基于紅外熱成像技術(shù)的軟包鋰電池?zé)崽匦苑治?/h1>
2020-11-09 03:36:18李君，付瑩，于鋒，劉藝
科學(xué)技術(shù)與工程 2020年27期
李 君， 付 瑩， 于 鋒， 劉 藝
(吉林大學(xué)汽車仿真與控制國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 長(zhǎng)春 130022)
能源消耗逐年攀升，排放法規(guī)日益嚴(yán)苛，以及國(guó)家政策地積極推動(dòng)，促使新能源汽車發(fā)展勢(shì)頭強(qiáng)勁，其中電動(dòng)車的銷量最為搶眼，截至2019年6月，電動(dòng)車銷售量幾乎占據(jù)了新能源汽車全部的銷量[1-2]。鋰離子電池作為電動(dòng)車的心臟，熱特性是鋰離子電池研究過(guò)程中主要關(guān)心的問(wèn)題，熱特性不僅關(guān)系到電池本身性能的發(fā)揮，同時(shí)也關(guān)乎著整車的動(dòng)力性及安全性，關(guān)于熱特性的影響因素有很多，例如系統(tǒng)短路、環(huán)境溫度惡劣等，這些因素會(huì)導(dǎo)致電池表面熱穩(wěn)定性降低，嚴(yán)重時(shí)導(dǎo)致電池?zé)崾Э厣踔翈?lái)更加嚴(yán)重的后果。研究鋰離子電池?zé)崽匦詿o(wú)論是對(duì)鋰離子電池本體的優(yōu)化，還是對(duì)整車系統(tǒng)安全性動(dòng)力性續(xù)航性都有重要意義[3-7]。鋰離子電池在工作過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量的熱，很多學(xué)者對(duì)鋰離子電池進(jìn)行相關(guān)研究，文獻(xiàn)[8-10]以圓柱形電池為研究對(duì)象，利用仿真和試驗(yàn)的手段分別研究了冷卻結(jié)構(gòu)和某些電池參數(shù)指標(biāo)對(duì)電池表面溫升的影響，利用仿真可視化云圖以及測(cè)溫儀來(lái)獲得電池表面溫度數(shù)值，根據(jù)獲得的數(shù)據(jù)可以對(duì)電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化以及預(yù)測(cè)電池表面溫度變化，文獻(xiàn)[11-12]分別以方形鋰離子電池單體和電池組作為研究對(duì)象，運(yùn)用仿真手段，對(duì)電池表面溫度場(chǎng)進(jìn)行可視化分析，獲得單體電池在熱失控下電池整體性能數(shù)據(jù)，為電池保護(hù)裝置的設(shè)計(jì)提供參數(shù)支持，對(duì)電池組溫度場(chǎng)仿真，為建立動(dòng)力電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)提供了技術(shù)參數(shù)的支持。綜上鋰電池?zé)崽匦缘难芯渴谴蠹抑饕P(guān)注的焦點(diǎn)，以軟包三元鋰電池為研究對(duì)象，使用紅外熱像儀監(jiān)測(cè)電池在不同工作狀態(tài)下電池表面溫度變化情況，探究軟包三元鋰電池的熱特性。軟包電池相比于圓柱形和方形電池體積更加纖薄可控，能量密度更高，這也比較符合中國(guó)新能源車市場(chǎng)的發(fā)展趨勢(shì)。紅外熱成像測(cè)試方法相比于傳統(tǒng)接觸式熱電偶測(cè)量電池表面溫度的方法，它具有響應(yīng)快、測(cè)溫范圍寬、測(cè)溫精度高、測(cè)溫結(jié)果形象直觀等優(yōu)點(diǎn)。在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中通過(guò)控制電池不同放電倍率，環(huán)境溫度等因素模擬電池在不同工作狀態(tài)時(shí)電池表面溫度變化情況[13]，以期為熱管理系統(tǒng)優(yōu)化，單體性能的開發(fā)提供參數(shù)指導(dǎo)。
