CN115201700A - 一种电池熵热系数的测定方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种电池熵热系数的测定方法及系统，涉及锂离子电池热安全分析技术领域，包括系统连接步骤、第一获取步骤、校正步骤和计算步骤。本发明实现了：测定的温熵系数包括了正极区域的熵热系数和负极区域的熵热系数，可以具体分析正负极区域的具体可逆产热量，能够更为准确地计算出被测电池的熵热系数，提高了熵热系数的准确度，为研究电池的产热机理提供真实可靠的理论依据；实现了对熵热系数测量背景的自动校正，降低了因电池自放电等现象而对电压测量准确率所造成的影响；保证了基于误差较小的电池电压以及环境温度的对应关系，能够更为准确地计算出被测电池的熵热系数，进而也提高了熵热系数的测试成功率以及准确率。

Description

一种电池熵热系数的测定方法及系统
技术领域
本发明涉及锂离子电池热安全分析技术领域，尤其涉及一种电池熵热系数的测定方法及系统。
背景技术
电动汽车使用性能要求作为动力源的动力电池需具有高比能量和比功率等特点。在对动力电池高比能量极度追求的过程中，常出现电动汽车动力电池起火甚至爆炸等报道，这些起火爆炸因素大多是由于在使用过程中的热失控引起。因此，电池的安全问题成为制约电动汽车发展的主要原因之一。电池在使用过程中由于使用条件或外部环境的变化，会引起电池内部积聚的热量快速增加，从而影响电池安全性能。如在内部短路、碰撞或者高温条件下，散热不及时，会引起电池内部温度的积累，当达到一定温度时，会发生一系列副反应，使温度急剧升高，造成使用过程中的安全隐患。当电池的温度比较高时，不仅会引起安全隐患，同时也会降低电池性能和使用寿命。
由于锂离子电池在充放电过程中的产热是引发电池安全问题的一个重要因素，故电池产热也是研发者重点关注的对象。电池产热分为三大部分：欧姆热、反应热和极化热。熵热系数是表征锂离子电池反应热的重要参数。电池在工作过程中的产热分为不可逆热和可逆热两部分，计算不可逆热的关键是电池过电位(或者内阻)的正确求取，而计算可逆热的关键在于温熵系数的测量。传统的温熵系数测量主要基于全电池电压测量，测量得到的温熵系数来自于正负极温熵系数的加和，而正负极区域的温熵系数具体数值测不出，所以计算电池热模型时，无法具体分析正负极区域的具体可逆产热量。另一种温熵系数测量方法主要是采用扣电池分别测得正负极区域的温熵系数，然后将采用扣电池测得的温熵系数代入到热模型中。然而使用扣电池测得材料温熵系数的方法受扣电池制作工艺和制作方法影响较大，和全电池中的正负极实际情况相差较大，所以该方法测得的温熵系数值准确度不高。
因此，提出一种电池熵热系数的测定方法及系统，来解决现有技术存在的困难，是本领域技术人员亟需解决的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种电池熵热系数的测定方法及系统，以解决现有技术中，熵热系数的测量准确率较为低下的问题。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种电池熵热系数的测定方法，包括以下步骤：
S101.系统连接步骤：被测电池的电芯内部连接第一温感线的一端，第一温感线的另一端伸出被测电池外；将被测电池分别连接充放电测试仪和电压采集设备；将第二温感线的一端连接于被测电池的外部，第二温感线的另一端与温度采集设备连接；将第一温感线伸出的另一端与温度采集设备连接；
S201.第一获取步骤：获取被测电池在各个不同时间段的测量电压以及电压测量误差；其中，被测电池在各个不同的时间段，被置于不同的环境温度下；
S301.校正步骤：根据测量电压以及电池测量误差，分别校正被测电池在每一时间段的电池电压；
