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動力電池發(fā)熱量獲取三種方法

2022-01-25 09:36:46·  來源：新能源熱管理技術  
　
在動力電池的仿真過程，電芯不同工況的發(fā)熱量是仿真的必不可少的邊界條件。那么如何確定電芯在不同工況下的發(fā)熱量，目前行業(yè)內(nèi)主要通過如下3種方法：A、ARC測試
在動力電池的仿真過程，電芯不同工況的發(fā)熱量是仿真的必不可少的邊界條件。那么如何確定電芯在不同工況下的發(fā)熱量，目前行業(yè)內(nèi)主要通過如下3種方法：
A、ARC測試，數(shù)據(jù)準確，具備測試條件。但測試準確度對比熱容測試的結(jié)果準確度依賴性很大，，且標準塊的測試誤差達到5%。因絕熱環(huán)境電池溫升較大，測試數(shù)據(jù)會偏低。
B、Bernardi理論計算數(shù)據(jù)相對較準確，已比較成熟，但需要實測的數(shù)據(jù)較多，包括工況數(shù)據(jù)，OCV數(shù)據(jù)，DE/DT數(shù)據(jù)，測試周期較長。
C、RC模型計算，但若可以建立準確的RC模型，就可以實現(xiàn)各種工況的產(chǎn)熱模擬。
本文主要針對第一種方式測試50Ah三元電芯的發(fā)熱量，測試如下：

1 電池單體發(fā)熱量測試方法及要求

  • 預處理循環(huán)
正式測試開始前，動力電池單體需要先進行預處理循環(huán)。預處理循環(huán)在25℃環(huán)境艙進行，其步驟如下：
①以1C或按照制造商推薦的充電機制充電至制造商規(guī)定的充電截止條件；
②靜置30min；
③使用1C或按照制造商推薦的放電機制放電至制造商規(guī)定的放電截至條件；
④靜置30min；
⑤重復步驟①至步驟④5次。
如果測試過程中連續(xù)兩次的放電容量變化不高于額定5%，則認為測試樣品完成了預處理，否則需要更換測試樣品。
  • 電池狀態(tài)初始化
電池放入絕熱加速量熱儀之前，在25℃環(huán)境倉進行電池狀態(tài)初始化：
① 對于放電生熱功率測試，在環(huán)境倉內(nèi)對電池進行標準充電至滿電狀態(tài)（100%SOC）；
② 對于充電生熱功率測試，在環(huán)境倉內(nèi)對電池進行標準放電至空電狀態(tài)（0%SOC）；
  • 電池單體放電過程生熱功率測試
準備3個動力電池單體，并按照如下步驟進行放電過程生熱功率測試：
① 儀器校準和漂移測試：確保儀器已校準。如因環(huán)境溫度變化較大或者試驗結(jié)果偏差太大，需要對進行儀器重新校準和漂移測試。
② 將試驗樣品與充放電設備進行連接，在試驗樣品的外表面的幾何中心處（如圖1）粘貼溫度傳感器，將連接好的試驗樣品置于加速量熱儀的絕熱倉內(nèi)鋁制架上，封閉絕熱倉；
圖1 溫度傳感器位置示意圖
③ 試驗樣品按照步驟8.1進行充電預處理循環(huán)，按8.2進行電池狀態(tài)初始化，開啟設備，保證試驗樣品處于絕熱環(huán)境，設置等待時間，并按照步驟7.2.4靜置；
④ 設定加速量熱儀參數(shù)：設定試驗目標溫度，終止溫度為Tmax1，溫升靈敏度為0.02℃/min，數(shù)據(jù)采集時間間隔為30s或樣品溫度變化1℃；開啟程序，保證試驗樣品處于絕熱環(huán)境；
⑤ 絕熱環(huán)境中，待試驗樣品和腔體內(nèi)溫度達到目標溫度，試驗樣品開始以0.1C電流恒流放電；若放電過程中，試驗樣品的表面溫度達到Tmax1，則試驗結(jié)束；若放電結(jié)束時，試驗樣品的表面溫度未達到Tmax1，繼續(xù)以0.1C電流恒流放電至規(guī)定的放電截止電壓，停止試驗；
⑥ 重復步驟③~⑤，其中，步驟⑤放電電流分別依次為0.1C、0.3C、0.5C、0.7C、1.0C和Imax1；
⑦ 記錄放電過程中試驗樣品的表面溫度和溫升速率（℃/min），測試結(jié)束后，按照P=Cp mΔT/t分別計算試驗樣品在不同倍率和不同溫度下放電過程的生熱功率P（W）（例如，試驗樣品以0.1C進行恒流放電，溫度由20℃升至25℃計算得到的P，記為20℃溫度下0.1C放電過程的生熱量，將數(shù)據(jù)記錄結(jié)果和數(shù)據(jù)處理結(jié)果填至附錄表A1中。
  • 電池單體充電過程生熱功率測試
準備3個動力電池單體，并按照如下步驟進行充電過程生熱功率測試：
① 對試驗樣品的質(zhì)量進行測量，記作質(zhì)量m（kg）；
② 將試驗樣品與充放電設備進行連接，在試驗樣品的外表面的幾何中心處（如圖1）粘貼溫度傳感器，將連接好的試驗樣品懸掛于加速量熱儀的絕熱倉內(nèi)，封閉絕熱倉；
③ 試驗樣品按照步驟8.1進行充電預處理循環(huán)，按8.2進行電池狀態(tài)初始化，開啟設備，保證試驗樣品處于絕熱環(huán)境，設置等待時間，并按照步驟7.2.4靜置；
④ 設定加速量熱儀參數(shù)：設定試驗目標溫度，終止溫度為Tmax2，溫升靈敏度為0.02℃/min，數(shù)據(jù)采集時間間隔為30s或樣品溫度變化1℃；開啟程序，保證試驗樣品處于絕熱環(huán)境；
⑤ 絕熱環(huán)境中，待試驗樣品和腔體內(nèi)溫度達到目標溫度，試驗樣品以0.1C電流恒流充電；若充電結(jié)束時，試驗樣品的表面溫度達到Tmax2，則試驗結(jié)束；若充電結(jié)束時，試驗樣品的表面溫度未達到Tmax2，繼續(xù)以0.1C恒流充電至規(guī)定的充電截止條件，
⑥ 重復步驟③~⑤，其中，步驟⑤充電電流分別依次為0.1C、0.3C、0.5C、0.7C、1.0C和Imax2。
⑦ 記錄充電過程中試驗樣品的表面溫度和溫升速率（℃/min），測試結(jié)束后根據(jù)Q=Cp* m*ΔT/t分別計算試驗樣品在不同倍率下充電過程的生熱功率P（W）（例如，試驗樣品以0.1C進行充電，溫度由20℃升至25℃計算得到的P，記為20℃下0.1C充電過程的生熱量，將數(shù)據(jù)記錄結(jié)果和數(shù)據(jù)處理結(jié)果填至附錄表A2中。
  • 測試結(jié)果：
放電生熱功率試驗結(jié)果：按照P=Cp mΔT/t 計算試驗樣品在1C放電過程的生熱功率5.88W,由于篇幅的原因，電池在充電的發(fā)熱功率就詳寫，測試結(jié)果6.14W.
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