CN106842037B - 一种锂离子电池电-热-机特性测试支架装置及其应用 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种锂离子电池电‑热‑机特性测试支架装置及其应用，包括底座、电池正面支架、电池反面支架、用于安装传感器的传感器面板以及固定传感器面板的传感器支架，电池正面支架安装在底座上，电池反面支架连接在电池正面支架上，传感器支架通过传感器支架固定块安装在底座上。本发明采用电涡流位移传感器代替了接触式位移传感器，具有更高的测试精度和更完备的测试方案，可同时进行温度测试和位移形变测试，对充放电过程中电池的电信号、位移形变信号和温度信号进行同步采集，更加全面地分析电池在充放电过程中的变化，解决了已有测试装置普遍存在的测试位点较少的问题，且设计结构具有可扩展性和通用性，可适应不同结构电池的测试需求。

Description

一种锂离子电池电-热-机特性测试支架装置及其应用

技术领域

本发明涉及一种锂离子电池测试装置，尤其是涉及一种锂离子电池电-热-机特性测试支架装置及其应用。

背景技术

锂离子电池由于其具有能量密度大、输出电压高、环境友好等特点，近年来在各个领域的应用越来越广泛。锂离子电池在电动汽车上作为动力能源，成为了电动汽车发展的一个新趋势。但是，锂离子电池的性能受温度的影响很大，温度过高及热量分布不均匀会加速电池性能的衰退，降低电池的使用寿命，甚至可能产生热失控引发安全问题。另一方面，由于充放电过程中锂离子在电池正负极脱嵌与嵌入、电极产热、电池副反应产气等，导致电池在宏观上发生形变，该形变直观表现为电池厚度的变化，会对电池的使用性能及电池的成组使用产生影响。因此，准确地测量在复杂条件下(高倍率充放电、高温工作环境、内部短路引起局部过热、组件或电池故障等)锂离子电池的温度分布及形变量，对于电池的使用和安全设计具有重要的科学指导意义。

中国专利CN 103487761 A公开了一种锂离子电池温控测试装置，包括底座和外壳，电池设置在底座与保护壳空腔之间，其正、负电极分别与置于测试线的测试端子连接，底座设有温控继电器，温控继电器包括温度传感器和测试线，温度传感器与电池相接，但该发明仅对温度进行测试。目前的锂离子电池形变测试装置所采用的位移测量方法多基于接触式位移传感器，对所测对象影响较大，测量精度不够高，还没有可以同步采集电信号、温度信号和位移形变信号的锂离子电池测试装置；另一方面，现有测试装置普遍存在测点较少的问题，很难全面地反映锂离子电池在充放电过程中整体的形变和温度变化。

发明内容

本发明的目的就是为了解决上述问题而提供一种锂离子电池电-热-机特性测试支架装置及其应用，通过该测试支架装置可以同步采集电信号、温度信号和位移形变信号，能全面反映锂离子电池在充放电过程中整体形变和温度变化。

本发明的目的通过以下技术方案实现：

一种锂离子电池电-热-机特性测试支架装置，该装置包括底座、电池正面支架、电池反面支架、用于安装传感器的传感器面板以及固定传感器面板的传感器支架，所述的电池正面支架安装在底座上，所述的电池反面支架连接在电池正面支架上，所述的传感器支架通过传感器支架固定块安装在底座上。

进一步地，所述的电池正面支架与底座之间、电池正面支架与电池反面支架之间、传感器支架固定块与底座之间、传感器支架固定块与传感器支架之间、传感器支架与传感器面板之间，均通过螺栓和螺母固定连接。

进一步地，所述的电池正面支架垂直设在底座的中间，所述的底座上设有可调节电池正面支架安装位置的长条形第一调节滑槽，第一调节滑槽的底座下表面设有沉槽，用以放置螺栓的头部，使螺栓的头部不超过所述装置底座的下表面，确保了所述装置可以水平放置。

进一步地，所述的电池正面支架与电池反面支架形状相同，呈L型，电池正面支架与电池反面支架设有矩形缺口。

进一步地，所述的传感器支架固定块为L型，所述的底座上设有可调节传感器支架固定块安装位置的长条形第二调节滑槽，第二调节滑槽的底座下表面设有沉槽，用以放置螺栓的头部，使螺栓的头部不超过所述装置底座的下表面，确保了所述装置可以水平放置，所述的传感器支架固定块设有与第二调节滑槽对应的第三调节滑槽。

