CN106595914B - 一种利用应变片确定电芯膨胀程度的方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种利用应变片确定电芯膨胀程度的方法及装置，方法包括将电芯的膨胀转变为应变片形变，确定应变片形变以确定电芯膨胀程度。装置包括螺栓、螺母、应变片、测量装置和刚性夹具；两片刚性夹具上设有螺栓孔和电芯安装区域；对应的两个螺栓孔连线穿过电芯安装区域；螺栓上设置有应变片布置区，应变片设在应变片布置区且与测量装置连接。有益效果为电芯膨胀力作用于夹具，刚性夹具的螺栓在膨胀力作用下形变，导致应变片形变，通过测量应变片的电阻变化确定其形变，进而确定电芯膨胀程度，根据该膨胀程度能够确定电芯与电芯或电芯与壳体间应预留缝隙大小。通过穿过电芯安装区域的相应连线网格，可确定电芯不同位置的膨胀程度。

Description

一种利用应变片确定电芯膨胀程度的方法和装置

技术领域

本发明属于电池领域，具体涉及一种利用应变片确定电芯膨胀程度的方法和装置。

背景技术

近几年来电动汽车行业发展迅猛，电动汽车续航里程不断突破，同时新的问题也不断出现，电池系统能否安全运转已逐渐成为最大的隐患。充放电过程电池内部发生化学反应，如果电解质中存在杂质，尤其是水，电池内将会发生剧烈反应并释放气体，导致电池的膨胀，而充放电过程中电池温度升高也是电池膨胀的重要原因。壳体膨胀可能会导致电池模组装配失效，导致电池或模组无法正常工作，当膨胀程度达到一定程度后壳体破裂电解质流出，可能引起燃烧和爆炸等重大安全问题。针对电池膨胀问题，现行电池及模组通常使用预留一定间隙的设计对此进行预防，而间隙的大小则是凭经验设计，电池膨胀程度的测量方法及装置缺失，未能在设计之初做到有理有据，因此急需开发相应的装置为电池及模组的设计提供理论依据。

发明内容

针对现有技术中所存在的问题，本发明的目的在于提供一种利用应变片确定电芯膨胀程度的方法和装置，通过该技术方案能够将测定出电芯充放电时产生的膨胀力，为现行电池及模组预留间隙大小的设计提供依据。

为达到上述发明目的，本发明的技术方案如下：

一种利用应变片确定电芯膨胀程度的方法，将电芯的膨胀转变为应变片的形变，确定应变片的形变程度以确定电芯的膨胀程度。

进一步地，上述利用应变片确定电芯膨胀程度的方法，将电芯的膨胀转变为应变片的形变的方法为，采用连接件连接的两片刚性夹具限制电芯的膨胀，连接件表面贴有应变片。

进一步地，上述利用应变片确定电芯膨胀力的方法，所述应变片每两个为一组设置在电芯周边的不同位置，同组的应变片连线跨过电芯所在区域；

该利用应变片确定电芯膨胀程度的方法还包括通过应变片形变确定电芯对应于不同应变片组内连线交点处的膨胀程度。

进一步地，上述利用应变片确定电芯膨胀程度的方法，所述确定应变片的形变通过测量应变片的电阻变化实现。

进一步地，本发明还提供了一种利用应变片确定电芯膨胀程度的装置，包括螺栓、螺母、应变片、测量装置和相互配合的两片刚性夹具；所述刚性夹具之间设置有电芯安装区域；两片所述刚性夹具的相对应的位置上设置有螺栓孔；同一刚性夹具上的每个螺栓孔均有另一螺栓孔与之对应，相互对应的两个螺栓孔的连线穿过所述电芯安装区域；所述螺栓上位于两片所述刚性夹具之间的部分设置有应变片布置区，所述应变片设置在所述应变片布置区上且与测量装置连接；所述测量装置为电阻测量装置或应变仪。

