專利名稱：一種電池?zé)犭妳?shù)測(cè)試裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電池?zé)犭妳?shù)測(cè)試裝置，尤其是電池充放電過(guò)程中，同時(shí)測(cè)定電壓、電流、熱流的測(cè)定裝置。
背景技術(shù)：
電池生產(chǎn)過(guò)程中，電池狀態(tài)參數(shù)檢測(cè)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(méi)有記憶效應(yīng)，并且自放電速率更慢，被廣泛用作智能手機(jī)和筆記本電腦等現(xiàn)代電子設(shè)備的充電電池，以及電動(dòng)汽車(chē)、電動(dòng)工具和能量?jī)?chǔ)存等高功率應(yīng)用中，但是鋰離子電池也存在突出的安全問(wèn)題。隨著電池行業(yè)的快速增長(zhǎng)，制造過(guò)程中使用的測(cè)試設(shè)備也變得非常重要。而目前電池測(cè)試設(shè)備的典型功能如下(1)激活和分級(jí)電池單元組裝完成后，各單元必須經(jīng)歷至 少一個(gè)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(guò)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(jìn)行銷售，這稱為“分級(jí)”。(2)循環(huán)和特征測(cè)試循環(huán)是指對(duì)電池單元和電池組進(jìn)行多次充電和放電，以執(zhí)行壽命和可靠性測(cè)試。為了縮短充電時(shí)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(cè)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(guò)程中，如果電池的溫度超過(guò)額定值，電池壽命可能會(huì)縮短。最差情況下，過(guò)高的溫度可能會(huì)導(dǎo)致電池破裂，甚至起火。美國(guó)密特電子公司申請(qǐng)的發(fā)明專利(CN1142445C)僅接有一溫度傳感器來(lái)監(jiān)測(cè)電池充放電過(guò)程。現(xiàn)有的電池測(cè)試設(shè)備，在充放電循環(huán)中，也僅僅監(jiān)測(cè)鋰電池單元的溫度，不能評(píng)價(jià)其安全性能。因此，如何在評(píng)價(jià)電池的電氣性能的同時(shí)，準(zhǔn)確評(píng)價(jià)其安全性能是一個(gè)亟待解決的問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于在測(cè)試電池電學(xué)特征參數(shù)，評(píng)價(jià)電池的電氣性能的同時(shí)，通過(guò)準(zhǔn)確測(cè)量電池的發(fā)熱量，對(duì)其安全性能作出準(zhǔn)確評(píng)價(jià)。本發(fā)明的目的通過(guò)下述技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)。一種電池?zé)犭妳?shù)測(cè)試裝置，包括
一個(gè)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(cè)電池固定及接線器21;
所述的待測(cè)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(cè)電池固定及接線器21相連的電信號(hào)處理模塊11;
與電信號(hào)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(hào)處理模塊25 ；
與熱流信號(hào)處理模塊25相連的第二 A/D轉(zhuǎn)換器26 ；與熱流信號(hào)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?zé)犭妳?shù)測(cè)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(dú)立；檢測(cè)時(shí)，電池充放電設(shè)置模塊I對(duì)每個(gè)通道分別按設(shè)計(jì)的充放電制度，向不同導(dǎo)熱式量熱測(cè)定模塊2中待測(cè)電池固定及接線器21中的待測(cè)電池提供電壓或設(shè)置負(fù)載，使待測(cè)電池分別處于充電或放電過(guò)程，該過(guò)程的電壓和電流等參數(shù)由具有多通道的電信號(hào)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(hào)由分析器31記錄，并保存為數(shù)據(jù)文件。所述待測(cè)電池由于發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)放出的熱量透過(guò)量熱瓶22由量熱管24內(nèi)的熱電堆轉(zhuǎn)變?yōu)闊崃餍盘?hào)，所述熱流信號(hào)由熱流信號(hào)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(hào)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(shí)間關(guān)系曲線，通過(guò)積分算出上述待測(cè)電池充放電過(guò)程的反應(yīng)熱產(chǎn)生總量qtotal。利用電信號(hào)中時(shí)間與電流數(shù)據(jù)求出其積分面積即為其不同充電過(guò)程和放電過(guò)程的電量Q，再由公式(I)算出充放電過(guò)程的反應(yīng)摩爾數(shù)n，根據(jù)已得出的反應(yīng)熱 產(chǎn)生總量qt(rtal和反應(yīng)摩爾數(shù)n，結(jié)合公式(2)即可求出摩爾反應(yīng)焓變?chǔ)う?
