一种动力电池的生热率测试方法技术

本发明专利技术涉及一种动力电池的生热率测试方法，该方法将动力电池置于近似绝热的环境中，首先对动力电池在工作过程中的热量损失和温度变化进行测算；然后拟合动力电池平均温度随工作时间的函数方程，并对方程求一阶导数获得动力电池的温降率；最后基于能量守恒定律求取动力电池生热率随工作时间的曲线方程。本发明专利技术所公开的动力电池在工作过程中的生热率测试方法，具有测试过程简便、测试周期短、易操作且测试结果精确等优点，可应用于动力电池在宽工作温度范围和高工作电流等工况下的生热率测试工作。

【技术实现步骤摘要】
一种动力电池的生热率测试方法
本专利技术涉及动力电池
，尤其是涉及一种动力电池的生热率测试方法。
技术介绍
近年来，随着电动汽车产业的快速发展，乘用车动力电池的市场需求快速增加，同时动力电池的安全问题日益受到人们重视。动力电池的安全问题主要是由热失控引起，因此对于动力电池热特性的研究成为行业关注的焦点。车用动力电池的热失控主要是由热管理不善造成，故对车用动力电池进行热管理十分重要。动力电池在工作过程中的生热率是对其进行热管理必须熟知的热特性参数，通常表示为动力电池在单位时间内的生热量。专利号CN201210500019.3公开了一种锂离子电池热性能的测试方法，该方法将锂离子电池置于恒温箱中，首先测试锂离子电池的开路电压(UOC)温度系数(B)与电池荷电状态的曲线关系，然后令电池以某一倍率电流放电，实时检测锂离子电池(体积为V)的工作电压U与自身温度的变化，获得电池工作电压与放电时间的函数关系，最后根据电池生热率公式P＝I(U-UOC+B×T)/V计算锂离子电池的生热率。该测试方法是基于1985年加州大学伯克利分校Bernardi等人提出的电池生热率方程来计算锂离子电池的生热率，该方法虽应用广泛，但需要试验获取电池的内阻和熵权系数等参数来间接计算其生热率，测试时间较长，不够便捷，且误差较大。专利号CN201510487355.2公开了一种充放电条件下锂离子电池生热量的估算方法，该方法首先测试锂离子电池在电加热条件和充放电条件下的自身温度变化情况，其次运用微分热平衡方程确定锂离子电池在不同电加热功率下的热损与温度的曲线关系，最后根据锂离子电池在不同工况温度下充放电过程中的自身温度变化数据，基于微分热平衡方程来计算锂离子电池真实的生热率。该测试方考虑了热损对锂离子电池在充放电过程中的影响，提高了测试精度，但测试过程较繁琐，不具有普适性。
技术实现思路
本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种测试过程简便、测试时间短、易操作且结果精确的动力电池的生热率测试方法。本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：一种动力电池的生热率测试方法，用于对工作过程中的动力电池进行生热率测试。本专利技术方法包括以下步骤：S1：对待测动力电池进行热损标定试验，将具有初始温度Ti的待测动力电池置于绝热环境中，调节环境温度至与动力电池的初始温度相同后，调低环境温度至指定温度Tx，记录待测动力电池平均温度与环境温度之间的温差。S2：拟合指定温度Tx下动力电池平均温度随时间的函数方程Tcool(t)，对Tcool(t)求一阶倒数，将dTcool(t)/dt作为待测动力电池的温降率，记为Ucool。S3：拟合温降率与温差的函数方程，根据能量守恒定律，获取动力电池热损与温差的函数方程；温降率与温差的函数方程Ucool(ΔTs)的表达式为：Ucool(ΔTs)＝KΔTs式中，Ucool为待测动力电池的温降率，ΔTs为待测动力电池平均温度与环境温度之间的温差，K为方程系数。S4：令待测动力电池以某一倍率电流工作，将工作总时间等分，计算每一等分点处待测动力电池的平均温度；S5：拟合每一等分点处待测动力电池的平均温度与工作时间的函数方程，获取待测动力电池工作过程中的温升率；S6：根据步骤S3中温降率与温差的函数方程计算待测动力电池工作过程中的热损与温差的函数方程，即：动力电池热损与温差的函数方程的表达式为：cmUcool(ΔTs)＝cmKΔTs式中，m为待测动力电池的质量，c为待测动力电池的比热容。S7：根据待测动力电池工作过程中的热损获取待测动力电池的生热率随工作时间的函数方程，S8：将等分的各个时间点记作待测动力电池的荷电状态，获取待测动力电池的生热率与荷电状态的函数方程，进而获取待测动力电池工作过程时的生热率。待测动力电池的生热率与荷电状态的函数方程的表达式为：qb(SOC)＝cm[Urise(SOC)-Ucool(SOC)]式中，qb(SOC为生热率，Urise(SOC为温升率，SOC为待测动力电池的荷电状态。优选地，在对待测动力电池进行热损标定试验时，待测动力电池的平均温度与环境温度之间的最大温差不低于待测动力电池工作过程中的最大温升10℃。优选地，在对待测动力电池进行热损标定试验时，当电池的平均温度降至高于初始温度5℃时，停止测试。优选地，待测动力电池的工作过程包括充电过程和放电过程，充电过程和放电过程采用电池充放电设备完成。当对待测动力电池进行放电过程中的生热率测试时，测试前首先给动力电池以1C标准电流充电至截止电压；当对待测动力电池进行充电过程中的生热率测试时，测试前首先给动力电池以1C标准电流放电至截止电压。优选地，待测动力电池的初始温度由恒温箱控制，该恒温箱的控温范围大于待测动力电池的工作温度范围，绝热环境的温度由保温材料或真空箱控制。优选地，待测动力电池的平均温度由热电偶测取，热电偶的数量至少为两个，且多个热电偶均匀设于待测动力电池的表面。与现有技术相比，本专利技术具有以下优点：一、过程简便：本专利技术仅根据动力电池一次的充放电过程即可计算出电池的生热率，与基于传统的Bernardi模型必须多次测试电池在不同工况下的内阻和熵权系数等过程相比，大大精简了计算过程；二、测试周期短：待测动力电池一次标准的充放电(电池1C电流工作)周期往往在1小左右，或当电池以更高倍率电流工作时其工作周期小于1小时，本专利技术根据上述一个工作周期来获取试验数据，测试周期较短；三、易操作：本专利技术仅采用电池充放电设备、恒温箱和简易的保温装置等测试电池在工作过程中的温升数据，测试参数较少，测试工况易实现，设备易操作；四、结果精确：本专利技术基于能量守恒定律，根据电池真实的温升状况计算其生热率，测试较直接，相比于试验获取电池的内阻和熵权系数等参数来间接计算其生热率，大大减小了误差。附图说明图1为本专利技术一种动力电池的生热率测试方法的流程示意图；图2为本专利技术实施例中动力电池在近似绝热环境下的平均温度随标定时间的变化关系图；图3为本专利技术实施例中动力电池在环境温度10℃下工作时的温升与时间的关系曲线图；图4为本专利技术实施例中动力电池在不同初始温度下以1倍率电流工作时的生热率与荷电状态的关系曲线图，图中1C表示1倍率电流；图5为本专利技术实施例中动力电池在同一初始温度下以高倍率电流工作时的生热率与荷电状态的关系曲线图。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术进行详细说明。实施例本专利技术涉及一种动力电池的生热率测试方法，用于在工作过程中，当动力电池初始温度和工作电流改变时，测试动力电池在不同工况温度下和以不同倍率电流工作时的生热率。本实施例中的动力电池由气凝胶毡包覆，包覆厚度为20mm，将其置于立方体状珍珠棉中心，实心珍珠棉边长不低于动力电池高度的两倍。动力电池及气凝胶毡和珍珠棉均置于恒温箱，由恒温箱提供初始温度，其控温范围大于动力电池的工作温度范围。本实施例中动力电池的平均温度由所测试的电池表面的平均温度表示，因所述动力电池处于近似绝热环境，表面热阻远大于内部热阻，所测试的动力电池的表面温度可表征动力电池的整体温度。本实施例采用热电偶获取动力电池表面的温度，热电偶通过热电偶线连接恒温箱外部的温度采集仪；热电偶的数量为5个，且均匀布置于动力电池的表面。动力电池的充电过程本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种动力电池的生热率测试方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：1)对待测动力电池进行热损标定试验，将具有初始温度的待测动力电池置于绝热环境中，调节环境温度至与动力电池的初始温度相同后，调低环境温度至指定温度，记录待测动力电池平均温度与环境温度之间的温差；2)拟合指定温度下动力电池平均温度随时间的函数方程，获取温降率；3)拟合温降率与温差的函数方程，根据能量守恒定律，获取动力电池热损与温差的函数方程；4)令待测动力电池以某一倍率电流工作，将工作总时间等分，计算每一等分点处待测动力电池的平均温度；5)拟合每一等分点处待测动力电池的平均温度与工作时间的函数方程，获取待测动力电池工作过程中的温升率；6)根据步骤3)中温降率与温差的函数方程获取待测动力电池工作过程中的热损与温差的函数方程；7)根据待测动力电池工作过程中的热损获取待测动力电池的生热率随工作时间的函数方程；8)将步骤4)中等分的各个时间点记作待测动力电池的荷电状态，获取待测动力电池的生热率与荷电状态的函数方程，进而获取待测动力电池工作过程时的生热率。

