一种基于热流密度测量的锂离子电池比热容测试方法与流程

1.本发明属于锂离子电池比热容测试技术领域，涉及一种基于热流密度测量的锂离子电池比热容测试方法。


背景技术：

2.锂离子电池因为其具有循环寿命长、能量密度高、自放电率低和无记忆效应等优点，得到了越来越广泛的应用。在锂离子电池的应用中，电池的安全使用与电池的温度有着很大的关联性。当电池出现过充电、挤压碰撞和内外短路等意外事件时，极易引起锂离子电池温度过高，发生热失控，甚至是起火爆炸等事故。因此，有必要对锂离子电池的温度实现有效可靠的管理。其中，电池的比热容是电池热管理中一个关键的参数，准确地获取电池的比热容对电池的热管理起到至关重要的作用。
3.现有获取电池比热容的方法按照温度变化主要分为：冷却法与加热法；冷却法需要对电池散热进行提前标定，此方法需要保证实验环境的相对稳定，实验过程中的对流条件要保持一致，该测试方法对环境条件过于敏感，因此，测试结果易出现误差；加热法使用加速绝热量热仪(accelerating rate calorimeter，arc)可以有效地测量电池比热容，其原理为：将电池放置在arc腔体内，arc通过附着在电池表面的温度传感器测量电池温度，并将腔体温度保持一致，通过温度追踪的方式制造腔体绝热环境。实验时，用两支电池夹住与电池表面等大的加热片，通过加热片以已知功率p加热电池，因为此时腔体可假设为绝热环境，故加热片产生的热量均用来加热电池，并使之升温。但该方法由于昂贵的测试设备难以得到广泛应用。


