[發明專利]一種基于等溫量熱的鋰離子電池熵熱系數測量方法

在審

• 申請號: 202211222859.8
• 申請日: 2022-10-08
• 公開（公告）號: CN115453391A
• 公開（公告）日: 2022-12-09
• 發明（設計）人: 葉樹亮;張兵;許金鑫;丁炯
• 申請（專利權）人: 中國計量大學
• 主分類號: G01R31/385
• 分類號: G01R31/385;G01K17/00;G06F17/14
• 代理公司: 杭州奧創知識產權代理有限公司 33272
• 代理人: 王佳健

1.一種基于等溫量熱的鋰離子電池熵熱系數測量方法，其特征在于包括如下具體步驟：

步驟1，根據待測電池的幾何尺寸，選擇對應相同尺寸的柔性加熱器和勻熱塊；

步驟2，從上至下按照勻熱塊、柔性加熱器、待測電池、柔性加熱器和勻熱塊的順序結構安裝在等溫量熱腔的上下兩塊熱沉之間；

在上下勻熱塊貼近電池側的溝槽中和電池側面安裝溫度傳感器，并將待測電池與外部充放電設備相連；

安裝完成后將等溫量熱腔密封；

步驟3，啟動電池等溫量熱儀，設定油浴溫度；

步驟4，待量熱腔溫度穩定后，將外部充放電設備設置為恒流放電模式并啟動，記錄該過程中的電池產熱功率變化，求得系統時間常數；

步驟5，獲得系統時間常數后，將外部充放電設備設置為脈沖充放電模式并啟動，記錄該過程中電池產熱功率變化、電池溫度變化和流經電池的電流；

步驟6，將測得的系統時間常數、電池產熱功率、流經電池的電流和電池溫度進行傅里葉分析和修正計算，得到電池熵熱系數。

2.根據權利要求1所述的一種基于等溫量熱的鋰離子電池熵熱系數測量方法，其特征在于：步驟3中若量熱腔內溫度低于室溫，對量熱腔進行干燥氣體置換：量熱腔密封后，將外部干燥氣源連接至進氣閥，依次打開量熱腔上進氣閥和出氣閥，并根據量熱腔壁上氣體流量計顯示的氣體流速調整氣體置換時間，氣體置換過程中，若腔內氣壓過大，則打開泄壓閥；置換完成后將進氣閥、出氣閥和泄壓閥關閉。

3.根據權利要求1所述的一種基于等溫量熱的鋰離子電池熵熱系數測量方法，其特征在于：在步驟5中，啟動外部充放電設備后，外部充放電設備提供給電池固定頻率、固定幅值且正負對稱的方波電流。

4.根據權利要求1所述的一種基于等溫量熱的鋰離子電池熵熱系數測量方法，其特征在于：步驟6中還包括根據電池產熱基波分量的相位判斷熵熱系數的正負。

5.根據權利要求4所述的一種基于等溫量熱的鋰離子電池熵熱系數測量方法，其特征在于：所述電池產熱基波分量的相位由公式(10)和公式(11)計算：

其中，為電池產熱基波分量的相位，為修正相位，為量熱儀測量出的產熱基波分量的相位，τ為系統時間常數，f為方波電流頻率，ω為角頻率；

相位的范圍為-180°～180°，當電流的基波分量相位與電池產熱的基波分量相位相差在-90°～90°范圍內時，電池熵熱系數為正；否則，電池熵熱系數為負。

6.根據權利要求1所述的一種基于等溫量熱的鋰離子電池熵熱系數測量方法，其特征在于：還包括電池熵熱系數由式(5)得出：

其中，Q₍₁₎是電池產熱基波分量，T是電池絕對溫度，I₍₁₎是輸入電流基波分量；

在實際使用電池等溫量熱儀對電池產熱功率進行測量時，量熱儀測量出的功率Q_h與電池產熱功率Q成一階動態響應關系，如式(6)所示：

t為系統時間常數，為電池熱容C與電池與加熱片之間的熱阻R的乘積。可通過對恒流放電的電池產熱數據進行擬合求出，t為時間；

將式(6)進行傅里葉變換，并求取幅值得到式(8)：

式中ω為角頻率，|Q(jω)|為不同角頻率下電池產熱功率分量，|Q_h(jω)|為不同角頻率下量熱儀測量出的電池產熱功率分量；

由式(5)和式(8)得出式(9)，計算電池熵熱系數：

其中，f為方波電流頻率，Q_h(1)為量熱儀所測產熱功率的基波分量。