CN111537126B - 用于确定软包电池预紧力的工装、确定软包电池预紧力和模组装配的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于确定软包电池预紧力的工装、确定软包电池预紧力和模组装配的方法，所述工装包括：上夹板和下夹板，用于夹持软包电池；气缸，设置于气缸固定板上，用于对上夹板施加压力以夹紧软包电池；压力监测装置，与气缸连接，用于监测软包电池和上夹板之间的压力的大小；控制装置，与压力监测装置和气缸连接，用于根据监测装置反馈的压力信息，调节气缸施加到上夹板的压力。本发明的工装通过气缸对上夹板施加压力，并能够根据压力监测装置反馈的软包电池和上夹板之间的压力信息，调节气缸使软包电池和上夹板之间的压力保持不变，从而能够解决现有技术无法确定软包电池预紧力的问题。

Description

用于确定软包电池预紧力的工装、确定软包电池预紧力和模 组装配的方法

技术领域

本发明涉及电池技术领域，涉及一种用于确定软包电池预紧力的工装、确定软包电池预紧力和模组装配的方法。

背景技术

软包电池在使用或工作过程中会伴随着体积膨胀而导致性能的变化，比如，电池在寿命中后期发生膨胀而厚度变大、电芯内阻增大、容量衰减等。

已有研究表明，软包电池在应用时施加一定的预紧力，电池在寿命期内膨胀会减缓，使得电池在寿命期内的性能得到提升(内阻增长变慢、容量衰减减缓)。但现有技术中对预紧力的研究依然处于起步阶段，如何准确高效地确定预紧力大小是未知的。因此，设计一种模拟电池实际使用过程的预紧力测试方法对软包电池的装配具有十分重要的意义。

为了确定预紧力，就必须了解预紧力的作用方式。申请人在之前的研究工作中实现了通过将模组侧板设置成可拆卸结构，使得装配过程中施加的预紧力会转变为模组侧板对电芯的压力，使得电池持续受到预紧力的作用，提高电池性能。已知的是，在软包电池之间添加泡棉对电池及模组的整体性能的提升是有利的，因此，在软包电池在实际的使用过程中，由于泡棉的存在，随着电池的膨胀，泡棉被进一步压缩至最大压缩量，因此，电芯膨胀的体积被泡棉的形变所吸收，电芯实际受到的压力其实并无太大变化。这是软包电池有别于其他种类电池的重要方面。

目前关于软包电池预紧力的确定方法的研究甚少，没有公开的文献或专利介绍过一种科学的电池预计力确定方法。

现有技术中虽然有涉及对电池施加一定的压力并同时测试电池的充放电性能、膨胀以及内压，但是其目的是模拟电池在实际使用过程中由于膨胀所产生的压力对电池性能的影响，而并非软包电池预紧力的测试和确定。其一般采用液压或气压的方式施加在电芯上一定的压力，随着测试电芯在使用过程中的膨胀，电芯实际受到的压力逐渐增大，当电池膨胀较大时，压力的增长是非常显著的，该方法也正是要研究该逐渐变大的压力对电池性能造成的影响，只能够表征膨胀产生压力对电池性能有不利影响。但是对于包含泡棉的软包电池，由于泡棉的存在，随着电池的膨胀，泡棉被进一步压缩至最大压缩量，因此，电芯膨胀的体积被泡棉的形变所吸收，电芯实际受到的压力其实并无太大变化，这种检测方法对于软包电池来说是失真的，而且，这种方法也无法实现预紧力的测试和确定。

CN 109581230A公开了一种压缩气体可调软包电池外表面恒压力预紧测试装置及测试方法，所述方法包括：步骤1，将软包电池放入密封箱中，通过所述箱壁镶嵌软包电池夹具组件将软包电池夹持住；步骤2，启动压力传感器，记录开始时的压力数值，该压力数值为实验环境中大气压值；步骤3，进行压力实验，对密封性内进行充气或抽气以达到实验所需的压力值，稳定保持软包电池表面的均布恒压；步骤4，在保持密封箱内恒定压力的同时，对软包电池进行电池基本性能的实验测试，获得软包电池在不同压力下的实验数据。该方法通过用压缩气体或抽真空对软包电池表面进行压力预紧，易于保证实验过程中软包电池表面所受压力的恒定且均匀分布以及正负压调节，有利于精确进行不同压力值对电池性能影响的实验研究。但是，其依然关注的是电池使用过程中的压力对电池性能的影响，而并非电池装配过程中电池预紧力的影响。