1 試驗(yàn)系統(tǒng)及方案
1.1 試驗(yàn)系統(tǒng)介紹
紅外熱成像測(cè)試鋰離子電池溫度場(chǎng)試驗(yàn)平臺(tái)如圖1所示，平臺(tái)包括三元鋰離子軟包電池、紅外熱成像儀、充電機(jī)、直流負(fù)載、恒溫箱、參數(shù)采集卡、工控機(jī)等器材，其中電池的基本尺寸參數(shù)如表1紅外熱成像儀采用的是FOTRIC225科研型，所測(cè)波長(zhǎng)范圍為8～14 μm，測(cè)溫范圍-20～350 ℃，所測(cè)溫度精度0.1 ℃，像素320×240,視場(chǎng)角(FOV)24°×18°續(xù)航長(zhǎng)達(dá)10 h以上，；實(shí)驗(yàn)采用充電機(jī)為Chroma62012P-40-120型號(hào)，該款直流電源可以編程，輸出的電壓范圍0～600 V，輸出的電流范圍0～120 A, 可以多檔位功率輸出，補(bǔ)償電壓可以達(dá)5 V，可以使用Labview或者labwindows控制驅(qū)動(dòng)程序；實(shí)驗(yàn)采用Chroma63206E-600-420型號(hào)直流負(fù)載，它具有可編程的特點(diǎn)，輸出的電壓范圍0～150 V，輸出的電流范圍0～600 A，測(cè)試精度高，支持多種工作模式；恒溫箱是自制的箱內(nèi)設(shè)有冷板以及四組散熱器與風(fēng)扇，箱外接有大小恒溫水槽以保證箱內(nèi)溫度恒定；工控機(jī)連接有電池測(cè)試系統(tǒng)及可視化測(cè)試終端，可視化終端專用軟件是AnalyzeIR和MATLAB，可以將所得圖像影像進(jìn)行轉(zhuǎn)化可批量生成報(bào)告；參數(shù)采集卡可以讀取溫度、電流、電壓數(shù)值。
圖1 電池實(shí)驗(yàn)搭建成果圖Fig.1 Battery module construction diagram
表1 電池基本參數(shù)
1.2 試驗(yàn)方案
為了減少紅外反射以及保證統(tǒng)一的發(fā)射率，因此要在實(shí)驗(yàn)之前采用116槍式模型空氣噴筆，在電池表面均勻噴涂一層黑漆，圖2(a)是116槍式模型噴筆，圖2(b)為從英國(guó)Hallcrest公司購(gòu)置的黑漆，為保證統(tǒng)一的發(fā)射率即為1.0，需要在電池表面均勻地噴涂黑色底漆，圖3為噴涂黑漆的鋰離子電池單體。之后對(duì)紅外熱像儀校準(zhǔn)標(biāo)定，表2是熱成像儀與黑體對(duì)比擬合參數(shù)表，結(jié)果表明熱成像儀的測(cè)量誤差在-0.1～0.2 ℃。進(jìn)行電池表面溫度場(chǎng)監(jiān)測(cè)時(shí)需要在電池表面及電池所接觸的環(huán)境中布置監(jiān)測(cè)點(diǎn)如圖4所示，其中值得注意的是兩極監(jiān)測(cè)點(diǎn)設(shè)置在正負(fù)極邊緣以內(nèi)5 mm的位置。在恒溫箱上面設(shè)置具邊長(zhǎng)為1 000 mm的方形封閉架子，架子中間設(shè)置有方形開口，紅外熱像儀嵌放在方形開口處，恒溫箱上表面設(shè)有43 cm×31 cm的開口，便于紅外熱成像儀拍攝電池表面溫度的變化。實(shí)驗(yàn)開始時(shí)設(shè)置充電機(jī)充電截止電壓為4.2 V，充電電流為36.5 A，充電截止電流為2.0 A，由直流負(fù)載進(jìn)行恒流放電控制，連接紅外熱成像儀，將它設(shè)置成自動(dòng)調(diào)焦模式，錄像頻率為 5.0 f/s，啟動(dòng)工控機(jī)打開 AnalyzIR 軟件，利用Labview中的程序與采集卡相配合，對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)進(jìn)行記錄和保存。
