一、摘要
本文利用BIC-400A电池等温量热仪测量锂离子电池㊣ 充放电过⊙程中产热行为，并研究了不同正极材ζ 料、工作温度和充放电倍率对电池产热量和产热速率的影╲响。所获得数据与结论可作为电池热管理设计的重要参考。
二、前言
锂离子电池安全性和性能保持是＠ 目前行业和用户最关心的两大主题。电池工作温度是影▓响锂电池性能与安全的关键因■素，例如，低温下内阻增大，电池容量下降，极端条件下电解液甚至发生冻结导致无法放电；高温下同样会引起≡电池性能下降，同时可能致使电池发生热失控，引起电池燃烧甚至爆炸[1]。
因此，电池热管理系统(BTMS)是电池管理系统(BMS)的核心功能，可通→过导热介质、测控单元以及温控设备构成闭环调节系统，使电池始终工作在合适的温度范围内。对于优★秀的BTMS，其设计与优化离不开电池充▲放电产热等基础数据的支撑。
锂电池充放电总热量(Qt)主要包括以下♀分量：1.电极〖反应焓变(Qr)；2.极化热（电极极化与浓差极化）(Qp)；3.不可逆副反应热(Qs)；4.焦耳热(QJ)。其中1为可逆分量，2-4为不可♀逆分量[2]。
本文选取典型锂电池样品，通过等温量热仪研究了不同材料体系、不同∮温度和不同充放电倍率下的电池吸放热行为。
三、实验部分
1. 样品准备
电池样品：NCR(2600mAh)、NCM(3200mAh)、ICR(2600mAh)、LFR(1100mAh)四种18650电池、LPF方形电池(35Ah)、NCM软包电池(50Ah)。
2. 实验条件
实验仪器：杭州仰仪科技有限公司BIC-400A等温量热仪、电∮池充放电设备；
实验模式：等温量热模式；
实验方法：恒流恒压充电、恒流放电；
等温目标温度与热沉间温差：3℃；
记录频率：1Hz；
加热器通道：2路；
传感器通道：2路。
3. 实验过程
(1) 不同正№极材料影响：电池连接导线后置于18650电池专用夹具中，设定样品温度▽为22℃，以1C倍率进行恒』流放电及恒压恒流充电实验，充放电过程中仪器检测电池吸放热功率变化。
(2) 工作温度影响：35Ah LPF方形电池连接导线后置于专用夹具中，分别设定样品温度为12℃、22℃和32℃，并以1C倍率进行实验】。
(3) 充放电倍率影响：50Ah NCM软包电池连接导线后置于专用夹具中，设定样品温度为22℃，并分别以0.2C、1C倍率进行实验。
四、实验结果
1. 不同正极材料电池充放电产热功率
图1 不同正极材料18650电池(a)充电与(b)放电过程产热∑功率变化
表1 不同正极材料18650电池充放电产热
如图1a所示[3]，充电过程LFR电池的产热功率最低，而ICR的产々热功率最大。同时充电至截止电压后，产热功率会随充电电流迅速下降；而放电过程(图1b)四种电池产热功率单调上升，这是因为在放电过程中电池内阻逐渐增大。同时四种电池的产热功率与产热量大小顺序与充电过程一致。上述结果符合四种电池的容量与正极材料热稳ぷ定性特征。
2. 不同温度〖下电池←充放电产热功率
不同温度下方形电池的充放电☆产热数据如图2所示。在较低的12℃下，电池充放电产热功率最大。而在32℃下，电池产热功率和产热量最小，说明适→宜的工作温度可以明显降低电池充放电产热；另外，32℃下充电起始阶段电池出现了一个明显的吸︼热峰，电极反应热表现更为显著，可逆热在总放热量中的占比提高。
图2 不同温度下35Ah的LFP方形电池(a)充电与(b)放电过程产热功率与产热量变化
3. 不同充放电倍率电池充放电产热功率
最后，利用50Ah软包电池研究了倍率的影响。如图3a所示，在0.2C倍率下，充放电曲线都存在吸热区间，且两条曲线具有明显◥的对称性，说明此时电池产热以电极反应热为主，可逆热占比很高；而在1C倍率下，充放电产热充放电曲线对称性减弱，且未出现明显的吸热峰。这是由于在提高充放电倍率情况下，可逆反应热基本保持不变，但ㄨ极化热和焦耳热等不可逆热显著提高。
图3 (a)0.2C和(b)1C充放电倍率下充电与放电曲线对比
实验结论
利用BIC-400A等温量热仪可以准确测量不同工况下电池充放电产热功率与产热量♂变化，帮助研发人员Ψ深入理解和研究电池充◥放电产热机理与特征, 并为电池热管理提供重要支撑性数据。
[1] 王峰,李茂德.电池热效应分析◥[J].电源技术,2010,34(3):288-291.
[2] Noboru Sato. [J]. Thermal behavior analysis of lithium-ion batteries for electric and hybrid vehicles. Journal of Power Sources, 99 (2001):70-77.
[3] 李慧芳,黄家剑,李飞,高俊奎.锂离子电池在充放电过ぷ程中的产热研究[J].电源技术,2015,39(07):1390-1393+1481.
