CN206960623U - 电池发热量测试装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种电池发热量测试装置，包括充放电设备、加热设备、测温设备和核心处理器，首先通过充放电设备对待测电池进行放电处理，再通过加热设备以预设加热功率对待测电池加热处理，同时通过测温装置分别获取待测电池在放电、加热过程的温度信息，核心处理器则根据放电、加热过程中待测电池的温度随时间的变化，获取放电、加热过程中待测电池过余温度的积分面积，从而根据待测电池过余温度的积分面积及预设加热功率获得放电时待测电池的发热量。本实用新型提供的电池发热量测试装置，结构简单、测试快速、测试效果可靠、效率高效、实用，而且对工艺要求低、测试成本低，具有较好的工程实践意义，值得广泛推广使用。

Description

电池发热量测试装置

技术领域

本实用新型涉及蓄电池技术领域，特别涉及一种电池发热量测试装置。

背景技术

蓄电池，如氢镍蓄电池广泛应用于卫星系统中，由于蓄电池在工作过程中发热的特性，因而，在卫星控制系统中，常常需要对星内的重要部件，如氢镍蓄电池等采取热控措施，保证其合适的工作温度以延长使用寿命。而氢镍等蓄电池在工作过程中的发热量往往随着放电电流的变化而变化，故要对其进行有效的热控措施，则需测得氢镍蓄电池在各放电电流下的发热量。现有技术中，测量氢镍等蓄电池的发热量通常采用绝热法，而绝热法要求在真空罐内创造一个近似绝热环境(如绝热筒、绝热室等)下进行测试。

例如中国发明专利文献CN201510868096公开了一种电池热量测试装置及电池热量测试方法，该电池热量测试方法包括：将被测电池置入绝热室中的水箱组之间，并将被测电池的极耳电连接于电极连接端口；将外部充放电设备连接至所述电极连接端口；位于所述恒温箱内的所有部件进行初始温度平衡；通过计算机实时监测各个温度传感器的温度信息；当各个温度传感器的温度信息全部达到初始温度并稳定后，通过计算机(实时监测并存储所述热量表所获取的温度信息和流量信息；开启所述水泵以驱动所述循环管路中的冷却剂的循环；开启外部充放电设备以对所述被测电池进行充放电；当充放电结束，且各温度传感器的温度信息全部回到初始温度并维持一段时间和/或热量表的累计热量值恒定不变时，停止测试；将热量表的累计热量值作为被测电池在充放电过程中所释放的热量。该发明专利文献提供的电池热量测试方法需要将被测电池放入一绝热室内，利用一冷却液循环系统将被测电池发出的热量导出至绝热室外并对冷却液进行热量累计，从而获得被测电池进行充放电过程中的累计热量消耗，具有时间长、工作量大、工艺要求高、测试成本高等诸多问题。

又例如中国实用新型专利文献CN201320409816公开了一种测量电池比热容及发热量的装置，该装置包括待测电池，待测电池的两侧设有电池极耳；外壳体，外壳体上设置有至少一个穿孔，待测电池设置在外壳体的内部；温度传感器，温度传感器通过穿孔探入外壳体的内部。另外，该装置外壳体分为上壳体和下壳体，上壳体的作用为密闭测试环境，下壳体的作用是放置已知比热容的溶剂和被待测电池。下壳体内装纯净水若干，纯净水水面埋没待测电池。通过温度探头插入外壳体测定纯净水的温度变化。即采用该装置测试待测电池发热量的具体方法如下：将待测电池放入该装置中，稳定16～24小时后记录水温，测试并记录纯净水的温度，充放电导线分别连在正负电池极耳上。电池充放电过程中由于电池内阻和化学反应产生热量，待测电池的温度和水温会缓慢升高，记录水温变化，待水温区域稳定时记录温度，即待测电池在充放电过程的发热量等于电池温度上升产生的热量和纯净水温上升产生的热量。该实用新型专利文献提供的一种测量电池比热容及发热量的装置虽然结构简单、操作容易，可以便捷地测量出电池的比热容和电池在充放电过程中的电池发热量。但是，利用该装置进行电池发热量测量需要16小时以上，具有测试时间较长、测试成本高、测试效率低等诸多问题。

