锂离子电池表面温升实验研究

本项目所采用的电池为某公司纯电动物流车所用的方型磷酸铁锂电池，电池实物如图2.2，其具体几何尺寸如图2.3，其出厂参数表如表2.3所示。参照图2.3，将尺寸279mm方向定为Y轴方向，垂直于Y轴表面称为上、下表面，将尺寸182 mm方向取名为x轴方向，垂直于x轴的表面取名为左、右表面，将66mm尺寸方向定为z轴方向，垂直于z轴的表面取名为前、后表面。

该型号电池由以下几个零件组成:塑料外壳、盖板、安全阀盖、正负极柱及其正六角螺母螺帽平垫圈、内核。锂离子动力电池在充放电过程中，不同位置温度不同。本节实验是为了获得此电池在不同的充放电电流下，其表面的温度分布情况，为之后的电池单体热模型的建立提供对比的参考。实验利用浙江金艾联温度巡检仪采集电池表面的温度，在电池单体的正极柱、负极柱和单体电池的前后表面中心处，具体位置如图2.4所示。布置完温度传感器后，将电池放置于恒温实验箱内，箱体内温度设定为30℃,湿度设置为42 070。电池表面温升实验以67A对锂电池单体进行恒流充电，以不同倍率的电流进行恒流放电，单个充电或放电实验之间必须间隔3个小时以保证电池整体温度回复为30 ℃。放电实验过程如下:

(1)先进行2次67A恒流充放电，以激活电池。再对电池进行67A的恒流充电，使其达到3.6_5V的截止电压，然后用3.6V的电压进行恒压充电，电流为6A时充电停止以标定锂动力电池的容量状态。

(2)充电完成后将锂动力电池放置在恒温实验箱，设置恒温实验箱温度为30 ℃搁置3个小时。

(3)进行67A恒流放电，电池电压为2.6V时停止放电。

(4)将电池静置半个小时后进行67A恒流充电，电池电压达到3.6_5V停止，用3.6V的电压进行恒压充电，电流为6A时充电停止。

(5)将电池在恒温箱实验箱内静置3个小时。

(6)进行133A恒流放电，电池电压达到2.6V时停止放电。

C7)将电池静置半个小时后进行67A恒流充电，电池电压达到3.6_5V停止，用3.6V的电压进行恒压充电，电流为6A时充电停止。

(8)将电池在恒温箱实验箱内静置3个小时。

(9)进行200A恒流放电，电池电压达到2.6V时停止放电，实验结束。

如图2.4所示，将锂动力电池正极柱处的温度传感器标号为1，负极柱处的温度传感器标号为2，前、左面中心处的温度传感器标号分别为3, 4。测试实验用金艾联温度巡检仪感应测点的温度值，存入U盘后对结果进行后处理。

67A放电电池表面温度变化如图2.5所示，测点1温度最高为49.5 ℃，由于在锂动力电池正负极柱处大电流集结，所以温度上升较快。在前面一段时间内，测点3和测点4即锂动力电池表面的温度变化比较慢，后面时间段温度变化越来越快，最后放电结束时左面中心温度达到37.6 ℃，其原因在于当电池单体SOC较大时，欧姆内阻和极化内阻都比较小，当SOC低于一定值(通常小于0.4 )时，随着SOC的下降，动力电池极化内阻迅速增大，极化内阻会产生大量热量集聚，加快了锂动力电池温度的上升速度。测点3的温度值一直略高于测点4，因为测点4所在的面自然对流散热面积最大，散热能力强于测点3所在的左面。

133A和200 A恒流放电试验下电池的发热情况如图2.6和2.7所示。从图2.6和图2.7的温升曲线可知，133A放电最终测点1温度最高为63.7 ℃ , 200A放电最终测点1温度最高为108℃,锂动力电池的极柱处温度升高很快，这是由于极柱材料具有较大的阻抗，放电时电流经过时，极柱产生很大热量;锂动力电池前面的电池面中心的温度与左面的电池面中心的温度相比一直非常接近，从2.4.1节可以看出原因是锂动力电池y方向的导热系数和z方向的导热系数相同。放电倍率越大，所有测点的温升速度提升的也就越明显。