S401.计算步骤：基于电池电压以及环境温度的对应关系，计算被测电池的熵热系数。
可选的，在S201.第一获取步骤之前还包括：获取预设的程序控温列表，程序控温列表包含多个实验温度；依序读取程序控温列表中的每一个实验温度，针对每一个实验温度，分别进行温度调控的步骤，直至程序控温列表中的各个所述实验温度均读取完成。
可选的，温度调控的步骤包括：
将被测电池置于读取到的实验温度中，若检测到被测电池满足预设条件，则将被测电池所处的环境温度从实验温度恢复为预设的参考温度，直至参考温度之下再次检测到被测电池满足预设条件。
可选的，预设条件包括：被测电池达到平衡态或被测电池的静置时长达到预设时长。
可选的，S201.第一获取步骤的具体内容为：
使被测电池的荷电状态达到预设值，将被测电池置于当前时间段的环境温度下，根据预设的采集频率采集电压数据、第一温感线的温度T1以及第二温感线的温度T2，直至电池电压达到稳定，且第一温感线与第二温感线的温度差满足预设条件时，记录稳定后的电压值，以及电压测量误差；
其中，稳定后的电压值包括全电池电压数据UF、正极电压数据UP和负极电压数据UN；
调整被测电池的环境温度，获得被测电池在不同环境温度下稳定后的电压值。
可选的，S301.校正步骤中根据稳定后的电压值以及电池测量误差，分别校正被测电池在每一时间段的电池电压。
可选的，S401.计算步骤中根据每一环境温度及其对应的电池电压，渲染直角坐标系中的一个数据点；
通过预设的拟合算法，对各个数据点进行直线拟合，并获取拟合得到的直线的斜率；将斜率输出为被测电池的熵热系数。
一种电池熵热系数的测定系统，应用上述的一种熵热系数的测定方法，包括：依次连接的第一获取模块、校正模块和计算模块；
第一获取模块，用于获取被测电池在各个不同时间段的测量电压以及电压测量误差；其中，被测电池在各个不同的时间段，被置于不同的环境温度下；
校正模块，用于根据测量电压以及电池测量误差，分别校正被测电池在每一时间段的电池电压；
计算模块，用于基于电池电压以及环境温度的对应关系，计算被测电池的熵热系数。
经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明提供了一种电池熵热系数的测定方法及系统：1)测定的温熵系数包括了正极区域的熵热系数和负极区域的熵热系数，可以具体分析正负极区域的具体可逆产热量，能够更为准确地计算出被测电池的熵热系数，提高了熵热系数的准确度，为研究电池的产热机理提供真实可靠的理论依据；2)实现了对熵热系数测量背景的自动校正，降低了因电池自放电等现象而对电压测量准确率所造成的影响；3)保证了基于误差较小的电池电压以及环境温度的对应关系，能够更为准确地计算出被测电池的熵热系数，进而也提高了熵热系数的测试成功率以及准确率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本发明提供的一种电池熵热系数的测定方法流程图；
图2为本发明提供的一种电池熵热系数的测定方法系统结构框图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
参照图1所示，本发明公开了一种电池熵热系数的测定方法，包括以下步骤：
S101.系统连接步骤：被测电池的电芯内部连接第一温感线的一端，第一温感线的另一端伸出被测电池外；将被测电池分别连接充放电测试仪和电压采集设备；将第二温感线的一端连接于被测电池的外部，第二温感线的另一端与温度采集设备连接；将第一温感线伸出的另一端与温度采集设备连接；
S201.第一获取步骤：获取被测电池在各个不同时间段的测量电压以及电压测量误差；其中，被测电池在各个不同的时间段，被置于不同的环境温度下；
