CN111580001A - 一种电池体积变化原位测试装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电池体积变化原位测试装置，包括相对设置的固定板和限位板，固定板上设置有悬臂式压力传感器，压力传感器上设置有托盘，托盘与限位板之间形成电池测试腔，待测试电池嵌入式置于电池测试腔同时与托盘、限位板压力式紧密接触。本发明的电池体积变化原位测试装置具有准确性高、实时性强、一致性好和测试效率高的特点。

Description

一种电池体积变化原位测试装置

技术领域

本发明涉及电池测试装置技术领域，具体是指一种电池体积变化原位测试装置。

背景技术

锂离子电池被称为摇椅电池，电池在充放电过程中锂离子在正负极中嵌入和脱出，会导致正负极材料的体积发生变化，电池体积也随着晶胞体积变化的叠加而随之改变。

从体积变化的内在因素考虑，电池的体积变化可以分为硬膨胀和软膨胀。其中硬膨胀主要是电池中活性材料在充放电过程中的体积变化，而软膨胀主要是由于产气等副反应引起的变化。

电池体积变化一般通过电池原位压力测试装置进行监测，电池原位压力测试装置通过对电池体积改变所带来压力变化的监控，量化电池在充放电过程中的变化情况，精确的检测出电池在进行电性能测试过程中体积变化的情况。

中国发明专利CN209085568U公开了一种测试软包电池体积装置、中国发明专利申请CN108931280A公开了一种锂离子电池体积的检测装置及其检测方法，中国发明专利申请CN108414043A公开了一种软包式锂离子电池体积的测试装置及其测试方法，均是通过阿基米德原理对软膨胀的体积变化进行测量。

与此同时，关注活性材料在充放电过程中的体积变化的硬膨胀对于锂离子电池性能的研究更加具有实际意义。电池的电极材料体积变化在电池内部产生较大的应力，从而对电池内部的结构层产生巨大的影响，导致电池循环性能甚至对电池安全性能参数影响。因此，对电池充放电时硬膨胀体积变化监控的原位测试，会对电池性能分析具有重要意义。

而且，现有测试电池体积设备与办法对实验环境要求都较高，使数据容易产生较大的误差。因为在这些测试方法中要求的所需工作条件要求高，如测试过程的温度的变化会导致环境气体、液体本身体积的变化，致使变化数值受到影响，直接影响了实验的准确性，而设备的气密性同样直接影响到设备的测试结果。采用阿基米德原理的方式是通过倒推的电池体积变化的实验设备与方法，很难消除物质本身受外界影响所致使的变量和误差，不能很好的实时记录体积的变化，得出结果需要一个数据转化的过程，让实验难以获得更多所需的数据量，所获数据没有很好的连续性，使实验过程繁琐漫长，效率较低，也无法满足原位实验的要求，适用范围大大降低。

发明内容

本发明的目的是提供一种电池体积变化原位测试装置，具有准确性高、实时性强、一致性好和测试效率高的特点。

本发明可以通过以下技术方案来实现：

本发明公开了一种电池体积变化原位测试装置，包括相对设置的固定板和限位板，固定板上设置有悬臂式压力传感器，压力传感器上设置有托盘，托盘与限位板之间形成电池测试腔，待测试电池嵌入式置于电池测试腔同时与托盘、限位板压力式紧密接触。

进一步地，托盘与悬臂式压力传感器之间、固定板与悬臂式压力传感器之间均设有形变预留区，当传感器受外界力的影响时，会向形变预留区发生形变，进而测试出电池在测试过程中的体积变化。

进一步地，固定板、限位板依次有间隙通过定位螺柱组合成型，有效简化结构提升装配难度。

进一步地，固定板、托盘、限位板均为矩形板，定位螺柱贯穿通过设置在固定板、限位板四个直角处的定位孔，既满足大部分方形电池的测试需要提高其适用性，又方便对压力平衡进行调节，提高测试准确性。

