[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

本發明公開了一種基于等溫量熱的鋰離子電池熵熱系數測量方法，首先根據所選待測電池的幾何尺寸，選擇柔性加熱器和勻熱塊，組裝后安裝在等溫量熱腔的上下兩塊熱沉之間。安裝溫度傳感器，并將待測電池與外部充放電設備相連。其次設定油浴溫度，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。然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和流經電池的電流。最后將系統時間常數、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。本發明提高了電池熵熱系數的測量效率，并保證了測量結果的準確性。

技術領域

本發明涉及電池熱特性檢測領域，具體涉及到一種基于等溫量熱的鋰離子電池熵熱系數測量方法。

背景技術

隨著全球范圍內的能源緊張，鋰離子電池以其能量密度大、輸出功率高、充放電壽命長、自放電小、綠色環保等優點在新能源領域應用廣泛^[1-2]。為保證電池系統安全運行，如何對電池熱失控問題進行防控，并建立全面且有效的電池安全管理系統，是當前亟待解決的難題^[3-5]。

只有根據電池在充放電過程中的產熱數據，才能更好地進行針對性的熱管理系統的設計。被多數學者所認可和使用的電池產熱模型是由Bernardi建立的^[6]，該模型將電池產熱分為兩部分，一部分是由電池內部的電化學反應而產生的可逆熵變產熱；另一部分是由于電池內阻而產生的不可逆熱。許多研究表明可逆熱對電池產熱量具有重要影響^[7-8]，因此在研究電池熱特性和設計電池安全管理系統時，需要將電池熵熱系數考慮在內。

目前，廣泛應用于電池熵熱系數測量的方法是平衡電勢法^[9]。平衡電勢法的原理是固定電池荷電狀態(SOC)改變電池所處環境溫度，并測量電池在不同溫度下的開路電壓。通過擬合電壓-溫度曲線，最終得到電池在此SOC下的熵熱系數。雖然此方法易于實現熵熱系數的測量，但是平衡電勢法在用于電池熵熱系數測量時，還存在一些不足。第一，單次只能測固定SOC下的熵熱系數且耗時較長。第二，由于電池本身的自放電效應，當測量時間較長時，會引入測量誤差。

參考文獻：

[1]Jorgensen K.Technologies for electric,hybrid and hydrogenvehicles:Electricity from renewable energy sources in transport[J].UtilitiesPolicy,16(2):72-79,2008.

[2]王青松，孫金華，何理.鋰離子電池安全性特點及熱模型研究[J].中國安全生產科學技術，03:19-21，2005.

[3]梁波.鋰離子電池安全性能研究[M].長沙：中南大學出版社，2014.

[4]溫泉，盛苗苗，董天哥.論新能源汽車鋰離子電池的安全問題[J].機械制造，2019，57(1)：55-56，93.

[5]高飛朱，艷麗，齊創，等.鋰離子電池安全事故激源淺析[J].電源技術，2019，43(3)：453-457.

[6]D.Bernardi,E.Pawlikowski,J.Newman.A General Energy Balance forBattery Systems[J].Journal of The Electrochemical Society,1985,132(1).

[7]Ralph E.Williford,Vilayanur V.Viswanathan,Ji-Guang Zhang.Effectsof entropy changes in anodes and cathodes on the thermal behavior of lithiumion batteries[J].Journal of Power Sources,2008,189(1).