CN108008308A - 一种锂离子电池发热量的测试系统和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明揭示了一种锂离子电池发热量的测试系统，系统设有用于与待测试的锂离子电池连接的电池充放电柜，所述的锂离子电池放置于冷却液浴槽内，所述冷却液浴槽的侧壁为相互连通的空腔结构，所述冷却液浴槽的两端分别与两个冷却液水管连通，两个所述冷却液水管分别连接水冷机的进水口和出水口。本发明能够精确的测量锂离子电池在特定温度下的发热量，并且测试过程中发热量并不是电池在某个特定温度下的发热量，此外利用特制的水浴槽，能够很好的确保电池的温度始终维持在设定的温度，从而达到精确测量电池特定温度下的发热量的目的。
Description
技术领域
本发明属于电池技术领域，具体涉及一种锂离子电池发热量的测试领域。
背景技术
在能源危机与环境污染的双重压力下，汽车动力系统电动化逐渐成为未来汽车的技术发展主流。汽车动力系统电动化的主要特征之一即使用动力电池作为汽车主要的能量供给来源。
在锂离子动力电池的使用及储存过程中，温度对电池的性能、寿命、安全性都有重要影响。首先，锂离子电池的温度影响其能量与功率性能。温度较低时，电池的内阻明显增大，电池的可用能量和功率大大降低。其次，锂离子电池的工作或者存放温度影响其使用寿命，电池的适宜工作温度在10℃～30℃之间。过高的温度会加速电池内部的副反应，在过低的温度下充电，可能引发电池内部析锂，产生安全隐患。
限于我国各地区不同季度的温度条件，电动汽车动力电池需要经受高、低温度等比较恶劣的环境影响，将缩短电池使用寿命、降低电池性能。因此在动力电池系统开发时需要考虑其热性能，其热设计时需要评估电在各种温度和充放电边界条件下，电池系统的温度表现。
目前，为了加快项目开发进度，通常会引入热仿真技术，即通过计算机模拟得到电池系统的温度场信息，这其中一个重要输入就是电池本身的发热量。目前行业内通用的做法是通过内阻公式Q＝I2×r或者加速绝热量热仪(ARC)得到。但内阻公式中的内阻r值会随电流脉冲时间变化而变化，业内通常取的10s放电内阻计算出来的发热量要比电池的实际发热量小，另外，电池的内阻r会随电池的荷电状态变化而变化，很难确定取哪个荷电状态的值比较合理。运用加热绝热量热仪确实可以较准确的测得电池的发热量，但在电池放电的过程中，电池的温度是一直处于上升的状态，用此方法测出来的发热量并不是电池在某个特定温度下的发热量，用此方法测得的数据也很难在热仿真分析中输入模型中。
因此，迫切需要一种能精确测量锂离子电池在特定温度下发热量方法，以达到在热仿真模型中准确输入电池发热量的目的。
发明内容
本发明实现了一种锂离子电池发热量的测试方法，其能够精确测量锂离子电池在特定温度下发热量。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：一种锂离子电池发热量的测试系统，系统设有用于与待测试的锂离子电池连接的电池充放电柜，所述的锂离子电池放置于冷却液浴槽内，所述冷却液浴槽的侧壁为相互连通的空腔结构，所述冷却液浴槽的两端分别与两个冷却液水管连通，两个所述冷却液水管分别连接水冷机的进水口和出水口。
所述锂离子电池与冷却液浴槽内壁之间的间隙小于2mm，所述锂离子电池与冷却液浴槽内壁之间的间隙内填充有软性导热填充材料。
基于所述锂离子电池发热量的测试系统的测试方法，包括以下步骤：
步骤1、将待测试的锂离子电池放入到冷却液浴槽中，并将锂离子电池与电池充放电柜电连接；
步骤2、设置冷却液温标准温度，以0.1C对锂离子电池进行充电和放电操作，标定锂离子电池的满电时的满电能量值；
