ES3058838T3 - Battery cell thermal conductivity measurement method - Google Patents
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Abstract
La presente invención se refiere a un dispositivo para medir las características térmicas de una celda de batería tipo bolsa, específicamente su conductividad térmica, y a un método de medición que lo utiliza. Al utilizar el dispositivo de medición de conductividad térmica de celdas de batería de la presente invención, es posible separar y medir la conductividad térmica de una celda de batería tipo bolsa con características de conductividad térmica anisotrópicas en cada dirección, lo que permite evaluar eficientemente la estabilidad de las características térmicas de un producto que utiliza una celda de batería para una batería recargable. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)
Description
[0001] DESCRIPCIÓN
[0002] Método de medición de la conductividad térmica de celdas de batería
[0003] [Sector de la técnica]
[0004] La presente invención se refiere a un método para medir la conductividad térmica utilizando un aparato para medir una propiedad térmica de una celda de batería de tipo bolsa, y específicamente la conductividad térmica de una celda de batería.
[0005] La presente solicitud reivindica los derechos de prioridad basándose en la solicitud de patente coreana n.º 10-2019-0072383, presentada el 18 de junio de 2019.
[0006] [Antecedentes de la invención]
[0007] A medida que aumenta el precio de las fuentes de energía debido al agotamiento de los combustibles fósiles y se amplifica el interés por la contaminación ambiental, la demanda de fuentes de energía alternativas y respetuosas con el medio ambiente se convierte en un factor indispensable para la vida futura. Especialmente, a medida que aumenta el desarrollo tecnológico y la demanda de dispositivos móviles, la demanda de baterías secundarias como fuentes de energía aumenta rápidamente.
[0008] Normalmente, en términos de la forma de la batería, existe una gran demanda de una batería secundaria prismática y una batería secundaria de tipo bolsa que se pueda aplicar a productos tales como teléfonos móviles con un grosor pequeño. En cuanto a los materiales, existe una gran demanda de baterías secundarias de litio, tales como las baterías de iones de litio y las baterías de polímero de iones de litio, que tienen una alta densidad de energía, tensión de descarga y estabilidad de salida.
[0009] En los últimos años, una batería de tipo bolsa que tiene un conjunto de electrodos de tipo pila o de tipo pila/plegable incrustado en una carcasa de batería en forma de bolsa de una lámina de aluminio laminado ha atraído mucha atención debido a su bajo coste de fabricación y su pequeño peso, y la cantidad utilizada de la misma está aumentando gradualmente.
[0010] La celda de batería de tipo bolsa aloja un conjunto de electrodos apilados o apilados-plegados fabricados apilando un electrodo positivo, un separador y un electrodo negativo. Cada electrodo positivo y cada electrodo negativo están conectados eléctricamente mediante lengüetas de electrodo, y los cables de electrodo que se extraen se conectan a las lengüetas de electrodo.
[0011] El conjunto de electrodos al que están conectados la lengüeta de electrodo y el cable de electrodo se almacena en una carcasa en forma de bolsa y, a continuación, se inyecta electrolito. Una celda de batería de tipo bolsa se fabrica sellando una carcasa de batería mientras una parte del cable de electrodo queda expuesta al exterior.
[0012] Por otra parte, la carcasa de la celda de batería de tipo bolsa tiene forma de bolsa y es fácil de procesar, por lo que hay pocas restricciones en función del tamaño o la forma del conjunto de electrodos, y el espacio del interior de la celda de batería puede utilizarse de forma eficiente. Por lo tanto, la celda de batería de tipo bolsa tiene una alta densidad energética y puede procesarse de diversas formas, y recientemente se ha utilizado en dispositivos móviles y baterías de automóvil de diversas formas. Sin embargo, dado que la celda de batería de tipo bolsa se aplica con una alta densidad de energía que va desde un dispositivo pequeño a un dispositivo grande, puede producirse un aumento de temperatura en el interior del dispositivo. Ya que este aumento de temperatura afecta al rendimiento del propio dispositivo o provoca riesgo de incendio, explosividad, etc., es importante comprender el flujo de calor descargado de la celda de batería, es decir, la conductividad térmica de la celda de batería.
[0013] La conductividad térmica se refiere a un valor que indica el grado de conducción del calor en un objeto, y es un valor que se obtiene dividiendo la cantidad de calor que fluye en una unidad de tiempo a través de una unidad de superficie perpendicular al flujo de calor por una diferencia de temperatura por unidad de longitud. Por lo tanto, cuanto mayor es la conductividad térmica, mejor se transmite el calor, presentando los metales en general una elevada conductividad térmica.
