CN101587006A - 用于锂离子电池的气密性检测系统及其检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于锂电池的气密性检测系统，包括增压和卸压机构、密封机构、检测密封腔、下游式精密流量测漏仪以及参照体积腔；密封腔包括放置被测工件的底座、第一密封垫、上密封罩和置于上密封罩适当位置的第二密封垫；从而将检测系统分隔成工件内侧腔和工件外侧腔，工件内侧腔和工件外侧腔设置有可控阀门通道，供测试时与增压、卸压机构及下游式流量测漏仪联通或切断；参照体积腔为一密闭容器，且通过所述下游式流量测漏仪与所述工件内侧腔相连。本发明同时还公开了利用上述检测系统进行检测的方法，本发明可以有效、快速、可靠地检测到锂电池制造过程产生的微小泄漏。

Description

用于锂离子电池的气密性检测系统及其检测方法

技术领域

本发明涉及一种对锂离子电池气密性的检测系统，所涉及锂离子电池可以是方形，圆柱形或其他形状。

背景技术

锂离子电池的气密性检测是对电池焊接、装配过程进行监控的重要环节，是锂离子电池制造的主要生产工艺流程之一。为保证产品质量，要求气密性检测的抽样率为100％。

对锂离子电池的气密性检测目前有浸液气泡检测和压差式气密检测两种方法：

浸液气泡检测法：将电池浸入液体，对电池内部以纯氮气施压至一定压力并保压；然后通过目测观察电池外侧漏气时所产生的气泡来检测电池的漏气情况，该检测方法简单明了，检测成本低，但其存在的不足之处是：(1)检测的可靠性高度依赖操作人员的目测，其人为因素较强，在连续操作过程中易发生漏检；(2)检测自动化程度低，检测速度慢；(3)检测时电池内部压力接近工件承受极限，对工件结构设计机械强度构成额外约束；(4)检测耗材(氮气)造成资源浪费；(5)检测要求对电池内部增压注气，对后道工序可能产生负面影响。

压差式气密检测法：对电池内部以纯氮气施压至一定压力并保压；然后通过压差式气密检漏仪检测电池的漏气情况。该方法主要不足之处是：(1)检测时电池内部压力接近工件承受极限，对工件结构设计机械强度构成额外约束；(2)检测耗材(氮气)造成资源浪费；(3)检测要求对电池内部增压注气，对后道工序可能产生负面影响。

发明内容

本发明提供一种用于锂离子电池的气密性检测系统及其检测方法，本发明检测系统的检测原理是基于下游式流量泄漏检测原理，其检测原理如图2所示，将该检测原理用于锂离子电池制造业，可以在电池内部处于室压(大气压)状态下检测泄漏，实现有效、快速、可靠地检测到电池制造过程产生的微小泄漏，检测重复再现精度高；以空气为检测媒介，无氮气消耗。

本发明用于锂离子电池的气密性检测系统予以实现的技术方案是：该检测系统包括增压和卸压机构、密封机构、检测密封腔、下游式精密流量测漏仪以及参照体积腔；所述密封腔包括放置被测工件的底座、第一密封垫、上密封罩和置于上密封罩适当位置的第二密封垫。所述底座的腔体轮廓与被测电池形状相近似，其轮廓大于被测电池的轮廓，用于放置被测电池并将其定位。将被测电池放置在所述底座腔体内并盖上上密封罩，所述上密封罩的下端边缘与第一密封垫形成第一密封，所述第二密封垫与被测电池注液孔形成第二密封；从而将检测系统分隔成工件内侧腔和工件外侧腔，所述工件外侧腔由所述底座、上密封罩、第一密封垫、第二密封垫与被测电池的外壁之间形成的一密封空间构成；所述工件内侧腔由被测电池的内壁、所述第二密封垫与被测电池注液孔之间形成的一密封空间构成；所述工件内侧腔和工件外侧腔设置有可控阀门通道，供测试时与增压、卸压机构及下游式精密流量测漏仪联通或切断；所述参照体积腔为一密闭容器，且通过所述下游式精密流量测漏仪与所述工件内侧腔相连，所述参照体积腔的体积与测试时的工件内侧腔有效测试体积相等或近似。所述下游式精密流量测漏仪采用工业或实验室用精密下游式流量测漏仪或精密层流管流量检漏传感仪器。检测媒介可为空气或任何气体、混合气体。

