2.2 Phân tích dữ liệu thử nghiệm chu kỳ cho hệ thống pin điện

(1) Hệ thống pin điện 100% sạc xả chu kỳ sâu

Hệ thống pin điện đã trải qua 170 lần thử nghiệm tuổi thọ chu kỳ ở độ sâu sạc và xả 100% (100% DOD), với nhiệt độ chất làm mát là 25 ℃ và lưu lượng là 8 L/phút trong quá trình tuần hoàn ở nhiệt độ phòng (25 ± 5) ℃ . Đường cong quan hệ giữa dung lượng sạc và xả và số chu kỳ cho thấy dung lượng xả ban đầu là 38,94 Ah và dung lượng xả sau 170 chu kỳ là 38,73 Ah, với tỷ lệ duy trì dung lượng là 99,46%. Trong số đó, hiệu suất coulomb (bằng tỷ lệ phần trăm dung lượng xả và dung lượng sạc) luôn lớn hơn 100%; Trong 15 chu kỳ đầu tiên, dung lượng xả cho thấy xu hướng tăng, cho thấy hệ thống pin điện đang trong quá trình kích hoạt

(2) Tuổi thọ chu kỳ sạc và xả sâu 80% cho hệ thống pin điện

Khả năng xả của hệ thống và số chu kỳ.

Hệ thống pin điện được thử nghiệm tuổi thọ 2500 chu kỳ ở nhiệt độ phòng (25 ± 5) ℃, với nhiệt độ chất làm mát là 25 ℃ và lưu lượng là 8L/phút trong quá trình tuần hoàn, sử dụng 80% DOD.

Thực hiện kiểm tra hiệu suất một lần sau mỗi 200 hoặc 100 chu kỳ (với khả năng hiệu chuẩn là 200 chu kỳ trước 1600 chu kỳ và 100 chu kỳ sau 1600 chu kỳ). Thực hiện 3 lần sạc và xả DOD 100% để hiệu chuẩn khả năng. Và tiến hành các thử nghiệm DCIR dưới các dòng xung khác nhau ở 50% SOC.

Dung lượng xả ban đầu của hệ thống pin là 38,98 Ah. Sau 2500 chu kỳ, dung lượng xả chỉ còn 10,20 Ah. Trước 1200 chu kỳ, dung lượng giảm chậm, với mức mất dung lượng là 5,58 Ah. Sau đó, dung lượng giảm nhanh, với mức mất dung lượng là 23,2 Ah trong khoảng từ 1200 đến 2500 chu kỳ, với tỷ lệ mất dung lượng là 59,5%. Trong toàn bộ vòng đời của chu kỳ, tỷ lệ giảm dung lượng là 73,8%. Hiệu suất Coulomb cho thấy xu hướng đầu tiên là tăng và sau đó giảm. Trước 400 chu kỳ, hiệu suất Coulomb liên tục tăng và sau đó giảm dần. Sau 1700 chu kỳ, hiệu suất Coulomb nhỏ hơn 100%

Mẫu chung của vòng đời của hệ thống pin điện này là sự suy giảm dung lượng tăng tốc theo thời gian chu kỳ tăng. Điều này khác với xu hướng suy giảm dung lượng cell pin được báo cáo trong tài liệu, vì hệ thống pin bao gồm một số lượng lớn cell pin và sự không nhất quán của các cell pin có tác động đáng kể đến dung lượng của hệ thống pin. Đồng thời, nó cũng làm mờ đi xu hướng thay đổi dung lượng cell pin, khiến nó khác với xu hướng thay đổi dung lượng cell pin.

Tuổi thọ chu kỳ hệ thống và chênh lệch áp suất riêng lẻ

Để nghiên cứu ảnh hưởng của chênh lệch áp suất cell pin đến dung lượng hệ thống pin, trong các thử nghiệm 2500 chu kỳ, chênh lệch áp suất giữa điện áp cao nhất và điện áp thấp nhất của 84 cell pin ở đầu sạc và đầu xả của bộ pin đã được ghi lại trong mỗi thử nghiệm hiệu suất. Từ kết quả thực nghiệm, có thể thấy rằng chênh lệch điện áp đầu xả ban đầu của hệ thống pin là 0,171 V và chênh lệch điện áp đầu sạc là 0,018 V. Sau 2500 chu kỳ, chênh lệch điện áp đầu xả là 0,550 V và chênh lệch điện áp đầu sạc là 0,286 V. Từ kết quả, có thể thấy rằng một mặt, chênh lệch áp suất ở đầu xả luôn lớn hơn chênh lệch ở đầu sạc trong toàn bộ vòng đời chu kỳ và cho thấy xu hướng mở rộng dần dần.