S301.校正步骤：根据测量电压以及电池测量误差，分别校正被测电池在每一时间段的电池电压；
S401.计算步骤：基于电池电压以及环境温度的对应关系，计算被测电池的熵热系数。
进一步的，锂离子电池是锂电池中的一种，其不含有金属态的锂，并且是可以充电的。锂离子电池由正极、负极、隔膜以及电解液组成，正负极浸润在电解液中，锂离子以电解液为介质在正负极之间运动，实现电池的充放电。
对电压采集设备、温度采集设备和充放电测试仪的具体种类不作具体限定，可以采用现有技术中常规采用的设备进行，作为优选，电压采集设备采用Agilent；温度采集设备采用Agilent；充放电测试仪采用Arbin。
进一步的，在S201.第一获取步骤之前还包括：获取预设的程序控温列表，程序控温列表包含多个实验温度；依序读取程序控温列表中的每一个实验温度，针对每一个实验温度，分别进行温度调控的步骤，直至程序控温列表中的各个所述实验温度均读取完成。
更进一步的，温度调控的步骤包括：将被测电池置于读取到的实验温度中，若检测到被测电池满足预设条件，则将被测电池所处的环境温度从实验温度恢复为预设的参考温度，直至参考温度之下再次检测到被测电池满足预设条件。
再进一步的，预设条件包括：被测电池达到平衡态或被测电池的静置时长达到预设时长。
进一步的，S201.第一获取步骤的具体内容为：
使被测电池的荷电状态达到预设值，将被测电池置于当前时间段的环境温度下，根据预设的采集频率采集电压数据、第一温感线的温度T1以及第二温感线的温度T2，直至电池电压达到稳定，且第一温感线与所述第二温感线的温度差满足预设条件时，记录稳定后的电压值，以及电压测量误差；
其中，稳定后的电压值包括全电池电压数据UF、正极电压数据UP和负极电压数据UN；
调整被测电池的环境温度，获得被测电池在不同环境温度下稳定后的电压值。
具体的，预设的环境温度为45℃±2℃，然后按40℃、35℃、30℃、25℃的规律调整被测电池的环境温度；还可以是：预设的环境温度为40℃，然后按35℃、30℃、25℃、20℃、15℃的规律调整被测电池的环境温度。但不局限于此，也可以采用其它规律调整被测电池的环境温度。
进一步的，示例性地，在连续的十个小时中，每一小时为预设的一个时间段。在第一小时内，将被测电池的环境温度设置为22℃；在第二小时内，将被测电池的环境温度设置为24℃。
更进一步的，S301.校正步骤中根据稳定后的电压值以及电池测量误差，分别校正被测电池在每一时间段的电池电压。
具体的，对于环境温度变化过程中的每一个时间段，计算该时间段内所采集到的测试电压以及电池测量误差的差值，并将差值输出为该时间段的电池电压，从而扣除了在熵热系数测试过程中因自放电而对电池所产生的噪声影响，实现了对被测电池的电池电压校正。
再进一步的，S401.计算步骤中根据每一环境温度及其对应的电池电压，渲染直角坐标系中的一个数据点；
通过预设的拟合算法，对各个数据点进行直线拟合，并获取拟合得到的直线的斜率；将斜率输出为被测电池的熵热系数。
具体的，温熵系数dU/dT包括dUF/dT、dUP/dT和dUN/dT。
进一步的，以环境温度为横轴单位，以校正后的电池电压为纵轴单位，创建一直角坐标系。
对于上述每一时刻对被测电池所采集得到的测试电压，基于对测试电压进行校正以得到电池电压后，读取该采集时刻所对应的环境温度。将该环境温度T作为数据点a的横坐标，将该电池电压U作为数据点a的纵坐标。根据数据点a的横坐标以及纵坐标，在直角坐标系中渲染得到数据点a。同理，在直角坐标系中可渲染得到关联不同环境温度以及电池电压的各个数据点。
参照图2所示，本发明还公开了一种电池熵热系数的测定系统，应用上述的一种熵热系数的测定方法，包括：依次连接的第一获取模块、校正模块和计算模块；
第一获取模块，用于获取被测电池在各个不同时间段的测量电压以及电压测量误差；其中，被测电池在各个不同的时间段，被置于不同的环境温度下；