[0014] Como métodos para medir la conductividad térmica, se conoce un método de hilo caliente, un método de flujo de calor protegido y un método de placa caliente protegida. Entre ellos, el método de la placa caliente protegida es un método para medir la conductividad térmica de una muestra (espécimen) sólida y se realiza según el principio de medir la conductividad térmica midiendo la cantidad de calor que fluye del lado de alta temperatura al lado de baja temperatura mientras se mide con precisión la temperatura en ambos lados de la muestra. Es decir, alrededor de una placa caliente se dispone una placa caliente auxiliar denominada placa caliente protegida, de modo que el flujo de calor pueda formarse con precisión en una dimensión de la muestra, para que la placa caliente tenga una temperatura constante. Además, el calor debe desplazarse en la dirección perpendicular a la superficie de la placa para calcular la conductividad térmica correcta.
[0015] Por lo tanto, la placa caliente y la placa caliente protegida se colocan en un estado en el que están separadas a cierta distancia y, a veces, el espacio entre ellas se rellena con un material de baja conductividad térmica.
[0016] También se han estudiado varias estructuras en relación con el método de la placa caliente protegida y, además de un método convencional de cálculo y medición de un flujo de calor mediante la colocación de una pieza de prueba entre cada una de la placa caliente y la placa de refrigeración, también se utiliza una estructura del denominado método de dos piezas, que forma una estructura simétrica arriba y abajo alrededor de la placa caliente.
[0017] Sin embargo, el método convencional de la placa caliente protegida está diseñado únicamente para la medición de un tipo simple de pieza de prueba de un solo material. El método de dos piezas también difiere en que mide el flujo de calor en las direcciones ascendente y descendente utilizando dos piezas de prueba, pero es igual que el método convencional, salvo que la precisión aumenta al promediar las conductividades térmicas en las direcciones ascendente y descendente, y básicamente no difiere del método convencional en que se dirige a un único material que tiene una conductividad térmica unilateral.
[0018] Sin embargo, en el caso de una celda de batería de tipo bolsa, a diferencia de la pieza de prueba de un solo material, contiene varios materiales con diferentes propiedades, como colectores de corriente de electrodo positivo y electrodo negativo, separadores, mezclas de electrodos y carcasas de baterías, y la disposición de cada material no está distribuida uniformemente. Por consiguiente, es diferente del espécimen de un solo material.
[0019] El documento JP2005227010 tiene por objeto proporcionar un instrumento de medición de la conductividad térmica capaz de medir las conductividades térmicas de dos objetos de prueba mediante una sola medición y mejorar la eficacia de la medición, y proporcionar un método de medición de la conductividad térmica que lo utilice. El instrumento de medición de la conductividad térmica está constituido para medir la conductividad térmica del objeto de prueba permitiendo que el calor fluya hacia un lado del objeto de prueba dispuesto entre un medio de calentamiento y un medio de refrigeración y permitiendo que el calor fluya hacia fuera desde el otro lado del mismo. El medio de calentamiento tiene superficies de calentamiento en ambos lados del mismo y el primer objeto de prueba se dispone en una superficie de calentamiento del medio de calentamiento, mientras que el segundo objeto de prueba se dispone en la otra superficie de calentamiento del mismo y ambas superficies de calentamiento del medio de calentamiento se calientan para medir las conductividades térmicas del primer y segundo objetos de prueba al mismo tiempo. El documento de patente estadounidense US 10,041,894 desvela una medición de la conductividad térmica de sustratos anisótropos.
[0020] Por lo tanto, ya que es difícil evaluar las características térmicas de una celda de batería utilizando el método y el aparato convencionales de placa caliente protegida, se necesitan un aparato y un método nuevos.
[0021] [Explicación de la invención]
[0022] [Problema técnico]
[0023] Un objeto de la presente divulgación es proporcionar un aparato para medir de forma independiente la conductividad térmica de una celda de batería que presenta anisotropía en cada dirección y un método de medición utilizando el mismo, mejorando un aparato de medición y un método de medición de la conductividad térmica convencionales en los que es difícil medir las características térmicas de la celda de batería.
[0024] [Solución técnica]
[0025] Según el conjunto de reivindicaciones en trámite, la invención es un método para medir la conductividad térmica de dos celdas de batería anisótropas idénticas, tal como se define en las reivindicaciones.
[0026] Se divulga un aparato para medir la conductividad térmica de dos celdas de batería anisótropas idénticas. Incluye: una placa caliente que incluye un elemento calefactor; y una placa caliente protegida que rodea la placa caliente, que está separada de un lado de la placa caliente.
[0027] Además, una placa de medición, una placa de refrigeración, y una unidad de refrigeración se proporcionan secuencialmente en las partes superior e inferior respectivamente en una dirección perpendicular a la placa caliente y en una dirección lejos de la placa caliente,
[0028] En este caso, la placa de medición, la placa de refrigeración, y la unidad de refrigeración dispuestas respectivamente en las direcciones superior e inferior de la placa caliente tienen una estructura simétrica con respecto a la placa caliente, y una celda de batería está dispuesta entre las placas de medición superior e inferior y la placa de refrigeración para medir la conductividad térmica.
