一种圆柱电池径向导热系数与比热测定方法和测定装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种圆柱电池径向导热系数与比热测定方法与装置，装置包括温控箱、放置在温控箱内的电池组、用于升温的加热组件、以及用于测量电池组的数据采集处理单元。本发明专利技术通过对待测电池侧面加热和侧面均匀热防护使进入电池的热流处于较高水平的恒定值，将热损速率控制在较低水平的恒定值，并依据电池外表面的瞬态温升特性求得圆柱电池的径向导热系数和比热。本发明专利技术能够实现对圆柱电池径向导热系数和比热进行无损原位测量，可用于测量不同温度工况条件下圆柱电池径向导热系数和比热值，测试时间短，精度高、容易实现、成本低。成本低。成本低。

【技术实现步骤摘要】
一种圆柱电池径向导热系数与比热测定方法和测定装置


[0001]本专利技术涉及储能电池热物性参数研究与热管理
，尤其涉及到一种圆柱电池径向导热系数与比热测定方法和测定装置。

技术介绍

[0002]锂离子电池目前已经广泛应用在电动汽车上，但在热安全性与热特性方面仍存在诸多问题，比如电池温度过高影响电池可靠性与安全性，温度不均匀性严重影响电池寿命，而电池的热安全性与温度与电池的导热性能紧密相关。
[0003]电池的导热率是影响温度一致性的重要参数，它反映了电池的热传导能力，比热是表示物质热性质的物理量，反映了单位时间内电池吸热放热的能力。热物性参数的变化可能会导致电池温度梯度发生较大变化。准确测量锂离子电池的导热系数和比热等热物性参数对准确估计锂离子电池的热行为，防止热失控起着不可或缺的作用。
[0004]为了解决上述问题，专利号为201910641508.2的专利文件公开了一种圆柱形动力电池的比热容和径向热导率测试方法，通过建立绝热环境下所述圆柱形动力电池比热容和径向热导率理论模型；记录所述圆柱形动力电池温度随时间的变化，标定所述圆柱形动力电池的热损；并根据所述步骤S2的结果对所述步骤S1中理论模型进行优化，得到非绝热环境下所述圆柱形动力电池比热容和径向热导率模型，并开展实验测试。
[0005]该专利技术专利申请方案建立的圆柱形动力电池比热容和径向热导率理论计算模型考虑了热损的影响，相比于传统的不考虑热损测量电池的热物性参数，具有更高的测试精度。但其总体实验时间长，且需要拆解电池，属于破坏性测量。
[0006]另外，也有申请号为202210667344.2的专利技术专利申请文件公开了一种电池展向导热系数测试装置及方法，所述装置包括高低温试验箱以及置于高低温试验箱内的多个待测电池，多个待测电池中至少两个待测电池内置热电偶，每个待测电池的一个侧面上贴有加热膜，所有待测电池在高低温试验箱内两两排成一行且贴有加热膜的侧面相对设置，内置热电偶的待测电池位于高低温试验箱内中间位置且其加热膜上贴有热电偶，内置热电偶的待测电池的非加热膜面也贴有热电偶，待测电池与箱体接触的表面均包裹保温材料，所有加热膜并联且与直流电源连接，所有热电偶均与数据记录仪连接。
[0007]该方案可以实际测得电池的内部真实温度，而不是金属壳体的温度，可以获得准确数据，避免金属壳体影响，总体方案获得的导热系数比较接近电池真实结果，测试结果相对准确。但该方法也需要拆解电池，不是原为测量。
[0008]因此，有必要对这样一种结构进行改善，以克服上述缺陷。

