在放电时放出的能鼠(即电池输出能量)与电池在充电时消耗的能量(即充放电设备输出能量)之比定义能量效率。反应了在一个充放电循环中动力电池系统自身损耗的能量多少,故经常用于测试电池在一个完整循环中的能量效率,其数值也可作为电池的一个性能指标。
本文对镍钴锰三元梩离子动力电池系统进行不同环境温度下的充放电实验,并对分析研究环境温度对镍钴锰三元梩离子动力电池系统充放电性能的影响。
1) 环境温度越低,相同倍率下电池系统释放放电容量能量越低,温升温差也随之升高;在低温情况下,随着放电内阻降低,放电电压呈现先升后降;不同倍率下,相同的环境温度,倍率越大,温升、温差也越大。
2) 电芯的放电容量、电池系统内部温升均会受到电芯与空气接触面积影响,在0°C环境情况下,与空气接触面积越大,电芯放电容量能量越小;电芯温升也越小。
3) 环境温度越低,相同倍率下电池系统充电容量能量越高,温升温差也随之升高;不同倍率下,相同的环境温度,倍率越大,温升、温差也越大。随初始温度(环境温度)升高,动力电池系统能量效率增大。
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