一種電芯比熱容測試系統及方法與流程

本發明涉及電芯比熱容測試技術領域，尤其涉及一種電芯比熱容測試系統及方法。

背景技術：

隨著新能源汽車的發展，新能源汽車電池包安全性與壽命的相關研究中，電池包熱管理研究的重要程度不斷提升。

目前，電池熱管理當前主要通過理論，實驗，仿真三種辦法來研究。無論通過哪種辦法對電芯、電池模組或者電池包進行研究，通過實驗手段獲取相關電芯參數都是不可逾越的一環。

目前，關于鋰電池軟包的比熱容測試實驗相關方案一般分為兩大類，一類采用專門設計的絕熱裝置或價格昂貴的加速絕熱量熱儀進行電芯軟包比熱容測試，另一類采用電芯生熱相關理論公式計算產熱以進行復雜的電芯比熱容測量實驗。且目前沒有一個相關方案給出包含電芯比熱容實驗相應的實驗數據篩選、比熱容計算、及相關結果偏差修正的鋰離子電芯實驗測試辦法，以保證在固定工況下電芯比熱容實驗結果具有較高的可重復性和精確度。

技術實現要素：

本發明的一個目的在于提出一種結構簡單、成本低、測試誤差較小的電芯比熱容測試系統；

本發明的另一個目的在于提出一種方法簡單、成本低、測試誤差較小的電芯比熱容測試方法。

為達此目的，一方面，本發明采用以下技術方案：

一種電芯比熱容測試系統，包括加熱件、待測試電芯、石棉和測溫裝置；所述待測試電芯設置于所述加熱件外周，所述石棉設置于所述待測試電芯外周，所述測溫裝置的溫度探頭置于所述待測試電芯的外表面，所述待測試電芯為鋰離子軟包電芯或鋼殼電芯。

進一步地，所述加熱件、所述待測試電芯和所述石棉置于可密閉的箱體中。

進一步地，所述測溫裝置為熱電偶。

進一步地，所述熱電偶的數量為多個。

進一步地，所述多個熱電偶的多個溫度探頭均勻分布于所述待測試電芯外周。

進一步地，所述加熱件通過導線與置于所述箱體外的電源連接；所述熱電偶通過熱電偶線與置于所述箱體外的測溫采集設備連接。

進一步地，所述加熱件為電阻式加熱片。

進一步地，所述加熱件為加熱片，所述待測試電芯的數量為兩塊，兩塊相同的所述待測試電芯夾住所述加熱片。

進一步地，石棉均勻地包覆于待測試電芯外周。

進一步地，所述箱體置于測試室內，所述檢測室內設置有溫度調控裝置。

另一方面，本發明采用以下技術方案：

一種電芯比熱容測試方法，

將待測試電芯設置于加熱件外周，將石棉設置于所述待測試電芯外周；

所述加熱件對所述待測試電芯加熱預設時間；

選定所述待測試電芯在加熱段內溫升速率穩定的時間區間，并將溫升速率穩定的時間區間分成多個指定時間段，采集各個指定時間段的起始測試溫度t起和終止測試溫度t終；

計算所述加熱件在各個指定時間段內對所述待測試電芯的加熱量q；

計算在各個指定時間段下待測軟包電芯的比熱容c，c＝q/m/(t終-t起)，其中m為待測試電芯的質量，再求取所有指定時間段內熱容c的平均值。

進一步地，所述加熱件、所述待測試電芯和所述石棉置于可密閉的箱體中。

進一步地，所述溫升速率穩定的時間區間是指該區間內的任一時間點的待測試電芯的溫升速率與加熱段待測電芯的平均溫升速率值相差正負5％以內。

進一步地，選取選取待測試電芯的溫升速率穩定的時間區間內的多個指定時間段，分別計算所述待測試電芯在多個指定時間段內的比熱容，計算所述待測試電芯在多個指定時間段內的比熱容的平均值、并以此平均值作為所述待測試電芯的比熱容。

進一步地，以與所述待測試電芯相同的比熱容測試方法來測試比熱容已知的對照金屬板的比熱容，計算測試得到的對照金屬板的比熱容相對于對照金屬板的實際比熱容的偏差、并以該偏差作為實驗偏差，以實驗偏差修正實驗所得的待測試電芯的比熱容。

進一步地，測試對照金屬板在第一溫升速率時的第一實驗偏差、以及對照金屬板在第二溫升速率時的第二實驗偏差，其中第一溫升速率小于待測試電芯的溫升速率，且與加熱段的待測試電芯平均溫升速率相差80％以內，第二溫升速率大于待測試電芯的溫升速率，且與加熱段的待測試電芯平均溫升速率相差80％以內，以第一實驗偏差與第二實驗偏差的平均值作為實驗偏差。