[0029] Por otra parte, la placa caliente protegida sirve para inducir la dirección de transferencia de calor de la placa caliente linealmente en la dirección vertical sobre la base de la placa caliente en una dimensión y se caracteriza por que se mantiene a una temperatura igual o superior a la de la placa caliente para que el calor generado de la placa caliente no se desplace hacia los lados.
[0030] El grosor de la placa de medición se caracteriza por que aumenta en proporción a la cantidad de calor generado en la placa caliente. La placa de medición puede tener una tendencia térmica a una superficie de alta temperatura más cercana a la placa caliente y una superficie de baja temperatura más cercana a la placa de refrigeración. A medida que aumenta la distancia entre la superficie de alta temperatura y la superficie de baja temperatura, el flujo de calor tiende a ser uniforme. Sin embargo, ya que la pérdida de calor aumenta a medida que aumenta el grosor, es necesario ajustar el grosor a un grosor adecuado de acuerdo con la cantidad de calor.
[0031] Es preferible que la placa de medición esté hecha de un material metálico que tenga una excelente conductividad térmica y un valor de referencia bien conocido. Específicamente, la placa de medición es preferentemente un metal o una aleación de metales que tiene una conductividad térmica de 50 W/m K o más, y más específicamente, se caracteriza por comprender un material metálico que es el aluminio, cobre o sus aleaciones.
[0032] Además, de acuerdo con otra realización de la presente invención, puede incluirse, además, una placa de medición protegida que rodea la placa de medición en una posición separada de la placa de medición en el lado de la placa de medición, en cuyo caso puede reducirse aún más la pérdida de calor en la placa de medición.
[0033] Entretanto, para reducir aún más la pérdida de calor hacia el lado del aparato de medición de la conductividad térmica, se puede proporcionar un miembro aislante del calor que comprende un material aislante del calor para cubrir las superficies laterales de la placa caliente protegida, las placas de medición, las placas de refrigeración, las unidades de refrigeración y las celdas de batería, en un estado espaciado de forma que no se consiga una transferencia directa de calor a través del miembro aislante de forma que no se consiga una transferencia directa de calor a través del miembro aislante de calor.
[0034] La placa caliente puede tener forma de cilindro o de cubo. La forma de la placa caliente no está limitada, pero, para suprimir las pérdidas de calor en la dirección lateral y favorecer la transferencia de calor unidimensional en la dirección vertical, puede ser rectangular o cuadrada, lo más preferentemente circular.
[0035] Cuando se utiliza el aparato de medición de la conductividad térmica de la celda de batería de la presente divulgación, es posible medir por separado la conductividad térmica de las celdas de batería, cada una de las cuales presenta características térmicas diferentes en las direcciones ascendente y descendente de la celda de batería. Específicamente, a través de las siguientes etapas, es posible medir por separado las direcciones ascendente y descendente en la dirección vertical.
[0036] una etapa de cálculo de una cantidad de calor aplicado a la celda de batería en una dirección ascendente perpendicular a una placa caliente;
[0037] una etapa de cálculo de la cantidad de calor aplicado a la celda de batería en una dirección descendente perpendicular a la placa caliente; y
[0038] una etapa de cálculo de la conductividad térmica de la celda de batería utilizando la cantidad de calor aplicado en la dirección ascendente y la cantidad de calor aplicado en la dirección descendente.
[0039] En este momento, la cantidad de calor aplicado a la celda de batería en la dirección ascendente perpendicular a la placa caliente se calcula mediante la Ecuación 1 siguiente.
[0040] [Ecuación 1]
[0042]
[0044] (En la Ecuación 1 anterior, P<arriba>denota una cantidad de calor aplicado a una celda de batería en una integración de energía ascendente. Si el calor no se descarga eficientemente cuando se genera mucho calor en la batería secundaria, puede producirse un fenómeno de desbordamiento térmico en la propia batería secundaria, y puede tener una mala influencia en función de las características térmicas del dispositivo electrónico que incluye la batería secundaria. Por lo tanto, es muy importante medir las características térmicas de la celda de batería de tipo bolsa.
[0045] Sin embargo, en el caso de una celda de batería, a diferencia de un material hecho de un solo material, la conducción térmica se produce de forma anisótropa, por lo que resulta difícil medir las características con un dispositivo convencional de medición de la conductividad térmica. Con el fin de solucionar este problema, el aparato de medición de la conductividad térmica de la presente divulgación se caracteriza por que es posible medir por separado una conductividad térmica vertical desde la superficie inferior a la superficie superior de la celda de batería y una conductividad térmica vertical desde la superficie superior a la superficie inferior de la celda de batería.
[0046] Mediante esto, es posible determinar con precisión en qué proporción el calor generado en el interior de la celda de batería se transfiere a las superficies superior e inferior de la celda de batería, y es posible preparar un diseño de manera que se optimice la posición y dirección de colocación de la batería secundaria teniendo en cuenta las características térmicas de las partes internas del producto electrónico.
