CN107037077A - 锂离子电池比热容测定装置及测定方法 - Google Patents

锂离子电池比热容测定装置及测定方法 Download PDF

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陈鹏
任宁
李洪涛
孙延先
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    • G01N25/20Investigating or analyzing materials by the use of thermal means by investigating the development of heat, i.e. calorimetry, e.g. by measuring specific heat, by measuring thermal conductivity
    • GPHYSICS
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    • G01R31/36Arrangements for testing, measuring or monitoring the electrical condition of accumulators or electric batteries, e.g. capacity or state of charge [SoC]
    • G01R31/385Arrangements for measuring battery or accumulator variables
    • G01R31/3865Arrangements for measuring battery or accumulator variables related to manufacture, e.g. testing after manufacture

Abstract

本发明涉及蓄电池测试领域,目的是提供一种锂离子电池比热容测定装置及测定方法;一种锂离子电池比热容测定装置,包括:设有电池壳体和位于电池壳体中的叠芯的测定电池;所述的锂离子电池比热容测定装置还包括:套设在测定电池外且设有电加热器的绝热密闭容器,若干个温度测量仪;温度测量仪的测温头的一端插入叠芯的间隙中;测温头另一端设有一端穿出电池壳体和绝热密闭容器且与温度测量仪连接的引线。该锂离子电池比热容测定装置测定的比热容准确。锂离子电池比热容测定装置的测定方法能满足准确测定测定电池的比热容需要。