圖2 116槍式模型噴筆和黑漆Fig.2 116 gun model airbrush and black primer
圖3 噴涂了黑漆的電池表面Fig.3 Black painted battery surface
表2 黑體與紅外熱像儀采集溫度對(duì)比
圖4 電池表面監(jiān)測(cè)點(diǎn)設(shè)置Fig.4 Battery surface monitoring point setting
為探究三元鋰離子軟包電池在不同工作狀態(tài)下熱特性設(shè)計(jì)了如下方案：①首先利用紅外熱成像儀測(cè)量了電池在25 ℃、1 C情況下電池表面溫度變化情況；②25 ℃是企業(yè)最為關(guān)心的一種條件，在25 ℃時(shí)以不同夾持方式分別進(jìn)行1/4 、1/2、3/4、1 C放電記錄監(jiān)測(cè)點(diǎn)溫升情況；③保持恒溫箱處于不同環(huán)境溫度下，測(cè)量監(jiān)測(cè)點(diǎn)溫升情況。
2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析
2.1 紅外熱像儀溫度場(chǎng)測(cè)試
利用紅外熱像儀測(cè)量溫度做了很多試驗(yàn)，現(xiàn)用25 ℃、1 C放電情況下為例，進(jìn)行說(shuō)明軟包電池表面溫升狀況。圖5為溫度標(biāo)尺，圖6為利用紅外熱成像儀測(cè)得的電池表面溫度變化紅外熱像成像圖。在圖中可以看出放電開始時(shí)，正極的溫度最先發(fā)生變化，隨著時(shí)間推移溫度逐漸升高，溫度升高的區(qū)域面積逐步擴(kuò)增到整個(gè)電池表面，正極溫度由24.0 ℃到30.2 ℃，溫升的方向由正極開始向負(fù)極區(qū)域移動(dòng)，在30.2 ℃之后結(jié)束放電之前，電池表面溫升從電池體中部開始向兩極發(fā)展，直至整個(gè)電池表面溫度均勻分布。放電結(jié)束時(shí)兩極的溫度為：正極31.9 ℃、負(fù)極31.6 ℃正極溫度略高于負(fù)極，電池體中部33.1 ℃。 放電結(jié)束后電池兩極溫度先降低，溫度降低的趨勢(shì)由兩極向電池體中部發(fā)展，直至電池表面溫度恢復(fù)本態(tài)。
圖5 溫度標(biāo)尺Fig.5 Temperature scale
圖6 Medical調(diào)色板顯示25 ℃下1 C放電電池表面溫度分布Fig.6 Medical palette shows surface temperature distribution of 1 C discharge cell at 25 ℃
2.2 放電倍率、夾持方式對(duì)觀測(cè)點(diǎn)溫升的影響
結(jié)合圖7與表3可知，在放電條件下，溫升隨著放電倍率的增加而升高，1 C時(shí)以黃銅片夾持升高的溫度最大為8.2 ℃；以導(dǎo)電夾的方式夾持最高升溫可達(dá)28.9 ℃，所以導(dǎo)電夾的方式夾持極耳，不利于電池表面散熱。
2.3 不同環(huán)境溫度對(duì)觀測(cè)點(diǎn)溫升的影響
結(jié)合圖8、表4可以得出：環(huán)境溫度為20、25 ℃電池溫升平穩(wěn)變化均勻。環(huán)境溫度為25 ℃時(shí)電池表面平均溫升最小，其值為8.1 ℃,環(huán)境溫度為15 ℃時(shí)電池表面平均溫升最大，其值可達(dá)26.5 ℃。從35、15 ℃曲線(圖8)可以看出，電池前期生熱量大溫度上升快，是因?yàn)榄h(huán)境溫度過(guò)高不利于電池表面散熱，溫度過(guò)低會(huì)導(dǎo)致電池內(nèi)電解液黏度過(guò)低，鋰離子遷移阻抗變大，致使產(chǎn)熱量增多。
圖7 25 ℃，1/4、1/2、3/4、1 C放電正極、負(fù)極、電池體溫度變化對(duì)比Fig.7 1/4, 1/2, 3/4, 1 C discharge positive, negative, battery body temperature change comparison under 25 ℃