利用上述检测系统进行锂离子电池的气密性检测的方法包括以下步骤：

(1)打开上密封罩，将被测电池安放在底座腔体内；

(2)关闭上密封罩，使上密封罩的下端边缘与第一密封垫形成第一密封，所述第二密封垫与被测电池的注液孔形成第二密封；

(3)选择采用正压或负压检测方式；若选择正压检测方式，则在工件外侧腔利用压缩空气施加正压；若选择负压检测方式，则在工件外侧腔抽真空；

(4)将工件内侧腔与下游式精密流量测漏仪连接，并通过下游式精密流量测漏仪与参照体积腔连接，连接处设有阀门，所述参照体积腔的体积与工件内侧腔的有效测试体积相等或近似；

(5)设定工件内侧腔与工件外侧腔的压差维持在给定检测压差，若采用正压检测方式，则给工件外侧腔导入压缩空气，若采用负压检测方式，则给工件外侧腔抽真空；

(6)打开参照体积腔与工件内侧腔之间的旁通阀门，导通参照体积腔与工件内侧腔，使两者之间建立等压、等温的平衡态；

(7)关闭参照体积腔与工件内侧腔之间的旁通阀门，稳定当前状态1至60秒；

(8)开始检测，若下游式精密流量测漏仪显示的质量流为0，则参照体积腔与工件内侧腔之间平衡，表明被测电池无泄漏；若下游式精密流量测漏仪显示的质量流为正值，或当采用负压检测方式时，下游式精密流量测漏仪显示的质量流为负值，则表明被测电池存在泄漏，测漏仪显示值表明泄漏程度大小；

(9)至此，完成一个被测工件的气密性检测，卸压后，打开上密封罩，取下检测后的工件；

(10)反复上述步骤，进行下一被测工件的气密性检测。

与现有技术相比，本发明所具有的有益效果是：

本发明用于锂离子电池的气密性检测系统是将下游式精密流量泄漏检测首次用于锂离子电池气密试验，通过采用在电池外侧施压，电池内侧检漏的检测结构，可以有效，快速，可靠的检测到电池制造过程中产生的微小泄漏。与目前锂离子电池制造业采用的浸液气泡检测法和压差式气密检测法比较，本发明的主要优点是：

(1)采用由电池外部加压产生压差，由电池内部(常压)检测泄漏。检测结果对被测工件及检漏系统压力、容积及温度的敏感度大大降低，提高了检测可靠性及重复再现精度；

(2)检测自动化，高检测速度，检测生产节拍比现有检测方法提高2-3倍以上；

(3)检测时电池内部接近常压(大气压)，避免了泄漏检测工序对后道工序可能产生的负面影响。

(4)本发明检测媒介可为空气，无需氮气消耗。

附图说明

图1是锂离子电池气密检测方式的原理图；

图2-1、2-2是本发明检测系统结构组装的分解图；

图3是本发明检测系统的结构剖视图；

图4是本发明检测系统采用正压检测锂离子电池泄漏的原理图；

图5是本发明检测系统采用负压检测锂离子电池泄漏的原理图；

图6是利用本发明检测系统进行锂离子电池气密检测的流程图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方法对本发明作进一步详细描述。

附图2和附图3中主要零部件和细节的说明：1底座，2第一密封垫，3上密封罩，4电池注液孔，5第二密封垫，6工件内侧腔管接头，7工件外侧腔，8工件外侧腔管接头，9电池，10工件内侧腔。

