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汽车专栏Automobile纯电动汽车磷酸铁锂电池的热特性参数辨识和热仿真分析刘杨，赵中阁(中国航空综合技术研究所，北京100028)摘要：磷酸锂铁作为新型的高能化学电源，常被用作纯电动汽车电池。
因此，需要对磷酸锂特电池的热性能进行研究。
本文以某型号磷酸锂铁电池单体为研究对象。
研究磷酸锂铁电池的生热和传热机制。
建立电池的电化学一热耦合模型，并对电池的热物性参数进行计算，对电池的生热速率模型进行选取。
应用计算得到的电池热物性参数，对磷酸锂铁电池单体进行CFD模型建立。
应用非接触式热测量方式对CFD模型进行模型校核。
运用FloTHERM热分析软件对磷酸锂铁电池组在不同散热条件下的温度场进行仿真，为电池组的设计和优化提供参考和指导。
关键词：磷酸铁锂电池；热特性；CFD仿真；热测试中图分类号：TM911文献标识码：A文章编号：1004-7204(2020)05-0013-07Thermal Characteristic Analysis and Simulation of Lithium Iron PhosphateBatteryLIU Yang,ZHAO Zhong-ge(China Aero-polytechnology Establishment,Beijing100028)Abstract:As a new type of high-energy chemical power supply,lithium iron phosphate ba/tteries are often used as power source of pure electrie vehicles.Therefore,it is necessary to study the thermal performance of lithium iron phosphate batteries.A certain type of lithium iron phosphate battery cell is taken as research object in this paper to study the heat generation and transfer mechanism of lithium iron phosphate batteries.The thermo-physical parameters of the cell are calculated and the heat generation model is selected.Besides,the CFD(Computa/tional Fluid Dynamics)model of the lithium iron phosphate battery cell is established out of the thermophysical parameters.FloTHERM is used to Simulate the temperature profile of the cell under different working conditions.The temperature is also tested by non-contact temperature measurement.It provides reference and guidance for battery pack design and optimization.Key words:lithium iron phosphate ba/ttery;thermal characteristics;CFD Simulation;thermal test引言温度影响着磷酸铁锂电池的性能、安全性和寿命。
