钜大LARGE | 点击量：938次 | 2021年12月21日
温度效应：环境温度对电池性能的测试非常关键
当试图描述锂离子电池的行为时，工程师和科学家知道电池的温度很重要。最值得注意的是，人们普遍认为电池的反应每增加10°C就会增加一倍，这就是阿伦纽斯方程。
例如，人们认为电池温度每增加10°C，电池自放电就会增加一倍。鉴于温度有如此重大的影响，测试是在环境室的温度控制下专门进行的。这些试验室有不同的内部容积，以容纳电池样品，从仅能容纳几个电池的小尺寸到巨大的步入式试验室。
环境室中的恒定温度
环境室的一个关键特征是能够将其温度恒定在一个小的变化范围内，如±0.5℃或更好。然而，你的环境室可能达不到这种性能。虽然内部温度，平均来说，可以保持在一个狭窄的范围内，但出现了一些条件，这是不正确的。
环境室将循环开/关以保持温度恒定。这将产生一个周期性的温度上升/下降模式，平均而言，在所需的温度下。
符合Exic IIB T4 Gc防爆标准
充电温度：0~45℃
-放电温度：-40~+55℃
-40℃最大放电倍率：1C
-40℃ 0.5放电容量保持率≥70%
在一个大体积的室，如步入式室，室内各区域之间可能存在不均匀性。当你填满试验室以最大限度地利用内部容积时，使试验室内温度均匀化所需的气流将受到试验室内大量细胞的阻碍，并可能出现热点或冷点。
最后，当你把电池放入室中时，新装的电池的温度很可能与室的内部温度不匹配。这可以使内部温度偏离设定值。当这种情况发生时，环境室的加热/冷却系统将需要对这种温度差异进行补偿。它可能需要几分钟甚至几小时才能恢复，电池才能达到环境室的设定值。
内外达到设定温度
一旦腔室的温度稳定下来，这是否意味着电池已经达到腔室的温度?腔室通常充满空气，空气应处于设定值温度。细胞处于空气中，所以只要有足够的时间，电池的表面温度就会达到腔室的设定温度。此时你可以测量的温度要么是室内空气温度，要么是使用表面安装的温度传感器的电池皮肤温度。
然而，控制电池行为的反应发生在整个电池内。直到电池深处的温度达到腔室的设定温度，电池行为和你测量的温度之间就会不匹配。
温度“渗入”电池需要多长时间?图1显示了一个示例。在进行动态实验(如温度循环)或进行敏感测量(电池温度的微小变化可能影响测试结果)时，了解电池温度变化需要多长时间是至关重要的。后一种情况的一个例子是使用增量ocv方法测量电池自放电。
图1.图表显示了达到热平衡的时间。上面的图表描述了实验结果，下面的图表显示了实验结果。
室温测试
并不是所有的测试都是在环境室中完成的，也可以在没有直接温度控制的室温下对电池进行测试。例如，在中试生产线或大规模生产线上的电池形成过程中，使用热室来控制温度可能是不切实际的。相反，整个环境，如工厂车间，保持在室温下，通常为23°C±3°C。
正如你可以想象的那样，在符合这种环境规格的广阔工厂内，你会遇到热点和冷点。这意味着当你在环境中移动电池时，电池和环境之间可能存在多达6°C的差异。当电池被带入一个相差几度的区域时，如果您在进行温度重要的测量时，电池将需要与新环境达到热平衡。
电池的热质量对电池达到热平衡的速度起着重要作用。单个18650电池可能在几分钟内与环境达到热平衡。然而，如果你把大型棱形电池放入一个可以施加高压的高质量金属压力托盘，你将有一个由托盘和电池本身组成的大型单一热质。这种热质会抵抗变化，当需要温度稳定时，它对您有利。
但是，当需要进行敏感的测量时，即使这个大的热团也可能无法提供足够的稳定性。质量的边缘将比质量的中心更快地改变温度。图2显示了这种效果。
在图2中，有一个包含25个棱形电池的压力盘。这些细胞排成一排，被端板压在一起。当环境温度在12小时内变化2°C时，各个电池的温度被测量。图中显示了末端电池经历了比内部电池更大的温度变化。这些末端细胞更多暴露在环境中。
图2.对一盘电池的测量揭示了与盘中电池的位置有关的温度变化时间的差异。
即使是很小的改变也很重要
让我们回到本文前面描述的delta-OCV测量，看看这个小变化是如何影响的示例。记住，电池的OCV是温度的函数。前一篇文章描述了单元的OCV是如何随温度变化的。
在测量OCV变化时，自放电和温度都会导致OCV的变化。例如，使用delta-OCV测量自放电在图2的25个棱柱状细胞的压力托盘的示例托盘上。端部电池和中间电池之间的温差足够大，因此端部电池由于温度变化而具有可测量的不同OCV。
如果你没有考虑到这种现象，你的δ-ocv测量会错误地识别出末端的电池和中间的电池具有不同的自我放电率。当然，OCV的差异并不是由于自放电率的差异造成的。OCV的差异是由于端电池相对于中心电池所经历的温度的巨大变化造成的，尽管看起来整个电池盘都暴露在相同的热条件下。
Temp-Management技巧
总之，在动态测试(温度循环)中，温度稳定时间是一个因素，在进行敏感测量(如用于测量自放电的delta-OCV)时，了解温度如何影响电池是至关重要的。这里有一些帮助控制温度影响的技巧:
利用热质量:即使单个电池的热质量相对较小，大量的电池和高质量金属托盘中的电池将抵抗温度的变化。电池和托盘将稳定小的温度变化。
绝缘:即使你有一个大的热质量，在两端和边缘的电池会比质量的中心更快地加热和冷却。只要可能，在托盘周围使用绝缘材料来减少这种影响。
为平衡留出足够的时间:当电池处于稳定温度时，要确保有足够的时间使电池在环境室中达到热平衡。如果您是在室温下进行测试，将电池移动到将要进行测试的房间中，并在测试器附近排队，将为电池与环境平衡提供额外的时间，而无需让测试器等待电池稳定下来。
描述热行为:根据你的工艺步骤，进行特定的实验，了解电池平衡需要多长时间。知识就是力量。一旦理解了这种行为，就可以设计测试过程，使温度平衡得到适当考虑。
保持温度恒定:无论你是在环境室内还是在工厂车间进行测试，如果电池对温度变化很敏感，将电池保持在一个恒定的温度将有助于更快的测试和更可靠的结果。