步骤3、调整冷却液温度，在此温度下以不同倍率对锂离子电池进行充电和放电操作，记录工步能量值；
步骤4、将工步能量值与满电能量值比较，得出锂离子电池在不同温度、不同倍率下的充、放电发热量。
所述步骤1中，将待测试的锂离子电池放入到冷却液浴槽后，在锂离子电池与冷却液浴槽之间的间隙内填充软性导热填充材料。
所述步骤2中，所述冷却液温标准温度为25摄氏度，以0.1C对锂离子电池进行充电和放电操作得到充电能量为Q1，放电能量为Q2；则满电能量值Q0＝(Q1+Q2)/2。
所述步骤3中，调整的调整冷却液温度由低到高分别为：-40℃、-30℃、-20℃、-10℃、0℃、10℃、25℃、35℃、45℃，在每个调整的冷却液温度下对锂离子电池进行充电和放电操作的倍率依次为0.5C、1C、2C、3C、4C。
所述步骤4中，将步骤3中的各个工步能量值与步骤2的满电能量值逐一比较，得到电芯总发热量。
本发明能够精确的测量锂离子电池在特定温度下的发热量，并且测试过程中发热量并不是电池在某个特定温度下的发热量，此外利用特制的水浴槽，能够很好的确保电池的温度始终维持在设定的温度，从而达到精确测量电池特定温度下的发热量的目的。
附图说明
下面对本申请说明书中每幅附图表达的内容及图中的标记作简要说明：
图1为锂离子电池发热量的测试系统原理图；
图2为图1中冷却液浴槽结构示意图；
图3为锂离子电池发热量的测试方法流程图；
图4为锂离子电池发热量测试过程中的电压曲线；
图5为锂离子电池在常温25℃下的不同倍率放电曲线；
图6为电芯总发热量表格；
上述图中的标记均为：1、锂离子电池；2、冷却液浴槽；3、电池充放电柜；4、水冷机；5、冷却液水管；6、软性导热填充材料。
具体实施方式
本发明是一种锂离子电池1发热量的测试系统，该系统能够测试电池在特定温度下的发热量，通过改变水冷机4的温度和流速以及充放电柜的电流大小可以实现不同边界条件下电池的发热水平的测量。
如图1所示，用于与待测试的锂离子电池1连接的电池充放电柜3，例如可以使用美国Maccor公司生产的M4200。电池充放电柜3可以具备电池充放电测试仪功能，也可以另设一个采集锂离子电池1参数的电池充放电柜3，其电流和电压采集精度足够高，且在校准有效期内。
锂离子电池1放置于冷却液浴槽2内，如图2所示，冷却液浴槽2其材质为高导热系数的金属材料，内部用于防止电池的浴槽的尺寸略大于锂离子电池1尺寸，冷却液浴槽2有进、出两个口，供冷却液流入和流出，冷却液浴槽2的侧壁为相互连通的空腔结构，冷却液浴槽2的空间内填充有冷却液，能够很好的确保电池的温度始终维持在设定的温度，从而达到精确测量电池特定温度下的发热量的目的。
锂离子电池1与冷却液浴槽2内壁之间的间隙小于2mm，锂离子电池1与冷却液浴槽2内壁之间的间隙内填充有软性导热填充材料6，如导热硅胶，以保证电池和冷却液水槽间的充分接触和热交换。冷却液浴槽2的两端(冷却液浴槽2有进、出两个口)分别与两个冷却液水管5连通，两个冷却液水管5分别连接水冷机4的进水口和出水口，水冷机4可以采用美国Polyscience公司生产的6300，水冷机4具有调节流速和冷却液温度的功能。
冷却液需要具有低熔点、高导热系数、高比热容的特点。水冷机4工作时，控制冷却液的流速在一个合适的水平，锂离子电池1在经历充、放电时，电池和冷却液之间没有明显的温差。另外，根据电池不同倍率下的发热水平可以调节水冷机4的流速，使电池和冷却液之间没有明显的温差。
基于上述锂离子电池发热量的测试系统，如图3所示其测试方法如下：
S1，锂离子电池1固定在冷却液浴槽2内，锂离子电池1连接充放电测试柜；
S2，设置冷却液温度为25℃，以0.1C分别充电和放电，标定锂离子电池1满电时的能量值；
S3，设置不同冷却液温度，在此温度下以不同倍率对锂离子电池1做充放电，记录工步的能量值；