进一步地，上述利用应变片确定电芯膨胀程度的装置，所述刚性夹具设置四条首尾依次相连的四条边，同一刚性夹具上相互对应的两个螺栓孔分别设置在该刚性夹具相对的两边上。

进一步地，上述利用应变片确定电芯膨胀程度的装置，所述刚性夹具的每条边上均设置不少于2个螺栓孔。

进一步地，上述利用应变片确定电芯膨胀程度的装置，所述刚性夹具的边缘设置伸出所述边缘的延伸座，每个延伸座上设置有一个所述的螺栓孔。

进一步地，上述利用应变片确定电芯膨胀程度的装置，所述电芯安装区域的边缘设置有限位卡槽。

进一步地，上述利用应变片确定电芯膨胀程度的装置，螺栓头部与相应刚性夹具之间设置有垫片。

本发明具有以下有益效果：

本发明的技术方案中，电芯膨胀时对刚性夹具产生作用，刚性夹具的螺栓在膨胀力的作用下发生形变，导致安装在所述螺栓上的应变片形变，通过测量应变片的电阻变化确定其形变，该变形量与螺栓变形相同，进而可确定电芯膨胀程度，根据该膨胀程度能够确定电芯与电芯或电芯与壳体间应预留缝隙大小。对应的螺栓连线穿过电芯安装区域，通过该相应的连线网格，可以具体确定电芯不同位置的膨胀程度。

附图说明

图1为本发明利用应变片确定电芯膨胀程度的装置的结构示意图；

图2为本发明具体实施例中利用上述装置测量电芯膨胀位置的示意图。

上述附图中，1、刚性夹具；2、电芯极柱；3、应变片；4、限位卡槽；5、螺栓；6、螺母；7、垫片；8、夹具支脚；9、带测试样；10、延伸座。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。

如图1所示，本发明提供了一种利用应变片确定电芯膨胀程度的装置，利用电芯膨胀力导致附着于螺栓5上的应变片形变，通过对应变片测量达到确定电芯膨胀程度的目的。本具体实施方式的装置包括螺栓5、螺母6、应变片3、测量装置和相互配合的两片刚性夹具1；刚性夹具1之间设置电芯安装区域；两片所述刚性夹具1的相对应的位置上设置有螺栓孔；同一刚性夹具1上每个螺栓孔均有另一螺栓孔与之对应，相互对应的两个螺栓孔的连线穿过所述电芯安装区域；所述螺栓5上位于两片所述刚性夹具1之间的部分设置有应变片布置区，所述应变片3设置在所述应变片布置区上且与测量装置连接。所述刚性夹具1设置有四条首尾依次相连的四条边，优选为矩形，同一刚性夹具1上相互对应的两个螺栓孔分别设置在该刚性夹具1相对的两边上。所述测量装置为电阻测量装置或应变仪。在本实施例中采用的测量装置为电阻测量装置。通过螺栓5、螺母6和刚性夹具1上螺栓孔的配合实现电池或模组固定，保证电池或模组与配套的刚性夹具1之间接触，对各个螺栓5施加相同扭矩后在螺栓5表面粘贴应变片3，充放电过程电芯内部发生化学反应，电池或模组膨胀并将膨胀力通过外壳传递给刚性夹具1，夹紧两块夹具的螺栓5则会产生一定的形变，引起粘贴在螺栓5上各组应变片电阻值的变化，通过应变仪可将各处应变片3的电阻值转化为应变，以此测量膨胀力的大小并确定何处膨胀程度最大。为便于电池或模组充电，所述刚性夹具1的电池极柱处预留出充电线空间。

