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

圖2 鋰電池非均質(zhì)等效模型

2）測試方法

核心思想：模擬電池工作時電芯自發(fā)熱，并向殼體及冷板散熱的過程。殼體的散熱速率取決于芯體導(dǎo)熱系數(shù)與接觸熱阻，可通過觀測殼體溫度分布及動態(tài)變化計算待測熱參數(shù)。

如圖3a所示，實驗主要分為“儲熱”和“放熱”兩個階段。

（1）儲熱階段：將電池放置于溫度為T0的恒溫環(huán)境中，直至樣品達到熱平衡；

（2）放熱階段：開啟冷板內(nèi)冷卻水，使殼體冷卻面溫度從T0階躍變化為T1（T1<T0）, 同時利用紅外熱像儀記錄電池外殼最大面溫度場演變過程（如圖3b）。

將熱像儀記錄的空間與時間分布的溫度數(shù)據(jù)輸入非均質(zhì)傳熱模型進行反演，可計算得到方形鋰電池的4個熱參數(shù)（kin、kcr、htcx、htcz）。另外，利用上述參數(shù)，并基于仿真結(jié)果設(shè)定均質(zhì)模型等效評估條件，也可以計算得到方形電池等效面向?qū)�熱系�?shù)kin-uni與等效縱向?qū)�熱系�?shù)kcr-uni。

圖3 (a)測量系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖; (b)電池最大面溫度場演變過程示意圖

3、測試案例

以國內(nèi)某廠家提供的方形鋰電池作為樣品，按上文所述方法對試樣進行測試，實驗結(jié)果如圖4所示。

圖4 (a)方形鋰電池樣品；(b)非均質(zhì)傳熱模型仿真與測試溫度預(yù)測誤差；(c- f)電池?zé)釁��?shù)誤差曲線與測試結(jié)果

根據(jù)反演結(jié)果，該方形電池kin =17.4 W/(mK)、kcr=0.61 W/(mK)、htcx=1269 W/(m2K)、htc=584 W/(m2K), 同時誤差曲線表明本次反演方法對上述4個參數(shù)的靈敏度均較好，未出現(xiàn)明顯的彼此抵消影響問題（圖4c-f）；另一方面，根據(jù)預(yù)測誤差結(jié)果（圖4b），電池在10分鐘冷卻過程中縱向溫度分布的均方根誤差小于0.2℃，且大部分區(qū)域?qū)崟r誤差在0.2℃之內(nèi)，表明測得參數(shù)的準(zhǔn)確性較高。

4、結(jié)論

本文簡要介紹了“儲熱-釋放”兩狀態(tài)法在方形電池?zé)釁��?shù)測試中的應(yīng)用。本方法能夠填補該測試領(lǐng)域的行業(yè)空白，促進新能源汽車、儲能等行業(yè)鋰電池?zé)峁芾砼c安全設(shè)計技術(shù)的發(fā)展。

2S熱物性分析儀-TCA 2SC