一種電池比熱容測試裝置及其方法
【專利說明】
【技術領域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及鋰電池領域，尤其涉及一種電池比熱容測試裝置及其方法。
【【背景技術】】
[0002]雖然鋰離子電池具有較高的能量密度，但在充放電過程中，由于電池內部的電化學反應會放出熱量，如果熱量累積在一起，又不能得到合理的釋放，就會導致電池及動力系統(tǒng)過熱的問題，從而影響電池的電性能和整個動力系統(tǒng)的安全性。特別是在電動車等應用領域，大量的單體電池串并聯(lián)組成容量和功率較大的模塊電池組系統(tǒng)，就會面臨更嚴重的發(fā)熱問題。因而，需要根據(jù)電池比熱容，針對性地對電池或電池組進行相應的散熱設計，從而避免電池熱量累計導致的電池失效甚至產(chǎn)生安全事故。所以，電池的比熱容就成為一個重要的設計參數(shù)。
[0003]電池的比熱容數(shù)據(jù)雖然可以通過計算電池組所有材料的比熱容數(shù)據(jù)而求得，但組成電池的材料多達幾十種，且每種材料的類型、純度、用量等參數(shù)都影響計算結果，計算量大，不同的化學狀態(tài)會影響計算準確性，因此準確度較低。
[0004]傳統(tǒng)的電池比熱容測試方法，在靜態(tài)測試時，是將加熱好的待測電池從恒溫箱向測試容器內部轉移的方式，并沒有考慮到轉移過程中熱量的損失，這就會因待測電池的轉移過程中熱損失導致測試誤差；而在動態(tài)測試時，是采用電池預先侵入液體溶劑進行充放電工況下的電池比熱容，由于溶劑溫度較低，電池工作狀態(tài)下與溶劑發(fā)生熱傳遞，會降低電池內部電化學活性，從而不能真實測量設定充放電工況下的電池比熱容，而且在電池充放電過程中正負極材料進行鋰離子的脫出和嵌入的電化學反應，材料本身晶體結構也會發(fā)生變化，所以不同工況的電池比熱容也不相同，同時從安全性考慮，將電池浸入以水為液體介質的充放電比熱容測試，很可能因操作不當，或絕緣漆涂覆不均勻等原因，造成電池的短路，從而造成測試過程中的安全隱患，且從測試效率上考慮，無論采用靜態(tài)的比熱容測試還是特定充放電狀態(tài)下的工作比熱容測試，都因電池和溶劑的熱平衡時間較長，導致測試周期較長。
[0005]鑒于以上弊端，實有必要提供一種電池比熱容測試裝置及其方法以克服上述缺陷。
【
【發(fā)明內容】
】
[0006]本發(fā)明是提供一種電池比熱容測試裝置及其方法，旨在解決傳統(tǒng)的電池比熱容測試方法中測試誤差大、安全隱患大及測試周期較長的問題。
[0007]本發(fā)明是這樣實現(xiàn)的，一種電池比熱容測試裝置，其包括儲液罐、測試腔，所述儲液罐上安裝有溫度計，所述儲液罐內有作為液體測試介質的變壓器油，所述測試腔分為上殼腔和下殼腔組成，所述儲液罐和測試腔之間通過導管連接，所述上殼腔上開有孔，用以接入溫度傳感器、電極導線等測試用輔助裝置，所述下殼腔內安裝有承托電池的承托網(wǎng)，所述上下殼腔之間采用過盈配合的方式保證緊密連接，所述測試裝置還包括一個參考標準件。
[0008]優(yōu)選的是，所述儲液罐和測試腔之間的導管上安裝有閥門以控制儲液罐中液體的流向測試腔；
[0009]優(yōu)選的是，所述儲液罐和測試腔均采用尼龍材料制成；
[0010]優(yōu)選的是，所述承托網(wǎng)下方安裝有獨立轉動的磁力攪拌器；
[0011]優(yōu)選的是，所述參考標準件外形尺寸與待測電池相同，材質為黃銅。
[0012]本發(fā)明還提供一種電池比熱容測試方法，其包括以下步驟:
[0013](I)將已知質量的待測電池m。放入下殼腔的承托網(wǎng)上，蓋上已經(jīng)安裝好溫度測試探頭和電極導線的上殼腔，再將儲液罐和測試腔安裝在一起，接通導管。
[0014](2)先關閉儲液罐的導管閥門，由儲液罐的溫度計安裝孔處注入初溫為t。、質量為Hl0的變壓器油，再在儲液罐上插入溫度計，測試并記錄當前待測電池的溫度t。和儲液罐中變壓器油溫度t。。
