全球首創(chuàng)——“儲熱-釋放”兩狀態(tài)法用于方形鋰電池導(dǎo)熱系數(shù)測定

       本文簡要介紹了仰儀科技與泰默檢測聯(lián)合開發(fā)的一種全新的“儲熱-釋放”兩狀態(tài)法在方形電池熱參數(shù)測試中的應(yīng)用。本方法有望填補該測試領(lǐng)域的行業(yè)空白，促進新能源汽車、儲能、消費電子、航空航天等行業(yè)鋰電池熱管理與安全設(shè)計技術(shù)的發(fā)展。 

1、背景介紹

為您提供精確、高效、安全的鋰電池熱測試體驗

鋰電池熱管理系統(tǒng)是提升電池穩(wěn)定性、安全性和有效使用生命周期的重要保障。熱管理設(shè)計與優(yōu)化離不開熱仿真分析技術(shù)，而熱仿真的可靠性不僅依賴于合理的模型，更需要準確的熱物性參數(shù)(導(dǎo)熱系數(shù)、比熱容、換熱系數(shù)等)作為輸入，導(dǎo)熱系數(shù)是其中最重要的參數(shù)之一。

由于缺乏有效測試方法與儀器，電池單體導(dǎo)熱系數(shù)測試尚未形成通用標準。其中，軟包電池測試存在一些可行的方法，如3D熱物性分析儀、穩(wěn)態(tài)法等[1]；而對于結(jié)構(gòu)更復(fù)雜的方形電池，在不拆解外殼的前提下仍然沒有有效測試手段，業(yè)內(nèi)大多使用經(jīng)驗值或原理模型進行估計。由于在新能源車、儲能等領(lǐng)域，方形電池的裝機量遠超軟包和圓柱電池，占比超過80%，因此開發(fā)方形電池導(dǎo)熱系數(shù)測試技術(shù)對于行業(yè)發(fā)展具有更重要的意義。

圖1 方形電池模組（簡化）溫度變化過程CFD仿真

2、測試原理

方形電池為具有典型核殼結(jié)構(gòu)的非均質(zhì)樣品。一方面，內(nèi)部卷芯與外部鋁殼之間的導(dǎo)熱系數(shù)差異巨大。殼體的熱屏蔽效應(yīng)將導(dǎo)致上文提及的幾種軟包測試方法失效；另一方面，卷芯與殼體之間的接觸熱阻也是影響單體傳熱的關(guān)鍵參數(shù)，需同時進行測試評估。

為解決不拆解狀態(tài)方形電池熱參數(shù)測量的問題，杭州泰默檢測技術(shù)有限公司開發(fā)了基于紅外熱像儀非接觸式測溫與非均質(zhì)傳熱模型反演的“儲熱-釋放”兩狀態(tài)測試方法，可通過一次實驗同時得到卷芯縱向與面向?qū)�熱系�?shù)，以及卷芯與殼體間的接觸熱阻。以下對測試方法做簡要介紹：

1）計算模型

為了在不改變電池傳熱規(guī)律的前提下簡化計算，如圖2所示，可將方形電池簡化為金屬外殼和內(nèi)部芯片兩部分組成的非均質(zhì)等效模型。其中芯體熱特性為正交各向異性；殼體為均質(zhì)，且已知其熱物性參數(shù)。

該非均質(zhì)模型的四個關(guān)鍵參數(shù)為：

芯體導(dǎo)熱系數(shù)：面向?qū)�熱系�?shù)kin、縱向?qū)�熱系�?shù)kcr；

接觸面換熱系數(shù)：芯體和殼體（大面）換熱系數(shù)hxy、芯體與殼體（冷卻面）換熱系數(shù)hyz；