[发明专利]一种温度测量装置及比热容和导热率的测量方法

说明书

本发明提供了一种温度测量装置，用于测量待测物体(3)的温度，包括：真空箱(11)；辐射加热箱(13)，位于所述真空箱(11)中，所述辐射加热箱(13)外表面设有电加热丝，所述待测物体(3)放置于该辐射加热箱(13)中心；电源(21)，用于加热所述辐射加热箱(13)；温度数据采集器(23)，包括多个热电偶，其中，所述多个热电偶中的一部分设于所述待测物体(3)的每个表面，所述多个热电偶中的另一部分设于所述辐射加热箱(13)的表面。另一方面，本发明提供了一种基于该温度测量装置的比热容和导热率的测量方法。

技术领域

本发明涉及温度测量技术领域，尤其涉及一种温度测量装置及比热容和导热率的测量方法。

背景技术

近年来，运用蓄电池作动力源或者辅助动力源的电动汽车发展迅猛，如铅酸电池在国内大量运用于低速车，而镍氢电池大量运用于丰田系列混合动力电动车中。锂离子电池由于能量密度高、循环寿命长和自放电率低等优势，在动力电池领域代表了未来的发展方向。除了电动汽车领域外，锂离子电池也广泛应用于航空航天、船舶等领域以及一些军用装备。然而，锂离子电池的性能受温度的影响很大，温度较高或者分布不均匀会加速电池性能的衰退，降低电池的使用寿命，电池过热会使得电池热失控，进而导致电池燃烧，引发安全问题，危及使用者的生命以及财产安全。

因此，良好的电池热管理技术是保证电池性能、寿命和安全的基本条件，而比热容和导热率作为表征电池最重要的两个热物理参数，是电池热管理系统设计的关键。以锂电池为了，其结构有两种典型的封装形式，即圆柱形和长方体，两种结构的电池都是由多个薄层(如正极层、负极层、隔膜层等)叠绕而成，区别在于圆柱形电池是多个薄层直接缠绕成一个电池模块，而长方体结构的电池是先多个薄层缠绕成扁平的模块，多个扁平的模块组合成一个整体的电芯。由于不同的薄层之间物质(如铜、塑料、石墨等)的导热系数差别巨大，并且薄层之间存在接触电阻，使得电池整体存在各向异性导热特性，例如圆柱形电池在轴向和周向导热系数一般远大于径向，而长方形电池在多个薄层叠加的垂直方向上导热率一般远小于其他两个方向，由于各向异性的存在为电池导热率的测量带来了一定困难。

目前测量导热率常用的方法有闪光法、激光反射法和平板热源法。而闪光法和激光反射法对测量样品的尺寸有限制，一般要求直径小于3cm，厚度小于4cm，现有动力电池的尺寸一般大于闪光法和激光反射法所要求的电池尺寸，另一方面由于电池自身结构的限制，不可能取出一部分作为样品去测量，必须作为一个整体，所以一般只能选用平板热源法。平板热源法的原理如图1所示，分别测取冷板、样品边界与热板界面上的温度，热流可用加热功率除以热板面积得到，进一步可根据傅里叶导热定律求得样品导热率。

从上述技术方案可知，当测量一个电池的导热率时，由于x、y和z三个方向上导热率不同，并且三个方向的面积也不一致，就导致必须测量三次，而且每次都要匹配和电池面积一致的热板，使得测量电池热导率变得相当复杂并且过程繁琐，此外，即使在热板和样品周围加上隔热材料，也存在空气导热等产生的漏热，使得测量结果一般小于实际值。

测量比热容的方法常用差示扫描量热法(DSC)和真空绝热环境下脉冲加热测量比热容，但这两种方法都适合小尺寸的样品，不适用大尺寸的动力电池。

经过长时间的调研，目前还未能发现能够同时测量尺寸较大块体比热容和导热率的设备。

发明内容

(一)要解决的技术问题

根据本发明提供的温度测量装置及比热容和导热率的测量方法，至少解决以上技术问题。

(二)技术方案

本发明提供了一种温度测量装置，用于测量待测物体3的温度，包括：真空箱11；辐射加热箱13，位于真空箱11中，辐射加热箱13外表面设有电加热丝，待测物体3放置于该辐射加热箱13中心；电源21，用于加热辐射加热箱13；温度数据采集器23，包括多个热电偶，其中，多个热电偶中的一部分设于待测物体3的每个表面，多个热电偶中的另一部分设于辐射加热箱13的表面。