Abstract
Kev ua tau zoo ntawm cov roj teeb lithium-ion feem ntau nyob ntawm qhov kev ua haujlwm kub ntawm lub roj teeb. Txawm li cas los xij, cov ntaub ntawv kub feem ntau tau txais yog ntsuas los ntawm cov thermocouples txuas rau saum npoo ntawm lub roj teeb, uas tej zaum yuav tsis raug cuam tshuam txog qhov ntsuas kub hauv lub roj teeb, tshwj xeeb tshaj yog nyob rau hauv qhov kub thiab txias thiab cov pa tawm siab. Kab lus no yuav qhia txog txoj hauv kev tshiab uas siv cov tshuab hluav taws xob sib txawv los kwv yees qhov kub thiab txias ntawm 40Ah lithium-ion mos pob roj teeb. Qhov sib txawv ntawm qhov ntsuas kub sab hauv thiab sab nraud yog nyob ntawm qhov tso tawm thiab qhov kub ntawm qhov ntsuas kub. Thaum lub sij hawm tas mus li kev tso tawm, qhov sib txawv ntawm qhov chaw thiab qhov ntsuas kub nce nyob rau hauv lub sij hawm thaum ntxov ntawm paug, mus txog nws lub ncov nyob rau hauv nruab nrab theem, thiab ces txo nyob rau hauv lub lig theem ntawm paug. Cov txiaj ntsig ntawm txoj kev tshawb no tuaj yeem txhawb nqa cov tswv yim tswj hwm hauv kev tswj hwm roj teeb (BMS).
1. Taw qhia
Nrog rau kev saib xyuas ntau ntxiv rau cov teeb meem ib puag ncig thiab kev cog lus ntawm tsoomfwv kom txo qis emissions, hluav taws xob tsheb (EVs) tau nce nqi raws li kev daws teeb meem. Ib qho tseem ceeb ntawm lawv txoj kev vam meej yog lub zog khaws cia (ESS) siv. Qhov zoo tshaj plaws es yuav tsum muaj lub zog zoo thiab lub zog ua kom zoo, lub neej zoo, thiab kev tsav tsheb sib luag tau dhau los ua kev xaiv hluav taws xob ntau dua rau cov hluav taws xob hluav taws xob zoo nkauj (BEVS ) vim lawv qhov ntim siab tshaj plaws thiab hnyav zog / lub zog ceev.
BEVs raws li cov roj teeb lithium-ion yuav txo qis lawv qhov ntau thiab lub zog ua haujlwm nyob rau hauv qis kub thiab siab C-tus nqi. Cov laj thawj rau kev ua haujlwm degradation muaj xws li txo cov electrolyte conductivity, txo cov khoom-state lithium diffusion, siab polarization ntawm graphite anodes, thiab qeeb nqi hloov kinetics. Nyob rau hauv txoj kev tshawb no ntawm 2.2 Ah 18650 lithium-ion roj teeb, electrochemical kev ua tau zoo ntawm lub roj teeb muaj zog nyob ntawm nws cov kev khiav hauj lwm kub. Txawm li cas los xij, qhov ntsuas kub ntawm cov roj teeb feem ntau yog ntsuas los ntawm cov thermocouples txuas rau saum npoo ntawm lub roj teeb, uas yuav tsis raug cuam tshuam cov txheej txheem electrochemical hauv lub roj teeb. Kev ntsuas qhov sib txawv (DV) yog siv los txiav txim siab qhov sib txawv ntawm qhov sib txawv ntawm cov electrodes ntawm lossis ze rau qhov sib npaug kom pom qhov muaj peev xwm lwj. Txhawm rau kom tsis txhob muaj qhov tshwm sim ntawm kev hloov pauv, qhov tam sim no siab yuav tsum tau zam. DV sawv cev rau qhov sib txawv ntawm qhov sib txawv ntawm ib chav tsev tawm qhov muaj peev xwm (dV / dQ), uas qhia txog qhov cuam tshuam ntawm kev ua haujlwm (ambient kub, C-rate, SOC, impedance, thiab nws tus kheej cua sov) ntawm lub roj teeb.
