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动力电池发热量获取三种方法

2022-01-25 09:36:46·  来源：新能源热管理技术  
　
在动力电池的仿真过程，电芯不同工况的发热量是仿真的必不可少的边界条件。那么如何确定电芯在不同工况下的发热量，目前行业内主要通过如下3种方法：A、ARC测试
在动力电池的仿真过程，电芯不同工况的发热量是仿真的必不可少的边界条件。那么如何确定电芯在不同工况下的发热量，目前行业内主要通过如下3种方法：
A、ARC测试，数据准确，具备测试条件。但测试准确度对比热容测试的结果准确度依赖性很大，，且标准块的测试误差达到5%。因绝热环境电池温升较大，测试数据会偏低。
B、Bernardi理论计算数据相对较准确，已比较成熟，但需要实测的数据较多，包括工况数据，OCV数据，DE/DT数据，测试周期较长。
C、RC模型计算，但若可以建立准确的RC模型，就可以实现各种工况的产热模拟。
本文主要针对第一种方式测试50Ah三元电芯的发热量，测试如下：

1 电池单体发热量测试方法及要求

  • 预处理循环
正式测试开始前，动力电池单体需要先进行预处理循环。预处理循环在25℃环境舱进行，其步骤如下：
①以1C或按照制造商推荐的充电机制充电至制造商规定的充电截止条件；
②静置30min；
③使用1C或按照制造商推荐的放电机制放电至制造商规定的放电截至条件；
④静置30min；
⑤重复步骤①至步骤④5次。
如果测试过程中连续两次的放电容量变化不高于额定5%，则认为测试样品完成了预处理，否则需要更换测试样品。
  • 电池状态初始化
电池放入绝热加速量热仪之前，在25℃环境仓进行电池状态初始化：
① 对于放电生热功率测试，在环境仓内对电池进行标准充电至满电状态（100%SOC）；
② 对于充电生热功率测试，在环境仓内对电池进行标准放电至空电状态（0%SOC）；
  • 电池单体放电过程生热功率测试
准备3个动力电池单体，并按照如下步骤进行放电过程生热功率测试：
① 仪器校准和漂移测试：确保仪器已校准。如因环境温度变化较大或者试验结果偏差太大，需要对进行仪器重新校准和漂移测试。
② 将试验样品与充放电设备进行连接，在试验样品的外表面的几何中心处（如图1）粘贴温度传感器，将连接好的试验样品置于加速量热仪的绝热仓内铝制架上，封闭绝热仓；
图1 温度传感器位置示意图
③ 试验样品按照步骤8.1进行充电预处理循环，按8.2进行电池状态初始化，开启设备，保证试验样品处于绝热环境，设置等待时间，并按照步骤7.2.4静置；
④ 设定加速量热仪参数：设定试验目标温度，终止温度为Tmax1，温升灵敏度为0.02℃/min，数据采集时间间隔为30s或样品温度变化1℃；开启程序，保证试验样品处于绝热环境；
⑤ 绝热环境中，待试验样品和腔体内温度达到目标温度，试验样品开始以0.1C电流恒流放电；若放电过程中，试验样品的表面温度达到Tmax1，则试验结束；若放电结束时，试验样品的表面温度未达到Tmax1，继续以0.1C电流恒流放电至规定的放电截止电压，停止试验；
⑥ 重复步骤③~⑤，其中，步骤⑤放电电流分别依次为0.1C、0.3C、0.5C、0.7C、1.0C和Imax1；
⑦ 记录放电过程中试验样品的表面温度和温升速率（℃/min），测试结束后，按照P=Cp mΔT/t分别计算试验样品在不同倍率和不同温度下放电过程的生热功率P（W）（例如，试验样品以0.1C进行恒流放电，温度由20℃升至25℃计算得到的P，记为20℃温度下0.1C放电过程的生热量，将数据记录结果和数据处理结果填至附录表A1中。
  • 电池单体充电过程生热功率测试
准备3个动力电池单体，并按照如下步骤进行充电过程生热功率测试：
① 对试验样品的质量进行测量，记作质量m（kg）；
② 将试验样品与充放电设备进行连接，在试验样品的外表面的几何中心处（如图1）粘贴温度传感器，将连接好的试验样品悬挂于加速量热仪的绝热仓内，封闭绝热仓；
③ 试验样品按照步骤8.1进行充电预处理循环，按8.2进行电池状态初始化，开启设备，保证试验样品处于绝热环境，设置等待时间，并按照步骤7.2.4静置；
④ 设定加速量热仪参数：设定试验目标温度，终止温度为Tmax2，温升灵敏度为0.02℃/min，数据采集时间间隔为30s或样品温度变化1℃；开启程序，保证试验样品处于绝热环境；
⑤ 绝热环境中，待试验样品和腔体内温度达到目标温度，试验样品以0.1C电流恒流充电；若充电结束时，试验样品的表面温度达到Tmax2，则试验结束；若充电结束时，试验样品的表面温度未达到Tmax2，继续以0.1C恒流充电至规定的充电截止条件，
⑥ 重复步骤③~⑤，其中，步骤⑤充电电流分别依次为0.1C、0.3C、0.5C、0.7C、1.0C和Imax2。
⑦ 记录充电过程中试验样品的表面温度和温升速率（℃/min），测试结束后根据Q=Cp* m*ΔT/t分别计算试验样品在不同倍率下充电过程的生热功率P（W）（例如，试验样品以0.1C进行充电，温度由20℃升至25℃计算得到的P，记为20℃下0.1C充电过程的生热量，将数据记录结果和数据处理结果填至附录表A2中。
  • 测试结果：
放电生热功率试验结果：按照P=Cp mΔT/t 计算试验样品在1C放电过程的生热功率5.88W,由于篇幅的原因，电池在充电的发热功率就详写，测试结果6.14W.
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