前言

比熱容是進(jìn)行鋰電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)瞬態(tài)仿真的關(guān)鍵熱物性參數(shù)，用于定量分析電池升降溫特性與電芯間熱傳遞規(guī)律等。鋰離子電池的適宜工作溫度一般為20~50℃，但其工作環(huán)境覆蓋北方冬季室外-30℃的嚴(yán)寒到炎炎夏日地表接近70℃的高溫，因此必須考慮極端環(huán)境下的電池?zé)峁芾聿呗?。為了精確、有效地開展上述高低溫工況下的熱管理仿真，即要求獲得電池在寬溫域下的變溫比熱容數(shù)據(jù)。電池絕熱量熱儀是測定電芯比熱容的有效手段。本文使用杭州仰儀科技有限公司的BAC-420B低溫型大型電池絕熱量熱儀，基于獨創(chuàng)的差示絕熱追蹤測試原理，準(zhǔn)確測定了鋰電池在-30~65℃范圍內(nèi)的變溫比熱容。

實驗部分

1. 樣品準(zhǔn)備

實驗樣品：LFP磷酸鐵鋰軟包鋰電池*2，380mm*120mm*15mm，100%SOC；標(biāo)準(zhǔn)鋁塊*2，380mm*120mm*15mm，6061鋁合金。

2. 實驗條件

實驗儀器：BAC-420B大型電池絕熱量熱儀；

圖1 BAC-420B低溫型電池絕熱量熱儀

工作模式：比熱容測試模式；

加熱片參數(shù)：PI加熱膜，23.2Ω；

加熱功率：18W；

控溫范圍：-35~60℃。

3. 測試原理

比熱容測試基于差示絕熱追蹤的原理。簡而言之，在量熱儀的絕熱追蹤工作模式下，利用柔性電加熱片對鋰電池與已知比熱容的標(biāo)準(zhǔn)樣品(通常為鋁質(zhì))進(jìn)行加熱，并盡量控制樣品與參比的升溫歷程一致。根據(jù)式（1）和式（2），利用參比可計算和扣除由于測試過程中實驗環(huán)境難以達(dá)到完全理想絕熱而耗散至環(huán)境中的熱量，從而精確測量鋰電池比熱容。

圖2 基于差示絕熱追蹤原理的比熱容測試方法

另外，普通型絕熱量熱儀并不具備主動降溫功能，只能進(jìn)行室溫以上的實驗。BAC-420B低溫型電池絕熱量熱儀配制液氮吹掃降溫功能，可快速將實驗溫度降至-30℃以下進(jìn)行低溫測試。

4. 測試步驟

Step1：利用導(dǎo)熱膠帶將加熱片貼合在兩個100%SOC電池(鋁塊)中間，組成三明治結(jié)構(gòu)，并用耐高溫膠帶將整體纏緊；

Step2：打開大型電池絕熱量熱儀爐蓋，將電池樣品(鋁塊)固定于量熱儀腔體內(nèi)，并利用耐高溫膠帶將樣品熱電偶貼合于樣品大面中心點；

Step3：在操作軟件上選擇比熱容測試模式，并設(shè)置相關(guān)實驗參數(shù)；

Step4：關(guān)閉爐蓋，打開液氮罐閥門，進(jìn)行液氮吹掃降溫，等待樣品及量熱腔蓋壁底溫度低于實驗啟動溫度后，在操作界面上啟動實驗。

實驗結(jié)果

圖3 (a)和(b)比熱容實驗溫升曲線及(c)電池變溫比熱容

如圖3(a)所示，實驗過程中量熱腔爐體溫度與樣品溫度始終保持緊密貼合，溫差低于±0.2℃。準(zhǔn)絕熱測試環(huán)境封閉了樣品的熱耗散，能夠顯著降低難以準(zhǔn)確測量的不確定項所引入的系統(tǒng)誤差。圖3(b)為電池及參比在比熱容實驗中的溫升曲線，由于兩者熱容存在差異性，因此相同加熱功率下溫升速率不完全一致。圖3(c)顯示了測定得到的電池變溫比熱容曲線（每5℃平均），可以發(fā)現(xiàn)隨著溫度上升，比熱容呈單調(diào)上升趨勢。同時可計算得到電池在-30℃到65℃范圍內(nèi)的平均比熱容為1024.64kJ/(kg*℃)。

結(jié)論與展望

利用BAC-420B大型電池絕熱量熱儀可以測量電池在寬溫域內(nèi)的比熱容數(shù)據(jù)，能夠幫助研究人員更全面地進(jìn)行熱管理設(shè)計，優(yōu)化電池系統(tǒng)在高低溫工況下的性能。