[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

摘要

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。 1

主权项

1.一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，其特征在于，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。

2.根据权利要求1所述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，其特征在于，在步骤S1中，所述的搭建实验装置的具体步骤为：

S1.1：在制备一款18650圆柱卷绕式电池的过程中，于卷芯的一侧外部中间位置处贴附一块圆形陶瓷加热片；在加热片相对应的卷芯另一侧内部中间位置沿轴向方向每隔一定距离布置一个K型热电偶，共布置4个热电偶；

S1.2：连接加热片与外接恒功率源，然后将卷芯放入壳体中，并注入电解液，以保证与电池的真实结构和状态相一致；

S1.3：将该实验装置放在一个绝热环境中备用。

3.根据权利要求1所述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，其特征在于，在步骤S2中，所述的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的具体步骤为：

S2.1：调节加热片功率为10W，对该实验样品电池进行加热；

S2.2：记录上述4个热电偶位置处的温度随时间的变化，记录时间间隔取150秒。

4.根据权利要求1所述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，其特征在于，在步骤S3.1中，所述的二维热传导方程为：

式中，ρ为密度（kg/m3），Cp为比热容（J·kg ‑1·K‑1），kra为径向导热系数（W/m·K），kax为轴向导热系数（W/m·K），kan为角向导热系数（W/m·K）。

5.根据权利要求4所述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，其特征在于，在步骤S3.1中，所述的热参数包括导热系数和比热容。

6.根据权利要求1所述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，其特征在于，在步骤S3.2中，所述的利用传统的串并联法计算电芯热参数的初始值的计算公式为：

kT_径向=Lcell/（L_正极/kT_正极+L_负极/kT_负极+L_正集流体/kT_正集流体+L_负集流体/kT_负集流体+L_隔膜/kT_隔膜）      A，

kT_轴/角向=（kT_正极·L_正极+kT_负极·L_负极+kT_正集流体·L_正集流体+kT_负集流体·L_负集流体+kT_隔膜·L_隔膜）/L_电池 B，

Cp_电池=（Cp_正极·L_正极+Cp_负极·L_负极+Cp_正集流体·L_正集流体+Cp_负集流体·L_负集流+Cp_隔膜·L_隔膜）/L_电池    C，

式A为径向导热系数的计算公式，式B为轴向和角向导热系数的计算公式，式C为电池整体比热容的计算公式。

7.根据权利要求1所述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，其特征在于，在步骤S4中，所述的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的具体步骤包括：

S4.1：将通过实验测得的上述不同热电偶位置处的温度变化曲线与传热模型计算得到的对应位置处的数值温度解进行拟合；

S4.2：不断调整模型中的热参数，最终使实测值与仿真值拟合度的误差最小。