[发明专利]一种圆柱电池径向导热系数的稳态测定方法与测定装置

说明书

本发明涉及一种圆柱电池径向导热系数的稳态测定方法与测定装置，在圆柱电池的芯轴中空部位安置钢管加热器来测定圆柱电池的导热系数；所述的钢管加热器包括绝缘柱、电热丝、中空钢壳、绝缘带以及内部温度传感器，圆柱电池外壳贴敷温度传感器，放置在隔热箱体中进行加热，达到稳态后获得圆柱电池的内部温度与外部温度之差以及热阻，并根据稳态导热原理计算圆柱电池的导热系数。本发明能够实现对圆柱电池导热系数进行直接原位测量，使测量结果真实和准确，可测试不同工况温度下的圆柱电池导热系数测量。

技术领域

本发明涉及一种圆柱电池径向导热系数的稳态测定方法与该测定方法使用的测定装置，属于储能电池热物性参数研究与热管理技术领域。

背景技术

以锂离子电池为主的圆柱电池因功率密度高、一致性好和能量存储转换方便等优势，目前越来越多应用于消费电子与乘用车辆领域。然而，圆柱电池在运行中大倍率充放电会产生较多的热量，不及时耗散容易引发电池容量和寿命衰减，甚至导致电池热失控。随着使用年限的提高，电池正负极材料与集流极之间的粘接性下降，电解液损耗，导热与导电性能会进一步下降，即使在正常充放电也有可能导致产热增加，加大热失控风险。

圆柱电池的径向导热系数是一个重要热物性参数，预示电池升温速度和内部温差幅度，是进行电池有效热管理的关键热物性参数。因此，为了评估圆柱电池的升温特性以及内部温差，需要确定电池的径向导热系数等热物性参数，从而实现对圆柱电池的有效热管理与温度管控。由于圆柱电池包栝电芯、正负极极耳、正极端盖等零部件以及易挥发电解液，呈现非均质特征，互相干扰，导致圆柱电池导热系数测量尤为困难。

申请公布号为CN 108170914A的发明专利公开了一种圆柱卷绕式锂离子动力电池热物性参数的原位求取方法，该方法在仿真软件中搭建简化的18650电池二维轴对称传热模型，该传热模型中包含该电池不同方向上的导热系数以及热参数，通过软件仿真拟合电池外部加热时的表面温度分布来获取导热系数。该方法不能直接测量圆柱电池的径向导热系数，必须通过仿真软件试凑实验结果，计算时间长，测量难度高。由于搭建的电池传热模型与电池的真实结构状态存在一定的差异，并没有实现对电池导热系数的直接测量，因此测量精度难以保证。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种圆柱电池径向导热系数的稳态测定方法，能够实现对圆柱电池进行直接测量，使测量结果更加真实和准确。

为了解决上述问题，本发明采用的技术方案如下：

一种圆柱电池径向导热系数的稳态测定方法，包括以下步骤：

S1、对待测圆柱电池进行放电至一定的荷电状态，通过开口方式在圆柱电池的芯轴中空部位内置与隔膜材料紧密接触的圆柱形钢管加热器，所述钢管加热器内部安装一个或数个热电偶并引出正负极引线，并对圆柱电池开口处用密封胶进行密封、固化；

S2、将所述钢管加热器的正负极引线与外部的直流稳压电源连接，通过所述钢管加热器给圆柱电池提供恒定加热功率Q；

S3、沿所述圆柱电池外表面轴向等距贴敷一个或数个温度传感器，接着将圆柱电池置于温控箱之内，在温控箱内安装检测箱内温度的外部温度传感器，并将所述热电偶、温度传感器及外部温度传感器分别与数据采集仪相连输出温度信号；

S4、控制所述温控箱的初始温度值保持在T_o，通过钢管加热器给圆柱电池加热，外部通过自然对流或风冷散热，记录电池内部温度T_i与温控箱内温度T_o,当圆柱电池内部温度变化为连续5分钟内保持在0.2℃时认为达到稳态，记录稳态电池内部温度T_i与外部温度T_o,获取圆柱电池的内部温度与外部温度之差△T＝T_i-T_o；

S5、根据电池电芯的长度Lo和外径Do，钢管加热器的长度Li、内径Di2、外径Di1、导热系数ki，利用公式