對比等溫量熱及絕熱量熱用于鋰電池充放電產(chǎn)熱測量

目前，基于功率補償等溫量熱原理的等溫量熱儀和基于絕熱追蹤原理的絕熱加速量熱儀是測量電池充放電產(chǎn)熱的主要儀器。如圖1所示，等溫量熱儀能夠控制電池溫度保持恒定，并利用電功率對電池產(chǎn)熱功率進(jìn)行等效補償；絕熱量熱儀能夠進(jìn)行電池溫度追蹤，獲得電池在充放電過(guò)程中的絕熱溫升曲線(xiàn)和比熱容數據，并計算產(chǎn)熱量。本文重點(diǎn)比較了兩種方法在量熱結果上的差別性。

圖1 (a)等溫量熱儀和(b)絕熱加速量熱儀檢測原理

方形電池（LFP，50Ah）*2

絕熱量熱電池起始溫度：30°C；

等溫量熱電池溫度：30°C、50°C；

電池充放電方式：恒壓恒流充電、恒流放電；

充放電倍率：0.33C、0.5C、1C；

比熱容溫升速率：0.2°C/min。

1. 電池比熱容實(shí)驗

圖2 電池比熱容測量結果

利用差式功率補償原理，絕熱量熱儀可測定電池比熱容的數據，本文根據電池充放電過(guò)程的溫度變化范圍，測定該溫區內的平均比熱容，用于計算電池放熱量，測試結果如圖2所示。

2. 18650電池量熱結果

30℃起始溫度下充放電產(chǎn)熱量的測量結果如表1所示，4種工步下等溫量熱值均高于絕熱。0.5C和1C下電池的絕熱溫升分別為15°C和30°C左右，在該范圍內，溫度升高有利于降低電池極化內阻，減少電池產(chǎn)熱。通過(guò)圖3也可以看出，絕熱法測定的功率曲線(xiàn)都介于30°C和50°C兩個(gè)溫度條件下測定的等溫量熱曲線(xiàn)之間。

表1 18650電池充放電產(chǎn)熱量數據統計

3. 方形電池量熱結果

圖4  0.33C倍率下方形電池在(a)充電和(b)放電過(guò)程產(chǎn)熱功率測量結果對比

表2 0.33C倍率下等溫與絕熱測定的產(chǎn)熱量對比

1.利用等溫量熱儀和絕熱量熱儀均能夠有效測定電池充放電產(chǎn)熱。兩種方法測定的熱功率變化趨勢具有較好的一致性，但由于兩者對電池的控溫方式不同，產(chǎn)熱量的結果存在差異性；

2.當電池最高溫度未明顯超過(guò)正常使用溫度的情況下，利用絕熱法測定的產(chǎn)熱量會(huì )小于等溫法；

3.對于低倍率充電等導致電池出現明顯吸熱特征的工況，絕熱法測定的產(chǎn)熱量可能將大于等溫法。

參考文獻：

[1]Noboru Sato. [J]. Thermal behavior analysis of lithium-ion batteries for electric and hybrid vehicles. Journal of Power Sources, 99 (2001):70-77.