Mặt khác, khi số chu kỳ tăng lên, cả chênh lệch áp suất đầu sạc và chênh lệch áp suất đầu xả đều tiếp tục tăng. Và tốc độ tăng ngày càng nhanh hơn;

Tương ứng, trong quá trình tuần hoàn, tốc độ suy giảm dung lượng của hệ thống pin cũng ngày càng nhanh hơn khi chênh lệch áp suất giữa các cell pin tăng lên, đặc biệt là sau 1200 chu kỳ, mô hình tương ứng này trở nên rõ ràng hơn.

Trong giai đoạn đầu của thử nghiệm tuổi thọ chu kỳ, chênh lệch áp suất của hệ thống pin tương đối nhỏ và sự suy giảm dung lượng của nó chủ yếu là do sự suy giảm dung lượng của từng cell pin tạo nên hệ thống. Khi số chu kỳ tăng lên, điện áp của một số cell pin giảm xuống, khiến tổng điện áp hoặc điện áp cell của hệ thống pin đạt đến điều kiện cắt xả trước. Ngược lại, các cell khác vẫn chưa đạt đến điều kiện cắt xả, dẫn đến việc xả không hoàn toàn phần dung lượng cell này và làm giảm dung lượng xả của hệ thống pin.

Do đó, trong trường hợp chênh lệch áp suất lớn, khả năng xả của hệ thống pin không thể phản ánh đầy đủ khả năng của chính hệ thống pin. Tóm lại, xu hướng thay đổi dung lượng trong hệ thống pin là biểu hiện toàn diện của sự suy giảm dung lượng của chính cell pin và sự gia tăng tính không nhất quán giữa các cell pin, khác biệt đáng kể so với quy luật suy giảm dung lượng cell.

Tuổi thọ chu kỳ hệ thống và điện trở DC

Kiểm tra DCIR của hệ thống pin bao gồm việc sạc hệ thống đến tổng điện áp là 311,56 V, sau đó là sạc 20 A và xả 20 A trong 10 giây, và sạc và xả 120 A trong 10 giây. Các giá trị điện trở DC dưới mỗi dòng xung được tính toán. DCIR (điện trở bên trong một chiều) là một bài kiểm tra điện trở bên trong một chiều của pin, bao gồm hai phần: điện trở ômi và điện trở phân cực. Đo điện trở bên trong một chiều là phương pháp xem xét và đo cả hai phần của điện trở.

Điện trở bên trong là một chỉ số quan trọng để đo hiệu suất của pin. Pin có điện trở bên trong thấp có khả năng xả dòng điện cao mạnh, trong khi pin có điện trở bên trong cao thì ngược lại. Từ kết quả, có thể thấy rằng khi chu kỳ tiến triển, DCIR cho thấy xu hướng đầu tiên là giảm, sau đó ổn định, rồi tăng dần, và điện trở bên trong khi sạc và xả cho thấy xu hướng thay đổi giống nhau ở các dòng điện khác nhau.

Sau 1200 chu kỳ, sự gia tăng điện trở bên trong DCIR của hệ thống pin được tăng tốc, tương ứng với sự suy giảm dung lượng tăng tốc và sự gia tăng nhanh chóng trong chênh lệch áp suất đầu cực xả sạc sau 1200 chu kỳ. Điện trở bên trong của quá trình sạc và xả 20 A tăng từ 130,0 mΩ và 120,0 mΩ trước khi bắt đầu chu kỳ lên 160,0 mΩ và 150,0 mΩ vào cuối chu kỳ. Điện trở bên trong của quá trình sạc và xả 120 A tăng từ 115,0 mΩ và 113,0 mΩ trước khi bắt đầu chu kỳ lên 147,5 mΩ và 150,8 mΩ vào cuối chu kỳ

Do tổng điện áp hệ thống là 311,56 V, công suất sạc và xả 20 A là 6231,2 W và công suất sạc và xả 120 A là 37387,2 W. Từ kết quả, có thể kết luận rằng sau khi kết thúc vòng đời, tỷ lệ mất điện của hệ thống trong quá trình sạc và xả ở dòng điện 20 A lần lượt là 1,03% và 0,96%. Ở dòng điện 120 A, tỷ lệ mất điện trong quá trình sạc và xả lần lượt là 5,68% và 5,81%. Điện trở bên trong DC tăng dẫn đến tổn thất công suất trong hệ thống pin tăng và quá trình sạc và xả càng lớn thì tổn thất công suất do điện trở bên trong gây ra càng lớn.

