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如何得到动力电池仿真中电池发热功率?

6月前浏览19033

本文摘要(由AI生成):

本文主要介绍了动力电池电芯在不同工况下发热量的测试方法,包括ARC测试、Bernardi理论计算和RC模型计算。其中,ARC测试数据准确,但测试准确度对比热容测试的结果准确度依赖性很大,且标准块的测试误差达到5%。Bernardi理论计算数据相对较准确,但需要实测的数据较多,包括工况数据、OCV数据、DE/DT数据,测试周期较长。RC模型计算可以建立准确的RC模型,实现各种工况的产热模拟。文章还详细介绍了采用ARC测试方法测试50Ah三元电芯的发热量的测试方法及要求,包括预处理循环、电池状态初始化、电池单体放电过程生热功率测试和电池单体充电过程生热功率测试。


在动力电池的仿真过程,电芯不同工况的发热量是仿真的必不可少的边界条件。那么如何确定电芯在不同工况下的发热量,目前行业内主要通过如下3中方法:

A、ARC测试,数据准确,具备测试条件。但测试准确度对比热容测试的结果准确度依赖性很大,,且标准块的测试误差达到5%。因绝热环境电池温升较大,测试数据会偏低。

B、Bernardi理论计算数据相对较准确,已比较成熟,但需要实测的数据较多,包括工况数据,OCV数据,DE/DT数据,测试周期较长。

C、RC模型计算,但若可以建立准确的RC模型,就可以实现各种工况的产热模拟。

如下是采用第一中方式测试50Ah三元电芯的发热量,测试如下:

电池单体发热量测试方法及要求

预处理循环

正式测试开始前,动力电池单体需要先进行预处理循环。预处理循环在25℃环境舱进行,其步骤如下:

①以1C或按照制造商推荐的充电机制充电至制造商规定的充电截止条件;

②静置30min;

③使用1C或按照制造商推荐的放电机制放电至制造商规定的放电截至条件;

④静置30min;

⑤重复步骤①至步骤④5次。

如果测试过程中连续两次的放电容量变化不高于额定5%,则认为测试样品完成了预处理,否则需要更换测试样品。

电池状态初始化

电池放入绝热加速量热仪之前,在25℃环境仓进行电池状态初始化:

①      对于放电生热功率测试,在环境仓内对电池进行标准充电至满电状态(100%SOC);

②      对于充电生热功率测试,在环境仓内对电池进行标准放电至空电状态(0%SOC);

电池单体放电过程生热功率测试

准备3个动力电池单体,并按照如下步骤进行放电过程生热功率测试:

①    仪器校准和漂移测试:确保仪器已校准。如因环境温度变化较大或者试验结果偏差太大,需要对进行仪器重新校准和漂移测试。

②    将试验样品与充放电设备进行连接,在试验样品的外表面的几何中心处(如图1)粘贴温度传感器,将连接好的试验样品置于加速量热仪的绝热仓内铝制架上,封闭绝热仓;

捕获.PNG 

图1 温度传感器位置示意图

③    试验样品按照步骤8.1进行充电预处理循环,按8.2进行电池状态初始化,开启设备,保证试验样品处于绝热环境,设置等待时间,并按照步骤7.2.4静置;

④    设定加速量热仪参数:设定试验目标温度,终止温度为Tmax1,温升灵敏度为0.02℃/min,数据采集时间间隔为30s或样品温度变化1℃;开启程序,保证试验样品处于绝热环境;

⑤    绝热环境中,待试验样品和腔体内温度达到目标温度,试验样品开始以0.1C电流恒流放电;若放电过程中,试验样品的表面温度达到Tmax1,则试验结束;若放电结束时,试验样品的表面温度未达到Tmax1,继续以0.1C电流恒流放电至规定的放电截止电压,停止试验;

⑥    重复步骤③~⑤,其中,步骤⑤放电电流分别依次为0.1C、0.3C、0.5C、0.7C、1.0C和Imax1;

⑦    记录放电过程中试验样品的表面温度和温升速率(℃/min),测试结束后,按照P=Cp mΔT/t分别计算试验样品在不同倍率和不同温度下放电过程的生热功率P(W)(例如,试验样品以0.1C进行恒流放电,温度由20℃升至25℃计算得到的P,记为20℃温度下0.1C放电过程的生热量,将数据记录结果和数据处理结果填至附录表A1中。

电池单体充电过程生热功率测试

准备3个动力电池单体,并按照如下步骤进行充电过程生热功率测试:

①    对试验样品的质量进行测量,记作质量m(kg);

②    将试验样品与充放电设备进行连接,在试验样品的外表面的几何中心处(如图1)粘贴温度传感器,将连接好的试验样品悬挂于加速量热仪的绝热仓内,封闭绝热仓;

③    试验样品按照步骤8.1进行充电预处理循环,按8.2进行电池状态初始化,开启设备,保证试验样品处于绝热环境,设置等待时间,并按照步骤7.2.4静置;

④    设定加速量热仪参数:设定试验目标温度,终止温度为Tmax2,温升灵敏度为0.02℃/min,数据采集时间间隔为30s或样品温度变化1℃;开启程序,保证试验样品处于绝热环境;

⑤    绝热环境中,待试验样品和腔体内温度达到目标温度,试验样品以0.1C电流恒流充电;若充电结束时,试验样品的表面温度达到Tmax2,则试验结束;若充电结束时,试验样品的表面温度未达到Tmax2,继续以0.1C恒流充电至规定的充电截止条件,

⑥    重复步骤③~⑤,其中,步骤⑤充电电流分别依次为0.1C、0.3C、0.5C、0.7C、1.0C和Imax2。

⑦    记录充电过程中试验样品的表面温度和温升速率(℃/min),测试结束后根据Q=Cp* m*ΔT/t分别计算试验样品在不同倍率下充电过程的生热功率P(W)(例如,试验样品以0.1C进行充电,温度由20℃升至25℃计算得到的P,记为20℃下0.1C充电过程的生热量,将数据记录结果和数据处理结果填至附录表A2中。1.png


l  测试结果:

放电生热功率试验结果:按照P=Cp m ΔT/t 计算试验样品在1C放电过程的生热功率5.88W,由于篇幅的原因,电池在充电的发热功率就详写,测试结果6.14W.

附件

50积分20191025100020-dis1c.xlsx
IcepakStar-CCM+FloEFDFlomaster换热散热汽车工程车新能源
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首次发布时间:2019-10-12
最近编辑:6月前
LEVEL水平线仿真
硕士 | 热管理工程师 公众号LEVEL电池热管理技术
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未登录
3条评论
小尤子
奋发的小尤子
3年前
学习了,谢谢
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陪你看日落
签名征集中
4年前
请问设置Tmax的目的和作用是什么?一般用绝热测试出的数值做仿真,结果会明显失真(偏大),这会是什么原因呢?
回复 2条回复
问渠哪得清如许
签名征集中
4年前
不错
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