CN111999664A - 一种电池模组测试方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种电池模组测试方法及装置，属于电池测试技术领域，电池模组测试方法包括：电池模组的两个端板分别通过螺杆固定于支撑结构；电芯组进行循环充放电，实时记录电芯组的循环次数M，并实时测量两个端板顶端之间距离的变化量ΔL，得到循环次数M和变化量ΔL的关系曲线图map1；取出电池模组中的至少一个电芯，将施力组件置于相邻的两个电芯之间；施力组件对电芯组施加作用力，实时检测作用力F的大小，并实时测量两个端板的顶端之间距离的变化量ΔL，得到作用力F和变化量ΔL的关系曲线图map2；根据map1和map2得到电池模组的循环次数M和作用力F的关系曲线图map3。一个电池模组即可实现循环寿命和膨胀力测试。

Description

一种电池模组测试方法及装置
技术领域
本发明涉及电池测试技术领域，尤其涉及一种电池模组测试方法及装置。
背景技术
锂离子电池以其能量密度高，工作电压高、自放电低、充电效率高，循环寿命长及无记忆效应等特点，在消费电子产品、航天、储能及新能源汽车等领域得到越来越广泛的应用。
在锂离子电池生产过程中，包括一个或多个电芯的电池模组的在充电循环过程中的抗膨胀强度的测试就极为重要，它可以作为评估电芯或电池模组结构是否安全的一个关键因素。目前，为了得到电池模组的循环寿命和膨胀力的关系，往往需要安排不同的电池模组来进行循环寿命测试和膨胀力测试，不仅造成了测试资源与费用的浪费，而且测试结果往往存在较大的偏差。
发明内容
本发明的目的在于提供一种电池模组测试方法及装置，以解决现有技术中存在的需要安排不同的电池模组来进行循环寿命测试和膨胀力测试，不仅造成了测试资源与费用的浪费，而且测试结果往往存在较大的偏差的问题。
如上构思，本发明所采用的技术方案是：
本发明提供一种电池模组测试方法，电池模组包括电芯组和分别设置于所述电芯组两端的两个端板，所述电池模组测试方法包括：
将电池模组的两个端板分别通过螺杆固定于支撑结构；
对电芯组进行循环充放电，实时记录电芯组的循环次数M，并实时测量两个端板的顶端之间距离的变化量ΔL，得到循环次数M和变化量ΔL的关系曲线图map1；
取出电池模组中的至少一个电芯，并将施力组件置于相邻的两个电芯之间；
施力组件对电芯组施加作用力F，实时检测作用力F的大小，并实时测量两个端板的顶端之间距离的变化量ΔL，得到作用力F和变化量ΔL的关系曲线图map2；
根据map1和map2计算得到电池模组的循环次数M和作用力F的关系曲线图map3。
进一步地，所述变化量ΔL的测量包括：通过一个测距结构实时测量与其中一个所述端板的顶端的距离变化量ΔL1，通过另一个测距结构实时测量与另一个所述端板的顶端的距离变化量ΔL2，变化量ΔL＝ΔL1+ΔL2。
进一步地，当所述施力组件位于相邻的两个所述电芯之间时，在所述电芯组的多个所述电芯的排列方向上，所述施力组件两侧的所述电芯的数量相同。
本发明还提供一种电池模组测试装置，适用于上述任一方案中的电池模组测试方法，电池模组测试装置包括：
支撑结构，两个所述端板能够分别通过螺杆分别连接于所述支撑结构；
施力组件，能够取代所述电芯组的至少一个电芯而置于相邻两个电芯之间，用于对所述电芯组施加作用力且能够实时检测所述作用力的大小；
测距组件，被配置为实时测量两个所述端板顶端之间距离的变化量。进一步地，所述支撑结构包括底座，所述底座上间隔设置有两个凸起，两个所述端板能够分别通过螺杆分别固定于两个所述凸起，两个所述凸起之间形成能够支撑并限位所述电芯组的限位槽。
进一步地，所述施力组件包括施力结构和压力传感器，所述施力结构一侧能够抵接于相邻两个所述电芯中的一个所述电芯，另一侧能够抵接于所述压力传感器，所述压力传感器能够抵接于另一所述电芯。
进一步地，所述施力结构为气缸或液压缸，所述气缸或所述液压缸的活塞杆抵接于所述压力传感器。
进一步地，所述施力组件还包括支撑件，所述支撑件开设有用于支撑并限位所述施力结构和所述压力传感器的限位凹槽。
进一步地，所述施力组件还包括隔垫，当所述施力组件位于相邻的两个所述电芯之间时，所述施力结构和对应的所述电芯之间及所述压力传感器和对应的所述电芯之间均设置有所述隔垫。
