本發(fā)明涉及鋰電池測試應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種金屬件過電流的溫升計(jì)算方法及裝置。

背景技術(shù)：

鋰離子電池(簡稱鋰電池)具有工作電壓高、工作溫度寬、長循環(huán)壽命等優(yōu)點(diǎn)，已得到廣泛使用，特別是近幾年來鋰電池作為車載動(dòng)力電源而快速發(fā)展。鋰電池主要由正負(fù)極活性物質(zhì)、電解液及防止正負(fù)極短路的隔膜組成。通常將正負(fù)極活性物質(zhì)涂覆在鋁、銅箔集流體上，然后將隔膜介于正負(fù)極集流體直接通過疊片或轉(zhuǎn)繞方式制成電芯，將電芯裝入不銹鋼、鋁殼或塑料殼，再注入電解液密封而制成方形或圓柱形電池。

在鋰電池的測試和應(yīng)用過程中，例如進(jìn)行鋰電池配組時(shí)，無論電池內(nèi)部或者是電池間或者是電池與外部，都需要金屬件作為連接線，然后通上電流進(jìn)行測試以確定電池特性以及所使用的金屬件是否合適。

金屬件在通電流的情況下將產(chǎn)生熱量，即出現(xiàn)溫度升高現(xiàn)象。然而，升高的溫度將可能導(dǎo)致嚴(yán)重的后果。例如，對于作為車載電源的鋰電池，其使用過程中需支持不同倍率電流放電，而其中內(nèi)部電芯與外界的電導(dǎo)通是集流體上焊接的極耳與殼體蓋板相連接再通過鉚接極柱引出，當(dāng)電流流過蓋板時(shí)由于蓋板材料選擇不同、鉚接間隙等等因素影響導(dǎo)致電流過流時(shí)蓋板極柱發(fā)熱，容易引起電動(dòng)汽車安全事故。

目前在進(jìn)行鋰電池測試時(shí)，通常是按照經(jīng)驗(yàn)值的溫升來確定所使用金屬件的材料，例如根據(jù)經(jīng)驗(yàn)確定可能的溫升來采用銅箔作為連接線，進(jìn)而決定電池的設(shè)計(jì)是否滿足使用要求。然而，這種根據(jù)溫升經(jīng)驗(yàn)值估計(jì)來確定金屬件的方式容易造成資源浪費(fèi)，制造成本增加。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

根據(jù)本發(fā)明的第一方面，本發(fā)明提供一種金屬件過電流的溫升計(jì)算方法，包括：確定參數(shù)，所述參數(shù)包括：通過金屬件的電流值，所述金屬件所處環(huán)境的換熱系數(shù)，以及所述金屬件的電阻率、比熱容、密度、橫截面積和所述橫截面積對應(yīng)的周長；根據(jù)焦耳定律、比熱容公式和牛頓冷卻定律，并結(jié)合所述參數(shù)，計(jì)算所述金屬件過電流在時(shí)間足夠長情況下以及預(yù)設(shè)監(jiān)視時(shí)間內(nèi)的溫升。

根據(jù)本發(fā)明的第二方面，本發(fā)明提供一種金屬件過電流的溫升計(jì)算裝置，包括：參數(shù)確定模塊，用于確定參數(shù)，所述參數(shù)包括：通過金屬件的電流值，所述金屬件所處環(huán)境的換熱系數(shù)，以及所述金屬件的電阻率、比熱容、密度、橫截面積和所述橫截面積對應(yīng)的周長；溫升計(jì)算模塊，用于根據(jù)焦耳定律、比熱容公式和牛頓冷卻定律，并結(jié)合所述參數(shù)，計(jì)算所述金屬件過電流在時(shí)間足夠長情況下以及預(yù)設(shè)監(jiān)視時(shí)間內(nèi)的溫升。

本發(fā)明的有益效果是：提出一種金屬件過電流的溫升計(jì)算方法及裝置，從而金屬件在通電流使用并歷時(shí)不同時(shí)間之后，可以通過計(jì)算確定其溫升，進(jìn)而得以立即評估金屬件使用的適合度。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明一種實(shí)施例提供一種金屬件過電流的溫升計(jì)算方法，該方法根據(jù)焦耳定律、比熱容公式和牛頓冷卻定律，并結(jié)合能量守恒定律，通過確定的關(guān)于金屬件的相關(guān)參數(shù)來確定金屬件過電流時(shí)的溫升情況。

在該實(shí)施例中，根據(jù)電流通過導(dǎo)體由于阻抗而產(chǎn)生的能量Q1(即焦耳定律)、化成導(dǎo)體的熱能Q2(即比熱容公式)、外部物質(zhì)傳熱散失的能量Q3(即牛頓冷卻定律)，得出以下三個(gè)等式：

