CN108011142B - 一种测量电芯或模组的传热系数的装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种测量电芯或模组的传热系数的装置，包括：推进螺杆、相对布置的第一支撑板、第二支撑板，以及压力推板、受力挡板，其中：压力推板位于第一支撑板靠近第二支撑板的一侧，压力推板的一侧设有加热水冷板；加热水冷板的一侧设有第一温度传感器；受力挡板位于压力推板靠近第二支撑板的一侧，受力挡板与第二支撑板之间设有压力传感器，受力挡板远离第二支撑板的一侧设有散热水冷板；散热水冷板远离受力挡板的一侧设有第二温度传感器，散热水冷板的进水口和出水口处分别安装有第三温度传感器、第四温度传感器；推进螺杆的一端穿过第一支撑板与压力推板转动连接。本发明结构简单，测量传热系数简单有效，且测试的传热系数误差小。

Description

一种测量电芯或模组的传热系数的装置

技术领域

本发明涉及电池生产制造技术领域，尤其涉及一种测量电芯或模组的传热系数的装置。

背景技术

当今社会，发展了一百多年的汽车产业正面临来自环境、能源、交通等压力，汽车产业开始由燃油汽车向电动汽车的方向发展，而新能源汽车领域中，新能源动力电池是重中之重，对于我国在汽车领域的未来发展有着决定性的作用的，是实现弯道超车的重要一环。特别是近期欧洲一些国家相继制定了燃油车退出市场的时间表，相信中国也会紧随其后很快制定出类似的政策。

由于汽车动力电池的输出是高电压大电流，电池包整体的发热量很大，其发热包含电阻热和化学热，需要制定一套热管理系统，而对于电芯或模组的传热系数的确定对其热方针结果极为重要。目前实验室中对电芯或模组，特别是尺寸相对较大的模组的传热系数的测量相对困难。

发明内容

基于上述背景技术存在的技术问题，本发明提出一种测量电芯或模组的传热系数的装置。

本发明提出了一种测量电芯或模组的传热系数的装置，包括：推进螺杆、相对布置的第一支撑板、第二支撑板和布置在第一支撑板和第二支撑板之间的压力推板、受力挡板，其中：

压力推板位于第一支撑板靠近第二支撑板的一侧，压力推板远离第一支撑板的一侧设有与其固定连接的加热水冷板；加热水冷板具有进水口和出水口，加热水冷板远离压力推板的一侧设有与其固定的第一温度传感器；

受力挡板位于压力推板靠近第二支撑板的一侧，受力挡板与第二支撑板之间设有压力传感器，受力挡板远离第二支撑板的一侧设有与其固定连接的散热水冷板；散热水冷板具有进水口和出水口，散热水冷板远离受力挡板的一侧设有与其固定的第二温度传感器，散热水冷板的进水口、出水口分别位于压力推板与受力挡板之间连线的两侧，散热水冷板的进水口和出水口处分别安装有第三温度传感器、第四温度传感器；