【技术特征摘要】
1.一种动力电池的生热率测试方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：1)对待测动力电池进行热损标定试验，将具有初始温度的待测动力电池置于绝热环境中，调节环境温度至与动力电池的初始温度相同后，调低环境温度至指定温度，记录待测动力电池平均温度与环境温度之间的温差；2)拟合指定温度下动力电池平均温度随时间的函数方程，获取温降率；3)拟合温降率与温差的函数方程，根据能量守恒定律，获取动力电池热损与温差的函数方程；4)令待测动力电池以某一倍率电流工作，将工作总时间等分，计算每一等分点处待测动力电池的平均温度；5)拟合每一等分点处待测动力电池的平均温度与工作时间的函数方程，获取待测动力电池工作过程中的温升率；6)根据步骤3)中温降率与温差的函数方程获取待测动力电池工作过程中的热损与温差的函数方程；7)根据待测动力电池工作过程中的热损获取待测动力电池的生热率随工作时间的函数方程；8)将步骤4)中等分的各个时间点记作待测动力电池的荷电状态，获取待测动力电池的生热率与荷电状态的函数方程，进而获取待测动力电池工作过程时的生热率。2.根据权利要求1所述的一种动力电池的生热率测试方法，其特征在于，温降率与温差的函数方程Ucool(ΔTs)的表达式为：Ucool(ΔTs)＝KΔTs式中，Ucool为待测动力电池的温降率，ΔTs为待测动力电池平均温度与环境温度之间的温差，K为方程系数。3.根据权利要求2所述的一种动力电池的生热率测试方法，其特征在于，动力电池热损与温差的函数方程的表达式为：cmUcool(ΔTs)＝cmKΔTs式中，m为待测动力电池的质量，c为待测动力电池的比热容。4....

【专利技术属性】
技术研发人员：苏林，盛雷，张恒运，方奕栋，徐海峰，
申请(专利权)人：上海理工大学，上海工程技术大学，
类型：发明
国别省市：上海,31