《電動汽車用鋰離子動力電池產熱模型構建技術規(guī)范》

1T/CICXXXXX—XXXX電動汽車用鋰離子動力電池產熱模型構建技術規(guī)范本文件規(guī)定了鋰離子動力電池產熱模型的構建流程、模型、參數獲取測試方法、模型驗證等。本文件適用于裝載在電動汽車上的鋰離子動力單體蓄電池，其他類型蓄電池參照執(zhí)行。單體蓄電池材料體系包括三元、磷酸鐵鋰，單體蓄電池類型包括方形、圓柱及軟包。2規(guī)范性引用文件下列文件中的內容通過文中的規(guī)范性引用而構成本文件必不可少的條款。其中，注日期的引用文件，僅該日期對應的版本適用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改單）適用于本文件。GB/T6425-2008熱分析術語GB/T19596-2017電動汽車術語GB/T31467-2023電動汽車用鋰離子動力電池包和系統電性能測試方法GB38031-2020電動汽車用動力蓄電池安全要求3術語和定義下列術語和定義適用于本文件。3.1單體蓄電池secondarycell將化學能與電能進行相互轉換的基本單元裝置，通常包括電極、隔膜、電解質、外殼和端子，并被設計成可充電。也稱作電池單體。3.2內阻internalresistance蓄電池中電解質、正負極群、隔膜等電阻的總和。3.3熱導率thermalconductivity熱流密度與溫度梯度之比，其中，熱流密度是單位時間內傳過單位面積界面的熱量。3.4比定壓比熱容specificheatcapacityatconstantpressure在恒定的壓力下，單位質量的樣品單位溫升所需要的熱量。也稱作比熱容。2T/CICXXXXX—XXXX3.5熱流速率heatflowrate單位時間傳遞的熱量（dQ/dt以W（瓦）表示。3.6電池單體熵熱系數entropyheatcoefficientofcell開路電位相對于溫度的導數。也稱作電池單體開路電壓溫度導數。3.7額定容量ratedcapacity以制造商規(guī)定的條件測得的并由制造商申明的電池單體、模塊、電池包或系統的容量值。3.8荷電狀態(tài)state-of-charge當前電池單體、模塊、電池包或系統中按照制造商規(guī)定的放電條件可以釋放的容量占實際容量的百分比。4符號和縮略語4.1SOC：荷電狀態(tài)(State-of-Charge)。4.2UOC:電池開路電壓。5電池單體產熱模型建模內容及流程5.1建模內容熱模型構建是基于鋰離子動力電池產熱機理，通過實驗測試獲取模型參數，建立電池單體產熱率隨著不同倍率、不同SOC狀態(tài)、不同環(huán)境工況改變的產熱模型，具體示意關系見式(1)Q=f(SOC,T,I)(1)式中，Q為產熱速率，單位W（瓦）。SOC為電池單體荷電狀態(tài)，無量綱。T為電池單體平均溫度，單位K（開爾文）。I為工況電流，單位為A（安培）。5.2建模流程熱模型構建流程主要包括熱模型參數測試、參數提取、產熱模型搭建、模型驗證4個部分，具體參見附錄A.1。6電池單體產熱模型構建6.1熱模型參數測試3T/CICXXXXX—XXXX6.1.1電池單體熱物性參數電池單體結構件應包括：芯胞、外殼、匯流排、極柱、連接片，見圖1。注：方形、圓柱、軟包結構形式存在差異，構成組件基本類似?！徽龢O匯流排正極匯流排外殼極柱軟連接片電池單體芯胞圖1電池單體結構件熱物性參數應包括：電池單體本體的X方向、Y方向導熱系數、電池單體本體比熱容、電池單體本體密度、匯流排導熱系數、匯流排比熱容、匯流排密度。參數清單如表1所示。表1電池單體熱物性參數ΩΩΩV/K注：本規(guī)范僅規(guī)定與電池單體產熱相關的內阻和熵熱系數測試方法。