电池性能测试装置及电池性能测试系统的制作方法

1.本实用新型涉及电池系统技术领域，尤其是涉及一种电池性能测试装置及电池性能测试系统。


背景技术：

2.随着节能环保意识的增强，锂离子电池的应用范围越来越广，尤其是新能源汽车领域。对于电池模组，由于单体电池制程中环境、设备本身的误差等因素，锂离子电池在电压、容量、内阻以及自放电等方面会表现出一定的差异性，同时，由于电池模组不同区域散热能力不同，因此会导致电模组内产生温差，而且温差会导致电池性能衰减、寿命下降和电池安全问题。因此，在电池模组正式投入使用之前需要对电池模组的性能进行测试。现有的测试方法通常是借助建模软件等模拟锂离子动力电池在整车中的充电放电情况，从而对锂离子动力电池的性能进行评估。但是，现有的方法操作复杂，测试得到的数据准确性较低。


技术实现要素：

3.有鉴于此，本实用新型的目的在于提供一种电池性能测试装置及电池性能测试系统，能够在不同温差下对电池模组进行测试，操作简便，且测试结果更加准确。
4.为了实现上述目的，本实用新型实施例采用的技术方案如下：
5.第一方面，本实用新型实施例提供了一种电池性能测试装置，包括：充放电机和液冷冷却单元，液冷冷却单元包括：上液冷板和下液冷板；其中，充放电机与待测试电池模组相连接，待测试电池模组置于上液冷板和下液冷板之间；液冷冷却单元通过控制上液冷板和下液冷板的温度使待测试电池模组达到预设温差；充放电机用于在预设温差下，对待测试电池模组进行预设次数的充放电测试，以确定待测试电池模组的性能。
6.在一种实施方式中，液冷冷却单元还包括：相互连接的控制器和液冷组件；充放电机还用于采集待测试电池模组的工作信号，并将控制信号发送至控制器；其中，控制信号是基于工作信号得到的；控制器用于接收控制信号，并将控制信号发送至液冷组件，以通过液冷组件控制上液冷板和下液冷板的温度，使待测试电池模组达到预设温差。
7.在一种实施方式中，液冷组件包括：动力泵和换热器。
8.在一种实施方式中，上液冷板和下液冷板上设置有温度采集点，其中，上液冷板的温度采集点和下液冷板的温度采集点的位置是对称的。
9.在一种实施方式中，电池性能测试装置还包括：温度采集线；温度采集线与温度采集点和充放电机相连接，用于将采集待测试电池模组的温度。
10.在一种实施方式中，上液冷板包括：第一进液口、第一流道区域、第一非流道区域和第一出液口，第一非流道区域设置有多个螺纹孔；下液冷板包括：第二进液口、第二流道区域、第二非流道区域和第二出液口，第二非流道区域设置有多个螺纹孔；上液冷板的螺纹孔与下液冷板的螺纹孔数量相同且位置对称。
11.在一种实施方式中，液冷冷却单元还包括：支撑架、螺栓和螺母，上液冷板和下液
冷板设置在支撑架上；螺栓和螺母用于连接上液冷板和下液冷板。
12.在一种实施方式中，电池性能测试装置还包括：用于连接待测试电池模组中电池模块的汇流排，以及设置在电池模块之间的隔热组件。
13.在一种实施方式中，当电池模块包括多个电芯时，电池性能测试装置还包括：设置于电芯之间的泡棉。
14.第二方面，本实用新型实施例提供了一种电池性能测试系统，包括：第一方面提供的任一项的电池性能测试装置和电池模组。
15.本实用新型实施例带来了以下有益效果：
16.本实用新型实施例提供的上述电池性能测试装置及电池性能测试系统，包括：充放电机和液冷冷却单元，液冷冷却单元包括：上液冷板和下液冷板；其中，充放电机与待测试电池模组相连接，待测试电池模组置于上液冷板和下液冷板之间；液冷冷却单元通过控制上液冷板和下液冷板的温度使待测试电池模组达到预设温差；充放电机用于在预设温差下，对待测试电池模组进行预设次数的充放电测试，以确定待测试电池模组的性能。上述装置通过改变上液冷板和下液冷板的温度，营造不同的待测试电池模组内电芯间的温差，从而测试温差对电池模组性能的影响，操作简单；同时能够真实模拟电池模组内存在温差导致电池性能衰减的情况，使得测试结果更加准确。
17.本实用新型的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本实用新型而了解。本实用新型的目的和其他优点在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
18.为使本实用新型的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
19.为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
20.图1为本实用新型实施例提供的一种电池性能测试装置的结构示意图；