进一步地，所述测距组件包括两个测距结构，两个所述测距结构分别位于所述电池模组两侧，所述测距结构被配置为能够实时测量与对应的所述端板的顶端之间的距离。
本发明的有益效果为：
本发明提出的电池模组测试方法及装置，该电池模组测试方法包括将电池模组的两个端板分别通过螺杆固定于支撑结构；对电芯组进行循环充放电，实时记录电芯组的循环次数M，并实时测量两个端板的顶端之间距离的变化量ΔL，得到循环次数M和变化量ΔL的关系曲线图map1；取出电池模组中的至少一个电芯，并将施力组件置于相邻的两个电芯之间；施力组件对电芯组施加作用力F，实时检测作用力F的大小，并实时测量两个端板的顶端之间距离的变化量ΔL，得到作用力F和变化量ΔL的关系曲线图map2；根据map1和map2计算得到电池模组的循环次数M和作用力F的关系曲线图map3。相比现有技术，能够通过一个电池模组即可实现循环寿命测试和膨胀力测试，提高了测试结果的准确性，且避免了测试资源的浪费，降低了测试费用。
附图说明
图1为本实施例提供的电池模组的结构示意图；
图2为本实施例提供的循环次数和变化量的关系曲线图map1；
图3为本实施例提供的作用力和变化量的关系曲线图map2；
图4为本实施例提供的循环次数和作用力的关系曲线图map3；
图5是本发明提供的测试装置的结构示意图；
图6是本发明提供的电池模组测试装置工作状态示意图一；
图7是本发明提供的电池模组测试装置工作状态示意图二。
图中：
1、底座；11、凸起；111、限位槽；2、电池模组；21、电芯组；211、电芯；22、端板；23、固定带；24、绝缘垫；3、施力组件；31、施力结构；32、压力传感器；33、支撑件；331、限位凹槽；34、隔垫；4、测距组件；41、测距结构；42、安装杆。
具体实施方式
为使本发明解决的技术问题、采用的技术方案和达到的技术效果更加清楚，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。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部。
在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“固定”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，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
在本实施例的描述中，术语“上”、“下”、“左”、“右”等方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述和简化操作，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”仅仅用于在描述上加以区分，并没有特殊的含义。
本实施例提供一种电池模组测试方法，针对的电池模组2具体为方形电池模组，如图1所示，电池模组2包括电芯组21、分别设置于电芯组21两端的两个端板22及环绕端板22和电芯组21设置的固定带23。需要说明的是，电芯组21包括多个电芯211，多个电芯211沿电芯211的厚度方向并排设置。两个端板22和固定带23对电芯组21进行初步的固定的，其中固定带23可设置有多个，在本实施例中，固定带23具体设置有两个，当然在其他实施例中，固定带23还可设置三个或三个以上。进一步地，电池模组2还包括绝缘垫24，电芯组21和每个端板22之间均设置有一绝缘垫24。
具体地，该电池模组测试方法包括：
将电池模组2的两个端板22分别通过螺杆固定于支撑结构；
电池模组2在实际过程中，两个端板22均通过螺杆锁附在支撑结构上，以使得电池模组2能够保持稳定，这也使得电池模组2的电芯组21的膨胀会受到螺杆和端板22的制约，同时会对螺杆和端板22施加作用力。因此，需要对电芯组21的膨胀对电芯组21和端板22、固定带23(或侧板)及螺杆的整体进行考虑，以评估电池模组2整体在整个生命周期内的安全性。
对电芯组21进行循环充放电，实时记录电芯组21的循环次数M，并实时测量两个端板22的顶端的之间距离的变化量ΔL，得到循环次数M和变化量ΔL关系曲线图map1(如图2所示)。