Q₁＝I²Rt，

Q₂＝cmΔT，

Q₃＝KFΔT^*t。

其中，I為通過金屬件的電流值，R為金屬件的電阻，t為時(shí)間，c為比熱容，m為金屬件的質(zhì)量，ΔT為不同時(shí)刻金屬件過電流后的溫度差，即ΔT＝T_{導(dǎo)體此刻溫度}-T_{導(dǎo)體上一時(shí)刻溫度}，ΔT^*為金屬件過電流后的溫度和所處環(huán)境的溫度差，即ΔT^*＝T_{導(dǎo)體此刻溫度}-T_{外部物質(zhì)溫度}，K為換熱系數(shù)，F(xiàn)為換熱面積。

根據(jù)能量守恒定律可知，電流通過導(dǎo)體由于阻抗而產(chǎn)生的能量等于轉(zhuǎn)化成導(dǎo)體的熱能與導(dǎo)體和外部物質(zhì)傳熱散失的能量之和，即得到如下方程式：

Q₁＝Q₂+Q₃

將上述等式代入以上方程式，得到：

I²Rt＝cmΔT+KFΔT^*t (1)

由于F＝C^*l，其中，ρ_電阻率為金屬件的電阻率，l為金屬件的長度，S為金屬件的橫截面積，ρ_密度為金屬件的密度，C^*為金屬件的橫截面積對應(yīng)的周長，代入式(1)，得到：

從而，在預(yù)設(shè)監(jiān)視時(shí)間t內(nèi)，金屬件在通過恒定電流下不同時(shí)間的溫升(從初始溫度開始)為：

此外，由式(1)兩邊同時(shí)除以時(shí)間t，得到：

$I^{2}R=\frac{\mathrm{Cm\ΔT}}{t}+\mathrm{KF\ΔT}*$

設(shè)想如果時(shí)間t足夠大的時(shí)候，可得下式：

I²R＝KFΔT^*

由此式可得知：當(dāng)時(shí)間足夠長時(shí)，電流通過物體所產(chǎn)生的能量等于散失的能量，導(dǎo)體達(dá)到熱平衡，導(dǎo)體溫度恒定與時(shí)間無關(guān)，即金屬件過電流在計(jì)算時(shí)間足夠長情況下的溫升為

$\mathrm{\ΔT}*=\frac{I^{2}R}{\mathrm{KF}}$

綜上，本實(shí)施例提供了一種非常簡單準(zhǔn)確的計(jì)算金屬件過電流的溫升，避免靠經(jīng)驗(yàn)值估計(jì)溫升的方式，而且所涉及的計(jì)算中不需要進(jìn)行復(fù)雜的數(shù)據(jù)分析，只需要知道所使用的材料的包括電阻率、比熱容等基本屬性，即可準(zhǔn)確地計(jì)算出金屬件的溫升值，對提高金屬件的使用的可靠性至關(guān)重要，并增加相關(guān)應(yīng)用設(shè)計(jì)的可靠性。

此外，基于前述方法實(shí)施例，本發(fā)明還提供了一種金屬件過電流的溫升計(jì)算裝置，包括：

參數(shù)確定模塊，用于確定參數(shù)，所述參數(shù)包括：通過金屬件的電流值，所述金屬件所處環(huán)境的換熱系數(shù)，以及所述金屬件的電阻率、比熱容、密度、橫截面積和所述橫截面積對應(yīng)的周長；

溫升計(jì)算模塊，用于根據(jù)焦耳定律、比熱容公式和牛頓冷卻定律，并結(jié)合所述參數(shù)，計(jì)算所述金屬件過電流在時(shí)間足夠長情況下以及預(yù)設(shè)監(jiān)視時(shí)間內(nèi)的溫升。

該裝置中涉及的模塊的具體實(shí)現(xiàn)可參考前述方法實(shí)施例的對應(yīng)步驟，在此不作重述。

本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解，上述實(shí)施方式中各種方法的全部或部分步驟可以通過程序來指令相關(guān)硬件完成，該程序可以存儲于一計(jì)算機(jī)可讀存儲介質(zhì)中，存儲介質(zhì)可以包括：只讀存儲器、隨機(jī)存儲器、磁盤或光盤等。

以上內(nèi)容是結(jié)合具體的實(shí)施方式對本發(fā)明所作的進(jìn)一步詳細(xì)說明，不能認(rèn) 定本發(fā)明的具體實(shí)施只局限于這些說明。對于本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干簡單推演或替換。