技术文章您的位置:网站首页 >技术文章 >锂电池检测仪器在设计时离不开仿真软件的模拟和分析

锂电池检测仪器在设计时离不开仿真软件的模拟和分析

发布时间:2021-08-17   点击次数:51次
  作为驱动能源革命的重要力量,锂离子电池因自身的优势迅速成为了电动汽车、便携式电子设备等的主要储能介质。
 
  然而锂电池的进一步发展仍面临多重挑战,除去基本的成本等经济因素外,热安全性是锂电池饱受诘难的问题之一。在动力电池的系统集成开发过程中,电池的热管理与安全防护是其设计核心。
 
  优秀的锂电池检测仪器在设计时,离不开仿真软件的模拟和分析,而进行精确仿真的前提条件则是能够输入准确的电池热物性参数,这其中包括电池的密度、比热容、接触热阻和导热系数(或热扩散系数)等。其中导热系数是最重要的热物性参数之一。
 
  对于硬壳电池的导热系数,目前业内大多使用经验值或原理模型进行估计。而软包电池导热系数的测试则存在一些可行的方法,可分为稳态法和非稳态法。
 
  稳态法作为一种传统方法,对样品导热系数的测定结果相对准确。但是该方法对样品尺寸要求较高、只能得到纵向导热系数且测试时间较长。而非稳态法测试时间短,但是测试准确性不如稳态法。
 
  非稳态法主要包括热线法、闪光法和Hot Disk法,其中热线法和闪光法不匹配锂电池测试的应用场景,而Hot Disk法则已在行业内被广泛使用。
 
  解决方案
 
  为了解决Hot Disk法的诸多问题,开发了基于红外热像仪测温与三维数据反演技术的3D热物性分析仪。该设备通过柔性电热片对软包锂电池底部施加脉冲激励,在电池一侧利用红外热像仪进行非接触测温,并通过数据反演计算得出电池的纵向与面向导热系数。
 
  此外,为了验证TCA 3DP和Hot Disk两种方法的准确性,我们以稳态法的测试结果作为参标,计算这两种方法测定的纵向导热系数与稳态法的相对偏差,结果如图所示。

 


 
  可以看出,TCA 3DP法测得的结果与稳态法更为接近,相对偏差在4% ~ 11.5%之间,而Hot Disk法测得的结果与稳态法差别较大,相对偏差在61.5% ~ 122.7%之间。因此,我们可以得出结论相比于Hot Disk法,TCA 3DP法测得的导热系数更为准确。
 
  通过上述实验结果的对比发现,Hot Disk方法测试软包锂离子电池导热系数,除了实验重复性相对较差外,测试结果也存在着一定的系统误差。
 
  重复性不佳可能是接触热阻带来的问题。软包锂离子电池表面并不是理想平整的,且铝塑膜具有一定的形变能力(如图6a所示),所以Hot Disk探头与电池表面的贴合状态受操作手法与探头位置影响,从而导致了每次试验接触热阻之间的差异,降低了实验重复性。
 
  对于TCA 3DP法,由于其热激励采用的是柔性电加热膜,所以加热源和试样贴合较为紧密,大程度上消除了接触热阻的影响。
 
  Hot Disk测试结果的系统误差可能由于Hot Disk探头集成了加热和测温的功能,使得加热和测温都在电池的同一侧(如图6b所示),所以实验所测得的数据只能反映试样局部的热物性特征,从而导致测试结果的偏差。

联系我们

contact us

咨询电话

15657197892

扫一扫,关注我们

返回顶部