其中M≥1，变化量ΔL为因变量，循环次数M为自变量，变化量ΔL随循环次数M的变化而变化。需要说明的是，电池模组2在实际工作过程中，电池模组2的端板22通过螺杆固定在支撑结构上，在电池模组2循环充放电过程中，电池模组2的端板22的顶端相对其底端的变形量大。因此，通过端板22的顶端的距离的变化量来表征电池模组2整体在充放电循环过程中的变形量。此处的端板22的“顶端”指的是端板22上大致接近于其顶面所在的高度的位置。
进一步地，变化量ΔL的测量包括：通过一个测距结构41实时测量与其中一个端板22的顶端的距离变化量ΔL1，通过另一个测距结构41实时测量与另一个端板22的顶端的距离变化量ΔL2，变化量ΔL＝ΔL1+ΔL2。具体地，电池模组2位于两个测距结构41之间，且两个测距结构41沿电芯组21的多个电芯211的排列方向间隔设置。可以理解的是，每个测距结构41与对应的端板22的顶端之间具有初始距离，假设均为L，随着电芯组21充放电循环次数的增加，电芯组21膨胀而推动端板22，此时端板22则发生形变，使得每个端板22的顶端与对应的测距结构41之间的距离产生变化，每个端板22与对应的测距结构41之间的距离相对初始距离L的变化量之和就是电池模组2整体的变形量。
取出电池模组2中的至少一个电芯211，并将施力组件3置于相邻的两个电芯211之间。
为了提高测试结果的准确性，在电芯组21的多个电芯211的排列方向上，施力组件3两侧的电芯211的数量相同。具体地，在本实施例中，电芯组21包括十二个电芯211，取出其中四个电芯211，在十二个电芯211的排列方向上，施力组件3两侧的电芯211的数量相同，均为四个。
施力组件3对电芯组21施加作用力F，实时检测作用力F的大小，并实时测量两个端板22的顶端之间距离的变化量ΔL，得到作用力F和变化量ΔL的关系曲线图map2(如图3所示)；
其中变化量ΔL为因变量，作用力F为自变量，变化量ΔL随作用力F的变化而变化。可以理解的是，通过施力组件3对电芯211施加作用力来模拟电芯组21的膨胀力，省去了对电芯组21的循环充放电。在此过程中，实时测量两个端板22的顶端的之间距离的变化量ΔL，得到作用力F和变化量ΔL的关系曲线图map2(如图3所示)。进一步地，变化量ΔL的测量包括：通过一个测距结构41实时测量与其中一个端板22的顶端的距离变化量ΔL1，通过另一个测距结构41实时测量与另一个端板22的顶端的距离变化量ΔL2，变化量ΔL＝ΔL1+ΔL2。
根据map1和mpa2计算得到电池模组2的循环次数M和作用力F的关系曲线图map3(如图4所示)。
可以理解的是，通过map1中循环次数M和变化量ΔL的关系曲线能够拟合出循环次数M和变化量ΔL关系方程，通过map2中作用力F和变化量ΔL的关系曲线能够拟合出作用力F和变化量ΔL关系方程，两个关系方程具有相同的变量ΔL，因此能够通过两个关系方程计算得到循环次数M和作用力F的关系方程，进而得到map3。
通过该电池模组测试方法，通过一个电池模组2就能够实现循环寿命测试和膨胀力测试，提高了测试结果的准确性，避免了测试资源的浪费，降低了测试费用。而且还能够适用于已经安装在电池包中的电池模组2的测量，此时只需测量作用力F和变化量ΔL关系曲线图即可，结合电池包的电池管理系统测量的电池模组2的循环次数M和变化量ΔL关系的关系曲线图，即可得到电池模组2的循环次数M和作用力F的关系曲线图。此外，通过map3还能够用于验证电池模组2的端板22、固定带23(或侧板)及螺杆是否满足设计要求，从而评估电池模组2整体在整个生命周期内的安全性。
本实施例还提供一种电池模组测试装置，如图5所示，该电池模组测试装置包括上述支撑结构、施力组件3和测距组件4。具体地，支撑结构包括底座1，底座1上设置有两个凸起11，两个端板22能够通过螺杆分别固定于底座1，两个凸起11之间形成能够支撑并限位电芯组21的限位槽111。施力组件3能够取代电芯组21的至少一个电芯211而置于相邻两个电芯211之间，用于对电芯组21施加作用力且能够实时检测作用力的大小。测距组件4用于实时测量两个端板22顶端之间距离的变化量。。
具体地，上述施力组件3包括施力结构31和压力传感器32。当施力组件3位于相邻两个电芯211之间时，施力结构31一侧能够抵接于相邻两个电芯211中的一个电芯211，另一侧能够抵接于压力传感器32，压力传感器32能够抵接于另一个电芯211。在本实施例中，施力结构31可以为气缸或液压缸，气缸或液压缸的活塞杆抵接于压力传感器32。通过活塞杆对电芯组21施加作用力，以此来模拟电芯组21的作用力，此时可通过压力传感器32实时测量作用力的大小。