21.图2为本实用新型实施例提供的另一种电池性能测试装置的结构示意图；
22.图3为本实用新型实施例提供的一种支撑架的结构示意图；
23.图4为本实用新型实施例提供的一种上液冷板的结构示意图；
24.图5为本实用新型实施例提供的一种液冷冷却单元的结构示意图；
25.图6为本实用新型实施例提供的一种1p3s简易模组测试装置的结构示意图；
26.图7为本实用新型实施例提供的一种2p2s简易模组测试装置的结构示意图；
27.图8为本实用新型实施例提供的一种电池性能测试系统的结构示意图。
28.图标：
29.10-充放电机；20-液冷冷却单元；201-上液冷板；202-下液冷板；30
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温度采集线；40-支撑架；50-汇流排；60-隔热组件；70-泡棉；2011-第一进液口；2012-第一流道区域；2013-第一非流道区域；2014-第一出液口；203
‑ꢀ
动力泵；204-换热器；80-螺纹孔；801-电池
性能测试装置；802-电池模组。
具体实施方式
30.为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
31.随着节能环保意识的增强，锂离子电池的应用范围越来越广，尤其是随着新能源汽车的普及，纯电动汽车的电池性能衰减、电池寿命下降、电池安全问题越来越凸显出来，成为行业及社会范围内广泛关注的话题。电池使用寿命方面，整车制造商对电池系统提出了8年或12万公里的质保期限或者更高的要求。
32.电池系统或电池包一般由多个电池模组串联构成，其中每个电池模组又由多个电池模块串并联组成。由于单体电池制程中环境、设备本身的误差等因素，锂离子电池在电压、容量、内阻以及自放电等方面会表现出一定的差异性，即电池本身的一致性差异是引起电池内温度差异的一个因素；其次，对于大型电池模组而言，由于其带电量较大，体积能量密度相对较高，因此这种电池模组较差的散热问题就会凸显出来，电池包内不同区域散热能力不同，也是产生温差一个主要因素。众所周知，电池包内电池温度不均是引起电池性能衰减、寿命下降和电池安全问题的重要原因。长时间过大的温差将导致电池一致性能差异变大，从而导致电池包性能衰减，影响续航里程、寿命及整车能量消耗，而完全依赖热管理系统消除电池包内温度差异是不现实的，且会造成能量的浪费。
33.目前，电池厂商通过解析整车的运行工况数据，借助建模软件等模拟锂离子动力电池在整车中的充电放电情况，得到不同温度和倍率电池循环寿命的测试数据和不同温度及电池日历寿命的测试数据，来评估锂离子动力电池是否满足整车的质保要求。但是，不仅操作复杂，且测试得到的数据准确性较低。
34.基于此，本实用新型实施例提供的一种电池性能测试装置及电池性能测试系统，能够在不同温差下对电池模组进行测试，操作简便，且测试结果更加准确。
35.为便于对本实施例进行理解，首先对本实用新型实施例所公开的一种电池性能测试装置进行详细介绍，参见图1所示的一种电池性能测试装置的结构示意图，示意出该装置主要包括：充放电机10和液冷冷却单元20，液冷冷却单元20包括：上液冷板201和下液冷板202；其中，充放电机10 与待测试电池模组相连接，待测试电池模组置于上液冷板201和下液冷板 202之间；液冷冷却单元20通过控制上液冷板201和下液冷板202的温度使待测试电池模组达到预设温差；充放电机10用于在预设温差下，对待测试电池模组进行预设次数的充放电测试，以确定待测试电池模组的性能。
36.在一种实施方式中，可以通过改变上液冷板201和下液冷板202的进液口液体的流量和温度，使上液冷板201和下液冷板202达到预设的温度，从而使待测试电池模组产生预设温差。具体的，电池在不同工况电流和不同荷电状态(state of charge，soc)下的产热不通，因此温度差是指该工况下温度的最大值与最小值的差值，具体可以预先通过仿真软件对某一工况下的待测试电池模组进行充放电模拟，得到该工况下待测试电池模组的最高温度和最低温度的预设温差；或者，可以在测试前，预先对待测试电池模组进行多次充放电操
作，将待测试电池模组的温度稳定时的最高温度和最低温度的差值作为预设温差。
37.在上液冷板201和下液冷板202之间形成预设温差后，通过充放电机 10对待测试电池模组循环进行充放电操作，并且在每循环预设次数后采集待测试电池模组的容量和直流内阻等参数，根据参数的变化情况确定待测试电池模组的性能。