Lub hom phiaj ntawm tsab xov xwm no yog siv DV thev naus laus zis los kwv yees "kev ua haujlwm tau zoo" ntawm cov roj teeb nyob rau hauv qhov sib txawv txuas ntxiv tawm tam sim no ntawm qhov ntsuas kub ntawm qhov kub ntawm -20 txog 25 ° C, thiab tom qab ntawd kwv yees lawv qhov kub thiab txias. Qhov sib txawv ntawm cov roj teeb sab hauv thiab ntsuas qhov kub thiab txias yog cuam tshuam ncaj qha rau qhov tso tawm tam sim no thiab txo qis nrog qhov txo qis ntawm qhov ntsuas kub. Cov kev kwv yees no tuaj yeem pab txhim kho qhov tseeb ntawm kev ntsuas roj teeb thiab txhim kho cov tswv yim tswj hauv cov roj teeb tswj (BMS).
2. Txoj kev tshawb fawb
A. Kev sim paub meej
Txhawm rau tshawb xyuas cov roj teeb coj tus cwj pwm, lub lithium-ion mos pob roj teeb uas hnyav 0.97 kilograms nrog NMC zoo electrode tau sim. Lub roj teeb muaj qhov nominal voltage ntawm 3.7 volts thiab muaj peev xwm ntawm 4 0 ampere teev. K-hom thermocouple yog ntsia ntawm qhov chaw geometric ntawm lub ntsiab ntawm lub pob muag roj teeb. Lub roj teeb tau muab tso rau hauv Votsch kub xov tooj thiab raug them thiab tawm mus uas siv lub roj teeb Bitrode cycler. Kev ntsuas tau ua nyob rau ntawm plaub qhov sib txawv ntawm qhov kub thiab txias: -20 degree C, -10 degree C, 0 degree C, thiab 25 degree C. Kev them nyiaj tsuas yog nqa tawm ntawm 25 degree C, them nyiaj ntawm tus nqi ntawm 0.5C (2{21}} amps) kom txog thaum qhov hluav taws xob mus txog 4.2 volts. Cov nqi them tam sim no poob rau 0.05C thaum tuav qhov hluav taws xob ntawm 4.2 volts. Cov dej ntws tawm siv suav nrog 0.1C, 0.2C, 0.5C, 1C, 2C, 5C, thiab 8C. Cov ntsuas ncaj qha suav nrog roj teeb voltage (V), muaj peev xwm (Ah), lub zog (W), tawm lub zog (Wh), thiab roj teeb saum npoo ( ntsuas) qhov kub ( degree C). Qhov kev txiav tawm ntawm lub roj teeb no yog 2.7 volts.
B. Txhawm rau xam qhov "sab hauv qhov kub thiab txias" los ntawm kev ntsuas ntsuas siv tshuab hluav taws xob sib txawv, peb tau ua cov kauj ruam hauv qab no rau kev ntsuas kub sab hauv (saib daim duab 1):
1. Voltage hloov xam:Xam qhov hloov pauv voltage (∆ V) ntawm txhua kauj ruam.
2. Kev suav ua haujlwm zoo:"Kev ua haujlwm zoo" R yog ib txoj haujlwm ntawm DV, tau los ntawm kev faib ∆ V los ntawm qhov tso tawm tam sim no.
Daim duab 1. Cov qauv tsim hluav taws xob yooj yim
3. Heat tiam xam:Xam cov cua sov uas tsim los ntawm txhua lub sijhawm Qgen=∆ V ² / R.
4. Heat conduction xam:Kev ntsuas hluav taws xob los ntawm lub roj teeb tub ntxhais mus rau saum npoo yog Qbond=(k × A × ∆ T) / (L / 2), qhov twg k yog cov txheej txheem thermal conductivity ntawm lub roj teeb, A yog thaj chaw saum npoo, thiab L yog qhov kev ncua deb ntawm lub roj teeb tseem ceeb thiab qhov chaw.
5. Convective heat transfer xam:Kev ntsuas hluav taws xob hloov hluav taws xob nyob rau saum npoo ntawm lub roj teeb yog Qconv=(h × A × (T-Tamb)), qhov twg h yog qhov sib hloov hluav taws xob hloov hluav taws xob thiab Tamb yog qhov kub thiab txias.
