一种实时测量锂电池热失控放热量的方法及其装置制造方法及图纸

本发明专利技术实施例提供了一种实时测量锂电池热失控放热量的方法及其装置，该方法包括：将样品锂电池放置于燃烧弹的防护笼中，并按设定的加热功率对样品锂电池进行加热；根据样品锂电池的温升及质量变化，计算电池内能增量；根据设定的加热功率和加热时长，计算弹内加热器发热量；根据燃烧弹的弹体表观温升，计算燃烧弹的内部吸收能量；根据当前燃烧弹的时刻弹体表观温度、环境温度及加热时长，计算燃烧弹的壁面与环境对流的散热量；根据燃烧弹的弹内气压值变化，计算弹内气体内能增量；根据电池内能增量、燃烧弹的内部吸收能量、燃烧弹的壁面与环境对流的散热量、弹内气体内能增量以及弹内加热器发热量，基于热力学第一定律计算样品锂电池的放热量。锂电池的放热量。锂电池的放热量。

【技术实现步骤摘要】
一种实时测量锂电池热失控放热量的方法及其装置


[0001]本专利技术涉及电池
，具体而言，涉及一种实时测量锂电池热失控放热量的方法及其装置。

技术介绍

[0002]对于动力锂电池来说，在各种诱因下发生的热失控分为两种形式，一种为电池局部过热发生热失控并蔓延到其他区域进而诱发电池整体的热失控，另一种为电池环境温度过高，均匀加热动力锂电池诱发全面热失控。其中，局部热失控对应的事件场景主要有电池穿刺、机械挤压、内短路、相邻电池发生热失控，由于对流、热传导或火焰等造成的局部热失控；电池全面热失控对应的场景主要有电池过充、过放、电池热管理系统失效、电池模组发生大规模燃烧等。这两种形式的热失控事故几乎涵盖了动力锂电池热失控燃烧、爆炸的所有实际场景。
[0003]动力锂电池着火事故，一般会经历电池在各种诱因下温度升高、自加热、泄气、热失控、燃烧(爆炸)等几个阶段，对锂电池的燃烧事故进行研究，需要重点关注泄气、着火、燃烧等行为分析。目前，用于锂电池的燃烧事故分析的实验仪器设备主要有加速量热仪(Accelerating Rate Calorimetry，ARC)、绝热反应热能量测定仪(Vent Sizing Package 2，VSP2)、差示扫描量热仪(Differential Scanning Calorimetry，DSC)、锥形量热仪、ISO9705标准火灾测试间等，虽然在动力锂电池火灾研究中的实验仪器设备较多，但现有的设备均存在热失控触发手段与动力锂电池实际着火过程相差较大、不能准确对动力锂电池热失控及燃烧过程的放热量、放热速率进行测量的缺点，此外，绝热反应热能量测定仪、差示扫描量热仪还存在样品池空间容积较小的缺点，难以将动力锂电池模组放进样品池，甚至难以将电池单体放进样品池。

