电池产热测量装置的制作方法

本实用新型涉及电池技术领域，尤其是涉及一种电池产热测量装置。

背景技术：

锂离子电池因其具有比能量高、循环寿命好等优点，在电动助力车、电动汽车、混合动力汽车中有着广泛的应用。由于锂离子电池在充放电的过程中会产生热量，对锂离子电池热容和产热的准确测量是电池热管理方案设计的重要依据。

其中，电池的热容可以通过产热量和电池的温升速率推断出来。相关技术中，电池的电池产热测量方式包括以下三种方式：等温测量、绝热测量和自然散热方式测量。然而，前两种对保温设计的要求较高，并对温度仪表的测量的精度要求较高；同时，在良好的保温环境中进行环境适应的时间通常较长。对于第三种自然散热测量方式来说，则需要较大的测量空间，同时容易受到环境的影响，测量的准确度相对较低。

技术实现要素：

本实用新型旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本实用新型的一个目的在于提出一种电池产热测量装置，对保温设计、测温仪表的要求相对较低，所需的测量空间小。

根据本实用新型实施例的电池产热测量装置，包括：风道结构，所述风道结构的两端敞开，所述风道结构的两端分别为入口和出口，其中所述电池适于布置在所述风道结构内，且所述电池的外周面与所述风道结构的内表面彼此间隔开；电池温度检测件，所述电池温度检测件的检测点设在所述风道结构内以检测所述电池的表面温度；环境温度检测件，所述环境温度检测件的检测点设在所述风道结构内以检测所述风道结构内的空气温度；风机，所述风机设在所述风道结构的两端中的任意一端。

根据本实用新型实施例的电池产热测量装置，通过设置上述的风道结构、电池温度检测件、环境温度检测件和风机，可以很好地实现对电池产热的测量，且电池产热测量装置对保温设计、电池温度检测件、环境温度检测件的要求相对较低，所需的测量空间小。

根据本实用新型的一些实施例，风道结构内设有至少一个导流结构，所述导流结构至少位于所述电池的上游，所述导流结构与所述电池之间具有间隙d，其中所述d满足：5mm≤d≤10mm。

根据本实用新型的一些实施例，导流结构为两个，两个所述导流结构分别设在所述电池的上游和下游，其中所述环境温度检测件的检测点设在上游的所述导流结构上。

根据本实用新型的一些实施例，沿所述风道结构的长度方向，上游的所述导流结构的宽度大于下游的所述导流结构的宽度。

根据本实用新型的一些实施例，每个导流结构为板状结构，每个所述导流结构的两端支撑在所述风道结构内，每个所述导流结构的上表面与所述风道结构的顶面间隔开且下表面与所述风道结构的底面间隔开，上游的所述导流结构的厚度大于等于所述电池的厚度，下游的所述导流结构的厚度小于等于所述电池的厚度。

根据本实用新型的一些实施例，风道结构内设有至少一个均流板，所述均流板位于所述电池的上游，所述均流板上形成有均匀间隔分布的多个均流孔。

根据本实用新型的一些实施例，均流板为两个，两个所述均流板沿所述风道结构的长度方向间隔设置，两个所述均流板之间设有标准喷嘴。

根据本实用新型的一些实施例，风道结构包括沿长度方向依次相连的第一风道段至第三风道段，所述第一风道段的横截面积从所述入口向所述出口的方向逐渐增大，第二风道段的横截面积保持不变，所述第三风道段的横截面积从所述入口向所述出口的方向逐渐减小，其中两个所述均流板中的其中一个设在所述第一风道段和所述第二风道段的连接处，两个所述均流板中的另一个设在所述第三风道段的邻近所述出口的一端，所述标准喷嘴设在所述第二风道段内。

根据本实用新型的一些实施例，风道结构进一步包括沿朝向所述出口的方向依次相连的第四风道段、连接段和第五风道段，所述第四风道段连接在所述第三风道段的邻近所述出口的一端，所述第四风道段和所述第五风道段的横截面积分别保持不变，所述连接段从所述入口向所述出口的方向横截面积逐渐减小，其中所述电池适于设在所述第五风道段内。

根据本实用新型的一些实施例，出口处具有出口段，所述出口段与所述第五风道段相连，且所述出口段的横截面积小于所述第五风道段的横截面积。

根据本实用新型的一些实施例，风道结构内设有用于检测所述风道结构内气流流量的流量计的检测点。

根据本实用新型的一些实施例，风机的风速可调。

根据本实用新型的一些实施例，电池大体为板状结构，所述风道结构内对应所述电池处的横截面形状为矩形，所述电池的上表面与所述风道结构内的顶面之间的距离与所述电池的下表面20-30mm，所述风道结构内的底面之间的距离20-30mm。

