CN114484927A - 一种电池原位测试辅助装置及电池原位测试系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及电池原位测试技术领域，公开了一种电池原位测试辅助装置及电池原位测试系统，电池原位测试辅助装置包括弹性件、壳体，壳体的右侧设有开口，开口处可拆连接有盖体，壳体内从左至右依次设有第一半导体制冷片、待测电池、第二半导体制冷片；弹性件使得第一半导体制冷片、待测电池、第二半导体制冷片依次抵接，第一半导体制冷片和第二半导体制冷片的热量传导至待测电池的两极，能向待测电池提供低于‑25℃的超低温环境；壳体的左侧壁、第一半导体制冷片、第二半导体制冷片、弹性件和盖体均同轴设有透光孔，各透光孔的轴线均布置在待测电池的中部；使用时，将透光孔与光谱测试仪的光路对齐，即可对待测电池进行原位测试。
Description
技术领域
本发明涉及电池原位测试技术领域，特别是涉及一种电池原位测试辅助装置及电池原位测试系统。
背景技术
随着全球能源需求的增加和化石燃料的快速消耗，可持续能源的开发和相应的电化学储能或转换技术在近年来发展迅猛。在二次金属电池和超级电容器等能源转化与储存技术的核心部件中，电池的电解质和电极材料及其界面结构是影响电池整体性能的关键步骤，同时也是技术改进和创新的重要切入点。
目前，对电解质和电极材料在充放电过程中的结构演变需要使用光谱测试仪器，测试时，通过电池原位测试辅助装置将待测电池放置在光谱测试仪的光源和探测器之间，光源发出的入射光线穿过电池的电极或电解质后转变为出射光线，出射光线照射至探测器上，通过对出射光线的特性分析，来实现对电解质和电极材料在充放电过程中的结构演变的分析。
申请公布号为CN113008886A的中国发明专利公开了一种适用于锂电池高低温原位观测的装置，其通过在电池原位测试辅助装置中设置铜管，向铜管中通入热交换介质实现了对待测电池提供-25℃至50℃温度区间的环境温度，然而，其无法向待测电池提供低于-25℃的超低温环境温度。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：现有的电池原位测试辅助装置无法向待测电池提供低于-25℃的超低温环境温度。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种电池原位测试辅助装置，包括弹性件、壳体，所述壳体的右侧设有开口，所述开口处可拆连接有盖体，所述壳体内从左至右依次贴合设有第一半导体制冷片、待测电池、第二半导体制冷片；所述弹性件设置在所述壳体的左侧壁与所述第一半导体制冷片之间和/或所述第二半导体制冷片与所述盖体之间；
所述壳体的左侧壁、所述第一半导体制冷片、所述第二半导体制冷片、所述弹性件和所述盖体均同轴设有第一透光孔，各所述第一透光孔的轴线延伸对应在所述待测电池的中部。
作为优选方案，所述电池原位测试辅助装置还包括电源、控制器、第一导冷片、第二导冷片、与所述第一导冷片连接的第一温度检测件、与所述第二导冷片连接的第二温度检测件；
所述第一导冷片布置在所述第一半导体制冷片与所述待测电池之间，所述第二导冷片布置在所述第二半导体制冷片与所述待测电池之间，所述第一导冷片和所述第二导冷片的中部均设有与所述第一透光孔同轴布置的第二透光孔；
所述第一半导体制冷片和所述第二半导体制冷片均与所述电源电连接；所述第一温度检测件、所述第二温度检测件、所述第一半导体制冷片、所述第二半导体制冷片和所述电源均与所述控制器电连接。
作为优选方案，所述第一导冷片的左侧设有第一凹槽，所述第一半导体制冷片的右侧插设在所述第一凹槽中；所述第二导冷片的右侧设有第二凹槽，所述第二半导体制冷片的左侧插设在所述第二凹槽中。
作为优选方案，所述第一导冷片与所述待测电池相对的一侧和/或所述第二导冷片与所述待测电池相对的一侧连接有电池固定框，所述待测电池的端部插设在所述电池固定框中。
作为优选方案，所述电池原位测试辅助装置还包括电化学工作站，所述第一导冷片和所述第二导冷片均与所述电化学工作站连接。