锂离子电池电-热-机耦合特性实验研究及关键参数辨识张立军;程洪正;孟德建【摘要】针对锂离子电池的电-热-机耦合特性,设计了一套耦合特性综合测试系统,进行了电池不同倍率充放电工况下电-热-机耦合特性的测试与分析,以探究电池电特性、形变、温度的时间演变规律与空间分布特性,可以得到电池荷电状态(state of charge,SOC)-形变曲线具有明显的分段特性,可以辅助磷酸铁锂电池SOC估计的修正.基于该系统测试结果研究了电池充放电过程形变产生的机理,并进行了电池热膨胀系数的参数辨识.实验结果表明:高倍率放电时,在放电初期和中期电池边缘部分膨胀,放电后期收缩,而中心位置在放电初期和中期收缩,后期膨胀;低倍率放电时,电池表现为放电初期和后期整体收缩,中期整体膨胀.研究结果可为电池内部电-热-机耦合特性的理论分析与测试管理提供依据.%The coupling mechanism of ETSS fields (electro-chemical field,temperature field and strain-stress field) is a hot spot in the lithium-ion battery design and management researches.A novel instrument is designed to simultaneously obtain the thermal,electric and mechanical behaviors of the battery under charge and discharge operations and to further ascertain the characteristics in both spatial and temporal domains.Conclusion is drawn that the battery deformation curve has an obvious piecewise characteristic related to SOC (state of charge),and can be used to aid in the modification of the SOC estimation method for LiFePO4 battery.Based on the test results,the mechanism of battery deformation under charge and discharge is further investigated and the key parameter of thermal expansion coefficient is identified.The result shows that when discharge is at a high rate,the battery expandsduring the initial and middle stages,then shrinks during the final stage in the edge area,while battery shrinks during the initial and middle stages and expands during the final stage in the center area,and that when discharge is at a low rate,the battery shrinks during the initial and middle stages but expands in the final stage in both the edge and the center areas.These results may provide a basis for theoretical analysis,testing and management of battery ETSS fields.【期刊名称】《西安交通大学学报》【年(卷),期】2017(051)008【总页数】7页(P142-148)【关键词】锂离子电池;电-热-机耦合特性;电池热膨胀;参数辨识【作者】张立军;程洪正;孟德建【作者单位】同济大学汽车学院,201804,上海;同济大学智能型新能源汽车协同创新中心,201804,上海;同济大学汽车学院,201804,上海;同济大学智能型新能源汽车协同创新中心,201804,上海;同济大学汽车学院,201804,上海;同济大学智能型新能源汽车协同创新中心,201804,上海【正文语种】中文【中图分类】U463.51动力电池是电动汽车的最核心部件之一,近年来,锂离子电池因其优异的综合性能倍受关注[1]。
