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電池絕熱量熱儀的黃金標(biāo)準(zhǔn)：可溯源的電池絕熱量熱儀校準(zhǔn)方案
閱讀：744 發(fā)布時(shí)間：2024-7-16前言
電池絕熱量熱儀作為進(jìn)行電池絕熱熱失控測(cè)量的重要儀器，其核心技術(shù)指標(biāo)為樣品自放熱檢測(cè)靈敏度，即識(shí)別樣品微弱放熱的能力，該指標(biāo)直接決定了儀器對(duì)電池自放熱起始溫度Tonset等特征溫度點(diǎn)的測(cè)量準(zhǔn)確性。為實(shí)現(xiàn)高檢測(cè)靈敏度，要求儀器具有理想的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、精準(zhǔn)測(cè)溫技術(shù)和高效控溫算法等，從而實(shí)現(xiàn)優(yōu)異的絕熱性能。
目前行業(yè)內(nèi)缺失電池絕熱量熱儀整機(jī)計(jì)量校準(zhǔn)規(guī)范，因此未形成統(tǒng)一、科學(xué)、合理的方法驗(yàn)證儀器核心指標(biāo)，不利于客觀評(píng)價(jià)儀器性能和規(guī)范儀器標(biāo)準(zhǔn)，絕熱性能不佳的儀器測(cè)定的數(shù)據(jù)更將直接影響相關(guān)企業(yè)進(jìn)行電池系統(tǒng)安全設(shè)計(jì)，對(duì)鋰電池相關(guān)行業(yè)發(fā)展產(chǎn)生負(fù)面影響。
部分廠商和用戶利用具有經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)的鋰電池作為標(biāo)樣進(jìn)行儀器評(píng)價(jià)，這種方法存在一定問(wèn)題：（1）同一批次電池可能在內(nèi)部結(jié)構(gòu)、材料等方面存在細(xì)微差異，熱失控實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的一致性無(wú)法保證，將引入額外的不確定度；（2）部分鋰電池?zé)崾Э剡^(guò)程劇烈，對(duì)儀器設(shè)備造成明顯污染，甚至損傷，同時(shí)對(duì)測(cè)試場(chǎng)地的要求較高。
為了解決以上問(wèn)題，本文提出一種基于焦耳熱發(fā)生技術(shù)的電池絕熱量熱儀校準(zhǔn)方案，該方案具有可溯源、精度高、易操作、無(wú)損傷、低成本等特點(diǎn)，有望發(fā)展成為電池絕熱量熱儀的校準(zhǔn)規(guī)范。
圖1 全尺寸電池絕熱量熱儀
方案介紹
本方案利用標(biāo)準(zhǔn)電阻塊（內(nèi)置加熱管的金屬塊）作為標(biāo)樣（如圖2所示），并通過(guò)程控電源程序控制加熱功率，調(diào)節(jié)電阻塊的升溫速率，從而對(duì)鋰電池?zé)崾Э販厣^(guò)程進(jìn)行等效模擬。另外，通過(guò)高壓氣瓶搭配電磁閥產(chǎn)生脈沖氣流的方式，可實(shí)現(xiàn)鋰電池開閥降溫過(guò)程的模擬。
為準(zhǔn)確模擬鋰電池的產(chǎn)熱過(guò)程，參照典型鋰電池絕熱失控實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，對(duì)鋰電池?zé)崾Э厣郎剡^(guò)程的表觀反應(yīng)動(dòng)力學(xué)參數(shù)進(jìn)行擬合計(jì)算，得到電池產(chǎn)熱速率隨溫度變化的關(guān)聯(lián)方程，并結(jié)合電阻塊的質(zhì)量及比熱容，計(jì)算電源實(shí)時(shí)輸出功率，實(shí)現(xiàn)電池放熱過(guò)程精確模擬。
圖2 鋰電池?zé)崾Э啬M裝置示意圖
如圖2所示，將標(biāo)準(zhǔn)塊吊裝在絕熱量熱儀中，并進(jìn)行HWS模式實(shí)驗(yàn)，通過(guò)對(duì)比理論特征溫度點(diǎn)與實(shí)測(cè)特征溫度點(diǎn)，以及各溫度臺(tái)階理論溫升速率與實(shí)測(cè)溫升速率，可以驗(yàn)證絕熱量熱儀的測(cè)量靈敏度和準(zhǔn)確性。
驗(yàn)證結(jié)果示例
利用BAC-420A分別進(jìn)行三元和磷酸鐵鋰電芯的絕熱熱失控模擬實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖3~圖8所示。對(duì)于三元鋰電模擬實(shí)驗(yàn)，標(biāo)樣的理論Tonset溫度為80.0℃（對(duì)應(yīng)升溫速率為0.02℃/min），兩次實(shí)驗(yàn)的Tonset檢出臺(tái)階分別為80℃和85℃，符合預(yù)期。
（2）BAC-800A驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)
對(duì)具有更大量熱腔尺寸的BAC-800A分別進(jìn)行一組三元鋰電和磷酸鐵鋰的絕熱熱失控模擬實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖9~圖12所示。三元鋰電、磷酸鐵鋰模擬實(shí)驗(yàn)的Tonset檢出臺(tái)階分別為80℃、105℃，均符合預(yù)期。實(shí)驗(yàn)中各臺(tái)階實(shí)測(cè)溫升速率與理論值偏差均在±0.003℃/min內(nèi)。
（3）BAC-1000A驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)
對(duì)大尺寸密閉型絕熱量熱儀BAC-1000A分別進(jìn)行一組三元鋰電和磷酸鐵鋰的絕熱熱失控模擬實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖13~圖16所示。三元鋰電、磷酸鐵鋰模擬實(shí)驗(yàn)的Tonset檢出臺(tái)階分別為80℃、110℃，均符合預(yù)期；實(shí)驗(yàn)中各臺(tái)階實(shí)測(cè)溫升速率與理論值偏差均在±0.005℃/min內(nèi)。
總結(jié)
基于本文提出的電池絕熱量熱儀校準(zhǔn)方案，可以客觀、有效地評(píng)價(jià)電池絕熱量?jī)x的關(guān)鍵性能。同時(shí)本文的測(cè)試結(jié)果驗(yàn)證了仰儀科技全尺寸大電池絕熱量熱儀的優(yōu)異性能。仰儀科技將繼續(xù)推進(jìn)相關(guān)計(jì)量檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)的落地，規(guī)范行業(yè)發(fā)展，以精確、可靠的數(shù)據(jù)為鋰電池行業(yè)保駕護(hù)航。
