一种温度测量装置及比热容和导热率的测量方法制造方法及图纸

本发明专利技术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，本发明专利技术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。

A temperature measuring device and measuring method of specific heat capacity and thermal conductivity

The invention provides a temperature measuring device for measuring the temperature of the object (3), which includes a vacuum box (11); a radiation heating box (13), which is located in the vacuum box (11). The outer surface of the radiation heating box (13) is provided with an electric heating wire, and the object (3) to be measured is placed in the center of the radiation heating box (13) with a power supply (21) for use. The radiation heating box (13) is heated, and the temperature data collector (23) includes a plurality of thermocouples, in which one part of the thermocouples is located on each surface of the object (3) to be measured, and the other part of the thermocouples is located on the surface of the radiation heating box (13). On the other hand, the invention provides a measurement method of specific heat capacity and thermal conductivity based on the temperature measuring device.

【技术实现步骤摘要】
一种温度测量装置及比热容和导热率的测量方法
本专利技术涉及温度测量
，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。
技术介绍
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。
技术实现思路
(一)要解决的技术问题根据本专利技术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)技术方案本专利技术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。可选地，真空箱11和辐射加热箱13之间设有防辐射隔膜12，该防辐射隔膜12为表面开有小孔的箱体。可选地，辐射加热箱13的内壁涂有辐射性涂料。可选地，辐射加热箱13上开有小孔。可选地，辐射加热箱13外壁面以及真空箱11的内壁面涂有反辐射性涂料或者粘贴反辐射薄膜。可选地，辐射加热箱13的厚度为1～5mm。可选地，还包括：真空泵24，用于抽取真空箱11中的空气；真空检查器22，用于检测真空箱11的真空度。另一方面本专利技术还提供了一种比热容的测量方法，包括如下步骤：步骤1：将待测物体3布置于辐射加热箱13中，并在待测物体3与辐射加热箱13的表面布置热电偶，温度数据采集器23采集待测物体3与辐射加热箱13的平衡温度T0；步骤2：加热辐射加热箱13，加热电压和电流分别为U和I，达到温度T后停止加热；步骤3：等待辐射加热箱13与待测物体3温度达到平衡温度T2；步骤4：计算待测物体3的比热容：Cb＝Qb/mb(T2-T0)；Qb＝Q-Qc；Qc＝mcCc(T2-T0)；Q＝UI；其中，Cb和Cc分别为待测物体3和辐射加热箱13的比热容；mb和mc分别是待测物体3和辐射加热箱13的质量；Qb和Qc分别为待测物体3和辐射加热箱13的吸热量，Q为总的加热量。另一方面本专利技术还提供了一种导热率测量方法，包括如下步骤：S0：将待测物体3放置于温度测量装置的辐射加热箱13的中心，并在待测物体3与辐射加热箱13的表面布置热电偶；S1：加热辐射加热箱13，使其温度迅速升至某一固定温度，并维持该固定温度不变；S2：温度数据采集器23定时记录每个热电偶的温度，得出每个热电偶的温度随时间变化的曲线；S3：根据如下公式得到的解析解计算待测物体3在x、y和z方向的λx、λy和λz：其中，待测物体3的长、宽和高分别为2a、2b和2c，待测物体3位于-a<x<a，-b<y<b，-c<z<c的区域，ρ为待测物体3的密度，Cp为待测物体3比热容；S4：调整S3中的x、y或z方向导热率λx、λy和λz，当S3得到的x、y或z方向温度随时间变化曲线与S2中的温度随时间变化曲线一致时，S3所对应的导热率即为待测物体3的x、y或z方向导热率。另一方面本专利技术还提供了一种导热率的测量方法，包括如下步骤：S0’：将待测物体3放置于辐射加热箱13的中心，并在待测物体3与辐射加热箱13的表面布置热电偶；S1’：持续加热辐射加热箱13，使其表面的热流密度保持不变；S2’：定时记录每个热电偶的温度，得出每个热电偶的温度随时间的变化曲线；S3’：对待测物体3、辐射加热箱13及两者之间的区域进行离散化数值求解，设置不同的导热率得出不同的温度随时间变化曲线；S4’：当S3’得到的温度随时间变化曲线与S2’中的温度随时间变化曲线一致时，S3’所对应的导热率即为所述待测物体3的导热率。(三)有益效果通过本专利技术中的温度测量装置及比热容和导热率的测量方法，至少达到如下技术效果：1，通过本装置，可以一次性测出待测物体3多方向的温度，进而得出待测物体3多方向的比热容和导热率，避免了现有技术在每个方向单独布置测试平台的麻烦。2，通过抽取真空箱11中空气，减少了空气接触造成的漏热损失，降低了空气造成的测量误差。3，通过在辐射加热箱13和真空箱11避免涂抹高反射率涂料或贴高反射率薄膜，进一步减小了辐射加热箱13和真空箱11之间的辐射热损失。4，采用本装置无需在待测物体上打孔，无需损坏待测物体。附图说明图1示意性示出了本公开实施例中现有技术中的平板测温装置示意图。图2示意性示出了本公开实施例中的温度测量装置示意图。图3示意性示出了本公开实施例中的热电偶布置示意图。图4示意性示出了本公开实施例中的测量待测物体温度时的坐标图。图5示意性示出了本公开实施例中的比热容本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种温度测量装置，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。

【技术特征摘要】
1.一种温度测量装置，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。2.根据权利要求1所述的温度测量装置，其特征在于，所述真空箱(11)和辐射加热箱(13)之间设有防辐射隔膜(12)，该防辐射隔膜(12)为表面开有小孔的箱体。3.根据权利要求1所述的温度测量装置，其特征在于，所述辐射加热箱(13)的内壁涂有辐射性涂料。4.根据权利要求1所述的温度测量装置，其特征在于，所述辐射加热箱(13)上开有小孔。5.根据权利要求1所述的温度测量装置，其特征在于，所述辐射加热箱(13)外壁面以及真空箱(11)的内壁面涂有反辐射性涂料或者粘贴反辐射薄膜。6.根据权利要求1所述的温度测量装置，其特征在于，所述辐射加热箱(13)的厚度为1～5mm。7.根据权利要求1所述的温度测量装置，其特征在于，还包括：真空泵(24)，用于抽取真空箱(11)中的空气；真空检查器(22)，用于检测所述真空箱(11)的真空度。8.一种基于权利要求1～7任意一项所述的温度测量装置的比热容的测量方法，包括如下步骤：步骤1：将所述待测物体(3)布置于所述辐射加热箱(13)中，并在所述待测物体(3)与辐射加热箱(13)的表面布置热电偶，温度数据采集器(23)采集所述待测物体(3)与所述辐射加热箱(13)的平衡温度T0；步骤2：加热所述辐射加热箱(13)，加热电压和电流分别为U和I，达到温度T后停止加热；步骤3：等待所述辐射加热箱(13)与所述待测物体(3)温度达到平衡温度T2；步骤4：计算所述待测物体(3)的比热容：Cb＝Qb/mb(T2-T0)；Qb＝Q-Qc；Qc＝mcCc(T2-T0)；Q＝UI；其中，Cb和Cc分别为所...

【专利技术属性】
技术研发人员：谭思聪，郭聪，王涛，李铁，姜玉雁，
申请(专利权)人：中国科学院工程热物理研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11