本发明检测系统的检测原理是基于下游式流量泄漏检测原理，其检测原理如图1所示，被测工件为一封闭气密容器(工件内侧腔)，在给定压力下检测其泄漏量。将被测工件置放在一密封的腔体内(工件外侧腔)。工件内侧腔压力一般设为大气压力，并通过下游式流量检漏仪与一等压、等容、等温的参照体积腔相连。测试时，首先将压缩空气导入工件外侧腔增压至给定压力，并通过与工件外侧腔相连的压力传感器维持给定压力。在无泄漏情况下，工件内侧腔与参照体积腔维持平衡状态，无气体通过检漏仪。在有泄漏情况下，泄漏气体进入工件内侧腔，导致工件内侧腔与参照体积腔的平衡状态被破坏，泄漏气体通过流量检漏仪传感器进入参照体积腔，据此可直接检测泄漏量大小。

为了叙述方便，以正压检测方式为例，参照附图说明本发明检测系统的检测方案：

如图2、图3和图4所示，本发明用于锂电池的气密性检测，包括由密封的工件外侧腔7构成的施压腔，由密封的工件内侧腔10构成的测试腔和与测试腔依次连接的下游式流量测漏仪及参照体积腔。本发明的关键所在，是利用密封装置将被测工件分隔成两个相互独立的密封腔室形成上述施压腔和测试腔，构成在电池外侧施压，电池内侧检漏的检测结构，即由工件外侧腔加压(正压或负压)产生压差，由工件内侧腔(常压)检测泄漏。其实现的技术方案是：该检测系统包括增压和卸压机构、密封机构、检测密封腔、下游式精密流量测漏仪以及参照体积腔；所述密封腔包括放置被测工件的底座1、第一密封垫2、上密封罩3和置于上密封罩适当位置的第二密封垫5。所述底座1的腔体轮廓与被测电池9形状相近似，其轮廓大于被测电池的轮廓，用于放置被测电池并将其定位。将被测电池放置在所述底座1腔体内并盖上上密封罩3，所述上密封罩3的下端边缘与第一密封垫2形成第一密封，所述第二密封垫5与被测电池注液孔4形成第二密封；从而将检测系统分隔成工件内侧腔10和工件外侧腔7，所述工件外侧腔7由所述底座1、上密封罩3、第一密封垫2、第二密封垫5与被测电池9的外壁之间形成的一密封空间构成；所述工件内侧腔10由被测电池9的内壁、所述第二密封垫5与被测电池注液孔4之间形成的一密封空间构成；所述工件内侧腔10和工件外侧腔7设置有管路通道6、8，供测试时与增压、卸压机构及下游式精密流量测漏仪联通；所述参照体积腔为一密闭容器，且通过所述下游式精密流量测漏仪与所述工件内侧腔10相连，所述参照体积腔的体积与测试时的工件内侧腔有效测试体积相等或近似。

在采用正压检测时，工件外侧腔7就构成了如图4中所示的施压腔，工件内侧腔10就构成了如图4中所示的测试腔。参照体积腔为一刚性密闭容器，通过所述下游式精密流量测漏仪与所述工件内侧腔10构成的测试腔相连，所述参照体积腔与所述测试腔之间设置旁通阀门，所述参照体积腔的体积与测试时的测试腔内的有效测试体积相等或近似。如图4所示，本发明检测系统采用正压检测方式进行电池的气密性测试时，向施压腔导入压缩空气并将工件外侧腔7的压力维持在一给定测试压力(设定范围可为0.01Mpa至0.5Mpa)，将测试腔，即工件内侧腔10与下游式流量测漏仪连接，并通过下游式流量测漏仪与参照体积腔连接，所述参照体积腔为一刚性密闭容器，其体积与工件内侧腔10及相关测试管路的有效测试体积相等或近似，测试开始时，先将工件内侧腔10和参照体积腔与室压(大气压)导通，待工件内侧腔10和参照体积腔之间建立起等温、等压的平衡态后将旁通阀门关闭，在无泄漏情况下，工件内侧腔10和参照体积腔之间将继续保持上述平衡态，无气流通过测漏仪传感器；在有泄漏情况下，泄漏气体由工件外侧腔7进入工件内侧腔10，上述工件内侧腔10和参照体积腔之间的初始平衡态被破坏，并导致气流由工件内侧腔10通过测漏仪传感器进入参照体积腔，从而检测出泄漏程度大小。上述工件内侧腔10，工件外侧腔7，参照体积腔及其测试迴路各连接之间均可设置有一个或多个可控阀门及管用接头，供测试时与增压、卸压机构及所述测漏仪、传感器联通或切断并保证各密封腔室测试时的相互独立。

