CN112378951A - 电池比热容的测试方法、电子设备和计算机可读存储介质 - Google Patents

电池比热容的测试方法、电子设备和计算机可读存储介质 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种电池比热容的测试方法、电子设备和计算机可读存储介质。该电池比热容的测试方法包括步骤：S1、提供待测电池；S2、将待测电池充满电，静置，然后以恒定电流放电，记录待测电池的预定参数；S3、采用预定倍率对待测电池进行充电或放电至截止电压，记录待测电池的预定参数；S4、根据公式1计算待测电池的自生热功率：S5、根据公式2计算得到待测电池的比热容和换热系数的第一关系式：S6、使待测电池自然降温，记录待测电池的预定参数，根据公式3计算得到待测电池的比热容和换热系数的第二关系式：S7、根据第一关系式和第二关系式计算得到待测电池的比热容。上述电池比热容的测试方法操作简单，成本较低。

Description

电池比热容的测试方法、电子设备和计算机可读存储介质
技术领域
本发明涉及电池技术领域，特别是涉及一种电池比热容的测试方法、电子设备和计算机可读存储介质。
背景技术
锂离子电池的比热容是热管理的重要输入参数，它的大小会直接影响电池工作过程中发热量的计算，对动力电池的安全至关重要。目前，比热容需要通过标准测试设备测试获取，比如，加速绝热量热仪ARC，差速扫描量热仪DSC，及自制绝热设备等，测试成本较高，而且操作过程复杂。
发明内容
基于此，有必要提供一种测试成本低、操作简单的电池比热容的测试方法。
此外，还提供了一种电子设备和计算机可读存储介质。
一种电池比热容的测试方法，包括以下步骤：
S1、提供待测电池，并获得所述待测电池的初始容量、质量m和表面积A；
S2、在预定环境温度T’下，将所述待测电池充满电，静置，然后以恒定电流放电，记录所述待测电池在不同SOC下的电动势，直至所述待测电池的SOC降为0，计算所述待测电池的SOC从100％降为0的过程中的平均电动势E；
S3、在所述预定环境温度T’下，采用预定倍率对所述待测电池进行充电或放电至截止电压，记录所用时间t1、所述待测电池在所述t1时间内的平均电压U、所述待测电池在所述t1时间内的温度变化△T1、所述待测电池在所述t1时间内的平均温度T1；
S4、根据公式1计算所述待测电池的自生热功率q：
q＝I(E-U) 公式1；
其中，I为所述待测电池在所述预定倍率下的电流；
S5、根据公式2计算得到所述待测电池的比热容Cp和换热系数h的第一关系式：
Cpm△T1＝qt1-hA(T1-T’)t1 公式2；
S6、在所述预定环境温度T’下，使所述待测电池自然降温，记录所述待测电池在t2时间内的温度变化△T2、平均温度T2，根据公式3计算得到所述待测电池的比热容Cp和换热系数h的第二关系式：
Cpm△T2＝-hA(T2-T’)t2 公式3；
S7、根据所述第一关系式和所述第二关系式计算得到所述待测电池的比热容。
上述电池比热容的测试方法无需利用标准仪器(ARC或DSC)或其它自制绝热装置进行测试，而是在测试电池常规电化学性能的过程中，同步计算出电池的比热容，操作简单，成本较低。
在其中一个实施例中，所述待测电池在所述预定倍率下的电流通过所述待测电池的初始容量和所述预定倍率计算得到。
在其中一个实施例中，所述预定环境温度T’为20℃～30℃。
在其中一个实施例中，步骤S3和步骤S6中，通过监测所述待测电池的最大表面的温度来记录所述待测电池的温度变化和平均温度。
在其中一个实施例中，所述以恒定电流放电，直至所述待测电池的SOC降为0的步骤中，所述恒定电流为所述待测电池1C倍率下所对应电流。
在其中一个实施例中，所述预定倍率为1.8C～30C。
在其中一个实施例中，所述待测电池选自锂离子电池、钠离子电池、镁离子电池、铝离子电池及电容器中的一种。
在其中一个实施例中，所述待测电池为方形锂离子电池或圆柱形锂离子电池。
一种电子设备，包括：
至少一个处理器，以及，
与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，
所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行上述的电池比热容的测试方法。
