一种锂离子电池热失控反应热的估算方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种锂离子电池热失控反应热的估算方法。
【背景技术】
[0002] 近年来，锂离子电池由于其工作电压高、功率密度和能量密度高、充放电寿命长、 无记忆效应、无污染等优点，被广泛的应用于各类电子元器件中，而广泛的应用，也带来了 更多锂离子电池事故。锂离子电池事故从根本上来说，是因为锂离子电池热失控过程中产 生的热量过大，能够引燃周边可燃材料及其余锂离子电池，最终导致事故的发生。
[0003] 通过估算锂离子电池热失控反应热，可以了解锂离子电池在不同状态下能量的大 小，这对于锂离子电池的储运安全有极其重要的意义，为锂离子电池应用到更加广泛的领 域，提供科学的理论依据，具有重要的学术价值和社会意义。
[0004] 目前，国内外主要通过热重分析仪、差示扫描量热仪、加速量热仪来估算电池内部 两种或者两种以上物质反应热的大小，而以锂离子电池整体作为研宄对象较少被涉及。
【发明内容】
[0005]本发明的目的旨在提供一种锂离子电池热失控反应热的估算方法，该方法计算简 单，结果可靠，通过估算锂离子电池的在不同状态下反应热的大小，清楚地认识到电池的危 险度大小。
[0006] 本发明的技术方案如下：
[0007] 一种锂离子电池热失控反应热的估算方法，包括如下步骤：
[0008] (1)、利用锂离子电池热失控测试分析系统采集空白电池和待测锂离子电池的温 度数据；
[0009] (2)、将空白电池的温度数据导入到数据处理软件中，运用微积分热平衡方程（1) 处理温度数据，得到每一时间间隔内的热损失率，再将该时间间隔内温度的平均值与热损 失率进行拟合，得到热损失率与温度的关系方程；
[0010] ⑶、将待测锂离子电池的温度数据导入到数据处理软件中，根据步骤⑵得到的 热损失率与温度的关系方程得出某一时刻待测锂离子电池的热损失率，将该热损失率代入 到微积分热平衡方程（2)中，得到任意阶段待测锂离子电池内部物质的反应热，最后将所 有阶段的反应热相加得到锂离子电池热失控反应热。
[0011] 所述的空白电池是与待测锂离子电池外形大小、比热一致，内部不会发生化学反 应，并且所述的空白电池的温度数据与待测锂离子电池的温度数据在前110°c内保持一致， 在110°C以后开始不一致。
[0012] 所述的锂离子电池和空白电池的温度数据是由以下方式获得的：设定锂离子电池 热失控测试分析系统电加热功率为10?20W，再通过锂离子电池热失控测试分析系统的数 据采集及处理系统定时（1-3秒）记录电池的温度数据。锂离子电池热失控测试分析系统 的数据采集及处理系统记录电池的温度数据的时间间隔为1-3秒，具体操作时温度数据可 以每秒米集一次。
[0013]本发明采用申请人申请的锂离子电池热失控测试分析系统（申请号 2014107135245)采集待测锂离子电池和空白电池的温度数据，该锂离子电池热失控测试分 析系统包括实验装置、测试装置、电加热装置、充电装置、放电装置、数据采集及处理系统； 所述的实验装置包括导热管和保温系统；所述导热管外壁缠绕电阻丝，所述导热管嵌于保 温系统中，导热管内腔形成锂离子电池安装孔用于安装待测锂离子电池，所述的导热管顶 端设有温度传感器安装孔用于安装温度传感器；所述的保温系统由容器和容器内的耐高温 保温层组成；所述的测试装置包括温度传感器，所述的温度传感器安装在实验装置的温度 传感器安装孔中；所述的电加热装置包括第一直流稳压电源和实验装置中的电阻丝，所述 的第一直流稳压电源经电导线与电阻丝连接构成电加热装置；所述的充电装置为第二直流 稳压电源，待测锂离子电池的正负极经电导线与第二直流稳压电源连接；所述的放电装置 为放电用电阻丝，待测锂离子电池的正负极经电导线与放电用电阻丝两端连接；所述的数 据采集及处理系统包括多通道数据采集仪和数据分析软件；所述的多通道数据采集仪与温 度传感器连接来采集数据，并将数据传输给数据分析软件进行分析和处理。所述的电阻丝 外设有电阻丝固定装置，电阻丝固定装置由均匀缠绕在电阻丝外的耐高温胶布制成；所述 的电阻丝在导热管上端设有电阻丝接入点，在导热管下端设有电阻丝接出点；所述的导热 管为铜管，导热管的内腔底部设有勾角，所述导热管的内腔的纵切面呈倒凸型；所述的导热 管内径为18mm，外径为26mm，高为68mm;所述的勾角的长为1mm、高为3mm;所述的温度传 感器为热电偶，所述的温度传感器安装孔的孔径为2_，便于温度传感器直接插入温度传感 器安装孔中；所述的容器为铁制柱形容器；所述的耐高温保温层的材质主要有硅酸铝纤维 毯、岩棉板等。所述的电加热装置的第一直流稳压电源的可调电压范围为〇?30V，电流 0?5A。所述的多通道数据采集仪为Hydra2620A多通道数据采集仪；所述的数据分析软件 为Hydra系列通用信号分析软件，用于对数据和信号进行分析和处理。
[0014] 采集待测锂离子电池和空白电池的温度数据的操作方法为：实验前，实验装置中 电阻丝的电阻丝接入点和电阻丝接出点分别经电导线与第一直流稳压电源的正负极连接 构成电加热装置；实验时，将待测锂离子电池或空白电池嵌入到锂离子电池安装孔中，温度 传感器嵌入温度传感器安装孔中，打开温度采集软件，查看各通道是否处于工作状态，等待 信号；然后，设定第一直流稳压电源的电加热功率在10?20W之间，开始加热，由温度传感 器测量温度信号，并将信号传递给数据采集仪，数据采集仪间隔固定时间采集记录待测锂 离子电池或空白电池的温度。设定第一直流稳压电源的电加热功率在10?20W之间，主要 是电加热功率设定太高，采集到的温度变化较快，而热量的传递存在时间差，导致采集到温 度数据与实际的温度存在较大误差；电加热功率设定太低，一方面导致实验时间较长，另一 方面温度数据变化过慢，也会导致估算方法的误差相对增大。
[0015] 所述的数据处理软件是带有拟合功能的数据处理软件，通过数据处理软件的非线 性拟合功能拟合出温度与热损失率的关系方程。所述的数据处理软件优选为origins. 0。
[0016] 所述的微积分热平衡方程（1)是：
[0017] Qloss.^ti+At-ti)=qin(ti+At_ti)_Cp,cumcu(Ti+At_Ti)_Cpl,batterymbatte