CN105514509B - 储能系统内部导热能力的测试装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种储能系统内部导热能力的测试方法，储能系统包括储能元件、冷却元件、以及设置在储能元件和冷却元件之间的导热元件，该测试方法包括以下步骤：测量导热元件的初始温度；对冷却元件进行加热；根据导热元件的初始温度和加热条件，确定导热元件的理论温度范围；测量导热元件的实际温度；通过判断测量出的导热元件的实际温度是否落入确定出的导热元件的理论温度范围内，以确定储能系统内部导热能力是否符合要求。本发明的储能系统内部导热能力的测试装置及方法可快速完成储能系统内部的导热能力检测，应用在锂离子电池组的批量生产线上时，不仅不会影响电池组的生产效率，还能提高新能源车辆储能系统的产品合格率。

Description

储能系统内部导热能力的测试装置及方法
技术领域
本发明涉及一种检测领域，尤其涉及一种新能源车辆储能系统内部导热能力的测试装置及方法。
背景技术
新能源汽车储能系统(Rechargeable Energy Storage System，简称RESS)中的关键储能器件是车用动力电池，车用动力电池的主流是锂离子电池。锂离子电池组适宜工作温度范围是10～30℃，而车用动力电池的工作温度范围变化较大，一般为-20～50℃，车用动力电池的温度范围超出锂离子电池组适宜的工作温度范围。然而，锂离子电池对工作环境温度比较敏感，不适宜的工作温度，不仅不利于电池特性的良好发挥，甚至可能引发安全隐患。因而保证锂离子电池在其适宜的工作温度范围内工作是新能源汽车储能系统的重中之重。
目前，锂离子电池组之间的传热介质有空气、液体以及相变材料，其中液体传热介质因其传热效果好，成本较低已被广泛使用。以液体作为传热介质的锂离子电池组的内部与外部之间完成热量交换的主要部件有：置于电池单体之间的铝制导热板、铝制冷却液室(简称水室，内部有冷却液循环)以及在水室与管路之间进行热量循环的冷却液。
其中，铝制导热板直接接触电池单体与水室，可以说铝制导热板是各个电池单体与水室之间进行热量交换的中介。铝制导热板和水室之间是依靠一定压力实现面接触传热，若铝制导热板和水室之间面接触良好，则可以将水室的热量以较快速度传递到电池单体，较好完成水室对电池单体温度的控制；若铝制导热板与水室之间面接触不良好，则铝制导热板不能够迅速响应水室的温度，电池单体之间的温度也得不到较好控制。因而，铝制导热板与水室之间的面接触状态决定着新能源汽车储能系统内部导热能力，铝制导热板与水室之间面接触状态也是储能系统能否较好实现电池系统温度控制的关键因素。
而实际在锂离子电池组的生产组装过程中，铝制导热板与水室之间面接触不一定良好。如图4所示，a、b、c三处是铝制导热板与水室的面接触不良的三种情况，d处的接触情况是理想的符合设计要求的面与面良好的接触状态。其中，a处是铝制导热板与水室之间有安装空隙，没有接触良好；b、c处是铝制导热板两个本应相互垂直的端面不垂直，造成面接触状态不理想的情况。此外，除了上述三种不理想的面面接触状态外，还有可能因铝制导热板处于横向倾斜状态，只有部分铝制导热板与水室接触良好，这种情况也会导致铝制导热板受热不均，致使电池单体受热不均。
然而，目前传统的导热能力测试方法只能实现对简单的小体积物体的整体导热能力进行导热系数检测，而不能实现针对像新能源车辆储能系统这样大体积、高重量且需要进行内部导热能力待测件进行测试，更不用说实现储能系统内部导热能力的成批量快速测试。
发明内容
本发明的目的在于提供一种储能系统内部导热能力的测试装置及方法，以便能够快速检测储能系统内部关键导热器件之间的导热能力，保证储能系统内部和外部环境之间按照控制逻辑实现良好的热量传递，使得在储能系统工作过程中内部温度始终保持在电池组件的最佳工作温度范围。
为实现上述目的，本发明的一种储能系统内部导热能力的测试装置及方法的技术方案为：