进一步地，待测试电池为软包锂离子电池或铝壳锂离子电池，均为方形电池，与限位板、托盘的有效接触面积大，体积变化感应敏感，提高测试的准确性。

进一步地，悬臂式压力传感器的型号为HH8628。具有精度高，抗偏载能力强的特点。而且，该传感器优质铝合金材质安装简便、快速，表层电解防腐处理适用于有限空间的自动化设备和小型设备的力值检测与控制，适用于大量程高精度的计量检测，提升检测的精度、灵敏度、自动化程度。

进一步地，固定板和限位板均为不锈钢板，具备较好的结构稳定性，避免其体积变化对于测试过程造成误差和影响。

进一步地，托盘上的一侧部设有用于连接悬臂式传感器的安装固定槽。该安装固定槽为带4个通孔的矩形凹槽，用于通过螺钉连接悬臂式传感器时不会让螺帽凸出来，顶到上方的限位板，消除测试电池安放与电池体积测试的影响。

本发明一种电池体积变化原位测试装置，具有如下的有益效果：

第一、准确性高，本发明的通过电池充放电过程中电池体积变化给设备悬臂式压力传感器带来的压力，直接量化出体积变化数据，减少外界环境的影响从而提高测量数据的准确性；

第二、实时性强，电池的体积变化通过设备传感器进行实时的监控记录，无需进行二次传递和数据转换或倒推，具有较强实时性；

第三、一致性好，测试过程有效降低对测试环境和测试条件的要求，可以多组同步进行测试，提高测试的一致性；

第四、测试效率高，本发明的测试装置能很好的完成长时间、不间断的原位体积变化测试，提高测试效率，给后续电池性能与体积变化的研究带来大量的、连续的精确数据。

附图说明

附图1为本发明一种电池体积变化原位测试装置的立体结构示意图；

附图2为本发明一种电池体积变化原位测试装置的主视图；

附图3为本发明一种电池体积变化原位测试装置的内部结构图；

附图中的标记包括：100、固定板；200、悬臂式压力传感器；300、托盘；400、限位板；500、固定螺母；600、定位螺柱，700、电池测试腔，800、安装形变预留区，900、安装固定槽。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合实施例及附图对本发明产品作进一步详细的说明。

如图1～2所示，本发明公开了一种电池体积变化原位测试装置，包括相对设置的固定板100和限位板400，固定板100上设置有悬臂式压力传感器200，压力传感器200上设置有托盘300，托盘300与限位板400之间形成电池测试腔700，待测试电池嵌入式置于电池测试腔700同时与托盘300、限位板400压力式紧密接触。

如图1至3所示，托盘300与悬臂式压力传感器200之间、固定板100与悬臂式压力传感器200之间均设有形变预留区800。固定板100、限位板400依次有间隙通过定位螺柱600组合成型，具体为定位螺柱600的两端均套接有固定螺母500。固定板100、托盘300、限位板400均为矩形板，定位螺柱600贯穿通过设置在固定板100、限位板400四个直角处的定位孔。托盘300上的侧面设有用于连接悬臂式传感器200的安装固定槽900.

在本发明中，待测试电池为软包锂离子电池或铝壳锂离子电池。悬臂式压力传感器的型号为HH8628。固定板和限位板均为不锈钢板。

在本发明中，不同组成部件的作用和功能为：

限位板：以长方体结构为主体，其中的长宽适用于市面上绝大部分电池结构，设计的厚度也满足电池膨胀时对限位板造成的弯曲应力。限位板是用于固定电池一个侧面的部分，在限位板的四周留有4个定位孔用于与螺柱螺母配合，以施加一定的压力让电池能在限位板与托盘之间保持固定。在电池充放电的过程中电池体积变化时，限位板则是固定面，让电池压力向一定方向变化。

托盘：以长方体结构为主体，满足测试所需尺寸，在连接悬臂式压力传感器的侧面留有安装固定槽，用于消除固定螺钉对电池安置的影响，托盘使用4颗螺钉连接着悬臂式传感器，是电池变化时的受压力面。在电池充放电的过程中体积的变化会对托盘一侧面施加一定的压力，通过托盘传递这部分的压力到传感器上。