6. Kev ntsuas kub hloov pauv:Xam qhov kub hloov pauv ∆ T txhua thib ob raws li (QGen Qcond QConv) / (m × C). Ntawm no, t yog lub sij hawm kauj ruam (hauv vib nas this), m yog 0.97 kilograms, thiab C yog lub peev xwm kub. Piv txwv tias Qbond yog xoom ntawm t =0 vib nas this, tom qab ntawd siv Qbond los ntawm kauj ruam dhau los.
7. Kev ntsuas kub sab hauv:Xam qhov ntsuas kub sab hauv los ntawm kev sib xyaw ∆ T ntawm txhua kauj ruam.
Txoj kev no muab ib txoj hauv kev tshiab rau kev kwv yees qhov kub thiab txias ntawm cov roj teeb los ntawm kev txiav txim siab txog lawv cov kev ua haujlwm electrochemical thiab thermal yam ntxwv, uas yog qhov tseem ceeb rau kev txhim kho roj teeb tswj kev ua haujlwm (BMS) thiab kev txhim kho roj teeb.
Table 1. Cov yam ntxwv ntawm cov roj teeb lithium-ion hnab roj teeb
| Parameter | Tus nqi |
| Thermal conductivity, k | 0.48 W/m/degree |
| Thaj Chaw, A | 0.10125 m² |
| Cell Thickness, L | 0.0009 m |
| Thaum tshav kub kub, C | 1243 J / degree / kg |
| Convective Coefficient, h | 10 W / m² / degree |
3. Cov txiaj ntsig thiab kev sib tham
A. Kev cuam tshuam ntawm C-tus nqi thiab ambient kub ntawm lub peev xwm tawm thiab tawm lub zog
Cov txiaj ntsig kev sim qhia tau hais tias lub zog tso tawm los ntawm lub roj teeb txo qis nrog qhov nce ntawm C-tus nqi thiab qhov txo qis ntawm qhov kub thiab txias. Qhov no yog vim qhov nce ntawm lub roj teeb impedance ua rau kom txo qis hauv roj teeb voltage, suav nrog kev txo qis hauv ion conductivity, nce hauv electrolyte tsis kam, siab dua anodic polarization, qeeb nqi hloov, thiab tsis txaus lithium khoom-theem diffusion.
Daim duab 2. Voltage evolution nrog tawm lub zog ntawm qhov sib txawv ib puag ncig kub thiab c tus nqi
Thaum tso tawm ntawm 5C ntawm -10 degree C, qhov hluav taws xob yuav nce rau lub sijhawm ntau lub sijhawm thaum lub voj voog tawm. Qhov no yog vim tias nws tus kheej cua sov ua rau lub roj teeb kub nce, ua rau txo qis hauv electrolyte tsis kam vim qhov nce hauv ion conductivity thiab ntsev diffusion tus nqi, yog li ua rau lub zog tawm ntau dua thaum lub sij hawm isothermal tawm. Ntawm -10 degree C, lub peev xwm tawm ntawm 5C yog 3.6% siab dua 1C, tab sis lub zog tawm yog 2.9% qis; Ntawm 0 degree C, qhov tso tawm muaj peev xwm ntawm 5C yog 1% siab dua 1C, thiab lub zog tso tawm yog 5.3% qis dua, qhia tias cov txiaj ntsig muaj peev xwm los ntawm tus kheej cua sov yuav raug overestimated, thiab feem ntau ntawm qhov muaj peev xwm nce ntxiv yog siv rau roj teeb cua sov.