一种储能系统内部导热能力的测试方法，储能系统包括储能元件、冷却元件、以及设置在储能元件和冷却元件之间的导热元件，其中，包括以下步骤：测量导热元件的初始温度；对冷却元件进行加热；根据导热元件的初始温度和加热条件，确定导热元件的理论温度范围；测量导热元件的实际温度；通过判断测量出的导热元件的实际温度是否落入确定出的导热元件的理论温度范围内，以确定储能系统内部导热能力是否符合要求。
一种储能系统内部导热能力的测试装置，包括：温度测量组件，用于测量导热元件的初始温度和实际温度；加热组件，用于对冷却元件进行加热处理；数据处理组件，用于接收温度测量组件测量出的温度、根据导热元件的初始温度和加热组件的加热条件确定导热元件的理论温度范围、对导热元件的实际温度与理论温度范围进行比较以判断出储能系统内部导热能力是否符合要求。
本发明的储能系统内部导热能力的测试装置及方法的优点在于：
1)解决了以往只能进行单一测试样件的导热能力测试，而不能进行储能系统内部导热能力测试的缺陷；
2)所需要用到的温度检测系统以及热源供给系统成本较低，容易组装，且实现简单；
3)操作简单，对操作人员的技术水平要求不高；
4)测试过程中对周围场地环境要求不高，进行温度测量容易实现；
5)可快速完成储能系统内部的导热能力检测，应用在锂离子电池组的批量生产线上时，不仅不会影响电池组的生产效率，还能提高新能源车辆储能系统的产品合格率。
附图说明
图1为本发明中的储能系统的结构示意图；
图2为图1中的冷却元件的结构示意图；
图3为图1中的导热元件的结构示意图；
图4为图2中的冷却元件与图3中的导热元件的接触状态示意图；
图5为本发明中的储能系统内部导热能力的测试示意图；
图6为本发明中确定导热元件的理论温度范围的示意图。
具体实施方式
为了更好的了解本发明的目的、结构及功能，下面结合附图，对本发明的一种储能系统内部导热能力的测试装置及方法做进一步详细的描述。
如图1至图4所示，本发明中的储能系统包括储能元件100、冷却元件200、以及设置在储能元件100和冷却元件200之间的导热元件300。其中，储能元件100、冷却元件200和导热元件300为本领域中储能系统的常设结构，如储能元件100可以是锂电池，冷却元件200可以是冷却液室，导热元件300可以是铝制导热板，具体来说，如图1所示，多块锂电池并排设置在电池箱中，每相邻的两块锂电池之间都设置有一块铝制导热板，铝制导热板的端部与冷却液室相连，铝制导热板可以实现锂电池与冷却液室之间的热量传递，以达到控制锂电池温度的目的。应注意的是，本发明中并不对储能系统的内部结构做具体地限定，仅是以上述结构为例来对本发明的测试装置及方法进行说明。
如图5所示，本发明的储能系统内部导热能力的测试方法包括以下步骤：
首先，测量导热元件300的初始温度T初。具体来说，在进行储能系统内部导热能力的快速测试前，可将待检测储能系统置于进行导热能力快速测试时的环境温度24h以上，尽量保证待测储能系统与环境温度相一致，此时，环境温度即是导热元件300(也即铝制导热板)的初始温度T初。
其次，对冷却元件200均匀加热。具体来说，首先，可将用于给冷却元件200(也即冷却液室)进行均匀加热的PTC热敏电阻加热膜401放置于冷却元件200上方，并将压板402均匀压靠在PTC热敏电阻加热膜401的上方，用于确保加热过程中，冷却元件200受热均匀。然后，以预设的加热温度T预(高于导热元件300的初始温度T初)给水室加热，经过预设的加热时间t预(该时间段应保证各导热元件300的温度都有提升，但尚没有达到热均衡状态)后，停止加热。
接着，确定导热元件300的理论温度范围T理。具体来说，首先，在相同的温度条件(也即，相同的初始温度和加热温度)下，测量标准储能系统(即导热能力符合预定标准的储能系统)中的导热元件的实时温度值；然后，如图6所示，拟合标准储能系统中的导热元件随时间的温度变化曲线，即理论温度曲线L理；最后，参照预定的导热能力合格标准(一般规定比测量得到的标准储能系统中的导热元件的温度低2℃为合格，即导热能力较理想，满足设计要求)，根据理论温度曲线L理确定下限温度曲线L下。由此，导热元件300的理论温度范围T理即为处于理论温度曲线L理与下限温度曲线L下之间的温度范围。