作为优选方案，所述电池原位测试辅助装置还包括泵体、水箱、第一散热块、第二散热块；所述第一散热块、所述第一半导体制冷片、所述待测电池、所述第二半导体制冷片、所述第二散热块和所述弹性件从左至右依次布置；
所述第一散热块内设有第一循环水流道，所述第二散热块内均设有第二循环水流道；所述泵体、所述第一循环水流道、所述第二循环水流道和所述水箱之间通过管道依次连通；所述第一散热块和所述第二散热块的中部均设有与所述第一透光孔同轴布置的第三透光孔。
作为优选方案，所述第一散热块和所述第二散热块均为铜块，
作为优选方案，所述弹性件为弹性泡沫板。
作为优选方案，各所述透光孔均为圆孔，各所述透光孔的直径均大于等于1mm且小于等于5mm。
一种电池原位测试系统，包括上述的电池原位测试辅助装置，所述电池原位测试系统还包括光谱测试仪；
所述光谱测试仪设有光源和探测器，所述电池原位测试辅助装置设置在所述光源与所述探测器之间，各所述透光孔的轴线均与所述光源的光路重合布置。
本发明的一种电池原位测试辅助装置与现有技术相比，其有益效果在于：
本发明实施例的电池原位测试辅助装置，包括弹性件、壳体，壳体的右侧设有开口，开口处可拆连接有盖体，壳体内从左至右依次设有第一半导体制冷片、待测电池、第二半导体制冷片；弹性件设置在壳体的左侧壁与第一半导体制冷片之间和/或第二半导体制冷片与盖体之间，弹性件使得第一半导体制冷片、待测电池、第二半导体制冷片依次抵接，使得第一半导体制冷片和第二半导体制冷片的冷量传导至待测电池的两极，第一半导体制冷片和第二半导体制冷片制冷迅速，能够向待测电池提供低于-25℃的超低温环境；壳体的左侧壁、第一半导体制冷片、第二半导体制冷片、弹性件和盖体均同轴设有透光孔，各透光孔的轴线均布置在待测电池的中部；使用时，将电池原位测试辅助装置放置在光谱测试仪的光源与探测器之间，使得透光孔与光谱测试仪的光路对齐，即可对待测电池进行原位测试。
附图说明
图1是本发明实施例电池原位测试辅助装置的爆炸图；
图2是本发明实施例电池原位测试辅助装置的组装图；
图3是待测电池的爆炸图；
图4是电池原位测试系统的示意图；
图中，100、电池原位测试辅助装置；1、壳体；2、弹性件；3、盖体；41、第一半导体制冷片；42、第一散热块；5、待测电池；51、电解质材料；52、正极材料；53、负极材料；54、正极电池壳；55、负极电池壳；61、第二半导体制冷片；62、第二散热块；7、第一透光孔；8、第一导冷片；9、第二导冷片；10、第一温度检测件；11、第二温度检测件；12、泵体；13、水箱；14、电化学工作站；15、电池固定框；161、光源；162、探测器；17、连接螺栓；18、螺母；21、电源；22、固态继电器；23、控温仪器；24、计算机。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
在本发明的描述中，应当理解的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“顶”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。应当理解的是，本发明中采用术语“第一”、“第二”等来描述各种信息，但这些信息不应限于这些术语，这些术语仅用来将同一类型的信息彼此区分开。例如，在不脱离本发明范围的情况下，“第一”信息也可以被称为“第二”信息，类似的，“第二”信息也可以被称为“第一”信息。
如图1至图4所示，本发明实施例一种电池原位测试辅助装置100的优选实施例，包括弹性件2、壳体1，壳体1的右侧设有开口，开口处可拆连接有盖体3，壳体1内从左至右依次贴合设有第一半导体制冷片41、待测电池5、第二半导体制冷片61；弹性件2设置在壳体1的左侧壁与第一半导体制冷片41之间和/或第二半导体制冷片61与盖体3之间；弹性件2能够使得第一半导体制冷片41、待测电池5、第二半导体制冷片61依次抵接，使得第一半导体制冷片41和第二半导体制冷片61的热量传导至待测电池的两极，半导体制冷件能够向待测电池提供低于-25℃的超低温环境温度。