进一步地，施力组件3还包括支撑件33和隔垫34，支撑件33上开设有用于支撑并限位施力结构31和压力传感器32的限位凹槽331。当施力组件3位于相邻的两个电芯211之间时，施力结构31背离压力传感器32的一侧和对应的电芯211之间及压力传感器32背离施力结构31的一侧和对应的电芯211之间均设置有隔垫34，支撑件33抵接于两个隔垫34。
可以理解的是，当施力组件3位于相邻的两个电芯211之间时，支撑件33用于支撑施力结构31和压力传感器32，其中一个隔垫34位于施力结构31和对应侧的电芯211之间，另一个隔垫34位于压力传感器32和对应侧的电芯211之间，施力结构31的施加的作用力通过压力传感器32和两个隔垫34传递到两侧的电芯211。通过支撑件33的支撑，使得施力结构31能够对电芯211的中心部位施加作用力，再通过隔垫34，有利于使得作用力均匀分布，避免电芯211的某个部位受力集中而影响测试结果。
如图5所示，测距组件4包括两个测距结构41，两个测距结构41沿电芯组21的多个电芯211的排列方向间隔设置，两个测距结构41分别位于电池模组2的两侧，测距结构41能够实时测量与对应的端板22的顶端之间的距离。在本实施例中，测距结构41为光电测距仪，进一步优选地，测距结构41为激光测距仪，激光测距仪精度高，能够提高测量结果。
进一步地，测距组件4还包括两个安装杆42，两个测距结构41分别安装于两个安装杆42，通过安装杆42将测距结构41的高度抬升到与对应的端板22的顶端相匹配。可选地，安装杆42可以为可伸缩的结构，或者安装杆42在竖直方向上具有多个能够安装测距结构41的安装位，以使该电池模组测量装置能够适应于不同高度的电池模组2的测量。
进一步地，在本实施例中，两个凸起11均位于两个测距结构41之间，两个测距结构41各自与对应的凸起11之间的距离相同。也就是说，两个测距结构41各自与对应的端板22的顶部之间的初始距离是相同的。
以下将对该电池模组测试装置的工作过程进行详细的描述。
本实施例以电芯组21包括十二个电芯211为例进行说明，当然在其他实施例中，电芯组21包括的电芯211的数量可根据实际需要进行设置。施力结构31以气缸为例进行说明。
1、电池模组2的循环次数和电池模组2整体的变形量关系的测量。
如图6所示，电池模组2的两个端板22分别通过螺杆安装在两个凸起11上，电芯组21位于限位槽111内，每个测距结构41与对应的端板22的顶端之间的初始距离相同，假设均为L，随后对电芯组21进行循环充放电，并实时记录循环次数M(M≥1)和两个测距结构41各自与对应的端板22的顶端之间的实时距离，假设为L2M和L3M，此时可得到电池模组2的循环次数和电池模组2整体的变形量ΔL的关系曲线图map1。其中，M为2时，电池模组2的循环次数为2，此时对应的电池模组2整体的变形量为ΔL((L1-L22)+(L1-L32))，M为3时，电池模组2的循环次数为3，此时对应的电池模组2整体的变形量ΔL为((L1-L23)+(L1-L33))。
2、电池模组2整体的作用力和电池模组2整体的变形量关系的测量。
如图7所示，取出电芯组21的四个电芯211，此时电芯组21剩余的电芯211划分形成两个电芯分组，将施力组件3放置于两个电芯分组之间，两个隔垫34分别抵接于两个电芯分组，支撑件33抵接于两个隔垫34之间，气缸和压力传感器32均置于支撑件33的限位凹槽331内，气缸体抵接于其中一个隔垫34，气缸杆抵接于压力传感器32，且压力传感器32抵接于另一个隔垫34。需要说明的是，此时两个电芯分组分别抵接于两个凸起11。随后通过气缸对两个电芯分组施加作用力，以此来模拟电芯组21的膨胀过程，通过压力传感器32实时测量作用力F的大小，并通过两个测距结构41各自测量与对应的端板22的顶端之间的实时距离，通过计算得到电池模组2整体的作用力F和电池模组2整体的变化量ΔL的关系曲线图map2。电池模组2整体的变化量ΔL的计算与步骤1中的计算方法相同，在此不再赘述。
最终可通过map1和map2得到电池模组2的循环次数和电池模组2整体的作用力的关系曲线图map3。依据map3来指导对电池模组2整体的设计。