进一步地，所述的传感器支架通过传感器支架固定块垂直设在底座上，传感器支架为U型，传感器支架设有可调节传感器面板安装位置的第四调节滑槽。

进一步地，所述的传感器支架固定块以及传感器支架成对对称设置，所述的传感器面板呈“凸”型，传感器面板与电池正面支架以及电池反面支架平行，传感器面板的表面设有插入传感器的通孔。

进一步地，所述的底座的中间部分向外凸出，底座呈十字状，凸起部分设有加长的第一调节滑槽，可以增大调节范围。

将所述的测试装置用于测试锂离子电池，同步采集电信号、温度信号和位移形变信号，使用时，将锂离子电池固定在电池正面支架与电池反面支架上，将电涡流位移传感器安装在传感器面板上，锂离子电池连接热电偶和充放电测试仪，电涡流位移传感器与热电偶连接信号调理仪，信号调理仪连接信号采集仪，信号采集仪连接工作站，进行示波和采样。充放电测试仪的电流输出端与锂离子电池的正负极相连，用于给锂离子电池充放电，同时监控电池端电压，信号调理仪将电涡流位移传感器和热电偶的电信号调理为适合信号采集仪(DASP)采集的范围，信号采集仪 (DASP)采集到合适的电信号数据并在工作站上进行示波和处理。

本发明测试装置设置了多个调节滑槽，方便调节固定安装的位置，使装置具有可扩展性和通用性，可适应不同结构电池的测试需求；装置设置传感器面板，传感器面板上设置多个用于安置传感器的通孔，可同时安装多个测试设备，可同时采集电信号、温度信号和位移形变信号，能全面反映锂离子电池在充放电过程中整体形变和温度变化，解决普遍存在测点较少的问题，测试结果能够更加全面地反映所测锂离子电池的温度及位移变化情况，所得数据具有更高的价值；装置使用时，采用电涡流位移传感器代替接触式位移传感器，提高测试精度，使测试结果更加准确，测试方案更加完备。

与现有技术相比，本发明主要有以下优点：

(1)本发明测试时采用电涡流位移传感器代替了接触式位移传感器，使得位移测量精度能达到0.1μm，大大提高了测试精度，避免了接触式传感器对测试系统的影响，是一种更完备的测试方案。

(2)本发明装置设置了多种传感器的固定位置，可进行电信号、温度信号和位移形变信号的同步采集，可以获取电池在充放电过程中的特性变化，进而综合分析电-热-机多物理场耦合特性。

(3)本发明装置设置的传感器面板，可以灵活布置传感器测点，全面地捕捉锂离子电池在充放电过程中的温度及位移的整体分布情况，对于电池的性能分析和故障诊断具有重要意义。

(4)本发明装置结构设置了多个调节滑槽，可满足不同结构电池的测试需求；本发明不仅能满足电池常规功率、内阻特性测试，还能实现电-热-机耦合特性测试，同时，配合其他物理量测试装置，亦可实现散热流场、磁场下电池特性测试。因此，本装置具有通用性和可扩展性。

附图说明

图1为本发明实施例测试装置的爆炸示意图；

图2为本发明实施例测试装置的结构示意图；

图3为本发明实施例传感器面板的结构示意图；

图4为本发明实施例测试装置使用的工作过程示意图；

图5为本发明实施例同步采集的电信号、位移形变信号和温度信号的曲线图；

图中：101-装置底座；1011-第一调节滑槽；1012-第二调节滑槽；102-电池正面支架；1021-第一通孔；1022-第二通孔；103-电池反面支架；1031-第三通孔；104- 传感器支架固定块；1041-第四通孔；1042-第三调节滑槽；1043-第五通孔；105- 传感器支架；1051-第六通孔；1052-第四调节滑槽；106-传感器面板；1061-第七通孔；1062-传感器置入孔；107-M1螺栓；108-M10螺母；109-M8螺栓；110-M8螺母。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

实施例

结合附图对本发明的具体实施方式做进一步说明，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部实施例，所举实例只用于解释本发明专利，并非用于限定本发明的范围。本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点和功效，本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。