然后，测量导热元件300的实际温度T实。具体来说，可利用表面温度测试仪403测量导热元件300上的两个测温点301、302处的实际温度T实1、T实2。其中，如图3所示，导热元件300上的两个测温点301、302位于导热元件300与冷却元件200接触部位303的两侧。
最后，将测量出的导热元件300的实际温度T实与确定出的导热元件300的理论温度范围T理进行比较，以判断储能系统内部导热能力是否符合要求(此处将T实与T理的比较，是通过嵌入在测试系统内部的程序自动完成，所需处理时间短，处理精度高)。具体来说，将测量出的导热元件300上的两个测温点301、302处的实际温度T实1、T实2分别与确定出的理论温度范围T理进行比较。若两个测温点301、302处的实际温度T实1、T实2均落入理论温度范围T理的范围内(如图6中所示的A区域)，则说明储能系统内部导热能力符合要求；若两个测温点301、302处的实际温度T实1、T实2有至少一个未落入理论温度范围T理的范围内(如图6中所示的B区域)，则说明储能系统内部导热能力不符合要求。
本发明的储能系统内部导热能力的测试方法打破了传统只能实现对简单的小体积物体整体导热能力的导热系数进行检测的限制，提供了一种适用于新能源车辆储能系统内部导热能力快速测试方法，该方法能够快速测量出新能源车辆储能系统内部导热能力，将该方法应用于生产线，可以快速、高效地判断出储能系统内部导热能力，提高锂离子电池组加工组装的合格率。
如图5所示，本发明的储能系统内部导热能力的测试装置包括：温度测量组件、加热组件、数据处理组件、显示组件。其中，温度测量组件用于测量导热元件300的初始温度和实际温度，可以为本领域中常用的温度测试装置，如图5中所示的表面温度测试仪403。
进一步，加热组件用于对冷却元件200进行加热处理，包括：PTC热敏电阻加热膜401，放置于冷却元件200上方，用于对冷却元件200进行加热处理；压板402，压靠在PTC热敏电阻加热膜401上方，用于确保加热过程中，冷却元件200受热均匀。
进一步，数据处理组件用于接收温度测量组件测量出的温度，根据导热元件300的初始温度和加热组件的加热条件确定导热元件300的理论温度范围，并对导热元件300的实际温度与理论温度范围进行比较以判断出储能系统内部导热能力是否符合要求。
进一步，显示组件与数据处理组件电性连接，用于显示测试结果。具体来说，如图5所示，应用表面温度测试仪403快速测量出的各导热元件300上的测温点的实际温度T实1、T实2会迅速在显示组件上显示出来，数据处理组件根据导热元件300的初始温度T初、加热温度T预以及加热时间t预会自动确定出在该条件下导热元件300上的两个测温点应处的理论温度范围T理。若测得的某导热元件300上的实际温度T实1、T实2均在确定出的理论温度范围T理内，则显示组件上对应该导热元件300的测温状态栏的绿灯便会亮，表明储能系统内部该导热元件300处的导热能力较好，满足设计要求；若测得的某导热元件300上的实际温度T实1、T实2中至少有一个不在确定出的理论温度范围T理内，则显示组件上对应该导热元件300的测温状态栏的红灯便会亮，并将该导热元件300上具体是哪一测温点处的温度不理想标识出来，表明储能系统内部该导热元件300处的导热能力欠佳，需要对该导热元件300作进一步调整。
本发明的储能系统内部导热能力的测试装置应用于电池组加工组装的生产线，可快速检测储能系统内部的导热能力，提高电池组的质量。且测试结果由计算机显示器快速清晰显示，检测人员对系统导热能力的测量结果判断简单。
此外，本发明的储能系统内部导热能力的测试装置中涉及到的表面温度测试仪操作简单方便，可在生产线的批量生产中应用，不仅不会影响生产效率，且可以极大提高锂离子电池组产品合格率；PTC热敏电阻加热膜可以对水室完成均匀加热，且可以实现对加热温度的准确时时控制。
以上借助具体实施例对本发明做了进一步描述，但是应该理解的是，这里具体的描述，不应理解为对本发明的实质和范围的限定，本领域内的普通技术人员在阅读本说明书后对上述实施例做出的各种修改，都属于本发明所保护的范围。