壳体1的左侧壁、第一半导体制冷片41、第二半导体制冷片61、弹性件2和盖体3均同轴设有第一透光孔7，各第一透光孔7的轴线均对应延伸布置在待测电池5的中部。使用时，如图4所示，将电池原位测试辅助装置100放置在光谱测试仪的光源161与探测器162之间，使得第一透光孔7与光谱测试仪的光路对齐，即可对待测电池进行原位测试。具体的，壳体1和盖体3之间通过连接螺栓17可拆连接，壳体1上设有供连接螺栓17穿过的螺栓安装孔，连接螺栓17穿过螺栓安装孔后与螺母18螺接。
其中，为准确控制待测电池的环境温度，电池原位测试辅助装置还包括电源21、控制器、第一导冷片8、第二导冷片9、与第一导冷片8连接的第一温度检测件10、与第二导冷片9连接的第二温度检测件11；第一导冷片8布置在第一半导体制冷片41与待测电池5之间，第二导冷片9布置在第二半导体制冷片61与待测电池5之间，第一导冷片8和第二导冷片9的中部均设有与第一透光孔7同轴布置的第二透光孔。
第一半导体制冷片41和第二半导体制冷片61均与电源21电连接，通过调节电源21的输出功率能够调节第一半导体制冷片41和第二半导体制冷片61的制冷功率，第一温度检测件10、第二温度检测件11、第一半导体制冷片41、第二半导体制冷片61和电源21均与控制器电连接。第一温度检测件10和第二温度检测件11分别检测出第一导冷片8的温度和第二导冷片9的温度，当第一温度检测件10和第二温度检测件11的温度高于设定温度时，控制器向电源21发送电信号，使得电源21的输出功率增大，从而提高第一半导体制冷片41和第二半导体制冷片61的制冷功率，使得第一导冷片8的温度和第二导冷片9的温度降低至设定值。
具体的，如图1、图4所示，第一温度检测件10、第二温度检测件11均为热敏电阻，控制器包括控温仪器23和固态继电器22，固态继电器22的控制端与控温仪器23的输出端连接，第一半导体制冷片41和第二半导体制冷片61串联后依次与电源21和固态继电器22的输出端串联，第一温度检测件10和第二温度检测件11连接至控温仪器23的输入端口，将待测电池的温度环境信息转化为电信号递送至控温仪器23，形成制冷工作回路。
本实施例中，如图1、图4所示，电池原位测试辅助装置100还包括泵体12、水箱13、第一散热块42、第二散热块62；第一散热块42、第一半导体制冷片41、待测电池5、第二半导体制冷片61、第二散热块62和弹性件2从左至右依次布置；具体的，弹性件2为弹性泡沫板，弹性泡沫板能够保证弹性件2与第二散热块62之间具有较大的接触面积，从而保证弹性件2的弹性力均匀地施加在第二散热块62的各个位置，进一步保证第二散热块62与第二半导体制冷片61的充分接触；第一散热块42内设有第一循环水流道，第二散热块62内均设有第二循环水流道；泵体12、第一循环水流道、第二循环水流道和水箱13之间通过管道依次连通，第一散热块42和第二散热块62的中部均设有与第一透光孔7同轴布置的第三透光孔。
具体的，第一半导体制冷片41的右侧为制冷侧，第一半导体制冷片41的左侧为散热侧，第一散热块42的设置能够保证第一半导体制冷片41的制冷效果；第二半导体制冷片61的左侧为制冷侧，第二半导体制冷片61的右侧为散热侧，第二散热块62的设置能够保证第二半导体制冷片61的制冷效果。其中，第一半导体制冷片41和第二半导体制冷片61均为铜块。
本实施例中，第一导冷片8的左侧设有第一凹槽，第一半导体制冷片41的右侧插设在第一凹槽中；第一凹槽的设置能够提高第一半导体制冷片41的制冷侧与第一导冷片8的接触面积，提高导冷效率；同时，第一凹槽能够实现第一半导体制冷片41与第一导冷片8之间的定位，便于对电池原位测试辅助装置100进行组装；第二导冷片9的右侧设有第二凹槽，第二半导体制冷片61的左侧插设在第二凹槽中；第二凹槽的设置能够提高第二半导体制冷片61的制冷侧与第二导冷片9的接触面积，同时实现第二半导体制冷片61与第二导冷片9之间的安装定位。