基于上述方案，为了进一步确定电池或模组中各部分膨胀程度，本发明的技术方案还具有如下特征：刚性夹具1上至少有一条边上设置不少于2个螺栓孔。所述刚性夹具1的每条边上均设置不少于2个螺栓孔。如此，由于同一刚性夹具1上相对的两边上的螺栓孔一一对应，且所述一一对应的螺栓孔连线穿过电芯安装区域，则对于安装在所述电芯安装区域的电池或模组，具有多条对应的螺栓孔连线穿过，比较各个对应的螺栓5上应变片3的电阻，确定膨胀程度最大的相交的两条连线的交点所对应的电池或模组的位置即为膨胀力最大的位置。

图2提供了一种具体实施例，在刚性夹具1边缘均匀设置了16个螺栓孔，按照上述方式安装好螺栓5、螺母6和应变片3后，按顺时针给图中应变片3编号为a-p，其中应变片d、h、l和p所在的螺栓5分别安装在刚性夹具1的四个角，其余螺栓5均匀分布在刚性夹具1的4个边上。对应的螺栓孔连线a-k、b-j、c-i、d-h、o-e、n-f、m-g、l-p均穿过电芯安装区域。为了更好确定形变位置，避免相邻螺栓5的影响，所述刚性夹具1的边缘设置伸出所述边缘的延伸座10，每个延伸座10上设置有一个螺栓孔。所述电芯安装区域的边缘设置有限位卡槽4，防止测量过程中电池或模组移动。螺栓头部与相应刚性夹具1之间设置有垫片7，便于对螺母6施加扭力。

本具体实施方式采用的利用形变片确定电芯膨胀程度的方法为将电芯的膨胀转变为应变片的形变，确定应变片的形变程度以确定电芯的膨胀程度。将电芯的膨胀转变为应变片的形变的方法为，采用连接件连接的两片刚性夹具限制电芯的膨胀，连接件表面贴有应变片。进一步地，为确定电芯不同位置的膨胀程度，所述应变片每两个为一组设置在电芯周边的不同位置，同组的应变片连线跨过电芯所在区域；通过应变片形变确定电芯对应于不同应变片组内连线交点处的膨胀程度。为了便于测量，所述确定应变片的形变程度通过测量应变片的电阻变化实现。

下述为利用本具体实施方式中装置实现上述方法：

刚性夹具1及螺栓5的安装方法为，将待测试样9(电池或其成组模组)置入两块刚性夹具1的限位卡槽4内，从两侧施加一定的力使试样外侧壳体与夹具内壁贴合在一起，利用刚性夹具1底部的夹具支脚8置于稳定的实验平面上，将螺栓5穿过这两片刚性夹具1对应的螺栓孔后将螺母6分别旋入螺栓5(本实施例中螺栓5和螺母6上均配置有垫片7)，而后使用扭矩扳手为各个螺栓5施加相同扭矩的预紧力。

应变片3粘贴方法步骤为，使用酒精棉签清理螺栓5，螺栓5表面干燥后在该螺栓5的应变片布置区表面均匀涂抹应变计粘贴剂，用镊子轻轻夹住应变片3的两边，贴在试件的涂抹粘贴剂的部位，待粘结剂干燥后，将接线端子用胶水粘在应变片3引出线前端，牢固后将应变片3引入线和输出线焊接在引入端子和输出端子，焊接完成后使用高精度万用表连接引入导线和输出导线测试是否接通以及应变片阻值是否偏离标称阻值。

电池及模组膨胀程度测试方法为，应变片3粘贴完毕后将正、负极线缆焊接在电芯极柱2上，并将该线缆连接至测试电源。接通电路对其进行充、放电，充、放电过程中使用应变仪不断读取并记录应变片3的应变和环境温度、湿度变化，直至充、放电完成。实验前测定螺栓5的弹性模量为E，应变片3粘贴良好的情况下螺栓5与由应变仪得到的应变片3的应变相等，记为ε，充放电时电池或模组的膨胀力记为σ，则由广义胡克定律可得出各个螺栓5的所受应力σ＝Eε，通过应变片a和应变片k阻值变化得出各自的应变以此得到螺栓5上所受应力，取两螺栓5应力平均值即可得到连线a-k上电池或模组的平均膨胀力，同理可分别求得连线b-j、c-i、d-h、o-e、n-f、m-g、l-p的电池或模组的膨胀力，由此确定充放电过程中电池或模组何处膨胀程度最大。