锂离子电池可逆与不可逆生热特性研究可逆生热特性是指在电池充放电过程中，由于电化学反应释放或吸收的热量可以完全利用的特性。
锂离子电池的可逆生热主要来自于锂的离子在正负极之间的迁移和嵌入/脱嵌过程中的电化学反应。
在充电过程中，锂离子从正极向负极迁移，同时通过化学反应与负极材料发生嵌入反应；在放电过程中，锂离子从负极向正极迁移，同时与正极材料发生脱嵌反应。
这些电化学反应释放或吸收的热量可以通过设计合适的散热系统进行控制和利用，以提高电池的能量效率。
不可逆生热特性是指在充放电过程中无法完全利用的热量。
不可逆生热主要来自于电池的内阻和电化学反应的不完全转化。
电池内阻会导致在充放电过程中产生大量的电阻热，这部分热量无法被利用，并会引起电池温升。
此外，电化学反应的不完全转化也会导致能量的损耗并产生额外的热量。
不可逆生热特性对电池的性能和安全性有着重要的影响。
首先，不可逆生热会导致电池温升，这可能引起热失控和安全问题。
其次，不可逆生热也会减少电池的可用能量，并降低电池的能量效率。
为了降低不可逆生热特性，可以采取以下措施。
首先，改进电池的设计，减小电池的内阻，以减少由于电阻热引起的能量损耗。
其次，优化电池的材料选择和制备工艺，提高电化学反应的转化效率。
此外，设计合理的散热系统，将电池产生的热量有效地散发出去，也是降低不可逆生热特性的关键。
在锂离子电池的研究中，对于可逆和不可逆生热特性的研究可以通过热分析技术（如差示扫描量热仪）和数值模拟方法来进行。
通过这些方法，可以测量和分析锂离子电池在不同充放电条件下的热量释放情况，并找到减少不可逆生热的途径。
总之，锂离子电池的可逆和不可逆生热特性对电池的性能和安全性有着重要的影响。
通过对其研究，可以提高电池的能量效率和使用寿命，并为电池的设计和制造提供指导。
锂离子电池可逆与不可逆生热特性研究李维平;李隆键;陈化雨【摘要】以商用圆柱形18650电池为研究对象,利用Bernardi简化生热模型,综合考虑了电池单体在不同温度、不同荷电状态(SOC)下的实际生热情况,通过混合脉冲功率性能放电测试(HPPC)和开路电压测试,拟合得到电池单体生热、直流内阻与SOC、温度的函数关系.结果表明,电池单体的生热与温度、SOC有很大关联,建立的单体生热模型可为动力电池包热管理的模拟和优化提供参考.【期刊名称】《汽车工程学报》【年(卷),期】2019(009)002【总页数】7页(P123-129)【关键词】电动汽车;锂离子电池;生热;热管理【作者】李维平;李隆键;陈化雨【作者单位】重庆大学能源与动力工程学院,重庆 400044;重庆大学能源与动力工程学院,重庆 400044;重庆大学能源与动力工程学院,重庆 400044【正文语种】中文【中图分类】TM911锂离子动力电池热管理技术对动力电池在电动汽车领域的安全高效利用具有重要作用。
一般来说，电池单体最佳工作温度是在15℃～35℃，而实际电动汽车的工作温度则处于较大的波动范围。
因此，为防止电池工作温度的急剧变化导致不可控反应的发生，需对锂离子电池包的换热方式进行优化，一方面控制工作环境的最高温度，另一方面控制内部温度的一致性，预防电池包内部局部热点的产生，保证电池包整体性能的高效和安全。
在工程应用中，电池单体常被视作均匀发热体，忽略生热特性对电池电化学反应过程以及单体空间上温度的不一致性等因素的影响，利用集总参数思想简化成一维热模型。
在最初的研究中，BERNADI等[1]将电池生热分成不可逆热和可逆热两部分，研究了工作电流与电压降对电池生热的影响。
随着研究的深入，发现电池的瞬态生热量受温度、SOC、充放电倍率等因素的影响。
GERVER等[2]和XU等[3]研究了温度对电池特性参数的影响。