[0047] El aparato para medir la conductividad térmica de la presente divulgación incluye una placa caliente que incluye un elemento calefactor; y una placa caliente protegida que rodea la placa caliente en un estado espaciado del lado de la placa caliente.
[0048] Además, una placa de medición, una placa de refrigeración, y una unidad de refrigeración puede estar provista secuencialmente en las partes superior e inferior en una dirección perpendicular a la placa caliente, y la placa de medición, la placa de refrigeración, y la unidad de refrigeración dispuestas respectivamente en las direcciones superior e inferior de la placa caliente tienen una estructura simétrica con respecto a la placa caliente. Debido a esta estructura, el calor generado en la placa caliente se desplaza verticalmente desde la placa caliente a la placa de refrigeración en la dirección vertical.
[0049] En este caso, una celda de batería puede colocarse entre las placas de medición superior e inferior y la placa de refrigeración para medir la conductividad térmica.
[0050] Por otra parte, la placa caliente protegida sirve para inducir la dirección de transferencia de calor de la placa caliente linealmente en la dirección vertical sobre la base de la placa caliente en una dimensión y se caracteriza por que se mantiene a una temperatura igual o superior a la de la placa caliente para que el calor generado de la placa caliente no se desplace hacia los lados. Si la placa caliente protegida se deja caer a una temperatura inferior a la de la placa caliente, es difícil medir con precisión la conductividad térmica, ya que la transferencia de calor también se produce hacia los lados debido a la característica de pasar de una temperatura alta a una temperatura baja.
[0051] El grosor de la placa de medición se caracteriza por que aumenta en proporción a la cantidad de calor generado en la placa caliente. La placa de medición puede tener una tendencia térmica a una superficie de alta temperatura más cercana a la placa caliente y una superficie de baja temperatura más cercana a la placa de refrigeración. A medida que aumenta la distancia entre la superficie de alta temperatura y la superficie de baja temperatura, el flujo de calor tiende a ser uniforme. Es decir, cuanto mayor sea el grosor de la placa de medición, con mayor precisión se pueden medir las características térmicas. Sin embargo, ya que la pérdida de calor aumenta a medida que aumenta el grosor, es necesario ajustar el grosor a un grosor adecuado de acuerdo con la cantidad de calor generada por la placa caliente. Es preferible que la placa de medición comprenda un material metálico que tenga una excelente conductividad térmica y un valor de referencia bien conocido. Específicamente, como material de la placa de medición pueden seleccionarse y utilizarse aluminio, cobre o aleaciones de los mismos. Si la conductividad térmica es baja, la pérdida de calor aumenta tanto, que se dificulta la medición precisa de la cantidad de calor.
[0052] Por otra parte, la placa de medición es un componente que sirve de patrón para medir la conductividad térmica, y cuando se calcula la conductividad térmica, se miden las temperaturas de una superficie próxima a la placa caliente y de la otra superficie próxima a la placa de refrigeración.
[0053] Además, para minimizar la pérdida de calor debida al aumento del grosor de la placa de medición, la placa de medición puede diseñarse con una estructura similar a la de la placa caliente. De acuerdo con otra realización de la presente divulgación, puede incluirse, además, una placa de medición protegida que rodea la placa de medición en una posición separada de la placa de medición en el lado de la placa de medición, en cuyo caso puede reducirse aún más la pérdida de calor en la placa de medición.
[0054] Para reducir aún más la pérdida de calor hacia el lado del aparato de medición de la conductividad térmica, se puede proporcionar un miembro aislante del calor que comprende un material aislante del calor para cubrir las superficies laterales de la placa caliente protegida, las placas de medición, las placas de refrigeración, las unidades de refrigeración y las celdas de batería, en un estado espaciado para que no se produzca una transferencia directa de calor a través del miembro aislante.
[0055] Cuando el aparato de medición de la conductividad térmica incluye una placa de medición protegida, se puede proporcionar un miembro aislante del calor que comprende un material aislante del calor para cubrir las superficies laterales de la placa caliente protegida, las placas de medición protegidas, las placas de refrigeración, las unidades de refrigeración y las celdas de batería, en un estado espaciado para que no se produzca una transferencia directa de calor a través del miembro aislante.
[0056] La placa caliente puede tener forma de cilindro o de cubo. La forma de la placa caliente no está limitada, pero, para suprimir las pérdidas de calor en la dirección lateral y favorecer la transferencia de calor unidimensional en la dirección vertical, puede ser rectangular o cuadrada, lo más preferentemente circular.
[0057] Cuando se utiliza el aparato de medición de la conductividad térmica de la celda de batería de la presente divulgación, es posible medir por separado la conductividad térmica de las celdas de batería, cada una de las cuales presenta características térmicas diferentes en las direcciones ascendente y descendente de la celda de batería. Específicamente, a través de las siguientes etapas, es posible medir por separado las direcciones ascendente y descendente en la dirección vertical.