Trong thực tế sử dụng, điện trở trong DC của hệ thống pin điện có tác dụng chia điện áp so với tải ngoài, tức là điện trở trong càng lớn thì độ sụt áp gây ra càng lớn; đồng thời, điện trở trong tăng dẫn đến công suất ra ngoài của hệ thống pin giảm tương ứng; điện năng tiêu thụ trên điện trở trong tăng dẫn đến nhiệt lượng tỏa ra bên trong monome tăng, dẫn đến nhiệt độ bên trong tăng.

Một mặt, có sự khác biệt về sự gia tăng điện trở bên trong của từng cell riêng lẻ trong quá trình tuần hoàn, và sự sụt giảm điện áp kết quả cũng không đồng đều, dẫn đến sự gia tăng sự không nhất quán điện áp giữa các cell riêng lẻ; Mặt khác, sự gia tăng điện trở bên trong tiêu thụ có thể dẫn đến sự gia tăng nhiệt độ bên trong của từng pin, dẫn đến sự giảm tính đồng nhất nhiệt độ trong hệ thống pin. Sự chênh lệch nhiệt độ sẽ làm trầm trọng thêm sự không nhất quán điện áp giữa các pin riêng lẻ.

Do đó, khi vòng đời chu kỳ tiến triển, sự khác biệt về điện trở bên trong giữa các monome sẽ dẫn đến sự gia tăng sự không nhất quán về điện áp giữa các monome. Đồng thời, sự gia tăng điện trở bên trong sẽ gây ra sự gia tăng sinh nhiệt và chênh lệch nhiệt độ lớn hơn, tiếp tục dẫn đến sự giảm tính nhất quán về điện áp giữa các monome; Hiệu ứng ghép nối giữa điện trở bên trong và nhiệt độ sẽ làm trầm trọng thêm sự không nhất quán giữa các điện áp riêng lẻ, làm giảm khả năng xả của hệ thống pin và rút ngắn vòng đời của nó.

3 Kết luận

(1) Đối với hệ thống pin, điện trở bên trong của các cell pin tăng lên, chênh lệch áp suất giữa các cell tăng lên do tác động của sự phân chia điện áp. Đồng thời, điện trở bên trong tăng lên làm tăng nhiệt lượng tỏa ra bên trong pin, chênh lệch nhiệt độ bên trong hệ thống pin sẽ làm tăng thêm chênh lệch áp suất giữa các cell pin.

Hiệu ứng ghép nối giữa những thay đổi về điện trở bên trong của từng cell pin và nhiệt độ không đồng đều trong hệ thống pin dẫn đến sự gia tăng nhanh chóng chênh lệch áp suất giữa từng cell pin, từ đó dẫn đến sự suy giảm dung lượng nhanh chóng của hệ thống pin và ảnh hưởng đến tuổi thọ của pin.

(2) Khả năng xả của hệ thống pin năng lượng hệ thống ba thành phần này trong quá trình tuần hoàn không phụ thuộc vào sự thay đổi của các điều kiện tuần hoàn theo số chu kỳ và tuân theo luật suy giảm hàm lũy thừa. Mô hình tuổi thọ hệ thống pin năng lượng này có thể dự đoán và đánh giá tuổi thọ thực tế của hệ thống pin năng lượng, đồng thời cung cấp cơ sở cho việc sử dụng hợp lý hệ thống pin.

(3) Đối với monome pin điện, tỷ lệ duy trì dung lượng của chu kỳ tuổi thọ 100% DOD và 80% DOD ở nhiệt độ phòng đều lớn hơn tỷ lệ duy trì dung lượng tương ứng của hệ thống pin. Đồng thời, tỷ lệ duy trì dung lượng của monome pin điện sau chu kỳ tuổi thọ 100% DOD lớn hơn tỷ lệ sau chu kỳ tuổi thọ 80% DOD ở cả nhiệt độ phòng và 40 ° C. Ngoài ra, tỷ lệ suy giảm dung lượng của chu kỳ tuổi thọ ở 40 ° C lớn hơn ở nhiệt độ phòng, cho thấy pin sẽ bị giảm dung lượng nhanh ở nhiệt độ cao, Làm giảm tuổi thọ chu kỳ pin.