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                怎样利用电池绝热量热仪获取有效的锂电池热失控测试数据

                • 发布时间:2023-03-16
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                前言

                为了确保锂☆离子电池的安全使用,需要获取电池热失控特征参数作为电池热管◢理系统的设计输入,实现对电池热失控的预防与早期预警。目前,行业内对锂电池热失控的测试主要依托于电池绝热量热仪(ARC)。该仪器能够测定电池自放热绝热温升曲线,并得到电池自放热起始温度(Tonset)、热失控起始温度(TTR)、最高温度(Tmax)、泄压温度(TV)、最大温升速率((dT/dt)max)和最★大压升速率((dP/dt)max)等特征◣参数。锂电池热失控绝※热量热测试方法目前尚未↑形成统一的技术标准或规范,国内外各仪器厂商推荐的测试流程大致相同,但实验具体执行过程中的样品准备、参数选取和操作规范性等因素均会对测试结果造成一定影响。本文以杭州仰仪科技有限公司的BAC-420A大型电池绝热量热仪为例,从电池→热失控实验的主要操作流程入手,简要说▃明各个步骤的操作要点和合格性判定方法,保障用户最终获取有效的实验数据。

                图1  (a)BAC-420A大型电池绝热量热仪与(b)电池绝热热失控典型数据

                测试流程

                图2 电池热失控测试关键步骤


                操作要点

                1. 样品准备

                进行包括电池表面♀处理、SOC调整、信息记录在内准备工作。该步骤的实验♀要点如下:

                (1) 电池表面处理:表面充分进行清理;同时对于硬壳电池,可撕〗除表面导热性不佳的PET蓝膜,热电【偶可与电池表面更紧密贴合;

                (2) 电池按规定的方法进行活化以及SOC控制,充□放电过程防止虚接或短路;

                (3) 登记包括电池质量和电压∮在内的基础数据,并留存图像资料。

                2. 温差基线校准
                由于量热腔内可能存在微小的温度分布,为防止绝热追踪阶段量热腔壁面对样品产生过加热或欠加热,确保腔内精密的绝热环境,需利用与电池同尺寸的铝质标准块作为电池等◣容物,利〓用仪器的“温差基线”模式对炉♀壁-样品温差的温度依赖性进行校准;该步骤的实◆验要点如下:

                (1) 试样安装

                1) 无特殊要求情况下,样品热电偶均粘贴于试样大面中心点位置;

                2) 利用样品支◥架或悬吊的方式装样,铝块与电池样品在炉腔中的相对位置尽量保持一致。

                (2)实验参数设置█

                1) 实验温度区间推荐覆盖50℃~200℃,尽可能确保Tonset检出值落〓在该范围内,避免发生误检测;

                2) 台阶升温步长控制在25℃及以下,增加恒温台阶个数有利于提高校准精度;

                3) 根据铝块大小选择恒温时间,恒温时间不足,试样温度无法达◥到平稳,将影响温差基线校准的有效性。恒温时间(min)一般推荐为50+40×铝块质量(kg)。

                图3 “温差基线”模式参数设置界面

                3. 温差基线验证

                将温差基线∑校准文件下发至软件后台,随后再次利用铝块在“HWS”模式下进行实验。通过温度平衡阶段铝块的温升情况判断量热系统的绝热特性,从而对校准文件的有效性进行验证。该步骤的实验要点如下:

                (1) 校准文件合@格性判据统计每个台阶达到温度平衡阶段后铝块的温升速率。如图4a所示,若各台阶◥的温升速率均处于一个远小于检测阈值的区间内,可判定校准文件合●格,说明试样处于相对严格的绝热环境中,在0.02℃/min的检测阈值条件下可准确进行电池Tonset点判定,出现误判或明显偏差的可能性低。而如图4b和图4c所示,均为不合格的情况。图4b铝块各台阶的温升速率过大,说明壁面对试样存在过加热的情况,进行电池实验时可能导♀致Tonset点在电池未开始自放热阶段被提前检出。该情况下,需要通过※延长恒温时间等方式重新进行温差基线校准;图4c对应∞的样品尺寸很小、热惯量过低,因此炉腔内微弱的温度场扰动导致样品温升速率剧烈波动,进行电池实验时发生Tonset误检测概率高。上述情况建议更换适用于小电芯检测的仪器进行测试。