一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机可执行指令，所述计算机可执行指令用于使计算机执行上述的电池比热容的测试方法。
具体实施方式
本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。
一实施方式的电池比热容的测试方法，包括以下步骤：
S1、提供待测电池，并获得待测电池的初始容量、质量m和表面积A。
其中，待测电池选自锂离子电池、钠离子电池、镁离子电池、铝离子电池及电容器中的一种。具体地，待测电池为锂离子电池。更具体地，待测电池为方形锂离子电池或者圆柱形锂离子电池。
其中，待测电池的初始容量为待测电池的额定容量。
其中，待测电池的质量可以通过称量获得。
其中，方形锂离子电池的表面积A为长*宽*高；
圆柱形锂离子电池的表面积A为2πrh+2πr2，r为圆柱的底面半径，h为圆柱的高。
S2、在预定环境温度T’下，将待测电池充满电，静置，然后以恒定电流放电，记录待测电池在不同SOC下的电动势，直至待测电池的SOC降为0，计算待测电池的SOC从100％降为0的过程中的平均电动势E。
其中，采用恒流恒压的方式将待测电池充满电。具体地，恒流过程充电电流为1C倍率下所对应电流，充电至上限截至电压，恒压过程的充电电压为上限截至电压，充电至截止电流0.05C，停止充电。其中，以恒定电流放电，直至待测电池的SOC降为0的步骤中，恒定电流为电池1C倍率下所对应的电流。
其中，记录待测电池在不同SOC下的电动势的步骤中，比如，SOC为100％、90％、80％、70％、60％、50％、40％、30％、20％、10％、0等等。
其中，调整至不同SOC后，电池需静置，静置的作用是使待测电池去极化。进一步地，静置的时间为2h～3h。
其中，电动势E为待测电池的开路电压。
S3、在预定环境温度T’下，采用预定倍率对待测电池进行充电或放电至截止电压，记录所用时间t1、待测电池在t1时间内的平均电压U、待测电池在t1时间内的温度变化△T1、待测电池在t1时间内的平均温度T1。
其中，预定环境温度为20℃～30℃。具体地，预定环境温度为25℃。
其中，预定倍率为1.8C～30C。进一步地，当待测电池用于混合电动汽车(HEV)时，预定倍率为20C～30C。具体地，预定倍率为20C。
当待测电池用于纯电动汽车(BEV)时，预定倍率为1.8C～2C。具体地，预定倍率为2C。
其中，采用预定倍率对待测电池进行充电或放电至截止电压的过程中，待测电池的温度是升高的。
步骤S3中，可以通过监测待测电池的最大表面的温度来记录待测电池的温度变化和平均温度。也可以通过设定多条感温线来检测待测电池的温度变化和平均温度。
S4、根据公式1计算待测电池的自生热功率q：
q＝I(E-U) 公式1；
其中，q为待测电池的自生热功率；I为待测电池在预定倍率下的电流，单位为A；E为待测电池的SOC从100％降为0的过程中的平均电动势，单位为V；U为待测电池在在t1时间内的平均电压，单位为V。
待测电池在预定倍率下的电流通过待测电池的初始容量和预定倍率计算得到。
其中，待测电池的自生热功率q可以用以下公式计算：
q＝I(E-U)-ITdU/dT
其中，I为待测电池在预定倍率下的电流，单位为A；E为待测电池待测电池的SOC从100％降为0的过程中的平均电动势，单位为V；U为待测电池在在t1时间内的平均电压，单位为V；dU/dT为待测电池的温熵系数，单位是V/℃；T为待测电池的温度，单位为℃。但ITdU/dT测试较为复杂，而且受自放电影响，准确度难以保证，而其值在大倍率下占比极小，因此可选择大倍率进行测试在计算时忽略此项。因此，根据公式q＝I(E-U)计算待测电池的自生热功率q。
S5、根据公式2计算得到待测电池的比热容Cp和换热系数h的第一关系式：
Cpm△T1＝qt1-hA(T1-T’)t1 公式2；
其中，Cp为待测电池的比热容，单位是J/(kg*℃)；m为待测电池的质量，单位是kg；△T1为待测电池中的温度变化，单位是℃；q为待测电池的自生热功率，单位是W；h为换热系数，单位是W/(m2℃)；A为待测电池的表面积，单位是m2；T1为待测电池在t1时间内的平均温度，单位是℃；T’为环境温度，单位是℃；t1为待测电池进行充电或放电至截止电压所用时间，单位为s。
S6、在预定环境温度T’下，使待测电池自然降温，记录待测电池在t2时间内的温度变化△T2、平均温度T2，根据公式3计算得到待测电池的比热容Cp和换热系数h的第二关系式：