技术实现思路

[0004]本说明书提供一种实时测量锂电池热失控放热量的方法及其装置，用以克服现有技术中存在的至少一个技术问题。
[0005]根据本说明书实施例，提供了一种实时测量锂电池热失控放热量的方法，包括：
[0006]将样品锂电池放置于燃烧弹的防护笼中，并按设定的加热功率对所述样品锂电池进行加热；
[0007]获取所述样品锂电池的定压比热容；
[0008]测量并记录所述样品锂电池的初始温度、初始质量以及当前所述样品锂电池的时刻温度、时刻质量；
[0009]根据所述样品锂电池的初始温度、初始质量、时刻温度、时刻质量，计算出所述样品锂电池的电池内能增量，计算公式如下：
[0010]ΔU
b
＝c
p,b
(m
b1
T
b1
‑
m
b0
T
b0
)
[0011]其中，ΔU
b
为电池内能增量，c
p,b
为样品锂电池的定压比热容，m
b0
为样品锂电池的
初始质量，m
b1
为样品锂电池的时刻质量，T
b0
为样品锂电池的初始温度，T
b1
为样品锂电池的时刻温度；
[0012]根据设定的加热功率和加热时长，计算弹内加热器发热量；
[0013]根据所述燃烧弹的弹体表观温升，计算所述燃烧弹的内部吸收能量；
[0014]根据当前所述燃烧弹的时刻弹体表观温度、环境温度及加热时长，计算所述燃烧弹的壁面与环境对流的散热量；
[0015]根据所述燃烧弹的弹内气压值变化，计算弹内气体内能增量；
[0016]根据所述电池内能增量、燃烧弹的内部吸收能量、燃烧弹的壁面与环境对流的散热量、弹内气体内能增量以及所述弹内加热器发热量，基于热力学第一定律计算所述样品锂电池的放热量。
[0017]可选地，所述根据设定的加热功率和加热时长，计算弹内加热器发热量包括：
[0018]获取所述燃烧弹内的弹内加热器的加热功率及加热时长；
[0019]根据所述弹内加热器的加热功率、加热时长，计算出所述弹内加热器发热量，计算公式如下：
[0020]Q
heat
＝P
heat
×
t
[0021]其中，Q
heat
为弹内加热器发热量，P
heat
为弹内加热器的加热功率，t为加热时长。
[0022]可选地，所述根据所述燃烧弹的弹体表观温升，计算所述燃烧弹的内部吸收能量包括：
[0023]获取所述燃烧弹的弹体材料质量及弹体材料定压比热容；
[0024]测量并记录所述燃烧弹的初始弹体表观温度以及当前所述燃烧弹的时刻弹体表观温度；
[0025]根据所述燃烧弹的初始弹体表观温度、时刻弹体表观温度，计算出所述燃烧弹的内部吸收能量，计算公式如下：
[0026]ΔU
wall
＝c
p,w
×
m
w
×
(T
w1
‑
T
w0
)
[0027]其中，ΔU
wall
为燃烧弹的内部吸收能量，c
p,w
为燃烧弹的弹体材料定压比热容，m
w
为燃烧弹的弹体材料质量，T
w0
为燃烧弹的初始弹体表观温度，T
w1
为当前燃烧弹的时刻弹体表观温度。
[0028]可选地，所述根据当前所述燃烧弹的时刻弹体表观温度、环境温度及加热时长，计算所述燃烧弹的壁面与环境对流的散热量包括：
[0029]按预设的加热功率对未设置锂电池的封闭的所述燃烧弹进行加热，直至所述燃烧弹的壁面平均温度变化小于预设温度变化值，记录当前所述燃烧弹的壁面稳定温度和环境温度；
[0030]改变加热功率，重复上述过程若干次，获得所述燃烧弹在不同加热功率下的壁面稳定温度和环境温度；
[0031]基于所述燃烧弹在不同加热功率下的壁面稳定温度和环境温度，对所述燃烧弹内的加热功率与壁面稳定温度关系函数进行拟合，获得所述燃烧弹的散热系数；所述燃烧弹内的加热功率与壁面稳定温度关系函数如下：
[0032]P
heat
＝h
f
×
A
b
×
(T
w
‑
T
amb
)
[0033]其中，P
heat
为弹内加热器的加热功率，h
f
为燃烧弹的散热系数，A
b
为燃烧弹的散热
面积，T
w
为燃烧弹的壁面稳定温度，T
amb
为燃烧弹的环境温度；