由上可知，目前在测试电芯压力、尺寸变化过程，仅仅关注电芯膨胀导致的内部压力变化，即电池使用过程中由于电池膨胀导致的压力变化，而并没有关注到电池装配过程。目前关于软包电池预紧力的测试和确定方法的研究甚少，没有公开的文献或专利介绍过一种科学的电池预计力测试方法。为此，有必要提供一种用于软包电池预紧力的确定方法。

发明内容

针对现在技术中存在的上述问题，本发明的目的在于提供一种用于确定软包电池预紧力的工装、确定软包电池预紧力和模组装配的方法。

为达上述目的，本发明采用以下技术方案：

第一方面，本发明提供一种用于确定软包电池预紧力的工装，其特征在于，所述工装包括：

上夹板和下夹板，用于夹持软包电池；

气缸，设置于气缸固定板上，用于对上夹板施加压力以夹紧软包电池；

压力监测装置，与气缸连接，用于监测软包电池和上夹板之间的压力的大小；

压力控制装置，与压力监测装置和气缸连接，用于根据监测装置反馈的压力信息，调节气缸施加到上夹板的压力。

对于压力监测装置和压力控制装置的结构和作用方式没有特别的限定，为本领域的常规结构，例如压力监测装置可以为压力表，压力控制装置可以为带有控制系统的气泵，压力表可以选择指针型或数显型，其连接到压力介质输送管道上，以实现对压力的整体测量。

本发明的工装通过气缸对上夹板施加压力，并能够根据压力监测装置反馈的软包电池和上夹板之间的压力信息，调节气缸使软包电池和上夹板之间的压力保持不变，从而能够解决现有技术无法确定软包电池预紧力的问题。

优选地，所述气缸包括活塞杆，所述活塞杆与上夹板接触，并在通气时通过上夹板夹紧软包电池。

优选地，所述工装包括支撑部件，所述支撑部件两端分别连接下夹板和气缸固定板，并穿过设置在所述上夹板上的定位孔。本发明对定位孔的个数不作限定，例如可以是4个、6个、8个或12个等。

优选地，所述支撑部件包括支撑螺栓和/或支撑杆。

优选地，所述连接的方式包括螺栓连接、焊接或卡扣连接中的任意一种。

优选地，所述工装还包括位移传感器，用于测试软包电池的膨胀量。

第二方面，本发明提供一种采用第一方面所述的工装确定软包电池预紧力的方法，所述方法包括以下步骤：

(1)将软包电池置于上夹板和下夹板之间；

(2)通过气缸对上夹板施加初始压力F₀以夹紧软包电池，对处于夹紧状态的软包电池进行充放电循环测试，充放电循环测试过程中，通过监测装置监测软包电池和上夹板之间压力的大小，记录充放电循环测试中软包电池和上夹板之间的实际压力为F₁；若软包电池和上夹板之间的压力F₁与F₀不同，则将压力信息反馈给压力控制装置，压力控制装置调节气缸使软包电池和上夹板之间的压力恢复到F₀；

(3)实验结束，获得软包电池的性能参数；

(4)改变压力F₀的大小，重复步骤(2)和步骤(3)，根据所述性能参数，确定软包电池预紧力。

该方法中，步骤(1)采用的软包电池为单个电池：其采用铝塑包装膜等软包外壳作为包装材料。

本发明提供的确定软包电池预紧力的方法，使用气缸对上夹板施加不同的压力，分别测试软包电池在不同压力作用下性能参数的变化，并保持测试过程中软包电池和上夹板之间的压力保持初始值不变，模拟了包含泡棉的软包电池的实际使用过程中的恒定预紧力，从而能够真实地筛选出软包电池的最适宜的预紧力，也即确定软包电池预紧力。