圖8 15、20、25、35 ℃，1 C放電正極、負(fù)極、電池體溫度變化對(duì)比Fig.8 Comparison of temperature rise of positive, negative and battery bodies at 15, 20, 25, 35 ℃ with 1 C discharge
表3 25 ℃下不同放電倍率的電池表面平均溫升變化對(duì)比Table 3 Comparison of battery surface temperature change with different discharge rate under 25 ℃
表4 15、20、25、35 ℃,1 C放電電池表面平均溫升
3 結(jié)論
為探究鋰離子電池放電時(shí)的熱特性，現(xiàn)以容量為43 A·h三元鋰離子軟包電池為研究對(duì)象利用非接觸式方法與可視化手段相結(jié)合進(jìn)行實(shí)驗(yàn)得到如下結(jié)論。
(1)25 ℃、1 C放電條件下正極極耳處溫度最先升高，隨著時(shí)間的推移，電池體中部溫度逐漸升高，溫度升高所影響的面積越來(lái)越大直至整個(gè)電池表面發(fā)生溫度變化，1 h后溫度出現(xiàn)峰值，電池表面最大溫度為33.1 ℃。放電1 h為電池的溫度最高的敏感時(shí)期，對(duì)此應(yīng)加以重視，在熱管理系統(tǒng)中加強(qiáng)控制監(jiān)測(cè)策略。
(2)隨著放電倍率的逐漸增大，放熱量也逐漸增多，導(dǎo)電夾的夾持方式會(huì)導(dǎo)致溫升加劇，為熱管理設(shè)計(jì)提供新的參數(shù)支持。
(3)環(huán)境溫度過(guò)高與過(guò)低都不利于電池表面散熱，20～25 ℃是該電池的最佳工作溫度。若環(huán)境溫度不在這個(gè)適宜范圍內(nèi)，則要考慮調(diào)整冷卻系統(tǒng)以確保電池保持在最佳的工作狀態(tài)。
李 君， 付 瑩， 于 鋒， 劉 藝
(吉林大學(xué)汽車仿真與控制國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 長(zhǎng)春 130022)
能源消耗逐年攀升，排放法規(guī)日益嚴(yán)苛，以及國(guó)家政策地積極推動(dòng)，促使新能源汽車發(fā)展勢(shì)頭強(qiáng)勁，其中電動(dòng)車的銷量最為搶眼，截至2019年6月，電動(dòng)車銷售量幾乎占據(jù)了新能源汽車全部的銷量[1-2]。鋰離子電池作為電動(dòng)車的心臟，熱特性是鋰離子電池研究過(guò)程中主要關(guān)心的問(wèn)題，熱特性不僅關(guān)系到電池本身性能的發(fā)揮，同時(shí)也關(guān)乎著整車的動(dòng)力性及安全性，關(guān)于熱特性的影響因素有很多，例如系統(tǒng)短路、環(huán)境溫度惡劣等，這些因素會(huì)導(dǎo)致電池表面熱穩(wěn)定性降低，嚴(yán)重時(shí)導(dǎo)致電池?zé)崾Э厣踔翈?lái)更加嚴(yán)重的后果。研究鋰離子電池?zé)崽匦詿o(wú)論是對(duì)鋰離子電池本體的優(yōu)化，還是對(duì)整車系統(tǒng)安全性動(dòng)力性續(xù)航性都有重要意義[3-7]。