综上，如何简单、快速、低成本地测试出电池工作状态下的发热量成为本领域亟待解决的问题之一。

实用新型内容

为了解决上述问题，本实用新型的目的在于提供一种电池发热量测试装置，包括：

充放电设备，连接于待测电池，并对待测电池进行充电或者放电处理；

加热设备，设置于待测电池的表面，用于以预设加热功率对待测电池进行加热处理；

测温设备，连接于待测电池，用于实时检测和记录待测电池充电、放电或者加热过程中的充电温度、放电温度或者加热温度，以及实时对应的充电时间、放电时间或者加热时间；

核心处理器，连接于测温设备，用于根据初始温度、放电时间、放电温度、加热时间、加热温度和预设加热功率计算待测电池在放电时的发热量。

进一步地，核心处理器还包括：

积分面积计算单元，用于根据初始温度、放电时间和放电温度计算放电过程中的待测电池过余温度的第一温度积分面积，根据初始温度、加热时间和加热温度计算加热过程中的待测电池过余温度的第二温度积分面积；

发热量计算单元，用于根据第一温度积分面积、第二温度积分面积和预设加热功率计算待测电池在放电时的发热量。

优选地，在积分面积计算单元中，第一温度积分面积S_电池和第二温度积分面积S_加热器根据以下公式进行计算：

τ＝τ₁-τ₀，θ＝T₁-T₀；

τ’＝τ₂-τ₀，θ′＝T₂-T₀；

其中，T₀为初始温度，τ₁为待测电池放电结束时刻，τ₀为待测电池放电开始时刻，T₁为待测电池放电结束时刻的温度，τ₂为待测电池加热结束时刻，τ_0’为待测电池加热开始时刻，T₂为待测电池加热结束时刻的温度。

进一步地，在发热量计算单元中，发热量Q根据以下公式进行计算：

其中，Q_加热器为预设加热功率，且S_电池与S_加热器的计算中τ＝τ’。

优选地，还包括恒温设备，用于将待测电池放置于其内，以调整待测电池始终处于温度恒定的周围环境中。

进一步地，恒温设备上设置有至少一个引出孔。

优选地，待测电池的两侧设置有电池极耳。

进一步地，待测电池包括充放电导线，充放电导线与电池极耳相连接，并自引出孔伸出连接至充放电设备。

优选地，还包括羊毛毡，用于包裹待测电池。

如上，本实用新型提供的电池发热量测试装置，结构简单、测试快速、测试效果可靠、效率高效、实用，而且对工艺要求低、测试成本低，具有较好的工程实践意义，值得广泛推广使用。

为让本实用新型的上述内容能更明显易懂，下文特举优选实施例，并结合附图，作详细说明如下。

附图说明

下面将结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步详细说明。

图1为本实用新型一个优选实施例提供的电池发热量测试装置的结构示意图。

元件标号说明

1 待测电池

2 恒温设备

3 加热设备

4 充放电设备

5 羊毛毡

6 测温设备

11 充放电导线

12 电池极耳

21 引出孔

22 数据传输线

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本实用新型的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本实用新型的其他优点及功效。虽然本实用新型的描述将结合优选实施例一起介绍，但这并不代表此实用新型的特征仅限于该实施方式。恰恰相反，结合实施方式作实用新型介绍的目的是为了覆盖基于本实用新型的权利要求而有可能延伸出的其它选择或改造。为了提供对本实用新型的深度了解，以下描述中将包含许多具体的细节。本实用新型也可以不使用这些细节实施。此外，为了避免混乱或模糊本实用新型的重点，有些具体细节将在描述中被省略。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

另外，在以下的说明中所使用的“上”、“下”、“左”、“右”、“顶”、“底”，不应理解为对本实用新型的限制。

如图1中所示，本实用新型又一个优选实施例提供的电池发热量测试装置，包括充放电设备4，连接于待测电池1，并对待测电池1进行充电或者放电处理；加热设备3，设置于待测电池1的表面，用于以预设加热功率对待测电池1进行加热处理；测温设备6，连接于待测电池1，用于实时检测和记录待测电池1充电、放电或者加热过程中的初始温度、充电温度、放电温度或者加热温度，以及实时对应的充电时间、放电时间或者加热时间；核心处理器，连接于测温设备6，用于根据初始温度、放电时间、放电温度、加热时间、加热温度和预设加热功率计算待测电池1在放电时的发热量。