本发明的方法中，通过气缸作用于上夹板的力是变化的；而软包电池和上夹板之间的压力保持初始值不变，不会因电池膨胀而变化，此软包电池和上夹板之间的压力模拟了作用于软包电池上的预紧力，预紧力恒定不变，通过在不同的恒定预紧力条件下对软包电池进行充放电循环测试并获得软包电池的性能参数，根据对所得性能参数进行分析(例如，根据电池在恒定预紧力条件下的厚度随测试时间的变化计算膨胀量)，能够真实地确定软包电池的最适宜的预紧力。

优选地，步骤(3)所述性能参数包括物理参数和/或电化学性能参数。

优选地，所述性能参数包括电芯厚度、容量、内阻和功率。电芯的厚度可以通过位移传感器直接测得，根据电芯厚度的变化可得到电芯的膨胀量。

优选地，步骤(4)所述确定过程中，根据电池的膨胀量、容量衰减率、内阻增长率和功率衰减率，取权重系数综合计算，确定软包电池预紧力。

第三方面，本发明提供一种软包电池模组装配的方法，所述方法包括以下步骤：

(1)采用第二方面所述方法确定软包电池模组预紧力；

(2)采用电芯组装配模组，装配前采用步骤(1)确定的预紧力来预紧模组。

该方法中，软包电池模组预紧力的大小与采用第二方面确定的软包电池预紧力大小相等。

泡棉具有弹性形变、弹性形变和塑性形变共有、塑性形变三个阶段。在现有技术中，对电池膨胀性能的测试过程中，随着电池膨胀，电芯受到的力是持续增加的。但经过实验意外发现，在电池预紧装配、使用过程中，泡棉处于弹性形变-塑性形变共有的过程中。因此，电芯膨胀的压力一部分被泡棉的变形所吸收，电芯受到的压力并不变化；到电池使用末期，泡棉达到最大压缩量，此时，无论电芯如何膨胀，泡棉都不再变形，电芯受到的压力随电芯膨胀而逐渐加大。因此，装配和使用初期的预紧力大小和寿命末期时电芯所受到的压力也存在极大差异。

然而，目前所有的测试过程都只关注电池使用过程中，由于电芯膨胀所带来的压力变化；而没有关注预紧力大小对电池性能的影响，以及在预紧力作用下的充放电循环过程中，电芯膨胀实际并不会导致的压力变化的情况。

优选地，所述模组包括电芯组、设置于所述电芯组外侧的左右侧板、上下盖板和前后盖板，所述左右侧板与上下盖板可拆卸过盈配合连接，或所述左右侧板与前后侧板可拆卸过盈配合连接，使得左右侧板持续受到上下盖板或前后侧板的约束而产生夹紧电芯的压力从而逼紧电芯，所述左右侧板、上下盖板和前后侧板均可拆卸连接以封装电芯，形成软包电池模组；

所述左右侧板包括左侧板，上下盖板包括上盖板和下盖板，前后侧板包括前侧板和后侧板。

作为本发明所述软包电池模组装配的方法的优选技术方案，所述方法包括以下步骤：

(1)将左侧板和右侧板分别叠放在电芯组的侧面，在模组宽度方向施加预紧力夹紧，所述预紧力为采用第二方面所述方法确定的预紧力；

(2)在维持夹紧的条件下，将上盖板和下盖板分别与所述的左侧板和右侧板进行可拆卸连接，或者将前侧板和后侧板分别与左侧板和右侧板进行可拆卸连接，使得上下盖板或前后侧板对左右侧板施加持续的压力；