6.1.2測試準備測試可在普通環(huán)境測試箱開展，需確保電芯環(huán)境溫度保證在要求環(huán)境溫度±2℃。溫度傳感器需均勻布置在電芯表面以及正負極端，方型、圓柱和軟包電池溫度傳感器布置示意圖見附錄B.1。電池單體溫度以傳感器平均溫度作為參考溫度。6.1.3電池單體內阻參數測試4T/CICXXXXX—XXXX電池單體內阻，分為充電內阻和放電內阻，均隨著電池SOC狀態(tài)、倍率、溫度而改變。測試條件應包括不同SOC狀態(tài)、不同倍率、不同溫度下的充放電測試，測試間隔時間推薦為10ms。測試條件應依據電池單體使用工況和環(huán)境確定，測試條件推薦如表2所示。表2電池單體內阻測試參數取值-20℃、-10℃、0℃、10℃、20℃、具體測試流程為：先選定一個溫度，再選定一個SOC進行不同倍率的充放電測試，然后依次切換下一個SOC點，SOC測試遍歷完成后，切換到下一個溫度，具體流程見附錄B.2。測試方案可以根據實際情況進行調整。6.2電池單體參數提取6.2.1內阻參數測試及提取為了針對電池使用過程中可能的各種工況，采用直流內阻參數提取方法對電池內阻進行參數提取，方法參考GB/T31467-2023，內阻計算采用時間間隔值，推薦如表3所示。具體提取示例見附錄B.3。表3內阻計算采樣時間間隔推薦值6.2.2熵熱參數測試及提取根據6.1.2中測試數據，通過熵熱系數定義計算某個SOC狀態(tài)下的電池單體熵熱系數，見公式（2式中，為電池單體熵熱系數，單位V/K。EOC_T2為溫度為T2下的電池開路電壓。EOC_T1為溫度為T1下的電池開路電壓。T1、T2為電池單體溫度。依據公式(2)，計算不同SOC下的電池單體熵熱系數。具體提取示例見附錄B.4。6.3產熱模型搭建式中，右側第一項為不可逆熱，第二項為可逆熱。Q為熱源,單位W(瓦)。I為電流，單位A(安倍)。Rcell為電池內阻,單位Ω(歐姆),為6.2.1提取的內阻參數，為關于SOC、溫度、倍率、采樣時間的多維表格，表格示例見附件B.5。T為電池溫度，單位K(開爾文)。5T/CICXXXXX—XXXX為電池熵熱系數，單位V/K，為6.2.2提取的熵熱系數，是關于SOC的一維表格，表格示例見附件B.6。基于電池自身高度非線性特性，產熱模型計算過程中內阻和熵熱系數推薦采用差值方法，內插采用三次樣條曲線法，外推方法采用曲線外推或線性外推，算法實現流程參見附錄。6.4產熱模型驗證6.4.1驗證工況電池單體產熱模型驗證為了避免外部條件影響，采用絕熱工況測試進行驗證。絕熱測試條件如表：表3絕熱測試條件6.4.2驗證方法通過公式（3）計算的產熱率與絕熱設備測試獲得產熱率直接對比。溫度平均偏差在3%以內判定為模型可用。6T/CICXXXXX—XXXX電池單體產熱模型建模流程A.1建模流程圖。準備!電池單體參數獲取電池單體內阻、熵熱系數電池單體熱物性測試電池單體內阻、熵熱系數電池單體熱物性測試 電池單體參數提取! 電池單體熱模型構建↓NN電池單體模電池單體模Y模型使用↓文件保存7T/CICXXXXX—XXXX電池單體產熱模型構建B.1電芯參數測試溫度傳感器布置示意圖正面?zhèn)让骓斆妗犭娕糂.2電池單體內阻參數測試流程8T/CICXXXXX—XXXX下一個溫度準備準備N↓N溫度調整SOCSOC調整下一個下一個倍率N倍率放電測試↓倍率放電測試SOCSOC恢復倍率充電測試↓倍率充電測試SOCSOC恢復↓NY倍率遍歷完成NY倍率遍歷完成↓SOCSOC遍歷完成溫度遍歷完成↓溫度遍歷完成↓數據保存數據保存下一個SOC9T/CICXXXXX—XXXXB.3電池單體內阻參數提取示例準備準備↓充放電數據提取N↓N選定各SOC采樣點!提取放電前10s的電壓和電流數據下一個下一個SOC計算內阻SOCSOC遍歷完成Y數據保存數據保存T/CIC