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電池絕熱量熱儀的黃金標(biāo)準(zhǔn):可溯源的電池絕熱量熱儀校準(zhǔn)方案

更新時(shí)間:2024-07-16  |  點(diǎn)擊率:884



前言


電池絕熱量熱儀作為進(jìn)行電池絕熱熱失控測量的重要儀器,其核心技術(shù)指標(biāo)為樣品自放熱檢測靈敏度,即識(shí)別樣品微弱放熱的能力,該指標(biāo)直接決定了儀器對(duì)電池自放熱起始溫度Tonset等特征溫度點(diǎn)的測量準(zhǔn)確性。為實(shí)現(xiàn)高檢測靈敏度,要求儀器具有理想的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、精準(zhǔn)測溫技術(shù)和高效控溫算法等,從而實(shí)現(xiàn)優(yōu)異的絕熱性能。

目前行業(yè)內(nèi)缺失電池絕熱量熱儀整機(jī)計(jì)量校準(zhǔn)規(guī)范,因此未形成統(tǒng)一、科學(xué)、合理的方法驗(yàn)證儀器核心指標(biāo),不利于客觀評(píng)價(jià)儀器性能和規(guī)范儀器標(biāo)準(zhǔn),絕熱性能不佳的儀器測定的數(shù)據(jù)更將直接影響相關(guān)企業(yè)進(jìn)行電池系統(tǒng)安全設(shè)計(jì),對(duì)鋰電池相關(guān)行業(yè)發(fā)展產(chǎn)生負(fù)面影響。

部分廠商和用戶利用具有經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)的鋰電池作為標(biāo)樣進(jìn)行儀器評(píng)價(jià),這種方法存在一定問題:(1)同一批次電池可能在內(nèi)部結(jié)構(gòu)、材料等方面存在細(xì)微差異,熱失控實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的一致性無法保證,將引入額外的不確定度;(2)部分鋰電池?zé)崾Э剡^程劇烈,對(duì)儀器設(shè)備造成明顯污染,甚至損傷,同時(shí)對(duì)測試場地的要求較高。

為了解決以上問題,本文提出一種基于焦耳熱發(fā)生技術(shù)的電池絕熱量熱儀校準(zhǔn)方案,該方案具有可溯源、精度高、易操作、無損傷、低成本等特點(diǎn),有望發(fā)展成為電池絕熱量熱儀的校準(zhǔn)規(guī)范。


電池絕熱量熱儀的黃金標(biāo)準(zhǔn):可溯源的電池絕熱量熱儀校準(zhǔn)方案


圖1 全尺寸電池絕熱量熱儀



方案介紹



本方案利用標(biāo)準(zhǔn)電阻塊(內(nèi)置加熱管的金屬塊)作為標(biāo)樣(如圖2所示),并通過程控電源程序控制加熱功率,調(diào)節(jié)電阻塊的升溫速率,從而對(duì)鋰電池?zé)崾Э販厣^程進(jìn)行等效模擬。另外,通過高壓氣瓶搭配電磁閥產(chǎn)生脈沖氣流的方式,可實(shí)現(xiàn)鋰電池開閥降溫過程的模擬。

為準(zhǔn)確模擬鋰電池的產(chǎn)熱過程,參照典型鋰電池絕熱失控實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),對(duì)鋰電池?zé)崾Э厣郎剡^程的表觀反應(yīng)動(dòng)力學(xué)參數(shù)進(jìn)行擬合計(jì)算,得到電池產(chǎn)熱速率隨溫度變化的關(guān)聯(lián)方程,并結(jié)合電阻塊的質(zhì)量及比熱容,計(jì)算電源實(shí)時(shí)輸出功率,實(shí)現(xiàn)電池放熱過程精確模擬。


電池絕熱量熱儀的黃金標(biāo)準(zhǔn):可溯源的電池絕熱量熱儀校準(zhǔn)方案

圖2 鋰電池?zé)崾Э啬M裝置示意圖


如圖2所示,將標(biāo)準(zhǔn)塊吊裝在絕熱量熱儀中,并進(jìn)行HWS模式實(shí)驗(yàn),通過對(duì)比理論特征溫度點(diǎn)與實(shí)測特征溫度點(diǎn),以及各溫度臺(tái)階理論溫升速率與實(shí)測溫升速率,可以驗(yàn)證絕熱量熱儀的測量靈敏度和準(zhǔn)確性。