38.本实用新型实施例提供的上述电池性能测试装置，通过改变上液冷板和下液冷板的温度，营造不同的待测试电池模组内电芯间的温差，从而测试温差对电池模组性能的影响，操作简单；同时能够真实模拟电池模组内存在温差导致电池性能衰减的情况，使得测试结果更加准确。
39.进一步，参见图2所示，在图1的基础上，该装置还包括：温度采集线30、支撑架40、汇流排50、隔热组件60、泡棉70、螺栓(未示出)、螺母(未示出)。
40.具体的，上液冷板201和下液冷板202上设置有温度采集点，其中，上液冷板的温度采集点和下液冷板的温度采集点的位置是对称的。温度采集线30与温度采集点和充放电机10相连接，用于将采集待测试电池模组的温度。在具体应用中，温度采集线30的采集点端可以为小球或者薄片，本实施例中可以一直保留温度采集线30，实时采集待测试电池模组的温度；同时，由于温度采集线30容易使电池模组的电芯受力不均，长久存在对后续电池性能产生影响，因此，也可以在采集温度标定某一特定工况下的温差后，去除温度采集线30。
41.在一种实施方式中，参见图3所示，上液冷板201和下液冷板202设置在支撑架40上，上液冷板201距下液冷板202的高度可根据待测电池模组的实际高度进行快速调节，以满足不同需求。参见图4所示的一种上液冷板的结构示意图，上液冷板201包括：第一进液口2011、第一流道区域 2012、第一非流道区域2013和第一出液口2014，第一非流道区域2013设置有多个螺纹孔80。与图4类似，下液冷板202包括：第二进液口、第二流道区域、第二非流道区域和第二出液口，第二非流道区域设置有多个螺纹孔80；上液冷板201的螺纹孔80与下液冷板202的螺纹孔80数量相同且位置对称。在具体应用中，上液冷板201和下液冷板202的螺纹孔80均匀分布，螺纹孔80的数量大于等于6，通过螺栓和螺母可以将上液冷板201 和下液冷板202进行锁紧并施加一定的力，具体可以通过扭矩大小可读的扭力扳手调节所施扭矩的大小，使多个螺母的旋紧的力矩一致，从而使待测试电池模组的电芯能够均匀受力，有效的模拟电芯在整车内整个生命周期的真实受力状态，使得测试数据更加翔实。
42.在一种实施方式中，待测试电池模组可以包括多个电池模块，电池模块之间可以通过汇流排50进行连接，具体的汇流排50可以采用铜排，从而消除串并联耦合因素对电池循环寿命的影响，使得测试结果更加翔实；同时，为了减少电池模块之间的热传递，在电池模块之间设置了隔热组件60，隔热组件60具有一定的弹性，可以是云母片或者气凝胶等；此外，一个电池模块可能包括多个电芯，为了减少电芯之间的热传递，可以在电芯之间设置泡棉70，隔热组件60和泡棉70既能够避免电芯之间的热传递，又能模拟电芯真实的应用场景，进一步提高了测试结果的准确性。
43.进一步，液冷冷却单元20还包括：相互连接的控制器和液冷组件，液冷组件包括：动力泵203(诸如电子水泵)和换热器204。其中，液冷组件包括第一液冷组件和第二液冷组件，分别与上液冷板201和下液冷板202 相连接，第一液冷组件和第二液冷组件又分别与控制器相连接。以上液冷板为例，参见图5所示，动力泵203的一端与上液冷板201的第一出液口 2014连接，另一端与换热器204连接，换热器204的另一端则与上液冷板 201的第一进液
口2011连接。需要说明的是，图5仅为示意性的，具体连接顺序可与图5不同。
44.考虑到不同工况下电池模组的温差也会不同，因此本实施例中，充放电机还用于采集待测试电池模组的工作信号，将控制信号发送至控制器；控制器用于接收控制信号，并将控制信号发送至液冷组件，以通过液冷组件控制上液冷板和下液冷板的温度，使待测试电池模组达到预设温差。在一种实施方式中，充放电机可以能够通过识别待测试电池模组的工作信号 (诸如电压信号、电流信号和温度信号等)，控制液冷组件的开启与关闭。具体的，充放电机可以根据采集到的电压信号、电流信号和温度信号等，识别出待测电池模组的工况(包括：充电工况、放电工况和搁置工况)，动力泵和换热器采用电子控制阀，充放电机将识别到的工况和相应的控制信号发送至控制器，控制动力泵和换热器开启或关闭。
45.具体包括以下三种情况：(1)充放电机识别电流信号、电压信号，确定当前为充电工况时，释放指令给动力泵和散热器，启动冷却组件，第一液冷组件和第二液冷组件分别给上液冷板和下液冷板提供预先标定好的充电工况对应的进液口液体的温度和流量，从而改变上液冷板和下液冷板的温度，使待测试电池模组达到充电工况对应的预设温差；(2)充放电机识别电流信号、电压信号，当识别到电流为0a时，则表明当前处于搁置工况，此时，充放电机释放指令给动力泵和散热器，启动冷却组件，直至待测试电池模组温度达到规定的试验温度
