电池绝热量热仪的黄金标准：可溯源的电池绝热量热仪校准方案
时间：2024-07-16 阅读：695
前言
电池绝热量热仪作为进行电池绝热热失控测量的重要仪器，其核心技术指标为样品自放热检测灵敏度，即识别样品微弱放热的能力，该指标直接决定了仪器对电池自放热起始温度Tonset等特征温度点的测量准确性。为实现高检测灵敏度，要求仪器具有理想的结构设计、精准测温技术和高效控温算法等，从而实现优异的绝热性能。
目前行业内缺失电池绝热量热仪整机计量校准规范，因此未形成统一、科学、合理的方法验证仪器核心指标，不利于客观评价仪器性能和规范仪器标准，绝热性能不佳的仪器测定的数据更将直接影响相关企业进行电池系统安全设计，对锂电池相关行业发展产生负面影响。
部分厂商和用户利用具有经验数据的锂电池作为标样进行仪器评价，这种方法存在一定问题：（1）同一批次电池可能在内部结构、材料等方面存在细微差异，热失控实验数据的一致性无法保证，将引入额外的不确定度；（2）部分锂电池热失控过程剧烈，对仪器设备造成明显污染，甚至损伤，同时对测试场地的要求较高。
为了解决以上问题，本文提出一种基于焦耳热发生技术的电池绝热量热仪校准方案，该方案具有可溯源、精度高、易操作、无损伤、低成本等特点，有望发展成为电池绝热量热仪的校准规范。
图1 全尺寸电池绝热量热仪
方案介绍
本方案利用标准电阻块（内置加热管的金属块）作为标样（如图2所示），并通过程控电源程序控制加热功率，调节电阻块的升温速率，从而对锂电池热失控温升过程进行等效模拟。另外，通过高压气瓶搭配电磁阀产生脉冲气流的方式，可实现锂电池开阀降温过程的模拟。
为准确模拟锂电池的产热过程，参照典型锂电池绝热失控实验数据，对锂电池热失控升温过程的表观反应动力学参数进行拟合计算，得到电池产热速率随温度变化的关联方程，并结合电阻块的质量及比热容，计算电源实时输出功率，实现电池放热过程精确模拟。
图2 锂电池热失控模拟装置示意图
如图2所示，将标准块吊装在绝热量热仪中，并进行HWS模式实验，通过对比理论特征温度点与实测特征温度点，以及各温度台阶理论温升速率与实测温升速率，可以验证绝热量热仪的测量灵敏度和准确性。
验证结果示例
利用BAC-420A分别进行三元和磷酸铁锂电芯的绝热热失控模拟实验，实验结果如图3~图8所示。对于三元锂电模拟实验，标样的理论Tonset温度为80.0℃（对应升温速率为0.02℃/min），两次实验的Tonset检出台阶分别为80℃和85℃，符合预期。
（2）BAC-800A验证实验
对具有更大量热腔尺寸的BAC-800A分别进行一组三元锂电和磷酸铁锂的绝热热失控模拟实验，实验结果如图9~图12所示。三元锂电、磷酸铁锂模拟实验的Tonset检出台阶分别为80℃、105℃，均符合预期。实验中各台阶实测温升速率与理论值偏差均在±0.003℃/min内。
（3）BAC-1000A验证实验
对大尺寸密闭型绝热量热仪BAC-1000A分别进行一组三元锂电和磷酸铁锂的绝热热失控模拟实验，实验结果如图13~图16所示。三元锂电、磷酸铁锂模拟实验的Tonset检出台阶分别为80℃、110℃，均符合预期；实验中各台阶实测温升速率与理论值偏差均在±0.005℃/min内。
总结
基于本文提出的电池绝热量热仪校准方案，可以客观、有效地评价电池绝热量仪的关键性能。同时本文的测试结果验证了仰仪科技全尺寸大电池绝热量热仪的优异性能。仰仪科技将继续推进相关计量检测标准的落地，规范行业发展，以精确、可靠的数据为锂电池行业保驾护航。