驗(yàn)證結(jié)果示例




(1)BAC-420A大型電池絕熱量熱儀驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)


利用BAC-420A分別進(jìn)行三元和磷酸鐵鋰電芯的絕熱熱失控模擬實(shí)驗(yàn),實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖3~圖8所示。對(duì)于三元鋰電模擬實(shí)驗(yàn),標(biāo)樣的理論Tonset溫度為80.0℃(對(duì)應(yīng)升溫速率為0.02℃/min),兩次實(shí)驗(yàn)的Tonset檢出臺(tái)階分別為80℃和85℃,符合預(yù)期。


電池絕熱量熱儀的黃金標(biāo)準(zhǔn):可溯源的電池絕熱量熱儀校準(zhǔn)方案

電池絕熱量熱儀的黃金標(biāo)準(zhǔn):可溯源的電池絕熱量熱儀校準(zhǔn)方案



對(duì)于磷酸鐵鋰模擬實(shí)驗(yàn),標(biāo)樣的理論Tonset溫度為106.7℃,兩次實(shí)驗(yàn)的Tonset檢出臺(tái)階均為110℃,符合預(yù)期。上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果均滿足一個(gè)臺(tái)階步長(5)的誤差范圍。實(shí)驗(yàn)中各臺(tái)階實(shí)測溫升速率與理論值偏差均在±0.003℃/min內(nèi)。


電池絕熱量熱儀的黃金標(biāo)準(zhǔn):可溯源的電池絕熱量熱儀校準(zhǔn)方案

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(2)BAC-800A驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)

對(duì)具有更大量熱腔尺寸的BAC-800A分別進(jìn)行一組三元鋰電和磷酸鐵鋰的絕熱熱失控模擬實(shí)驗(yàn),實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖9~圖12所示。三元鋰電、磷酸鐵鋰模擬實(shí)驗(yàn)的Tonset檢出臺(tái)階分別為80℃、105℃,均符合預(yù)期。實(shí)驗(yàn)中各臺(tái)階實(shí)測溫升速率與理論值偏差均在±0.003℃/min內(nèi)。


電池絕熱量熱儀的黃金標(biāo)準(zhǔn):可溯源的電池絕熱量熱儀校準(zhǔn)方案

電池絕熱量熱儀的黃金標(biāo)準(zhǔn):可溯源的電池絕熱量熱儀校準(zhǔn)方案


(3)BAC-1000A驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)

對(duì)大尺寸密閉型絕熱量熱儀BAC-1000A分別進(jìn)行一組三元鋰電和磷酸鐵鋰的絕熱熱失控模擬實(shí)驗(yàn),實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖13~圖16所示。三元鋰電、磷酸鐵鋰模擬實(shí)驗(yàn)的Tonset檢出臺(tái)階分別為80℃、110℃,均符合預(yù)期;實(shí)驗(yàn)中各臺(tái)階實(shí)測溫升速率與理論值偏差均在±0.005℃/min內(nèi)。


電池絕熱量熱儀的黃金標(biāo)準(zhǔn):可溯源的電池絕熱量熱儀校準(zhǔn)方案

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總結(jié)



基于本文提出的電池絕熱量熱儀校準(zhǔn)方案,可以客觀、有效地評(píng)價(jià)電池絕熱量儀的關(guān)鍵性能。同時(shí)本文的測試結(jié)果驗(yàn)證了仰儀科技全尺寸大電池絕熱量熱儀的優(yōu)異性能。仰儀科技將繼續(xù)推進(jìn)相關(guān)計(jì)量檢測標(biāo)準(zhǔn)的落地,規(guī)范行業(yè)發(fā)展,以精確、可靠的數(shù)據(jù)為鋰電池行業(yè)保駕護(hù)航。


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