CN106461386A - 用于测量二次电池单体的厚度的装置和方法 - Google Patents

用于测量二次电池单体的厚度的装置和方法 Download PDF

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Abstract

提供了一种用于测量二次电池单体的厚度的装置和方法。根据本发明的装置包括：安装台，二次电池单体被定位在该安装台上；挤压板，该挤压板被安设成使得该挤压板离安装台的距离是可变的；挤压装置，该挤压装置朝向挤压板推动安装台或在离开挤压板的方向上拉动安装台；测量装置，该测量装置用于测量由挤压装置施加到挤压板的挤压力和二次电池单体的厚度；和控制单元，该控制单元被构造成根据测量条件控制二次电池单体的充电、放电或温度，从测量装置接收挤压力测量值和厚度测量值，从而确定施加到挤压板的挤压力的大小和二次电池单体的厚度，并且改变施加到挤压板的挤压力或者使所述挤压力保持恒定。

Description

用于测量二次电池单体的厚度的装置和方法
技术领域
本发明涉及一种用于测量能够反复充放电的二次电池单体的厚度的技术。
本申请要求分别在2014年11月26日和2015年11月25日在韩国提交的韩国专利申请No.10-2014-0166734和10-2015-0165853的优先权，上述韩国专利申请的公开内容在此通过引用的方式并入。
背景技术
与不可充电的原电池不同的是，二次电池是能够反复充放电的电池。二次电池不仅用作小型便携式电子设备(例如移动电话、PDA、膝上型计算机等)的电源，而且还用作电动车辆或混合动力车辆的电源。
二次电池是以电池单体的形式被制造和使用的，该电池单体中密封地封装了多个电池元件，例如正电极、负电极、隔膜、电解质和各种添加剂。同时，由于反复充电和放电导致的化学反应引起了包括电极活性材料、电解质、添加剂等的多种材料的体积变化、气体的产生等，二次电池的电池单体的厚度可能增加。此外，由于在充放电期间产生的热量、由于电池的滥用(例如过度充电、过度放电等)产生的热量以及由于当电池处于高温环境时受到的热量，可能发生电池单体的厚度的上述变化。
同时，根据所使用的外壳的类型，电池单体被分为罐型电池和袋型电池。罐型电池将上述元件封装在金属的矩形或圆柱形外壳中，而袋型电池将上述元件封装在由以铝作为主要材料的片材和在片材上层叠的合成树脂涂层组成的袋中。虽然罐型电池在物理上比袋型电池更坚固，但由于其相对轻的重量且易于制造，袋型电池近年来被更广泛地使用。然而，由于物理强度低，袋型电池的缺点是易受电池单体的上述厚度变化的影响。
随着电池单体的厚度增加，即，随着电池单体的内部压力增加，电池单体可能从外壳的最弱部分开始断裂，这可能导致事故，例如电池单体着火或爆炸。相应地，通过以下方式来测试袋型电池单体：执行预定次数的充电和放电循环，或者将电池单体在高温环境下放置预定时间，然后测量电池单体的厚度，以确定诸如电解质、添加剂等的各种材料的适用性以及袋型电池单体的密封性。此外，韩国专利No.10-1397926公开了将柔性袋型电池单体放置在真空室中并在利用真空泵形成真空状态之前和之后测量电池单体的厚度，然后利用这种厚度差来估计可能存在电解质泄漏的部位，即，测试袋型电池单体的密封性。
同时，袋型电池单体并非是直接以柔性袋的形式使用的。也就是说，袋型电池单体要么被容纳在硬的外壳中以用作便携式电子设备的供电电池，要么被制造成模块型电池，在该模块型电池中，多个袋型电池单体在硬框架中彼此堆叠以用作电力存储系统或用作高容量电池(例如电动车辆或混合动力车辆的电源)。因此，袋型电池单体在使用中或存放时均由于上述外壳或框架而受到恒定压力。同时，在现有技术中，仅是在固定的状态下测量柔性袋型电池单体的厚度。因此，现有技术存在以下限制，即：不能观察和预测在实际使用中或存放中的电池单体的厚度的变化。
发明内容
技术问题
本发明被设计用于解决现有技术的问题，因此，本公开涉及提供一种用于测量二次电池单体的厚度的设备和方法，它们能够测量和预测当二次电池单体在实际使用中或存放中时的二次电池单体的厚度的变化或者二次电池单体的行为。
本公开还涉及提供一种用于测量二次电池单体的厚度的设备和方法，它们能够观察当实际使用中或存放中的二次电池的单体厚度变化受到抑制时、二次电池单体、外壳或电池盒框架的行为。
技术方案
在本公开的一个方面，提供了一种用于测量二次电池单体的厚度的设备，该设备可以包括：安装台，二次电池单体被定位在该安装台上以进行厚度测量；挤压板，该挤压板与安装台相对，其中，二次电池单体介于挤压板和安装台之间，并且挤压板被安设成使得挤压板离安装台的距离是可变的；挤压装置，该挤压装置被构造成通过朝向安装台推动挤压板或在离开安装台的方向上拉动挤压板而在厚度方向上挤压被置于安装台上的二次电池单体；测量装置，该测量装置被构造成测量由挤压装置施加到挤压板的挤压力和二次电池单体的厚度；和控制器，该控制器被构造成：根据由操作员输入的测量条件来控制二次电池单体的充电、放电或温度；以一定的时间间隔从测量装置向控制器输入挤压力测量值和厚度测量值，以确定施加到挤压板的挤压力的幅值和二次电池单体的厚度，并将所确定的数据与时间信息一起存储在存储器中；并且，在正测量二次电池单体的厚度的同时，改变由挤压装置施加到挤压板的挤压力或者使由挤压装置施加到挤压板的挤压力维持恒定。
