CN105259510A - 锂离子电池温熵系数的测定方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了锂离子电池温熵系数的测定方法，通过将电池充放电仪与绝热加速量热仪联用，对电池施加正弦扰动电流，实时监测电池表面温度，并通过傅立叶变换得到可逆产热导致的电池温度变化值，然后计算锂离子电池的温熵系数。本发明提供的锂离子电池温熵系数的测定方法，可以快速测定锂离子电池的温熵系数，而且测试过程不易受电池自放电的影响，测试精度高。

Description

锂离子电池温熵系数的测定方法

技术领域

本发明涉及锂离子电池技术领域，特别涉及锂离子电池温熵系数的测定方法。

背景技术

随着锂离子电池在电动汽车中的应用，基于对安全性的考虑，对电池产热的评估及控制在电池及模组设计中已成为必不可少的项目。电池在使用过程中，随着充放电的进行，电池会发生产热，一部分来自于电化学反应熵变产热，一部分来自于电池阻抗产热，前者为可逆热，而后者为不可逆热，对两种产热的分别测试及研究有利于对特定应用环境下电池体系的优化设计及材料的选择。

在电池可逆产热的计算中，首先需要对电池的温熵系数进行测试，而目前测试温熵系数的传统方法为直接测量法，即在固定SOC下进行温度变化测试电池的开路电压，由于该方法需要电池在一定温度下达到电化学平衡，因此测试耗时长，一般在24h以上；同时如果电池存在轻微的自放电现象，将会严重影响测试的准确性。

发明内容

为了解决现有技术的问题，本发明目的是提供一种锂离子电池温熵系数的测定方法，可实现锂离子电池温熵系数的快速测定。

基于上述问题，本发明提供的技术方案是：

锂离子电池温熵系数的测定方法，包括以下步骤：

(1)称量待测锂离子电池的质量，然后在待测锂离子电池上焊接正负极耳；

(2)将待测锂离子电池置于绝热加速量热仪的热腔中，将热电偶固定在锂离子电池表面的中心位置，同时将锂离子电池的正负极耳端通过导线连接到充放电测试仪上，记录锂离子电池的电压，电流和时间；

(3)运行绝热加速量热仪，设定开始温度、结束温度、加热幅度、斜率敏感度和等待时间，其中加热幅度为零；

(4)当绝热加速量热仪温度稳定后，运行充放电测试仪并设定正弦电流的振幅I_amp和频率f，对锂离子电池进行电流扰动；

(5)对锂离子电池充电一段时间，将采集的锂离子电池表面温度数据对应充放电时间作图，通过傅立叶变换分离得到与正弦电流频率f一致的温度振幅数据，即可逆产热导致的锂离子电池表面温度增长最大值ΔT；

(6)根据以下关系式计算温熵系数：

$\frac{\∂E}{\∂T}=\frac{4\sqrt{2}{C}_p\·m\·\mathrm{\Δ}T}{I_{amp}\·T}$

其中：

为电池一定荷电态下的温熵系数，J·mol^-1·K^-1；

C_p为电池比热，J·g^-1·K^-1；

m为电池质量，g；

ΔT为可逆热导致的电池表面温度增长值，K；

I_amp为正弦电流振幅，A；

T为电池温度，K。

在其中的一个实施例中，所述步骤(2)中结束温度大于开始温度，且两者的差值在3℃以上。

在其中的一个实施例中，所述步骤(2)中斜率敏感度为0.02℃/min。

在其中的一个实施例中，所述步骤(2)中等待时间至少为15min。

在其中的一个实施例中，所述步骤(3)中正弦电流的循环次数至少为20次。

与现有技术相比，本发明的优点是：

采用本发明的技术方案，通过将电池充放电仪与绝热加速量热仪联用，对电池施加正弦扰动电流，实时监测电池表面温度，并通过傅立叶变换得到可逆产热导致的电池温度变化值，然后计算锂离子电池的温熵系数，该方法可以快速测定锂离子电池的温熵系数，而且测试过程不易受电池自放电的影响，测试精度高。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明锂离子电池温熵系数的测定方法实施例1锂离子电池表面温度随时间的变化关系图；

图2为本发明实施例1傅立叶变换后电池表面温度随频率的变化图。

具体实施方式

以下结合具体实施例对上述方案做进一步说明。应理解，这些实施例是用于说明本发明而不限于限制本发明的范围。实施例中采用的实施条件可以根据具体厂家的条件做进一步调整，未注明的实施条件通常为常规实验中的条件。

