[发明专利]用于测试储能系统和电力电子设备的热量计、热量计制造方法及使用方法

说明书

契约由来 

根据美国政府能源部与国家可再生能源实验室的管理者与经营者-可持续能源联盟LLC之间的DE-AC36-08GO28308号合同，美国政府对本发明享有权利。 

相关申请的交叉参考 

本申请要求2011年3月11日提出的名称为“大体积电池热量计（LARGE VOLUME BATTERY CALORIMETER）”的美国临时申请No.61/451884和2011年9月9日提出的名称为“用于测试储能系统和电力电子设备的热量计（CALORIMETERS FOR TESTING ENERGY STORAGE SYSTEMS AND POWER ELECTRONICS）”的美国临时申请No.61/532869的优先权。每个申请的内容整体上通过参考在此并入。 

背景技术

消耗电能的装置在当今社会中普遍存在。很多这些装置依赖于存储在电池和例如电容器的其它储能装置中的电能来操作，而其它装置依赖于不同类型的电能，诸如壁装电源插座。对于电池供电的装置，典型地当装置不使用时对电池充电，在装置使用时至少部分放电，从而消耗来自电池的电能。随着电子装置的重要性增加，装置制造商正在争取制造更有效运行（例如，消耗更少电力的装置和在单次充电后持续更长且产生更少废热的电池）且具有更长可用寿命的装置和电池。为了提高电子装置和电池的性能，理解装置和电池的操作性能（包括热操作特性）是有用的，以便例如设计热管理系统和/或重新设计装置 或电池以便提高性能。 

热量计以前已用于测量小电池（例如，助听器电池）的热操作特性，热操作特性尤其包括当电池被充电和/或放电时产生的热量。然而，这些热量计典型地尺寸很小，且因此在用于确定较大电池的热操作特性或用于测量其它类型的电子装置的热操作特性方面的使用性有限。而且，增加这些相对小热量计的尺寸以便测试更大电池和其它种类电子装置的尝试已有限地成功。 

利用传统热量计特别难以测试的一些电池是用于混合动力电动车辆（HEV）、插入式混合动力电动车辆（PHEV）、全电动电辆（EV）和其它类型的电动车辆的电池。这些电池典型地很大、很重，且具有很大的额定电流。随着HEV、PHEV、EV和其它类型的电动车辆占全球车辆市场的份额增加，汽车制造商正在开发更先进的车辆和能够有效操作和能够忍耐大量充电和放电循环的电池。该变化由多个汇聚力量推进，诸如零排放车辆的国家要求、更高企业平均燃油经济标准、温室气体规定、油价爆涨的威胁、新的智能电网和车辆至电网技术、以及在电池技术上的改进。下一代电驱动的汽车和轻型卡车的目标是在仅电力驱动时行进更远，从而对车辆电池组有更大功率需求。为了符合这些需求，汽车制造商正在用先进的电池技术构建更大的电池组，且使电池在更多的充电状态之间循环。然而，电池典型地在它们充电和放电时产生废热。该热量必需通过热量控制和/或管理被引导离开电池，以便防止由于曝露到升高温度产生对电池寿命的负面影响。因而这些电池组的热管理对于电池组的寿命成本和车辆的有效操作很重要。 

更通常地说，了解和控制多种电子装置和电池的热操作特性在评估和/或提高装置和电池的性能和预期寿命上很重要。例如，如果电池未适当地冷却或如果太频繁或太快速地充放电循环，电池的性能（例如瞬间电容、可获得的总电荷等）、充电循环和/或使用寿命可显著下降。对于电动车辆而言，电池性能降低可导致汽油里程数减少，且可导致电池的过早破坏。作为另一示例，对于锂离子电池组，过热可导 致电池组起火或爆炸。作为又另一示例，一些电池在操作期间可经受相变。这些相变可引起电池的构成元件的扩张和/或收缩，且可导致电池破裂或其它损坏，这将减少电池的寿命，热量计能够识别电池在这些相变发生时的操作点，且控制系统可被设计成避免这些操作点且延长电池的寿命。 

然而，如果已知电子装置或电池的热操作特性，例如在高电流放电期间产生的热量，制造商可能够设计适当的热管理系统以帮助减轻可由例如装置或电池过热引起的性能损失和其它问题。制造商可还能够对电子装置和/或电池进行设计改进。 

相关领域的前述示例和与之相关的局限性意图是说明性的而非排它的。对于本领域技术人员而言，通过阅读说明书和研究附图，现有技术的其它限制将变得明显。 

发明内容

结合作为说明性的而不限制范围的系统、工具和方法描述和说明以下实施例和其方面。在不同实施例中，减少或消除上述问题的一个或更多，而其它实施例针对其它改进。