技术实现要素：

4.针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于：提供一种基于热流密度测量的锂离子电池比热容测试方法，具体技术方案如下：
5.一种基于热流密度测量的锂离子电池比热容测试方法，包括以下步骤：
6.s1、将表面贴有热流密度传感器和温度传感器的锂离子电池放置在高低温试验箱中，设定高低温试验箱的温度为t1，静置3小时以上，记录静置3小时之后的锂离子电池温度t
电池1
；
7.s2、将高低温试验箱的温度设定为t2，静置1小时以上，记录静置过程中的热流密度传感器数值h(t)和静置1小时之后的温度传感器的数值t
电池2
；
8.s3、测量锂离子电池的质量与锂离子电池的表面积，根据锂离子电池热学模型计算锂离子电池的比热容。
9.在上述技术方案的基础上，步骤s1的具体步骤为：
10.s1.1、将热流密度传感器和温度传感器紧贴在锂离子电池的表面；
11.s1.2、在步骤s1.1所述锂离子电池的表面加上散热器，并采用导热硅脂填充锂离子电池与散热器间的缝隙；
12.s1.3、将步骤s1.2所述锂离子电池悬空放置于高低温试验箱中；
13.s1.4、将高低温试验箱的温度设置为t1，锂离子电池静置3小时以上，记录静置3小时之后的锂离子电池温度t
电池1
。
14.在上述技术方案的基础上，在所述步骤s1.1中，将热流密度传感器和温度传感器使用高温胶带均匀分布地紧贴在锂离子电池的表面。
15.在上述技术方案的基础上，在所述步骤s1.2中，采用导热性差的材料覆盖住锂离子电池的正负极。
16.在上述技术方案的基础上，所述导热性差的材料为：绝缘隔热垫片。
17.在上述技术方案的基础上，步骤s3所述锂离子电池热学模型如式(1)所示，
18.mc
′
p
δt
电池
＝e
产热-e
散热
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)
19.其中，m为锂离子电池的质量，c
′
p
为锂离子电池的比热容，δt
电池
为锂离子电池的温度变化量，为步骤s1中的t
电池1
减去步骤s2中的t
电池2
的差值；e
产热
为锂离子电池的产热量，且e
产热
＝0；e
散热
为锂离子电池的散热量，如式(2)所示，
20.e
散热
＝∫h(t)
·
sdt≈∑h(ti)
·s·
δt
ꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)
21.其中，h(ti)为第ti个时刻下的热流密度值，s为锂离子电池的表面积，δt为两个采样点之间的时间间隔；
22.所述锂离子电池的比热容如式(3)所示，
[0023][0024]
在上述技术方案的基础上，所述锂离子电池的表面积s不考虑锂离子电池正负极的面积。
[0025]
在上述技术方案的基础上，所述锂离子电池为：三元材料动力电池。
[0026]
在上述技术方案的基础上，所述三元材料动力电池包括：锰酸锂动力电池和磷酸铁锂动力电池。
[0027]
在上述技术方案的基础上，所述温度传感器包括：热电偶。
[0028]
本发明具有以下有益技术效果：
[0029]
1、本发明所提出的基于热流密度测量的锂离子电池比热容测试方法无需昂贵的测试仪器，即能够通过热流密度的测量计算，得到锂离子电池的比热容；
[0030]
2、本发明所提出的基于热流密度测量的锂离子电池比热容测试方法能够快速得到锂离子电池的比热容，实施简单方便、测试费用低廉，且适用范围广。
附图说明
[0031]
本发明有如下附图：
[0032]
图1为热流密度变化过程曲线示意图；
[0033]
图2为锂离子电池不同位置下的表面温度曲线变化示意图。
具体实施方式
[0034]
以下结合具体实施例和附图对本发明做进一步详细说明。
[0035]
以下具体实施例以一款18650型的锂离子电池为例进行说明。
[0036]
一种基于热流密度测量的锂离子电池比热容测试方法，具体步骤如下：
[0037]
s1、将热流密度传感器和热电偶使用高温胶带均匀分布地紧贴于18650电芯上。同时，将布置了热流密度传感器和热电偶后的18650电芯放入圆柱形的散热器中，使用导热硅脂填满锂离子电池与散热器间的缝隙，然后采用导热性差的材料(如绝缘隔热垫片)覆盖住锂离子电池的正负极，此时，认为锂离子电池的散热主要是通过与散热器的接触部分散热。将上述的锂离子电池悬空放置在高低温试验箱中，可认为锂离子电池各方向上的散热效果一致。将高低温试验箱的温度设置为21℃，锂离子电池静置3h后，记录锂离子电池温度t
电池1
。
[0038]
s2、然后将高低温试验箱的温度设置为26℃，此时随着高低温试验箱的温度发生变化，锂离子电池的温度也发生变化，记录此过程中锂离子电池表面的热流密度传感器数值h(t)和1个小时后的温度t
电池2
。所记录的热流密度变化过程曲线如图1所示，锂离子电池的表面温度如图2所示。其中，电池温度1为锂离子电池上某位置点上温度传感器的数值，电池温度2为锂离子电池上另一个位置点上温度传感器的数值，由图2可看出不同位置上的温度曲线基本重合，这说明了锂离子电池各个位置上的散热或加热效果一致。
[0039]
s3、锂离子电池热学模型如式(1)所示。
[0040]
mc
′
p
δt
电池
＝e
产热-e
散热
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)
[0041]
其中，m为锂离子电池的质量，c
′
p
为锂离子电池的比热容，δt
电池
为锂离子电池的温度变化量，e
产热
为电池产热量，e
散热
为电池散热量。
[0042]
δt
电池
为步骤s1中的t
电池1
减去步骤s2中的t
电池2
的差值，e
产热
＝0，
[0043]e散热
的计算如式(2)。
[0044]e散热
＝∫h(t)
·
sdt≈∑h(ti)
·s·
δt
ꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)
[0045]
其中，h(ti)为第ti个时刻下的热流密度值，s为锂离子电池的表面积，δt为两个采样点之间的时间间隔。此时，锂离子电池的比热容的计算如式(3)。
[0046][0047]
在本实例中δt为0.05s，锂离子电池的质量m为36.1g。由于本实例中锂离子电池的散热面积中不考虑正负极的面积，因此s＝0.0037m2。根据式(3)可计算得到本实例中所使用的18650型锂离子电池的比热容为890j/(kg
·
℃)。
[0048]
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所做的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本发明的技术方案所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。
[0049]
本说明书中未做详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。