[发明专利]圆柱卷绕式锂离子动力电池热物性参数的原位求取方法

说明书

本发明公开了一种圆柱卷绕式锂离子动力电池热物性参数的原位求取方法，具体步骤为首先搭建实验装置，然后使用外部热源按一定的功率加热电池，并测量该电池上多点不同的瞬时温度变化，其次，在仿真软件中建立包含该电池不同方向上导热系数参数以及比热容参数在内的传热模型，并计算得到各热电偶测量点处温度变化的数值解，最后拟合实测温度值和仿真计算值，并获得该电池热物性参数的具体数据。本发明的有益效果：本发明可以考虑真实电池中的湿式结构即含有电解液，以及不同结构层间的接触热阻，实现原位且准确地获得电池导热系数和比热容等重要的热物性参数。

技术领域

本发明涉及锂离子电池技术领域，具体来说，涉及一种圆柱卷绕式锂离子动力电池热物性参数的原位求取方法。

背景技术

在企业生产的试错实践中，动力电池的结构演化出了多种典型的封装形式，不同构型之间电池的热参数特性差异很大，需区别对待。其中圆柱卷绕型是一种重要的动力电池构型，如松下生产供给Tesla公司的Model系列电动车使用的如18650、21700型电池，其结构是由长度方向很长的正极片、隔膜和负极片堆叠卷绕而成。圆柱电池的优点包括生产工艺成熟，产品良率好高，规格型号统一等；但同时缺点也比较明显，其电芯内部导热性较差，在大电流充放电时，电芯由于产热高，散热慢，极易引发热量积累和热失控的危险。故需深入研究电池内部实时的产热、传热和散热过程，找寻和分析电池出现温升过高，温差过大等热问题，进而优化电池结构，改善电池热特性。

导热系数和比热容是锂离子电池重要热物性参数，与电池内部传热、散热过程有关，并影响电池在充放电过程中的温度分布状况。然而，由于圆柱型锂离子动力电池是由多层热物性差异较大的物质层(集流体、活性涂层和隔膜)堆叠后卷绕而成，各层之间均存在一定的接触热阻，这一接触热阻形成了厚度极小但温度突变明显的一层界面，对整体热物性尤其是导热系数存在显著影响。另一方面，该型电池的导热系数具有显著的各向异性，其内部不同的物质层均具有不同的材质与厚度，这些材质既包括Al、Cu等金属，也包括PP或PE等有机物，还包括多孔结构的活性材料混合物。其中，金属层的导热系数明显高于活性物质层或有机层。因此，该型电池具有层内(轴向和角向)和层间(径向)三个方向不同的导热系数。而传统的以各层结构的热物性参数串并联计算获得整体参数的方法并不适用，因此需开发相应的热参数测量实验，以准确求得其取值，进行分析和改进电池的热性能。

发明内容

针对相关技术中的上述技术问题，本发明提出一种圆柱卷绕式锂离子动力电池热物性参数的原位求取方法，能够克服现有技术的上述不足。

为实现上述技术目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种圆柱卷绕式锂离子动力电池热物性参数的原位求取方法，包括以下步骤：

S1：首先搭建实验装置；

S2：使用外部热源按一定的功率加热电池，并测量该电池上多点不同的瞬时温度变化；

S3：在仿真软件中建立包含该电池不同方向上导热系数参数以及比热容参数在内的传热模型，并计算得到各热电偶测量点处温度变化的数值解，具体步骤为：

S3.1：在仿真软件中搭建简化的18650电池二维轴对称传热模型，该传热模型中包含该电池不同方向上的导热系数以及热参数，其外壳体边界设置为绝热边界，加热片位置设置为热流边界；

S3.2：利用传统的串并联法计算电芯热参数的初始值；

S3.3：计算该18650电池热模型对外热源加热的温度响应；

S4：拟合实测温度值和仿真计算值，获得该电池热物性参数的具体数据。

进一步的，在步骤S1中，所述的搭建实验装置的具体步骤为：