進一步地，所述對照金屬板為銅板或鐵板。

本發明的有益效果如下：

本發明提供的電芯比熱容測試系統結構簡單、操作方便、測試結果的精確度較高，能夠在企業或高校無加速絕熱量熱儀等相關絕熱設備前提下、對待測試電芯的比熱容進行測量、適用范圍廣。

本發明提供的電芯比熱容測試方法操作方便、測試結果的精確度較高，并通過對照金屬板的方法對待測試電芯比熱容測試結果進行修正、實驗誤差較小；能夠在企業或高校無加速絕熱量熱儀等相關絕熱設備前提下，對待測試電芯的比熱容進行測量，適用范圍廣。

附圖說明

圖1所示為優選實施例一提供的電芯比熱容測試系統的結構示意圖；

圖2所示為圖1中去除箱體后的結構示意圖；

圖3所示為優選實施例一提供的電芯比熱容測試系統的局部結構截面示意圖；

圖4所示為優選實施例一中待測試電芯的比熱容與時間的關系表(縱坐標單位為j/(kg*k)，橫坐標單位為min)；

圖5所示為優選實施例一中待測試電芯的溫升速率與時間的關系表(縱坐標單位為k/min，橫坐標單位為min)。

圖中：

1、加熱件；2、待測試電芯；3、石棉；4、箱體。

具體實施方式

下面結合附圖并通過具體實施方式來進一步說明本發明的技術方案。

優選實施例一：

本實施例提供了一種電芯比熱容測試系統，如圖1至圖3所示，其包括加熱件、待測試電芯、石棉和測溫裝置；待測試電芯設置于加熱件外周，石棉設置于待測試電芯外周，測溫裝置的溫度探頭置于待測試電芯的外表面，待測試電芯為鋰離子軟包電芯或鋼殼電芯。優選地，待測試電芯2均勻地設置于加熱件1外周，例如，待測試電芯2均勻地包覆于加熱件1件外周。優選地，石棉3均勻地設置于待測試電芯2外周，例如，石棉3均勻地包覆于待測試電芯2外周。

本實施例中，將待測試電芯2設置于加熱件1外周，石棉3設置于待測試電芯2外周，石棉3可盡量避免加熱件1產生熱量的散失，通過計算加熱件1產生的熱量與待測試電芯2的質量、待測試電芯2測試的溫度變化的值來求取待測試電芯2的比熱容。結構簡單、成本低，測試結果的誤差相對較小。

本實施例中，為了進一步避免熱量散失、提高測試結構的準確性，優選地，加熱件1、待測試電芯2和石棉3置于可密閉的箱體4中。箱體4的材質沒有具體限制，但優選為導熱性較差的材質，例如紙箱。箱體4可盡量減少外界空氣對流對實驗的影響。

箱體4優選為設置于有溫度調控裝置的檢測室內，以盡量保證箱體4內的溫度波動較小。例如，將箱體4置于設置有空調的室內。

加熱件1優選但不局限為電阻式加熱片。加熱件1的數量可以根據具體需要進行設置。加熱件1的材質沒有具體限制，可以對待測試電芯2進行加熱即可，例如可以為聚酰亞胺加熱件。

待測試電芯2的數量沒有具體限制，可以設置于加熱件1外周以盡量避免熱量散失即可。為了便于設置于加熱件1外周，優選地，加熱件1為加熱片，待測試電芯2的數量為兩塊，兩塊相同的待測試電芯2夾住加熱片1。

石棉3的數量沒有具體限制，可以設置于待測試電芯2外周以盡量避免熱量散失即可。優選地，石棉3均勻地包覆于待測試電芯2外周。

測溫裝置優選為熱電偶，熱電偶的數量沒有具體限制，可根據需要進行設置，但優選為多個(本實施例中，多個指至少兩個)。熱電偶的溫度探頭可粘貼于待測試電芯2的外表面。優選地，多個溫度探頭均勻分布于待測試電芯2外表面。加熱件1通過導線與置于箱體4外的電源連接；熱電偶通過熱電偶線與置于箱體4外的測溫采集設備連接。

本實施例中，加熱件1和測溫裝置可分別通過導線與置于箱體4外的電源連接。

本實施例中，還可以包括安捷倫測試儀，安捷倫測試儀分別與熱電偶和控制器連接。安捷倫測試儀控制熱電偶工作，并將熱電偶測量結果傳輸至控制器中。

本實施例提供的電芯比熱容測試系統結構簡單、操作方便、測試結果的精確度較高，能夠在企業或高校無加速絕熱量熱儀等相關絕熱設備前提下、對待測試電芯2的比熱容進行測量、適用范圍廣。