[0058] una etapa de cálculo de una cantidad de calor aplicado a la celda de batería en una dirección ascendente perpendicular a la placa caliente;
[0059] una etapa de cálculo de la cantidad de calor aplicado a la celda de batería en una dirección descendente perpendicular a la placa caliente;
[0060] una etapa de cálculo de la conductividad térmica de la celda de batería utilizando la cantidad de calor aplicado en la dirección ascendente y la cantidad de calor aplicado en la dirección descendente.
[0061] Entre los métodos de placa caliente protegida convencionales, se realiza un método de dos piezas basado en un principio que forma un flujo de calor constante en la dirección vertical de la placa caliente principal mientras que las temperaturas de la placa caliente principal y de la placa caliente auxiliar se fijan para ser iguales. Por consiguiente, el tamaño de la placa caliente auxiliar debe ser muy grande, y la placa caliente auxiliar debe mantenerse a la misma temperatura que la de la placa caliente. Además, suponiendo que las piezas de prueba superior e inferior tengan el mismo material y la misma conductividad del material, el poder calorífico se obtiene como media de la conductividad en las direcciones ascendente y descendente. Por lo tanto, es adecuado para medir las propiedades térmicas de un material isótropo o de un material aislante del calor que tenga una conductividad térmica uniforme, pero la conductividad térmica de una celda de batería de tipo bolsa no puede medirse con este método.
[0062] Por lo tanto, en el aparato de medición de la conductividad térmica de la presente divulgación, la placa de medición está dispuesta por encima y por debajo de la placa caliente para medir por separado la cantidad de calor en la dirección ascendente y la cantidad de calor en la dirección descendente. Además, la placa caliente debe ser grande en correspondencia con el tamaño de la celda de batería, pero la placa caliente protegida puede hacerse relativamente pequeña a medida que se dispone la placa de medición, y la temperatura de la placa caliente protegida puede mantenerse a una temperatura superior a la de la placa caliente, para que el ajuste sea fácil.
[0063] El principio de medición del aparato de medición de la conductividad térmica es el siguiente.
[0064] La cantidad total de calor generado por la placa caliente puede expresarse como el producto de la corriente y la tensión, que es igual a la suma de la cantidad de calor en la dirección ascendente y la cantidad de calor en la dirección descendente.
[0065] Por otra parte, utilizando la temperatura de la superficie de la placa de medición superior y de la placa de medición inferior, es posible obtener la relación de calor aplicado a cada una de las direcciones verticales. Se pueden obtener las conductividades térmicas en las direcciones ascendente y descendente de la celda de batería, respectivamente, y la relación también se puede calcular fácilmente.
[0066] En primer lugar, la cantidad de calor aplicado a la celda de batería en la dirección ascendente perpendicular a la placa caliente se calcula mediante la Ecuación 1 siguiente.
[0067] [Ecuación 1]
[0069]
[0071] (En la Ecuación 1 anterior, P<arriba>denota una cantidad de calor aplicado a una celda de batería en una dirección ascendente, T<1>denota una temperatura de una superficie orientada hacia una placa caliente de una placa de medición colocada en una parte superior de la placa caliente, T<2>denota una temperatura de la otra superficie orientada hacia la celda de batería de la placa de medición colocada en la parte superior de la placa caliente, T<3>denota una temperatura de una superficie orientada hacia la placa caliente de la placa de medición dispuesta bajo la placa caliente, T<4>denota una temperatura de la otra superficie orientada hacia la celda de batería de la placa de medición colocada bajo la placa caliente, i denota una corriente aplicada a la placa caliente, y V denota una tensión aplicada a la placa caliente). A continuación, la cantidad de calor aplicado a la celda de batería en una dirección descendente perpendicular a la placa caliente puede calcularse mediante la Ecuación 2 siguiente.
[0072] [Ecuación 2]
[0074]
[0076] (En la Ecuación 2 anterior, P<abajo>denota una cantidad de calor aplicado a una celda de batería en una dirección descendente, T<1>denota una temperatura de una superficie orientada hacia una placa caliente de una placa de medición colocada en una parte superior de la placa caliente, T<2>denota una temperatura de la otra superficie orientada hacia la celda de batería de la placa de medición colocada en la parte superior de la placa caliente, T<3>denota una temperatura de una superficie orientada hacia la placa caliente de la placa de medición dispuesta bajo la placa caliente, T<4>denota una temperatura de la otra superficie orientada hacia la celda de batería de la placa de medición colocada
bajo la placa caliente, i denota una corriente aplicada a la placa caliente, y V denota una tensión aplicada a la placa caliente).