±
2℃范围内，关闭冷却组件；(3)充放电机识别电流信号、电压信号，确定当前为放电工况时，释放指令给动力泵和散热器，启动冷却组件，第一液冷组件和第二液冷组件分别给上液冷板和下液冷板提供预先标定好的放电工况对应的进液口液体的温度和流量，从而改变上液冷板和下液冷板的温度，使待测试电池模组达到放电工况对应的预设温差。需要说明的是，上液冷板和下液冷板液口液体的温度和流量的设定值，可根据实际测试工况的冷却效果进行设置，以是否达到预设温度为准，在此不做限定。
46.为了便于理解，本实施例还提供了一种该装置的应用示例，参见图2 所示，以待测试电池模组为2p3s简易模组为例，即待测试电池模组包括3 个电池模块，每个电池模块包括2个电芯，将3个电池模块分别记为1#模块、2#模块和3#模块，1#模块、2#模块、3#模块分别至于简易模组的上层、中层和下层，1#模块和2#模块以及2#模块和3#模块之间分别设有隔热性能较好的隔热组件，上液冷板和下液冷板分别置于简易模组的上端和下端，充当模组的上下盖板，模拟电芯在模组中的受力情况；将简易模组的正负端连接到充放电机上，利用温度采集线分别采集1#模块和3#模快的温度，温度采集点应设置在1#模块和3#模快的相同位置，温度采集点的温度能够反映模块温度的平均水平或通过bms修正后能够反映电芯温度即可。
47.充放电机具有联调作用，即充放电机能够采集电芯的电压、电流信号来判断是否达到充电或放电结束的条件，进而判断是否开启动力泵及换热器冷却组件。首先根据待测试电池模组在某一工况下，最高温度t1和最低温度t2的仿真结果，通过改变上液冷板和下液冷板进液口液体的温度和流量，使得简易的待测试电池模组在相同工况下1#模块和3#模快的最高温度分别为t1和t2，从而通过评估简易模组循环过程性能变化，间接实现对电池包性能的评估。充放电机通过采集电流，进而能够识别充电工况(不包括回馈)、放电工况以及搁置工况，水泵和换热器采用电子控制阀，充放电机控制换热器和动力泵的开启与关闭。不同工况换热速率和流量不同，从而上述电池性能测试装置既能模拟不同工况下的温差，又能实现能量的节约。
48.除此之外，参见图6和图7所示，本实施例提供的电池性能测试装置还可以对1p3s简易模组、2p2s简易模组等不同规格的电池模组进行测试，具体原理和实现效果与前述相同，在此不再赘述。
49.综上所述，本实施例提供的电池性能测试装置，(1)操作简便，通过改变上液冷板和下液冷板进液口液体的温度和流量，可较容易地营造不同的电芯间温度差，并在一定工况电流下对简易模组进行循环测试；通过分析温差对简易模组的性能影响，从而实现模拟温差对电池包性能影响的评估分析；(2)装配简单，占用空间资源较少，可根据实际需要，调整测试中模块的串并联数量及结构，使其更贴合实际状态，消除串并联耦合因素对模组内电芯循环寿命的影响，使得测试结果更加翔实；(3)简易模组内模块间采用具有一定弹性的隔热材料，可以极大的降低模块间的热传递，提高测试结果的准确性。
50.本实用新型实施例提供了一种电池性能测试系统，参见图8所示，该系统包括：电池性能测试装置801和电池模组802。
51.本实用新型实施例提供的上述电池性能测试系统，通过改变上液冷板和下液冷板的温度，营造不同的待测试电池模组内电芯间的温差，从而测试温差对电池模组性能的影响，操作简单；同时能够真实模拟电池模组内存在温差导致电池性能衰减的情况，使得测试结果更加准确。
52.本实用新型实施例所提供的系统，其实现原理及产生的技术效果和前述装置实施例相同，为简要描述，系统实施例部分未提及之处，可参考前述装置实施例中相应内容。
53.另外，在本实用新型实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
54.在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“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。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
55.最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本实用新型的具体实施方式，用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制，本实用新型的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。