一种风扇散热的锂离子电池电芯控温测试装置的制作方法

本发明涉及电池测试技术领域，尤其涉及一种风扇散热的锂离子电池电芯控温测试装置。

背景技术：

在飞速发展的新能源领域，锂离子电池由于其高比能量的特性，从诸多种类的二次电池中脱颖而出，成为一种热门的能量存储器件，在电动车、电动工具、电网储能方面大范围应用。美中不足的是，组成锂离子电池的电极材料、电解液和隔膜通常只能工作在较窄的温度窗口，超出其温度窗口将会带来严重的损坏。例如，在较低温度下工作，负极会发生严重的析锂，产生的锂枝晶可能刺穿隔膜，导致内部短路；在高温情况下，电极材料可能会发生相变，电解液发生挥发或者氧化，隔膜可能失效。但锂离子电池在应用中需要能够适用于较宽泛的温度范围。如在极寒地区的电动汽车，电池需要能够在-20℃仍然保持足够的电量；而在热带地区，或者电池自身在工作中的发热，要求电池在+50℃的温度下能够维持正常工作。因此，对于锂离子电池的温度特性研究，对其实际应用具有重要的现实意义。

现阶段在商业化中应用最广泛的是18650锂离子电池和软包电池。18650指的是圆柱形的锂离子电池，直径18毫米，长65毫米。软包电池通常为方形或矩形，通常用于手机等3c电子产品，体积密度更高。区别于可以直接使用的含有保护电路和外壳的电池，未经包装的电池也可以称为电芯，一般用于实验测试，可以分为铝壳电芯、软包电芯(又称“聚合物电芯”)、圆柱电芯等。实验室中，最常用的温度测试方式是将待测电芯放入大型恒温腔的环境中做电学测试。恒温腔通常使用压缩机及冷风来降温，恒温腔的体积庞大、价格高、调温较慢、使用要求高，导致测试的效率较低，给实际使用带来不便，且其测量温度通常为腔室内温度，与实际的纽扣电池的电极温度还有差异，因此无法准确断定锂离子电池工作的实际温度。针对锂离子电池电芯的温度测试问题进行对比调研，通过关键词检索，专利号cn105700587a所列的专利就属于恒温腔测试类型，无法解决现有的问题；专利cn103487761所示的锂离子温控装置，实际上只是锂离子电池感温腔，并不能实现实时控温；cn107887672和cn206180060所包含的内容，是电池热管理的一种控制策略，并非是针对锂离子电池电芯的温控装置。因此迫切需要一种能够对锂离子电池电芯电池测试提供高效且稳定的温度环境的装置。

技术实现要素：

为了克服上述现有技术的缺陷，提高锂离子电池电芯的温度测试效率，本发明的目的在于提供了一种基于风扇散热的锂离子电池电芯控温测试装置，具有体积小、成本低、控温快速且稳定、测温准确、温度范围宽、电学测试易行、工作稳定性高的特点，利用风扇散热，不需要其他的附属设备即可使锂离子电池电芯的外表面保持在0℃～60℃甚至更为宽泛的温度。

为了达到上述目的，本发明的技术方案为：

一种风扇散热的锂离子电池电芯控温测试装置，包括温控器1和温控腔室2两部分；

所述温控腔2的腔壁为双层结构，外层2-5为壳体材料，内层2-6为保温材料；温控腔2的内部设置有电池测试架2-1，用于放置待测锂离子电池电芯2-2，接在电池测试架2-1电极测试点2-3上的测试线穿过温控腔2与温控腔2外部的电池测试设备相连；温度探头2-4紧贴在锂离子电池电芯2-2的表面；在腔室内壁安装有均温风扇2-7；在腔室壁上设置一孔洞安装制冷片2-8，制冷片2-8的冷面通过导热硅脂黏合蓄冷块2-9，且该蓄冷块2-9位于腔室内，制冷片2-8的热面通过导热硅脂黏合风扇散热块2-10，且该散热块2-10位于腔室外，在散热块2-10上安装有一散热风扇2-11，用于带走散热块2-10的热量；

所述温控器1包括制均温电源1-1、感温模块1-2、制冷片控制模块1-3和散热监测模块1-4；均温电源1-1为均温风扇2-7提供电源，在温控器1通电后需先行启动，用于保证温控腔2内温度均匀；