本實施例還提供了一種基于上述電芯比熱容測試系統的電芯比熱容測試方法，該方法主要但不局限用作鋰離子軟包電芯、鋼殼電芯的比熱容的測試，也可用作其他適當場合。本實施例電芯比熱容測試方法為：

將待測試電芯2設置于加熱件1外周，將石棉3設置于待測試電芯2外周；

加熱件1對待測試電芯2加熱預設時間，預設時間根據不同的電芯來定義，如由于壽命和安全性關系，電芯溫度最好不超過60攝氏度，此時加熱預設時間為加熱電芯從室溫至小于等于60攝氏度以內的時間；

根據加熱過程中待測試電芯2的溫升速率，選定待測試電芯2在加熱段內溫升速率穩定的時間區間，并將溫升速率穩定的時間區間分成多個指定時間段，采集各個指定時間段的起始測試溫度t起和終止測試溫度t終；

計算加熱件1在各個指定時間段內對待測試電芯2的加熱量q；

計算待測試電芯2在各個指定時間段的比熱容c，再求待測試電芯2在所有時間段的比熱容c的平均值，其中c＝q/m/(t終-t起)，其中m為待測試電芯2的質量，c、q、t起和t終均為同一指定時間段內的參數。

本實施例電芯比熱容測試方法中，為了進一步避免熱量散失、提高測試結果的準確性，加熱件1、待測試電芯2和石棉3置于可密閉的箱體4中。箱體4的材質沒有具體限制，但優選為導熱性較差的材質，例如紙箱。箱體4可盡量減少外界空氣對流對實驗的影響。

箱體4優選為設置于有溫度調控裝置的檢測室內，以盡量保證密閉箱體4內的溫度波動較小。例如，將箱體4置于設置有空調的室內。

本實施例電芯比熱容測試方法中，加熱件1優選但不局限為電阻式加熱片。加熱件1為電阻式加熱片時，可以根據加熱件1的電阻以及施加于電阻上的電壓來計算加熱件1在指定時間段內對待測試電芯2的加熱量q。加熱件1的電阻通常為已知值，也可以由萬用表測試獲得。施加于電阻上的電壓通常為已知值，也為了提高測試結果的準確性，也可以由電壓表測試獲得。

待測試電芯2的數量沒有具體限制，可以設置于加熱件1外周以盡量避免熱量散失即可。為了便于設置于加熱件1外周，優選地，加熱件1為加熱片，待測試電芯2的數量為兩塊，兩塊相同的待測試電芯2夾住加熱片1。石棉3的數量沒有具體限制，可以設置于待測試電芯2外周以盡量避免熱量散失即可。優選地，石棉3均勻地包覆于待測試電芯2外周。

測溫裝置優選為熱電偶，熱電偶的數量沒有具體限制，可根據需要進行設置，但優選為多個(本實施例中，多個指至少兩個)。熱電偶的溫度探頭可粘貼于待測試電芯2的外表面。當熱電偶的數量為多個時，采集的待測試電芯2的起始測試溫度和終止測試溫度均為各個熱電偶測量結果的平均值。多個熱電偶的溫度探頭均勻分布于待測試電芯2外表面。加熱件1通過導線與置于箱體4外的電源連接；熱電偶通過熱電偶線與置于箱體4外的測溫采集設備連接。

本實施例電芯比熱容測試方法中包括實驗數據篩選辦法，以保證實驗數據進行電芯比熱容計算的可重復性和精確性。

具體地，首先選取加熱段內待測試電芯2的溫升速率穩定的時間區間，溫升速率穩定的時間區間是指該區間內的任一時間點的待測試電芯的溫升速率與加熱段待測電芯的平均溫升速率值相差正負5％以內。

選取待測試電芯2的溫升速率穩定的時間區間內的多個指定時間段，分別計算待測試電芯2在各個指定時間段內的比熱容c，計算待測試電芯2在各個指定時間段內的比熱容c的平均值、并以此平均值作為待測試電芯2的比熱容，可以確定實驗結果的可重復性和確保誤差在一定的范圍內。

例如，如圖5所示，加熱段的時長為10min，即7min-17.5min，17.5min-19min已停止加熱片加熱。

為選擇指定的時間區間，需要首先計算加熱段待測電芯2的平均溫升速率。如圖5所示，由于在剛開始加熱時，溫升速率快速上升，變化較大，作為差點過濾；因此選取9.5min-17.5min間17個溫升速率點進行平均，求得加熱過程中平均溫升速率為4.57k/min。

選取10min-12min作為指定的溫升速率穩定的時間區間，如圖5所示，該區間內五個時間點10，10.5，11，11.5，12min溫升速率分別是4.70，4.77，4.74，4.73，4.79k/min，與加熱過程中的平均溫升速率偏差皆在5％以內。

