一种基于绝热恒温的电池比热容测量装置与方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种基于绝热恒温的电池比热容测量装置与方法，属于电池安全检测领域，利用绝热恒温的环境，将目标单体电池和目标标准铝块分别悬空放置在绝热加速量热仪量热腔中

【技术实现步骤摘要】
一种基于绝热恒温的电池比热容测量装置与方法


[0001]本专利技术属于电池安全检测领域，具体涉及一种基于绝热恒温的电池比热容测量装置与方法
。

技术介绍

[0002]目前锂离子电池被广泛应用在便携电子设备，电动汽车以及储能电站等重要领域，然而频发的事故使得锂离子电池的应用场景受到限制，追究事故根本，电池在故障场景下，电池内部会产生大量热量引起电池温度变化，该温度变化不仅一项电池寿命和性能，更严重的是由此导致的使用者生命财产安全问题
。
[0003]为了控制电池温度在安全范围之内，目前最常用的技术方法就是对电池进行热管理，防止电池组内部热量积聚，引发不可控的事故
。
在对电池进行热管理的过程中，电池的比热容是基础环节
。
因此亟需专利技术一种能准确测量电池比热容的方法，为推荐电池技术的发展提供支持
。
[0004]目前研究大多采用绝热加速量热仪，研究绝热条件下锂离子电池热失控特征，对其他触发热失控的情景研究较少
。
锂电池在诸多应用场景中存在局部受热的情况，如内部活性材料利用率不一致，导致局部发热；电池模组中的电池由于外部散热条件不同导致局部受热；由于邻近电池热失控导致电池局部受热
。
故研究局部加热导致锂电池热失控十分有必要
。
并且采用传统的实验方法对锂离子电池热失控研究会耗费大量的人力物力财力以及时间，而模拟则显现出了诸多优点，可任意改变工况及参数，减少周期提高效率等
。
[0005]现有的测量比热容的方法主要有以下几种：
[0006]第一种：将待测的锂电池放入绝热加速量热仪中，通过绝热加速量热仪提供一个近似绝热的测量环境，使用加热片加热待测锂电池，同时测量被测锂电池的温升
。
根据加热片提供的热量和被测锂电池的温升数据，使用理想条件下推导的温升和比热容之间关系式，计算被测锂电池比热容
。
该方法的缺陷为：忽略了加热片本身吸热造成的热量损失，还忽略了现实条件中，绝热加速量热仪提供非理想绝热环境引发的热量损失，该缺陷会对锂电池比热容测量的准确性产生影响
。
[0007]第二种：驰豫量热法
(relaxation calorimetry)
，该方法是
Quantum Design
公司开发的综合物性测量系统
(PPMS)
采用的比热测量技术
。
该方法在加热待测样品过程中，通过测量样品的热响应而求得比热值
。
驰豫量热法测量比热容具有局限性，被测样品必须具有较高的导热性，这样才能使样品在加热过程中快速与样品台温度达到一致，因此未见该方法在电池比热容测量中的应用
。
[0008]第三种：采用差示扫描量热仪测量样品比热容，该方法将试样与已知比热容的标准物质置于相同条件下进行温度扫描
。
通过对扫描测得的热流信号进行分析求得被测样品的比热容
。
采用差示扫描量热仪测量样品比热容，需要保证被测样品和坩埚之间的良好接触，对被测样品的剂量控制也有要求
。
所以该方法不适用于测量电池的比热容
。