n=Q/F= [ f i(t)dt]/F(I)
AH=qtotal/n(2)
其中，η為反應(yīng)的物質(zhì)的量(mol)，Q為反應(yīng)總電量(C)，F(xiàn)為法拉第常數(shù)，i (t)為充放電過(guò)程中電流隨時(shí)間的變化曲線，qtotal為反應(yīng)熱產(chǎn)生總量(J)，ΔΗ為摩爾反應(yīng)焓變(KJ · moΓ1),該摩爾反應(yīng)i含變?yōu)榉从成鲜龃郎y(cè)電池安全性的熱力學(xué)特征參數(shù)。分析器31根據(jù)電信號(hào)計(jì)算出待測(cè)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(cè)的待測(cè)電池是否合格并進(jìn)行分級(jí)。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(jí)的準(zhǔn)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(dǎo)式量熱測(cè)定模塊、3—信號(hào)處理模塊、11—電信號(hào)處理模塊、12—第一 A/D轉(zhuǎn)換器、21—待測(cè)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(hào)處理模塊、26—第二 A/D轉(zhuǎn)換器、31—分析器。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明公開(kāi)了一種電池?zé)犭妳?shù)測(cè)試裝置，在測(cè)試電池電學(xué)特征參數(shù)的同時(shí)，通過(guò)準(zhǔn)確測(cè)量電池的發(fā)熱量，評(píng)價(jià)電池的電氣性能同時(shí)對(duì)其安全性能作出準(zhǔn)確評(píng)價(jià)，提高判斷準(zhǔn)確度。下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖1，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。請(qǐng)參閱圖1，圖I本發(fā)明實(shí)施例提供的電池?zé)犭妳?shù)測(cè)試裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
本發(fā)明提供的電池?zé)犭妳?shù)測(cè)試裝置，包括電池充放電模塊I、待測(cè)電池固定及接線器21，量熱瓶22，量熱管24，熱流信號(hào)處理模塊25、第二 A/D轉(zhuǎn)換器26，分析器31。首先，啟動(dòng)電池充放電設(shè)置模塊I的電源，根據(jù)待測(cè)電池的尺寸大小和電池材料，對(duì)每個(gè)通道設(shè)定充放電制度，包括恒流充電持續(xù)時(shí)間、恒壓充電持續(xù)時(shí)間、靜置時(shí)間、恒流放電持續(xù)時(shí)間及相應(yīng)的電壓、電流值，其中靜置時(shí)間必須大于熱流值回到基線的時(shí)間。然后開(kāi)啟信號(hào)處理模塊3，按設(shè)置的記錄周期，記錄不同時(shí)間對(duì)應(yīng)的熱流、電壓、電流值，由分析器31保存對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)文件。電池的摩爾反應(yīng)焓變?chǔ)うЭ筛鶕?jù)上述公式I和公式2計(jì)算出，其中η為反應(yīng)的物質(zhì)的量，Q為反應(yīng)總電量，F(xiàn)為法拉第常數(shù)，i(t)為充放電過(guò)程中電流隨時(shí)間的變化曲線，qt()tai為反應(yīng)熱產(chǎn)生總量，δη為摩爾反應(yīng)i含變,該摩爾反應(yīng)i含變?yōu)榉从成鲜龃郎y(cè)電池安全性的熱力學(xué)特征參數(shù)。根據(jù)電信號(hào)，通過(guò)分析器31計(jì)算出待測(cè)電池的容量，比容量，內(nèi)阻等電特征參數(shù)，上述測(cè)試信號(hào)和計(jì)算結(jié)果均在分析器31的顯示器上顯示。分析儀31可預(yù)先引入有其它數(shù)據(jù)文件，該數(shù)據(jù)為反復(fù)試驗(yàn)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(yàn)數(shù)據(jù)的平均結(jié)果，通過(guò)支持向量機(jī)及人工智能等方法建立模型。此模型更加有效地評(píng)價(jià)電池的性能，結(jié)合設(shè)置條件，判斷此次檢測(cè)的待測(cè)電池是否合格并進(jìn)行分級(jí)。綜上所述，本發(fā)明智能化程度高、測(cè)試方法簡(jiǎn)便；通過(guò)同時(shí)測(cè)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(duì)各種電池進(jìn)行有效地檢測(cè)。本發(fā)明特別適用于鋰離子電池生產(chǎn)廠家對(duì)其產(chǎn)品進(jìn)行檢測(cè)分級(jí)。
權(quán)利要求
1.一種電池?zé)犭妳?shù)測(cè)試裝置，其特征在于，包括 一個(gè)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(cè)電池固定及接線器(21); 所述的待測(cè)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(hào)處理模塊(25)； 與熱流信號(hào)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?zé)犭妳?shù)測(cè)試裝置，其特征在于，還包括 與待測(cè)電池相連的電信號(hào)處理模塊(11); 與所述電信號(hào)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?zé)犭妳?shù)測(cè)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?zé)犭妳?shù)測(cè)試裝置，其特征在于，所述熱導(dǎo)式量熱測(cè)定模塊(2)為多個(gè)，且分別測(cè)試不同待測(cè)電池。
5.如權(quán)利要求1，2所述的電池?zé)犭妳?shù)測(cè)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(dú)立，且分別與不同熱導(dǎo)式量熱測(cè)定模塊(2)相連。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)一種電池?zé)犭妳?shù)測(cè)試裝置，包括電池充放電設(shè)置模塊(1)、熱導(dǎo)式量熱測(cè)定模塊(2)、信號(hào)處理模塊(3)。把待測(cè)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(guò)電池固定及接線器(21)提供給待測(cè)電池不同的電學(xué)參數(shù)，使待測(cè)電池經(jīng)歷充電，放電等不同過(guò)程，同時(shí)測(cè)定該過(guò)程的電流、電壓、熱流隨時(shí)間的變化曲線，通過(guò)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(cè)試方法簡(jiǎn)便；通過(guò)測(cè)定熱、電參數(shù)和所建立的智能模型，在評(píng)價(jià)電池電氣性能的同時(shí)評(píng)價(jià)電池的安全性能，可以在不受人工干擾地對(duì)各種電池進(jìn)行有效地檢測(cè)。
文檔編號(hào)G01R31/36GK102830358SQ20121007045
公開(kāi)日2012年12月19日 申請(qǐng)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(qǐng)人:長(zhǎng)沙理工大學(xué)