参阅图1及图2，一种锂离子电池电-热-机特性测试支架装置，包括：装置底座101、电池正面支架102、电池反面支架103、传感器支架固定块104、传感器支架105、传感器面板106；装置底座101的上表面由中央位置至外围依次设有第一调节滑槽1011 及第二调节滑槽1102，第一调节滑槽1011 为长条形，电池正面支架102通过第一调节滑槽1011 固定在装置底座101的上表面，传感器支架固定块 104通过第二调节滑槽1102固定在装置底座101的上表面。

第一调节滑槽1011 可进行加长，可以使测试的锂离子电池的位置获得更大的调节空间。装置底座101的中间部分向外加长，使整个底座呈十字状，凸起部分设有加长的第一调节滑槽1011 ；装置底座101的下表面在第一调节滑槽1011 、第二调节滑槽1102周围均有沉槽，用以放置M10螺栓107的头部，使螺栓的头部不超过装置底座101的下表面，确保了装置底座可以水平放置。

电池正面支架102为L型，底面设有直径与第一调节滑槽1011 宽度相等的第一通孔1021，用于将支架固定在装置底座101上，侧面设有第二通孔1022。电池反面支架103直接与电池正面支架102固定即可，无需再与装置底座101直接连接，避免冗余约束。电池反面支架103为L型，侧面设有与第二通孔1022宽度相等的第三通孔1031；电池反面支架103通过第三通孔1031和第二通孔1022固定在电池正面支架102的后面。

传感器支架固定块104为L型，底面设有直径与第二调节滑槽1102相等的第四通孔1041以及宽度与第二调节滑槽1102的直径相等的长条形第三调节滑槽 1042，侧面设有第五通孔1043；传感器支架固定块104通过第三调节滑槽1042来调节其相对于电池支架的左右位置。传感器支架105为U型，设有直径与第五通孔1043相等的第六通孔1051，正面设有长条形的第四调节滑槽1052；传感器支架 105通过第六通孔1051和第五通孔1043固定在传感器支架固定块104上。

参阅图3，传感器面板应同时满足所安装传感器与用于测试的锂离子电池之间的距离要求以及传感器数量要求。传感器面板106为两端向外翻折的U形，底面设有直径与第四调节滑槽1052的宽度相等的第七通孔1061；传感器面板106的上表面设有9个插入传感器的传感器置入孔1062。电池正面支架102的横向位置可自由调节，电池正面支架102与装置底座101的相对位置可沿第一调节滑槽1011调节，调节至合适位置后紧固螺栓螺母以固定电池正面支架102的位置。传感器支架105的横向位置与纵向位置应可自由调节，传感器支架固定块104与装置底座 101的相对位置可沿第三调节滑槽1042调节，调节至合适位置后紧固螺栓螺母以固定传感器支架固定块104和传感器支架105的位置。

参照图4，使用本发明进行锂离子电池电-热-机特性测试支架，具体步骤如下：

S1：取一定数量的电涡流位移传感器，安装在传感器面板上的传感器置入孔中，由于电涡流传感器只能探测到金属对象，因此需要在用于测试的锂离子电池的两侧对应传感器置入孔的位置上贴上厚度均匀的薄铁片，调节电涡流位移传感器，使其与薄铁片的相对距离为1.8mm～2.0mm之间；

S2：取一定数量的热电偶，用硅胶片将其贴在用于测试的锂离子电池的两侧合适的位置上；

S3：将各仪器设备进行安装连接，即：充放电测试仪的电流输出端与用于测试的锂离子电池的正负极相连，用于给锂离子电池充放电，同时监控电池端电压；电涡流位移传感器以及热电偶与信号调理仪的输入端连接，信号调理仪的输出端连接到信号采集仪(DASP)，信号采集仪的输出信号连接到工作站进行示波和采样；

S4：接通测试系统的电源，对传感器的安装位置进行调整直到符合安装规范；

S5：在控制充放电测试仪的工作站上设置好所需的试验参数，即对所测锂离子电池的充放电循环过程(包括恒流充电，恒压充电，横流放电，搁置的电压、电流、时间等)，点击开始实验。在连接DASP的工作站上设置好位移和温度信号的采样频率等参数，点击开始采样。注意采样应和充放电循环同时开始；

