CN110854455B - 一种测量复合相变材料对电池充放电影响的装置及其测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了测量复合相变材料对电池充放电影响的装置，属于相变材料技术领域，包括温度测量部、蓄电池及与蓄电池连接的电压测量部，蓄电池与所述复合相变材料相互接触，温度测量部包括在蓄电池和复合相变材料相互接触的地方安装的热电偶及与热电偶电性连接的测温仪，电压测量部包括蓄电池和电压巡检仪串联形成的干路及两个并联的支路，两个并联支路分别为利用导线与电压巡检仪和电源连接构成的充电支路及利用分导线与电压巡检仪和用电器连接构成的放电支路。该装置能够测量复合相变材料的温度变化对电池充放电的影响，具有结构简单、成本低及实用性强等优点。

Description

一种测量复合相变材料对电池充放电影响的装置及其测量 方法

技术领域

本发明属于相变材料技术领域，涉及一种测量复合相变材料对电池充放电影响的装置及其测量方法。

背景技术

当前，新能源汽车动力电池储能化应用成为研究热点，重点加快纯电动汽车、插电式混合动力汽车和节能汽车发展，同时积极推动燃料电池汽车、智能网联汽车的开发生产是亟待解决的问题。然而，电池堆在实际运行中充放电引起温度不均衡导致电池失效严重影响了电动汽车的储能及其商业化进程。因此，包含散热或冷却单元的电池热管理系统是电动汽车和混合动力汽车电池商业化的关键技术之一。

近年来，相变储能调温材料已广泛的应用于航空航天、太阳能利用、纺织、采暖和空调、建筑物隔热保温等诸多领域。然而，采用相变材料冷却电池管理系统的研究刚刚兴起，石蜡由于具有相变温度接近电池最佳工作温度、较高单位质量相变潜热和低廉的成本，成为理想的电池冷却用相变材料，但是其具有热导率低的缺点。现有研究多在石蜡中添加高热导率铜粉或铝粉来提高复合相变材料的综合性能，由于铜铝密度大，容易在石蜡溶液中团聚和沉积，常需添加增强剂和定型剂，使得复合相变材料制备工艺复杂，蓄热性能和散热能力下降，制约了复合相变材料的大规模应用。有研究表明，镁和镁合金具有优良的力学性能和导热性能、质轻、强度和刚度高，已逐渐成为电子产品中的散热原件，然而，镁粉或镁合金在石蜡相变材料中的应用却鲜有研究。

目前，测量复合相变材料对充放电影响的装置多为蓄电池智能充放电仪器，检测参数为蓄电池内阻和容量，很少有检测蓄电池表面温度对充放电过程中蓄电池电流和电压影响的实验装置，然而，在蓄电池正常工作中，电流和电压的稳定性直接影响用电设备的工作性能，因此，有必要开展并设计用于检测相变材料对蓄电池充放电性能的影响的研究工作和实验装置。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种测量复合相变材料对电池充放电影响的装置及其测量方法，来解决现有的复合相变材料在温度变化过程中对电池充放电的影响鲜有测量的技术问题。。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

本发明公开了一种测量复合相变材料对电池充放电影响的装置，包括温度测量部、蓄电池及与蓄电池连接的电压测量部，所述蓄电池与复合相变材料相互接触，

所述温度测量部包括热电偶及与热电偶电性连接的测温仪，热电偶安装于蓄电池和复合相变材料相互接触的部位；

所述电压测量部包括与蓄电池电性连接的电压巡检仪，以及分别与电压巡检仪串联的电源和用电器，电源和用电器并联；

蓄电池通过电压巡检仪和电源连接构成充电回路，蓄电池通过电压巡检仪和用电器连接构成放电回路，蓄电池与电压巡检仪串联的干路上设置有开关I，充电回路上设置有与电源串联的开关II，放电回路上设置有与用电器串联的开关III。

