Подробный анализ: 3D-анализ тепловых свойств

С быстрым развитием новой энергетической отрасли литий-ионные аккумуляторы широко используются в электромобилях и накопителях энергии. Чтобы лучше предотвращать и контролировать различные инциденты, связанные с тепловой безопасностью, производителям и исследователям необходимо проводить более глубокие исследования теплового разгона аккумуляторов и характеристик теплового управления. При проектировании и разработке теплового управления литиевыми аккумуляторами тепловое моделирование является основным вспомогательным методом разработки и инструментом проверки. Точные теплофизические параметры имеют решающее значение для теплового моделирования литиевых аккумуляторов. Среди них теплопроводность является одним из важных теплофизических параметров литиевых аккумуляторов. Точное измерение теплопроводности литиевых аккумуляторов может помочь в лучшей разработке.

Традиционные методы: стационарные и переходные подходы

Основные методы тестирования теплопроводности аккумуляторных батарей можно разделить на стационарные и переходные. Стационарный подход, традиционный метод, обеспечивает относительно точные измерения теплопроводности. Однако он требует большого размера образца, может измерять только продольную теплопроводность и предполагает длительное время тестирования. С другой стороны, переходные методы имеют более короткое время тестирования, но, как правило, менее точны. Метод горячего диска, широко используемый переходный подход, подвергается критике за плохую экспериментальную повторяемость и неточные результаты, что ограничивает надежность имитационных моделей.

Инновационное решение: 3D-анализатор тепловых свойств

Для решения проблем, связанных с методом Hot Disk, мы разработали 3D Thermal Properties Analyzer, использующий инфракрасную термографию и технологию инверсии 3D-данных. Этот прибор применяет импульсное возбуждение к нижней части литиевой батареи с помощью гибкого электронагревательного листа. Затем инфракрасная камера бесконтактно измеряет температуру на одной стороне батареи, что позволяет рассчитать как продольную, так и поверхностную теплопроводность посредством инверсии данных. Этот бесконтактный подход обеспечивает точные измерения даже для образцов со сложной структурой, таких как многослойные, гетерогенные или анизотропные материалы.

Расширенные функции и возможности

3D Thermal Properties Analyzer, модель TCA 3DP-160 , предназначен для оценки теплопроводности и температуропроводности образцов со сложной структурой. Он подходит для широкого диапазона размеров образцов с особыми требованиями к плоскостности поверхности. Его возможности неразрушающего контроля позволяют точно измерять эквивалентную теплопроводность многослойных тонких пленочных стопок. Прибор подходит как для однородных, так и для неоднородных образцов с различными характеристиками, включая различную твердость поверхности, шероховатость и пористость.

Анализатор оснащен равномерным контролем температуры на шестисторонних холодных пластинах, высокоточным контролем температуры масляной бани и регулируемыми настройками температуры окружающей среды. Бесконтактное измерение с автоматической компенсацией помех от рассеивания тепла поверхности и опоры повышает точность результатов. Прибор прост в эксплуатации, с полностью автоматизированным запуском и выполнением эксперимента. Цветной графический дисплей отображает данные испытаний, прогнозируемые данные, данные об ошибках и оценку ошибок, что позволяет быстро проверять экспериментальные результаты. Кроме того, система автоматически генерирует и сохраняет графики и данные процесса, поддерживая запросы исторических данных.

3D-анализатор тепловых свойств представляет собой значительный шаг вперед в точном измерении тепловых свойств, устраняя ограничения предыдущих методов и предоставляя надежные данные для разработки и оптимизации литиевых батарей и других материалов.

Технические характеристики

1)Диапазон теплопроводности

3D Thermal Properties Analyzer может измерять продольную теплопроводность от 0,2 Вт/(мК) до 5 Вт/(мК) и поперечную теплопроводность от 5 Вт/(мК) до 100 Вт/(мК). Этот диапазон позволяет проводить точную оценку различных материалов, в том числе со сложными термическими свойствами.

2)Диапазон температуропроводности

Для температуропроводности анализатор измеряет продольные значения от 0,1 мм²/с до 2 мм²/с и поперечные значения от 2 мм²/с до 50 мм²/с. Эта возможность обеспечивает точную оценку того, насколько быстро тепло распространяется через различные материалы.