技术实现思路

[0009]针对技术背景中提到的现有电池比热容给测量方法存在的缺陷，本专利技术提出了一种基于绝热恒温的电池比热容测量装置与方法，消除由非绝对理想绝热环境散失热量导致的比热容测量误差，增加了电池比热容测量的准确性
。
[0010]为达到上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：
[0011]一种基于绝热恒温的电池比热容测量装置，基于绝热加速量热仪原理，即绝热加速量热仪的量热腔可以为测试样品提供隔热
、
升温的环境，包括绝热加速量热仪，所述绝热加速量热仪具有量热腔，所述量热腔包括量热腔顶部
、
量热腔侧壁和量热腔底部，三者构成封闭的量热腔；量热腔中悬挂目标标准铝块或目标单体电池，目标标准铝块和目标单体电池下部设置热电偶；在量热腔顶部
、
量热腔侧壁和量热腔底部分布有加热器；绝热加速量热仪使用热电偶测得样品的温度和量热腔各点的温度，从而控制内部的加热器，使量热腔温度与预设温度保持一致，提供恒温环境
。
[0012]测量过程中量热腔的温度不断升高直到达到设定温度，量热腔中的目标单体电池和目标标准铝块通过与量热腔内空气的热对流以及量热腔表面对目标单体电池和目标标准铝块的热辐射吸收热量而升温；将目标单体电池和目标标准铝块测量数据进行计算，将由非绝对理想绝热环境散失热量导致的比热容测量误差消去
。
[0013]本专利技术该提供一种基于绝热恒温的电池比热容测量方法，包括：
[0014]选择一块待测的目标单体电池，一块几何外形和目标单体电池相同的目标标准铝块
。
将量热腔中的热电偶粘贴于目标标准铝块表面，最后将目标标准铝块用线捆绑悬挂于绝热加速量热仪的量热腔中
。
悬挂时需要保证目标标准铝块处于量热腔的正中央，与量热腔侧壁
、
量热腔顶部以及量热腔底部没有接触
。
[0015]检查线路连接无误，启动绝热加速量热仪，设置目标恒温温度，等待目标标准铝块与量热腔温度达到一致
。
在绝热加速量热仪恒温模式提供的恒温条件下，目标标准铝块温度不断升高，最终与绝热加速量热仪温度达到一致，升温过程中目标标准铝块的温度通过量热腔内的热电偶记录
。
对于目标单体电池比热容的测量步骤与目标标准铝块一致；
[0016]将测得目标标准铝块的温度数据带入比热容关系式，确定相关参数值；
[0017]将确定的相关参数值带入目标单体电池比热容计算公式，求得目标单体电池的比热容
。
[0018]所述比热容关系式如公式
(1)
和
(2)
所示：
[0019][0020][0021]其中，公式
(1)
为包含目标标准铝块比热容的关系式，公式
(2)
为包含目标单体电池比热容的关系式
。
两式中
t
‑
t0
为加热时长；
C
p
铝
和
C
p
电池
分别为目标标准铝块和目标单体电池比热容，目标标准铝块比热容已知；
Δ
T
铝
为目标标准铝块的温度变化值
、
Δ
T
电池
为目标单体电池的温度变化值；
m
铝
和
m
电池
分别为目标标准铝块和目标单体电池的质量；
A
铝
和
A
电池
分别为目标标准铝块和目标单体电池的表面积；
T
量热腔
为量热腔的温度；
T...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种基于绝热恒温的电池比热容测量装置，其特征在于：基于绝热加速量热仪原理，包括绝热加速量热仪，所述绝热加速量热仪具有量热腔，所述量热腔包括量热腔顶部
、
量热腔侧壁和量热腔底部，三者构成封闭的量热腔；量热腔中悬挂目标标准铝块或目标单体电池，目标标准铝块和目标单体电池下部设置热电偶；在量热腔顶部
、
量热腔侧壁和量热腔底部分布有加热器；绝热加速量热仪使用热电偶测得样品的温度和量热腔各点的温度，从而控制内部的加热器，使量热腔温度与预设温度保持一致，提供恒温环境；测量过程中，量热腔的温度不断升高直到达到设定温度，量热腔中的目标单体电池和目标标准铝块通过与量热腔内空气的热对流以及量热腔表面对目标单体电池和目标标准铝块的热辐射吸收热量而升温；将目标单体电池和目标标准铝块测量数据进行计算，将由非绝对理想绝热环境散失热量导致的比热容测量误差消去
。2.
根据权利要求1所述的一种基于绝热恒温的电池比热容测量装置的电池比热容测量方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤
(1)
选择一块待测的目标单体电池，一块几何外形和目标单体电池相同的目标标准铝块；步骤
(2)
将量热腔中的热电偶粘贴于目标标准铝块表面，最后将目标标准铝块用线捆绑悬挂于绝热加速量热仪的量热腔中；步骤
(3)
检查线路连接无误，启动绝热加速量热仪，设置目标恒温温度，等待目标标准铝块与量热腔温度达到一致；步骤
(4)
在绝热加速量热仪恒温模式提供的恒温条件下，目标标准铝块温度不断升高，最终与绝热加速量热仪温度达到一致，升温过程中目标标准铝块的温度通过量热腔内的热电偶记录；步骤
(5)
将量热腔中的热电偶粘贴于目标单体电池表面，然后将目标单体电池用线捆绑悬挂于绝热加速量热仪的量热腔中；步骤
(6)
检查线路连接无误，启动绝热加速量热仪，设置目标恒温温度，等待目标单体电池与量热腔温度达到一致；步骤
(7)
在绝热加速量热仪恒温模式提供的恒温条件下，目标单体电池温度不断升高，最终与绝热加速量热仪温度达到一致，升温过程中目标单体电池的温度通过量热腔内的热电偶记录；步骤
(8)
将测得目标标准铝块的温度数据带入比热容关系式，确定相关参数...

【专利技术属性】
技术研发人员：李勇琦，陈满，王青松，闻有为，滕安琪，谭启鹏，段强领，李毓烜，孙金华，彭鹏，
申请(专利权)人：中国科学技术大学先进技术研究院，
类型：发明
国别省市：