Оптимизация экспериментов по термической базовой линии с помощью нагревательного провода для более быстрого получения тепловых характеристик батареи

Обзор ключевых моментов – базовая тепловая линия

Адиабатический калориметр батареи является основным инструментом для тестирования характеристик адиабатического теплового разгона литиевых батарей. Для получения наиболее точных и эффективных данных испытаний полный процесс тестирования включает четыре этапа: подготовка образца, базовая калибровка разницы температур, проверка калибровки и тестирование батареи. Среди них базовая калибровка разницы температур может гарантировать адиабатические характеристики прибора и является важным рабочим шагом для повышения чувствительности обнаружения и точности прибора.

При нормальных условиях использования калибровка базовой температуры обычно проводится каждые два месяца. Необходимость повторения калибровки в основном возникает из-за двух аспектов:

• Длительное воздействие высоких температур может постепенно привести к дрейфу температуры в термопарах, измеряющих температуру.
• Значительные изменения температурного поля внутри камеры калориметра происходят из-за больших различий в размерах образцов.

Кроме того, если необходимо заменить нулевые компоненты, такие как датчики температуры или изоляционная вата, необходимо повторно провести эксперимент по базовой калибровке разницы температур.

Продолжительность калибровочного эксперимента связана с качеством образца. Для больших ячеек, таких как литий-железо-фосфатные ячейки емкостью 280 А·ч, требуемое время больше, возможно, 3-5 дней или даже больше недели, что значительно задерживает ход эксперимента. Исходя из вышеупомянутых проблем, в этой статье предлагается экспериментальная схема базовой линии разности температур с использованием нагретой проволоки. Схема включает в себя обмотку поверхности образца нагретой проволокой и ее использование для нагрева образца, тем самым сокращая время нагрева образца и значительно сокращая продолжительность эксперимента базовой линии разности температур, тем самым значительно повышая экспериментальную эффективность.

Экспериментальная секция

1. Подготовка образца

В данной статье были обработаны стандартные образцы алюминиевых блоков, необходимые для экспериментов, в соответствии с размерами двух типичных образцов ячеек.

#1 Алюминиевый блок: 20417353 мм, 5625 г; #2 Алюминиевый блок: 27410412 мм, 924 г.

Рисунок 1: Избранные типичные образцы клеток

2. Экспериментальная процедура

(1) Обычный базовый эксперимент по разнице температур:

Выберите режим «Базовая разность температур» и проведите эксперимент по базовой разности температур, следуя обычным экспериментальным процедурам.

(2) Базовый эксперимент по разнице температур нагрева с помощью нагретой проволоки:

Выберите режим «Базовая линия разности температур» и оберните образец нагретой проволокой. Подключите его к внешнему источнику питания для дополнительного нагрева. Все остальные экспериментальные процедуры остаются в соответствии с обычным экспериментом по базовой линии разности температур.

(3) Проверка файла калибровки:

Выберите режим “HWS” и проведите эксперимент по пошаговому нагреву алюминиевого блока HWS. Рассчитайте скорость повышения температуры на каждом этапе образца и проверьте эффективность файла калибровки.

Рисунок 2: Принципиальная схема и фактическое фото подготовки/загрузки образца (высокотемпературная лента, термопары образцов, алюминиевые блоки, алюминиево-пластиковая пленка, армированный нагревательный провод).

Экспериментальные результаты

Как показано на рисунке 3, сравнивая кривые повышения температуры, полученные из двух типов экспериментов с разницей температур, можно заметить, что в обычном экспериментальном режиме образец медленно нагревается внутри камеры калориметра посредством конвекции, теплопроводности и т. д., а стадия нагрева занимает большую часть экспериментального времени. Однако, используя нагретую проволоку для вспомогательного нагрева, она принудительно увеличивает скорость повышения температуры образца.

Рисунок 3: Сравнение кривых повышения температуры для экспериментов с обычной разницей температур (a, c) и разницей температур с помощью нагрева нагретой проволоки (b, d) для образцов № 1 (a, b) и № 2 (c, d). 

Согласно таблице 1, после оптимизации время одного шага для образцов № 1 и № 2 составляет всего 15,8% и 41,4% от исходного времени соответственно. Улучшение особенно существенно для образцов с большой массой. После оптимизации длительность одного шага для обоих образцов составляет от 110 до 120 минут, в то время как типичный базовый эксперимент по разнице температур требует проведения от 6 до 10 шагов. Таким образом, большинство образцов можно протестировать в течение одного дня, что значительно повышает эффективность базового эксперимента по разнице температур.

Таблица 1: Сравнение продолжительности испытаний для двух типов базовых экспериментов по разнице температур

Затем эффективность файла калибровки, полученного с помощью схемы нагрева с помощью нагретой проволоки, была подтверждена с использованием режима HWS. Как показано на рисунке 4, скорости повышения температуры для каждого температурного шага кривой повышения температуры HWS находятся в эффективном диапазоне от -0,005 до 0,005 °C/мин. После калибровки адиабатические характеристики прибора хорошие, что свидетельствует о том, что эта схема оптимизации повышает экспериментальную эффективность без ущерба для точности калибровки.

Рисунок 4: Проверка результатов калибровки для базовой линии разницы температур нагрева с помощью нагретой проволоки для образцов № 1 (a, b) и № 2 (c, d).

Изучение безопасности аккумуляторных батарей с помощью адиабатического калориметра для больших аккумуляторных батарей BAC-420A — базовая тепловая линия

• Имитированная адиабатическая среда: BAC-420A воспроизводит идеальную адиабатическую среду, позволяя напрямую измерять критические параметры теплового поведения, такие как температура начала теплового разгона, максимальная скорость повышения температуры и адиабатическое повышение температуры. Эта симуляция обеспечивает более точные и надежные результаты, что имеет решающее значение для оценки безопасности батареи.
• Комплексный сбор данных: Оснащенный возможностями одновременного сбора данных о напряжении, токе, температуре и давлении батареи, BAC-420A обеспечивает тщательный анализ теплового разгона. Захватывая множество параметров в режиме реального времени, он обеспечивает целостное понимание производительности батареи в различных условиях.
• Интегрированный модуль зарядки и разрядки: включение модуля зарядки и разрядки обеспечивает плавное переключение режимов, регулируемые токи заряда/разряда и расчеты емкости в реальном времени. Эта интеграция оптимизирует процедуры тестирования и повышает эффективность сбора данных, способствуя более точным оценкам.
• Расширенные режимы тестирования: BAC-420A предлагает универсальные возможности оценки удельной теплоемкости аккумулятора благодаря режимам тестирования постоянной мощности и постоянной скорости. Его уникальный процесс тестирования обеспечивает точные измерения, необходимые для понимания тепловых свойств аккумуляторов.

Заключение

Базовая экспериментальная схема разности температур нагрева с помощью нагреваемой проволоки значительно повышает экспериментальную эффективность, особенно с заметными эффектами оптимизации для образцов с большой массой. Она может сократить время и проблемы, связанные с калибровкой для пользователей.