專利名稱：一種電池熱電參數(shù)測試裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電池熱電參數(shù)測試裝置，尤其是電池充放電過程中，同時測定電壓、電流、熱流的測定裝置。
背景技術(shù)：
電池生產(chǎn)過程中，電池狀態(tài)參數(shù)檢測是保證電池出廠質(zhì)量的關(guān)鍵。與鎳氫電池或鎳鎘電池相比，鋰電池更輕，沒有記憶效應，并且自放電速率更慢，被廣泛用作智能手機和筆記本電腦等現(xiàn)代電子設(shè)備的充電電池，以及電動汽車、電動工具和能量儲存等高功率應用中，但是鋰離子電池也存在突出的安全問題。隨著電池行業(yè)的快速增長，制造過程中使用的測試設(shè)備也變得非常重要。而目前電池測試設(shè)備的典型功能如下(1)激活和分級電池單元組裝完成后，各單元必須經(jīng)歷至 少一個精確控制的充放電循環(huán)以激活工作材料，將其轉(zhuǎn)化成可用形式。利用此過程將電池單元分為不同的性能組別，以便根據(jù)可選規(guī)格進行銷售，這稱為“分級”。(2)循環(huán)和特征測試循環(huán)是指對電池單元和電池組進行多次充電和放電，以執(zhí)行壽命和可靠性測試。為了縮短充電時間，多數(shù)用戶首先選擇恒流(CC)充電模式，然后切換到恒壓(CV)充電模式。特征是指測量電池的電壓、容量、比容量和內(nèi)阻等技術(shù)特性。充電或放電過程中，如果電池的溫度超過額定值，電池壽命可能會縮短。最差情況下，過高的溫度可能會導致電池破裂，甚至起火。美國密特電子公司申請的發(fā)明專利(CN1142445C)僅接有一溫度傳感器來監(jiān)測電池充放電過程。現(xiàn)有的電池測試設(shè)備，在充放電循環(huán)中，也僅僅監(jiān)測鋰電池單元的溫度，不能評價其安全性能。因此，如何在評價電池的電氣性能的同時，準確評價其安全性能是一個亟待解決的問題。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于在測試電池電學特征參數(shù)，評價電池的電氣性能的同時，通過準確測量電池的發(fā)熱量，對其安全性能作出準確評價。本發(fā)明的目的通過下述技術(shù)方案予以實現(xiàn)。一種電池熱電參數(shù)測試裝置，包括
一個電池充放電設(shè)置模塊I ;
與電池充放電設(shè)置模塊I相連的待測電池固定及接線器21;
所述的待測電池固定及接線器21置于量熱瓶22內(nèi)部，并緊密接觸；
與待測電池固定及接線器21相連的電信號處理模塊11;
與電信號處理模塊11相連的第一 A/D轉(zhuǎn)換器12;
與量熱瓶22配套并接觸的量熱管24 ；
與量熱管24相連的熱流信號處理模塊25 ；
與熱流信號處理模塊25相連的第二 A/D轉(zhuǎn)換器26 ；與熱流信號處理模塊25相連的第一 A/D轉(zhuǎn)換器12、第二 A/D轉(zhuǎn)換器26相連的分析器31。從上述的技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明提供的電池熱電參數(shù)測試裝置，包括的電池充放電設(shè)置模塊I為多通道，多通道參數(shù)設(shè)置相互獨立；檢測時，電池充放電設(shè)置模塊I對每個通道分別按設(shè)計的充放電制度，向不同導熱式量熱測定模塊2中待測電池固定及接線器21中的待測電池提供電壓或設(shè)置負載，使待測電池分別處于充電或放電過程，該過程的電壓和電流等參數(shù)由具有多通道的電信號處理模塊11采集，經(jīng)第一 A/D轉(zhuǎn)換器12轉(zhuǎn)換的數(shù)字信號由分析器31記錄，并保存為數(shù)據(jù)文件。所述待測電池由于發(fā)生電化學反應放出的熱量透過量熱瓶22由量熱管24內(nèi)的熱電堆轉(zhuǎn)變?yōu)闊崃餍盘?，所述熱流信號由熱流信號處理模塊25處理后，經(jīng)第二A/D轉(zhuǎn)換器26轉(zhuǎn)換的信號由分析器31記錄，并保存為數(shù)據(jù)文件。分析器31根據(jù)熱流與時間關(guān)系曲線，通過積分算出上述待測電池充放電過程的反應熱產(chǎn)生總量qtotal。利用電信號中時間與電流數(shù)據(jù)求出其積分面積即為其不同充電過程和放電過程的電量Q，再由公式(I)算出充放電過程的反應摩爾數(shù)n，根據(jù)已得出的反應熱 產(chǎn)生總量qt(rtal和反應摩爾數(shù)n，結(jié)合公式(2)即可求出摩爾反應焓變ΔΗ;
n=Q/F= [ f i(t)dt]/F(I)
AH=qtotal/n(2)
其中，η為反應的物質(zhì)的量(mol)，Q為反應總電量(C)，F(xiàn)為法拉第常數(shù)，i (t)為充放電過程中電流隨時間的變化曲線，qtotal為反應熱產(chǎn)生總量(J)，ΔΗ為摩爾反應焓變(KJ · moΓ1),該摩爾反應i含變?yōu)榉从成鲜龃郎y電池安全性的熱力學特征參數(shù)。分析器31根據(jù)電信號計算出待測電池的容量，比容量，內(nèi)阻等電特征參數(shù)。結(jié)合設(shè)置條件，根據(jù)智能模型判斷此次檢測的待測電池是否合格并進行分級。本發(fā)明結(jié)合了電池的熱特征參數(shù)與電特征參數(shù)，提高了判斷和分級的準確度。