本实施例中，如图4所示，电池原位测试辅助装置100还包括电化学工作站14，第一导冷片8和第二导冷片9均与电化学工作站14连接。第一导冷片8和第二导冷片9除用于导冷外还用于传导电化学测试信号，第一导冷片8和第二导冷片9可由不锈钢、铜、镍、铝等金属制成。
本实施例中，第一导冷片8与待测电池5相对的一侧和/或第二导冷片9与待测电池5相对的一侧连接有电池固定框15，待测电池5的端部插设在电池固定框15中。电池固定框15的设置便于将待测电池5定位安装至第一导冷片8和/或第二导冷片9上。
本实施例中，各第一透光孔7均为圆孔，各第一透光孔7的直径均大于等于1mm且小于等于5mm。
本实施例中，如图2所示，电池壳5包括正极电池壳54、正极材料52、电解质材料51、负极材料53和负极电池壳55，正极电池壳54和负极电池壳55用于电解质材料51、负极材料53和负极电池壳55。本实施例中可根据实验需求，在非待测材料中心开孔，避免非待测材料对待测材料的光谱学测试信号造成干扰。例如：对电解质材料51进行测试，则在正极材料52和负极材料53中心开设透光孔。
一种电池原位测试系统，包括上述的电池原位测试辅助装置100，电池原位测试系统还包括光谱测试仪；光谱测试仪设有光源161和探测器162，电池原位测试辅助装置100设置在光源161与探测器162之间，各第一透光孔7的轴线均与光源161的光路重合布置。
具体的，光谱测试仪可以X射线散射/衍射/反射/吸收谱/成像、中子散射/衍射/反射/成像、紫外-可见吸收光谱、红外光谱和拉曼光谱。电化学工作站14连接待测材料的正负极，并连接计算机24，形成电化学测试单元。电化学测试单元置于干燥、惰性气体氛围内。用户在控温仪器23上输入所需的温度，控温仪器23依照设定得降温程序对待测样品温度进行调节，光源161、探测器162、电化学工作站14和计算机24同时开始工作，实现对电池或样品在以温度、工作进程为变量的电化学信息、光谱学揭示的结构信息的表征。
综上，本发明实施例提供一种电池原位测试辅助装置，其通过设置第一半导体制冷片和第二半导体制冷片实现了向待测电池提供低于-25℃的超低温环境温度的功能，能够广泛适用于常用的光谱测试仪，为超低温电池原位测试提供了条件，本发明实施例的电池原位测试系统通过电化学工作站和光谱测试仪实现了对超低温环境下电池的结构和电化学性能测试，功能强大且操作方便，而且具有较高的通用性。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种电池原位测试辅助装置，其特征在于，包括弹性件(2)和壳体(1)，所述壳体(1)的右侧设有开口，所述开口处可拆连接有盖体(3)，所述壳体(1)内从左至右依次贴合设有第一半导体制冷片(41)、待测电池(5)、第二半导体制冷片(61)；所述弹性件(2)设置在所述壳体(1)的左侧壁与所述第一半导体制冷片(41)之间和/或所述第二半导体制冷片(61)与所述盖体(3)之间；
所述壳体(1)的左侧壁、所述第一半导体制冷片(41)、所述第二半导体制冷片(61)、所述弹性件(2)和所述盖体(3)均同轴设有第一透光孔(7)，各所述第一透光孔(7)的轴线延伸对应在所述待测电池(5)的中部。
2.根据权利要求1所述的电池原位测试辅助装置，其特征在于，所述电池原位测试辅助装置还包括电源(21)、控制器、第一导冷片(8)、第二导冷片(9)、与所述第一导冷片(8)连接的第一温度检测件(10)、与所述第二导冷片(9)连接的第二温度检测件(11)；
所述第一导冷片(8)布置在所述第一半导体制冷片(41)与所述待测电池(5)之间，所述第二导冷片(9)布置在所述第二半导体制冷片(61)与所述待测电池(5)之间，所述第一导冷片(8)和所述第二导冷片(9)的中部均设有与所述第一透光孔(7)同轴布置的第二透光孔；
所述第一半导体制冷片(41)和所述第二半导体制冷片(61)均与所述电源(21)电连接；所述第一温度检测件(10)、所述第二温度检测件(11)、所述第一半导体制冷片(41)、所述第二半导体制冷片(61)和所述电源(21)均与所述控制器电连接。