3)Размер выборки

Устройство вмещает поперечные образцы размером до 400 мм × 250 мм и продольные образцы размером от 3 мм до 20 мм. Такая гибкость позволяет проводить испытания образцов самых разных размеров, что делает его универсальным для различных применений.

4)Время испытания

Анализатор выдает результаты менее чем за 10 минут, что значительно ускоряет процесс тестирования и повышает эффективность исследований и разработок.

5) Повторяемость

Благодаря повторяемости менее 3% анализатор обеспечивает получение последовательных и надежных результатов, что имеет решающее значение для проверки экспериментальных данных и уточнения свойств материалов.

6) Диапазон температур и стабильность

Работая в диапазоне температур от 0 до 60℃, анализатор поддерживает температурную стабильность 0,03℃ и точность 0,1℃. Эти особенности гарантируют точные тепловые измерения в контролируемых условиях.

Дополнительные рекомендации по продуктам для тестирования теплопроводности

Испытание теплопроводности для элементов аккумуляторной батареи с жестким корпусом

Для элементов аккумуляторных батарей с твердой оболочкой, особенно призматических батарей со сложной структурой, не существует эффективного метода тестирования без демонтажа внешней оболочки. Отрасль часто полагается на эмпирические значения или теоретические модели для оценки. Учитывая, что призматические батареи составляют более 80% установок в электромобилях и секторах накопления энергии, разработка технологии тестирования теплопроводности для призматических батарей имеет решающее значение. Призматические батареи представляют собой гетерогенные образцы со структурой ядро-оболочка. Значительная разница в теплопроводности между внутренним рулонным сердечником и внешней алюминиевой оболочкой, а также эффект теплового экранирования оболочки делают предыдущие методы тестирования неэффективными. Кроме того, контактное тепловое сопротивление между рулонным сердечником и оболочкой имеет решающее значение для теплопередачи и должно испытываться и оцениваться одновременно.

Мы разработали двухрежимный тестер тепловых параметров “Heat Storage-Release” на основе инфракрасной термографии и трехмерной инверсии модели теплопередачи. Это устройство позволяет проводить бесконтактное измерение температуры и точное тестирование продольной и поверхностной теплопроводности сердечника рулона, а также контактного теплового сопротивления между сердечником рулона и оболочкой в ​​одном эксперименте.

Двухрежимный тестер тепловых параметров TCA 2SC-080: Технические характеристики и особенности

TCA 2SC-080  предназначен для оценки гетерогенных образцов со структурой ядро-оболочка. Он обеспечивает неразрушающие измерения на месте многомерной теплопроводности для образцов аккумуляторов. Анализатор поддерживает широкий диапазон размеров образцов с низкими требованиями к плоскостности поверхности. Он автоматически устанавливает экспериментальные параметры на основе информации об образце и корректирует их в процессе испытания. Подходит как для гомогенных, так и для гетерогенных образцов с различными характеристиками, он использует трехмерную модель теплопередачи для тестирования и инверсионного анализа. Устройство может измерять такие параметры, как поперечная теплопроводность сердечника, продольная теплопроводность сердечника и общая эквивалентная теплопроводность. Он поддерживает внешнее оборудование для зарядки и разрядки аккумуляторов для имитации реалистичных тепловых условий. TCA 2SC-080 имеет регулируемую температуру и расход холодной пластины образца, равномерную температуру на шестисторонних холодных пластинах, высокоточный контроль температуры масляной ванны и регулируемую температуру окружающей среды. Прибор прост в эксплуатации, с полностью автоматизированным запуском и выполнением испытания.

• Параметры теста: TCA 2SC-080 может измерять поперечную и продольную теплопроводность сердечника, тепловое сопротивление контакта сердечник-оболочка и общую эквивалентную теплопроводность. Эти параметры обеспечивают всестороннее понимание тепловых свойств ячеек батареи.

• Характеристики образцов и испытаний: Устройство вмещает максимальный размер образца 400 мм x 250 мм x 80 мм и завершает испытания менее чем за 15 минут. Такая эффективность делает его пригодным для быстрого тестирования в различных исследовательских и промышленных приложениях.