[0077] La conductividad térmica de la celda de batería puede calcularse utilizando los valores caloríficos respectivamente calculados. A continuación, se muestran los factores de cálculo de la conductividad térmica según las ecuaciones 3 y 4.
[0078] En primer lugar, el valor de la cantidad de calor aplicado en la dirección ascendente, la conductividad térmica en la dirección ascendente de la celda de batería puede calcularse mediante la Ecuación 3 siguiente.
[0079] [Ecuación 3]
[0082]
[0084] (En la Ecuación 3, k<arriba>denota una conductividad térmica vertical desde la parte inferior a la parte superior de una celda de batería, P<arriba>denota una cantidad de calor aplicado a la celda de batería en una dirección ascendente, L<parte superior>denota un grosor de una celda de batería, A denota una unidad de superficie para medir una cantidad de calor, T<H>denota una temperatura en una parte inferior de una celda de batería cerca de una placa caliente, y T<C>denota una temperatura en una parte superior de una celda de batería cerca de una placa de refrigeración).
[0085] Utilizando el valor de la cantidad de calor aplicado en la dirección descendente, la conductividad térmica en la dirección descendente de la celda de batería puede calcularse mediante la Ecuación 4 siguiente.
[0086] [Ecuación 4]
[0089]
[0091] (En la Ecuación 4, k<abajo>denota una conductividad térmica vertical desde una parte superior a una parte inferior de una celda de batería, P<abajo>denota una cantidad de calor aplicado a la celda de batería en una dirección descendente, L<parte inferior>denota un grosor de una celda de batería, A denota una unidad de superficie para medir una cantidad de calor, T'<H>denota una temperatura en una parte superior de una celda de batería cerca de una placa caliente, y T'<C>denota una temperatura en una parte inferior de una celda de batería cerca de una placa de refrigeración).
[0092] La conductividad térmica de una celda de batería anisótropa puede calcularse por separado para cada dirección utilizando los valores k<arriba>y k<abajo>, y también se puede ver fácilmente la velocidad a la que se transfiere el calor en cada dirección.
[0093] Realización preferente de la invención
[0094] En lo sucesivo en el presente documento, la estructura del aparato de medición de la conductividad térmica de la presente divulgación se describirá con más detalle haciendo referencia a cada dibujo.
[0095] La FIG.1 muestra un aparato de medición de la conductividad térmica 10 convencional, que está provisto de una placa caliente 11, una placa caliente protegida 12, una placa de medición 13, una placa protegida 14, una placa de refrigeración 16, un material aislante del calor 17, una placa protegida 18. En el presente documento, sobre la placa de refrigeración 16 se dispone una pieza de prueba 15. Dado que el calor generado por la placa caliente 11 se desplaza verticalmente hacia la placa de refrigeración 16, se produce una transferencia de calor de la parte superior a la inferior de la pieza de prueba 15. Por lo tanto, este método solo es aplicable a materiales isótropos. Además, ya que la pérdida de calor hacia el lateral es grande, es posible captar las características térmicas aproximadas, pero una medición precisa es imposible. Además, la placa de medición 13 no mide directamente la cantidad de calor generada en la placa caliente 11, sino que sirve como material aislante térmi
[0096] Por lo tanto, el aparato de medición 10 de la FIG.1 no mide la temperatura de la superficie en la dirección vertical de la placa de medición 13. Por otra parte, la placa de medición proporcionada en el aparato de medición de la presente divulgación se proporciona en una estructura verticalmente simétrica a diferencia de un aparato de medición convencional, y no sirve como material aislante del calor, sino que se utiliza para calcular la cantidad de calor que se desplaza en la dirección vertical de la placa caliente, ya que la temperatura de la superficie de la placa de medición se mide directamente.
[0097] La FIG.2 muestra otro aparato de medición de conductividad térmica 20 convencional que se ha mejorado aún más en comparación con el aparato de medición de conductividad térmica 10 de la FIG.1. Incluye una placa caliente 21, una placa de medición 22, un instrumento de medición 23, una placa protegida 24, una placa caliente protegida 25, una placa de refrigeración 27, una unidad de refrigeración 28 y un miembro aislante del calor 29. Sobre la placa de refrigeración 27 se dispone una pieza de prueba 26, y la transferencia de calor se produce desde la parte superior a
la parte inferior. La pérdida de calor se suprime más que en el dispositivo de medición de la conductividad térmica 10 de la FIG.1, pero del mismo modo, solo se puede medir la conductividad térmica en una dirección, por lo que no es adecuado para medir la conductividad térmica de la celda de batería.
