CN105388427B - 一种用于监测电池充放电过程中极群压力变化的工装及监测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于监测电池充放电过程中极群压力变化的工装及监测方法，该工装包括放置极群的槽体以及和槽体相配合的盖板，所述槽体和盖板之间设有环形密封圈，所述槽体的一侧板上开有极柱孔和安全阀孔。本发明采用上述可拆卸且密封性好的工装并配合相应的监测方法为极群提供一种与实际循环充放电过程相同的环境，实现了电池充放电过程中极群压力变化的实时监测。

Description

一种用于监测电池充放电过程中极群压力变化的工装及监测 方法

技术领域

本发明涉及蓄电池制造技术领域，尤其涉及一种用于监测电池充放电过程中极群压力变化的工装及监测方法。

背景技术

铅酸电池被广泛应用于各种使用领域，虽然已历经150多年，但仍有很多蓄电池研究者进行各种课题的攻关性研究，从蓄电池的原材料、装配方式以及使用方式等都在寻找更优的应用方案，尤其在目前电动车电池市场上的竞争越来越严峻，迫使研究人员必须着手从各方面进行立项攻关，使得产品更贴切市场需求。

对退回电池进行失效模式的分析发现，大部分失效模式均为正极物质软化与脱落，很多研究人员也纷纷对如何延缓正极物质软化问题进行立项攻关，主要关注点在于极板制造与极群装配上。在极群装配压力上也作了很多方面的试验，从干态到湿态压力都有在研究，例如：

授权公告号为CN203405295U的发明专利文献公开了一种蓄电池极群装配压力检测装置，该装置包括下压机构、传感器、压力数据显示器，待测极群搁置于下压机构的压板下方，传感器设置在下压机构的传压杆上，传感器与压力数据显示器连接，所述下压机构包括底座、导柱、压板、固定板、传压杆和平面轴承，所述底座四角设置有向上延伸的导柱，压板四角滑动连接在导柱上，压板与底座之间留有放置待测极群的空间，固定板位于压板上方，其四角固定连接在导柱上端，传压杆固定板中心位置，其下端为台阶轴与压板连接，台阶轴上连接有平面轴承，传感器设置在平面轴承与压板之间。该发明结构简单，造价低廉，操作简单，检测数据直观可靠。

授权公告号为CN204464403U的发明专利文献公开了一种蓄电池极群组压力检测装置，该装置包括极群输送机构、压力检测装置、极群组、上顶装置，所述极群组设置在极群输送机构上，压力检测装置设置在极群输送机构的上方并与其两侧固定，上顶装置设置在极群输送机构和压力检测装置的下方，并与极群输送机构两侧固定。该发明结构简单、操作方便，还能嵌入至蓄电池包板机中，蓄电池极群组压力检测装置即能检测每个极群组的压力又能压缩极群组，降低极群组入夹具或电池壳时的损伤率，保证蓄电池单格极群组压力的一致性，从而提高蓄电池产品质量和延长蓄电池寿命。

授权公告号为CN203561462U的发明专利文献公开了一种铅酸蓄电池极群装配压力测试装置，该装置包括底座板和两根竖直布置的滑杆，所述滑杆与所述底座板相互固定连接，所述铅酸蓄电池极群装配压力测试装置还包括螺杆、升降块、压力测试仪、固定块和手轮，所述固定块与所述滑杆的上端固定连接，所述螺杆与所述升降块螺纹连接，所述螺杆与所述固定块转动连接，所述压力测试仪与所述升降块固定连接，所述手轮与所述螺杆固定连接，所述压力测试仪下侧设置有一测量杆。

虽然，上述装置都能较为精确的测量电池极群压力，但是，大家往往忽略了电池在充放电过程中的实际压力变化情况，准确掌握电池内部状态后才能拿出准确的优化方案。

发明内容

本发明提供了一种用于监测电池充放电过程中极群压力变化的工装及监测方法，该工装配合相应的监测方法能够为极群提供一种与实际循环充放电过程相同的环境，从而实现电池充放电过程中极群压力变化的实时监测。

一种用于监测电池充放电过程中极群压力变化的工装，包括放置极群的槽体以及和槽体相配合的盖板，所述槽体和盖板之间设有环形密封圈，所述槽体的一侧壁上开有极柱孔和安全阀孔。