圖I為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)原理圖。附圖I中1 一電池充放電設(shè)置模塊、2—熱導式量熱測定模塊、3—信號處理模塊、11—電信號處理模塊、12—第一 A/D轉(zhuǎn)換器、21—待測電池固定及接線器、22—量熱瓶、23—量熱瓶塞、24—量熱管、25—熱流信號處理模塊、26—第二 A/D轉(zhuǎn)換器、31—分析器。
具體實施例方式本發(fā)明公開了一種電池熱電參數(shù)測試裝置，在測試電池電學特征參數(shù)的同時，通過準確測量電池的發(fā)熱量，評價電池的電氣性能同時對其安全性能作出準確評價，提高判斷準確度。下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖1，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。請參閱圖1，圖I本發(fā)明實施例提供的電池熱電參數(shù)測試裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
本發(fā)明提供的電池熱電參數(shù)測試裝置，包括電池充放電模塊I、待測電池固定及接線器21，量熱瓶22，量熱管24，熱流信號處理模塊25、第二 A/D轉(zhuǎn)換器26，分析器31。首先，啟動電池充放電設(shè)置模塊I的電源，根據(jù)待測電池的尺寸大小和電池材料，對每個通道設(shè)定充放電制度，包括恒流充電持續(xù)時間、恒壓充電持續(xù)時間、靜置時間、恒流放電持續(xù)時間及相應的電壓、電流值，其中靜置時間必須大于熱流值回到基線的時間。然后開啟信號處理模塊3，按設(shè)置的記錄周期，記錄不同時間對應的熱流、電壓、電流值，由分析器31保存對應數(shù)據(jù)文件。電池的摩爾反應焓變ΔΗ可根據(jù)上述公式I和公式2計算出，其中η為反應的物質(zhì)的量，Q為反應總電量，F(xiàn)為法拉第常數(shù)，i(t)為充放電過程中電流隨時間的變化曲線，qt()tai為反應熱產(chǎn)生總量，δη為摩爾反應i含變,該摩爾反應i含變?yōu)榉从成鲜龃郎y電池安全性的熱力學特征參數(shù)。根據(jù)電信號，通過分析器31計算出待測電池的容量，比容量，內(nèi)阻等電特征參數(shù)，上述測試信號和計算結(jié)果均在分析器31的顯示器上顯示。分析儀31可預先引入有其它數(shù)據(jù)文件，該數(shù)據(jù)為反復試驗獲得的不同介質(zhì)，不同 倍率，不同尺寸大小，不同材料的電池的試驗數(shù)據(jù)的平均結(jié)果，通過支持向量機及人工智能等方法建立模型。此模型更加有效地評價電池的性能，結(jié)合設(shè)置條件，判斷此次檢測的待測電池是否合格并進行分級。綜上所述，本發(fā)明智能化程度高、測試方法簡便；通過同時測定電壓、電流、熱流參數(shù)和所建立的智能模型，可以在不受人工干擾地對各種電池進行有效地檢測。本發(fā)明特別適用于鋰離子電池生產(chǎn)廠家對其產(chǎn)品進行檢測分級。
權(quán)利要求
1.一種電池熱電參數(shù)測試裝置，其特征在于，包括 一個電池充放電設(shè)置模塊(I)； 與電池充放電設(shè)置模塊相連的待測電池固定及接線器(21); 所述的待測電池置于其內(nèi)部并緊密接觸的量熱瓶(22)； 與量熱瓶配套并接觸的量熱管(24)； 與量熱管相連的熱流信號處理模塊(25)； 與熱流信號處理模塊相連的第二 A/D轉(zhuǎn)換器(26)； 與第二 A/D轉(zhuǎn)換器(26)相連的分析器(31)。
2.如權(quán)利要求I所述的電池熱電參數(shù)測試裝置，其特征在于，還包括 與待測電池相連的電信號處理模塊(11); 與所述電信號處理模塊(11)相連的第一 A/D轉(zhuǎn)換器(12)，該第一 A/D轉(zhuǎn)換器(12)與所述分析器(31)相連。
3.如權(quán)利要求I所述的電池熱電參數(shù)測試裝置，其特征在于，所述分析器(31)上設(shè)有顯示分析結(jié)果的顯示器。
4.如權(quán)利要求I所述的電池熱電參數(shù)測試裝置，其特征在于，所述熱導式量熱測定模塊(2)為多個，且分別測試不同待測電池。
5.如權(quán)利要求1，2所述的電池熱電參數(shù)測試裝置，其特征在于，所述電池充放電設(shè)置模塊(I)為多通道，多通道參數(shù)設(shè)置相互獨立，且分別與不同熱導式量熱測定模塊(2)相連。
全文摘要
本發(fā)明公開一種電池熱電參數(shù)測試裝置，包括電池充放電設(shè)置模塊(1)、熱導式量熱測定模塊(2)、信號處理模塊(3)。把待測電池固定及接線器(21)置于量熱瓶(22)，再置于量熱管(23)中；電池充放電模塊(1)通過電池固定及接線器(21)提供給待測電池不同的電學參數(shù)，使待測電池經(jīng)歷充電，放電等不同過程，同時測定該過程的電流、電壓、熱流隨時間的變化曲線，通過分析器(31)獲得表征電池的充放電性能及安全性能的特征參數(shù)。本發(fā)明智能化程度高、測試方法簡便；通過測定熱、電參數(shù)和所建立的智能模型，在評價電池電氣性能的同時評價電池的安全性能，可以在不受人工干擾地對各種電池進行有效地檢測。
文檔編號G01R31/36GK102830358SQ20121007045
公開日2012年12月19日 申請日期2012年3月17日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月17日
發(fā)明者宋劉斌, 肖忠良, 張鋒, 謝崢璨 申請人:長沙理工大學