推进螺杆位于第一支撑板远离第二支撑板的一侧，且推进螺杆的一端穿过第一支撑板与压力推板转动连接，推进螺杆与第一支撑板螺纹连接。

优选地，加热水冷板与压力推板之间设有连接二者的绝热材料层。

优选地，散热水冷板与受力挡板之间设有连接二者的绝热材料层。

优选地，绝热材料层由刚性材料制作而成。

优选地，第一支撑板、第二支撑板之间且位于压力推板和受力挡板的下方设有由弹性材料制作而成的绝热保温材料垫。

优选地，绝热保温材料垫由气凝胶制作而成。

优选地，加热水冷板内部设有多条由其进水口向其出水方向延伸并分别连通其进水口和出水口的流道，各流道上下布置并相互平行。

优选地，散热水冷板内部设有多条由其进水口向其出水方向延伸并分别连通其进水口和出水口的流道，各流道上下布置并相互平行。

优选地，散热水冷板内部流道的横截面积小于加热水冷板内部流道的横截面积。

本发明中，通过对推进螺杆、第一支撑板、第二支撑板、以及压力推板、受力挡板的安装结构进行设置，使旋转推进螺杆时，可以推动压力推板向受力挡板方向移动，并利用压力传感器测量放置在压力推板和受力挡板之间电芯模组所承受的压力；通过在压力推板设置加热水冷板，在压力挡板上设置散热水冷板，在散热水冷板、散热水冷板相互靠近的一侧分别设置第一温度传感器、第二温度传感器，在散热水冷板进水口和出水口处分别安装第三温度传感器和第四温度传感器，以利用第一温度传感器、第二温度传感器的测量值计算出在一定的单位时间内电芯或由电芯构成的模组两端之间温度差值，利用第三温度传感器、第四温度传感器的测量值计算出在一定的单位时间电芯或由电芯构成的模组两侧之间的温度差值；通过计算出的温度差值计算出电芯或由其构成的模组模组的传热系数。

综上所述，本发明提出的一种测量电芯或模组的传热系数的装置，采用稳态法测量传热系数，测量在电芯或模组在一个方向上的传热系数，该装置的结构简单，测量传热系数简单有效，为体积较大的模组的传热系数的测量提供的较好的解决方案，且利用推进螺杆与压力推板配合在电芯或模块的一端施加指定压力，并利用受力挡板与第二支撑板之间的压力传感器对施加的压力值进行实时监测，以使电芯或模组所受的压力值处于整车实际压力状态，从而使得测试的传热系数误差更小，更接近实际。

附图说明

图1为本发明提出的一种测量电芯或模组的传热系数的装置的结构示意图。

具体实施方式

下面，通过具体实施例对本发明的技术方案进行详细说明。

如图1所示，图1为本发明提出的一种测量电芯或模组的传热系数的装置的结构示意图。

参照图1，本发明实施例提出的一种测量电芯或模组的传热系数的装置，包括：推进螺杆1、相对布置的第一支撑板2、第二支撑板3和布置在第一支撑板2和第二支撑板3之间的压力推板4、受力挡板5，其中：

压力推板4位于第一支撑板2靠近第二支撑板3的一侧，压力推板4远离第一支撑板2的一侧设有与其固定连接的加热水冷板6；加热水冷板6具有进水口和出水口，加热水冷板6远离压力推板4的一侧设有与其固定的第一温度传感器。受力挡板5位于压力推板4靠近第二支撑板3的一侧，受力挡板5与第二支撑板3之间设有压力传感器9，受力挡板5远离第二支撑板3的一侧设有与其固定连接的散热水冷板8；散热水冷板8具有进水口和出水口，散热水冷板8远离受力挡板5的一侧设有与其固定的第二温度传感器，散热水冷板8的进水口、出水口分别位于压力推板4与受力挡板5之间连线的两侧，散热水冷板8的进水口和出水口处分别安装有第三温度传感器10、第四温度传感器11。推进螺杆1位于第一支撑板2远离第二支撑板3的一侧，且推进螺杆1的一端穿过第一支撑板2与压力推板4转动连接，推进螺杆1与第一支撑板2螺纹连接。

本发明是这样工作的：测试前，预先将待测量的电芯或由电芯构成的模块(以下统称待测量工件R)放置在压力推板4、受力挡板5之间，并使该待测量工件R的两端分别与加热水冷板6、散热水冷板8贴靠，然后通过旋转推进螺杆1推动压力推板4移动使该待测量工件R的两端分别与加热水冷板6、散热水冷板8贴靠，并在贴靠后继续旋转推进螺杆1以向该测量工件进行施加压力制作压力值达到预定值；测试时，向加热水冷板6中通入高温(温度不超过电芯正常使用的温度上限)且比热容较大的液体，向散热水冷板8内通入低温且热容较小的液体；以利用加热冷水板6内的高温介质对夹持在加热冷水板6与散热水冷板8之间的电芯进行加热，利用散热水冷板8对该电芯进行散热；当测试进行到第一温度传感器、第二温度传感器、以及第三温度传感器10、第四温度传感器11的测量值都达到稳定值(即进入了稳态)时，根据第一温度传感器、第二温度传感器、以及第三温度传感器10、第四温度传感器11所测量的温度值以及待测量工件R与加热水冷板6和散热水冷板8的接触面积和待测量工件R在加热水冷板6向散热水冷板8方向上的长度，计算出该待测量工件R的传热系数，其具体计算方式如下：