Description

锂离子电池比热容测定装置及测定方法
技术领域
[0001 ]本发明涉及蓄电池测试领域,尤其是一种锂离子电池比热容测定装置及测定方 法。
背景技术
[0002]锂离子电池比热容测试,为防止锂离子电池在充放电过程中因温升过高、热量累 积引发安全事故提供设计依据;锂离子电池在充放电过程中温度的分布是不均勾的,靠近 极耳处的电流密度、发热量和温升远大于远离极耳的位置;锂离子内部温度的不均勾性造 成局部电解液消耗过快、局部析锂严重、导致局部发生硬涨及循环出现跳水;中国专利申请 号CN201310736886.1的发明公开了一种锂离子电池比热容测试方法,包括:测量并记录电 池在不同S0C状态下的开路电压及表面温度,直至电池s〇C=0,对不同S0C状态下电池的开路 电压随表面温度变化的数据进行回归分析,得到电池的开路电压、开路电压温度系数与不 同放电时间的拟合关系式;利用该关系式计算对应放电时记录的各个时间点的开路电压、 开路电压温度系数;计算每一时间点的电池放电的发热功率并计算释放的热量值;根据放 电时间和放电倍率计算出相应时刻的S0C状态,即可得到不同SOC状态下的比热容。传统的 锂离子电池比热容测试方法通过测试锂离子电池的表面温度并通过计算得到比热容,由于 电池表面与电池内部叠芯的实际温度存在差异,所测得的比热容也存在一定的偏差,存在 测定的比热容不够准确的不足;因此,设计一种测定的比热容准确的锂离子电池比热容测 定装置及测定方法,成为亟待解决的问题。
发明内容
[0003]本发明的目的是为了克服目前的锂离子电池比热容测试方法通过测试锂离子电 池的表面温度并通过计算得到比热容,存在测定的比热容不够准确的不足,提供一种测定 的比热容准确的锂离子电池比热容测定装置。
[0004] 本发明的具体技术方案是: 一种锂离子电池比热容测定装置,包括:设有电池壳体和位于电池壳体中的叠芯的测 定电池;所述的锂离子电池比热容测定装置还包括:套设在测定电池外且设有电加热器的 绝热密闭容器,若干个温度测量仪;温度测量仪的测温头的一端插入叠芯的间隙中;测温头 另一端设有一端穿出电池壳体和绝热密闭容器且与温度测量仪连接的引线。锂离子电池比 热容测定装置的测定电池置于绝热密闭容器中并通过电加热器以恒定功率加热,若干个温 度测量仪的测温头的一端插入叠芯的间隙中并分别进行测温,当各温度测量仪显示的温度 相同时读取温度数,测量伩显示的温度数减去环境温度数得到测定电池的准确温升值,并 通过计算公式计算得到准确的测定电池的比热容。该锂离子电池比热容测定装置测定的比 热容准确。
[0005]作为优选,所述的温度测量仪有五个;第一个温度测量仪的测温头位于测定电池 的左上部;第二个温度测量仪的测温头位于测定电池的右上部;第三个温度测量仪的测温 头位于测定电池的中部;第四个温度测量仪的测温头位于测定电池的左下部;第五个温度 测量仪的测温头位于测定电池的右下部。五个温度测量仪的测温头分别位于测定电池的左 上部、右上部、中部、左下部和右下部,利于提高测定准确度。
[0006]作为优选,所述的绝热密闭容器包括:外壳,设于外壳内侧的绝热层;电加热器为 设于绝热层中的电热丝。绝热密闭容器的电加热器为设于绝热层中的电热丝,结构紧凑且 加热效果好。
[0007] 作为优选,所述的温度测量仪为热电偶或热敏电阻测温仪;测温头的厚度与叠芯 间隙的厚度匹配;测温头插入叠芯间隙中的面积为1mm2至9mm2。温度测量仪为热电偶或热 敏电阻测温仪,感温时间少,测温精度较高,灵敏度高且稳定性好;测温头插入叠芯间隙中 的面积为1mm2至9腕2提高测温精度。
[0008]作为优选,所述的引线包覆有绝缘保护层;绝缘保护层为聚全氟乙烯或聚全氟乙 丙烯。绝缘保护层保护引线不受损伤且提高测温精度;绝缘保护层为聚全氟乙烯或聚全氟 乙丙烯耐温性好且强度较高。
[0009]作为优选,所述的绝热层的材料为气凝胶毡或玻璃纤维。绝热性好。
[0010] —种锂离子电池比热容测定装置的测定方法,步骤一,在测定电池制作过程中,将 若干个设有温度测量仪的测温头分别插入叠芯的间隙中,引线一端穿出电池壳体外;步骤 二,测定电池进行烘烤,注液,封装后,将封装好的测定电池进行预充,老化,分容,并对测定 电池进行称重获取测定电池的重量;步骤三,将测定电池放入绝热密闭容器中,引线一端穿 出绝热密闭容器外且与温度测量仪连接;步骤四,电加热器通电并以恒定功率加热,电加热 器的恒定加热功率与测定电池的额定功率之比为:1:0.4至0.6,加热时间为10 min至 30min,若干个温度测量伩设有的测温头分别进行测温,当各温度测量仪显示的温度相同时 读取温度数,测量仪显示的温度数减去环境温度数得到测定电池的温升值;步骤五,通过计 算公式:电池比热容=(恒定加热功率*加热时间)/(测定电池重量*电池温升),经计算后得 到测定电池的比热容。锂离子电池比热容测定装置的的测定方法能满足准确测定测定电池 的比热容需要。
