[发明专利]一种基于功率补偿法的电池等温量热仪及其基线修正方法

说明书

本发明公开了一种基于功率补偿法的电池等温量热仪及其基线修正方法。本发明中的等温量热仪包括等温量热腔、热沉、匀热块、温度传感器和柔性加热器。本发明通过测量电池在不同SOC下基线功率，推出电池SOC与传热系数关系式。实时测量充放电过程中电池SOC及电池温度变化。将上述参数及关系式用于实时基线功率计算，修正实验过程中温度波动和电池形变对量热计算的影响。本发明基于功率补偿原理，充放电量热过程中电池温度波动小，等温测量条件良好。本发明功率基线计算方法相对于现有线性插值法，修正了电池温度波动和形变导致的功率基线变化，求得基线功率更符合实际，进而求得电池吸放热功率更准确。

技术领域

本发明涉及电池热特性检测领域，具体涉及一种基于功率补偿法的电池等温量热仪及其基线修正方法。

背景技术

随着锂离子电池的广泛应用和制造技术的不断发展，各种材质和配方的高性能锂离子电池被研发、生产和使用。如何在提高锂离子电池性能的同时确保安全性成为了研究锂离子电池的重要方向。锂离子电池性能及安全问题与其热特性密切相关。研究和分析锂离子电池产热特性，建立不同使用条件下锂离子电池的产热模型，对电池的优化设计和热管理方案的定制具有重要的意义^[1-4]。

研究锂离子电池充放电产热的手段主要有模型仿真法和实验测试法^[5-6]。两种方法各有优缺点：其中实验手段可以准确测试电池在特定工况下的真实产热状况，但测试过程通常比较复杂且测试仪器较为昂贵；模型仿真方法简单，且周期较短，但其模拟结果有时与真实情况差距很大，存在一定的误差^[7]。

当前，应用于锂离子电池产热方面研究的实验仪器主要有绝热加速量热仪和等温量热仪^[7-8]。其中绝热加速量热仪在绝热环境中对电池在充放电过程中的热行为及安全性进行测试和分析^[9]。而等温量热仪则在等温环境中对电池充放电过程中的热行为进行测试，在测量过程中仪器利用温控系统维持电池温度恒定，测量电池和外界的热交换。相比于绝热加速量热仪，等温量热仪可用于测试较宽温度区间内锂离子电池充放电产热，分析其特性随温度变化关系。

目前，市面上的等温量热仪多为热流型等温量热仪，热流型电池等温量热仪通过热流传感器实时测量电池向环境释放或索取的热流。测量过程中仅控制热沉温度恒定，电池产热通过热传导被动散热，未主动控制电池温度，从而导致电池放热功率大时温度波动较大。此外，热流型等温量热仪通常仅有一面存在热流传感器且与待测物体接触面积有限，难以感知全部热流，存在测量结果误差较大的缺点。

等温量热仪在数据处理时，基线选取是否合理直接影响测量结果的准确性。从现有文献可知，当前电池等温量热仪功率基线选取方法尚未有明确标准，通常依靠实验人员经验，根据仪器实验前后基线功率线性插值求取^[10]。而采用线性插值求取基线的默认前提为，实验前后量热仪基线呈线性变化，而实际实验过程中基线变化受多方面影响，有较强的非线性。因此，采用线性插值方式求取基线功率会对电池热特性计算引入误差。

参考文献

[1]杜光超,郑莉莉,张志超.锂离子电池热安全性研究进展[J].储能科学与技术,2019,8(03):500-505.

[2]刘岸晖,甘小燕,何佩芸.锂离子电池热模型的研究动态[J].电源学报,2019,17(01):95-103.

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[4]吴青余,张恒运,李俊伟.校准量热法测量锂电池比热容和生热率[J].汽车工程,2020,42(01):59-65.

[5]吴贤章,杨东辉,王羽平.锂离子电池电化学仿真技术综述[J/OL].储能科学与技术:1-12[2021-03-13].

[6]林深.动力锂离子电池热特性及热安全的试验研究[D].北京工业大学,2017.