感温模块1-2的采集线与温控腔2内的温度探头2-4引脚相连，并与制冷片控制模块1-3通讯，对比监测到的电芯表面温度与设定值是否相同，进而控制模块1-3启动或停止制冷片2-8工作；

制冷片控制模块1-3通过控制线连接温控腔2的制冷片2-8引脚，通过变换电流方向控制制冷片2-8工作在制冷模式或加热模式；

散热监测模块1-4连接温控腔2的散热风扇2-11的引脚为其供电，并监测散热风扇上的电流；制冷片控制模块1-3与散热监测模块1-4通讯，当散热监测模块1-4监测到风扇电流异常时，制冷片控制模块1-3停止向制冷片2-8供电。

所述的制冷片2-8的边长为4厘米，厚度为5毫米。

本发明的优点：制冷片的边长仅为厘米量级，需要的腔室很小，且同时具有加热和制冷的能力，本发明应用制冷片设计的风扇散热测试装置，与传统的锂离子电池电芯测试装置对比，其体积小巧、效率高、控温更为准确且易于实现。设置的散热监测功能可以有效保护制冷片，防止过热损坏，装置的安全性更高，测试也更稳定，使用散热风扇散热不需要依靠其他的制冷附件，如循环冷却水、压缩机等，即可实现较好的温控效果。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图2是本发明的控温腔的剖面示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的介绍。

参照图1，一种风扇散热的锂离子电池电芯控温测试装置，包括温控器1和温控腔室2两部分；

参照图2，所述温控腔2的腔壁为双层结构，外层2-5为壳体材料，内层2-6为保温材料；温控腔2的内部设置有电池测试架2-1，用于放置待测锂离子电池电芯2-2，接在电池测试架2-1电极测试点2-3上的测试线穿过温控腔2与温控腔2外部的电池测试设备相连；温度探头2-4紧贴在测锂离子电池电芯2-2的表面，测量电芯的表面温度；在腔室内壁安装有均温风扇2-7，用于均衡腔室内的温度；在腔室壁上设置一孔洞安装制冷片2-8，制冷片2-8的冷面通过导热硅脂黏合蓄冷块2-9，且该蓄冷块2-9位于腔室内，制冷片2-8的热面通过导热硅脂黏合风扇散热块2-10，且该散热块2-10位于腔室外，在散热块2-10上安装有一散热风扇2-11，用于带走散热块2-10的热量；

参照图1，所述温控器1包括制均温电源1-1、感温模块1-2、制冷片控制模块1-3和散热监测模块1-4；

均温电源1-1为均温风扇2-7提供电源，在温控器1通电后需先行启动用于保证温控腔2内温度均匀。

制冷片控制模块1-3通过控制线连接温控腔2的制冷片2-8引脚，通过变换电流方向控制制冷片2-8工作在制冷模式或加热模式；

感温模块1-2的采集线与温控腔2内的温度探头2-4引脚相连，并与制冷片控制模块1-3通讯，对比监测到的电芯表面温度与设定值是否相同，进而控制模块1-3启动或停止制冷片2-8工作；

散热监测模块1-4连接温控腔2的散热风扇2-11的引脚为其供电，并监测散热风扇上的电流；

制冷片控制模块1-3与散热监测模块1-4通讯，当散热监测模块1-4监测到风扇电流异常时，制冷片控制模块1-3停止向制冷片2-8供电；

本发明的工作原理：在使用时，先打开温控腔室2，将锂离子电池电芯2-2安装在电池测试架2-1上，温度探头2-4贴于锂离子电池电芯2-2的表面，电极测试点2-3分别连接锂离子电池电芯2-2的正负极，之后关闭温控腔室2。打开温控器1，均温风扇2-7启动使温控腔室2内部的温度更为均匀，温度探头2-4测得温度值返回到温控器1，同时散热监测1-4驱动和监测散热风扇2-11工作，当散热风扇2-11正常工作时，设定待测温度值，制冷片控制模块1-3对比设定值与实际值，驱动制冷片2-8为制冷模式或散热模式。当温控腔2内的温度稳定在设定值附近时，即可使用电池测试设备测定锂离子电池电芯2-2在设定温度下的电学性能。通过实际使用证明，20℃的外部环境温度时，该装置可在温控腔室2内稳定的实现0℃的低温测试环境到50℃的高温测试环境。