锂动力电池的高低温特性及锂动力电池模块的温度采集方法

2021-02-18 20:04:39  来源:安顺城市网
  

1.锂动力电池的高温和低温特性

(1)锂动力电池的低温特性

图1给出了锂动力电池在不同低温下的放电容量曲线。与室温20℃相比,低温-20℃的容量衰减更明显,在-30℃时,容量损耗更大,在-40℃时容量小于一半。

从电化学的角度看,溶液电阻和SEI膜电阻在整个温度范围内变化不大,对锂动力电池低温性能影响不大,电荷转移电阻随温度的降低而显著增大,溶液电阻和SEI膜电阻在整个温度范围内的变化明显大于溶液电阻和SEI膜电阻的变化。这是因为随着温度的降低,电解质的离子电导率降低,SEI膜的电阻和电化学反应增加,导致低温下欧姆极化、浓度极化和电化学极化的增加。在锂动力电池放电曲线上,平均电压和放电容量随温度的降低而减小。

锂动力电池在低温充电过程中欧姆极化、浓度极化和电化学极化会增加,从而导致锂金属的沉积,电解质的分解,电极表面SEI膜的增厚,放电平台和放电曲线上放电容量的下降。

在低温下,锂动力电池的化学反应活性降低,锂离子迁移速度减慢,负极表面的锂离子没有先嵌入到负极中还原成锂,在负极表面析出沉淀形成锂枝晶,容易穿透隔膜,导致电池短路,从而损坏电池,造成安全事故。

(2)锂动力电池的高温特性

在120℃时,锂动力电池的某些正极粘结剂PVDF会从第1部分迁移到正极表面,从而导致第1部分粘结剂含量的降低,即活性物质中粘结剂的缺乏,导致反应能力下降,在第2部分,由于它是正极的主体,粘结剂含量正常,高温作用小,活性物质可以正常反应。

锂动力电池在85℃处循环,固体电解质出现在锂动力电池负极表面,负极表面被新形成的固体电解质覆盖,当温度上升到120℃时,形成更多固体电解质,负极表面覆盖更多固体电解质,消耗更多的活性锂离子,导致锂动力电池容量下降。

二、锂动力电池模块温度采集方法

在设计锂动力电池模块温度采集点时,温度采集方法如下:

1)为了直接采集电芯温度,通常在锂动力电池模块芯表面设置NTC热敏电阻,当锂动力电池模块芯特性均匀时,当NTC热敏电阻设置在锂动力电池模块芯表面时,可采用键合方法。

2)典型的方法是将NTC热敏电阻插入锂动力电池模块两端板的锂动力电池模块两端板中,从而准确地检测出第一和最后两个动力电池芯的温度,并根据采集端和采集端两个动力电池芯的温度计算出整个锂动力电池模块芯的温度。

3)采集动力电池芯互连板上端的温度,即将NTC热敏电阻嵌入到动力电池芯的内部互连板中,准确地检测出动力电池芯的最高温度。

4)采集锂动力电池模块母线的温度,在锂动力电池模块母线上设置槽,将温度传感器固定在槽内,在槽内安装固定温度传感器的固定胶。

5)采集了锂动力电池模块盖板的表面温度,并将NTC热敏电阻直接粘贴在锂动力电池模块盖板上。

当NTC热敏电阻与动力电池母线、芯互连板或锂动力电池模块芯和盖板表面连接时,应考虑操作过程对NTC热敏电阻器的影响。如果在固定过程中操作不当,则可能导致NTC热敏电阻断线、短路或镀铅。由于NTC热敏电阻器内的基板陶瓷是脆性材料,在连接或键合过程中不能施加过多的压力或冲击,否则会导致导线与元件之间的连接断开或断裂。在连接或粘贴时,还必须考虑不同材料在NTC热敏电阻的整个温度范围内的膨胀系数,否则内应力会破坏NTC热敏电阻本身。

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