根据本实用新型的一些实施例，当电池在产热工况下，所述电池的表面温度与所述入口处的气流温度的差值为δ，其中所述δ满足：2℃≤δ≤14℃。

根据本实用新型的一些实施例，所述电池温度检测件和所述环境温度检测件分别为温度传感器。

根据本实用新型的一些实施例，所述风道结构的内表面为铝箔材料件。

根据本实用新型的一些实施例，所述风道结构的内表面为镜面铝箔材料件。

根据本实用新型的一些实施例，所述风道结构为透明件。

本实用新型的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。

附图说明

本实用新型的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是根据本实用新型实施例的电池产热测量装置的使用示意图；

图2是不同流速下电池的产热功率与电池表面温度和空气温度之差的关系示意图。

附图标记：

100：电池产热测量装置；

1：风道结构；11：入口；12：出口；121：出口段；

13：第一风道段；14：第二风道段；

15：第三风道段；16：第四风道段；

17：连接段；18：第五风道段；

2：电池温度检测件；3：环境温度检测件；

4：风机；5：导流结构；6：均流板；

7：标准喷嘴；9：流量计；

200：电池；201：导线。

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施例，参考附图描述的实施例是示例性的，下面详细描述本实用新型的实施例。

下面参考图1-图2描述根据本实用新型实施例的电池产热测量装置100。电池产热测量装置100可以应用于电池200例如锂离子电池。在本申请下面的描述中，以电池产热测量装置100可以应用于锂离子电池为例进行说明。当然，本领域技术人员可以理解，电池产热测量装置100还可以应用于其它类型的电池200，而不限于锂离子电池。

如图1所示，根据本实用新型实施例的电池产热测量装置100，包括风道结构1、电池温度检测件2、环境温度检测件3以及风机4。

具体而言，风道结构1的两端(例如，图1中的左端和右端)敞开，风道结构1的两端分别为入口11(例如，图1中的左端)和出口12(例如，图1中的右端)，外部气流如空气等可以通过风道结构1的入口11进入到风道结构1内，再通过风道结构1的出口12流出。

其中，电池200例如锂离子电池适于布置在风道结构1内，从而流经风道结构1内的气流如空气等可以流经电池200例如锂离子电池的外表面。电池200例如锂离子电池的外周面与风道结构1的内表面彼此间隔开。例如，在图1的示例中，电池200例如锂离子电池的两端可以分别设有极耳，电池200通例如锂离子电池过固定两个极耳使电池本体悬空布置在风道结构1内，此时电池200例如锂离子电池的环绕沿风道结构1的横向水平延伸的中心轴线的外表面与风道结构1的内表面不接触。由此，电池200例如锂离子电池与风道结构1的接触面积较小，可以减小接触导热产生的热量测量误差。进一步地，电池200例如锂离子电池的两个极耳可以通过导线201伸出风道结构1外以与充放电电路(图未示出)连接，充放电电路可以用于对电池200例如锂离子电池充放电。

电池温度检测件2的检测点设在风道结构1内以检测电池200的表面温度。例如，电池温度检测件2的检测点可以直接布置在电池200例如锂离子电池的表面上，以对电池200例如锂离子电池的表面温度进行直接检测，保证温度检测的准确性。

环境温度检测件3的检测点设在风道结构1内的导流结构5上以检测风道结构1内的空气温度。

风机4设在风道结构1的两端中的任意一端。例如，在图1的示例中，风机4设在风道结构1的入口11处，此时风机4位于电池200例如锂离子电池的上游。当风机4工作时，外部气流如空气等可以在风机4的作用下被输送至风道结构1内。当然，本实用新型不限于此，风机4还可以位于电池200例如锂离子电池的下游(图未示出)。这里，需要说明的是，本申请中的“上游”可以理解为气流的流动方向上的上游，其相反方向被定义为“下游”，即气流的流动方向上的下游。