[0099] Las FIGS. 3 y 4 muestran una realización del aparato de medición de conductividad térmica 100 de la presente divulgación. El calor se desplaza verticalmente hacia arriba y hacia abajo desde la placa caliente 110 central, y la placa caliente protegida 120 está separada del lateral de la placa caliente 110 para evitar pérdidas en la dirección lateral. Además, se proporcionan una placa de medición superior 131 y una placa de medición inferior 132 adyacentes a la placa caliente en la dirección vertical, y se miden las temperaturas de las superficies respectivas de la placa de medición superior 131 y la placa de medición inferior 132, a partir de las que se puede comprobar la relación de la cantidad de calor transferido en la dirección vertical. A continuación, se disponen una placa de refrigeración superior 141 y una placa de refrigeración inferior 142, y una unidad de refrigeración superior 151 y una unidad de refrigeración inferior 152 están dispuestas adyacentes a las mismas para mantener así una temperatura baja de la placa de refrigeración. Las celdas de batería superior 101 y la celda de batería inferior 102 están dispuestas en la dirección ascendente y en la dirección descendente, respectivamente, y el mismo tipo de celdas de batería se debería disponer en la misma dirección para calcular por separado la conductividad térmica en la dirección desde la superficie inferior a la superficie superior y la conductividad térmica en la dirección desde la superficie superior a la superficie inferior. Además, se dispone un miembro aislante del calor 160, que cubre las superficies laterales de la placa caliente protegida 120, las placas de medición superiores 131, las placas de medición inferiores 132, la placa de refrigeración superior 141, la placa de refrigeración inferior 142, la unidad de refrigeración superior 151, la unidad de refrigeración inferior 152, la celda de batería superior 101, y la celda de batería inferior 102, en un estado espaciado.
[0101] Las FIGS. 5 y 6 muestran otra realización del aparato de medición de la conductividad térmica 200 de la presente divulgación. El calor se desplaza verticalmente hacia arriba y hacia abajo desde la placa caliente 210 central, y la placa caliente protegida 220 está separada de la superficie lateral de la placa caliente 210 para evitar pérdidas en la dirección lateral. Además, se proporcionan una placa de medición superior 231 y una placa de medición inferior 232 adyacentes a la placa caliente en la dirección vertical, y se miden las temperaturas de las superficies respectivas de la placa de medición superior 231 y la placa de medición inferior 232, a partir de las que se puede comprobar la relación de la cantidad de calor transferido en la dirección vertical. Además, las placas de medición protegidas 241 y 242 están separadas a cada lado de la placa de medición superior 231 y de la placa de medición inferior 232, respectivamente. Mediante esto, es posible reducir aún más la pérdida de calor en la placa de medición, y es posible mantener las características de transferencia de calor de manera uniforme. A continuación, se disponen una placa de refrigeración superior 251 y una placa de refrigeración inferior 252, y una unidad de refrigeración superior 261 y una unidad de refrigeración inferior 262 están dispuestas adyacentes a las mismas para mantener así una temperatura baja de la placa de refrigeración. La celda de batería superior 201 y la celda de batería inferior 202 están dispuestas en la dirección ascendente y en la dirección descendente, respectivamente, y el mismo tipo de celdas de batería se debería disponer en la misma dirección para calcular por separado la conductividad térmica en la dirección desde la superficie inferior a la superficie superior y la conductividad térmica en la dirección desde la superficie superior a la superficie inferior. Además, se dispone un miembro aislante del calor 270, que cubre las superficies laterales de la placa caliente protegida 220, la placa de medición protegida superior 241, la placa de medición protegida inferior 242, la placa de refrigeración superior 251, la placa de refrigeración inferior 252, la unidad de refrigeración superior 261, la unidad de refrigeración inferior 262, la celda de batería superior 201, y la celda de batería inferior 202, en un estado espaciado.