S6：实验结束后，存储采集的实验数据用于分析，图5为同步采集的电信号、位移形变信号和温度信号的曲线图。

可通过更换电池支架102和103，可实现对不同尺寸方形电池的测试。

上述实施例仅示例性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰和改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (7)

1.一种锂离子电池电-热-机特性测试支架装置，其特征在于，该装置包括底座、电池正面支架、电池反面支架、用于安装传感器的传感器面板以及固定传感器面板的传感器支架，所述的电池正面支架安装在底座上，所述的电池反面支架连接在电池正面支架上，所述的传感器支架通过传感器支架固定块安装在底座上，

所述的底座上设有可调节电池正面支架安装位置的长条形第一调节滑槽，所述的底座上设有可调节传感器支架固定块安装位置的长条形第二调节滑槽，所述的传感器支架固定块设有与第二调节滑槽对应的第三调节滑槽，传感器支架设有可调节传感器面板安装位置的第四调节滑槽，所述传感器面板与电池正面支架以及电池反面支架平行，传感器面板的表面设有插入传感器的通孔；

所述的传感器支架固定块为L型，所述的底座上设有可调节传感器支架固定块安装位置的长条形第二调节滑槽，第二调节滑槽的底座下表面设有沉槽，所述的传感器支架固定块设有与第二调节滑槽对应的第三调节滑槽；所述的传感器支架通过传感器支架固定块垂直设在底座上，传感器支架为U型，传感器支架设有可调节传感器面板安装位置的第四调节滑槽；所述的传感器支架固定块以及传感器支架成对对称设置，所述的传感器面板呈“凸”型，传感器面板与电池正面支架以及电池反面支架平行，传感器面板的表面设有插入传感器的通孔；传感器面板上设置多个用于安置传感器的通孔，可同时安装多个测试设备，可同时采集电信号、温度信号和位移形变信号，能全面反映锂离子电池在充放电过程中整体形变和温度变化，能够更加全面地反映所测锂离子电池的温度及位移变化情况；

使用时，将锂离子电池固定在电池正面支架与电池反面支架上，将电涡流位移传感器安装在传感器面板上，锂离子电池连接热电偶和充放电测试仪，电涡流位移传感器与热电偶连接信号调理仪，信号调理仪连接信号采集仪，信号采集仪连接工作站，进行示波和采样，充放电测试仪的电流输出端与锂离子电池的正负极相连，用于给锂离子电池充放电，同时监控电池端电压，信号调理仪将电涡流位移传感器和热电偶的电信号调理为适合信号采集仪采集的范围，信号采集仪采集到合适的电信号数据并在工作站上进行示波和处理。

2.根据权利要求1所述的一种锂离子电池电-热-机特性测试支架装置，其特征在于，所述的电池正面支架与底座之间、电池正面支架与电池反面支架之间、传感器支架固定块与底座之间、传感器支架固定块与传感器支架之间、传感器支架与传感器面板之间，均通过螺栓和螺母固定连接。

3.根据权利要求1所述的一种锂离子电池电-热-机特性测试支架装置，其特征在于，所述的电池正面支架垂直设在底座的中间，所述的底座上设有可调节电池正面支架安装位置的长条形第一调节滑槽，第一调节滑槽的底座下表面设有沉槽。

4.根据权利要求3所述的一种锂离子电池电-热-机特性测试支架装置，其特征在于，所述的电池正面支架与电池反面支架形状相同，呈L型，电池正面支架与电池反面支架设有矩形缺口。

5.根据权利要求1所述的一种锂离子电池电-热-机特性测试支架装置，其特征在于，所述的底座的中间部分向外凸出，底座呈十字状。

6.一种如权利要求1所述的锂离子电池电-热-机特性测试支架装置的应用，其特征在于，将所述的测试装置用于测试锂离子电池，同步采集电信号、温度信号和位移形变信号。

7.一种如权利要求6所述的锂离子电池电-热-机特性测试支架装置的应用，其特征在于，所述测试装置使用时，将锂离子电池固定在电池正面支架与电池反面支架上，将电涡流位移传感器安装在传感器面板上，锂离子电池连接热电偶和充放电测试仪，电涡流位移传感器与热电偶连接信号调理仪，信号调理仪连接信号采集仪，信号采集仪连接工作站，进行示波和采样。

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