优选地，所述挤压装置包括：弹性构件，该弹性构件被安设在挤压板的两个表面中的与和二次电池单体接触的表面相反的一个表面上，从而弹性地偏压所述挤压板；驱动块，该驱动块与弹性构件联接，以在二次电池单体的厚度方向上推动或拉动弹性构件；和驱动单元，该驱动单元被构造成在二次电池单体的厚度方向上升高或降低驱动块。
根据一个方面，所述测量装置被构造成以一定的时间间隔测量驱动块和挤压板之间的距离并输出该距离测量值作为挤压力测量值，并且，控制器被构造成从测量装置输入距离测量值并确定弹性构件的长度，基于所确定的弹性构件的长度来确定施加到挤压板的挤压力的幅值，并将所确定的挤压力的幅值与时间信息一起存储在存储器中。
根据另一个方面，该控制器使用弹性构件的长度、驱动块的移动距离、以及安装台和挤压板之间的初始距离来确定二次电池单体的厚度，并将所确定的厚度与时间信息一起存储在存储器中。
优选地，所述控制器被构造成通过显示器显示存储器中存储的二次电池单体的挤压力变化数据或厚度变化数据。
根据另一方面，所述测量装置可以包括压电传感器，该压电传感器介于安装台的表面和挤压板的与安装台的表面相对的表面之间，以输出二次电池单体的厚度测量值。
根据另一方面，所述测量装置可以包括距离测量传感器，该距离测量传感器被构造成从驱动块或挤压板发射光信号、超声波或红外线，以测量在驱动块和挤压板之间往返所花的时间并输出表示驱动块和挤压板之间的距离的距离测量值。
优选地，该设备可另外包括被构造成对二次电池单体充电或放电的充电器/放电器。控制器可以从操作员输入充电和放电条件并将所输入的条件存储在存储器中，并且根据充电和放电条件控制充电器/放电器，使得二次电池单体被充电和放电。
此外，根据本公开的设备可另外包括安设在挤压板和安装台中的至少一个上的加热器。控制器可以从操作员输入加热温度设定值并将所输入的数据存储在存储器中，并且根据加热温度设定值来控制加热器的温度。
此外，根据本公开的设备可另外包括冷却装置，该冷却装置用于冷却挤压板和安装台中的至少一个。控制器可以从操作员输入冷却温度设定值并将所输入的数据存储在存储器中，并且根据冷却温度设定值来控制冷却装置。
在本公开的一个方面，提供了一种用于测量二次电池单体的厚度的方法，该方法使用了：安装台，用于厚度测量的二次电池单体被定位在安装台上；挤压板，该挤压板被安设成使得该挤压板离安装台的距离是可变的，其中，二次电池单体介于该挤压板和安装台之间，挤压板被弹性构件弹性地偏压；驱动块，该驱动块被构造成通过利用弹性构件朝向安装台推动挤压板或在离开安装台的方向上拉动挤压板而在厚度方向上挤压位于安装台上的二次电池单体；和测量装置，该测量装置被构造成测量施加到挤压板的挤压力和二次电池单体的厚度，其中，该方法可以包括：根据由操作员输入的测量条件对二次电池单体充电或放电或者调节二次电池单体的温度；以一定的时间间隔从测量装置输入挤压力测量值和厚度测量值，确定施加到挤压板的挤压力的幅值和二次电池单体的厚度，并将挤压力的幅值和厚度与时间信息一起存储在存储器中；并且，在测量二次电池单体的厚度的同时，改变由挤压装置施加到挤压板的挤压力或者使由挤压装置施加到挤压板的挤压力维持恒定。
有利的效果
根据各种示例性实施例，不像仅一次地、即在固定的状态下(即，在固定的挤压力下)测量单体的厚度的现有技术那样，能够容易地在将挤压力或环境温度改变为期望幅值的同时测量单体的厚度。因此，能够在接近二次电池单体在实际使用中或存放中时的条件下观察二次电池单体的厚度变化及其行为。并且，二次电池单体的厚度变化能够受到抑制，并能够观察当二次电池单体处于实际使用中或存放中时的二次电池单体的行为，使得能够获得电池盒框架或外壳或者袋所需的必要的物理强度数据。
附图说明
附图示意了本公开的优选实施例并且与上述公开内容一起用于提供对本公开的技术特征的进一步理解。然而，本公开不应理解为仅限于这些图。
图1概略地示意了根据本公开的示例性实施例的、用于测量二次电池单体的厚度的设备的构造。
图2是提供了用于解释使用根据本公开的示例性实施例的、用于测量二次电池单体的厚度的设备来测量电池单体厚度的过程的视图。
具体实施方式
在下文中，将参考附图详细描述本公开的优选实施例。在描述之前，应该理解，本说明书和所附权利要求中使用的术语不应理解为仅限于通常的含义和字典中的含义，而是基于允许本发明人为了最好地解释而适当地定义术语的原则来基于与本公开的技术方面对应的含义和概念来解释。因此，这里提出的说明仅是为了示意性目的的优选实例，而非旨在限制本公开的范围，所以，应该理解，在不偏离本公开的精神和范围的情况下，能够对本公开做出其它等价形式和变型。
图1概略地示意了根据本公开的示例性实施例的用于测量二次电池单体的厚度的设备(“电池单体厚度测量设备”)的构造。
根据示例性实施例，用于测量电池单体厚度的设备主要包括安装台(mountingstand)20、挤压板(pressurizing plate)30、挤压装置40、42、44、46、测量装置51、53和控制器60。
