鉅大LARGE | 點擊量：952次 | 2021年12月21日
溫度效應：環境溫度對電池性能的測試非常關鍵
當試圖描述鋰離子電池的行為時，工程師和科學家知道電池的溫度很重要。最值得注意的是，人們普遍認為電池的反應每增加10°C就會增加一倍，這就是阿倫紐斯方程。
例如，人們認為電池溫度每增加10°C，電池自放電就會增加一倍。鑒于溫度有如此重大的影響，測試是在環境室的溫度控制下專門進行的。這些試驗室有不同的內部容積，以容納電池樣品，從僅能容納幾個電池的小尺寸到巨大的步入式試驗室。
環境室中的恒定溫度
環境室的一個關鍵特征是能夠將其溫度恒定在一個小的變化范圍內，如±0.5℃或更好。然而，你的環境室可能達不到這種性能。雖然內部溫度，平均來說，可以保持在一個狹窄的范圍內，但出現了一些條件，這是不正確的。
環境室將循環開/關以保持溫度恒定。這將產生一個周期性的溫度上升/下降模式，平均而言，在所需的溫度下。
符合Exic IIB T4 Gc防爆標準
充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
在一個大體積的室，如步入式室，室內各區域之間可能存在不均勻性。當你填滿試驗室以最大限度地利用內部容積時，使試驗室內溫度均勻化所需的氣流將受到試驗室內大量細胞的阻礙，并可能出現熱點或冷點。
最后，當你把電池放入室中時，新裝的電池的溫度很可能與室的內部溫度不匹配。這可以使內部溫度偏離設定值。當這種情況發生時，環境室的加熱/冷卻系統將需要對這種溫度差異進行補償。它可能需要幾分鐘甚至幾小時才能恢復，電池才能達到環境室的設定值。
內外達到設定溫度
一旦腔室的溫度穩定下來，這是否意味著電池已經達到腔室的溫度?腔室通常充滿空氣，空氣應處于設定值溫度。細胞處于空氣中，所以只要有足夠的時間，電池的表面溫度就會達到腔室的設定溫度。此時你可以測量的溫度要么是室內空氣溫度，要么是使用表面安裝的溫度傳感器的電池皮膚溫度。
然而，控制電池行為的反應發生在整個電池內。直到電池深處的溫度達到腔室的設定溫度，電池行為和你測量的溫度之間就會不匹配。
溫度“滲入”電池需要多長時間?圖1顯示了一個示例。在進行動態實驗(如溫度循環)或進行敏感測量(電池溫度的微小變化可能影響測試結果)時，了解電池溫度變化需要多長時間是至關重要的。后一種情況的一個例子是使用增量ocv方法測量電池自放電。
圖1.圖表顯示了達到熱平衡的時間。上面的圖表描述了實驗結果，下面的圖表顯示了實驗結果。
室溫測試
并不是所有的測試都是在環境室中完成的，也可以在沒有直接溫度控制的室溫下對電池進行測試。例如，在中試生產線或大規模生產線上的電池形成過程中，使用熱室來控制溫度可能是不切實際的。相反，整個環境，如工廠車間，保持在室溫下，通常為23°C±3°C。
正如你可以想象的那樣，在符合這種環境規格的廣闊工廠內，你會遇到熱點和冷點。這意味著當你在環境中移動電池時，電池和環境之間可能存在多達6°C的差異。當電池被帶入一個相差幾度的區域時，如果您在進行溫度重要的測量時，電池將需要與新環境達到熱平衡。
電池的熱質量對電池達到熱平衡的速度起著重要作用。單個18650電池可能在幾分鐘內與環境達到熱平衡。然而，如果你把大型棱形電池放入一個可以施加高壓的高質量金屬壓力托盤，你將有一個由托盤和電池本身組成的大型單一熱質。這種熱質會抵抗變化，當需要溫度穩定時，它對您有利。
但是，當需要進行敏感的測量時，即使這個大的熱團也可能無法提供足夠的穩定性。質量的邊緣將比質量的中心更快地改變溫度。圖2顯示了這種效果。
在圖2中，有一個包含25個棱形電池的壓力盤。這些細胞排成一排，被端板壓在一起。當環境溫度在12小時內變化2°C時，各個電池的溫度被測量。圖中顯示了末端電池經歷了比內部電池更大的溫度變化。這些末端細胞更多暴露在環境中。
圖2.對一盤電池的測量揭示了與盤中電池的位置有關的溫度變化時間的差異。
即使是很小的改變也很重要
讓我們回到本文前面描述的delta-OCV測量，看看這個小變化是如何影響的示例。記住，電池的OCV是溫度的函數。前一篇文章描述了單元的OCV是如何隨溫度變化的。
在測量OCV變化時，自放電和溫度都會導致OCV的變化。例如，使用delta-OCV測量自放電在圖2的25個棱柱狀細胞的壓力托盤的示例托盤上。端部電池和中間電池之間的溫差足夠大，因此端部電池由于溫度變化而具有可測量的不同OCV。
如果你沒有考慮到這種現象，你的δ-ocv測量會錯誤地識別出末端的電池和中間的電池具有不同的自我放電率。當然，OCV的差異并不是由于自放電率的差異造成的。OCV的差異是由于端電池相對于中心電池所經歷的溫度的巨大變化造成的，盡管看起來整個電池盤都暴露在相同的熱條件下。
Temp-Management技巧
總之，在動態測試(溫度循環)中，溫度穩定時間是一個因素，在進行敏感測量(如用于測量自放電的delta-OCV)時，了解溫度如何影響電池是至關重要的。這里有一些幫助控制溫度影響的技巧:
利用熱質量:即使單個電池的熱質量相對較小，大量的電池和高質量金屬托盤中的電池將抵抗溫度的變化。電池和托盤將穩定小的溫度變化。
絕緣:即使你有一個大的熱質量，在兩端和邊緣的電池會比質量的中心更快地加熱和冷卻。只要可能，在托盤周圍使用絕緣材料來減少這種影響。
為平衡留出足夠的時間:當電池處于穩定溫度時，要確保有足夠的時間使電池在環境室中達到熱平衡。如果您是在室溫下進行測試，將電池移動到將要進行測試的房間中，并在測試器附近排隊，將為電池與環境平衡提供額外的時間，而無需讓測試器等待電池穩定下來。
描述熱行為:根據你的工藝步驟，進行特定的實驗，了解電池平衡需要多長時間。知識就是力量。一旦理解了這種行為，就可以設計測試過程，使溫度平衡得到適當考慮。
保持溫度恒定:無論你是在環境室內還是在工廠車間進行測試，如果電池對溫度變化很敏感，將電池保持在一個恒定的溫度將有助于更快的測試和更可靠的結果。