热水冷板8带走的热量：

ΔQ₁＝Cθρ(T_out-T_in) (1)

通过待测量工件R一维方向垂直面的热量：

ΔQ₁＝ΔQ₂ (3)

可获得：

公式中A为待测量工件R与散热水冷板8的接触面面积，L为待测量工件R在加热水冷板6向散热水冷板8方向上的长度，T₁、T₂、T_in、T_out分别为第一温度传感器、第二温度传感器、第三温度传感器10、第四温度传感器11在稳态下的温度，ρ为散热水冷板8内液体的密度，θ为散热水冷板8内液体的流量，C为为散热水冷板8内液体的比热容。

选取稳态时间段的多组数据，求得多个传热系数，求得平均值可以获得更为准确的值。

由上可知，本发明通过对推进螺杆1、第一支撑板2、第二支撑板3、以及压力推板4、受力挡板5的安装结构进行设置，使旋转推进螺杆1时，可以推动压力推板4向受力挡板5方向移动，并利用压力传感器9测量放置在压力推板4和受力挡板5之间电芯模组所承受的压力；通过在压力推板4设置加热水冷板6，在受力挡板上设置散热水冷板8，在加热水冷板6、散热水冷板8相互靠近的一侧分别设置第一温度传感器、第二温度传感器，在散热水冷板8进水口和出水口处分别安装第三温度传感器10和第四温度传感器11，以利用第一温度传感器、第二温度传感器的测量值计算出在一定的单位时间内电芯或由电芯构成的模组两端之间温度差值，利用第三温度传感器10、第四温度传感器11的测量值计算出在一定的单位时间电芯或由电芯构成的模组两侧之间的温度差值；通过计算出的温度差值计算出电芯或由其构成的模组模组的传热系数。

此外，本实施例中，加热水冷板6与压力推板4之间以及散热水冷板8与受力挡板5之间均设有连接二者的绝热材料层12，以使加热水冷板6和散热水冷板8处的热量全部作用到待测量工件R上，以进一步提高测量的精准性。且本实施例中，绝热材料层12由刚性材料制作而成，以避免推力螺杆1在旋转过程。

本实施例中，第一支撑板2、第二支撑板3之间且位于压力推板4和受力挡板5的下方设有由气凝胶制作而成的绝热保温材料垫7，以利用绝热保温材料垫7对处于加热水冷板6和散热水冷板8之间的待测量工件R进行包裹，以使待测量工件R处所接触的热量仅有加热水冷板6的导入热量和散热水冷板8导出热量，避免外界热量的导入或内部热量的散失。

本实施例中，加热水冷板6和散热水冷板8的内部均设有多条由其进水口向其出水方向延伸并分别连通其进水口和出水口的流道，各流道上下布置并相互平行，以使加热水冷板6、散热水冷板8在水流方向的垂直面上各处的水温相等，以进一步提高其进、出水口温度测量的精确性。且本实施例中，散热水冷板8内部流道的横截面积小于加热水冷板6内部流道的横截面积，以增大散热水冷板8进、出口处的温差。

与现有计算相比，本发明具有以下优势：

1、利用推进螺杆1与压力推板4配合在电芯或模块的一端施加指定压力，并利用受力挡板5与第二支撑板3之间的压力传感器9对施加的压力值进行实时监测，以使电芯或模组所受的压力值处于整车实际压力状态，从而使得测试的传热系数更接近实际；