S4，将工步能量值与标定的满电能量值比较，得出锂离子电池1在不同温度、不同倍率下的充、放电发热量。
在步骤S1中，锂离子电池1和冷却液水槽间间隙约1mm，在安装时两者之间的间隙填入约1mm厚的导热硅胶进去，以保证电池和冷却液水槽间的充分接触和热交换。锂离子电池1的正负极分别接到充放电柜的接口上，充放电柜的电流和电压采集精度足够高，且在校准有效期内，以保证测得的能量数据有足够高的准确性。
在步骤S2中，设置水冷机44中的冷却液温度为25℃，以小电流0.1C的充、放电倍率对锂离子电池1进行充、放电，得到充电能量为Q1，放电能量为Q2。得到的电池充、放电容量—电压曲线图4。假定在小倍率电流下，电池的充电和放电的计划相当，且可逆能量相比于电池极化热很小，可以得到电池满电时的能量值为Q0＝(Q1+Q2)/2。
在步骤S3中，设置不同典型的冷却液温度和充放电倍率，本案例中冷却液温度由低到高分别为：-40℃、-30℃、-20℃、-10℃、0℃、10℃、25℃、35℃、45℃，不同的倍率依次为0.5C、1C、2C、3C、4C。图5是电池在常温25℃下的不同倍率放电曲线，充放电柜记录下不同倍率下的“放电能量”值如图6示。
在步骤S4中，将步骤S3中的各个能量值与步骤S2中的Q0逐一比较，得到图6中的“电芯总发热量”。
上面结合附图对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种锂离子电池发热量的测试系统，系统设有用于与待测试的锂离子电池连接的电池充放电柜，其特征在于：所述的锂离子电池放置于冷却液浴槽内，所述冷却液浴槽的侧壁为相互连通的空腔结构，所述冷却液浴槽的两端分别与两个冷却液水管连通，两个所述冷却液水管分别连接水冷机的进水口和出水口。
2.根据权利要求1所述的锂离子电池发热量的测试系统，其特征在于：所述锂离子电池与冷却液浴槽内壁之间的间隙小于2mm，所述锂离子电池与冷却液浴槽内壁之间的间隙内填充有软性导热填充材料。
3.基于权利要求1或2所述锂离子电池发热量的测试系统的测试方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、将待测试的锂离子电池放入到冷却液浴槽中，并将锂离子电池与电池充放电柜电连接；
步骤2、设置冷却液温标准温度，以0.1C对锂离子电池进行充电和放电操作，标定锂离子电池的满电时的满电能量值；
步骤3、调整冷却液温度，在此温度下以不同倍率对锂离子电池进行充电和放电操作，记录工步能量值；
步骤4、将工步能量值与满电能量值比较，得出锂离子电池在不同温度、不同倍率下的充、放电发热量。
4.根据权利要求3所述的测试方法，其特征在于：所述步骤1中，将待测试的锂离子电池放入到冷却液浴槽后，在锂离子电池与冷却液浴槽之间的间隙内填充软性导热填充材料。
5.根据权利要求3所述的测试方法，其特征在于：所述步骤2中，所述冷却液温标准温度为25摄氏度，以0.1C对锂离子电池进行充电和放电操作得到充电能量为Q1，放电能量为Q2；则满电能量值Q0＝(Q1+Q2)/2。
6.根据权利要求3所述的测试方法，其特征在于：所述步骤3中，调整的调整冷却液温度由低到高分别为：-40℃、-30℃、-20℃、-10℃、0℃、10℃、25℃、35℃、45℃，在每个调整的冷却液温度下对锂离子电池进行充电和放电操作的倍率依次为0.5C、1C、2C、3C、4C。
7.根据权利要求3所述的测试方法，其特征在于：所述步骤4中，将步骤3中的各个能量值与步骤2的Q0逐一比较，得到电芯总发热量。
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