INUI等[4]、LIU等[5]、KARIMI等[6]研究了SOC和温度与电池生热的关系，为电池单体生热模型的建立提供了建议。
热传递特性在锂离子电池中的应用研究锂离子电池广泛应用于电动汽车、手机、笔记本电脑等领域，并且在未来能源领域的应用前景广阔。
其中，热传递是影响锂离子电池性能的一个重要因素。
本文将探讨热传递特性在锂离子电池中的应用研究，并分析其意义和发展趋势。
一、热传递特性对锂离子电池性能的影响锂离子电池在充电和放电过程中会释放热量，而能否及时有效地排放这些热量，就直接影响到锂离子电池的性能。
如果锂离子电池内部的温度过高，会影响电池的寿命和安全性。
过高的温度会导致电解液的分解，使得电池的容量下降和内阻增加，甚至引发火灾等安全问题。
因此，热传递特性对于锂离子电池的性能和安全至关重要。
二、锂离子电池中热传递特性的研究现状1. 测量技术测量技术是研究锂离子电池中热传递特性的基础。
目前常用的测量技术包括红外热像仪、热电偶、纳米热场电镜等。
这些技术可以实时测量锂离子电池内部的温度分布，并可以帮助研究员对电池进行优化设计和故障诊断。
2. 热模拟热模拟是指通过计算机模拟电池内部的温度分布和热传递过程，以预测锂离子电池的性能和安全性。
热模拟可以帮助优化电池的结构设计和材料选用，同时可以预测电池在不同工作条件下的热行为，为电池的使用和管理提供参考。
3. 热管理系统热管理系统是指通过控制电池内部的温度分布来保证电池性能和安全的一系列措施。
例如，可以通过增加散热片、风扇、热管等降温设备来提高电池的热传递能力，或者通过控制电池的充放电速率来减小电池内部温度的变化。
三、热传递特性在锂离子电池中的应用展望1. 锂离子电池的寿命和安全性将更好地得到保障热传递特性是锂离子电池性能和安全性的重要指标，可以帮助优化电池的结构设计和材料选用，同时可以预测电池在不同工作条件下的热行为，为电池的使用和管理提供参考。
未来随着锂离子电池应用领域的拓展和电池的规模化生产，热传递在锂离子电池中的应用将变得越来越重要。
2. 热管理系统的智能化和优化将是研究的热点未来，随着电动汽车、储能电池等领域的发展，对电池的使用寿命和安全性的要求将越来越高。
锂电池充放电产热测试方法解释说明以及概述1. 引言1.1 概述锂电池作为一种重要的电能存储设备，在电动汽车、可再生能源等领域具有广泛的应用前景。
然而，随着锂电池工作时产生的热量也越来越引起人们的关注。
充放电过程中产生的热量是导致锂电池衰老和故障的主要原因之一。
因此，准确地测量和控制锂电池充放电过程中的产热情况对于确保其安全性、提高其性能以及延长使用寿命至关重要。
本文旨在介绍锂电池充放电产热测试方法，包括充电和放电过程中产热测试方法、重要参数和测量设备等方面的内容。
通过详细解释说明这些方法和相关参数，我们希望能够为进一步改善锂电池设计与优化提供参考，并促进锂电池技术的发展。
1.2 文章结构本文共分为五个部分，每个部分涵盖了不同方面的内容。
第一部分是引言部分，将对整篇文章进行概述并介绍其结构。
第二部分是锂电池充放电产热测试方法解释说明，将详细介绍充电和放电过程中的产热测试方法，并对重要参数和测量设备进行解释，以帮助读者更好地理解和应用这些方法。
第三部分是锂电池充放电产热测试方法概述，将介绍这些方法在实际应用领域的重要性以及其发展背景和现状。
同时，我们也将讨论目前存在的问题和挑战。
第四部分是实验设计与步骤探讨，将深入探讨锂电池充放电产热测试方法的实验设计和步骤。
包括实验样品制备、测试设备准备与校准、以及充放电过程监测、数据获取与分析方法等。
最后一部分是结论与未来展望，在这一部分中，我们将总结本文的主要发现并提出局限性和改进建议。
此外，我们还将对未来发展方向进行展望，并进行推测分析。
1.3 目的本文旨在通过详细阐述锂电池充放电过程中产热情况的测试方法并对相关参数和测量设备进行解释说明，为读者提供一个全面而清晰的了解。
通过这些方法的介绍，我们希望能够促进锂电池产热测试技术的发展，并进一步改善锂电池设计和优化。
最终实现对锂电池充放电过程中产热情况的准确测量与控制，提高锂电池的安全性、性能和使用寿命。
