CN106989848B - 一种软包电池瞬时生热率的估算方法 - Google Patents

一种软包电池瞬时生热率的估算方法 Download PDF

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Abstract

一种软包电池瞬时生热率的估算方法,包括测量电池在绝热环境中某一充/放电倍率下的每秒温升数据；测量电池在绝热环境中某一充/放电倍率结束后的静置温降数据；根据每秒温升数据计算得到每秒存储生热功率q1；根据静置温降数据拟合得到对流换热系数h，计算出该环境充/放电过程中对应的每秒对流损失功率q2；将每秒存储生热功率q1和每秒对流损失功率q2，对应相加得到该工况下的每秒生热功率，然后进行多项式拟合得到瞬时生热率。本方法通过测量电池在静置过程中温度变化数据，便捷的计算出软包电池在充放电过程中的对流换热系数，将散失的热量均折合到对流换热系数上，可减小热量散失对测量造成的误差。

Description

一种软包电池瞬时生热率的估算方法
技术领域
本发明涉及一种软包电池瞬时生热率的估算方法,属于电池技术领域。
背景技术
随着动力电池的不断发展，软包电池以其成本低、比能量高等优点受到新能源汽车行业的青睐，而估算软包电池在充放电过程中的生热率的变化对于其进一步研究有重要意义。
目前有关动力电池生热功率的测试主要有：(1)利用绝热加速量热仪测量生热率，该方法花费较高；(2)测量电池的温升，将电池热量分为三部分，分别是电池与空气对流换热量、电池与外界辐射换热量以及自身剩余热量，如专利CN104569836A。这些主要得到的是电池在某一放电倍率下或变电流工况下的平均生热率，平均生热率不能表现出电池充/放电过程中生热过程的变化情况，且有的对流换热系数和辐射换热系数取值为经验值，在计算结果上可能会存在一定的误差。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术不足提供一种软包电池瞬时生热率的估算方法，以有效的估算软包电池在某一倍率充放电过程中的瞬时生热率。
本发明所述的一种软包电池瞬时生热率的估算方法，包括以下步骤：
(1)测量电池在绝热环境中某一充/放电倍率下的每秒温升数据，根据温升数据计算出电池在该倍率工况下的每秒存储生热功率q1；
温升数据计算如下式：
Tave＝(T1+T2+T3+T4+T5+T6)/6
其中T1+T2+T3+T4+T5+T6分别为不同布点处热电偶测出的温度，Tave是电池各测点的平均温度。
根据电池上述平均温度，拟合得到电池温度随时间变化的8次多项式，时间(t)为横坐标，温度(T)为纵坐标，即得到温度随时间变化的瞬时温度变化式：
T＝f(t)
根据上述拟合得到的电池温度随时间变化的8次多项式，对时间求导，计算得到在绝热环境中该工况下存储生热功率qs，公式如下：
qs＝cm(dT/dt)
其中，qs是存储生热功率，c是电池在该恒温箱温度下的比热容，m是电池的质量。
根据上述存储生热功率公式，以1秒为间隔，计算出每秒存储生热功率，记为q1。
(2)测量电池在绝热环境中某一充/放电倍率结束后的静置温降数据，根据静置温降数据通过对数曲线拟合，得到该环境下对流换热系数h；
(3)根据上述拟合得到的对流换热系数h，以及在绝热环境中某一充/放电倍率下的每秒温升数据，计算出该环境充/放电过程中对应的每秒对流损失功率q2；
根据牛顿冷却公式，算出从充/放电开始到充/放电结束期间每秒对流损失功率：
q2＝hA(T-T0)
其中，A是电池除去两端正负极耳的表面积，T是电池拟合瞬时温度，T0是电池初始温度，即恒温箱温度。
(4)将上述算出的每秒存储生热功率q1和每秒对流损失功率q2，对应相加得到该工况下的每秒生热功率，然后对每秒生热功率进行多项式拟合得到瞬时生热率。
将每秒存储生热功率与每秒对流损失功率相加，算出每秒生热功率：
q＝q1+q2
将每秒生热功率进行多项式拟合得出电池在恒温箱中某一放电倍率下的生热率随时间的变化曲线，即估算出瞬时生热率。
本发明的有益效果:本方法通过测量电池在静置过程中的温度变化数据，便捷的计算出软包电池在充放电过程中的对流换热系数，将散失的热量均折合到对流换热系数上，可以减小热量散失对测量造成的误差。本方法计算简单，精确度较高，能反应出软包电池在充放电过程中热量生成的情况，对研究电池充放电过程中的性能，改进电池生产工艺和设计具有一定的价值。因此，开发一种软包电池瞬时生热率的估算方法是十分有必要的。
附图说明
图1是本发明一个实施例的瞬时生热率的估算方法图；
图2是本发明一个实施例的瞬时生热率的装置图；
图中①是代表绝热材料，②代表软包电池，③是代表恒温箱；
图3a是软包电池外部热电偶的正面热电偶布置图；
图中②代表软包电池，④是代表热电偶、
图3b是软包电池外部热电偶的反面热电偶布置图；
图4是热电偶测得电池在某一环境温度下1C充/放电过程温升变化图，abc段代表充电过程和静置过程温度变化曲线，cde段代表放电过程和静置过程温度变化曲线；
图5是恒温箱某温度，得到的电池1C倍率充/放电瞬时生热率变化图；实线a代表充电过程瞬时生热率的变化曲线，虚线b代表放电过程瞬时生热率的变化曲线。
具体实施方式
本发明将通过以下实施例作进一步说明。
实施例
测量电池在绝热环境中某一倍率充电状态下的温升数据；
下表是恒温箱25℃、绝热1C充电倍率下，软包电池充电和静置过程的一段数据，时间是充电和静置开始的0-120s之间的，每隔2s记录。数据见下列各表。
温升数据计算如下式：
Tave＝(T1+T2+T3+T4+T5+T6)/6
其中T1、T2、T3、T4、T5、T6分别为不同布点处热电偶测出的温度，Tave是电池各测点的平均温度。
表1
根据充电温度数据Tave拟合得到8次多项式
T＝24.95737-0.00448*t+2.95545*10-5*t2-5.0774*10-8*t3+4.55974*10-11*t4-2.29266*10-14*t5+6.53804*10-18*t6-9.92018*10-22*t7+6.23364*10-26*t8
根据上述拟合得到的电池温度随时间变化的8次多项式，对时间求导，得到在绝热环境中该工况下存储生热功率qs公式
qs＝cm(dT/dt)
其中，qs是存储生热速功率，c是电池在该恒温箱温度下的比热容，m是电池的质量。
根据上述存储生热速功率公式，以2秒为间隔，计算出每秒存储生热功率，记为q1。
表2
根据表1静置温降随时间变化的数据，拟合得到指数函数表达式
根据公式：
2.26*10-4＝hA/cm
算出对流换热系数
h＝2.07(W/(m2·K))
根据得到电池温度随时间变化的8次多项式T＝f(t)，计算出从充电开始到充电结束，每1秒的电池温度，记为电池拟合瞬时温度，见表2。
根据牛顿冷却公式，算出从充/放电开始到充/放电结束期间每秒对流损失功率：
q2＝hA(T-T0)
其中，A是电池除去两端正负极耳的表面积，T电池拟合瞬时温度，T0是电池初始温度，即恒温箱温度。
然后根据从充电开始到充电结束期间，每秒生热功率等于每秒存储生热功率与每秒对流损失功率之和，算出每秒生热率：
q＝q1+q2
表3
计算出每一时间点的电池每秒生热功率，进而通过多项式拟合得出电池在恒温箱中某一倍率充电状态下的瞬时生热率随时间的变化曲线，具体见图5。
放电过程计算同上。