本发明进行锂离子电池温熵系数测试方法中，所用的设备为英国THT的绝热加速量热仪EV+BatteryCalorimeter和Arbin充放电仪，待测电池选用商业化的三元体系18650锂离子电池，将锂离子电池以0.1C恒流制式充电3h至30％荷电态。

实施例1

(1)称量待测锂离子电池的质量，然后在待测锂离子电池上焊接正负极耳；

(2)将待测锂离子电池置于绝热加速量热仪的热腔中，将热电偶固定在锂离子电池表面的中心位置，同时将锂离子电池的正负极耳端通过导线连接到充放电测试仪上，记录锂离子电池的电压，电流和时间数据；

(3)运行绝热加速量热仪，设定开始温度为30℃、结束温度为50℃、加热幅度为0、斜率敏感度为0.02℃/min、等待时间为15min，其他为仪器默认值；

(4)当绝热加速量热仪温度稳定后，即10min内的温度波动范围＜0.02℃，运行设定好的正弦充放电电流，对电池进行电流扰动，正弦电流的振幅I_amp设定为1A，频率f设定为2mHz，正弦电流的循环次数设定为20次；

(5)对锂离子电池充电3h后，如图1所示，将采集的锂离子电池表面温度数据对应充放电时间作图，取10次以后的温度和时间数据进行傅立叶变换，如图2所示，分离得到与正弦电流频率f一致的温度振幅数据为0.206℃，即可逆产热导致的锂离子电池表面温度增长最大值ΔT；

(6)根据以下关系式计算温熵系数：

$\frac{\∂E}{\∂T}=\frac{4\sqrt{2}{C}_p\·m\·\mathrm{\Δ}T}{I_{amp}\·T}$

其中：

为电池一定荷电态下的温熵系数，J·mol^-1·K^-1；

C_p为电池比热，J·g^-1·K^-1；

m为电池质量，g；

ΔT为可逆热导致的电池表面温度增长值，K；

I_amp为正弦电流振幅，A；

T为电池温度，K。

温熵系数计算结果如表一所示，其中项目1中电池温度T的取值为测试过程中电池的最低温度，项目2中电池温度T的取值为测试过程中电池的最高温度，项目3中的电池温度T的取值为测试过程中电池最低温度值和最高温度值的平均值：

表一温熵系数计算结果

由上表计算结果可知，电池温度T为温熵系数的计算值影响很小，当电池在测试过程中温度波动范围在0-5℃，可保证测得的温熵系数准确，电池温度T可取最低和最高温度的平均值。

上述实例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人是能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所做的等效变换或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.锂离子电池温熵系数的测定方法，其特征在于包括以下步骤：

(1)称量待测锂离子电池的质量，然后在待测锂离子电池上焊接正负极耳；

(2)将待测锂离子电池置于绝热加速量热仪的热腔中，将热电偶固定在锂离子电池表面的中心位置，同时将锂离子电池的正负极耳端通过导线连接到充放电测试仪上，记录锂离子电池的电压，电流和时间；

(3)运行绝热加速量热仪，设定开始温度、结束温度、加热幅度、斜率敏感度和等待时间，其中加热幅度为零；

(4)当绝热加速量热仪温度稳定后，运行充放电测试仪并设定正弦电流的振幅I_amp和频率f，对锂离子电池进行电流扰动；

(5)对锂离子电池充电一段时间，将采集的锂离子电池表面温度数据对应充放电时间作图，通过傅立叶变换分离得到与正弦电流频率f一致的温度振幅数据，即可逆产热导致的锂离子电池表面温度增长最大值ΔT；

(6)根据以下关系式计算温熵系数：

$\frac{\∂E}{\∂T}=\frac{4\sqrt{2}{C}_p\·m\·\mathrm{\Δ}T}{I_{amp}\·T}$

其中：

为电池一定荷电态下的温熵系数，J·mol^-1·K^-1；

C_p为电池比热，J·g^-1·K^-1；

m为电池质量，g；

ΔT为可逆热导致的电池表面温度增长值，K；

I_amp为正弦电流振幅，A；

T为电池温度，K。

2.根据权利要求1所述的锂离子电池温熵系数的测定方法，其特征在于：所述步骤(2)中结束温度大于开始温度，且两者的差值在3℃以上。

3.根据权利要求1所述的锂离子电池温熵系数的测定方法，其特征在于：所述步骤(2)中斜率敏感度为0.02℃/min。

4.根据权利要求1所述的锂离子电池温熵系数的测定方法，其特征在于：所述步骤(2)中等待时间至少为15min。

5.根据权利要求1所述的锂离子电池温熵系数的测定方法，其特征在于：所述步骤(3)中正弦电流的循环次数至少为20次。