2. 锂电池充放电产热测试方法解释说明：2.1 充电产热测试方法：锂电池的充电过程中，由于内部化学反应、材料特性和能量转换的原因，会产生一定数量的热量。
锂离子电池中的热重差热分析方法（TG-DSC)的参数选择和曲线分析一．测试原理在锂离子电池研究分析中，热重差热分析方法（TG-DSC)一般用来研究锂离子正负极材料的合成分析研究中，用来指导改善合成条件。
热重差热分析方法（TG-DSC)其实是2种分析方法，是热重分析和差热分析，为了测试方便，通常把这2种方法合成在一起通过热重差热仪，测试一个样品可以得到2种曲线。
热重分析原理：在程序控温下,测量物质与温度的关系的技术(包括在恒温下,测量物质的质量与时间的关系)差热分析原理：差热分析的基本原理是将被测物质与参比物质放在同一条件的测温热电偶上,在程序温度控制下,测量物质与参比物之间温度差与温度变化的一种技术。
其实际就是通过测量材料状态改变时产生的热力学性能变化，来判断材料物理或化学变化过程。
通过重量和热量的变化可以推测材料在升温过程中，材料发生的变化。
二．电池材料测试过程中的差热热重分析数据的受哪些因素的影响呢？（1）样品与称量皿选择选择好样品后，选择称量皿时必须考虑样品在选定的温度范围内不发生化学反应。
否则肯定会影响测定结果。
（2）升温速率的选择升温速率的影响：升温速率太快，TGA曲线会向高温移动；速度太慢，实验效率降低。
比如锂离子磷酸铁锂正极材料的温升速度一般选择为5°/min-10°/min之间。
（3）材料粒度样品的粒度大，材料内部的气体就不容易挥发出来，这样会影响曲线的变化，太细，就容易导致差热曲线往低温方向移动。
锂离子电池的测试中，比如正极材料，一般为纳米或者微米级别。
（4）样品的用量样品的用量也会影响测试数据，试样量小， 测试设备的灵敏度会下降。
试样量大的优点是可以观察到细小的转变，可以得到较精确的定量结果。
在正极材料的测试中，一般测试的样品要求在5～30 mg之间变动。
（5）气氛的影响（氧化/还原、 惰性， 热导性， 静态/动态）一般锂离子电池材料测试中，采用惰性气体进行保护测试。
用C80量热仪研究锂离子蓄电池材料热特性锂离子蓄电池与其它电池相比，具有明显的优越性：电压高，放电平稳，比功率高，使用温度范围宽，容量小大由之，电性能稳定，自放电小，可长期存放高达10 a之久，因此也广泛用于各种电子产品中。
锂离子蓄电池的安全性也引起越来越多的关注，手机、微型电脑的锂离子蓄电池爆炸事故更是频繁发生，严重妨碍了锂离子蓄电池的大力普及和使用。
目前，关于锂离子蓄电池材料的热稳定性的研究主要采用加速量热仪(accelerating rate calorimetr y，ARC)或差示扫描量热仪(differential scanning calorimetry，DSC)等设备。
由于ARC自身的限制，只能测试到放热反应，不能丈量有吸热现象的反应，因此实验结果可能与实际有一定的差别[1] 。
对于DSC，反应池的密封性能一直不理想[2]。
C 80微量量热仪是一种灵敏度非常高的新一代热分析仪，能很好地解决上述题目。
1 实验1.1 C80 微量量热仪C 80微量量热仪是法国Setaram公司在20世纪80年代初开发的新一代热分析仪，它的测试原理与DS C基本一致。
由于它的感度非常高(约为10-6μW，比DSC高2个数目级以上)，适用于化学反应的热特性测定。
另外，实在验时所用试样质量为1～10 g，比。
DSC大3～4个数目级，这也大大进步了实验精度，使其数据更为正确、可信。
C 80微量量热仪主要技术指标如下：丈量温度范围为室温至300℃;恒温控制精度为±0.001℃;升温速度为0.01～2.00℃/min;分辨率为0.1 mW;感度极限为1μW。
C 80微量量热仪由C 80量热炉、CS 32控制器、稳压电源三部分构成，为设定实验参数并记录实验数据，还需要一台计算机与CS 32控制器相连。
图1是一套微量量热仪C 80测试系统的构成。
图2是研究中常用的两种容器，压力测试容器和高压容器的内部容积分别为3.5 cm3和8.5 cm3。