[0015](3)打開導管閥門向測試腔注入變壓器油，再打開磁力攪拌器促進傳熱和溫度場均勻變化，當上殼腔上的兩個溫度傳感器達到溫度一致，并在5分鐘內不再有溫度變化時，記錄該溫度te。
[0016](4)通過上述參數(shù)計算出電池靜態(tài)比熱容C。和充放電過程后電池比熱容Cb:
[0017]電池靜態(tài)比熱容公式:C。=[Ccm0 (t0-te) ].[mc(tc-te)]_1
[0018]特定充放電過程后電池比熱容公式:Cb = [Ccm0 (te-t0) ].[mc(tc-te)]_1
[0019](5)靜態(tài)比熱容測試時，若考慮系統(tǒng)溫度損失，可先選用標準件并計算標準件熱損失Λ Q，再通過公式代入來計算最終電池比熱容，具體為:
[0020]選取比熱值為Cb、質量為mb、初溫為tb、的標準件，計算特定t。時的Λ Q,再代入(4)中的電池靜態(tài)比熱容公式公式，計算C。,公式如下:AQ。= C。.m0 (t0-te) -Cb.mb (te~tb)，其中Cb、mb、C0、m0、tb為已知量。
[0021]本發(fā)明的原理是:
[0022]物質比熱容定義:C = Q/mA t
[0023]將質量為m。的電池，初溫為t。和液體測試介質初溫t。，質量m。共同置于保溫容器中，最終達到平衡溫度te。
[0024]由熱平衡方程得到電池放出的熱量Q。為變壓器油吸收的熱量Q。:
[0025]Qc = Q0
[0026]其中，
[0027]Q0 = C0Hi0 (I te-t01)
[0028]Qc = Cpbmb (I tc-te I)
[0029]則電池比熱容計算表達式為:
[0030]Cc = [C0H10 (I te-t01)].[mc( I tc-te I) ] ―1
[0031]靜態(tài)測試實驗中若考慮系統(tǒng)向外環(huán)境的散熱損失AQ。，則由熱平衡方程得到:
[0032]AQc = I Q0-Qc
[0033]實驗中散熱損失修正值主要包括以下4個部分:液體介質注入過程中可能的輸入勢能、由于介質注入排空過程中的氣體帶走的熱能、由于機械攪拌或磁力攪拌輸入的動能、系統(tǒng)與環(huán)境間的熱傳遞等。用一個已知質量mb，比熱容Cb的標準試樣(尺寸規(guī)格與電池相同)，按照上述實驗原理進行實驗，實驗中標準試樣取不同初始溫度tb，其他條件一致，重復比熱容測試實驗，將實驗數(shù)據(jù)代入公式AQ。= I Qtj-QcJ,可得到散熱損失值與液體測試介質溫度變化值At之間的關系為:
[0034]AQc = I Q0-Qc | = | C0 m。(t0_te) -Cb mb (te_tb)
[0035]其中Cb、mb、co、mo、to為已知量，則Λ Q。為終止平衡溫度te與液體測試介質初始溫度t。的函數(shù)。
【【附圖說明】】
[0036]圖1為本發(fā)明一種電池比熱容測試裝置及其方法的裝置示意圖；
[0037]圖2為本發(fā)明一種電池比熱容測試裝置及其方法的裝置原理圖。
【【具體實施方式】】
[0038]請參考圖1、圖2所示，下面結合實施案例對本發(fā)明作進一步說明。
[0039]實施例1電池靜態(tài)比熱容測試
[0040]將已知重量m。的待測電池放入下殼腔20的承托網(wǎng)22上，蓋上上殼腔。上殼腔21開孔處分別插入溫度測試探頭23和24，探頭24與電池接觸以測量電池溫度，探頭23遠離電池并盡量靠近測試腔下殼腔20的底部以測量液體測試介質的溫度，將儲液罐10的導管12接入上殼腔21開孔處，導管口與測試電池之間保持3-30mm間隙，以保證液體測試介質的順利流出。
[0041]先關閉儲液罐10的導管閥門27，由儲液罐10的溫度計11安裝孔處注入足量已知加熱好的溫度相對較高的變壓器油，再在儲液罐10上插入溫度計11，測試并記錄當前待測電池的溫度t。和儲液罐10中變壓器油溫度t。。
[0042