安装台20提供了进行厚度测量的对象(即，二次电池单体10)所定位的位置，并且该安装台20被固定到电池单体厚度测量设备的框架(未示出)或者被包括为该框架的一部分。安装台20由具有一定刚度的材料形成，例如金属、硬塑料等，从而，当二次电池单体10膨胀或被挤压装置挤压时不容易产生凹痕或变形。
此外，安装台20可典型地具有平板形状，但不限于此。即，当在电池盒框架介于多个二次电池单体10之间的情况下堆叠多个二次电池单体10以构造模块型电池时，或者当一个二次电池单体10定位在硬外壳中以构造用于向便携式电子设备供应电力的电池时，二次电池单体10所定位在的安装台20的表面的形状例如可以与面向该二次电池单体10的电池盒框架或外壳的表面的形状相同。
根据示例性实施例的电池单体厚度测量设备可另外包括片材式加热器70，该片材式加热器70安设在安装台20和挤压板30内部，以模拟二次电池单体10的使用或存放环境。当然，片材式加热器70可安设在安装台20和挤压板30中的任一个上。加热器70根据来自控制器60的控制指令将二次电池单体10的温度调节到由操作员设定的温度。加热器70被靠近安装台20和挤压板30的表面安设，并具有至少与二次电池单体10的尺寸相对应的面积。
根据示例性实施例的电池单体厚度测量设备可另外包括冷却装置80，该冷却装置80将二次电池单体10的温度冷却到由操作员设定的温度。冷却装置80被安设在安装台20和挤压板30中的至少一个上。冷却装置80包括：冷却剂流动管81，该冷却剂流动管81被埋设在安装台20和挤压板30中；循环管道82，该循环管道82用于向冷却剂流动管81供应冷却剂；温度调节装置83，该温度调节装置83与循环管道82流体连通并根据来自控制器60的控制信号将冷却剂的温度降低到由操作员设定的温度；以及泵84，该泵84根据来自控制器60的控制信号使冷却剂循环通过循环管道82和冷却剂流动管81。
根据示例性实施例的电池单体厚度测量设备可另外包括充电器/放电器90。该充电器/放电器90根据来自控制器60的控制指令、按照由操作员设定的充电和放电条件对二次电池单体10充电和放电。例如，充电器/放电器90可以通过由操作员设定的多个循环来重复进行将二次电池单体10充电至满充电电压并然后放电至全放电电压的过程。在另一实例中，充电器/放电器90可根据由操作员设定的充电/放电曲线(profile)对二次电池单体10充电和放电。充电/放电曲线是根据时间来定义充电电流和放电电流的幅值的数据。充电器/放电器90可用于根据充电/放电循环或充电/放电曲线来观察二次电池单体10的厚度随时间的变化。
充电器/放电器90可至少包括电压测量电路，以测量二次电池单体10的电压。充电器/放电器90可以向控制器60提供由该电压测量电路测量的电压测量值。当该电压测量值达到由操作员设定的操作下限电压时，控制器60可以向充电器/放电器90提供控制指令，以便在充电模式下操作该充电器/放电器90。相比之下，当该电压测量值达到由操作员设定的操作上限电压时，控制器60可以向充电器/放电器90提供控制指令，以便在放电模式下操作该充电器/放电器90。此外，控制器60可以对二次电池单体10的充电/放电循环进行计数，并且，当统计的循环值达到操作员设定值时，控制器60可以停止充电器/放电器90的运行。
在示例性实施例中，作为厚度测量对象的二次电池单体10可有利地是稍微柔性且还可以膨胀和收缩的袋型二次电池单体，但罐型二次电池单体也是适用的。
袋形二次电池单体10采取具有预定厚度的片材的形式，其电极端子11、12向侧面突出，其中，诸如正电极、负电极、隔膜、电解质和各种其它添加剂等的电池元件被密封地容纳在该片材中，该片材包括作为主要材料的铝以及层叠在铝上的合成树脂涂层。同时，虽然电极端子11、12被示出为分别在袋型二次电池单体10的两个侧表面上突出，但电极端子的这种突出的位置和方向可以变化。电极端子11、12可以电连接到充电器/放电器90。
挤压板30被安设成在二次电池单体10介于挤压板30和安装台20之间的情况下与安装台20相对，并且，挤压板30在离安装台20可变的距离处(即，以在图中可上下移动的方式)安设在框架(未示出)上。
此外，与安装台20一样，挤压板30可以由诸如金属、硬塑料等的刚性材料形成，并且可典型地具有平板的形式，但该挤压板30的面向二次电池单体10的表面的形状可以与电池盒框架或外壳的面向二次电池单体10的表面的形状相同。
所述挤压装置被设置成：通过朝向安装台20推动挤压板30或者在离开安装台20的方向上拉动挤压板30而在厚度方向上挤压位于安装台20上的二次电池单体10。在示例性实施例中，该挤压装置包括弹性构件40、驱动块42、螺杆44、和作为驱动单元的马达46。
弹性构件40被安设在挤压板30的上表面上，即，安设在与二次电池单体10相反的表面上，以弹性地偏压该挤压板30。虽然作为弹性构件40的一个实例，图中示出了两个卷簧，但可以理解的是，弹性构件40也可以由一个卷簧或者三个或更多个卷簧构成。此外，弹性构件40不仅可以由卷簧构成，而且还可以由板簧或具有弹性的其它元件(例如橡胶)构成。
