[發明專利]一種水冷散熱的紐扣電池控溫測試裝置

在審

• 申請號: 201911309930.4
• 申請日: 2019-12-18
• 公開（公告）號: CN110888061A
• 公開（公告）日: 2020-03-17
• 發明（設計）人: 張朋誠;單智偉;李灑;黃耀迪;劉征
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: G01R31/378
• 分類號: G01R31/378;G01R31/385;G05D23/19
• 代理公司: 西安智大知識產權代理事務所 61215
• 代理人: 弋才富

一種水冷散熱的紐扣電池控溫測試裝置，包括溫控器和溫控腔室兩部分；溫控腔室分為結構相同的正、負極溫控腔；溫控器的散熱監測模塊監測流經溫控腔室的正、負極水冷頭的冷卻循環水水流的流速及溫度狀態；溫控器的制冷片控制模塊連接溫控腔的正、負極制冷片，通過變換電流方向控制正、負極制冷片工作為制冷模式或加熱模式；制冷片控制模塊與溫控器的散熱監測模塊通訊，當散熱監測模塊監測到循環水的流量或溫度異常時，制冷片控制模塊停止向正、負極制冷片供電；溫控器的感溫模塊與正、負極溫度傳感器相連，并與制冷片控制模塊通訊，對比測量的溫度與設定值是否相同，控制模塊啟動或停止制冷片工作；本發明體積小、成本低、控溫準確穩定。

技術領域

本發明涉及電池測試技術領域，尤其涉及一種水冷散熱的紐扣電池控溫測試裝置。

背景技術

在飛速發展的新能源領域，鋰離子電池由于其高比能量的特性，從諸多種類的二次電池中脫穎而出，成為一種熱門的能量存儲器件，在電動車、電動工具、電網儲能方面大范圍應用。美中不足的是，組成鋰離子電池的電極材料、電解液和隔膜通常只能工作在較窄的溫度窗口，超出其溫度窗口將會帶來嚴重的損壞。例如，在較低溫度下工作，負極會發生嚴重的析鋰，產生的鋰枝晶可能刺穿隔膜，導致內部短路；在高溫情況下，電極材料可能會發生相變，電解液發生揮發或者氧化，隔膜可能失效。但鋰離子電池在應用中需要能夠適用于較寬泛的溫度范圍。如在極寒地區的電動汽車，電池需要能夠在-20℃仍然保持足夠的電量；而在熱帶地區，或者電池自身在工作中的發熱，要求電池在+50℃的溫度下能夠維持正常工作。因此，對于鋰離子電池的溫度特性研究，對其實際應用具有重要的現實意義。

實驗室中，最常用的測試鋰電池性能的方式是試制鋰離子紐扣電池來進行測試，這樣工藝簡單，成本低，周期短。現有的技術方案中，對于紐扣電池的溫度測試，一直采用將紐扣電池放入大型恒溫腔的方式進行，恒溫腔通常使用壓縮機及冷風來降溫，恒溫腔的價格高、體積龐大、調溫較慢、使用要求高，導致測試的效率較低，給實際使用帶來不便。因此針對紐扣電池的溫度測試問題進行對比調研，通過關鍵詞檢索，專利號CN105700587A所列的專利就屬于恒溫腔測試類型，無法解決現有的問題；專利CN103487761所示的鋰離子溫控裝置，實際上只是鋰離子電池感溫腔，并不能實現實時控溫；CN107887672和CN206180060所包含的內容，是電池熱管理的一種控制策略，并非針對紐扣電池的溫控裝置。

小范圍的溫控中，尤其是小范圍的制冷，半導體制冷片是適宜的技術手段，半導體制冷片又名熱電制冷片，分為冷面和熱面，在通電后可以在兩面實現40℃左右的溫差，持續通電產生類似于熱量搬運的效果，變換電流方向，可以控制制冷片一面加熱或制冷。針對半導體制冷片在相關領域的應用，如CN106486719A，是基于半導體制冷片的動力電池控制系統，但并非用于紐扣電池測試。CN203689188U是一種針對半導體器件的制冷裝置，但不需要對半導體材料通電，也只需要讓待測材料單面控溫，不能用于紐扣電池的測試。CN106876824所描述的裝置取得一定的改進，但該裝置對電池的電學測試復雜，不易實現；設置的絕緣層實際上會導致電池的溫度測量失真；裝置沒有保溫措施，所以溫度難以降低和保持；且沒有對制冷片做散熱保護，容易發生損壞，因此裝置整體的實用性不強。因此，需要設計一種效率高、體積小、控溫范圍廣、控溫準確且穩定、測試簡便易行的紐扣電池測試裝置。

發明內容

為了克服上述現有技術的缺陷，本發明的目的在于提供一種水冷散熱的紐扣電池控溫測試裝置，具有體積小、成本低、控溫準確且穩定、溫度范圍寬、電學測試易行、工作穩定性高的特點，利用水冷散熱，可使紐扣電池電極殼保持在-30℃～60℃甚至更為寬泛的溫度，并且可以在紐扣電池的正負電極殼實現較大溫度差。

為了達到上述目的，本發明的技術方案為：

一種水冷散熱的紐扣電池控溫測試裝置，包括溫控器1和溫控腔室兩部分；溫控腔室分為結構相同的正極溫控腔2和負極溫控腔3；