根据电池热平衡过程公式：

其中，m为电池质量，cp为电池热容，tc为电池温度，k为换热系数，a为电池换热面积，tamb为环境温度(或者支持结构温度)，qc为电池产热，t为时间。

电池热容cp可以通过在电池不充放电产热的情况下，测量散热量和电池温度梯度得到；电池产热可以直接计算得到。

具体到本申请，上述公式中的m为电池200质量，cp为电池200热容，tc为电池200的表面温度，k为换热系数，a为电池200表面换热面积，tamb为风道结构1内的空气温度，qc为电池200产热。

其中，放置在风道结构1中的电池200的质量m、电池200表面的换热面积a(例如，可以为图1中所示的电池200的上表面和下表面的面积之和)、换热系数k(可查表或仿真得到)均已知，在电池200不充放电的情况下，即qc＝0，根据电池温度检测件2检测得到的电池200的表面温度tc、以及环境温度检测件3检测得到的风道结构1内的空气温度tamb，且由于电池温度检测件2可以实时检测电池200的表面温度tc，从而可以得到电池200的表面温度tc随时间t的变化率，即dtc/dt也是已知的，从而将这些已知参数代入上述公式可以得到电池热容cp。

然后，根据计算得到的电池热容cp，根据实时测量得到的电池200的表面温度tc和风道结构1内的空气温度tamb，可以计算出电池在充放电产热情况下的电池产热qc。

由此，通过采用包括上述的风道结构1、电池温度检测件2、环境温度检测件3和风机4的电池产热测量装置100，可以很好地实现对电池200例如锂离子电池产热的测量，而且，与传统的等温测量、绝热测量的电池产热测量方式相比，由于风道结构1的两端是敞开的，风道结构1内部可以与外部环境进行气流交换，从而对保温设计、测温仪表(如电池温度检测件2、环境温度检测件3)的要求较低。另外，由于整个测量过程仅在风道结构1内进行，与传统的自然散热测量方式相比，不需要较大的测量空间，从而电池产热测量装置100的占用空间小，且在测量过程中，气流是不断流过风道结构1内的，从而不存在容易受到环境影响的问题，测量准确度相对较高。

根据本实用新型实施例的电池产热测量装置100，通过设置上述的风道结构1、电池温度检测件2、环境温度检测件3和风机4，可以很好地实现对电池200例如锂离子电池产热的测量，且电池产热测量装置100对保温设计、电池温度检测件2、环境温度检测件3的要求相对较低，所需的测量空间小。

根据本实用新型的一些实施例，如图1所示，风道结构1内设有至少一个导流结构5，导流结构5至少位于电池200的上游，导流结构5与电池200之间具有间隙d，其中d满足：5mm≤d≤10mm。由此，通过至少在电池200例如锂离子电池的上游设置导流结构5，当风机4工作时，气流在风道结构1内先流过导流结构5、再流向电池200例如锂离子电池，其中，气流在流经导流结构5的过程中会被导流结构5分成分别位于导流结构5上方和下方的两股气流，这两股气流在流向电池200例如锂离子电池时也会基本按照此时的流动路径分别在电池200例如锂离子电池的上方和下方流动，从而保证了气流在流经电池200例如锂离子电池的平稳性，提高了电池200例如锂离子电池产热测量的准确性。

而且，通过设置使导流结构5与电池200之间的间隙d满足：5mm≤d≤10mm，在保证气流平稳流过电池200例如锂离子电池的同时，可以进一步提高电池200例如锂离子电池产热测量的准确性，具体地，当间隙d＞10mm时，导流结构5与电池200例如锂离子电池之间的距离较大，导流结构5上方和下方的两股气流在流过导流结构5之后可能穿过间隙d再继续向后流向电池200例如锂离子电池的另一侧，导致气流在流过电池200例如锂离子电池的过程中出现扰动；当间隙d＜5mm时，此时导流结构5与电池200例如锂离子电池之间的距离很小，导流结构5可能对电池200例如锂离子电池充放电过程中产生的热量有影响。

导流结构的两端固定连接在风道结构的内壁上，固定连接的方式可以是粘接、焊接、铆接等。

进一步地，参照图1，导流结构5为两个，两个导流结构5分别设在电池200的上游和下游，其中环境温度检测件3的检测点设在上游的导流结构5上。由此，通过在电池200例如锂离子电池的上游和下游分别布置导流结构5，两个导流结构5可以很好地减小气流在刚流向电池200例如锂离子电池、以及流出电池200例如锂离子电池时扰动的影响，换言之，两个导流结构5有效地保证了气流在流过整个电池200例如锂离子电池的平稳性。

