河北工业大学饶中浩课题组Cell Reports Physical Science：CRPS-基于等温量热法的电池内部温度无损估计

转自 储能热安全

电池内外温度的不均匀性是导致造成寿命衰减、诱发安全问题的关键，随着电池尺寸逐渐增大，电池内外温差所引发的问题愈发严重。现有技术体系中，内嵌式的传感器会影响电池性能并增加成本，而基于模型和算法的内部温度估计方法需要精确的模型参数和大量的数据基础，从而影响了上述方法的广泛应用。本文提出了一种基于原位等温量热技术的非侵入式内部温度评估方法。该方法定量表征不同工作条件下的电池产热特性，评估电池内外温差及电池内部传热的滞后特性。通过引入几何近似方法，进一步拓展应用于不具备直接量热条件的热管理场景，实现放电过程中电池内部温度的估计。这种非侵入式测温策略可为安全表征电池内部温度、指导先进电池热管理系统设计提供可靠的参考依据。

图1  电池等温量热法原理示意图

研究采用等温量热法测量电池充放电过程中的产热功率，并结合原位温度测量分析电池内外温度变化。电池在充放电结束后，传热过程表现出明显的滞后现象，为后续产热特性分析与内部温度评估提供了实验基础。

图2 基于等温量热法的内部产热特性分析

采用等温量热方法研究分析了30Ah磷酸铁锂电池在15～45 ℃工作温度、1～5C充/放电工况下的电池产热特性。测试过程采用恒流恒压(CC-CV)充电，因此充电过程的产热分为恒流过程产热量(Q_CC)、恒压过程产热量(Q_CV)、和充电结束后仍滞留在电池内部的热量(Q_HH)；而恒流(CC)放电过程产热则包含两部分，即恒流过程产热量(Q_CC)和放电结束后仍滞留在电池内部的热量(Q_HH)。充电过程中，低倍率工况下，Q_CC占主导，高倍率下Q_CV占主导，而Q_HH的比例最高达到32%；放电过程中，低倍率下，Q_CC占主导，但随着放电倍率的增加，Q_CC的占比逐渐减小至50%以下(5C)，Q_HH的比例最高达到57%，严重影响电池温度的不均匀性。

图4  电池原位温度测量及内部温度估计

结合等温量热数据与传热理论建立电池内部温度估计方法，并通过嵌入式热电偶进行验证，最大温度预测误差控制在3.64 ℃以内，验证了该方法的有效性。

图5 无量热数据情况下非侵入式内部温度估计方法的应用

针对缺少直接量热数据的应用场景，基于产热比例与热滞后特征，引入几何近似方法，通过反推产热功率实现内部温度估算。该方法在放电过程中的预测效果更好，最大温度预测误差为4.79 ℃，为电池内部温度的有效估计提供了新的途径。

相关研究以“Accurate non-invasive prediction of battery internal temperature to enhance battery safety”为题发表在Cell Reports Physical Science上。

论文链接：https://www.cell.com/cell-reports-physical-science/fulltext/S2666-3864(26)00483-2