鋰離子電池在工作過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量的熱，很多學(xué)者對(duì)鋰離子電池進(jìn)行相關(guān)研究，文獻(xiàn)[8-10]以圓柱形電池為研究對(duì)象，利用仿真和試驗(yàn)的手段分別研究了冷卻結(jié)構(gòu)和某些電池參數(shù)指標(biāo)對(duì)電池表面溫升的影響，利用仿真可視化云圖以及測(cè)溫儀來(lái)獲得電池表面溫度數(shù)值，根據(jù)獲得的數(shù)據(jù)可以對(duì)電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化以及預(yù)測(cè)電池表面溫度變化，文獻(xiàn)[11-12]分別以方形鋰離子電池單體和電池組作為研究對(duì)象，運(yùn)用仿真手段，對(duì)電池表面溫度場(chǎng)進(jìn)行可視化分析，獲得單體電池在熱失控下電池整體性能數(shù)據(jù)，為電池保護(hù)裝置的設(shè)計(jì)提供參數(shù)支持，對(duì)電池組溫度場(chǎng)仿真，為建立動(dòng)力電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)提供了技術(shù)參數(shù)的支持。綜上鋰電池?zé)崽匦缘难芯渴谴蠹抑饕P(guān)注的焦點(diǎn)，以軟包三元鋰電池為研究對(duì)象，使用紅外熱像儀監(jiān)測(cè)電池在不同工作狀態(tài)下電池表面溫度變化情況，探究軟包三元鋰電池的熱特性。軟包電池相比于圓柱形和方形電池體積更加纖薄可控，能量密度更高，這也比較符合中國(guó)新能源車市場(chǎng)的發(fā)展趨勢(shì)。紅外熱成像測(cè)試方法相比于傳統(tǒng)接觸式熱電偶測(cè)量電池表面溫度的方法，它具有響應(yīng)快、測(cè)溫范圍寬、測(cè)溫精度高、測(cè)溫結(jié)果形象直觀等優(yōu)點(diǎn)。在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中通過(guò)控制電池不同放電倍率，環(huán)境溫度等因素模擬電池在不同工作狀態(tài)時(shí)電池表面溫度變化情況[13]，以期為熱管理系統(tǒng)優(yōu)化，單體性能的開發(fā)提供參數(shù)指導(dǎo)。
1 試驗(yàn)系統(tǒng)及方案
1.1 試驗(yàn)系統(tǒng)介紹
紅外熱成像測(cè)試鋰離子電池溫度場(chǎng)試驗(yàn)平臺(tái)如圖1所示，平臺(tái)包括三元鋰離子軟包電池、紅外熱成像儀、充電機(jī)、直流負(fù)載、恒溫箱、參數(shù)采集卡、工控機(jī)等器材，其中電池的基本尺寸參數(shù)如表1紅外熱成像儀采用的是FOTRIC225科研型，所測(cè)波長(zhǎng)范圍為8～14 μm，測(cè)溫范圍-20～350 ℃，所測(cè)溫度精度0.1 ℃，像素320×240,視場(chǎng)角(FOV)24°×18°續(xù)航長(zhǎng)達(dá)10 h以上，；實(shí)驗(yàn)采用充電機(jī)為Chroma62012P-40-120型號(hào)，該款直流電源可以編程，輸出的電壓范圍0～600 V，輸出的電流范圍0～120 A, 可以多檔位功率輸出，補(bǔ)償電壓可以達(dá)5 V，可以使用Labview或者labwindows控制驅(qū)動(dòng)程序；實(shí)驗(yàn)采用Chroma63206E-600-420型號(hào)直流負(fù)載，它具有可編程的特點(diǎn)，輸出的電壓范圍0～150 V，輸出的電流范圍0～600 A，測(cè)試精度高，支持多種工作模式；恒溫箱是自制的箱內(nèi)設(shè)有冷板以及四組散熱器與風(fēng)扇，箱外接有大小恒溫水槽以保證箱內(nèi)溫度恒定；工控機(jī)連接有電池測(cè)試系統(tǒng)及可視化測(cè)試終端，可視化終端專用軟件是AnalyzeIR和MATLAB，可以將所得圖像影像進(jìn)行轉(zhuǎn)化可批量生成報(bào)告；參數(shù)采集卡可以讀取溫度、電流、電壓數(shù)值。
圖1 電池實(shí)驗(yàn)搭建成果圖Fig.1 Battery module construction diagram
表1 電池基本參數(shù)
1.2 試驗(yàn)方案