之后在10-12min這一時間區間選取若干指定時間段，指定時間段的時長以及指定時間段的數量可根據具體需要進行設置；本實施例中指定時間段的時長為0.5min，共選取連續的四個指定時間段計算待測試電芯2的比熱容，即每0.5min進行一次待測試電芯2比熱容計算，然后把四個指定時間段內的待測試電芯2比熱容數據進行平均。

通常，計算平均溫升速率時，如上例所示，會提前過濾掉加熱前段的數據進行計算，這是由于在加熱前端，加熱件1開始加熱，溫度檢測裝置熱電偶連接到電芯外表面，而加熱片處于兩電芯中間，電芯導熱率有限。因而在加熱初始段，檢測的溫升并不明顯，不夠穩定，只是逐步升高，因此該數值不能正確代表電芯處于加熱作用下的溫升速率。

本例中優選的時間區間為10min-12min，這是因為在溫升速率穩定時間區間(10min-17.5min)的前期，石棉的絕熱性能最好，其數據用來計算比熱容也更加精準。這是由于隨著時間的推移，待測試電芯2溫度越來越高，而外界環境溫度不變，透過石棉3的散熱量不斷增加，因此加熱件1散失的熱量也在增加，電芯溫升減小，因此如圖5，10min-17.5min，電芯溫升速率逐步降低。從圖4看，更加明顯，在溫升速率穩定時間區間(10min-17.5min)的前期(10min-12min)與后期(15.5min-17.5min)采用本發明中計算比熱容辦法所得的比熱容數據相差較大。

本實例電芯比熱容測試方法中，為了進一步對上述計算所得的待測試電芯2的比熱容進行修正，以提高實驗結果的準確性。采用與待測試電芯2相同的比熱容測試方法來測試比熱容已知的對照金屬板的比熱容；之后，計算測試得到的對照金屬板的比熱容相對于對照金屬板的實際比熱容的偏差；并以該偏差作為實驗偏差，以實驗偏差修正實驗所得的待測試電芯2的比熱容。

以與待測試電芯2相同的測試方法，是指在對照金屬板的比熱容測試中與在待測試電芯2的比熱容測試中所采用的加熱件1、石棉3、測溫裝置和箱體4等設置條件均相同，不同之處在于待測試的元件由待測試電芯2換作了對照金屬板，加熱件1對金屬板的加熱速率應與其對待測電芯2的加熱速率的相對偏差處于80％以內。對照金屬板為銅板或鐵板。

本實施例電芯比熱容測試方法中，為了便于修正，測試對照金屬板在第一溫升速率時的第一實驗偏差、以及對照金屬板在第二溫升速率時的第二實驗偏差，其中第一溫升速率小于待測試電芯2的溫升速率，且與加熱段的待測試電芯平均溫升速率相差80％以內，第二溫升速率大于待測試電芯2的溫升速率，且與加熱段的待測試電芯平均溫升速率相差80％以內，以第一實驗偏差與第二實驗偏差的平均值作為實驗偏差。

例如，以銅板作為對照金屬板，銅的實際比熱容為390j/(kg*k)，測試銅板在溫升速率為8k/min時，與本例中加熱段的待測試電芯平均溫升速率偏差75％，所測量比熱容為437.64j/(kg*k)，相對于銅板的實際比熱容的偏差為12.21％；測試銅板在溫升速率為1.4k/min時，與本例中加熱段的待測試電芯平均溫升速率偏差69％，所測量比熱容為424.58j/(kg*k)，相對于銅板的實際比熱容的偏差為8.87％。

這也驗證了本實施例的電芯比熱容測試辦法，針對溫升速率在1.4-8k/min的待測材料，能夠保證實驗結果誤差在10％左右(這是因為加熱件1的熱量并沒有完全傳遞給了待測試電芯2，其中有部分能量散失掉了，因此所求的比熱容偏大)。

以實驗偏差修正實驗計算所得的待測試電芯2的比熱容時，在實驗計算所得待測試電芯2的比熱容的基礎上再縮小上述實驗偏差，例如10％，則為修正后的待測試電芯2的比熱容。

本實施例提供的電芯比熱容測試方法，對待測試電芯2的比熱容進行測試、并通過對照金屬板的方法對測試結果進行修正，結構簡單、操作方便、測試結果的精確度較高、實驗誤差較小，能夠在企業或高校無加速絕熱量熱儀等相關絕熱設備前提下，對待測試電芯2的比熱容進行測量，適用范圍廣。

以上結合具體實施例描述了本發明的技術原理。這些描述只是為了解釋本發明的原理，而不能以任何方式解釋為對本發明保護范圍的限制。基于此處的解釋，本領域的技術人員不需要付出創造性的勞動即可聯想到本發明的其它具體實施方式，這些方式都將落入本發明的保護范圍之內。