优选地，所述电压巡检仪和电源之间的充电回路上串联有通路计时器I，所述电压巡检仪和用电器之间的放电回路上串联有通路计时器II。

优选地，所述蓄电池设置有多个且与多个复合相变材料相间排列，每个蓄电池能够通过多条导线与电压巡检仪进行连接以形成多个闭合回路，用于测量不同的复合相变材料。

优选地，所述蓄电池采用板式锂电池或铅酸蓄电池，每个蓄电池的规格相同。

优选地，所述热电偶设置有若干个，且所有热电偶均电性连接在同一个测温仪上。

进一步优选地，所述测温仪为多通道测温仪。

进一步优选地，热电偶采用铂铑合金热敏电阻，探头直径为0.5mm。

本发明还公开了利用上述的测量复合相变材料对电池充放电影响的装置进行电池充放电影响的测量方法，包括如下步骤：

S1：打开开关III，合上开关I和开关II为蓄电池通电，此时蓄电池处于充电状态，电压巡检仪开始记录蓄电池在充电过程中的电压变化曲线；

设置在复合相变材料和蓄电池之间的热电偶感应到蓄电池在充电过程中的温度变化并将信号传输给测温仪，从测温仪上读出蓄电池在充电过程中的温度变化，绘制温度变化曲线；

S2：充电结束后，打开开关II，合上开关I和开关III为用电器放电，此时蓄电池处于放电状态，电压巡检仪开始记录蓄电池在放电过程中的电压变化曲线；

设置在复合相变材料和蓄电池之间的热电偶感应到蓄电池在放电过程中的温度变化并将信号传输给测温仪，从测温仪上读出蓄电池在放电过程中的温度变化，绘制温度变化曲线。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明公开的一种测量复合相变材料对电池充放电影响的装置，该装置通过热电偶及测温仪测量复合相变材料的温度变化，通过蓄电池连接的电压巡检仪、电源及用电器测量复合相变材料在电池充放电过程的电压变化，通过分别控制两个闭合回路实现电池充放电过程的自由控制，便于随时分开测量复合相变材料对电池充电过程和放电过程的影响，该装置具有成本低、结构精巧、节能环保、测量方便等优点。

进一步地，通过设置通路计时器便于记录蓄电池充电和放电的时间，从而记录蓄电池进行一次热循环所需要的时间，有助于高效测量复合相变材料对电池充放电的影响。

进一步地，通过设置多个蓄电池及多通道测温仪，可以测量多种复合相变材料在电池充放电过程中的热稳定性能，通过安装铂铑合金热敏电阻，对复合相变材料的温度响应更灵敏，进而能够提高装置的灵敏度和实用性。

本发明公开的测量复合相变材料对电池充放电影响的方法，基于上述装置完成，测量过程操作简单：通过分别控制充电回路和放电回路的开关，电压巡检仪开始记录蓄电池分别在充电过程和放电过程中的电压变化曲线，设置在复合相变材料和蓄电池之间的热电偶分别感应到蓄电池在充电过程和放电过程中的温度变化并将信号传输给测温仪，从测温仪上读出蓄电池分别在充电过程中和放电过程的温度变化曲线，从而可以准确测量复合相变材料在温度变化过程中对电池充放电的影响。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

其中：1-复合相变成材料；2-蓄电池；3-导线；4-分导线；5-电压巡检仪；6-通路计时器I；7-开关I；8-通路计时器II；9-电源；10-热电偶；11-测温仪；12-开关II；13-开关III；14-用电器。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

下面结合附图对本发明做进一步详细描述：

由图1所示的测量复合相变材料对电池充放电影响的装置，包括温度测量部、蓄电池2及与蓄电池2连接的电压测量部，所述蓄电池2与复合相变材料相互接触，所述温度测量部包括在蓄电池2和复合相变材料相互接触的部位安装的热电偶10及与热电偶10电性连接的测温仪11；所述电压测量部包括与蓄电池2电性连接的电压巡检仪5、分别与电压巡检仪5串联的电源9和用电器14，电源9和用电器14并联，蓄电池2通过电压巡检仪5和电源9连接构成充电回路，充电回路利用导线3连接，蓄电池2通过电压巡检仪5和用电器14连接构成放电回路，放电回路利用分导线4连接，蓄电池2与电压巡检仪5串联的干路上设置有开关I7，充电回路上设置有与电源9串联的开关II12，放电回路上设置有与用电器14串联的开关III13；所述电压巡检仪5和电源9之间的充电支路上串联有通路计时器I6，所述电压巡检仪5和用电器14之间的放电支路上串联有通路计时器II8；所述蓄电池2设置有多个且与多个复合相变材料相间排列，每个蓄电池分别用多个导线与电压巡检仪5进行连接以形成多个闭合回路，用于测量不同的复合相变材料；所述热电偶10设置有多个，且多个热电偶10电性连接在同一个测温仪11上。