[0034]测量并记录当前所述燃烧弹的时刻弹体表观温度、环境温度及加热时长；
[0035]利用所述燃烧弹的散热系数以及当前所述燃烧弹的时刻弹体表观温度、环境温度、加热时长计算出所述燃烧弹的壁面与环境对流的散热量，计算公式如下：...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种实时测量锂电池热失控放热量的方法，其特征在于，包括：将样品锂电池放置于燃烧弹的防护笼中，并按设定的加热功率对所述样品锂电池进行加热；获取所述样品锂电池的定压比热容；测量并记录所述样品锂电池的初始温度、初始质量以及当前所述样品锂电池的时刻温度、时刻质量；根据所述样品锂电池的初始温度、初始质量、时刻温度、时刻质量，计算出所述样品锂电池的电池内能增量，计算公式如下：ΔU
b
＝c
p,b
(m
b1
T
b1
‑
m
b0
T
b0
)其中，ΔU
b
为电池内能增量，c
p,b
为样品锂电池的定压比热容，m
b0
为样品锂电池的初始质量，m
b1
为样品锂电池的时刻质量，T
b0
为样品锂电池的初始温度，T
b1
为样品锂电池的时刻温度；根据设定的加热功率和加热时长，计算弹内加热器发热量；根据所述燃烧弹的弹体表观温升，计算所述燃烧弹的内部吸收能量；根据当前所述燃烧弹的时刻弹体表观温度、环境温度及加热时长，计算所述燃烧弹的壁面与环境对流的散热量；根据所述燃烧弹的弹内气压值变化，计算弹内气体内能增量；根据所述电池内能增量、燃烧弹的内部吸收能量、燃烧弹的壁面与环境对流的散热量、弹内气体内能增量以及所述弹内加热器发热量，基于热力学第一定律计算所述样品锂电池的放热量。2.根据权利要求1所述的实时测量锂电池热失控放热量的方法，其特征在于，所述根据设定的加热功率和加热时长，计算弹内加热器发热量包括：获取所述燃烧弹内的弹内加热器的加热功率及加热时长；根据所述弹内加热器的加热功率、加热时长，计算出所述弹内加热器发热量，计算公式如下：Q
heat
＝P
heat
×
t其中，Q
heat
为弹内加热器发热量，P
heat
为弹内加热器的加热功率，t为加热时长。3.根据权利要求1所述的实时测量锂电池热失控放热量的方法，其特征在于，所述根据所述燃烧弹的弹体表观温升，计算所述燃烧弹的内部吸收能量包括：获取所述燃烧弹的弹体材料质量及弹体材料定压比热容；测量并记录所述燃烧弹的初始弹体表观温度以及当前所述燃烧弹的时刻弹体表观温度；根据所述燃烧弹的初始弹体表观温度、时刻弹体表观温度，计算出所述燃烧弹的内部吸收能量，计算公式如下：ΔU
wall
＝c
p,w
×
m
w
×
(T
w1
‑
T
w0
)其中，ΔU
wall
为燃烧弹的内部吸收能量，c
p,w
为燃烧弹的弹体材料定压比热容，m
w
为燃烧弹的弹体材料质量，T
w0
为燃烧弹的初始弹体表观温度，T
w1
为当前燃烧弹的时刻弹体表观温度。4.根据权利要求1所述的实时测量锂电池热失控放热量的方法，其特征在于，所述根据
当前所述燃烧弹的时刻弹体表观温度、环境温度及加热时长，计算所述燃烧弹的壁面与环境对流的散热量包括：按预设的加热功率对未设置锂电池的封闭的所述燃烧弹进行加热，直至所述燃烧弹的壁面平均温度变化小于预设温度变化值，记录当前所述燃烧弹的壁面稳定温度和环境温度；改变加热功率，重复上述过程若干次，获得所述燃烧弹在不同加热功率下的壁面稳定温度和环境温度；基于所述燃烧弹在不同加热功率下的壁面稳定温度和环境温度，对所述燃烧弹内的加热功率与壁面稳定温度关系函数进行拟合，获得所述燃烧弹的散热系数；所述燃烧弹内的加热功率与壁面稳定温度关系函数如下：P
heat
＝h
f
×
A
b
×
(T
w
‑
T
amb
)其中，P
heat
为弹内加热器的加热功率，h
f
为燃烧弹的散热系数，A
b
为燃烧弹的散热面积，T
w
为燃烧弹的壁面稳定温度，T
...

【专利技术属性】
技术研发人员：张亚军，林冬青，
申请(专利权)人：清研华科新能源研究院南京有限公司，
类型：发明
国别省市：