Cpm△T2＝-hA(T2-T’)t2 公式3；
其中，Cp为待测电池的比热容，单位是J/(kg*℃)；m为待测电池的质量，单位是kg；△T2为待测电池在t2时间内的的温度变化；h为换热系数，单位为W/(m2*K)；A为待测电池的表面积，单位是m2；T2为待测电池在t2时间内的平均温度，单位是℃；T’为环境温度，单位是℃；t2为待测电池自然降温的时间，单位为s。
步骤S6中，通过监测待测电池的最大表面的温度来记录待测电池的温度变化和平均温度。
S7、根据第一关系式和第二关系式计算得到电池的比热容。
上述电池比热容的测试方法至少具有如下优点：
1)上述电池比热容的测试方法无需利用标准仪器(ARC或DSC)或其它自制绝热装置进行测试，而是在测试电池常规电化学性能的过程中，同步计算出电池的比热容，操作简单，成本较低。
2)在以往的自制绝热设备中，由于密封等问题难以做到完全隔热，而上述电池比热容的测试方法通过记录降温过的温度变化，则可以完全修正充放电过程散失到空气中的热量，提升电池比热容的计算精度。
3)上述电池比热容的测试方法利用电池充放电过程中的自生热为热源，避免使用外部加热设备，电池内的热量分布更为均匀，且热源更为安全。
一种电子设备，包括：
至少一个处理器，以及，
与至少一个处理器通信连接的存储器；其中，
存储器存储有可被至少一个处理器执行的指令，指令被至少一个处理器执行，以使至少一个处理器能够执行上述的电池比热容的测试方法。
一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质存储有计算机可执行指令，计算机可执行指令用于使计算机执行上述的电池比热容的测试方法。
以下为具体实施例部分：
实施例1
本实施例的电池比热容的测试方法如下：
1)选用标称容量为18Ah(HEV)的方形铝壳锂离子电池，其尺寸为25mm*148mm*65mm，所以表面积A计算值为0.02989m2，其质量m为430g；
2)在25℃的T’温度下，将待测电池以1C(1C＝18A)恒流充电至截止电压4.2V，再恒压充电至电流减小到0.05C(即0.9A)；然后以1C电流放电6min至90％SOC，静置2h，记录电动势E1，然后以1C电流放电6min至80％SOC，记录电动势E2，依次记录70％、60％、50％、……、0％SOC的电动势，计算得到平均电动势E为3.65V；
3)在25℃的T’温度下，将待测电池1C(1C＝18A)恒流充电至截止电压4.2V，再恒压充电至电流减小至0.05C(即0.9A)；随即以20C(360A)放电至截至电压，记录所用时间t1为175s、待测电池在t1时间内的平均电压U为3.5V、待测电池在t1时间内的温度变化△T1为19.3℃、待测电池在t1时间内的平均温度T1为35℃；
4)根据公式q＝I(E-U)计算得到待测电池的自生热功率为54W；
5)根据公式Cpm△T1＝qt1-hA(T1-T’)t1计算得到待测电池的比热容Cp和换热系数h的第一关系式Cp*8290.4＝9450-52.21*h；
6)在25℃下使待测电池自然降温至室温，所用时间t2为6015s，记录待测电池在t2时间内的温度变化△T2为19.3℃、平均温度T2为32℃，据公式Cpm△T2＝-hA(T2-T’)t2计算得到待测电池的比热容Cp和换热系数h的第二关系式h/Cp＝6.63g/(m2*s)；
7)根据第一关系式和第二关系式计算得到待测电池的比热容Cp为1.09J/(g*℃)。
实施例2
本实施例的电池比热容的测试方法如下：
1)选取标称容量为220Ah(BEV)的方形铝壳锂离子电池，其尺寸为70mm*220mm*100mm，所以表面积A计算值为0.0888m2，其质量m为3600g；2)在25℃下将待测电池以1C(1C＝220A)恒流充电至截止电压4.2V，再恒压充电至电流减小到0.05C(即11A)；然后以1C电流放电6min至90％SOC，静置2h，记录电动势E1，然后以1C电流放电6min至80％SOC，记录电动势E2，依次记录70％、60％、50％、……、0％SOC的电动势，计算其平均电动势E为3.68V；
3)在25℃下将待测电池1C(1C＝220A)恒流充电至截止电压4.2V，再恒压充电至电流减小至0.05C(即11A)；随即以2C(440A)放电至截至电压，记录所用时间t1为1778s、待测电池的平均电压U为3.50V、待测电池的温度变为31.5℃、待测电池的平均温度T1为40.9℃；