• Точность измерений: Повторяемость поперечной теплопроводности сердечника составляет менее 8%, а продольной теплопроводности сердечника — менее 10%. Точность общей эквивалентной поперечной и продольной теплопроводности находится в пределах 10%, что обеспечивает надежные и последовательные результаты.

• Контроль температуры: TCA 2SC-080 работает в диапазоне температур от 0 до 80℃, с температурной стабильностью 0,03℃ и точностью 0,1℃. Эти точные функции контроля температуры повышают надежность измерений теплопроводности.

Испытание теплопроводности изоляционных материалов

Изоляционные материалы необходимы для снижения теплопередачи, при этом теплопроводность является ключевым показателем эффективности. Для измерения этого свойства обычно используется измеритель теплопроводности методом теплового потока (HFM). Известный своей точностью, скоростью и простотой эксплуатации, HFM работает, помещая образец между двумя пластинами с разными, но постоянными температурами. Тепло передается от горячей пластины через образец к холодной пластине из-за разницы температур.

Тепловой расходомер HFM 510A: Технические характеристики и особенности

HFM 510A  соответствует таким стандартам, как GB/T 10295, ASTM C518 и ISO 8301. Он тестирует различные материалы с низкой теплопроводностью, включая вспененный полистирол, жесткий пенополиуретан, минеральную вату, аэрогель и бетон. Устройство отличается высокой степенью автоматизации с автоматической регулировкой нагревательной пластины, испытанием силы нагрузки, измерением толщины, контролем температуры и работой дверцы печи. Двойные датчики теплового потока повышают точность, а независимый контроль температуры пластин обеспечивает точные измерения.

HFM 510A обеспечивает быстрое и эффективное тестирование образцов. Он адаптируется к неровным поверхностям образцов и включает в себя формы для подготовки образцов частиц, обеспечивая низкие требования к подготовке. Программное обеспечение поддерживает режимы аксессуаров для расширения теплопроводности и работу в автономном режиме для гибкости. Он обеспечивает полностью автоматизированный сбор данных, мониторинг в реальном времени, отображение и автоматическую генерацию отчетов об испытаниях. Устройство также поддерживает вход пользователя, запросы исторических записей, а также настройку хранения и экспорта данных.

• Условия эксплуатации: HFM 510A эффективно работает в диапазоне температур от -5°C до 45°C и может функционировать в средах с относительной влажностью менее 95%.

• Контроль температуры: Диапазон температур пластин HFM 510A составляет от -30°C до 90°C, поддерживается внешней системой охлаждения. Устройство использует систему Пельтье для точного контроля температуры пластин.

• Характеристики образца: HFM 510A вмещает образцы длиной и шириной 300 мм и высотой до 100 мм. Он может измерять тепловое сопротивление в диапазоне от 0,1 м².К/Вт до 8 м².К/Вт и теплопроводность от 0,002 Вт/(мК) до 1 Вт/(мК) с масштабируемостью до 2 Вт/(мК).

• Точность измерения: Устройство может похвастаться точностью от ±1% до 2% и повторяемостью 0,5%. Оно прикладывает переменную силу нагрузки 21 кПа (1930 Н) и измеряет толщину в диапазоне от 0 до 100 мм с разрешением 0,02 мм.

Заключительные слова

Точное измерение теплопроводности литий-ионных аккумуляторов имеет решающее значение для развития новой энергетической отрасли. С их широким применением в электромобилях и накопителях энергии эффективное управление тепловыми свойствами имеет важное значение для предотвращения инцидентов безопасности. Тепловое моделирование в значительной степени зависит от точных параметров, таких как теплопроводность, которые имеют решающее значение для оптимизации производительности аккумулятора. Традиционные методы измерения теплопроводности пакетных аккумуляторов, такие как стационарные и переходные подходы, имеют неотъемлемые ограничения. Решая эти проблемы, 3D Thermal Properties Analyzer использует инфракрасную термографию и расширенную инверсию 3D-данных. Этот передовой инструмент позволяет бесконтактно измерять температуру и точно рассчитывать продольную и поперечную теплопроводность. Он представляет собой значительный шаг вперед в точном и эффективном анализе теплового поведения литий-ионных аккумуляторов.