為了減少紅外反射以及保證統(tǒng)一的發(fā)射率，因此要在實(shí)驗(yàn)之前采用116槍式模型空氣噴筆，在電池表面均勻噴涂一層黑漆，圖2(a)是116槍式模型噴筆，圖2(b)為從英國(guó)Hallcrest公司購(gòu)置的黑漆，為保證統(tǒng)一的發(fā)射率即為1.0，需要在電池表面均勻地噴涂黑色底漆，圖3為噴涂黑漆的鋰離子電池單體。之后對(duì)紅外熱像儀校準(zhǔn)標(biāo)定，表2是熱成像儀與黑體對(duì)比擬合參數(shù)表，結(jié)果表明熱成像儀的測(cè)量誤差在-0.1～0.2 ℃。進(jìn)行電池表面溫度場(chǎng)監(jiān)測(cè)時(shí)需要在電池表面及電池所接觸的環(huán)境中布置監(jiān)測(cè)點(diǎn)如圖4所示，其中值得注意的是兩極監(jiān)測(cè)點(diǎn)設(shè)置在正負(fù)極邊緣以內(nèi)5 mm的位置。在恒溫箱上面設(shè)置具邊長(zhǎng)為1 000 mm的方形封閉架子，架子中間設(shè)置有方形開口，紅外熱像儀嵌放在方形開口處，恒溫箱上表面設(shè)有43 cm×31 cm的開口，便于紅外熱成像儀拍攝電池表面溫度的變化。實(shí)驗(yàn)開始時(shí)設(shè)置充電機(jī)充電截止電壓為4.2 V，充電電流為36.5 A，充電截止電流為2.0 A，由直流負(fù)載進(jìn)行恒流放電控制，連接紅外熱成像儀，將它設(shè)置成自動(dòng)調(diào)焦模式，錄像頻率為 5.0 f/s，啟動(dòng)工控機(jī)打開 AnalyzIR 軟件，利用Labview中的程序與采集卡相配合，對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)進(jìn)行記錄和保存。
圖2 116槍式模型噴筆和黑漆Fig.2 116 gun model airbrush and black primer
圖3 噴涂了黑漆的電池表面Fig.3 Black painted battery surface
表2 黑體與紅外熱像儀采集溫度對(duì)比
圖4 電池表面監(jiān)測(cè)點(diǎn)設(shè)置Fig.4 Battery surface monitoring point setting
為探究三元鋰離子軟包電池在不同工作狀態(tài)下熱特性設(shè)計(jì)了如下方案：①首先利用紅外熱成像儀測(cè)量了電池在25 ℃、1 C情況下電池表面溫度變化情況；②25 ℃是企業(yè)最為關(guān)心的一種條件，在25 ℃時(shí)以不同夾持方式分別進(jìn)行1/4 、1/2、3/4、1 C放電記錄監(jiān)測(cè)點(diǎn)溫升情況；③保持恒溫箱處于不同環(huán)境溫度下，測(cè)量監(jiān)測(cè)點(diǎn)溫升情況。
2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析
2.1 紅外熱像儀溫度場(chǎng)測(cè)試
利用紅外熱像儀測(cè)量溫度做了很多試驗(yàn)，現(xiàn)用25 ℃、1 C放電情況下為例，進(jìn)行說(shuō)明軟包電池表面溫升狀況。圖5為溫度標(biāo)尺，圖6為利用紅外熱成像儀測(cè)得的電池表面溫度變化紅外熱像成像圖。在圖中可以看出放電開始時(shí)，正極的溫度最先發(fā)生變化，隨著時(shí)間推移溫度逐漸升高，溫度升高的區(qū)域面積逐步擴(kuò)增到整個(gè)電池表面，正極溫度由24.0 ℃到30.2 ℃，溫升的方向由正極開始向負(fù)極區(qū)域移動(dòng)，在30.2 ℃之后結(jié)束放電之前，電池表面溫升從電池體中部開始向兩極發(fā)展，直至整個(gè)電池表面溫度均勻分布。放電結(jié)束時(shí)兩極的溫度為：正極31.9 ℃、負(fù)極31.6 ℃正極溫度略高于負(fù)極，電池體中部33.1 ℃。 放電結(jié)束后電池兩極溫度先降低，溫度降低的趨勢(shì)由兩極向電池體中部發(fā)展，直至電池表面溫度恢復(fù)本態(tài)。