[0011]与现有技术相比,本发明的有益效果是:该锂离子电池比热容测定装置测定的比 热容准确。五个温度测量仪的测温头分别位于测定电池的左上部、右上部、中部、左下部和 右下部,利于提闻测定准确度。绝热密闭容器的电加热器为设于绝热层中的电热丝,结构紧 凑且加热效果好。温度测量仪为热电偶或热敏电阻测温仪,感温时间少,测温精度较高,灵 敏度高且稳定性好;测温头插入叠芯间隙中的面积为lmm2至9mm2提高测温精度。绝缘保护 层保护引$不受损伤且提高测温精度;绝缘保护层为聚全氟乙烯或聚全氟乙丙烯耐温性好 且强度较高。绝热层的材料为气凝胶毡或玻璃纤维。绝热性好。锂离子电池比热容测定装置 的的测定方法能满足准确测定测定电池的比热容需要。
附图说明
[0012]图1是本发明的一种结构示意图。 _3]图中:电池壳体丨、叠芯2、测定电池3、绝热密闭容器4、温度测量仪5、测温头6、间隙 7、引线8、外壳9、绝热层10、电热丝11、绝缘保护层12。
具体实施方式
[0014] 下面结合附图所示对本发明进行进一步描述。
[0015] 如附图1: 一种锂离子电池比热容测定装置,包括:设有电池壳体1和位于电池壳体 1中的叠芯2的测定电池3;所述的锂离子电池比热容测定装置还包括:套设在测定电池3外 且设有电加热器的绝热密闭容器4,若干个温度测量仪5;温度测量仪5的测温头6的一端插 入叠芯2的间隙7中;测温头6另一端设有一端穿出电池壳体1和绝热密闭容器4且与温度测 量仪5连接的引线8。
[0016] 本实施例中,所述的温度测量仪5有五个;第一个温度测量仪5的测温头6位于测定 电池3的左上部;第二个温度测量仪5的测温头6位于测定电池3的右上部;第三个温度测量 仪5的测温头6位于测定电池3的中部;第四个温度测量仪5的测温头6位于测定电池3的左下 部;第五个温度测量仪5的测温头6位于测定电池3的右下部。
[0017] 所述的绝热密闭容器4包括:外壳9,设于外壳9内侧的绝热层10;电加热器为设于 绝热层10中的电热丝11。
[0018]所述的温度测量仪5为热电偶;测温头6的厚度与叠芯2间隙7的厚度过渡配合;测 温头6插入叠芯2间隙7中的面积为5mm2。
[0019] 所述的引线8包覆有绝缘保护层12;绝缘保护层为聚全氟乙烯。
[0020] 所述的绝热层10的材料为气凝胶毡。
[0021] 一种锂离子电池比热容测定装置的测定方法,步骤一,在测定电池3制作过程中, 将五个设有温度测量仪5的测温头6分别插入叠芯2的间隙7中,引线8—端穿出电池壳体1 夕卜;本实施例中,第一个温度测量仪5的测温头6位于测定电池3的左上部;第二个温度测量 仪5的测温头6位于测定电池3的右上部;第三个温度测量仪5的测温头6位于测定电池3的中 部;第四个温度测量仪5的测温头6位于测定电池3的左下部;第五个温度测量仪5的测温头6 位于测定电池3的右下部。步骤二,测定电池3进行烘烤,注液,封装后,将封装好的测定电池 3进行预充,老化,分容,并对测定电池3进行称重获取测定电池3的重量;步骤三,将测定电 池3放入绝热密闭容器4中,引线8—端穿出绝热密闭容器4外且与温度测量仪5连接;步骤 四,电加热器通电并以恒定功率加热,电加热器的恒定加热功率与测定电池3的额定功率之 比为:1:0• 4至0.6,加热时间为lOmin至30min,五个温度测量仪5设有的测温头6分别进行 测温,当各温度测量仪5显示的温度相同时读取温度数,测量仪显示的温度数减去环境温度 数得到测定电池3的温升值;步骤五,通过计算公式:电池比热WjAkg • °C = (恒定加热功率 W *加热时间min)/(测定电池3重量g*电池温升°0,经计算后得到测定电池3的比热容。 [0022] 锂离子电池比热容测定装置的测定实例1,测定电池3为镍钴锰三元/石墨软包电 池,重量为497g,测定电池3的额定功率为2〇W,电加热器的恒定加热功率为10W,加热时间 lOmin,当五个温度测量仪5显示的温度相同时读取温度数,测量仪显示的温度数减去环境 温度数得到测定电池3的温升为le.sr,通过计算公式计算后得到镍钴锰三元/石墨锂电池 比热容为718.6jAkg • °〇。
[0023] 锂离子电池比热容测定装置的测定实例2,测定电池3为磷酸铁锂/石墨软包电池, 重量为1045g,测定电池3的额定功率为2〇W,电加热器的恒定加热功率为10W,加热时间 20min,当五个温度测量仪5显示的温度相同时读取温度数,测量仪显示的温度数减去环境 温度数得到测定电池3的温升为9.2°C,通过计算公式计算后得到磷酸铁锂/石墨软包电池 比热容为1248jAkg •。〇。
[0024] 本发明的有益效果是:该锂离子电池比热容测定装置测定的比热容准确。五个温 度测量仪的测温头分别位于测定电池的左上部、右上部、中部、左下部和右下部,利于提高 测定准确度。绝热密闭容器的电加热器为设于绝热层中的电热丝,结构紧凑且加热效果好。 温度测量仪为热电偶或热敏电阻测温伩,感温时间少,测温精度较高,灵敏度高且稳定性 好;测温头插入叠芯间隙中的面积为lmm2至9mm2提高测温精度。绝缘保护层保护引线不受 损伤且提高测温精度;绝缘保护层为聚全氟乙烯或聚全氟乙丙烯耐温性好且强度较高。绝 热层的材料为气凝胶毡或玻璃纤维。绝热性好。锂离子电池比热容测定装置的的测定方法 能满足准确测定测定电池的比热容需要。
[0025]本发明可改变为多种方式对本领域的技术人员是显而易见的,这样的改变不认为 脱离本发明的范围。所有这样的对所述领域的技术人员显而易见的修改,将包括在本权利 要求的范围之内。