固定板：以长方体作为主体结构，其尺寸也满足于测试要求，其中一侧留有4个定位孔位置，用于与螺钉配合来固定悬臂式压力传感器。与限位板配合把传感器、托盘、电池固定在一起。

定位螺柱：在限位板与固定限位板的四角处都留有定位孔供定位螺柱安装。定位螺柱通过和螺母配合将限位板、待测电池、托盘、悬臂式压力传感器、固定限位板依次压紧，给设备整体带来一定的初始压力，夹紧整体使电池充放电时变化的压力值更加的准确。

悬臂式压力传感器：悬臂梁结构，在电池发生体积变化时，通过通过托盘收集到的压力变化信息，并将实时数据储存和显示到控制仪表和电脑中，以此实现对电池体积变化的压力实时监控

本发明测试装置的组装和使用过程为：

首先使用螺钉把悬臂式压力传感器两面分别与固定板、托盘固定好。从下至上的安装顺序如下：固定板、悬臂式压力传感器、托盘、待测电池、限位板，定位螺柱通过限位板与固定板四角的定位孔，使用螺母固定。各个位置的螺母预紧力通过扭力扳手设定统一数值，以确保待测电池与悬臂式压力传感器各位置所受压力一致，减少压力变化的误差。实验测试时竖起测试装置，减少测试装置自身带来的压力变化。安装完成后便可以启动设备开始进行测试，在电池充放电的过程，体积会发生一定量的膨胀和收缩，会对托盘造成挤压量，悬臂式传感器接受此类信号并实时传递，完成原位实验的测试。

本发明的测试装置相对于现有技术而言，有效突破现有技术因设计条件所限制需要逐步，分批次记录实验数据的缺陷，克服其不具备的实时监控、实时记录、实时对比结果的功能的缺点。本发明的测试过程不需要通过观察其他介质作为体积变化的标准，使实验条件的宽容度得到明显的提升。在做多组实验测试横向对比时，有利于控制实验条件、环境带来的变量，让测量更具有准确性与对比性。同时悬臂式传感器把电池在充放电性能测试时的体积变化，量化成压力数值，可以进行长时间、不间断地完成实时监控和记录，为电池性能与体积变化测试提供原位实验的必要条件。

在实际使用中，本装置的工作温度范围为-5℃～40℃，非线性、滞后性、重复性为±0.02％of rated output，安全过载为120％，极限过载为150％，灵敏度温度漂移和零点温度偏移均＜0.01％f rated output，具有较高的测试精度、灵敏度。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语诸如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

上述实施例仅为本发明的具体实施例，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些显而易见的替换形式均属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种电池体积变化原位测试装置，其特征在于：包括相对设置的固定板和限位板，所述固定板上设置有悬臂式压力传感器，所述压力传感器上设置有托盘，所述托盘与限位板之间形成电池测试腔，待测试电池嵌入式置于电池测试腔同时与托盘、限位板压力式紧密接触。

2.根据权利要求1所述的电池体积变化原位测试装置，其特征在于：所述托盘与悬臂式压力传感器之间、固定板与悬臂式压力传感器之间均设有形变预留区。

3.根据权利要求2所述的电池体积变化原位测试装置，其特征在于：所述固定板、限位板依次有间隙通过定位螺柱组合成型。

4.根据权利要求3所述的电池体积变化原位测试装置，其特征在于：所述固定板、托盘、限位板均为矩形板，所述定位螺柱贯穿通过设置在固定板、限位板四个直角处的定位孔。

5.根据权利要求4所述的电池体积变化原位测试装置，其特征在于：待测试电池为软包锂离子电池或铝壳锂离子电池。

6.根据权利要求5所述的电池体积变化原位测试装置，其特征在于：所述悬臂式压力传感器的型号为HH8628。

7.根据权利要求6所述的电池体积变化原位测试装置，其特征在于：所述固定板和限位板均为不锈钢板。

8.根据权利要求7所述的电池体积变化原位测试装置，其特征在于：所述托盘上的一侧部设有用于连接悬臂式传感器的安装固定槽。

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