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原文传递一种圆柱形动力电池的比热容和径向热导率测试方法

专利名称：	一种圆柱形动力电池的比热容和径向热导率测试方法
摘要：	本发明涉及一种圆柱形动力电池的比热容和径向热导率测试方法，包括：步骤S1：建立绝热环境下所述圆柱形动力电池比热容和径向热导率理论模型；步骤S2：记录所述圆柱形动力电池温度随时间的变化，标定所述圆柱形动力电池的热损；步骤S3：根据所述步骤S2的结果对所述步骤S1中理论模型进行优化，得到非绝热环境下所述圆柱形动力电池比热容和径向热导率模型，并开展实验测试。与现有技术相比，本发明具有效率高、精度高、易操作等优点。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	上海;31
申请人：	上海理工大学
发明人：	盛雷;苏林;张恒运
专利状态：	有效
申请日期：	2019-07-16T00:00:00+0800
发布日期：	2019-10-25T00:00:00+0800
申请号：	CN201910641508.2
公开号：	CN110376242A
代理机构：	上海科盛知识产权代理有限公司
代理人：	蔡彭君
分类号：	G01N25/20(2006.01);G;G01;G01N;G01N25
申请人地址：	200093 上海市杨浦区军工路516号
主权项：	1.一种圆柱形动力电池的比热容和径向热导率测试方法，其特征在于，包括：步骤S1：建立绝热环境下所述圆柱形动力电池比热容和径向热导率理论模型；步骤S2：记录所述圆柱形动力电池温度随时间的变化，标定所述圆柱形动力电池的热损；步骤S3：根据所述步骤S2的结果对所述步骤S1中理论模型进行优化，得到非绝热环境下所述圆柱形动力电池比热容和径向热导率模型，并开展实验测试。 2.根据权利要求1所述的一种圆柱形动力电池的比热容和径向热导率测试方法，其特征在于，所述步骤S1具体过程为：步骤S101：视所述圆柱形动力电池为均质实体，外侧面受热均匀，内侧面为绝热面，热传导过程为径向一维导热；步骤S102：在所述圆柱形动力电池受热过程中，由能量守恒定律知qrAr＝cρVrdT/dt，当r分别等于所述圆柱形动力电池外半径Ro和内半径Ri时，可得数学表达式qRoRo-qrr和qRoRo-qRiRi。因所述圆柱形动力电池温度场达到准稳态时，温变率dT/dt各处相等，由此可得所述圆柱形动力电池比热容的表达式：其中，c和ρ分别为所述圆柱形动力电池的比热容和密度，Ar和Vr分别为所述圆柱形动力电池半径r处的侧面积和体积，dT/dt为所述圆柱形动力电池温变率，Ri和Ro分别为所述圆柱形动力电池内外半径；步骤S103：由傅里叶定律知qr＝–λrdT/dr，通过移项并对qr在热流传播路径r(Ri≤r≤Ro)上求定积分可得：其中，λr为所述圆柱形动力电池的径向热导率，TRi和TRo分别为所述圆柱形动力电池内侧面温度和外侧面温度。 3.根据权利要求1所述的一种圆柱形动力电池的比热容和径向热导率测试方法，其特征在于，所述步骤S2具体过程为：步骤S201：置所述圆柱形动力电池于近似绝热的环境中，设其初温与环境温度均为T0；步骤S202：加热所述圆柱形动力电池，致其温度升至预设上限温度Tu时停止加热；步骤S203：记录所述圆柱形动力电池的温降过程，拟合温降曲线与时间的多项式方程Tdrop(t)；步骤S204：对方程Tdrop(t)一阶求导，得所述圆柱形动力电池的温降率dTdrop(t)/dt，记为Udrop；步骤S205：计算所述圆柱形动力电池温降过程中自身温度T与环境温度T0间的温差ΔTdrop＝T–T0，拟合温降率Udrop得到“温降率–温差方程”Udrop(ΔTdrop)；步骤S206：设所述圆柱形动力电池质量为m，由能量守恒定律求得所述圆柱形动力电池热损与温差之间的函数方程cmUdrop(ΔTdrop)。 4.根据权利要求1所述的一种圆柱形动力电池的比热容和径向热导率测试方法，其特征在于，所述步骤S3具体过程为：步骤S301：设所述圆柱形动力电池初温和环境温度均为T0；步骤S302：以恒热流加热所述圆柱形电池外侧面；步骤S303：记录所述圆柱形动力电池受热过程中的外侧面温度TRo和内侧面温度TRi；步骤S304：当所述圆柱形动力电池温度趋于上限温度Tu时停止加热，记录加热时长t1；步骤S305：分别计算所述圆柱形动力电池外侧面和内侧面温度与环境温度的温差，ΔTRo＝TRo–T0和ΔTRi＝TRi–T0；步骤S306：将ΔTRo和ΔTRi代入“温降率–温差方程Udrop(ΔTdrop)”分别得所述圆柱形动力电池两侧面在受热阶段内的温降率Udrop(ΔTRo)和Udrop(ΔTRi)，拟合该温降率与时间t1的函数方程得URo-drop(t1)和URi-drop(t1)；步骤307：由于存在热损，步骤S102中表达式所示所述圆柱形动力电池的理想温度场达到准稳态时温变率dT/dt会受到由热损引起的温降率Udrop(t1)的影响，因此所述圆柱形动力电池在非绝热工况下的比热容表达式为：其中，Udrop(t1)为热损引起的温降率；步骤S308：分别对方程URo-drop(t1)和URi-drop(t1)在0～t1时间上积分，得所述圆柱形动力电池内外侧面在受热阶段内由热损引起的温降幅度，和步骤S309：由于热损的影响，步骤S103表达式中所示的所述圆柱形动力电池温度场在达到准稳态时内外侧面的温度TRi和TRo均会受到步骤S308中由热损引起的温降幅度的影响，则所述圆柱形动力电池在非绝热工况下的径向热导率表达式为：其中，ΔTRi-drop和ΔTRo-drop分别为所述圆柱形动力电池内外侧面在受热阶段内由热损引起的温降幅度。 5.根据权利要求3或4所述的一种圆柱形动力电池的比热容和径向热导率测试方法，其特征在于，所述近似绝热环境由真空箱或保温材料提供，所述圆柱形动力电池的初始温度和环境温度可由恒温箱提供，所述上限温度Tu不高于所述圆柱形动力电池的安全工作温度。 6.根据权利要求4所述的一种圆柱形动力电池的比热容和径向热导率测试方法，其特征在于，所述步骤S302中以恒热流加热所述圆柱形动力电池时内外侧面的温差在5～20℃范围内。 7.根据权利要求1所述的一种圆柱形动力电池的比热容和径向热导率测试方法，其特征在于，所述圆柱形动力电池外侧面施加的热流由薄膜加热器提供，所述加热器质量不高于所述圆柱形动力电池总质量的5％。 8.根据权利要求1所述的一种圆柱形动力电池的比热容和径向热导率测试方法，其特征在于，所述圆柱形动力电池内侧温度通过破除底部或上端壳体，布置不低于两根热电偶于其内侧面测得，所述圆柱形动力电池外侧温度采用热电偶或红外热像仪监测其温变状况。 9.根据权利要求3所述的一种圆柱形动力电池的比热容和径向热导率测试方法，其特征在于，所述步骤S203中停止加热后，当所述圆柱形动力电池温度低于T0+5℃时停止试验。 10.根据权利要求4所述的一种圆柱形动力电池的比热容和径向热导率测试方法，其特征在于，所述步骤S304中所述圆柱形动力电池的受热时长不低于50s。
所属类别：	发明专利