一種鋰離子電池?zé)崾Э胤磻?yīng)熱的估算方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種鋰離子電池?zé)崾Э胤磻?yīng)熱的估算方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 近年來，鋰離子電池由于其工作電壓高、功率密度和能量密度高、充放電壽命長(zhǎng)、 無記憶效應(yīng)、無污染等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛的應(yīng)用于各類電子元器件中，而廣泛的應(yīng)用，也帶來了 更多鋰離子電池事故。鋰離子電池事故從根本上來說，是因?yàn)殇囯x子電池?zé)崾Э剡^程中產(chǎn) 生的熱量過大，能夠引燃周邊可燃材料及其余鋰離子電池，最終導(dǎo)致事故的發(fā)生。
[0003] 通過估算鋰離子電池?zé)崾Э胤磻?yīng)熱，可以了解鋰離子電池在不同狀態(tài)下能量的大 小，這對(duì)于鋰離子電池的儲(chǔ)運(yùn)安全有極其重要的意義，為鋰離子電池應(yīng)用到更加廣泛的領(lǐng) 域，提供科學(xué)的理論依據(jù)，具有重要的學(xué)術(shù)價(jià)值和社會(huì)意義。
[0004] 目前，國(guó)內(nèi)外主要通過熱重分析儀、差示掃描量熱儀、加速量熱儀來估算電池內(nèi)部 兩種或者兩種以上物質(zhì)反應(yīng)熱的大小，而以鋰離子電池整體作為研宄對(duì)象較少被涉及。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的旨在提供一種鋰離子電池?zé)崾Э胤磻?yīng)熱的估算方法，該方法計(jì)算簡(jiǎn) 單，結(jié)果可靠，通過估算鋰離子電池的在不同狀態(tài)下反應(yīng)熱的大小，清楚地認(rèn)識(shí)到電池的危 險(xiǎn)度大小。
[0006] 本發(fā)明的技術(shù)方案如下：
[0007] 一種鋰離子電池?zé)崾Э胤磻?yīng)熱的估算方法，包括如下步驟：
[0008] (1)、利用鋰離子電池?zé)崾Э販y(cè)試分析系統(tǒng)采集空白電池和待測(cè)鋰離子電池的溫 度數(shù)據(jù)；
[0009] (2)、將空白電池的溫度數(shù)據(jù)導(dǎo)入到數(shù)據(jù)處理軟件中，運(yùn)用微積分熱平衡方程（1) 處理溫度數(shù)據(jù)，得到每一時(shí)間間隔內(nèi)的熱損失率，再將該時(shí)間間隔內(nèi)溫度的平均值與熱損 失率進(jìn)行擬合，得到熱損失率與溫度的關(guān)系方程；
[0010] ⑶、將待測(cè)鋰離子電池的溫度數(shù)據(jù)導(dǎo)入到數(shù)據(jù)處理軟件中，根據(jù)步驟⑵得到的 熱損失率與溫度的關(guān)系方程得出某一時(shí)刻待測(cè)鋰離子電池的熱損失率，將該熱損失率代入 到微積分熱平衡方程（2)中，得到任意階段待測(cè)鋰離子電池內(nèi)部物質(zhì)的反應(yīng)熱，最后將所 有階段的反應(yīng)熱相加得到鋰離子電池?zé)崾Э胤磻?yīng)熱。
[0011] 所述的空白電池是與待測(cè)鋰離子電池外形大小、比熱一致，內(nèi)部不會(huì)發(fā)生化學(xué)反 應(yīng)，并且所述的空白電池的溫度數(shù)據(jù)與待測(cè)鋰離子電池的溫度數(shù)據(jù)在前110°c內(nèi)保持一致， 在110°C以后開始不一致。
[0012] 所述的鋰離子電池和空白電池的溫度數(shù)據(jù)是由以下方式獲得的：設(shè)定鋰離子電池 熱失控測(cè)試分析系統(tǒng)電加熱功率為10?20W，再通過鋰離子電池?zé)崾Э販y(cè)試分析系統(tǒng)的數(shù) 據(jù)采集及處理系統(tǒng)定時(shí)（1-3秒）記錄電池的溫度數(shù)據(jù)。鋰離子電池?zé)崾Э販y(cè)試分析系統(tǒng) 的數(shù)據(jù)采集及處理系統(tǒng)記錄電池的溫度數(shù)據(jù)的時(shí)間間隔為1-3秒，具體操作時(shí)溫度數(shù)據(jù)可 以每秒米集一次。