取化成好的极群放置于槽体内部后，盖上并压紧盖板，通过压力测试仪可以对工装内部极群充放电过程中的压力变化进行测定。为便于极群充放电过程中收缩和膨胀情况的观测，所述槽体和盖板采用的材料为有机玻璃、ABS、PP和PC中的一种。作为优选，所述盖板和槽体采用的材料厚度为8～10mm。

所述的密封圈为耐酸橡胶密封圈，该材料的邵氏硬度(shore A)为30～40，厚度为1.0～2.0mm。所述安全阀孔上设有安全阀，安全阀的外周可以设置盛水凹槽，能够在极群充放电过程中观察安全阀排气情况，以及安全阀排气量与工装内压力的关系。

作为优选，所述极柱孔内设有保护极柱的保护套，测试时，极柱穿过所述保护套。更优选，所述极柱孔与保护套螺纹配合。极柱在穿过该保护套时，为提高密封性，可在极柱与极柱贴靠保护套内壁之间设置环形密封圈。

作为优选，所述保护套由内、外两段组成，内段直径小于外段直径，内段与极柱孔螺纹配合，外段位于槽体外部。

更优选，所述外段贴靠槽体的外壁，且它们之间设有环形密封圈。

作为优选，槽体设有极柱孔和安全阀孔的侧板通过螺栓固定连接在槽体上，侧板与槽体之间设有环形密封圈。上述侧板的设置有利于极群的取放，防止极群在放置和取出时受到破坏。

本发明提供了一种利用所述的工装监测电池充放电过程中极群压力变化的方法，包括以下步骤：

(1)在所述工装的空装状态下，利用压力测试仪压紧工装，调节压力测试仪的压力值为零，并记录此时压力测试仪上下压板的位移；

(2)将待测极群置于所述工装的槽体内，形成单体电池；

(3)通过压力测试仪的上下压板压紧单体电池，并保持步骤(1)中所述位移，开始单体电池的充放电过程，并记录压力测试仪的压力变化值。

上述单体电池与充放电仪连接后，进行单体电池的充放电。上述单体电池还与数据采集仪连接，记录单体电池的电压和温度数据。

作为优选，步骤(1)中，压力测试仪压紧工装时，所述工装承受的压强为55～65kPa，并保持4～7秒。

作为优选，步骤(1)中，压力测试仪压紧工装时，槽体和盖板之间的环形密封圈的压缩度为0.05～0.15mm。密封圈为耐酸橡胶密封圈，该材料的邵氏硬度(shore A)为30～40，密封圈的压缩程度决定了密封程度，铅酸动力电池的密封强度一般以测试气压强度可达到50～60kPa即为密封良好，故密封圈的压缩度无需太多，被压缩0.05～0.15mm，即可满足电池密封要求。

作为优选，步骤(1)中，压力测试仪压紧工装时，压紧位移速度为3～8mm/min，以减少与工装接触时的冲击力，避免影响极群测试值。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明采用上述可拆卸且密封性好的工装并配合相应的监测方法为极群提供一种与实际循环充放电过程相同的环境，实现了电池充放电过程中极群压力变化的实时监测。

附图说明

图1为本发明工装的结构示意图；

图2为本发明工装的左视图；

图3为在本发明工装内安放极群后形成的单体电池的结构示意图；

图4为实施例1中充放电极群压力变化的曲线图。

具体实施方式

下面结合具体实施例和附图对本发明作进一步说明。

如图1、2所示，一种用于监测电池充放电过程中极群压力变化的工装，包括放置极群的槽体1以及和槽体相配合的盖板2，所述槽体1和盖板2之间设有环形密封圈3。

槽体1左侧的侧板4上设有一个安全阀孔、两个极柱孔10以及四个通孔。安全阀孔上设有安全阀7。安全阀7的外周可以设置一个盛水凹槽，安全阀孔和极柱孔是规格为M12*1.5的螺旋孔，通孔的规格为Φ6。

极柱孔10内设有保护极柱的保护套5，测试时，极柱穿过保护套5，保护套5为内部中空的管状结构，保护套5由内、外两段组成，内段直径小于外段直径，内段与极柱孔10螺纹配合，外段位于槽体1外部。外段贴靠槽体1的外壁，且它们之间设有环形密封圈6。