技术实现思路

[0009]本专利技术的目的是提供一种圆柱电池径向导热系数与比热测定方法和测定装置，能够实现对圆柱电池进行原位无损测量，使测量结果更加真实和准确。
[0010]本专利技术的上述技术目的是通过以下技术方案实现的：
[0011]一种圆柱电池径向导热系数与比热测定方法，包括以下步骤：
[0012]S1.以待测电池为中心，在其周围设置若干热防护电池，所述待测电池和若干热防护电池通过绝热套环支架连接构成电池组；并在待测电池的侧面上端、中间位置和下端分别设置一待测电池热电偶，在若干热防护电池中一颗的表面上设置热防护电池热电偶；
[0013]S2.在所述待测电池和热防护电池的侧面均设置薄膜加热器，并在待测电池的薄膜加热器外侧设置热流计，然后在薄膜加热器和与其对应的待测电池或热防护电池之间设置高导热石墨薄片，高导热石墨薄片用以均衡进入电池的热流；
[0014]S3.采用绝热胶毡包覆电池组的顶部、侧面和底部，以形成测试段；接着将电池组放置于温控箱内，并将薄膜加热器的正负极导线与温控箱外部的直流电源连接，向待测电池提供较高水平的恒定加热功率，并将热损速率控制在较低水平的恒定值；
[0015]S4.在所述温控箱内设置监测箱内温度的温控箱热电偶，并将所述待测电池热电偶、热防护电池热电偶和温控箱热电偶与数据采集仪相连输出温度信号和电压信号；
[0016]S5.将温控箱的温度保持在初始温度不变，当电池温度与箱内温度在达到热平衡后，通过薄膜加热器给待测电池和热防护电池加热，并记录待测电池侧面温度的变化，加热到准稳态后的100
‑
800s后停止加热；
[0017]设待测电池长度为H，半径为r，底面面积为A，密度为ρ，径向导热系数为k
r
，薄膜加热器加热功率为Q，电池侧面平均加热热流密度为q＝Q/(πDH)
‑
q
loss
，其中，q
loss
为外表面损失的平均热流密度，电池侧面平均温升为ΔT，则电池的比热c可由准稳态时的温升速率dT/dt表示为：
[0018][0019]所述径向导热系数k
r
可由温升ΔT、电池比热c、半径r、热流q表示：
[0020][0021][0022]其中，傅里叶数
[0023]进一步的，包括以下步骤：
[0024]X1.根据步骤S1
‑
S5测得电池的温升曲线与外表面损失的平均热流密度q
loss
，获得q与温升ΔT＝ΔT1(t)；
[0025]X2.根据上述公式求得电池比热c、以及瞬时导热系数k
r1
和瞬态变量Fo1＝kr1t/(ρcr2)之间的曲线关系kr＝kr1(Fo1)，k
r1
覆盖所测导热系数范围；
[0026]X3.将获得的瞬时导热系数k
r1
按时间范围均分为5
‑
10等分，基于每个k
r1
值以及比热c与恒定热流边界条件q，建立单电池热模型进行瞬态数值仿真，分别输入导热系数k
r1
并获得同样t时间段对应的温升ΔT＝ΔT2；
[0027]X4.针对每个输入导热系数k
r1
仿真情形，根据数值仿真的温升ΔT2与t，由上述k
r
公式求得所对应的导热系数k
r2
(t)并进行等分，k
r2
(t)等分时间范围与k
r1
(t)相同；
[0028]X5.根据仿真瞬时导热系数k
r2
(t)求出相对的Fo2＝kr2t/(ρcr2)，以Fo2(t)为横轴，画出同一时间t下的导热系数k
r1
与导热系数k
r2
(t)两者偏差与Fo2的关系曲线，确定的最小偏差区间所对应的傅里叶数Fo2范围；
[0029]X6.根据确定的Fo2范围，代入k
r
公式k
r
＝k
r1
(Fo)反算对所应的导热系数k
r
范围，取k
r
平均值即为待测的导热系数。
[0030]进一步的，所述步骤S1中的待测电池和热防护电池具有相近的径向导热系数，且所有薄膜加热器加热功率相同，所述绝热套环支架结构为圆柱体，中间按电池排列方式镂空本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种圆柱电池径向导热系数与比热测定方法，其特征在于，包括以下步骤：S1.以待测电池为中心，在其周围设置若干热防护电池，所述待测电池和若干热防护电池通过绝热套环支架(2)结构连接构成电池组(10)；并在待测电池的侧面上端、中间位置和下端分别设置一待测电池的热电偶(11)，在若干热防护电池中一颗的表面上设置热防护电池的热电偶(11)；S2.在所述待测电池和热防护电池的侧面均设置薄膜加热器(5)，并在待测电池的薄膜加热器(5)外侧设置热流计(8)，然后在薄膜加热器(5)和与其对应的待测电池或热防护电池之间设置高导热石墨薄片(4)，高导热石墨薄片(4)用以均衡进入电池的热流；S3.采用绝热胶毡(1)包覆电池组(10)的顶部、侧面和底部，以形成测试段；接着将电池组(10)放置于温控箱(9)内，并将薄膜加热器(5)的正负极导线与温控箱(9)外部的直流电源连接，以提供恒定加热功率；S4.在所述温控箱(9)内设置监测箱内温度的温控箱(9)的热电偶(11)，并将所述待测电池的热电偶(11)、热防护电池的热电偶(11)和温控箱(9)的热电偶(11)与数据采集仪(12)相连输出温度信号和电压信号；S5.将温控箱(9)的温度保持在初始温度不变，当电池温度与箱内温度在达到热平衡后，通过薄膜加热器(5)给待测电池和热防护电池加热，并记录待测电池侧面温度的变化，加热到准稳态后的100
‑
800s后停止加热；设待测电池长度为H，半径为r，底面面积为A，密度为ρ，径向导热系数为k
r
，薄膜加热器(5)加热功率为Q，电池侧面平均加热热流密度为q＝Q/(πDH)
‑
q
loss
，其中，q
loss
为外表面损失的平均热流密度，电池侧面平均温升为ΔT，则电池的比热c可由准稳态时的温升速率dT/dt表示为：所述径向导热系数k
r
可由温升ΔT、电池比热c、半径r、热流q、傅里叶数Fo表示为：可由温升ΔT、电池比热c、半径r、热流q、傅里叶数Fo表示为：其中，F
O
＝krt/ρcr2。2.根据权利要求1所述的圆柱电池径向导热系数与比热测定方法，其特征在于，包括以下步骤：X1.根据步骤S1
‑
S5测得电池的温升曲线与外表面损失的平均热流密度q
loss
，获得q与温升ΔT＝ΔT1(t)；X2.根据上述公式求得电池比热c、以及瞬时导热系数k
r1
和瞬态变量Fo1＝kr1t/(ρcr2)之间的曲线关系kr＝kr1(Fo1)，k
r1
覆盖所测导热系数范围；X3.将获得的瞬时导热系数k
r1
按时间范围均分为5
‑
10等分，基于每个k
r1
值以及比热c与恒定热流边界条件q，建立单电池热模型进行瞬态数值仿真，分别输入导热系数k
r1
并获得同
样t时间段对应的温升ΔT＝ΔT2；X4.针对每个输入导热系数k
r1
仿真情形，根据数值仿真的温升ΔT2与t，由上述k
r
公式求得所对应的导热系数k
r2
(t)并进行等分，k
r2
(t)等分时间范围与k
r1
(t)相同；X5.根据仿真瞬时导热系数k
r2
(t)求出相对的Fo2＝kr2t/(ρcr2)，以Fo2(t)为横轴，画出同一时间t下的导热系数k

【专利技术属性】
技术研发人员：张恒运，余鸿，徐屹东，裔昭臧，徐屾，
申请(专利权)人：上海工程技术大学，
类型：发明
国别省市：