基于红外热成像技术的锂离子电池热特性试验研究陈坤; 李君; 于锋; 刘艺; 贾春辉【期刊名称】《《科学技术与工程》》【年(卷),期】2019(019)021【总页数】8页(P173-180)【关键词】锂离子电池; 红外热成像; 热特性; 试验【作者】陈坤; 李君; 于锋; 刘艺; 贾春辉【作者单位】吉林大学汽车仿真与控制国家重点实验室长春130022【正文语种】中文【中图分类】TK421随着能源短缺和环境污染问题的加重，新能源汽车得到重视并逐渐发展成熟。
锂离子电池以其自身单体电压高、能量密度大、适宜工作温度范围广、使用寿命长等优点逐渐成为新能源汽车动力源的首要选择[1,2]。
锂离子电池工作过程会大量产热，致使电池温度升高，而温度会影响电池使用性能以及工作过程的安全性，因此研究电池的生热及传热特性意义重大[3—6]。
文献[7—9]以18650型高功率三元锂电池为研究对象，应用加速量热仪和热电偶温度传感器测定电池的热参数，并进行热特性分析。
虽然热电偶测温方法具有成熟、可靠等优势，但是传统接触式温度传感器只能对锂离子电池表面的部分位置进行取点测温，有限固定点的温度数据并不能体现电池整体的温度连续分布特征，且不能获得电池表面任意点的温升数据[10—12]。
为此，本文基于红外热成像技术，应用搭建的锂离子电池充放电及红外热成像试验平台，获取不同放电倍率下的电池单体表面红外热像图，并应用专业图像处理软件获取电池表面不同时刻多个测量点的温度数据，通过对电池表面温度分布特征和温升特性的分析，探寻锂离子电池以不同放电倍率工作时的生热及传热特性，为电池本体结构改进以及电池热管理系统的设计提供技术与理论支持。
1 试验系统及方案1.1 试验系统介绍锂离子电池充放电及红外热成像试验平台如图1所示，主要包括方形电池、红外热成像仪、恒温箱、直流电源与电子负载和工控机。
试验用电池为某公司生产的方形三元锂电池，正极为NCM 111体系三元材料，负极为石墨，电池主要参数如表1所示。
锂离子电池热特性参数测量方法研究姜余;陈自强【摘要】目的针对深海等极端环境下载人潜水器锂离子动力电池热管理问题,对10 Ah三元镍钴锰锂离子电池展开热特性参数测量方法研究,为锂离子电池热管理建模提供理论依据.方法首先利用精密测量仪器并结合传热学原理对电池导热系数进行计算,其次基于电池温度与环境温度跟随的控制策略搭建高精度的绝热实验箱.绝热环境下,电池的实际产热将会完全转化为自身的内能,与外界之间没有热量交换.在绝热实验箱中利用脉冲测试方法辨识三元镍钴锰锂离子电池的比热容.结果热物性参数测量结果具有较高准确性,带入热模型中的温度计算结果与实际温度测量结果绝对误差不超过0.5℃,平均相对误差为0.0184.结论基于实验方法得到的电池热特性参数能够反映锂离子电池的热状态,测量结果与实际值误差在可接受范围之内.【期刊名称】《装备环境工程》【年(卷),期】2018(015)012【总页数】5页(P60-64)【关键词】镍钴锰酸锂电池;热特性参数;热管理;绝热环境【作者】姜余;陈自强【作者单位】上海交通大学海洋工程国家重点实验室,高新船舶与深海开发装备协同创新中心,上海 200240;上海交通大学海洋工程国家重点实验室,高新船舶与深海开发装备协同创新中心,上海 200240【正文语种】中文【中图分类】TM912近年来，随着世界各国对海洋资源开发的逐渐重视，各种新型海工装备逐渐走进人们的视野。
我国自主研发的“深海勇士号”载人潜水器，创造了世界同一级别深海载人潜水器作业时间最长的纪录，该载人潜水器以锂离子电池为动力源，可实现快速上浮和下潜，增加在深海作业的时间。
锂离子电池相比于其他类型电池有能量密度大、无记忆效应、自放电少等优点[1]，然而锂离子电池的性能与工作温度密切相关。
温度过高将会严重影响锂离子电池的寿命，甚至会造成锂离子电池自燃的严重后果[2-3]。
温度过低时，锂离子电池性能大幅度降低，内阻显著增大，在极寒环境下，甚至会导致无法正常放电[4]。
由此可见，锂离子电池工作的实际环境温度过高或过低均会对电池的性能产生影响，因此对锂离子电池进行热管理具有重要意义。
目前，国内外对锂离子电池热管理研究主要分为两个方向：环境温度较高时对电池组采用风冷或水冷的热管理方法，提高电池组表面的换热系数[5]；环境温度较低时对电池组进行预热，并提出相应的控制策略，以减少电池组的预热时间和温度场的不一致性[6]。