测量复合相变材料对电池充放电影响的装置，蓄电池2可以选择板式锂电池、铅酸蓄电池等，尺寸规格要相同，工作电压在12v左右。

通路计时器I6和通路计时器II8可分别记录充电和放电的时间，一次充放电时间为二者时间的加和，也就是蓄电池2的一次热循环所需要的时间。

电压巡检仪5可以采用是德科技的Agilent34970A。

测温仪11可以采用多种规格的多路通道测量仪。

热电阻10可以采用PT100铂铑合金热敏电阻，探头0.5mm。

利用本发明装置测量复合相变材料对电池充放电影响的方法，包括如下步骤：

S1：打开开关III13，合上开关I7和开关II12为蓄电池2通电，此时蓄电池2处于充电状态，电压巡检仪5开始记录蓄电池2在充电过程中的电压变化曲线，

设置在复合相变材料和蓄电池2之间的热电偶10感应到蓄电池2在充电过程中的温度变化并将信号传输给测温仪11，从测温仪11上读出蓄电池2在充电过程中的温度变化曲线；

S2：充电结束后，打开开关II12，合上开关I7和开关III13为用电器14放电，此时蓄电池2处于放电状态，电压巡检仪5开始记录蓄电池2在放电过程中的电压变化曲线，

设置在复合相变材料和蓄电池2之间的热电偶10感应到蓄电池2在放电过程中的温度变化并将信号传输给测温仪11，从测温仪11上读出蓄电池2在放电过程中的温度变化曲线。

本发明所述的复合相变材料可以选择纳米铜粉/石蜡复合相变材料、纳米铝粉/石蜡复合相变材料、纳米镁粉/石蜡复合相变材料，其中复合相变材料中的纳米铝粉、纳米铜粉、纳米镁粉的质量分数可以在0.1％～0.5％之间取值，这些相变材料的导热系数会比纯石蜡提高13％～50％，导热系数在0.22～0.35W/(m·℃)。

以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种测量复合相变材料对电池充放电影响的装置，其特征在于：包括温度测量部、蓄电池(2)及与蓄电池(2)连接的电压测量部，所述蓄电池(2)与复合相变材料相互接触；

所述温度测量部包括热电偶(10)及与热电偶(10)电性连接的测温仪(11)，热电偶(10)安装于蓄电池(2)和复合相变材料相互接触的部位；

所述电压测量部包括与蓄电池(2)电性连接的电压巡检仪(5)，以及分别与电压巡检仪(5)串联的电源(9)和用电器(14)，电源(9)和用电器(14)并联；

蓄电池(2)通过电压巡检仪(5)和电源(9)连接构成充电回路，蓄电池(2)通过电压巡检仪(5)和用电器(14)连接构成放电回路，蓄电池(2)与电压巡检仪(5)串联的干路上设置有开关I(7)，充电回路上设置有与电源(9)串联的开关II(12)，放电回路上设置有与用电器(14)串联的开关III(13)；所述电压巡检仪(5)和电源(9)之间的充电回路上串联有通路计时器I(6)，所述电压巡检仪(5)和用电器(14)之间的放电回路上串联有通路计时器II(8)；

所述蓄电池(2)设置有多个且与多个复合相变材料相间排列，每个蓄电池能够通过多条导线与电压巡检仪(5)进行连接以形成多个闭合回路，用于测量不同的复合相变材料；

所述热电偶(10)设置有若干个，且所有热电偶(10)均电性连接在同一个测温仪(11)上。

2.如权利要求1所述的测量复合相变材料对电池充放电影响的装置，其特征在于：所述蓄电池(2)采用板式锂电池或铅酸蓄电池，每个蓄电池的规格相同。

3.如权利要求1所述的测量复合相变材料对电池充放电影响的装置，其特征在于：所述测温仪(11)为多通道测温仪。

4.如权利要求1所述的测量复合相变材料对电池充放电影响的装置，其特征在于：热电偶(10)采用铂铑合金热敏电阻，探头直径为0.5mm。

5.利用权利要求1～4中任意一项所述的测量复合相变材料对电池充放电影响的装置进行电池充放电影响的测量方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1：打开开关III(13)，合上开关I(7)和开关II(12)为蓄电池(2)通电，此时蓄电池(2)处于充电状态，电压巡检仪(5)开始记录蓄电池(2)在充电过程中的电压变化曲线；

设置在复合相变材料和蓄电池(2)之间的热电偶(10)感应到蓄电池(2)在充电过程中的温度变化并将信号传输给测温仪(11)，从测温仪(11)上读出蓄电池(2)在充电过程中的温度变化，绘制温度变化曲线；

S2：充电结束后，打开开关II(12)，合上开关I(7)和开关III(13)为用电器(14)放电，此时蓄电池(2)处于放电状态，电压巡检仪(5)开始记录蓄电池(2)在放电过程中的电压变化曲线；

设置在复合相变材料和蓄电池(2)之间的热电偶(10)感应到蓄电池(2)在放电过程中的温度变化并将信号传输给测温仪(11)，从测温仪(11)上读出蓄电池(2)在放电过程中的温度变化，绘制温度变化曲线。

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