O controle da temperatura da bateria é importante durante os testes de células de íon-lítio. Esse tipo de bateria é sensível a variações de temperatura, tanto em seu comportamento quanto em sua durabilidade. A variação de temperatura pode afetar características de desempenho essenciais, como capacidade, resistência e tensão de circuito aberto (OCV). Controlando a temperatura durante os testes em diversas condições, essas características e sua dependência da temperatura podem ser avaliadas com precisão.
Além disso, o controle de temperatura pode afetar a vida útil da bateria durante os testes de degradação, influenciando os mecanismos de degradação química.
Possuímos vasta experiência em testes de células, módulos e baterias.
Um componente fundamental do desempenho de um veículo elétrico é o projeto eficiente da bateria. Para alcançar esse projeto, uma série de testes são realizados em células, módulos e baterias.
Uma visão geral dos diferentes requisitos de teste ao longo de um ciclo V de desenvolvimento de baterias (figura 1).
Para esses fins, é importante um controle rigoroso das condições de teste.
As características das células da bateria, como capacidade, tensão de circuito aberto (OCV) e resistência, dependem significativamente do estado de carga (SoC), da corrente aplicada e da temperatura. A dependência das células da bateria nessas características é específica para cada modelo de célula e varia continuamente de forma não linear com o envelhecimento.
Na ausência de uma relação geral entre o comportamento e a condição celular, os testes desempenham um papel importante na coleta das informações necessárias para compreender e simular as células, visando um projeto e controle ideais.
Os projetos de módulos e baterias introduzem sistemas térmicos para controlar a temperatura das células. A eficácia do projeto precisa ser validada em condições representativas para avaliar os efeitos na variação da temperatura das células e nos gradientes térmicos dentro de uma bateria. Isso é particularmente relevante em testes de durabilidade, onde mudanças na temperatura de células individuais podem causar diferenças no envelhecimento após períodos prolongados.
A temperatura é o fator isolado mais importante na magnitude da resistência das células da bateria.
A resistência pode, em média, variar até 40 vezes na faixa de temperatura utilizável (Figura 2). Isso, por sua vez, pode causar uma variação significativa na capacidade utilizável com a temperatura (Figura 3). Esse fator deve ser considerado nas estratégias de controle, caso contrário, poderá haver limitações inesperadas de potência ou alcance durante o uso. A extensão da dependência da temperatura não pode ser prevista, sendo única para cada célula. A temperatura também afeta a tensão de circuito aberto (OCV), a resposta dinâmica da tensão e a durabilidade.
Por essas razões, a capacidade de testar células em toda a gama de condições é essencial.
A nível de módulo e bateria, é importante ter um gerenciamento térmico representativo. O gerenciamento térmico no veículo será limitado pelas capacidades do sistema de refrigeração/aquecimento de bordo, que, por sua vez, serão limitadas por fatores como peso, tamanho e custo.
É importante ter controle na configuração térmica para avaliar a influência da capacidade de aquecimento/resfriamento e os efeitos da degradação/falhas no desempenho dos módulos ou baterias em teste.
Isso é particularmente importante para testes de durabilidade, nos quais os gradientes térmicos podem levar a uma disparidade gradual de envelhecimento dentro do módulo durante o uso.
Um sistema de controle de temperatura inclui resfriamento passivo e ativo para um conjunto de células de bateria (figura 4).
O resfriamento passivo é fornecido por câmaras térmicas e o resfriamento ativo é fornecido por aquecedores/resfriadores conectados à unidade em teste.
Ao especificar o sistema térmico, é importante considerar a faixa de temperatura na qual sua célula, módulo ou bateria provavelmente irá operar.
As faixas de temperatura operacional variam de acordo com a composição química e o design das células, sendo que cada modelo possui faixas de temperatura recomendadas específicas para operação e armazenamento.
Exemplos de faixas de células são mostrados na Figura 5. Recomenda-se escolher o equipamento com base na gama completa de tecnologias de células que se espera testar.
A temperatura ambiente é normalmente controlada por câmaras térmicas. Essas câmaras também têm a função adicional de conter o dispositivo em caso de fuga térmica.
Existem muitas opções para a seleção da câmara; a escolha ideal depende de:
É importante também ser capaz de remover o calor gerado pelo dispositivo em teste de forma eficaz.
Normalmente, isso é feito por uma unidade de refrigeração com a interface adequada para o dispositivo. Existem diversas possibilidades, e a melhor escolha depende de uma série de critérios:
A seleção do equipamento adequado torna-se difícil, uma vez que os valores relativos ao dispositivo em teste podem não ser conhecidos antes do início dos testes.
Existem muitas considerações a serem feitas ao selecionar o equipamento certo para auxiliar no gerenciamento térmico, e isso depende significativamente das características do dispositivo em teste. Na HORIBA possuímos uma biblioteca de células caracterizadas especificamente para fornecer uma variedade de conjuntos de dados para dimensionamento de instalações.
Também contamos com a experiência de instalações de teste globais, incluindo HORIBA MIRA (Reino Unido) e a E-Harbor (Japão), que proporcionam experiência prática em testes para o desenvolvimento de instalações de teste.
Essa experiência ajudou a desenvolver equipamentos de teste e sistemas de automação de testes líderes mundiais e pode ser usada para ajudar os clientes a desenvolver soluções de teste altamente eficazes.
Você tem alguma dúvida ou solicitação? Utilize este formulário para entrar em contato com nossos especialistas.