4个M5的不锈钢螺栓8通过通孔将槽体1左侧的侧板4固定在槽体1上，侧板4与槽体1之间设有环形密封圈9。

如图3所示，放置于槽体内的极群的极柱穿过保护套5，与外界连通；极柱与保护套5之间通过O型圈进行密封，O型圈上设有压紧环；安装时，先将极柱居中，再安装O型圈，然后通过压紧环将O型圈压紧，以确保密封。

本发明工装中的槽体和盖板所采用材料为有机玻璃，有利于试验过程中极群形态变化的观测；材料厚度为10mm，以保证其承压能力。本发明中采用的密封圈均为耐酸橡胶密封圈，邵氏硬度(shore A)为35，厚度为1.5mm。

压力测试仪通过上、下压板来挤压工装的盖板和槽体底面，进行定位移压缩密封圈橡胶后，使整个工装处于密封状态，从安全阀孔处输入压缩空气至60kPa保压5s，无漏气则为密封良好。然后，将安全阀安装到安全阀口。

实施例1

以单体DZM-20电池为例，将其安装于上述工装中形成单体电池，与压力测试仪、蓄电池充放电仪以及用于采集电压和温度数据的数据采集仪进行连接，实现电池充放电过程中极群压力变化的监测。

其中，压力测试仪由上、下压板、压力数据显示器以及设置于上压板上的传感器组成。

具体步骤如下：

(1)先将压力测试仪上下压板的位移进行清零，再上移上压板，将处于空装状态的工装放于上下压板之间；

(2)以5mm/min的速度下移上压板，至密封圈被压缩0.1mm，此时进行工装气密测试，通入压缩空气至60kPa并保持5秒，即为密封良好，此时将压力测试仪的压力值清零，并记录此时压力测试仪上下压板之间的位移值；

(3)从上下压板之间取下空装状态的工装，将待测极群(已化成或在循环测试过程中的单体DZM-20电池)置于该工装的槽体内，盖上盖板，形成单体电池；安装极群时，需对极柱进行密封处理；

(4)将单体电池置于上下压板之间，压紧单体电池，以5mm/min的速度下移上压板，至达到步骤(2)中所述位移值，将单体电池与充放电仪、数据采集仪连接，待压力测试仪位移保持至400秒后，开始单体电池的充放电循环过程，共循环两次；

(5)读取压力数值以及充放电时的电压与温度数据，进行汇总分析，得到充放电过程中的装配压力变化曲线。

结果如图4所示，采用本发明工装和监测方法，能够得到蓄电池极群在充放电过程中真实的极群压力变化曲线。从曲线上看，极群装配压力随着充放电过程的进行，压力值在不断地有规律的变化，能够为研究者优化电池装配压力方案提供真实有效的实验数据。

以上所述仅为本发明的较佳实施举例，并不用于限制本发明，凡在本发明精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种利用工装监测电池充放电过程中极群压力变化的方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)在所述工装的空装状态下，利用压力测试仪压紧工装，调节压力测试仪的压力值为零，并记录此时压力测试仪上下压板的位移；

(2)将待测极群置于所述工装的槽体内，形成单体电池；

(3)通过压力测试仪的上下压板压紧单体电池，并保持步骤(1)中所述位移，开始单体电池的充放电过程，并记录压力测试仪的压力变化值；

所述工装包括放置极群的槽体以及和槽体相配合的盖板，所述槽体和盖板之间设有环形密封圈，所述槽体的一侧板上开有极柱孔和安全阀孔。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述极柱孔内设有保护极柱的保护套，测试时，极柱穿过所述保护套。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述极柱孔与保护套螺纹配合。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述保护套由内、外两段组成，内段直径小于外段直径，内段与极柱孔螺纹配合，外段位于槽体外部。

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述外段贴靠槽体的外壁，且它们之间设有环形密封圈。

6.如权利要求4所述的方法，其特征在于，槽体设有极柱孔和安全阀孔的侧板通过螺栓固定连接在槽体上，侧板与槽体之间设有环形密封圈。

7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)中，压力测试仪压紧工装时，所述工装承受的压强为55～65kPa，并保持4～7秒。

8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)中，压力测试仪压紧工装时，槽体和盖板之间的环形密封圈的压缩度为0.05～0.15mm。

9.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)中，压力测试仪压紧工装时，压紧位移速度为3～8mm/min。