驱动块42被可移动地安设在弹性构件40的上端上，即安设在与挤压板30相反的端部上，以便上升和下降而在二次电池单体10的厚度方向上推动或拉动弹性构件40。与安装台20和挤压板30一样，驱动块42可以由诸如金属或硬塑料的刚性材料形成，并且被形成为平板形状，但其具体形状可以变化。在驱动块42的中心处形成有螺杆通孔(screw throughhole)，该螺杆通孔具有在内周中形成的螺纹。
螺杆44具有与在螺杆通孔的内周中形成的螺纹的节距相同的螺纹，使得螺杆44插入到该螺杆通孔中并被螺纹接合，因此与驱动块42接合。
螺杆44的上端固定在与所述框架固定的马达46的旋转轴处，使得螺杆44随着马达46的旋转而旋转，并且驱动块42随着螺杆44的旋转而升高和降低。即，马达46是驱动该驱动块42以使其沿着二次电池单体10的厚度方向移动的驱动单元。随着马达46和螺杆44的旋转而引起的驱动块42的上升和下降运动经由弹性构件40传递到挤压板30，使得该挤压板30以预定的挤压力挤压位于安装台20上的二次电池单体10。
能够正反旋转的马达46可用于使驱动块42能够上升和下降，并且，步进马达或伺服马达可理想地用于提供精确地调节的挤压力(即，驱动块42的上升和/下降运动的量)。
同时，在示例性实施例中，螺杆44可以直接固定到马达46的旋转轴，但其不限于此。相应地，驱动力传递设备(例如齿轮箱)可以介于马达46和螺杆44之间，以改变旋转速度和方向。此外，虽然该示例性实施例示出了驱动块42随着马达46和螺杆44的旋转而引起的上升和下降运动，但也可使用在旋转运动和直线运动之间转换的其它工具，例如齿条和小齿轮、蜗轮和蜗杆等。此外，还可以使用具有直线运动的马达，例如直线马达。此外，虽然该示例性实施例示出了马达46可以用作驱动单元来升高和降低驱动块42，但本公开不限于此。相应地，可以使用旋钮或手柄代替该马达来调节驱动块42的上升和下降，以便使用者能够直接手动操作该旋钮或手柄来升高和降低驱动块42。
测量装置51、53被设置成测量由上述挤压装置施加在挤压板30上的挤压力并测量二次电池单体10的厚度，并且尤其可以使用下文描述的装置。
首先，施加在挤压板30上的挤压力(即，挤压该挤压板30的力)可以被转换成所述卷簧(即，弹性构件40)的弹性力。即，在弹性构件40是具有弹性模量k的压缩卷簧的情形中，当弹簧40的长度响应于驱动块42的下降而从无任何力施加在弹簧40上时的长度减小x时，则弹簧40的弹性力将是F＝kx，并且这能够用作挤压力。相应地，当弹性构件40在二次电池单体10的厚度方向上的初始长度已知时，可以通过测量当前长度(即，该挤压板30的上表面和驱动块42的下表面之间的距离)来定量地测量挤压力。
具体地，用于测量挤压力的装置可以是距离测量传感器51，该距离测量传感器51从驱动块42或挤压板30发射光信号、超声波或红外线，然后测量在驱动块42和挤压板30之间往返的时间，从而输出表示驱动块42和挤压板30之间的距离的距离测量值。在本实例中，距离测量传感器51能够以一定的时间间隔输出距离测量值作为挤压力测量值。
优选地，距离测量传感器51可以包括：发射元件51a，该发射元件51a安设在驱动块42的下表面(或者挤压板30的上表面)上，以朝向挤压板30的上表面(或者驱动块42的下表面)发射距离测量信号，例如激光、红外线或超声波；接收元件51b，该接收元件51b感测从挤压板30的上表面(或者驱动块42的下表面)反射的距离测量信号；和传感器驱动器51c，该传感器驱动器51c对距离测量信号在驱动块42和挤压板30之间往返的时间进行计时，并基于统计的时间和距离测量信号的频率来确定距离测量值，等等。
当二次电池单体10定位在安装台20上并与挤压板30彼此紧密接触时，二次电池单体10的厚度等于安装台20的上表面和挤压板30的下表面之间的距离。因此，为了测量二次电池单体10的厚度，可以使用介于安装台20的上表面和挤压板30的下表面之间的压电传感器53。
压电传感器53包括：压电体53a，该压电体53a产生根据压力而改变幅值的电压信号；杆53b，该杆53b可在竖直方向上移动；弹性体53c，该弹性体53c通过弹性地偏压所述杆53b而根据杆53b的位置改变施加在压电体53a上的压力；以及传感器驱动器53d，该传感器驱动器53d根据电压信号的幅值来确定杆53b的移动距离并基于所确定的杆53b的移动距离来输出二次电池单体10的厚度测量值。
杆53b的初始位置处于比二次电池单体10的厚度高的位置。当挤压板30下降时，杆53b在与挤压板30的下表面接触的情况下降低，并且当通过弹性体53c在压电体53a上施挤压力时，压电体53a产生具有与杆53b的下降距离相对应的幅值的电压信号。所产生的电压信号被输入到传感器驱动器53d。传感器驱动器53d可以确定所接收的电压信号的幅值并使用预定的厚度公式来确定二次电池单体10的厚度测量值。可以根据试验通过检查电压信号的幅值与杆的下降距离之间的相互关系来定义所述厚度公式。
根据另一方面，可以通过以与距离测量传感器51相同的方式使用距离测量装置来测量安装台20的上表面和挤压板30的下表面之间的距离。