[0103] <Descripción de los números de referencia>
[0105] 10: aparato de medición de la conductividad térmica
[0106] 11: placa caliente
[0107] 12: placa caliente protegida
[0108] 13: placa de medición
[0109] 14: placa protegida
[0110] 15: pieza de prueba
[0111] 16: placa de refrigeración
[0112] 17: material aislante del calor
[0113] 18: placa protegida
[0114] 20: aparato de medición de la conductividad térmica
[0115] 21: placa caliente
[0116] 22: placa de medición
[0117] 23: instrumento de medición
[0118] 24: placa protegida
[0119] 25: placa caliente protegida
[0120] 26: pieza de prueba
[0121] 27: placa de refrigeración
[0122] 28: unidad de refrigeración
[0123] 29: material aislante del calor
[0124] 100: aparato de medición de la conductividad térmica
[0125] 101: celda de batería superior
[0126] 102: celda de batería inferior
[0127] 110: placa caliente
[0128] 120: placa caliente protegida
[0129] 131: placa de medición superior
[0130] 132: placa de medición inferior
[0131] 141: placa de refrigeración superior
[0132] 142: placa de refrigeración inferior
[0133] 151: unidad de refrigeración superior
[0134] 152: unidad de refrigeración inferior
[0135] 160: miembro aislante del calor
[0136] 200: aparato de medición de la conductividad térmica
[0137] 201: celda de batería superior
[0138] 202: celda de batería inferior
[0139] 210: placa caliente
[0140] 220: placa caliente protegida
[0141] 231: placa de medición superior
[0142] 232: placa de medición inferior
[0143] 241: placa de medición protegida superior
[0144] 242: placa de medición protegida inferior
[0145] 251: placa de refrigeración superior
[0146] 252: placa de refrigeración inferior
[0147] 261: unidad de refrigeración superior
[0148] 262: unidad de refrigeración inferior
[0149] 270: miembro aislante del calor
Claims (5)
1. REIVINDICACIONES
1. Un método para medir la conductividad térmica de dos celdas de batería (101, 102) anisótropas idénticas utilizando un aparato (100) que comprende:
una placa caliente (110) que incluye un elemento calefactor; y
una placa caliente protegida (120) que rodea la placa caliente (110), que está separada de un lado de la placa caliente; en el que la placa caliente protegida (120) está configurada para inducir la dirección de transferencia de calor de la placa caliente linealmente en la dirección vertical sobre la base de la placa caliente en una dimensión y la placa caliente protegida (120) está configurada para mantenerse a una temperatura igual o superior a la de la placa caliente,
en donde el aparato (100) tiene una estructura simétrica con respecto a la placa caliente (110) al incluir secuencialmente una placa de medición (131, 132), una placa de refrigeración (141, 142), y una unidad de refrigeración (151, 152) en una parte superior y una parte inferior de la placa caliente (110), respectivamente, en una dirección perpendicular a la placa caliente, y en una dirección alejada de la placa caliente, y
en donde, durante el funcionamiento, las celdas de batería (101, 102) están dispuestas entre la placa de refrigeración (141, 142) y la placa de medición (131, 132) de la parte superior y la parte inferior, respectivamente, comprendiendo el método:
calcular una cantidad de calor aplicado a la celda de batería (101) en una dirección ascendente perpendicular a la placa caliente (110);
calcular una cantidad de calor aplicado a la celda de batería (102) en una dirección descendente perpendicular a la placa caliente (110); y
calcular una conductividad térmica de la celda de batería utilizando la cantidad de calor aplicado en la dirección ascendente y la cantidad de calor aplicado en la dirección descendente,
en donde la cantidad de calor aplicado a la celda de batería en la dirección ascendente perpendicular a la placa caliente (110) se calcula mediante la Ecuación 1 siguiente:
[Ecuación 1]
en donde en la Ecuación 1 anterior,
P<arriba>denota una cantidad de calor aplicado a una celda de batería en una dirección ascendente, T<1>denota una temperatura de una superficie orientada hacia una placa caliente de una placa de medición colocada en una parte superior de la placa caliente,
T<2>denota una temperatura de la otra superficie orientada hacia la celda de batería de la placa de medición colocada en la parte superior de la placa caliente,
T<3>denota una temperatura de una superficie orientada hacia la placa caliente de la placa de medición dispuesta bajo la placa caliente,
T<4>denota una temperatura de la otra superficie orientada hacia la celda de batería de la placa de medición colocada bajo la placa caliente,
i denota una corriente aplicada a la placa caliente, y
V denota una tensión aplicada a la placa caliente,
en donde la cantidad de calor aplicado a la celda de batería en la dirección descendente perpendicular a la placa caliente se calcula mediante la Ecuación 2 siguiente:
[Ecuación 2]
en donde en la Ecuación 2 anterior, P<abajo>denota una cantidad de calor aplicado a una celda de batería en una dirección descendente,
T<1>denota una temperatura de una superficie orientada hacia una placa caliente de una placa de medición colocada en una parte superior de la placa caliente,
T<2>denota una temperatura de la otra superficie orientada hacia la celda de batería de la placa de medición colocada en la parte superior de la placa caliente,
T<3>denota una temperatura de una superficie orientada hacia la placa caliente de la placa de medición dispuesta bajo la placa caliente,
T<4>denota una temperatura de la otra superficie orientada hacia la celda de batería de la placa de medición colocada bajo la placa caliente,
i denota una corriente aplicada a la placa caliente, y
V denota una tensión aplicada a la placa caliente.
2. El método de la reivindicación 1, en donde la placa de medición (231, 232) del aparato (100) comprende aluminio, cobre o una aleación de los mismos.
3. El método de la reivindicación 1, en donde el aparato (100) además comprende una placa de medición protegida (241, 242) que rodea la placa de medición en una posición separada de la placa de medición en un lado de la placa de medición para reducir la pérdida de calor en la placa de medición.
4. El método de la reivindicación 1, en donde la placa caliente del aparato (100) tiene forma de cilindro o cuboide.
5. El método de la reivindicación 1, en donde el aparato además comprende un miembro aislante del calor (270) que cubre las superficies laterales de la placa caliente protegida, las placas de medición, las placas de refrigeración, las unidades de refrigeración y las celdas de batería, en un estado espaciado.
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