其中，环境温度检测件3可以为温度传感器，环境温度检测件3的检测点可以竖直设置在上游的导流结构5的上表面上，且环境温度检测件3的温度检测触点位于环境温度检测件3的顶部，以更好地检测风道结构1内的空气温度，提高检测的准确性。

可选地，沿风道结构1的长度方向(例如，图1中的左右方向)，上游的导流结构5的宽度大于下游的导流结构5的宽度，如图1所示。与下游的导流结构5相比，气流在流经上游的导流结构5时该导流结构5对气流产生的阻碍作用更大，通过设置使上游的导流结构5的宽度大于下游的导流结构5的宽度，气流在流过上游的导流结构5时的流动路径相对较长，从而可以有效保证气流在流向电池200例如锂离子电池时已经平稳，通过设置使下游的导流结构5的宽度相对较短，在保证气流在流出电池200例如锂离子电池时保持平稳的同时，节省了导流结构5的材料，降低了成本。

根据本实用新型的一些具体实施例，参照图1，每个导流结构5为板状结构，每个导流结构5的两端支撑在风道结构1内，每个导流结构5的上表面与风道结构1的顶面间隔开，且每个导流结构5的下表面与风道结构1的底面间隔开，上游的导流结构5的厚度大于等于电池200的厚度，下游的导流结构5的厚度小于等于电池200的厚度。由此，通过设置上述的导流结构5，可以进一步很好地保证气流流经电池200例如锂离子电池时的平稳性，且板状的导流结构5的结构简单，便于加工。

根据本实用新型的进一步实施例，如图1所示，风道结构1内设有至少一个均流板6，均流板6位于电池200的上游，均流板6上形成有均匀间隔分布的多个均流孔。例如，在图1的示例中，均流板6竖直布置，且均流板6邻近风道结构1的入口11。由此，通过设置具有均匀间隔分布的多个均流孔的均流板6，外部气流如空气等在通过入口11穿过均流板6上的多个均流孔后，气流如空气等在风道结构1横截面内的分布可以更加均匀，从而可以有效保证气流流经电池200例如锂离子电池的均匀性，从而进一步保证了电池温度检测件2和环境温度检测件3的测量结果的准确性，进而保证了电池200例如锂离子电池产热测量的准确性。

可选地，结合图1，均流板6为两个，两个均流板6沿风道结构1的长度方向间隔设置，两个均流板6之间设有标准喷嘴7。由此，通过设置标准喷嘴7，可以通过测量压差来衡量风道结构1内气流流量的大小，从而可以进一步提高k值确定的准确性。标准喷嘴7下游的均流板6可以使流过标准喷嘴7的集中气流变得均匀，从而有效保证了气流流经电池200例如锂离子电池的均匀性。可以理解的是，标准喷嘴7的结构、以及工作原理等已为本领域的技术人员所熟知，在此不再赘述。

均流板和标准嘴间隔设置，具体的均流板和标准嘴分别与风道结构的内壁固定连接，固定连接的方式可以是粘接、焊接、铆接等。

根据本实用新型的一些具体实施例，参照图1，风道结构1包括沿长度方向依次相连的第一风道段13、第二风道段14和第三风道段15，第一风道段13的横截面积从入口11向出口12的方向(例如，图1中从左到右的方向)逐渐增大，第二风道段14的横截面积保持不变，第三风道段15的横截面积从入口11向出口12的方向逐渐减小，其中两个均流板6中的其中一个设在第一风道段13和第二风道段14的连接处，两个均流板6中的另一个设在第三风道段15的邻近出口12的一端(例如，图1中的右端)，标准喷嘴7设在第二风道段14内。由此，通过设置横截面积逐渐增大的第一风道段13，气流如空气等在流经第一风道段13的过程中，流速逐渐减小，从而气流可以均匀地通过第一风道段13与第二风道段14的连接处的均流板6上的多个均流孔，有效保证了气流流入第二风道段14内的均匀性；通过将标准喷嘴7布置在第二风道段14内，可以提高流量测量结果的准确性，从而保证了k值的准确性；通过设置横截面积逐渐减小的第三风道段15并在第三风道段15的邻近出口12的一端设置均流板6，气流如空气等在流经第三风道段15的过程中，流速可以相对加快，使气流可以更加均匀地通过该处均流板6上的多个均流孔，而不易在第三风道段15内聚集，从而进一步保证了流量测量结果的准确性。