圖5 溫度標(biāo)尺Fig.5 Temperature scale
圖6 Medical調(diào)色板顯示25 ℃下1 C放電電池表面溫度分布Fig.6 Medical palette shows surface temperature distribution of 1 C discharge cell at 25 ℃
2.2 放電倍率、夾持方式對(duì)觀測(cè)點(diǎn)溫升的影響
結(jié)合圖7與表3可知，在放電條件下，溫升隨著放電倍率的增加而升高，1 C時(shí)以黃銅片夾持升高的溫度最大為8.2 ℃；以導(dǎo)電夾的方式夾持最高升溫可達(dá)28.9 ℃，所以導(dǎo)電夾的方式夾持極耳，不利于電池表面散熱。
2.3 不同環(huán)境溫度對(duì)觀測(cè)點(diǎn)溫升的影響
結(jié)合圖8、表4可以得出：環(huán)境溫度為20、25 ℃電池溫升平穩(wěn)變化均勻。環(huán)境溫度為25 ℃時(shí)電池表面平均溫升最小，其值為8.1 ℃,環(huán)境溫度為15 ℃時(shí)電池表面平均溫升最大，其值可達(dá)26.5 ℃。從35、15 ℃曲線(圖8)可以看出，電池前期生熱量大溫度上升快，是因?yàn)榄h(huán)境溫度過(guò)高不利于電池表面散熱，溫度過(guò)低會(huì)導(dǎo)致電池內(nèi)電解液黏度過(guò)低，鋰離子遷移阻抗變大，致使產(chǎn)熱量增多。
圖7 25 ℃，1/4、1/2、3/4、1 C放電正極、負(fù)極、電池體溫度變化對(duì)比Fig.7 1/4, 1/2, 3/4, 1 C discharge positive, negative, battery body temperature change comparison under 25 ℃
圖8 15、20、25、35 ℃，1 C放電正極、負(fù)極、電池體溫度變化對(duì)比Fig.8 Comparison of temperature rise of positive, negative and battery bodies at 15, 20, 25, 35 ℃ with 1 C discharge
表3 25 ℃下不同放電倍率的電池表面平均溫升變化對(duì)比Table 3 Comparison of battery surface temperature change with different discharge rate under 25 ℃
表4 15、20、25、35 ℃,1 C放電電池表面平均溫升
3 結(jié)論
為探究鋰離子電池放電時(shí)的熱特性，現(xiàn)以容量為43 A·h三元鋰離子軟包電池為研究對(duì)象利用非接觸式方法與可視化手段相結(jié)合進(jìn)行實(shí)驗(yàn)得到如下結(jié)論。
(1)25 ℃、1 C放電條件下正極極耳處溫度最先升高，隨著時(shí)間的推移，電池體中部溫度逐漸升高，溫度升高所影響的面積越來(lái)越大直至整個(gè)電池表面發(fā)生溫度變化，1 h后溫度出現(xiàn)峰值，電池表面最大溫度為33.1 ℃。放電1 h為電池的溫度最高的敏感時(shí)期，對(duì)此應(yīng)加以重視，在熱管理系統(tǒng)中加強(qiáng)控制監(jiān)測(cè)策略。
(2)隨著放電倍率的逐漸增大，放熱量也逐漸增多，導(dǎo)電夾的夾持方式會(huì)導(dǎo)致溫升加劇，為熱管理設(shè)計(jì)提供新的參數(shù)支持。
(3)環(huán)境溫度過(guò)高與過(guò)低都不利于電池表面散熱，20～25 ℃是該電池的最佳工作溫度。若環(huán)境溫度不在這個(gè)適宜范圍內(nèi)，則要考慮調(diào)整冷卻系統(tǒng)以確保電池保持在最佳的工作狀態(tài)。
