本發(fā)明涉及一種軟包電池瞬時(shí)生熱率的估算方法,屬于電池技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

隨著動(dòng)力電池的不斷發(fā)展，軟包電池以其成本低、比能量高等優(yōu)點(diǎn)受到新能源汽車行業(yè)的青睞，而估算軟包電池在充放電過(guò)程中的生熱率的變化對(duì)于其進(jìn)一步研究有重要意義。

目前有關(guān)動(dòng)力電池生熱功率的測(cè)試主要有：(1)利用絕熱加速量熱儀測(cè)量生熱率，該方法花費(fèi)較高；(2)測(cè)量電池的溫升，將電池?zé)崃糠譃槿糠?，分別是電池與空氣對(duì)流換熱量、電池與外界輻射換熱量以及自身剩余熱量，如專利cn104569836a。這些主要得到的是電池在某一放電倍率下或變電流工況下的平均生熱率，平均生熱率不能表現(xiàn)出電池充/放電過(guò)程中生熱過(guò)程的變化情況，且有的對(duì)流換熱系數(shù)和輻射換熱系數(shù)取值為經(jīng)驗(yàn)值，在計(jì)算結(jié)果上可能會(huì)存在一定的誤差。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)不足提供一種軟包電池瞬時(shí)生熱率的估算方法，以有效的估算軟包電池在某一倍率充放電過(guò)程中的瞬時(shí)生熱功率。

本發(fā)明所述的一種軟包電池瞬時(shí)生熱率的估算方法，包括以下步驟：

(1)測(cè)量電池在絕熱環(huán)境中某一充/放電倍率下的每秒溫升數(shù)據(jù)，根據(jù)溫升數(shù)據(jù)計(jì)算出電池在該倍率工況下的每秒存儲(chǔ)生熱功率q1；

溫升數(shù)據(jù)計(jì)算如下式：

tave＝(t1+t2+t3+t4+t5+t6)/6

其中t1+t2+t3+t4+t5+t6分別為不同布點(diǎn)處熱電偶測(cè)出的溫度，tave是電池各測(cè)點(diǎn)的平均溫度。

根據(jù)電池上述平均溫度，擬合得到電池溫度隨時(shí)間變化的8次多項(xiàng)式，時(shí)間(t)為橫坐標(biāo)，溫度(t)為縱坐標(biāo)，即得到溫度隨時(shí)間變化的瞬時(shí)溫度變化式：

t＝f(t)

根據(jù)上述擬合得到的電池溫度隨時(shí)間變化的8次多項(xiàng)式，對(duì)時(shí)間求導(dǎo)，計(jì)算得到在絕熱環(huán)境中該工況下存儲(chǔ)生熱速率qs，公式如下：

qs＝cm(dt/dt)

其中，qs是存儲(chǔ)生熱速率，c是電池在該恒溫箱溫度下的比熱容，m是電池的質(zhì)量。

根據(jù)上述存儲(chǔ)生熱率公式，以1秒為間隔，計(jì)算出每秒存儲(chǔ)生熱功率，記為q1。

(2)測(cè)量電池在絕熱環(huán)境中某一充/放電倍率結(jié)束后的靜置溫降數(shù)據(jù)，根據(jù)靜置溫降數(shù)據(jù)通過(guò)對(duì)數(shù)曲線擬合，得到該環(huán)境下對(duì)流換熱系數(shù)h；

(3)根據(jù)上述擬合得到的對(duì)流換熱系數(shù)h，以及在絕熱環(huán)境中某一充/放電倍率下的每秒溫升數(shù)據(jù)，計(jì)算出該環(huán)境充/放電過(guò)程中對(duì)應(yīng)的每秒對(duì)流損失功率q2；

根據(jù)牛頓冷卻公式，算出從充/放電開(kāi)始到充/放電結(jié)束期間每秒對(duì)流生熱率：

q2＝ha(t-t0)

其中，a是電池除去兩端正負(fù)極耳的表面積，t是電池?cái)M合瞬時(shí)溫度，t0是電池初始溫度，即恒溫箱溫度。

(4)將上述算出的每秒存儲(chǔ)生熱功率q1和每秒對(duì)流損失功率q2，對(duì)應(yīng)相加得到該工況下的每秒生熱功率，然后對(duì)每秒生熱率進(jìn)行多項(xiàng)式擬合得到瞬時(shí)生熱率。