本发明中的下游式精密流量测漏仪可以采用工业或实验室用精密下游式流量测漏仪或精密层流管流量检漏传感仪器。检测媒介可为空气或任何气体、混合气体。

下面仍然以正压检测方式说明利用上述检测系统对锂电池进行气密性检测的一个工作循环，即如图6所示包括：装工件-关闭密封舱-增压-旁通-稳定-测漏-卸压-开启密封舱——卸工件。

(1)装工件：打开上密封罩3，将被测电池9安放在底座1腔体内；参阅图2-1、图2-2；

(2)关闭密封舱：盖上上密封罩3并施压，使上密封罩3的下端边缘与第一密封垫2形成第一密封，第二密封垫5与被测电池的注液孔4形成第二密封，如3所示，从而在所述底座1、上密封罩3、第一密封垫2、第二密封垫5与被测电池9的外壁之间形成一密封的工件外侧腔7，在所述被测电池9的内壁、所述第二密封垫5与被测电池注液孔4之间形成一密封的工件内侧腔10；

(3)增压：如图3所示，确定工件内侧腔10为测试腔，工件外侧腔7为施压腔；将测试腔与下游式流量测漏仪连接，并通过下游式流量测漏仪与参照体积腔连接，连接处设有阀门，所述参照体积腔的体积与测试腔的有效测试体积相等或近似。给施压腔导入压缩空气，设定施压腔与测试腔的压差维持在一给定压差，其范围可在0.01Mpa至0.5Mpa之间；

(4)旁通：打开参照体积腔与工件内侧腔之间的旁通阀门，使工件内侧腔和参照体积腔与室压(大气压)导通，待工件内侧腔和参照体积腔之间建立起等温、等压的平衡态后将旁通阀门关闭；

(5)稳定：关闭参照体积腔与工件内侧腔之间的旁通阀门，并稳定当前状态1至60秒；

(6)测漏：启动测漏仪测试，若测漏仪显示的流量为0，则参照体积腔与工件内侧腔之间的气压平衡，表明被测工件无泄漏；若测漏仪显示的流量为正值，则表明被测工件存在泄漏，测漏仪显示值表明泄漏程度大小，图4中的箭头示出了气体的流动方向；

(7)卸压：测试完毕后将工件外侧腔卸压，打开上密封罩3，取下被测工件，至此完成一个被测工件的气密性检测；

(8)反复上述步骤，完成下一被测工件的气密性检测。

图5示出了采用负压方式检测锂电池气密性的原理，其与正压方式的不同之处是：工件外侧腔7为真空腔，如图3所示，可以利用工件外侧腔管接头8来进行抽真空，测漏时，若下游式流量测漏仪显示的质量流为负值，则表明被测工件存在泄漏，图5中的箭头示出了气体的流动方向。

尽管结合附图对本发明进行了上述描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式或机构设计细节，上述的具体实施方式或机构设计细节仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨的情况下，还可以做出很多变形，这些均属于本发明的保护之列。

Claims (7)

1.一种用于锂离子电池的气密性检测系统包括增压和卸压机构、密封机构、检测密封腔、下游式精密流量测漏仪以及参照体积腔；其特征是：

所述密封腔包括放置被测工件的底座、第一密封垫、上密封罩和置于上密封罩适当位置的第二密封垫。所述底座的腔体轮廓与被测电池形状相近似，其轮廓大于被测电池的轮廓，用于放置被测电池并将其定位。

所述上密封罩的下端边缘与第一密封垫形成第一密封，所述第二密封垫与被测电池的注液孔形成第二密封；从而将检测系统分隔成工件内侧腔和工件外侧腔，所述工件外侧腔由所述底座、上密封罩、第一密封垫、第二密封垫与被测电池的外壁之间形成的密封空间构成；