(3)释放夹紧，继续连接使左侧板、右侧板、上盖板、下盖板、前侧板和后侧板均可拆卸连接，形成软包电池模组。

本发明所述在模组宽度方向施加预紧力指：分别从左侧板一侧和右侧板一侧施加朝向电芯组的力。

与已有技术相比，本发明具有如下有益效果：

本发明的工装通过气缸对上夹板施加压力，并能够根据压力监测装置反馈的软包电池和上夹板之间的压力信息，调节气缸使软包电池和上夹板之间的压力保持不变，从而能够解决现有技术无法确定软包电池预紧力的问题。

本发明提供的确定软包电池预紧力的方法，使用气缸对上夹板施加不同的压力，分别测试软包电池在不同压力作用下性能参数的变化，并保持测试过程中软包电池和上夹板之间的压力保持初始值不变，模拟了包含泡棉的软包电池的实际使用过程中的恒定预紧力，从而能够真实地筛选出软包电池的最适宜的预紧力，也即确定软包电池预紧力。

附图说明

图1为实施例1的用于确定软包电池预紧力的工装的结构示意图，其中，1-压力表，2-气缸，3-气缸固定板，4-支撑螺栓，5-上夹板，6-软包电池，7-下夹板，8-位移传感器。

具体实施方式

下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。

实施例1：

本实施例提供一种用于确定软包电池预紧力的工装，所述工装包括上夹板5、下夹板7、气缸固定板3、气缸2、压力表1、支撑螺栓4、位移传感器8；软包电池夹在上夹板5与下夹板7之间，下夹板7与支撑螺栓4连接；上夹板5上有四个孔与下夹板7及支撑螺栓4对应；气缸固定板3通过支撑螺栓4固定；气缸2通过支撑螺栓4固定在气缸固定板3上，气缸2包括活塞杆，活塞杆与上夹板5接触并在气缸2通气时通过上夹板5夹紧电池；压力表1与气缸连接，用于监控测试过程中软包电池和上夹板之间的压力并反馈给气泵，气泵作用与气缸2始终保持软包电池和上夹板5之间的压力恒定不变(也即施加给电芯的预紧力为设定值，具体是某一固定值)，压力不因电池膨胀而变大。位移传感器用于测试实验过程中电池的膨胀量。所述电池还与电化学工作站连接，电化学工作站用于记录电池的电化学性能。

实施例2：

本实施例提供一种采用实施例1的工装确定软包电池预紧力的方法，所述方法包括以下步骤：

(1)将软包电池置于上夹板5和下夹板7之间；

(2)通过气缸2对上夹板5施加初始压力F₀以夹紧软包电池，对处于夹紧状态的软包电池进行充放电循环测试，充放电循环测试过程中，通过监测装置监测软包电池和上夹板5之间压力的大小，记录充放电循环测试中软包电池和上夹板5之间的实际压力为F₁；若软包电池和上夹板5之间的压力F₁与F₀不同，则将压力信息反馈给压力控制装置，压力控制装置调节气缸2使软包电池和上夹板5之间的压力恢复到F₀；

(3)实验结束，获得软包电池的厚度、容量、内阻和功率参数；

(4)改变压力F₀的大小，重复步骤(2)和步骤(3)，根据所述性能参数，确定软包电池的最适宜的预紧力。

通过对比不同预紧力下的电池性能，确定电池最适宜的预紧力大小。

实施例3：

本实施例提供一种软包电池模组的装配方法，所述方法包括以下步骤：

(1)将左侧板和右侧板分别叠放在电芯组的侧面，在模组宽度方向施加预紧力夹紧，所述预紧力为采用实施例2所述方法确定的预紧力；

(2)在维持夹紧的条件下，将上盖板和下盖板分别与所述的左侧板和右侧板进行可拆卸连接，或者将前侧板和后侧板分别与左侧板和右侧板进行可拆卸连接，使得上下盖板或前后侧板对左右侧板施加持续的压力；