进一步地，如图1所示，风道结构1进一步包括沿朝向出口12的方向依次相连的第四风道段16、连接段17和第五风道段18，第四风道段16连接在第三风道段15的邻近出口12的一端，第四风道段16和第五风道段18的横截面积分别保持不变，连接段17从入口11向出口12的方向横截面积逐渐减小，其中电池200适于设在第五风道段18内。由此，通过设置上述的第四风道段16、连接段17和第五风道段18，可以使得气流在进入到电池200例如锂离子电池所在的第五风道段18时不会产生大的扰动，气流可以尽可能以层流的状态流经电池200例如锂离子电池，从而可以进一步提高测量的准确性。

更进一步地，结合图1，出口12处具有出口段121，出口段121与第五风道段18相连，且出口段121的横截面积小于第五风道段18的横截面积。由此，可以有效减小外界环境对风道结构1内气流的波动。

当然，本实用新型不限于此，根据本实用新型的另一些实施例，风道结构1内设有用于检测所述风道结构内气流流量的流量计9的检测点。由此，通过采用流量计9，同样可以很好地实现对风道结构1内气流流量的测量。

根据本实用新型的一些实施例，风机4的风速可调。通过风速可调的风机4引入气流，将电池200例如锂离子电池置于一种受控的气流中，具体地，当风机4低速运行时，外部气流可以以较低的流速通过风道结构1，此时可以用于测量电池200例如锂离子电池的热容和产热。当风机4高速运行时，外部气流可以以较高的流速通过风道结构1，加大的气流可以使得电池200例如锂离子电池表面气流处于紊流状态，使环境温度和电池200例如锂离子电池温度快速保持一致，减少环境适应时间，从而可以缩短测量时间。

当风机4功率已知时，可以反推出流过风道结构1内的气流流量。此时无需在风道结构1内设置标准喷嘴7或流量计9的检测点。

根据本实用新型的一些具体实施例，电池200大体为板状结构，风道结构1内对应电池200处的横截面形状为矩形，电池200的上表面与风道结构1内的顶面之间的距离20-30mm，电池200的下表面与风道结构1内的底面之间的距离20-30mm。由此，通过设置使风道结构1内对应电池200处的横截面形状为矩形，并使电池200的上表面与风道结构1内的顶面之间的距离与电池200的下表面与风道结构1内的底面之间的距离大致相等，降低制作和装配的要求，而距离测量需要准确。可以进一步保证电池200例如锂离子电池表面的气流处于层流状态，从而可以控制电池200例如锂离子电池表面换热系数k与气流波动关系较小。从图2中可以明显看出，电池200例如锂离子电池表面换热系数k对流速的依赖关系较小，主要取决于电池200例如锂离子电池表面温度与空气温度之差。此时电池200例如锂离子电池表面的换热特性主要由电池200例如锂离子电池表面温度与空气温度的温差确定，与流速相关性较小(或无关)，对流速控制要求不高。

例如，电池200的上表面与风道结构1内的顶面之间的距离、电池200的下表面与风道结构1内的底面之间的距离可以分别为20-30mm(包括端点值)，进一步地，可以分别为25mm。但不限于此。放入风道结构1内的电池200为单体电池。

当然，根据本实用新型的另一些具体实施例，电池200还可以为圆柱形结构，此时风道结构1内对应电池200处的横截面形状为圆形(图未示出)。

根据本实用新型的一些实施例，当电池200在产热工况下，电池200的表面温度与入口11处的气流温度的差值为δ，其中δ满足：2℃≤δ≤14℃。此时电池200例如锂离子电池充放电。由此，通过设置使电池200的表面温度与入口11处的气流温度的差值δ满足2℃≤δ≤14℃，可以更进一步地保证电池200例如锂离子电池热容和产热测量的准确性。

可选地，电池温度检测件2为温度传感器，环境温度检测件为温度传感器。

可选地，风道结构1的内表面为铝箔材料件。由此，可以有效隔离外界辐射对风道结构1内待测量的电池200例如锂离子电池的影响。进一步地，风道结构1的内表面为镜面铝箔材料件。但不限于此。

可选地，风道结构1为透明件。由此，便于测量人员从外部观察风道结构1内的情况，从而可以进一步保证测量的准确性。

可选地，电池200为软包电池200。

根据本实用新型实施例的电池产热测量装置100，对测温仪表、保温设计要求较低，电池产热测量装置100的可靠性高，失效风险小。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”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实用新型和简化描述，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实用新型的限制。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。

尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本实用新型的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由权利要求及其等同物限定。