Claims (1)

1.一种软包电池瞬时生热率的估算方法,其特征在于包括以下步骤：
(1)测量电池在绝热环境中某一充/放电倍率下的每秒温升数据，根据温升数据计算出电池在该倍率工况下的每秒存储生热功率q1；
温升数据计算如下式：
Tave＝(T1+T2+T3+T4+T5+T6)/6
其中T1+T2+T3+T4+T5+T6分别为不同布点处热电偶测出的温度，Tave是电池各测点的平均温度；
根据电池上述平均温度，拟合得到电池温度随时间变化的8次多项式，时间(t)为横坐标，温度(T)为纵坐标，即得到温度随时间变化的瞬时温度变化式：
T＝f(t)
根据上述拟合得到的电池温度随时间变化的8次多项式，对时间求导，计算得到在绝热环境中该工况下存储生热功率qs，公式如下：
qs＝cm(dT/dt)
其中，qs是存储生热功率，c是电池在该恒温箱温度下的比热容，m是电池的质量；
根据上述存储生热功率公式，以1秒为间隔，计算出每秒存储生热功率，记为q1；
(2)测量电池在绝热环境中某一充/放电倍率结束后的静置温降数据，根据静置温降数据通过对数曲线拟合，得到该环境下对流换热系数h；
(3)根据上述拟合得到的对流换热系数h，以及在绝热环境中某一充/放电倍率下的每秒温升数据，计算出该环境充/放电过程中对应的每秒对流损失功率q2；
根据牛顿冷却公式，算出从充/放电开始到充/放电结束期间每秒对流损失功率：
q2＝hA(T-T0)
其中，A是电池除去两端正负极耳的表面积，T是电池拟合瞬时温度，T0是电池初始温度，即恒温箱温度；
(4)将上述算出的每秒存储生热功率q1和每秒对流损失功率q2，对应相加得到该工况下的每秒生热功率，然后对每秒生热功率进行多项式拟合得到瞬时生热率；
将每秒存储生热功率与每秒对流损失功率相加，算出每秒生热功率：
q＝q1+q2
将每秒生热功率进行多项式拟合得出电池在恒温箱中某一放电倍率下的生热率随时间的变化曲线，即估算出瞬时生热率。
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