根据又一方面，可以在不必使用单独的测量装置53的情况下，即，通过使用距离测量传感器51和控制器60来计算二次电池单体10的厚度。也就是说，距离测量传感器51能够仅测量挤压板30的上表面和驱动块42的下表面之间的距离，但如果驱动块42从初始位置的移动距离(即，由弹性构件40的更靠近驱动块42的端部沿着二次电池单体10的厚度方向行进的移动距离)是已知的，则距离测量传感器51将能够基于挤压板30的上表面和驱动块42的下表面之间的初始距离和驱动块42的移动距离来计算二次电池单体10的厚度。在下文中将参考图2更详细地描述这一点。
控制器60控制所述电池单体厚度测量设备的总体操作。具体地，在正测量二次电池单体10的厚度时，可以从测量装置51、53向控制器60输入挤压力测量值(即，距离测量值)和二次电池单体10的厚度测量值，并且控制器60控制马达46的驱动，以便在由操作员设定的条件下将挤压力施加到二次电池单体10。
具体地，根据测量二次电池单体10的厚度的示例性实施例，在正测量二次电池单体10的厚度时，施加到二次电池单体10的挤压力被维持恒定或根据由操作员设定的预定模式而变化，以便在与二次电池单体的实际使用或存放条件最接近的条件下测量二次电池单体10的厚度。
为此，控制器60可以从操作员接收在厚度测量期间施加到二次电池单体10的挤压力的恒定曲线或者预定变化的曲线样式，将所接收到的曲线存储在存储器62中，并在进行测量的过程中时读出存储器62中存储的挤压力值，从而根据用于施加挤压力的预设条件来驱动马达46。
控制器60可另外包括用于向使用者显示二次电池单体10的厚度测量值和此时的挤压力测量值的输出装置(例如显示器100)、以及用于操作员输入指令或数据的输入装置110(例如鼠标、键盘等)。
控制器60可以基于以一定的时间间隔从测量装置51、53输入的挤压力测量值和厚度测量值来确定施加到二次电池单体10的挤压力的幅值和电池单体的厚度，并将该挤压力的幅值和电池单体的厚度与时间信息一起存储到存储器62中。
此外，响应于来自操作员的请求，控制器60可以使用存储在存储器62中的数据来产生随着挤压力的幅值而引起的二次电池单体10的厚度变化数据、随着二次电池单体10的厚度而引起的挤压力变化数据、随着时间的二次电池单体10的厚度变化数据或者随着时间的挤压力变化数据，并将它们显示在显示器100上。显示器100上显示的信息可以是曲线图，但本公开不限于此。
操作员可以建立一些设定条件，所述设定条件包括施加挤压力的条件、二次电池单体10是否被充电或放电、充电/放电循环的次数、充电/放电曲线、用于二次电池单体10的加热温度设定值或冷却温度设定值等。施加挤压力的条件可以被设定为固定值或者被设定为随着时间而变化。类似地，加热温度设定值或冷却温度设定值可以被设定为固定值，或者被设定为随着时间而变化。为此，控制器60可以通过显示器100提供图形用户界面，能够通过该图形用户界面输入各种设定值。
包括存储器62的控制器60可以典型地实现为电子电路或芯片，例如微处理器或存储器器件，但并不需要为本发明提供存储器或控制器。
同时，可以将用于测量安装台20和挤压板30之间的距离(即，二次电池单体的厚度)以及挤压板30和驱动块42之间的距离(即，挤压力)的量具(即，刻度尺)安设到所述设备的框架等，以便使用者可以通过参考该量具手动操控马达46或者所述旋钮或手柄来调节挤压力并测量二次电池单体的厚度。在本实例中，上述测量装置51、53可以省略。
图2是被提供用于解释使用根据本公开的示例性实施例的、用于测量二次电池单体的厚度的设备来测量电池单体厚度的过程的视图。下面将参考图2描述根据本公开的另一个方面的、用于测量二次电池单体的厚度的方法。
首先，向上升高上述电池单体厚度测量设备的挤压板30(即，驱动块42)并将用于厚度测量的二次电池单体10定位在安装台20上。
控制器60然后降低该挤压板30(即，驱动块42)，以便将操作员设定的挤压力施加到二次电池单体10(见图2(a))。
此时，可以从距离测量传感器51向控制器60输入距离测量值作为挤压力测量值并且控制器60确定驱动块42和挤压板30之间的距离，即弹性构件40的长度L1。此外，控制器60可以通过反馈-控制该马达46的驱动来调节挤压力，使得弹性构件40的长度L1对应于所设定的挤压力。
根据示例性实施例的用于测量二次电池单体的厚度的设备可用于在二次电池处于实际使用状态中的同时观察二次电池单体10的厚度变化及其行为。
根据一个方面，控制器60可以控制充电器/放电器90以根据由操作员针对二次电池单体10设定的测量条件来控制二次电池单体10的充电和放电。所述测量条件可以包括充电/放电循环的次数或者充电/放电曲线。在此情形中，在二次电池单体10正在充电或放电的同时，控制器60可以连续地或间歇地使用测量装置51、53来确定二次电池单体10的厚度测量值和施加到挤压板30的挤压力的测量值。此外，控制器60可以将所述厚度测量值及挤压力测量值与时间信息一起存储在存储器62中。存储在存储器62中的数据可用于根据测量条件分析二次电池单体10的厚度和挤压力之间的相互关系以及该厚度和挤压力的变动的状况。