(3)释放夹紧，继续连接使左侧板、右侧板、上盖板、下盖板、前侧板和后侧板均可拆卸连接，形成软包电池模组；

所述软包电池模组包括电芯组、设置于所述电芯组外侧的左右侧板、上下盖板和前后盖板，所述左右侧板与上下盖板可拆卸过盈配合连接，或所述左右侧板与前后侧板可拆卸过盈配合连接，使得左右侧板持续受到上下盖板或前后侧板的约束而产生夹紧电芯的压力从而逼紧电芯，所述左右侧板、上下盖板和前后侧板均可拆卸连接以封装电芯，形成软包电池模组；

所述左右侧板包括左侧板，上下盖板包括上盖板和下盖板，前后侧板包括前侧板和后侧板。

申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的详细方法，但本发明并不局限于上述详细方法，即不意味着本发明必须依赖上述详细方法才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明产品各原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。

Claims (4)

1.一种采用工装确定软包电池预紧力的方法，其特征在于，

所述工装包括：

上夹板和下夹板，用于夹持软包电池；

气缸，设置于气缸固定板上，用于对上夹板施加压力以夹紧软包电池；

压力监测装置，与气缸连接，用于监测软包电池和上夹板之间的压力的大小；

压力控制装置，与压力监测装置和气缸连接，用于根据监测装置反馈的压力信息，调节气缸施加到上夹板的压力；

其中，所述气缸包括活塞杆，所述活塞杆与上夹板接触，并在通气时通过上夹板夹紧软包电池；

所述工装包括支撑部件，所述支撑部件两端分别连接下夹板和气缸固定板，并穿过设置在所述上夹板上的定位孔；

所述支撑部件包括支撑螺栓和/或支撑杆；

所述连接的方式包括螺栓连接、焊接或卡扣连接中的任意一种；

所述工装还包括位移传感器，用于测试软包电池的膨胀量；

所述软包电池为包含泡棉的软包电池；

所述方法包括以下步骤：

(1)将软包电池置于上夹板和下夹板之间；

(2)通过气缸对上夹板施加初始压力F₀以夹紧软包电池，对处于夹紧状态的软包电池进行充放电循环测试，充放电循环测试过程中，通过监测装置监测软包电池和上夹板之间压力的大小，记录充放电循环测试中软包电池和上夹板之间的实际压力为F₁；若软包电池和上夹板之间的压力F₁与F₀不同，则将压力信息反馈给压力控制装置，压力控制装置调节气缸使软包电池和上夹板之间的压力恢复到F₀；

(3)实验结束，获得软包电池的性能参数，所述性能参数包括电芯厚度、容量、内阻和功率；

(4)改变压力F₀的大小，重复步骤(2)和步骤(3)，根据电池的膨胀量、容量衰减率、内阻增长率和功率衰减率，取权重系数综合计算，确定软包电池预紧力。

2.一种软包电池模组装配方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

(1)采用权利要求1所述方法确定软包电池模组预紧力；

(2)采用电芯组装配软包电池模组，装配前采用步骤(1)确定的预紧力来预紧模组。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述模组包括电芯组、设置于所述电芯组外侧的左右侧板、上下盖板和前后盖板，所述左右侧板与上下盖板可拆卸过盈配合连接，或所述左右侧板与前后侧板可拆卸过盈配合连接，使得左右侧板持续受到上下盖板或前后侧板的约束而产生夹紧电芯的压力从而逼紧电芯，所述左右侧板、上下盖板和前后侧板均可拆卸连接以封装电芯，形成软包电池模组；

所述左右侧板包括左侧板，上下盖板包括上盖板和下盖板，前后侧板包括前侧板和后侧板。

4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

(1)将左侧板和右侧板分别叠放在电芯组的侧面，在模组宽度方向施加预紧力夹紧，所述预紧力为采用权利要求1所述方法确定的预紧力；

(2)在维持夹紧的条件下，将上盖板和下盖板分别与所述的左侧板和右侧板进行可拆卸连接，或者将前侧板和后侧板分别与左侧板和右侧板进行可拆卸连接，使得上下盖板或前后侧板对左右侧板施加持续的压力；

(3)释放夹紧，继续连接使左侧板、右侧板、上盖板、下盖板、前侧板和后侧板均可拆卸连接，形成软包电池模组。

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