在此，在对待测电池1进行放电处理之前，首先将待测电池1的温度调整至初始温度。调整完毕以后，通过充放电设备4对待测电池1以某一电流值进行放电处理，本优选实施例中，以恒定电流值对待测电池1进行放电处理，并实时记录放电过程中的放电温度和该放电温度对应的放电时间，当然，待测电池1放电结束的时刻可以是电池的电量耗尽的时刻，但为缩短测试时间及成本，提高测试效率，本优选实施例提供的电池发热量测试装置中，以某一预定时长作为待测电池1的放电时长，比如说，放电时长可以可以1小时、2 小时、3小时或30分钟、50分钟等等。

进一步地，为避免待测电池1在放电过程中的辐射漏热，本实用新型一个优选实施例提供的电池发热量测试装置中，用羊毛毡5将待测电池1进行包裹，并将包裹后的待测电池1放置于恒温设备2内，同时将恒温设备2内的温度控制于恒定温度。更进一步地，本优选实施例中，将其控制在初始温度，具体地，恒温设备2采用高低温箱，高低温箱内对流强度较强，能保持恒定的温度，羊毛毡5外表面温度与高低温箱温度的温差很小，可以减少放电过程中的辐射漏热，从而确保放电过程中电池发热量测试的准确性。其中，初始温度与恒温设备2内的温度均可以根据实际需要设置为任意值，只要确保在整个放电或加热过程中，恒温设备2内的温度保持不变即可。

在待测电池1放电完毕后，将待测电池1的温度重新恢复至初始温度，然后通过设置于待测电池1表面的加热装置3对待测电池1进行加热处理，同时通过测温装置5实时检测和记录加热过程中待测电池1的加热温度和该加热温度相对应的加热时间。在此，对于加热过程中加热装置3的加热功率Q_加热器可以进行任意选择，只要其满足待测电池1的基本性能即可。

在此，当然也可以在调节完待测电池1的初始温度后，先对待测电池1进行加热处理，加热完毕后，将其温度恢复至初始温度后再进行放电处理，本优选实施例中先对其进行放电处理，再对其进行加热处理仅作为优选实施例示意，不应理解为对加热与放电顺序的限制。

具体地，根据核心处理器记录的放电过程中的放电温度随时间的变化可以绘制出待测电池1在放电过程中的温升曲线m，同样地，根据加热过程中的加热温度随时间的变化也可以绘制出待测电池1在加热过程中的温升曲线n。根据温升曲线m则可计算出放电过程中，待测电池1过余温度的第一温度积分面积S_电池，而根据温升曲线n则可计算出加热过程中，待测电池1过余温度的第二温度积分面积S_加热器，进而，可以根据放电过程中待测电池1过余温度的第一温度积分面积S_电池、加热过程中待测电池1过余温度的第二温度积分面积S_加热器以及加热装置3的加热功率Q_加热器计算出待测电池1在以某一电流下放电时所产生的发热量Q。

其中，所述温度积分面积S_电池和第二温度积分面积S_加热器根据以下公式进行计算：

τ＝τ₁-τ₀，θ＝T₁-T₀；

τ’＝τ₂-τ₀’，θ′＝T₂-T₀；

其中，T₀为初始温度，τ₁为待测电池放电结束时刻，τ₀为待测电池放电开始时刻，T₁为待测电池放电结束时刻的温度，τ₂为待测电池加热结束时刻，τ_0，为待测电池加热开始时刻，T₂为待测电池加热结束时刻的温度。

进一步地，发热量Q根据以下公式进行计算：

其中，Q_加热器为预设加热功率，且S_电池与S_加热器的计算中τ＝τ’。

具体地，在以待测电池为研究对象中，应用热力学第一定律，可以建立如下热平衡方程：

qdτ＝Cdθ+hθdτ

θ＝t-t₀

其中，q为发热功率，W；τ为时间，s；C为热容，J/K；θ为过余温度，K；t₀起始温度，K；t为待测电池放电结束时刻温度；h为总传热系数。整理上述等式，可以得到：

其中，a为结束时间。即在加热时间一致，换热系数、电池热容不变的情况下，过余温度的积分面积S与发热量q成正比。因此，当用加热装置3对待测电池1加热时，满足下列关系式：