所述工件内侧腔由被测电池的内壁、所述第二密封垫与被测电池的注液孔之间形成的一密封空间构成；所述工件内侧腔和工件外侧腔设置有可控阀门通道，供测试时与增压、卸压机构及下游式质量流测漏仪联通或切断；

所述参照体积腔为一密闭容器，且通过所述下游式精密流量测漏仪与所述工件内侧腔相连，所述参照体积腔的体积与测试时的工件内侧腔有效测试体积相等或近似。

2.根据权利要求1所述的用于锂离子电池的气密性检测系统，其特征在于：所述密封腔包括放置被测工件的底座、第一密封垫、上密封罩和置于上密封罩适当位置的第二密封垫。所述底的腔体轮廓与被测电池形状相近似，其轮廓大于被测电池的轮廓，用于放置被测电池并将其定位。所述上密封罩和底座的腔体为分体结构，装入被测工件后，通过第一密封垫和第二密封垫将检测系统分隔成工件内侧腔和工件外侧腔。

3.根据权利要求1所述的用于锂离子电池的气密性检测系统，其特征在于：采用在电池外侧施压，电池内侧检漏的检测结构，即由工件外侧腔加压(正压或负压)产生压差，由工件内侧腔(常压)检测泄漏。

4.根据权利要求1所述的用于锂离子电池的气密性检测系统，其特征在于：所述参照体积腔为一密闭容器，通过所述精密流量测漏仪与所述工件内侧腔相连，所述参照体积腔的体积与所述工件内侧腔有效测试体积相等或近似。测试时，首先使参照体积腔与工件内侧腔两者之间建立等压、等温的平衡态；如果工件存在泄漏，该平衡态被破坏，导致微量气流通过测漏仪传感器，测漏仪显示值表明泄漏程度大小。

5.根据权利要求1所述的用于锂离子电池的气密性检测系统，其特征在于：所述下游式精密流量测漏仪采用工业或实验室用精密下游式流量测漏仪或精密层流管流量检漏传感器。

6.根据权利要求1所述的用于锂离子电池的气密性检测系统，其特征在于：检测媒介可为空气或任何气体、混合气体。

7.一种利用如权利要求1所述的用于锂离子电池的气密性检测系统，其特征在于：该检测方法包括以下步骤：

(1)打开上密封罩，将被测电池安放在底座腔体内；

(2)关闭上密封罩，使上密封罩的下端边缘与第一密封垫形成第一密封，所述第二密封垫与被测电池的注液孔形成第二密封；

(3)选择采用正压或负压检测方式；若选择正压检测方式，则在工件外侧腔利用压缩空气施加正压；若选择负压检测方式，则在工件外侧腔抽真空；

(4)将工件内侧腔与下游式精密流量测漏仪连接，并通过下游式精密流量测漏仪与参照体积腔连接，连接处设有阀门，所述参照体积腔的体积与工件内侧腔的有效测试体积相等或近似；

(5)设定工件内侧腔与工件外侧腔的压差维持在给定检测压差，若采用正压检测方式，则给工件外侧腔导入压缩空气，若采用负压检测方式，则给工件外侧腔抽真空；

(6)打开参照体积腔与工件内侧腔之间的旁通阀门，导通参照体积腔与工件内侧腔，使两者之间建立等压、等温的平衡态；

(7)关闭参照体积腔与工件内侧腔之间的旁通阀门，稳定当前状态1至60秒；

(8)开始检测，若下游式精密流量测漏仪显示的流量为0，则参照体积腔与工件内侧腔之间平衡，表明被测电池无泄漏；若下游式精密流量测漏仪显示的质量流为正值，或当采用负压检测方式时，下游式精密流量测漏仪显示的质量流为负值，则表明被测电池存在泄漏，测漏仪显示值表明泄漏程度大小；

(9)至此，完成一个被测工件的气密性检测，卸压后，打开上密封罩，取下检测后的工件；

(10)反复上述步骤，进行下一被测工件的气密性检测。

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