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杭州仰儀科技有限公司

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鋰電池寬溫域變溫比熱容測(cè)試

閱讀:1247      發(fā)布時(shí)間:2023-11-9
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本期預(yù)覽

    本文利用BAC-420B大型電池絕熱量熱儀對(duì)鋰離子電池在寬溫域下的變溫比熱容進(jìn)行測(cè)試,研究電池比熱容隨溫度變化的一般規(guī)律。


前言


比熱容是進(jìn)行鋰電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)瞬態(tài)仿真的關(guān)鍵熱物性參數(shù),用于定量分析電池升降溫特性與電芯間熱傳遞規(guī)律等。鋰離子電池的適宜工作溫度一般為20~50℃,但其工作環(huán)境覆蓋北方冬季室外-30℃的嚴(yán)寒到炎炎夏日地表接近70℃的高溫,因此必須考慮極‘duan環(huán)境下的電池?zé)峁芾聿呗浴榱司_、有效地開展上述高低溫工況下的熱管理仿真,即要求獲得電池在寬溫域下的變溫比熱容數(shù)據(jù)。

電池絕熱量熱儀是測(cè)定電芯比熱容的有效手段。本文使用杭州仰儀科技有限公司的BAC-420B低溫型大型電池絕熱量熱儀,基于差示絕熱追蹤測(cè)試原理,準(zhǔn)確測(cè)定了鋰電池在-30~65℃范圍內(nèi)的變溫比熱容。


實(shí)驗(yàn)部分


1. 樣品準(zhǔn)備
實(shí)驗(yàn)樣品:
LFP磷酸鐵鋰軟包鋰電池*2,380mm*120mm*15mm,100%SOC;

標(biāo)準(zhǔn)鋁塊*2,380mm*120mm*15mm,6061鋁合金。

2. 實(shí)驗(yàn)條件
實(shí)驗(yàn)儀器:BAC-420B大型電池絕熱量熱儀;

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圖1 BAC-420B低溫型電池絕熱量熱儀


工作模式:比熱容測(cè)試模式;

加熱片參數(shù):PI加熱膜,23.2Ω;

加熱功率:18W;

控溫范圍:-35~60℃。


3. 測(cè)試原理

比熱容測(cè)試基于差示絕熱追蹤的原理。簡(jiǎn)而言之,在量熱儀的絕熱追蹤工作模式下,利用柔性電加熱片對(duì)鋰電池與已知比熱容的標(biāo)準(zhǔn)樣品(通常為鋁質(zhì))進(jìn)行加熱,并盡量控制樣品與參比的升溫歷程一致。根據(jù)式(1)和式(2),利用參比可計(jì)算和扣除由于測(cè)試過程中實(shí)驗(yàn)環(huán)境難以達(dá)到理想絕熱而耗散至環(huán)境中的熱量,從而精確測(cè)量鋰電池比熱容。


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圖2 基于差示絕熱追蹤原理的比熱容測(cè)試方法



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另外,普通型絕熱量熱儀并不具備主動(dòng)降溫功能,只能進(jìn)行室溫以上的實(shí)驗(yàn)。BAC-420B低溫型電池絕熱量熱儀配制液氮吹掃降溫功能,可快速將實(shí)驗(yàn)溫度降至-30℃以下進(jìn)行低溫測(cè)試。 

4. 測(cè)試步驟

Step1:利用導(dǎo)熱膠帶將加熱片貼合在兩個(gè)100%SOC電池(鋁塊)中間,組成三明治結(jié)構(gòu),并用耐高溫膠帶將整體纏緊;
Step2:打開大型電池絕熱量熱儀爐蓋,將電池樣品(鋁塊)固定于量熱儀腔體內(nèi),并利用耐高溫膠帶將樣品熱電偶貼合于樣品大面中心點(diǎn);
Step3:在操作軟件上選擇比熱容測(cè)試模式,并設(shè)置相關(guān)實(shí)驗(yàn)參數(shù);
Step4:關(guān)閉爐蓋,打開液氮罐閥門,進(jìn)行液氮吹掃降溫,等待樣品及量熱腔蓋壁底溫度低于實(shí)驗(yàn)啟動(dòng)溫度后,在操作界面上啟動(dòng)實(shí)驗(yàn)。


實(shí)驗(yàn)結(jié)果



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圖3 (a)和(b)比熱容實(shí)驗(yàn)溫升曲線及(c)電池變溫比熱容


如圖3(a)所示,實(shí)驗(yàn)過程中量熱腔爐體溫度與樣品溫度始終保持緊密貼合,溫差低于±0.2℃。準(zhǔn)絕熱測(cè)試環(huán)境封閉了樣品的熱耗散,能夠顯著降低難以準(zhǔn)確測(cè)量的不確定項(xiàng)所引入的系統(tǒng)誤差。圖3(b)為電池及參比在比熱容實(shí)驗(yàn)中的溫升曲線,由于兩者熱容存在差異性,因此相同加熱功率下溫升速率不wan’全一致。圖3(c)顯示了測(cè)定得到的電池變溫比熱容曲線(每5平均),可以發(fā)現(xiàn)隨著溫度上升,比熱容呈單調(diào)上升趨勢(shì)。同時(shí)可計(jì)算得到電池在-30到65范圍內(nèi)的平均比熱容為1024.64kJ/(kg*℃)。



結(jié)論與展望


利用BAC-420B大型電池絕熱量熱儀可以測(cè)量電池在寬溫域內(nèi)的比熱容數(shù)據(jù),能夠幫助研究人員更全面地進(jìn)行熱管理設(shè)計(jì),優(yōu)化電池系統(tǒng)在高低溫工況下的性能。


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