4)根据公式q＝I(E-U)计算得到待测电池的自生热功率为79.2W；
5)根据公式Cpm△T1＝qt1-hA(T1-T’)t1计算得到待测电池的比热容Cp和换热系数h的第一关系式113400*Cp＝140106-2510*h；
6)在25℃下将待测电池自然降温至室温，所有时间t2为9550s，记录待测电池在t2时间内的温度变化△T2为31.5℃、平均温度T2为38.8℃，根据公式Cpm△T2＝-hA(T2-T’)t2计算得到待测电池的比热容Cp和换热系数h的第二关系式h/Cp＝9.69g/(m2*s)；
7)根据第一关系式和第二关系式计算得到待测电池的比热容Cp为1.02J/(g*℃)。
上述电池比热容的测试方法无需利用标准仪器(ARC或DSC)或其它自制绝热装置进行测试，而是在测试电池常规电化学性能的过程中，同步计算出电池的比热容，操作简单，成本较低。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种电池比热容的测试方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、提供待测电池，并获得所述待测电池的初始容量、质量m和表面积A；
S2、在预定环境温度T’下，将所述待测电池充满电，静置，然后以恒定电流放电，记录所述待测电池在不同SOC下的电动势，直至所述待测电池的SOC降为0，计算所述待测电池的SOC从100％降为0的过程中的平均电动势E；
S3、在所述预定环境温度T’下，采用预定倍率对所述待测电池进行充电或放电至截止电压，记录所用时间t1、所述待测电池在所述t1时间内的平均电压U、所述待测电池在所述t1时间内的温度变化△T1、所述待测电池在所述t1时间内的平均温度T1；
S4、根据公式1计算所述待测电池的自生热功率q：
q＝I(E-U) 公式1；
其中，I为所述待测电池在所述预定倍率下的电流；
S5、根据公式2计算得到所述待测电池的比热容Cp和换热系数h的第一关系式：
Cpm△T1＝qt1-hA(T1-T’)t1 公式2；
S6、在所述预定环境温度T’下，使所述待测电池自然降温，记录所述待测电池在t2时间内的温度变化△T2、平均温度T2，根据公式3计算得到所述待测电池的比热容Cp和换热系数h的第二关系式：
Cpm△T2＝-hA(T2-T’)t2 公式3；
S7、根据所述第一关系式和所述第二关系式计算得到所述待测电池的比热容。
2.根据权利要求1所述的电池比热容的测试方法，其特征在于，所述待测电池在所述预定倍率下的电流通过所述待测电池的初始容量和所述预定倍率计算得到。
3.根据权利要求1所述的电池比热容的测试方法，其特征在于，所述预定环境温度T’为20℃～30℃。
4.根据权利要求1所述的电池比热容的测试方法，其特征在于，步骤S3和步骤S6中，通过监测所述待测电池的最大表面的温度来记录所述待测电池的温度变化和平均温度。
5.根据权利要求1所述的电池比热容的测试方法，其特征在于，所述以恒定电流放电，直至所述待测电池的SOC降为0的步骤中，所述恒定电流为所述待测电池1C倍率下所对应电流。
6.根据权利要求1所述的电池比热容的测试方法，其特征在于，所述预定倍率为1.8C～30C。
7.根据权利要求1所述的电池比热容的测试方法，其特征在于，所述待测电池选自锂离子电池、钠离子电池、镁离子电池、铝离子电池及电容器中的一种。
8.根据权利要求7所述的电池比热容的测试方法，其特征在于，所述待测电池为方形锂离子电池或圆柱形锂离子电池。
9.一种电子设备，其特征在于，包括：
至少一个处理器，以及，
与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，
所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行权利要求1至8任一项所述的电池比热容的测试方法。
10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质存储有计算机可执行指令，所述计算机可执行指令用于使计算机执行权利要求1至8任一项所述的电池比热容的测试方法。
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