根据电池或模组各个部位的膨胀程度，进行同型号电芯装配设计提供可参考的预留间隙。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若对本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其同等技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (5)

1.一种利用应变片确定电芯膨胀程度的方法，其特征在于，将电芯的膨胀转变为应变片的形变，确定应变片的形变以确定电芯的膨胀程度；

将电芯的膨胀转变为应变片的形变的方法为，采用螺栓连接的两片刚性夹具限制电芯的膨胀，螺栓表面贴有应变片；

所述应变片每两个为一组设置在电芯周边的不同位置，同组的应变片连线跨过电芯所在区域；

该利用应变片确定电芯膨胀程度的方法还包括通过应变片形变确定电芯对应于不同应变片组内连线交点处的膨胀程度；

实现上述方法的利用应变片确定电芯膨胀程度的装置，包括螺栓（5）、螺母（6）、应变片（3）、测量装置和相互配合的两片刚性夹具（1）；所述刚性夹具（1）之间设置有电芯安装区域；两片所述刚性夹具（1）的相对应的位置上设置有螺栓孔；同一刚性夹具（1）上的每个螺栓孔均有另一螺栓孔与之对应，相互对应的两个螺栓孔的连线穿过所述电芯安装区域；所述螺栓（5）上位于两片所述刚性夹具（1）之间的部分设置有应变片布置区，所述应变片（3）设置在所述应变片布置区上且与测量装置连接；所述测量装置为电阻测量装置或应变仪；

所述刚性夹具（1）为矩形，设置四条首尾依次相连的四条边，同一所述刚性夹具（1）上相互对应的两个螺栓孔分别设置在该刚性夹具（1）相对的两边上；

刚性夹具（1）及螺栓（5）的安装方法为，将待测试样置入两块刚性夹具（1）的限位卡槽（4）内，从两侧施加一定的力使待测试样外侧壳体与夹具内壁贴合在一起，利用刚性夹具（1）底部的夹具支脚（8）置于稳定的实验平面上，将螺栓（5）穿过这两片刚性夹具（1）对应的螺栓孔后将螺母（6）分别旋入螺栓（5）；

应变片（3）粘贴方法为，在螺栓（5）的应变片布置区表面涂抹应变计粘贴剂，将应变片（3）贴在涂抹了应变计粘贴剂的应变片布置区；

在刚性夹具（1）边缘均匀设置了16个螺栓孔，按照上述方式安装好螺栓（5）、螺母（6）和应变片（3）后，按顺时针给应变片（3）编号为a-p，其中应变片d、h、l和p所在的螺栓（5）分别安装在刚性夹具1的四个角，其余螺栓（5）均匀分布在刚性夹具（1）的4个边上；对应的螺栓孔连线a-k、b-j、c-i、d-h、o-e、n-f、m-g、l-p均穿过电芯安装区域。

2.如权利要求1所述的利用应变片确定电芯膨胀程度的方法，其特征在于，所述确定应变片的形变通过测量应变片的电阻变化实现。

3.如权利要求1所述的利用应变片确定电芯膨胀程度的方法，其特征在于，所述刚性夹具（1）的边缘设置伸出所述边缘的延伸座（10），每个延伸座上设置有一个所述的螺栓孔。

4.如权利要求1-3任一所述的利用应变片确定电芯膨胀程度的方法，其特征在于，所述电芯安装区域的边缘设置有限位卡槽（4）。

5.如权利要求1-3任一所述的利用应变片确定电芯膨胀程度的方法，其特征在于，螺栓头部与相应刚性夹具（1）之间设置有垫片（7）。