Daim duab 3. Voltage evolution ntawm cov roj teeb uas muaj peev xwm tawm ntawm qhov sib txawv ambient kub thiab c tus nqi
B. Qhov cuam tshuam ntawm C-rate thiab ambient kub ntawm kev kwv yees qhov kub ntawm sab hauv siv qhov sib txawv voltage
Daim duab 4. Ua haujlwm tau zoo thiab tawm lub zog ntawm qhov sib txawv ntawm qhov kub thiab txias C
Kev ua haujlwm zoo feem ntau nce nrog qhov txo qis ntawm qhov ntsuas kub thiab nce C-tus nqi, uas txhais tau hais tias nyob rau qee qhov chaw hauv lub voj voog tawm, qhov hluav taws xob hloov pauv ntau dua nrog kev tso tawm ntawm lub zog. Nyob rau hauv qis ambient kub, tshwj xeeb tshaj yog nyob rau hauv siab C-tus nqi, qhov zoo kuj yog siab dua vim tsis muaj ion conductivity, qeeb nqi hloov, siab electrolyte kuj, thiab qeeb solid-state diffusion. Qhov no yog ua raws li cov kev tshawb fawb yav dhau los uas qhia tias DC tsis kam nce nrog txo qhov kub thiab txias thiab nce C-tus nqi, thiab qhov ua tau zoo kuj nce ntxiv thaum kawg ntawm kev tso tawm. Txawm hais tias qhov ntsuas kub ntawm tus kheej ntawm 5C tawm yog siab ntawm -10 degree C, nws qhov kev ua haujlwm zoo tseem yog qhov siab tshaj plaws, tej zaum yog vim lub sijhawm luv luv.
Daim duab 5. Kev sib piv ntawm sab hauv (I) thiab ntsuas (M) kub ntawm qhov sib txawv C tus nqi ntawm qhov ntsuas kub ntawm 25 degree
Daim duab 6. Kev sib piv ntawm sab hauv (I) thiab ntsuas (M) kub ntawm qhov sib txawv C ntawm 0 degree ambient kub
Thaum lub sij hawm tso tawm, ob qho tib si ntsuas kub thiab sab hauv kub nce, nrog rau qhov kub thiab txias nce thiab ntau dua nyob rau hauv qhov kub thiab txias nyob rau hauv siab C-rate thiab tsawg ambient kub. Raws li lwm cov kev tshawb fawb, qhov sib txawv siab tshaj plaws ntawm qhov kub thiab txias thaum lub sij hawm tso tawm (∆ T) yog proportional rau tus C-rate, thiab qhov sib txawv nce raws li qhov kub thiab txias ambient txo. Lub ∆ T nyob rau hauv cov kev khiav hauj lwm sib txawv nyob rau hauv tsab xov xwm no yog me ntsis siab tshaj qhov kev tshawb fawb uas tsuas yog soj ntsuam qhov kub thiab txias gradients, tab sis yog zoo ib yam nrog rau txoj kev tshawb no uas sib piv nrog rau sab hauv thiab saum npoo kub, qhia tau hais tias qhov ntsuas kub sab hauv nyob rau hauv tsab xov xwm no sawv cev rau qhov nruab nrab tag nrho. Qhov ntsuas kub ntawm lub roj teeb, thiab ntsuas qhov ntsuas kub los ntawm qhov chaw ntsuas qhov ntsuas / ntsuas qhov ntsuas kub. Qhov sib txawv ntawm qhov kub thiab txias ntawm lub roj teeb thiab ntsuas kub feem ntau nce nrog kev tawm, mus txog qhov siab tshaj plaws nyob rau hauv nruab nrab ntawm kev tawm, thiab tom qab ntawd txo qis. Qhov loj ntawm qhov sib txawv nce nrog qhov nce ntawm C-tus nqi thiab ambient kub.
Daim duab 7. Kev sib piv ntawm sab hauv (I) thiab ntsuas (M) qhov kub ntawm qhov sib txawv C ntawm qhov ntsuas kub ntawm 25 degree.
Daim duab 8. Evolution ntawm sab hauv kub thiab ntsuas roj teeb kub sib txawv txhua 30 Wh tawm
4. Cov ntsiab lus
Ntawm qhov ntsuas kub qis dua, cov txiaj ntsig muaj peev xwm ntawm cov cua sov ntawm tus kheej yuav raug kwv yees ntau dhau thiab yuav tsis txhais tau tias muaj zog ntxiv rau lub roj teeb.