根据另一方面，控制器60可以控制加热器70或冷却装置80，以将二次电池单体10的环境温度调节到由操作员设定的温度，而无论是否执行二次电池单体10的充电和放电。在此情形中，控制器60可以连续地或者间歇地使用测量装置51、53确定二次电池单体10的厚度测量值和施加到挤压板30的挤压力的测量值。此外，控制器60可以将厚度测量值及挤压力测量值与时间信息一起存储在存储器62中。存储在存储器62中的数据可用于根据测量条件来分析二次电池单体10的厚度和挤压力之间的相互关系以及该厚度和挤压力的变动的状况。
根据本公开，能够以下文描述的方式测量二次电池单体10的厚度。
在一个方面，可容易地通过使用图1所示的电池单体厚度测量设备的测量装置53(例如压电传感器等)来测量二次电池单体10的厚度。也就是说，可以从测量装置53向控制器60输入二次电池单体10的厚度测量值，并且控制器60确定二次电池单体10的厚度。
在另一实例中，可以仅使用测量装置51来确定二次电池单体10的厚度。
首先，在二次电池单体10未定位在安装台20上的状态下，即，在没有力被施加到挤压板30(即，弹性构件40)的状态下，使安装台20和挤压板30之间的距离为t0，挤压板30和驱动块42之间的距离为L0，并且这两个距离之和(t0+L0)为驱动块42的初始位置(H0)。在此情形中，驱动块42的初始位置被设定成使得t0小于二次电池单体10的初始厚度。在一个实例中，对应于初始条件的t0、L0和H0值可以预先存储在存储器62中。
图2(a)示出了用于厚度测量的二次电池单体10被安装在安装台20上的初始状态。因为二次电池单体10的厚度大于t0，所以，随着挤压板30向上移动，弹性构件40被稍微弹性地偏压。相应地，挤压板30处于以预定的挤压力挤压二次电池单体10的状态下。在此状态下，满足了条件L1<L0和t1>t0。因为驱动块42未被升高而是处于初始位置中，所以H0＝L0+t0＝L1+t1。因此，能够根据关系t1＝H0-L1或者t1＝L0-L1+t0来计算处于图2(a)所示的状态下的二次电池单体10的厚度t1。这里，H0、L0、t0是存储在存储器62中的已知值。控制器60可以使用测量装置51确定驱动块42和挤压板30之间的距离L1，然后使用所确定的距离L1和存储在存储器62中的H0、L0、t0通过上述等式来确定二次电池单体10的初始厚度t1，并将所确定的值存储在存储器62中。
可以在二次电池单体10的充电和放电期间和/或在根据由操作员设定的条件调节二次电池单体10的温度时连续地或间歇地重复如上所述地计算t1的过程。
接着，图2(b)示出了当厚度由于二次电池单体10的膨胀而增加时的情形。当充电/放电循环的次数充分增加时或者当二次电池单体10的环境温度在高温下维持一段长时间时，二次电池单体10可能膨胀。
即使在图2(b)所示的状态下，驱动块42仍处于初始位置H0中。相应地，与处于图2(a)所示的状态时一样，根据关系t2＝H0-L2或者t2＝L0-L2+t0来计算二次电池单体10的厚度t2。相应地，控制器60可以使用测量装置51来确定驱动块42和挤压板30之间的距离L2，然后使用所确定的距离L2和存储在存储器62中的H0、L0、t0通过上述等式来确定二次电池单体10的膨胀厚度t2，并将膨胀厚度t2存储在存储器62中。
可以在二次电池单体10的充电和放电期间和/或在根据操作员设定的条件来调节二次电池单体10的温度时连续地或者间歇地重复如上所述地计算t2的过程。
同时，如上所述，当二次电池单体在使用中或存放中时，高容量的模块型电池受到电池盒框架限制，或者，安装到便携式电子设备的小型模块型电池受到外壳限制。因此，二次电池单体10的厚度不增加t2那么大。图2(c)示出了利用根据本公开的设备模拟的这种状态。
为了模拟二次电池单体10的膨胀受到电池盒框架或外壳限制的情况，控制器60可以通过使驱动块42降低△H而增加施加到挤压板30的挤压力。因为H0＝L3+t3+△H，能够根据关系t3＝H0-L3-△H来计算二次电池单体10的厚度t3，其中，H0是存储在存储器62中的已知值，△H是能够基于马达46的旋转角度或转数来确定的值。控制器60可以利用测量装置51确定驱动块42和挤压板30之间的距离L3，利用马达46的旋转角度或转数确定△H，并且通过使用上述等式利用所确定的距离L3、△H和存储在存储器62中的H0来确定二次电池单体10的膨胀限制厚度t3，并将该膨胀限制厚度t3存储在存储器62中。
可以在二次电池单体10根据操作员设定的条件进行充电和放电期间和/或在根据操作员设定的条件调节二次电池单体10的温度时连续地或者间歇地重复计算膨胀限制厚度t3的过程。
优选地，在图2(c)的状态下，控制器60可以控制马达46改变(即，增加)挤压力，从而使实时计算出的t3维持几乎与t1相同。通过将t3调节成与t1相同，能够以试验方式模拟二次电池单体10的厚度膨胀由于电池盒框架和外壳的刚度而受到限制的情形。