然而，不同的热管理方法、预热材料、环境温度均会对电池的性能和温度的不一致性产生较大影响。
为减少相似实验的重复性，加快锂离子电池热管理方法的研究进程，需要基于传热学原理建立锂离子电池热模型，计算电池温度场分布。
其中，准确的电池热物性参数是建立锂离子热模型的基础[7]。
热物性参数包括电池的比热容及各向导热系数[8]。
目前国内外对电池热物性参数的测量往往是基于经验公式的方法，无法反映电池的实际状态，直接影响热管理模型的准确性。
因此，文中搭建了高精度的绝热箱，并将锂离子电池置于该绝热箱中，采用脉冲充放电测试方法对锂离子电池的比热容进行离线辨识。
与此同时，基于传热学原理精确测量了锂离子电池的各向导热系数，以获得能够反应电池真实状态的热物性参数。
1 实验装置实验设备由三元镍钴锰酸锂电池、电气测试台架、温度采集模块、温度控制模块、绝热实验箱及上位机等设备组成。
文中测试的电池为能量功率兼顾型镍钴锰酸锂电池，其主要参数见表1。
电气特性测试台架由上位机、BTS4000电池测试平台、AUX辅助通道、恒温箱等设备组成。
温度采集模块通过串口与上位机进行通讯，能够实时采集电池和加热片的温度，并将采集到的温度信息传输到上位机的Simulink模型中。
温度控制模块通过串口与上位机Simulink模型进行通讯，基于自整定PID控制算法，实现加热装置不同位置的发热量控制。
表1 单体电池主要参数名称参数额定容量 10 Ah额定电压 3.7 V电池质量200 g电池密度 2.430 g/cm3长度 92 mm厚度 8 mm高度 112 mm绝热箱采用双层隔热：外层使用 5 mm厚的EVA泡棉保温材料，导热系数为0.038 W/（m·K）；内层采用10 mm厚的石棉板隔热材料，导热系数为0.01 W/（m·K）。
绝热箱内部由额定功率120 W的加热装置、强制对流换热装置、3D打印电池支架、温度传感器等设备组成。
绝热箱中布置有17个薄膜PT100温度传感器，测量温度范围为-50～300 ℃，测量精度为0.1 ℃。
温度传感器布置见表2。
其中1#—5#温度传感器用于测量电池表面温度，6#—15#温度传感器布置在5片硅胶加热片的中间位置，5路传输到上位机中进行温度实时采集，5路作为加热片温度测量值传输到温度控制器中与设定值进行比较。
16#和17#温度传感器用于测量绝热箱中的环境温度。
表2 绝热箱中温度传感器分布序号位置1# 电池正面2# 电池背面3# 电池左面4# 电池右面5# 电池底面6#、7# 加热片前面8#、9# 加热片后面10#、11# 加热片左面12#、13# 加热片右面14#、15# 加热片底面16#、17# 环境温度1、22 热物性参数测量锂离子电池的热物性参数测量对于建立锂离子电池热模型具有重要意义[7]，热物性参数的测量偏差直接影响模型的准确性。
锂离子电池的热物性参数主要包括比热容和各个方向导热系数的测量。
2.1 各向导热系数单体电池的内部为如图 1所示的层叠结构。
其各向导热系数的测量可基于传热学的串并联热阻原理[9-10]。
以垂直于电池集流体方向为x轴方向，则电池的各个方向等效导热系数可以根据式（1）及式（2）进行计算：式中：ω代表x轴上的内核宽度；ωi代表各层在x轴方向上的宽度；λi为各层的导热系数。
图1 单体电池内部结构经过实际测量，并结合相关热力学知识，得到的电池各组分的厚度及关键热力学信息见表3。
经过计算，电池各方向的导热系数为：λy=0.3450 W/（m·K），λx=λz=5.989 W/（m·K）。
表3 镍钴锰酸锂电池各组成部分关键热力学信息电池各组分电池厚度/μm 导热系数/（W·m-1·K-1）正极集流体 16 238负极集流体 12 398隔膜及电解液16.8 0.38正极涂层 42 1.5负极涂层 40 1.042.2 比热容测量电池的等效比热容可以根据 D. Bernardi的发热功率计算公式[11]获得：式中：q为电池的整体发热功率，W；I为通过电池的电流，充电为正，放电为负，A；E为电池工作时的端电压；E0为定 SOC状态下的开路电压，V；T为锂离子电池的热力学温度，K；dE/dT表示电池的温度对开路电压的影响因子，mV/K。