S₁/q₁＝S₂/q₂＝...＝S_n/q_n

也就是说，在相同时间段内，已知加热过程中待测电池1过余温度的积分面积S_加热器、加热功率Q_加热器及待测电池1在恒定电流下放电时过余温度的积分面积S_电池，即可求得待测电池1在该恒定电流下放电的平均发热量Q，计算公式如下：

Q＝Q_加热器×S_电池/S_加热器。

进一步地，如图1中所示，本实用新型一个优选实施例提供的电池发热量测试装置中，恒温设备2上设置有至少一个引出孔21，加热设备3和测温设备5的数据传输线22分别自引出孔21伸出连接至外部的加热系统和测温系统，以进行加热过程、测温过程中的监测与控制。更进一步地，待测电池1的两侧设置有电池极耳12。具体地，待测电池1还包括充放电导线11，充放电导线11与电池极耳12相连接，并自引出孔21伸出连接至充放电设备4，以使得充放电设备4能对待测电池1进行充、放电处理。

因高低温箱，即高低温试验箱内对流强度较强，且能保持恒定的温度，因而，为确保待测电池1能在恒定温度下进行放电、加热过程，本实用新型一个优选实施例提供的电池发热量测试装置中，优选地，采用高低温箱作为恒温设备2。更进一步地，为避免待测电池1放电、加热过程中的辐射漏热影响测试结果，本优选实施例中，还将待测电池1用羊毛毡进行包裹，即如图1中所示，电池发热量测试装置还包括羊毛毡5，羊毛毡5包裹于待测电池1的表面，因羊毛毡5外表面的温度与高低温箱内温度的温差很小，从而避免了待测电池1在放电、加热过程的辐射漏热，提高了该电池发热量测试装置测试结果的准确性。优选地，本实用新型一个优选实施例提供的电池发热量测试装置中，加热设备3为薄膜式电加热器。

更进一步地，如图1中所示，恒温设备2包括恒温设备监视系统和恒温设备控制系统，用于监视及控制恒温设备2内的温度。在此，恒温设备监视系统实时监测恒温设备2内的温度等情况，并将所监测的温度等情况传送给恒温设备控制系统，而恒温设备控制系统可以根据该情况，实时调节恒温设备2内的温度等，从而使得恒温设备2能为待测电池1发热量的测试提供恒定的环境温度。

本实用新型提供的电池发热量测试装置，结构简单、测试快速、测试效果可靠、效率高效、实用，而且对工艺要求低、测试成本低，具有较好的工程实践意义，值得广泛推广使用。

综上所述，本实用新型提供的上述实施例仅例示性说明本实用新型的原理及其功效，而非用于限制本实用新型。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本实用新型的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本实用新型所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本实用新型的权利要求所涵盖。

Claims (6)

1.一种电池发热量测试装置，其特征在于，包括：

充放电设备，连接于待测电池，并对所述待测电池进行充电或者放电处理；

加热设备，设置于所述待测电池的表面，用于以预设加热功率对所述待测电池进行加热处理；

测温设备，连接于所述待测电池，用于实时检测和记录所述待测电池充电、放电或者加热过程中的充电温度、放电温度或者加热温度，以及实时对应的充电时间、放电时间或者加热时间；

核心处理器，连接于所述测温设备，用于根据初始温度、所述放电时间、所述放电温度、所述加热时间、所述加热温度和所述预设加热功率计算所述待测电池在放电时的发热量。

2.根据权利要求1所述的电池发热量测试装置，其特征在于，还包括恒温设备，用于将所述待测电池放置于其内，以调整所述待测电池始终处于温度恒定的周围环境中。

3.根据权利要求2所述的电池发热量测试装置，其特征在于，所述恒温设备上设置有至少一个引出孔。

4.根据权利要求3所述的电池发热量测试装置，其特征在于，所述待测电池的两侧设置有电池极耳。

5.根据权利要求4所述的电池发热量测试装置，其特征在于，所述待测电池包括充放电导线，所述充放电导线与所述电池极耳相连接，并自所述引出孔伸出连接至所述充放电设备。

6.根据权利要求1所述的电池发热量测试装置，其特征在于，还包括羊毛毡，用于包裹所述待测电池。