將瞬時(shí)存儲(chǔ)生熱率與對(duì)流生熱率相加，算出每秒生熱率：

q＝q1+q2

將每秒生熱率進(jìn)行多項(xiàng)式擬合得出電池在恒溫箱中某一放電倍率下的生熱率隨時(shí)間的變化曲線，即估算出瞬時(shí)生熱率。

本發(fā)明的有益效果:本方法通過(guò)測(cè)量電池在靜置過(guò)程中的溫度變化數(shù)據(jù)，便捷的計(jì)算出軟包電池在充放電過(guò)程中的對(duì)流換熱系數(shù)，將散失的熱量均折合到對(duì)流換熱系數(shù)上，可以減小熱量散失對(duì)測(cè)量造成的誤差。本方法計(jì)算簡(jiǎn)單，精確度較高，能反應(yīng)出軟包電池在充放電過(guò)程中熱量生成的情況，對(duì)研究電池充放電過(guò)程中的性能，改進(jìn)電池生產(chǎn)工藝和設(shè)計(jì)具有一定的價(jià)值。因此，開(kāi)發(fā)一種軟包電池瞬時(shí)生熱率的估算方法是十分有必要的。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的瞬時(shí)生熱率的估算方法圖；

圖2是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的瞬時(shí)生熱率的裝置圖；

圖中①是代表絕熱材料，②代表軟包電池，③是代表恒溫箱；

圖3a是軟包電池外部熱電偶的正面熱電偶布置圖；

圖中②代表軟包電池，④是代表熱電偶、

圖3b是軟包電池外部熱電偶的反面熱電偶布置圖；

圖4是熱電偶測(cè)得電池在某一環(huán)境溫度下1c充/放電過(guò)程溫升變化圖，abc段代表充電過(guò)程和靜置過(guò)程溫度變化曲線，cde段代表放電過(guò)程和靜置過(guò)程溫度變化曲線；

圖5是恒溫箱某溫度，得到的電池1c倍率充/放電瞬時(shí)生熱率變化圖；實(shí)線a代表充電過(guò)程生熱率的變化曲線，虛線b代表放電過(guò)程生熱率的變化曲線。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明將通過(guò)以下實(shí)施例作進(jìn)一步說(shuō)明。

實(shí)施例

測(cè)量電池在絕熱環(huán)境中某一倍率充電狀態(tài)下的溫升數(shù)據(jù)；

下表是恒溫箱25℃、絕熱1c充電倍率下，軟包電池充電和靜置過(guò)程的一段數(shù)據(jù)，時(shí)間是充電和靜置開(kāi)始的0-120s之間的，每隔2s記錄。數(shù)據(jù)見(jiàn)下列各表。

溫升數(shù)據(jù)計(jì)算如下式：

tave＝(t1+t2+t3+t4+t5+t6)/6

其中t1+t2+t3+t4+t5+t6分別為不同布點(diǎn)處熱電偶測(cè)出的溫度，tave是電池各測(cè)點(diǎn)的平均溫度。

表1

根據(jù)充電溫度數(shù)據(jù)tave擬合得到8次多項(xiàng)式

t＝24.95737-0.00448*t+2.95545*10^-5*t²-5.0774*10^-8*t³

+4.55974*10^-11*t⁴-2.29266*10^-14*t⁵+6.53804

*10^-18*t⁶-9.92018*10^-22*t⁷+6.23364*10^-26*t⁸

根據(jù)上述擬合得到的電池溫度隨時(shí)間變化的8次多項(xiàng)式，對(duì)時(shí)間求導(dǎo)，得到在絕熱環(huán)境中該工況下存儲(chǔ)生熱速率qs公式

qs＝cm(dt/dt)

其中，qs是存儲(chǔ)生熱速率，c是電池在該恒溫箱溫度下的比熱容，m是電池的質(zhì)量。

根據(jù)上述存儲(chǔ)生熱率公式，以2秒為間隔，計(jì)算出每秒存儲(chǔ)生熱功率，記為q1。

表2

根據(jù)表1靜置溫降隨時(shí)間變化的數(shù)據(jù)，擬合得到指數(shù)函數(shù)表達(dá)式

根據(jù)公式：

2.26*10^-4＝ha/cm

算出對(duì)流換熱系數(shù)

h＝2.07(w/(m²·k))

根據(jù)得到電池溫度隨時(shí)間變化的8次多項(xiàng)式t＝f(t)，計(jì)算出從充電開(kāi)始到充電結(jié)束，每1秒的電池溫度，記為電池?cái)M合瞬時(shí)溫度，見(jiàn)表2。

根據(jù)牛頓冷卻公式，算出從充/放電開(kāi)始到充/放電結(jié)束期間每秒對(duì)流生熱率：

q2＝ha(t-t0)

其中，a是電池除去兩端正負(fù)極耳的表面積，t電池?cái)M合瞬時(shí)溫度，t0是電池初始溫度，即恒溫箱溫度。

然后根據(jù)從充電開(kāi)始到充電結(jié)束期間，每秒種的生熱率等于瞬時(shí)存儲(chǔ)生熱率與對(duì)流生熱率之和，算出每秒生熱率：

q＝q1+q2

表3

計(jì)算出每一時(shí)間點(diǎn)的電池生熱率，進(jìn)而通過(guò)多項(xiàng)式擬合得出電池在恒溫箱中某一倍率充電狀態(tài)下的生熱率隨時(shí)間的變化曲線，具體見(jiàn)圖5。

放電過(guò)程計(jì)算同上。