[01694911]锂离子电池空间多维协同热管理及其关键特征参数检测技术

该项目属于动力和电力储能特别是锂离子电池储能领域，主要包括新能源汽车动力电池、以及储能电站用电池。锂离子电池(简称电池)属于非均质、各向异性电化学储能器件，由于高能量密度和长循环寿命，锂离子电池正快速成为新能源汽车和蓄电领域的主要储能部件，2019年国内总产值已达到1557亿元。然而，电池热安全性以及原位/在线检测技术亟需提高，已有的热管理技术，往往局限于电池底部或者某一侧面，随着电池劣化、电池温升和温差加大，难以有效解决电池系统热安全问题。锂离子电池关键特征参数原位测量表征也是其大规模应用尚未解决的难题。现有的电池热物理参数如比热，主要基于拆解电池研究电芯材料热参数。然而，拆解导致材料接触特性发生变化、电解液容易挥发，所获得的材料性质不能准确反映电池热特性；采用绝热加速量热仪(ARC)可获得电池比热和发热率，但设备价格昂贵，热惯性大，测试时间长，也没有实现国产化。对于日常在线检测的直流内阻，常规的HPPC(脉冲测量)测试需要连接额外检测设备且测试时间长，缺乏有效的原位在线检测方法。 该项目着重研究电池热输送机理及其特征参数的原位测量原理，在电池协同热管理与多种关键特征参数原位检测技术方面取得突破。具体包括： (1)克服了热管理结构仅布置在电池某一侧面导致温度不均的缺陷，提出了电池侧向与轴向多维协同热管理设计思想，构建“电池-热扩散板-导热柱”多维导热通路，结合液冷、风冷或者相变材料，在体积成组效率基本不变条件下能够在5C大倍率多循环充放电情况下将电池温度控制在设计范围之内(发明专利Z1-Z3，论文P1-P3)； (2)提出了新型被动热管理方法，构建泡沫-翅片与相变材料复合、导热格栅结构与相变材料复合的热管理方案，增强了电池导热与蓄热能力，在3-4C单循环下能够将电池温度控制在设计范围之内(专利Z4，论文P4-P8)； (3)提出了多种原位测量/估算电池关键特征参数的新方法，创新提出了“加热-均温-热损校正”的瞬态测量方法，能够在10分钟左右测定电池单体比热，比常规绝热加速量热仪测量时间缩短一个数量级，对于不同形状、尺寸的电池具有普适性；提出并实现了充放电电压拐点法在线估算电池SOC，精度达到3％；提出了容量增量法在线检测电池内阻，精度3％(发明专利Z5-Z9，论文P10-18)。 项目总体技术达到国内领先水平，其中比热参数的瞬态测量方法达到国际先进水平。该项目发明专利已授权11项，其中美国发明专利授权1项，中国发明专利授权10项，发明专利正在申请6项，实用新型专利授权10项，发表论文40篇，主要集中在锂离子电池测试与热管理领域。该项目对于提升电池的安全性、使用寿命以及健康状态诊断，具有重要的科学意义和实际应用价值。 该项目已与多家企业进行了技术合作与推广应用，包括江苏恒义、深圳比克电池公司、苏州宇量、上海玫克生、威马科技公司、上海骏颉、上海欣诣等。技术应用于产品优化，获得了市场销售，2017-2019年实现累计产值2.46亿元，累计利润3059万元，具有良好的推广应用前景。