校正模块，用于根据测量电压以及电池测量误差，分别校正被测电池在每一时间段的电池电压；
计算模块，用于基于电池电压以及环境温度的对应关系，计算被测电池的熵热系数。
对所公开的实施例的上述说明，按照递进的方式进行，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (8)

1.一种电池熵热系数的测定方法，其特征在于，包括以下步骤：
S101.系统连接步骤：被测电池的电芯内部连接第一温感线的一端，第一温感线的另一端伸出被测电池外；将被测电池分别连接充放电测试仪和电压采集设备；将第二温感线的一端连接于被测电池的外部，第二温感线的另一端与温度采集设备连接；将第一温感线伸出的另一端与温度采集设备连接；
S201.第一获取步骤：获取被测电池在各个不同时间段的测量电压以及电压测量误差；其中，被测电池在各个不同的时间段，被置于不同的环境温度下；
S301.校正步骤：根据测量电压以及电池测量误差，分别校正被测电池在每一时间段的电池电压；
S401.计算步骤：基于电池电压以及环境温度的对应关系，计算被测电池的熵热系数。
2.根据权利要求1所述的一种电池熵热系数的测定方法，其特征在于，
在S201.第一获取步骤之前还包括：获取预设的程序控温列表，程序控温列表包含多个实验温度；依序读取程序控温列表中的每一个实验温度，针对每一个实验温度，分别进行温度调控的步骤，直至程序控温列表中的各个所述实验温度均读取完成。
3.根据权利要求2所述的一种电池熵热系数的测定方法，其特征在于，
温度调控的步骤包括：
将被测电池置于读取到的实验温度中，若检测到被测电池满足预设条件，则将被测电池所处的环境温度从实验温度恢复为预设的参考温度，直至参考温度之下再次检测到被测电池满足预设条件。
4.根据权利要求3所述的一种电池熵热系数的测定方法，其特征在于，
预设条件包括：被测电池达到平衡态或被测电池的静置时长达到预设时长。
5.根据权利要求1所述的一种电池熵热系数的测定方法，其特征在于，
S201.第一获取步骤的具体内容为：
使被测电池的荷电状态达到预设值，将被测电池置于当前时间段的环境温度下，根据预设的采集频率采集电压数据、第一温感线的温度T1以及第二温感线的温度T2，直至电池电压达到稳定，且第一温感线与第二温感线的温度差满足预设条件时，记录稳定后的电压值，以及电压测量误差；
其中，稳定后的电压值包括全电池电压数据UF、正极电压数据UP和负极电压数据UN；
调整被测电池的环境温度，获得被测电池在不同环境温度下稳定后的电压值。
6.根据权利要求5所述的一种电池熵热系数的测定方法，其特征在于，
S301.校正步骤中根据稳定后的电压值以及电池测量误差，分别校正被测电池在每一时间段的电池电压。
7.根据权利要求6所述的一种电池熵热系数的测定方法，其特征在于，
S401.计算步骤中根据每一环境温度及其对应的电池电压，渲染直角坐标系中的一个数据点；
通过预设的拟合算法，对各个数据点进行直线拟合，并获取拟合得到的直线的斜率；将斜率输出为被测电池的熵热系数。
8.一种电池熵热系数的测定系统，其特征在于应用权利要求1-7任一项所述的一种熵热系数的测定方法，包括：依次连接的第一获取模块、校正模块和计算模块；
第一获取模块，用于获取被测电池在各个不同时间段的测量电压以及电压测量误差；其中，被测电池在各个不同的时间段，被置于不同的环境温度下；
校正模块，用于根据测量电压以及电池测量误差，分别校正被测电池在每一时间段的电池电压；
计算模块，用于基于电池电压以及环境温度的对应关系，计算被测电池的熵热系数。
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