[0013]本發(fā)明采用申請(qǐng)人申請(qǐng)的鋰離子電池?zé)崾Э販y(cè)試分析系統(tǒng)（申請(qǐng)?zhí)?2014107135245)采集待測(cè)鋰離子電池和空白電池的溫度數(shù)據(jù)，該鋰離子電池?zé)崾Э販y(cè)試分 析系統(tǒng)包括實(shí)驗(yàn)裝置、測(cè)試裝置、電加熱裝置、充電裝置、放電裝置、數(shù)據(jù)采集及處理系統(tǒng)； 所述的實(shí)驗(yàn)裝置包括導(dǎo)熱管和保溫系統(tǒng)；所述導(dǎo)熱管外壁纏繞電阻絲，所述導(dǎo)熱管嵌于保 溫系統(tǒng)中，導(dǎo)熱管內(nèi)腔形成鋰離子電池安裝孔用于安裝待測(cè)鋰離子電池，所述的導(dǎo)熱管頂 端設(shè)有溫度傳感器安裝孔用于安裝溫度傳感器；所述的保溫系統(tǒng)由容器和容器內(nèi)的耐高溫 保溫層組成；所述的測(cè)試裝置包括溫度傳感器，所述的溫度傳感器安裝在實(shí)驗(yàn)裝置的溫度 傳感器安裝孔中；所述的電加熱裝置包括第一直流穩(wěn)壓電源和實(shí)驗(yàn)裝置中的電阻絲，所述 的第一直流穩(wěn)壓電源經(jīng)電導(dǎo)線與電阻絲連接構(gòu)成電加熱裝置；所述的充電裝置為第二直流 穩(wěn)壓電源，待測(cè)鋰離子電池的正負(fù)極經(jīng)電導(dǎo)線與第二直流穩(wěn)壓電源連接；所述的放電裝置 為放電用電阻絲，待測(cè)鋰離子電池的正負(fù)極經(jīng)電導(dǎo)線與放電用電阻絲兩端連接；所述的數(shù) 據(jù)采集及處理系統(tǒng)包括多通道數(shù)據(jù)采集儀和數(shù)據(jù)分析軟件；所述的多通道數(shù)據(jù)采集儀與溫 度傳感器連接來采集數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)傳輸給數(shù)據(jù)分析軟件進(jìn)行分析和處理。所述的電阻絲 外設(shè)有電阻絲固定裝置，電阻絲固定裝置由均勻纏繞在電阻絲外的耐高溫膠布制成；所述 的電阻絲在導(dǎo)熱管上端設(shè)有電阻絲接入點(diǎn)，在導(dǎo)熱管下端設(shè)有電阻絲接出點(diǎn)；所述的導(dǎo)熱 管為銅管，導(dǎo)熱管的內(nèi)腔底部設(shè)有勾角，所述導(dǎo)熱管的內(nèi)腔的縱切面呈倒凸型；所述的導(dǎo)熱 管內(nèi)徑為18mm，外徑為26mm，高為68mm;所述的勾角的長(zhǎng)為1mm、高為3mm;所述的溫度傳 感器為熱電偶，所述的溫度傳感器安裝孔的孔徑為2_，便于溫度傳感器直接插入溫度傳感 器安裝孔中；所述的容器為鐵制柱形容器；所述的耐高溫保溫層的材質(zhì)主要有硅酸鋁纖維 毯、巖棉板等。所述的電加熱裝置的第一直流穩(wěn)壓電源的可調(diào)電壓范圍為〇?30V，電流 0?5A。所述的多通道數(shù)據(jù)采集儀為Hydra2620A多通道數(shù)據(jù)采集儀；所述的數(shù)據(jù)分析軟件 為Hydra系列通用信號(hào)分析軟件，用于對(duì)數(shù)據(jù)和信號(hào)進(jìn)行分析和處理。
[0014] 采集待測(cè)鋰離子電池和空白電池的溫度數(shù)據(jù)的操作方法為：實(shí)驗(yàn)前，實(shí)驗(yàn)裝置中 電阻絲的電阻絲接入點(diǎn)和電阻絲接出點(diǎn)分別經(jīng)電導(dǎo)線與第一直流穩(wěn)壓電源的正負(fù)極連接 構(gòu)成電加熱裝置；實(shí)驗(yàn)時(shí)，將待測(cè)鋰離子電池或空白電池嵌入到鋰離子電池安裝孔中，溫度 傳感器嵌入溫度傳感器安裝孔中，打開溫度采集軟件，查看各通道是否處于工作狀態(tài)，等待 信號(hào)；然后，設(shè)定第一直流穩(wěn)壓電源的電加熱功率在10?20W之間，開始加熱，由溫度傳感 器測(cè)量溫度信號(hào)，并將信號(hào)傳遞給數(shù)據(jù)采集儀，數(shù)據(jù)采集儀間隔固定時(shí)間采集記錄待測(cè)鋰 離子電池或空白電池的溫度。設(shè)定第一直流穩(wěn)壓電源的電加熱功率在10?20W之間，主要 是電加熱功率設(shè)定太高，采集到的溫度變化較快，而熱量的傳遞存在時(shí)間差，導(dǎo)致采集到溫 度數(shù)據(jù)與實(shí)際的溫度存在較大誤差；電加熱功率設(shè)定太低，一方面導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)時(shí)間較長(zhǎng)，另一 方面溫度數(shù)據(jù)變化過慢，也會(huì)導(dǎo)致估算方法的誤差相對(duì)增大。
[0015] 所述的數(shù)據(jù)處理軟件是帶有擬合功能的數(shù)據(jù)處理軟件，通過數(shù)據(jù)處理軟件的非線 性擬合功能擬合出溫度與熱損失率的關(guān)系方程。所述的數(shù)據(jù)處理軟件優(yōu)選為origins. 0。
[0016] 所述的微積分熱平衡方程（1)是：
[0017] Qloss.^ti+At-ti)=qin(ti+At_ti)_Cp,cumcu(Ti+At_Ti)_Cpl,batterymbatte