Claims (7)

1. 一种锂离子电池比热容测定装置,包括:设有电池壳体和位于电池壳体中的叠芯的 测定电池;其特征是,所述的锂离子电池比热容测定装置还包括:套设在测定电池外且设有 电加热器的绝热密闭容器,若干个温度测量仪;温度测量仪的测温头的一端插入叠芯的间 隙中;测温头另一端设有一端穿出电池壳体和绝热密闭容器且与温度测量仪连接的引线。
2. 根据权利要求1所述的锂离子电池比热容测定装置,其特征是,所述的温度测量伩有 五个;第一个温度测量仪的测温头位于测定电池的左上部;第二个温度测量仪的测温头位 于测定电池的右上部;第三个温度测量仪的测温头位于测定电池的中部;第四个温度测量 仪的测温头位于测定电池的左下部;第五个温度测量仪的测温头位于测定电池的右下部。
3. 根据权利要求1所述的锂离子电池比热容测定装置,其特征是:所述的绝热密闭容器 包括:外壳,设于外壳内侧的绝热层;电加热器为设于绝热层中的电热丝。
4. 根据权利要求1或2或3所述的锂离子电池比热容测定装置,其特征是,所述的温度测 量仪为热电偶或热敏电阻测温仪;测温头的厚度与叠芯间隙的厚度匹配;测温头插入叠芯 间隙中的面积为lmm2至9議2 〇
5. 根据权利要求1或2或3所述的锂离子电池比热容测定装置,其特征是,所述的引线包 覆有绝缘保护层;绝缘保护层为聚全氟乙烯或聚全氟乙丙烯。
6. 根据权利要求5所述的锂离子电池比热容测定装置,其特征是:所述的绝热层的材料 为气凝胶毡或玻璃纤维。
7. —种锂离子电池比热容测定装置的测定方法,其特征是,所述的锂离子电池比热容 测定装置具有权利要求1至权利要求6所述的锂离子电池比热容测定装置的限定结构;步骤 一,在测定电池制作过程中,将若干个设有温度测量仪的测温头分别插入叠芯的间隙中,弓丨 线一端穿出电池壳体外;步骤二,测定电池进行烘烤,注液,封装后,将封装好的测定电池进 行预充,老化,分容,并对测定电池进行称重获取测定电池的重量;步骤三,将测定电池放入 绝热密闭容器中,引线一端穿出绝热密闭容器外且与温度测量仪连接;步骤四,电加热器通 电并以恒定功率加热,电加热器的恒定加热功率与测定电池的额定功率之比为:1:0.4至 〇.6,加热时间为10 min至30min,若干个温度测量仪设有的测温头分别进行测温,当各温 度测量仪显示的温度相同时读取温度数,测量仪显示的温度数减去环境温度数得到测定电 池的温升值;步骤五,通过计算公式:电池比热容J/(kg. °C = (恒定加热功率W *加热时间 min)/(测定电池重量g*电池温升°C),经计算后得到测定电池的比热容。
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