由传热学可知等效比热容定义为：式中：q′为电池单位时间内吸收的热量，W；m为电池的质量，kg；CP为电池的等效比热容，J/（kg·K）。
将电池置于绝热的环境中，电池产生的热量和电池吸收的热量相等则由式（3）及（4）得：实验过程中，控制电池表面温度与环境温度一致，理想状态下电池表面与绝热箱中空气热交换可以忽略，因此式（5）为其简化处理。
由式（5）可知，在给定工况下，只要得出电池的温升速率即可计算电池的比热容。
4 搭建模型与测试流程为实现绝热箱的精确控制，在上位机中搭建Simulink模型用于实时处理温度信息，并结合自适应PID算法输出控制信号至温控模块PWM信号，从而实现对加热装置中的每个硅胶加热片的独立控制，保证绝热箱中环境温度及电池温度的一致性和电池温度与环境温度的强跟踪性。
该实验搭建的 Simulink模型如图2所示。
图2 基于Simulink模型在线控制算法在实验前先将电池充满，再放电至 0.5SOC。
电池的比热容测试应在产热状态比较稳定的 SOC状态下[13]，因此选择在0.5SOC下测量电池比热容。
电池放电至0.5SOC后应静置12 h，待电池恢复热平衡状态后开始实验。
BTS辅助通道采样时间设为 0.1 s。
每个脉冲周期为21 s，在每个脉冲周期中，正放电周期和负放电周期时间相同均为10 s，且电流相反，正负脉冲间有1 s间隔。
理论上电池的电量变化为0，SOC仍为0.5，则可认为与SOC相关的生热速率保持不变。
绝热环境下通过对10 Ah镍钴锰酸锂电池进行1 C充放电倍率，总时间为3000 s的正负脉冲实验，测试流程如图3所示。
图3 三元电池比热容测试工步4 结果与验证文中在充放电倍率为2C的工况下对电池比热容进行测量，实验过程中，电流及电压随时间变化曲线如图4所示。
由于电池欧姆内阻及极化内阻的存在，电池的端电压将会产生阶跃性变化。
电池温度在15℃左右时，电池的极化内阻将会被快速的激发出来，电池的端电压呈总体下降趋势。
然而随着电池温度的升高，极化内阻激发速率降低，电池的端电压变化速率减慢，最终达到平衡状态。
绝热箱中电池表面、加热片及环境温度可以由相应的温度传感器测量值加权平均得到，其温升曲线如图5所示。
从图5可以看出，温度区间在16～25 ℃时，电池的平均温度T随时间t的变化近似为线性关系。
对实验数据拟合，得到电池的温升速率为0.02945 ℃/s。
产热功率为6.06 W，结合式（5）即可计算电池比热容为 1028.33 J/（kg·℃）。
温度区间在25～45 ℃时，电池的平均温度T随时间t的变化为非线性关系。
可用式（6）对电池平均温度数据进行拟合：则在该区间内电池的比热容可表示为：为验证测量结果的准确性，首先在三维建模软件NX 8.0中建立电池的三维模型，并利用Ansys商业软件进行网格划分。
根据式（3）定义热源，得到电池的温度分布云图如图6所示。
图4 脉冲充放电工况下电流电压随时间变化曲线图5 三元电池温升曲线图6 电池温度分布由图7可知，在绝热条件下，电池的正负极及电池主体温度并不均匀。
这是因为电池的不同部分发热率不同，电池负极发热率最高，电池主体部分发热率最低。
为验证实验结果的准确性，在绝热环境下选取模型中的5个特征点温度，并与温度传感器的测量值进行对比，相关数据见表4。
表4 电池实际表面温度与热模型表面温度对比℃序号 1# 2# 3# 4# 5#实际电池 21.5 21.2 20.4 20.3 20.9热模型 21.9 21.7 20.8 20.6 21.2绝对误差0.4 0.5 0.4 0.3 0.35 结论文中对10 Ah三元镍钴锰酸锂离子电池热特性参数测量方法进行了研究。
利用精密仪器并结合传热学原理得到了电池各向导热系数。
提出了基于环境温度与电池温度跟随的控制策略，并设计了实验系统。
利用热模型对测量结果进行了验证：1）绝热箱中电池温度与环境温度具有强跟踪性，最大温差不超过0.5 ℃；2）将电池热物性参数带入热模型中计算，计算结果与实际温度测量结果绝对误差不超过0.5 ℃，实验得到的测量结果精度较高，误差较小。
