對(duì)比等溫量熱及絕熱量熱用于鋰電池充放電產(chǎn)熱測(cè)量
前言
目前,基于功率補(bǔ)償?shù)葴亓繜嵩淼牡葴亓繜醿x和基于絕熱追蹤原理的絕熱加速量熱儀是測(cè)量電池充放電產(chǎn)熱的主要儀器。如圖1所示,等溫量熱儀能夠控制電池溫度保持恒定,并利用電功率對(duì)電池產(chǎn)熱功率進(jìn)行等效補(bǔ)償;絕熱量熱儀能夠進(jìn)行電池溫度追蹤,獲得電池在充放電過(guò)程中的絕熱溫升曲線和比熱容數(shù)據(jù),并計(jì)算產(chǎn)熱量。本文重點(diǎn)比較了兩種方法在量熱結(jié)果上的差別性。
實(shí)驗(yàn)部分
方形電池(LFP,50Ah)*2
絕熱量熱電池起始溫度:30°C;
等溫量熱電池溫度:30°C、50°C;
電池充放電方式:恒壓恒流充電、恒流放電;
充放電倍率:0.33C、0.5C、1C;
比熱容溫升速率:0.2°C/min。
實(shí)驗(yàn)結(jié)果
1. 電池比熱容實(shí)驗(yàn)
圖2 電池比熱容測(cè)量結(jié)果
利用差式功率補(bǔ)償原理,絕熱量熱儀可測(cè)定電池比熱容的數(shù)據(jù),本文根據(jù)電池充放電過(guò)程的溫度變化范圍,測(cè)定該溫區(qū)內(nèi)的平均比熱容,用于計(jì)算電池放熱量,測(cè)試結(jié)果如圖2所示。
2. 18650電池量熱結(jié)果
30℃起始溫度下充放電產(chǎn)熱量的測(cè)量結(jié)果如表1所示,4種工步下等溫量熱值均高于絕熱。0.5C和1C下電池的絕熱溫升分別為15°C和30°C左右,在該范圍內(nèi),溫度升高有利于降低電池極化內(nèi)阻,減少電池產(chǎn)熱。通過(guò)圖3也可以看出,絕熱法測(cè)定的功率曲線都介于30°C和50°C兩個(gè)溫度條件下測(cè)定的等溫量熱曲線之間。
表1 18650電池充放電產(chǎn)熱量數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)
3. 方形電池量熱結(jié)果
圖4 0.33C倍率下方形電池在(a)充電和(b)放電過(guò)程產(chǎn)熱功率測(cè)量結(jié)果對(duì)比
表2 0.33C倍率下等溫與絕熱測(cè)定的產(chǎn)熱量對(duì)比
結(jié)論
1.利用等溫量熱儀和絕熱量熱儀均能夠有效測(cè)定電池充放電產(chǎn)熱。兩種方法測(cè)定的熱功率變化趨勢(shì)具有較好的一致性,但由于兩者對(duì)電池的控溫方式不同,產(chǎn)熱量的結(jié)果存在差異性;
2.當(dāng)電池最高溫度未明顯超過(guò)正常使用溫度的情況下,利用絕熱法測(cè)定的產(chǎn)熱量會(huì)小于等溫法;
3.對(duì)于低倍率充電等導(dǎo)致電池出現(xiàn)明顯吸熱特征的工況,絕熱法測(cè)定的產(chǎn)熱量可能將大于等溫法。
參考文獻(xiàn):
[1]Noboru Sato. [J]. Thermal behavior analysis of lithium-ion batteries for electric and hybrid vehicles. Journal of Power Sources, 99 (2001):70-77.
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