Cov kev txwv ntawm tus kheej cua sov nyhuv:Nyob rau hauv ib puag ncig uas tsis tshua muaj kub, txawm hais tias tus kheej cua sov ntawm cov roj teeb yuav ua rau kom muaj peev xwm tawm, nws tsis yog ib txwm txhais tau tias lub zog tso tawm los ntawm lub roj teeb yuav nce ntxiv. Qhov no yog vim qhov muaj peev xwm ntau ntxiv tuaj yeem siv los ua kom sov lub roj teeb, tsis yog ua haujlwm lossis muab hluav taws xob ntau dua.
Kev ua haujlwm zoo ntawm lub roj teeb muaj ntau dua ntawm cov hluav taws xob tawm ntau dua thiab qis dua ambient kub.
Kev sib raug zoo ntawm kev ua haujlwm zoo thiab kev ua haujlwm:Kev ua haujlwm zoo yog qhov tseem ceeb ntawm lub roj teeb nyob rau hauv cov kev ua haujlwm tshwj xeeb, uas nce nrog qhov nce ntawm qhov tawm tam sim no thiab qhov txo qis ntawm qhov ntsuas kub. Qhov no qhia tau hais tias ion conduction thiab kev them nqi hloov mus rau hauv lub roj teeb muaj ntau dua hindered nyob rau hauv siab tam sim no tawm thiab kub tsis tshua muaj tej yam kev mob.
Qhov sib txawv ntawm qhov kub thiab txias ntawm lub roj teeb thiab ntsuas qhov ntsuas kub ntawm lub roj teeb nce nrog qhov nce ntawm qhov tso tawm tam sim no thiab qhov txo qis ntawm qhov ntsuas kub.
Kev sib raug zoo ntawm qhov sib txawv ntawm qhov kub thiab txias ua haujlwm:Qhov sib txawv ntawm qhov kub thiab txias ntawm qhov chaw (∆ T) yog ncaj qha cuam tshuam rau kev tso tawm tam sim no thiab qhov kub thiab txias. Qhov no txhais tau hais tias nyob rau hauv qhov kev tso tawm tam sim no thiab qhov kub tsis tshua muaj, qhov kub hauv lub roj teeb yuav siab dua qhov kub ntawm qhov chaw, uas yog qhov tseem ceeb rau kev tswj xyuas thermal thiab kev ua tau zoo ntawm lub roj teeb.
Thaum lub sij hawm tso tawm, qhov sib txawv ntawm qhov kub thiab txias ntawm lub roj teeb thiab ntsuas qhov kub ntawm lub roj teeb nce nyob rau hauv cov theem pib ntawm kev tawm, mus txog nws lub ncov nyob rau hauv nruab nrab theem, thiab ces txo nyob rau hauv lub lig theem ntawm paug.
Dynamic hloov nyob rau hauv kub txawv:Qhov sib txawv ntawm qhov sib txawv ntawm qhov sib txawv ntawm qhov sib txawv ntawm lub roj teeb sab hauv thiab qhov chaw ntawm lub roj teeb thaum lub sij hawm tso tawm qhia txog qhov nyuaj ntawm cov thermal dynamics ntawm lub roj teeb. Qhov sib txawv no nce nyob rau hauv cov theem thaum ntxov ntawm kev tso tawm, tejzaum nws yog tshwm sim los ntawm kev kub ceev generated sab hauv thaum lub roj teeb pib tawm. Peaking thaum lub sij hawm nruab nrab tso tawm tuaj yeem yog vim qhov kub siab tshaj plaws ntawm lub roj teeb, thaum txo qis rau qhov kawg ntawm qhov paug tawm tuaj yeem yog vim qhov txo qis hauv cov cua sov tsim tawm hauv lub roj teeb thiab qhov pib txias.
Cov kev soj ntsuam no yog qhov tseem ceeb rau kev tsim thiab kev ua kom zoo ntawm cov roj teeb tswj cov tshuab (BMS), vim tias lawv muab cov ntaub ntawv tseem ceeb txog tus cwj pwm ntawm cov roj teeb nyob rau hauv cov kev ua haujlwm sib txawv. Los ntawm kev nkag siab thiab kwv yees cov xwm txheej no, nws muaj peev xwm tswj tau qhov kub thiab txias ntawm lub roj teeb, yog li txhim kho nws cov kev ua tau zoo thiab kev ua neej nyob.