2、本发明仅需要测量待测量工件R与压力推板4、受力挡板5的接触面面积、待测物工件长度、以及待测量工件R与压力推板4、受力挡板5接触面的温度和散热水冷板8进水口、出水口温度即可，测量传热系数简单有效；

3、本发明采用稳态法测量热阻，在稳态时间段上可以选取多组数据，计算传热系数，使误差更小；

4、本发明可以解决较大尺寸的模组的传热系数测量问题，为体积较大的模组的传热系数的测量提供的较好的解决方案；

5、本发明测得的传热系数可以为热管理仿真提供支撑，使仿真结果更加真实有效。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种测量电芯或模组的传热系数的装置，其特征在于，包括：推进螺杆(1)、相对布置的第一支撑板(2)、第二支撑板(3)和布置在第一支撑板(2)和第二支撑板(3)之间的压力推板(4)、受力挡板(5)，其中：

压力推板(4)位于第一支撑板(2)靠近第二支撑板(3)的一侧，压力推板(4)远离第一支撑板(2)的一侧设有与其固定连接的加热水冷板(6)；加热水冷板(6)具有进水口和出水口，加热水冷板(6)远离压力推板(4)的一侧设有与其固定的第一温度传感器；

受力挡板(5)位于压力推板(4)靠近第二支撑板(3)的一侧，受力挡板(5)与第二支撑板(3)之间设有压力传感器(9)，受力挡板(5)远离第二支撑板(3)的一侧设有与其固定连接的散热水冷板(8)；散热水冷板(8)具有进水口和出水口，散热水冷板(8)远离受力挡板(5)的一侧设有与其固定的第二温度传感器，散热水冷板(8)的进水口、出水口分别位于压力推板(4)与受力挡板(5)之间连线的两侧，散热水冷板(8)的进水口和出水口处分别安装有第三温度传感器(10)、第四温度传感器(11)；

推进螺杆(1)位于第一支撑板(2)远离第二支撑板(3)的一侧，且推进螺杆(1)的一端穿过第一支撑板(2)与压力推板(4)转动连接，推进螺杆(1)与第一支撑板(2)螺纹连接。

2.根据权利要求1所述的测量电芯或模组的传热系数的装置，其特征在于，加热水冷板(6)与压力推板(4)之间设有连接二者的绝热材料层(12)。

3.根据权利要求1所述的测量电芯或模组的传热系数的装置，其特征在于，散热水冷板(8)与受力挡板(5)之间设有连接二者的绝热材料层(12)。

4.根据权利要求2或3所述的测量电芯或模组的传热系数的装置，其特征在于，绝热材料层(12)由刚性材料制作而成。

5.根据权利要求1所述的测量电芯或模组的传热系数的装置，其特征在于，第一支撑板(2)、第二支撑板(3)之间且位于压力推板(4)和受力挡板(5)的下方设有由弹性材料制作而成的绝热保温材料垫(7)。

6.根据权利要求5所述的测量电芯或模组的传热系数的装置，其特征在于，绝热保温材料垫(7)由气凝胶制作而成。

7.根据权利要求1所述的测量电芯或模组的传热系数的装置，其特征在于，加热水冷板(6)内部设有多条由其进水口向其出水方向延伸并分别连通其进水口和出水口的流道，各流道上下布置并相互平行。

8.根据权利要求7所述的测量电芯或模组的传热系数的装置，其特征在于，散热水冷板(8)内部设有多条由其进水口向其出水方向延伸并分别连通其进水口和出水口的流道，各流道上下布置并相互平行。

9.根据权利要求8所述的测量电芯或模组的传热系数的装置，其特征在于，散热水冷板(8)内部流道的横截面积小于加热水冷板(6)内部流道的横截面积。