Claims (10)

1.一种储能系统内部导热能力的测试方法，储能系统包括储能元件(100)、冷却元件(200)、以及设置在储能元件(100)和冷却元件(200)之间的导热元件(300)，其特征在于，包括以下步骤：
测量导热元件(300)的初始温度(T初)；
对冷却元件(200)进行加热；
根据导热元件(300)的初始温度和加热条件，确定导热元件(300)的理论温度范围(T理)；
测量导热元件(300)的实际温度(T实)；
通过判断测量出的导热元件(300)的实际温度(T实)是否落入确定出的导热元件(300)的理论温度范围(T理)内，以确定储能系统内部导热能力是否符合要求。
2.根据权利要求1所述的储能系统内部导热能力的测试方法，其特征在于，将待测储能系统置于测试环境中24小时以上，使待测储能系统温度与测试环境温度保持一致，测试环境温度便是初始温度(T初)。
3.根据权利要求1所述的储能系统内部导热能力的测试方法，其特征在于，
冷却元件(200)的加热过程是在预设的加热温度(T预)和预设的加热时间(t预)下进行；
在相同的初始温度和加热条件下，测量标准储能系统中的导热元件的实时温度值，并拟合标准储能系统中的导热元件随时间变化的理论温度曲线(L理)，参照预定的导热能力合格标准和拟合出的理论温度曲线(L理)确定下限温度曲线(L下)，处于理论温度曲线(L理)与下限温度曲线(L下)之间的温度范围为导热元件(300)的理论温度范围(T理)。
4.根据权利要求3所述的储能系统内部导热能力的测试方法，其特征在于，通过PTC热敏电阻加热膜(401)对冷却元件(200)进行加热。
5.根据权利要求1所述的储能系统内部导热能力的测试方法，其特征在于，
利用表面温度测试仪(403)测量导热元件(300)上的测温点处的实际温度(T实)；
将测量出的导热元件(300)上的测温点处的实际温度(T实)与确定出的理论温度范围(T理)进行比较，若测温点处的实际温度(T实)落入理论温度范围(T理)的范围内，则说明储能系统内部导热能力符合要求；若测温点处的实际温度(T实)未落入理论温度范围(T理)的范围内，则说明储能系统内部导热能力不符合要求。
6.根据权利要求5所述的储能系统内部导热能力的测试方法，其特征在于，
导热元件(300)上有两个测温点(301，302)，利用表面温度测试仪(403)测量导热元件(300)上的两个测温点(301，302)处的实际温度(T实1，T实2)，两个测温点(301，302)分别位于导热元件(300)与冷却元件(200)接触部位(303)的两侧；
将测量出的导热元件(300)上的两个测温点(301，302)处的实际温度(T实1，T实2)分别与确定出的理论温度范围(T理)进行比较，若两个测温点(301，302)处的实际温度(T实1，T实2)均落入理论温度范围(T理)的范围内，则说明储能系统内部导热能力符合要求；若两个测温点(301，302)处的实际温度(T实1，T实2)有至少一个未落入理论温度范围(T理)的范围内，则说明储能系统内部导热能力不符合要求。
7.根据权利要求1所述的储能系统内部导热能力的测试方法，其特征在于，储能元件(100)为锂电池，冷却元件(200)为冷却液室，导热元件(300)为铝制导热板。
8.一种储能系统内部导热能力的测试装置，储能系统包括储能元件(100)、冷却元件(200)、以及设置储能元件(100)和冷却元件(200)之间的导热元件(300)，其特征在于，包括：
温度测量组件，用于测量导热元件(300)的初始温度和实际温度；
加热组件，用于对冷却元件(200)进行加热处理；
数据处理组件，用于接收温度测量组件测量出的温度、根据导热元件(300)的初始温度和加热组件的加热条件确定导热元件(300)的理论温度范围、对导热元件(300)的实际温度与理论温度范围进行比较以判断出储能系统内部导热能力是否符合要求。
9.根据权利要求8所述的储能系统内部导热能力的测试装置，其特征在于，加热组件包括：
PTC热敏电阻加热膜(401)，放置于冷却元件(200)上方，用于对冷却元件(200)进行加热处理；
压板(402)，压靠在PTC热敏电阻加热膜(401)上方，用于确保加热过程中，冷却元件(200)受热均匀。
10.根据权利要求8所述的储能系统内部导热能力的测试装置，其特征在于，还包括显示组件，与数据处理组件电性连接，用于显示测试结果。
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Date Code Title Description
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Denomination of invention: Testing device and method of heat-transfer capability inside energy storage system

Effective date of registration: 20190513

Granted publication date: 20180515

Pledgee: Suzhou Trust Co., Ltd.

Pledgor: BEIJING CHANGCHENG HUAGUAN AUTOMOBILE TECHNOLOGY CO., LTD.

Registration number: 2019990000418

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