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動(dòng)力電池發(fā)熱量獲取三種方法

2022-01-25 09:36:46·  來(lái)源：新能源熱管理技術(shù)  
　
在動(dòng)力電池的仿真過(guò)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(guò)如下3種方法：A、ARC測(cè)試
在動(dòng)力電池的仿真過(guò)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(guò)如下3種方法：
A、ARC測(cè)試，數(shù)據(jù)準(zhǔn)確，具備測(cè)試條件。但測(cè)試準(zhǔn)確度對(duì)比熱容測(cè)試的結(jié)果準(zhǔn)確度依賴性很大，，且標(biāo)準(zhǔn)塊的測(cè)試誤差達(dá)到5%。因絕熱環(huán)境電池溫升較大，測(cè)試數(shù)據(jù)會(huì)偏低。
B、Bernardi理論計(jì)算數(shù)據(jù)相對(duì)較準(zhǔn)確，已比較成熟，但需要實(shí)測(cè)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(cè)試周期較長(zhǎng)。
C、RC模型計(jì)算，但若可以建立準(zhǔn)確的RC模型，就可以實(shí)現(xiàn)各種工況的產(chǎn)熱模擬。
本文主要針對(duì)第一種方式測(cè)試50Ah三元電芯的發(fā)熱量，測(cè)試如下：

1 電池單體發(fā)熱量測(cè)試方法及要求

  • 預(yù)處理循環(huán)
正式測(cè)試開(kāi)始前，動(dòng)力電池單體需要先進(jìn)行預(yù)處理循環(huán)。預(yù)處理循環(huán)在25℃環(huán)境艙進(jìn)行，其步驟如下：
①以1C或按照制造商推薦的充電機(jī)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(jī)制放電至制造商規(guī)定的放電截至條件；
④靜置30min；
⑤重復(fù)步驟①至步驟④5次。
如果測(cè)試過(guò)程中連續(xù)兩次的放電容量變化不高于額定5%，則認(rèn)為測(cè)試樣品完成了預(yù)處理，否則需要更換測(cè)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(cāng)進(jìn)行電池狀態(tài)初始化：
① 對(duì)于放電生熱功率測(cè)試，在環(huán)境倉(cāng)內(nèi)對(duì)電池進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)充電至滿電狀態(tài)（100%SOC）；
② 對(duì)于充電生熱功率測(cè)試，在環(huán)境倉(cāng)內(nèi)對(duì)電池進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)放電至空電狀態(tài)（0%SOC）；
  • 電池單體放電過(guò)程生熱功率測(cè)試
準(zhǔn)備3個(gè)動(dòng)力電池單體，并按照如下步驟進(jìn)行放電過(guò)程生熱功率測(cè)試：
① 儀器校準(zhǔn)和漂移測(cè)試：確保儀器已校準(zhǔn)。如因環(huán)境溫度變化較大或者試驗(yàn)結(jié)果偏差太大，需要對(duì)進(jìn)行儀器重新校準(zhǔn)和漂移測(cè)試。
② 將試驗(yàn)樣品與充放電設(shè)備進(jìn)行連接，在試驗(yàn)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(yàn)樣品置于加速量熱儀的絕熱倉(cāng)內(nèi)鋁制架上，封閉絕熱倉(cāng)；
圖1 溫度傳感器位置示意圖
③ 試驗(yàn)樣品按照步驟8.1進(jìn)行充電預(yù)處理循環(huán)，按8.2進(jìn)行電池狀態(tài)初始化，開(kāi)啟設(shè)備，保證試驗(yàn)樣品處于絕熱環(huán)境，設(shè)置等待時(shí)間，并按照步驟7.2.4靜置；
④ 設(shè)定加速量熱儀參數(shù)：設(shè)定試驗(yàn)?zāi)繕?biāo)溫度，終止溫度為T(mén)max1，溫升靈敏度為0.02℃/min，數(shù)據(jù)采集時(shí)間間隔為30s或樣品溫度變化1℃；開(kāi)啟程序，保證試驗(yàn)樣品處于絕熱環(huán)境；
⑤ 絕熱環(huán)境中，待試驗(yàn)樣品和腔體內(nèi)溫度達(dá)到目標(biāo)溫度，試驗(yàn)樣品開(kāi)始以0.1C電流恒流放電；若放電過(guò)程中，試驗(yàn)樣品的表面溫度達(dá)到Tmax1，則試驗(yàn)結(jié)束；若放電結(jié)束時(shí)，試驗(yàn)樣品的表面溫度未達(dá)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(yàn)；
⑥ 重復(fù)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(guò)程中試驗(yàn)樣品的表面溫度和溫升速率（℃/min），測(cè)試結(jié)束后，按照P=Cp mΔT/t分別計(jì)算試驗(yàn)樣品在不同倍率和不同溫度下放電過(guò)程的生熱功率P（W）（例如，試驗(yàn)樣品以0.1C進(jìn)行恒流放電，溫度由20℃升至25℃計(jì)算得到的P，記為20℃溫度下0.1C放電過(guò)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(guò)程生熱功率測(cè)試
準(zhǔn)備3個(gè)動(dòng)力電池單體，并按照如下步驟進(jìn)行充電過(guò)程生熱功率測(cè)試：
① 對(duì)試驗(yàn)樣品的質(zhì)量進(jìn)行測(cè)量，記作質(zhì)量m（kg）；
② 將試驗(yàn)樣品與充放電設(shè)備進(jìn)行連接，在試驗(yàn)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(yàn)樣品懸掛于加速量熱儀的絕熱倉(cāng)內(nèi)，封閉絕熱倉(cāng)；
③ 試驗(yàn)樣品按照步驟8.1進(jìn)行充電預(yù)處理循環(huán)，按8.2進(jìn)行電池狀態(tài)初始化，開(kāi)啟設(shè)備，保證試驗(yàn)樣品處于絕熱環(huán)境，設(shè)置等待時(shí)間，并按照步驟7.2.4靜置；
④ 設(shè)定加速量熱儀參數(shù)：設(shè)定試驗(yàn)?zāi)繕?biāo)溫度，終止溫度為T(mén)max2，溫升靈敏度為0.02℃/min，數(shù)據(jù)采集時(shí)間間隔為30s或樣品溫度變化1℃；開(kāi)啟程序，保證試驗(yàn)樣品處于絕熱環(huán)境；
⑤ 絕熱環(huán)境中，待試驗(yàn)樣品和腔體內(nèi)溫度達(dá)到目標(biāo)溫度，試驗(yàn)樣品以0.1C電流恒流充電；若充電結(jié)束時(shí)，試驗(yàn)樣品的表面溫度達(dá)到Tmax2，則試驗(yàn)結(jié)束；若充電結(jié)束時(shí)，試驗(yàn)樣品的表面溫度未達(dá)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(fù)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(guò)程中試驗(yàn)樣品的表面溫度和溫升速率（℃/min），測(cè)試結(jié)束后根據(jù)Q=Cp* m*ΔT/t分別計(jì)算試驗(yàn)樣品在不同倍率下充電過(guò)程的生熱功率P（W）（例如，試驗(yàn)樣品以0.1C進(jìn)行充電，溫度由20℃升至25℃計(jì)算得到的P，記為20℃下0.1C充電過(guò)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(cè)試結(jié)果：
放電生熱功率試驗(yàn)結(jié)果：按照P=Cp mΔT/t 計(jì)算試驗(yàn)樣品在1C放電過(guò)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(xiě)，測(cè)試結(jié)果6.14W.
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