在这种操作中，控制器60可以基于利用测量装置51实时计算出的L3来确定挤压力的幅值，并且，所确定的挤压力的幅值可以与时间信息一起以累积的方式存储在存储器62中。响应于来自操作员的请求，控制器60可以通过显示器100显示该存储器62中存储的二次电池单体10的挤压力变化数据或厚度变化数据。操作员然后能够利用挤压力变化数据来确定当设计该模块型电池的电池盒框架或外壳时所需的强度数据。此外，控制器60可以维持二次电池单体10的充电/放电循环的进行或高温状态直至二次电池单体10破裂，然后在显示器100上显示存储器62中存储的二次电池单体10的挤压力变化数据或厚度变化数据，直至二次电池单体10破裂。相应地，当设计二次电池单体10时，操作员能够利用所显示的挤压力变化数据和厚度变化数据。
同时，虽然图2(b)和2(c)例示了在挤压力以增加的方式(L1<L2<3)改变时测量电池单体的厚度，但该挤压力可以在电池单体厚度测量期间维持恒定。在这种实例中，控制器60可以根据电池单体的增加的厚度来升高驱动块42，使得挤压力维持恒定(即，L1＝L2)。在挤压力维持恒定的同时，控制器60可以连续地或间歇地利用测量装置51、52确定二次电池单体10的厚度并将所确定的厚度与时间信息一起存储在存储器62中。此外，响应于操作员的请求，控制器60可以通过显示器100显示存储器62中存储的二次电池单体10的厚度变化数据或挤压力变化数据。操作员可以然后观察在恒定的挤压力被施加到二次电池单体10的状态下的二次电池单体的厚度变化和行为，正如电池单体在使用中或存放中那样。
如上所述，现有技术只是在固定的条件下(即，以固定的挤压力)一次地测量电池单体的厚度，而本发明能够容易地设定各种挤压力(例如，在二次电池的初始状态下在模块型电池的每个二次电池单体上施加的挤压力、通过二次电池单体在充电/放电循环中的膨胀而从初始状态增加的挤压力、当二次电池被长时间留置于高温或低温下时在二次电池单体上施加的挤压力，等等)并测量厚度。因此，能够在更接近二次电池单体在实际使用中或存放中的条件下观察二次电池单体的厚度变化和行为。此外，通过调节挤压力而抑制二次电池单体的厚度的变化，能够观察二次电池单体在实际使用中或存放中的行为。能够利用存储在存储器62中的二次电池单体10的厚度变化数据或挤压力变化数据来确定对于电池盒框架或外壳或者袋而言有必要的物理强度数据。
在描述本公开的各种方面中，带有以“单元”结尾的名称的元件应被理解为在功能上区别而非物理地区别的元件。因此，相应元件能够可选地与另一个元件结合，或者每一个元件可以划分成子元件，从而相应元件有效率地实现控制逻辑(一个或多个)。然而，即使当元件被结合或划分时，本领域技术人员仍然清楚的是，被结合或划分的元件也落入本公开的范围内，只要功能的相同性得到认可。
已经详细描述了本公开。然而，应该理解，虽然示意了本公开的优选实施例，但上述详细说明和具体实例仅是作为示例给出的，这是因为：根据该详细说明，对于本领域技术人员而言，在本公开的范围内的各种修改和变型将是显而易见的。
工业适用性
本公开能够为了电池单体厚度的测量而容易地实现所期望的挤压力或环境温度的各种设定。因此，能够在接近二次电池单体在实际使用中或存放时的条件下观察二次电池单体的厚度变化及其行为。此外，在二次电池单体的厚度变化受到抑制时，当二次电池单体在实际使用中或存放中时，均能够观察二次电池单体的行为，从而能够获得电池盒框架或外壳或者袋所需的必要的物理强度数据。

Claims (17)

1.一种用于测量二次电池单体的厚度的设备，包括：
安装台，用于厚度测量的二次电池单体被定位在所述安装台上；
挤压板，所述挤压板在所述二次电池单体介于所述挤压板和所述安装台之间的情况下与所述安装台相对，所述挤压板被安设成使得所述挤压板离所述安装台的距离是可变的；
挤压装置，所述挤压装置被构造成通过朝向所述安装台推动所述挤压板或者在离开所述安装台的方向上拉动所述挤压板而在厚度方向上挤压被定位在所述安装台上的所述二次电池单体；
测量装置，所述测量装置被构造成以一定的时间间隔测量施加到所述挤压板的挤压力和所述二次电池单体的厚度；以及
控制器，所述控制器被构造成：根据由操作员输入的测量条件来控制所述二次电池单体的充电、放电或温度；被以一定的时间间隔从所述测量装置输入挤压力测量值和厚度测量值，以确定施加到所述挤压板的所述挤压力的幅值和所述二次电池单体的厚度，并将所确定的数据与时间信息一起存储在存储器中；并且，在正测量所述二次电池单体的厚度的同时，改变由所述挤压装置施加到所述挤压板的挤压力或者使所述挤压力维持恒定。
2.根据权利要求1所述的设备，其中，所述挤压装置包括：
弹性构件，所述弹性构件被安设在所述挤压板的两个表面中的与和所述二次电池单体接触的表面相反的一个表面上，以便弹性地偏压所述挤压板；
驱动块，所述驱动块与所述弹性构件联接，以在所述二次电池单体的厚度方向上推动或拉动所述弹性构件；以及
驱动单元，所述驱动单元被构造成在所述二次电池单体的厚度方向上升高或降低所述驱动块。
3.根据权利要求2所述的设备，其中
所述测量装置被构造成以一定的时间间隔测量所述驱动块和所述挤压板之间的距离并输出所述距离测量值作为挤压力测量值，并且
所述控制器被构造成：从所述测量装置输入所述距离测量值并确定所述弹性构件的长度；基于所确定的所述弹性构件的长度来确定施加到所述挤压板的所述挤压力的幅值；并将所确定的所述挤压力的幅值与时间信息一起存储在存储器中。