3.根据权利要求2所述的电池原位测试辅助装置，其特征在于，所述第一导冷片(8)的左侧设有第一凹槽，所述第一半导体制冷片(41)的右侧插在所述第一凹槽中；所述第二导冷片(9)的右侧设有第二凹槽，所述第二半导体制冷片(61)的左侧插在所述第二凹槽中。
4.根据权利要求2所述的电池原位测试辅助装置，其特征在于，所述第一导冷片(8)与所述待测电池(5)相对的一侧和/或所述第二导冷片(9)与所述待测电池(5)相对的一侧连接有电池固定框(15)，所述待测电池(5)的端部插设在所述电池固定框(15)中。
5.根据权利要求2所述的电池原位测试辅助装置，其特征在于，所述电池原位测试辅助装置还包括电化学工作站(14)，所述第一导冷片(8)和所述第二导冷片(9)均与所述电化学工作站(14)连接。
6.根据权利要求1所述的电池原位测试辅助装置，其特征在于，所述电池原位测试辅助装置还包括泵体(12)、水箱(13)、第一散热块(42)、第二散热块(62)；所述第一散热块(42)、所述第一半导体制冷片(41)、所述待测电池(5)、所述第二半导体制冷片(61)、所述第二散热块(62)和所述弹性件(2)从左至右依次布置；
所述第一散热块(42)内设有第一循环水流道，所述第二散热块(62)内均设有第二循环水流道；所述泵体(12)、所述第一循环水流道、所述第二循环水流道和所述水箱(13)之间通过管道依次连通；所述第一散热块(42)和所述第二散热块(62)的中部均设有与所述第一透光孔(7)同轴布置的第三透光孔。
7.根据权利要求6所述的电池原位测试辅助装置，其特征在于，所述第一散热块(42)和所述第二散热块(62)均为铜块。
8.根据权利要求1所述的电池原位测试辅助装置，其特征在于，所述弹性件(2)为弹性泡沫板。
9.根据权利要求1所述的电池原位测试辅助装置，其特征在于，各所述第一透光孔(7)均为圆孔，各所述第一透光孔(7)的直径均大于等于1mm且小于等于5mm。
10.一种电池原位测试系统，其特征在于，包括权利要求1至9任一项所述的电池原位测试辅助装置，所述电池原位测试系统还包括光谱测试仪；
所述光谱测试仪设有光源(161)和探测器(162)，所述电池原位测试辅助装置设置在所述光源(161)与所述探测器(162)之间，各所述透光孔(7)的轴线均与所述光源(161)的光路重合布置。
Priority Applications (1)
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| CN202111638933.XA CN114484927A (zh) | 2021-12-29 | 2021-12-29 | 一种电池原位测试辅助装置及电池原位测试系统 |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| CN202111638933.XA CN114484927A (zh) | 2021-12-29 | 2021-12-29 | 一种电池原位测试辅助装置及电池原位测试系统 |
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| CN114484927A true CN114484927A (zh) | 2022-05-13 |
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Family Applications (1)
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| CN202111638933.XA Pending CN114484927A (zh) | 2021-12-29 | 2021-12-29 | 一种电池原位测试辅助装置及电池原位测试系统 |
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2021
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