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前言
電池絕熱量熱儀作為進行電池絕熱熱失控測量的重要儀器，其核心技術(shù)指標為樣品自放熱檢測靈敏度，即識別樣品微弱放熱的能力，該指標直接決定了儀器對電池自放熱起始溫度Tonset等特征溫度點的測量準確性。為實現(xiàn)高檢測靈敏度，要求儀器具有理想的結(jié)構(gòu)設(shè)計、精準測溫技術(shù)和高效控溫算法等，從而實現(xiàn)優(yōu)異的絕熱性能。
目前行業(yè)內(nèi)缺失電池絕熱量熱儀整機計量校準規(guī)范，因此未形成統(tǒng)一、科學、合理的方法驗證儀器核心指標，不利于客觀評價儀器性能和規(guī)范儀器標準，絕熱性能不佳的儀器測定的數(shù)據(jù)更將直接影響相關(guān)企業(yè)進行電池系統(tǒng)安全設(shè)計，對鋰電池相關(guān)行業(yè)發(fā)展產(chǎn)生負面影響。
部分廠商和用戶利用具有經(jīng)驗數(shù)據(jù)的鋰電池作為標樣進行儀器評價，這種方法存在一定問題：（1）同一批次電池可能在內(nèi)部結(jié)構(gòu)、材料等方面存在細微差異，熱失控實驗數(shù)據(jù)的一致性無法保證，將引入額外的不確定度；（2）部分鋰電池熱失控過程劇烈，對儀器設(shè)備造成明顯污染，甚至損傷，同時對測試場地的要求較高。
為了解決以上問題，本文提出一種基于焦耳熱發(fā)生技術(shù)的電池絕熱量熱儀校準方案，該方案具有可溯源、精度高、易操作、無損傷、低成本等特點，有望發(fā)展成為電池絕熱量熱儀的校準規(guī)范。
圖1 全尺寸電池絕熱量熱儀
方案介紹
本方案利用標準電阻塊（內(nèi)置加熱管的金屬塊）作為標樣（如圖2所示），并通過程控電源程序控制加熱功率，調(diào)節(jié)電阻塊的升溫速率，從而對鋰電池熱失控溫升過程進行等效模擬。另外，通過高壓氣瓶搭配電磁閥產(chǎn)生脈沖氣流的方式，可實現(xiàn)鋰電池開閥降溫過程的模擬。
為準確模擬鋰電池的產(chǎn)熱過程，參照典型鋰電池絕熱失控實驗數(shù)據(jù)，對鋰電池熱失控升溫過程的表觀反應(yīng)動力學參數(shù)進行擬合計算，得到電池產(chǎn)熱速率隨溫度變化的關(guān)聯(lián)方程，并結(jié)合電阻塊的質(zhì)量及比熱容，計算電源實時輸出功率，實現(xiàn)電池放熱過程精確模擬。
圖2 鋰電池熱失控模擬裝置示意圖
如圖2所示，將標準塊吊裝在絕熱量熱儀中，并進行HWS模式實驗，通過對比理論特征溫度點與實測特征溫度點，以及各溫度臺階理論溫升速率與實測溫升速率，可以驗證絕熱量熱儀的測量靈敏度和準確性。
驗證結(jié)果示例
利用BAC-420A分別進行三元和磷酸鐵鋰電芯的絕熱熱失控模擬實驗，實驗結(jié)果如圖3~圖8所示。對于三元鋰電模擬實驗，標樣的理論Tonset溫度為80.0℃（對應(yīng)升溫速率為0.02℃/min），兩次實驗的Tonset檢出臺階分別為80℃和85℃，符合預(yù)期。
（2）BAC-800A驗證實驗
對具有更大量熱腔尺寸的BAC-800A分別進行一組三元鋰電和磷酸鐵鋰的絕熱熱失控模擬實驗，實驗結(jié)果如圖9~圖12所示。三元鋰電、磷酸鐵鋰模擬實驗的Tonset檢出臺階分別為80℃、105℃，均符合預(yù)期。實驗中各臺階實測溫升速率與理論值偏差均在±0.003℃/min內(nèi)。
（3）BAC-1000A驗證實驗
對大尺寸密閉型絕熱量熱儀BAC-1000A分別進行一組三元鋰電和磷酸鐵鋰的絕熱熱失控模擬實驗，實驗結(jié)果如圖13~圖16所示。三元鋰電、磷酸鐵鋰模擬實驗的Tonset檢出臺階分別為80℃、110℃，均符合預(yù)期；實驗中各臺階實測溫升速率與理論值偏差均在±0.005℃/min內(nèi)。
總結(jié)
基于本文提出的電池絕熱量熱儀校準方案，可以客觀、有效地評價電池絕熱量儀的關(guān)鍵性能。同時本文的測試結(jié)果驗證了仰儀科技全尺寸大電池絕熱量熱儀的優(yōu)異性能。仰儀科技將繼續(xù)推進相關(guān)計量檢測標準的落地，規(guī)范行業(yè)發(fā)展，以精確、可靠的數(shù)據(jù)為鋰電池行業(yè)保駕護航。
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