4.根据权利要求3所述的设备，其中，所述控制器被构造成通过显示器显示所述存储器中存储的所述二次电池单体的挤压力变化数据或厚度变化数据。
5.根据权利要求3所述的设备，其中，所述控制器被构造成：使用所述弹性构件的长度、所述驱动块的移动距离、以及所述安装台和所述挤压板之间的初始距离来确定所述二次电池单体的厚度，并将所确定的厚度与时间信息一起存储在存储器中。
6.根据权利要求5所述的设备，其中，所述控制器被构造成通过显示器显示所述存储器中存储的所述二次电池单体的厚度变化数据或挤压力变化数据。
7.根据权利要求1所述的设备，其中，所述测量装置包括压电传感器，所述压电传感器设置在所述安装台的表面和所述挤压板的与所述安装台的所述表面相对的表面之间，并且所述压电传感器被构造成输出所述二次电池单体的厚度测量值。
8.根据权利要求3所述的设备，其中，所述测量装置包括距离测量传感器，所述距离测量传感器被构造成从所述驱动块或所述挤压板发射光信号、超声波或红外线，以测量在所述驱动块和所述挤压板之间往返所花的时间，并输出表示所述驱动块和所述挤压板之间的距离的距离测量值。
9.根据权利要求1所述的设备，还包括充电器/放电器，所述充电器/放电器被构造成对所述二次电池单体充电或放电，其中，所述控制器由所述操作员输入充电和放电条件，所述控制器将所输入的条件存储在所述存储器中，并根据所述充电和放电条件控制所述充电器/放电器，使得所述二次电池单体被充电和放电。
10.根据权利要求1所述的设备，还包括加热器，所述加热器被安设在所述挤压板和所述安装台中的至少一个上，其中，所述控制器由所述操作员输入加热温度设定值，所述控制器将所输入的数据存储在所述存储器中，并根据所述加热温度设定值控制所述加热器的温度。
11.根据权利要求1所述的设备，还包括冷却装置，所述冷却装置用于冷却所述挤压板和所述安装台中的至少一个，其中，所述控制器由所述操作员输入冷却温度设定值，所述控制器将所输入的数据存储在所述存储器中，并根据所述冷却温度设定值控制所述冷却装置。
12.一种用于测量二次电池单体的厚度的方法，所述方法使用了：安装台，用于厚度测量的二次电池单体被定位在所述安装台上；挤压板，所述挤压板被安设成使得在所述二次电池单体介于所述挤压板和所述安装台之间的情况下所述挤压板离所述安装台的距离是可变的，所述挤压板被弹性构件弹性地偏压；驱动块，所述驱动块被构造成通过用所述弹性构件朝向所述安装台推动所述挤压板或在离开所述安装台的方向上拉动所述挤压板而在厚度方向上挤压被定位在所述安装台上的所述二次电池单体；以及测量装置，所述测量装置被构造成测量施加到所述挤压板的挤压力和所述二次电池单体的厚度，其中，所述方法包括：
(a)根据由操作员输入的测量条件对所述二次电池单体充电或放电或者调节所述二次电池单体的温度；
(b)以一定的时间间隔从所述测量装置输入挤压力测量值和厚度测量值，确定施加到所述挤压板的所述挤压力的幅值和所述二次电池单体的厚度，并将所述挤压板的幅值和所述厚度与时间信息一起存储在存储器中；并且
(c)在正测量所述二次电池单体的厚度的同时，改变由所述挤压装置施加到所述挤压板的所述挤压力或者使所述挤压力维持恒定。
13.根据权利要求12所述的方法，包括：
以一定的时间间隔从所述测量装置输入距离测量值作为挤压力测量值；
基于所述距离测量值确定所述弹性构件的长度；
基于所确定的所述弹性构件的长度来确定施加到所述挤压板的所述挤压力的幅值；
将所确定的挤压力与时间信息一起存储在所述存储器中；并且
通过显示器显示所存储的挤压力变化数据。
14.根据权利要求13所述的方法，包括：
使用所述弹性构件的长度、所述驱动块的移动距离、以及所述安装台和所述挤压板之间的初始距离来确定所述二次电池单体的厚度，并将所确定的厚度与时间信息一起存储在所述存储器中；并且
通过显示器显示所述存储器中存储的所述二次电池单体的厚度变化数据。
15.根据权利要求12所述的方法，包括：
从操作员输入充电和放电条件；
在正测量所述二次电池单体的厚度的同时，根据所述充电和放电条件对所述二次电池单体充电和放电；并且
通过显示器显示根据所述挤压力的幅值的所述二次电池单体的厚度变化数据或显示根据所述二次电池单体的厚度的挤压力变化数据。
16.根据权利要求12所述的方法，包括：
从操作员输入加热温度设定值；
在正测量所述二次电池单体的厚度的同时，利用安设在所述挤压板和所述安装台中的至少一个上的加热器来加热所述二次电池单体，使得所述二次电池单体的温度对应于所述加热温度设定值；并且
通过显示器显示根据所述挤压力的幅值的所述二次电池单体的厚度变化数据或显示根据所述二次电池单体的厚度的挤压力变化数据。
17.根据权利要求12所述的方法，包括：
从操作员输入冷却温度设定值；
在正测量所述二次电池单体的厚度的同时，利用安设在所述挤压板和所述安装台中的至少一个上的冷却装置来冷却所述二次电池单体，使得所述二次电池单体的温度对应于所述冷却温度设定值；并且
通过显示器显示根据所述挤压力的幅值的所述二次电池单体的厚度变化数据或显示根据所述二次电池单体的厚度的挤压力变化数据。
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