通过该电池模组测试装置，通过一个电池模组2就能够实现循环寿命和膨胀力关系的测试，提高了测试结果的准确性，且避免了测试资源的浪费，降低了测试费用。而且还能够适用于已经安装在电池包中的电池模组2的测量，此时只需测量电池模组2整体的膨胀力和电池模组2整体的变形量关系图即可，结合电池包的电池管理系统测量的电池模组2的循环次数和电池模组2整体的变形量关系的关系图，即可得到电池模组2的循环次数和电池模组2整体的膨胀力的关系图。
需要说明的是，在电池模组2的循环寿命测试时，每个测距结构41与对应的端板22的顶端之间的初始距离相同，均为L；在对电池模组2进行膨胀力测试时，每个测距结构41与对应的端板22的顶端之间的初始距离相同，也均为L。保证对电池模组2的对电池模组2的膨胀力测试结果的准确性。
以上实施方式只是阐述了本发明的基本原理和特性，本发明不受上述实施方式限制，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还有各种变化和改变，这些变化和改变都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (10)

1.一种电池模组测试方法，电池模组(2)包括电芯组(21)和分别设置于所述电芯组(21)两端的两个端板(22)，其特征在于，所述电池模组测试方法包括：
将电池模组的两个端板分别通过螺杆固定于支撑结构；
对电芯组进行循环充放电，实时记录电芯组的循环次数M，并实时测量两个端板的顶端之间距离的变化量ΔL，得到循环次数M和变化量ΔL的关系曲线图map1；
取出电池模组中的至少一个电芯，并将施力组件置于相邻的两个电芯之间；
施力组件对电芯组施加作用力F，实时检测作用力F的大小，并实时测量两个端板的顶端之间距离的变化量ΔL，得到作用力F和变化量ΔL的关系曲线图map2；
根据map1和map2计算得到电池模组的循环次数M和作用力F的关系曲线图map3。
2.根据权利要求1所述的电池模组测试方法，其特征在于，所述变化量ΔL的测量包括：通过一个测距结构实时测量与其中一个所述端板的顶端的距离变化量ΔL1，通过另一个测距结构实时测量与另一个所述端板的顶端的距离变化量ΔL2，变化量ΔL＝ΔL1+ΔL2。
3.根据权利要求1所述的电池模组测试方法，其特征在于，当所述施力组件位于相邻的两个所述电芯之间时，在所述电芯组的多个所述电芯的排列方向上，所述施力组件两侧的所述电芯的数量相同。
4.一种电池模组测试装置，其特征在于，适用于如权利要求1-3任一项所述的电池模组测试方法，所述电池模组测试装置包括：
支撑结构，两个所述端板(22)能够分别通过螺杆分别连接于所述支撑结构；
施力组件(3)，能够取代所述电芯组(21)的至少一个电芯(211)而置于相邻两个电芯(211)之间，用于对所述电芯组(21)施加作用力且能够实时检测所述作用力的大小；
测距组件(4)，被配置为实时测量两个所述端板(22)顶端之间距离的变化量。
5.根据权利要求4所述的电池模组测试装置，其特征在于，所述支撑结构包括底座(1)，所述底座(1)上间隔设置有两个凸起(11)，两个所述端板(22)能够分别通过螺杆分别固定于两个所述凸起(11)，两个所述凸起(11)之间形成能够支撑并限位所述电芯组(21)的限位槽(111)。
6.根据权利要求4所述的电池模组测试装置，其特征在于，所述施力组件(3)包括施力结构(31)和压力传感器(32)，所述施力结构(31)一侧能够抵接于相邻两个所述电芯(211)中的一个所述电芯(211)，另一侧能够抵接于所述压力传感器(32)，所述压力传感器(32)能够抵接于另一所述电芯(211)。
7.根据权利要求6所述的电池模组测试装置，其特征在于，所述施力结构(31)为气缸或液压缸，所述气缸或所述液压缸的活塞杆抵接于所述压力传感器(32)。
8.根据权利要求6所述的电池模组测试装置，其特征在于，所述施力组件(3)还包括支撑件(33)，所述支撑件(33)开设有用于支撑并限位所述施力结构(31)和所述压力传感器(32)的限位凹槽(331)。
9.根据权利要求6所述的电池模组测试装置，其特征在于，所述施力组件(3)还包括隔垫(34)，当所述施力组件(3)位于相邻的两个所述电芯(211)之间时，所述施力结构(31)和对应的所述电芯(211)之间及所述压力传感器(32)和对应的所述电芯(211)之间均设置有所述隔垫(34)。
10.根据权利要求4所述的电池模组测试装置，其特征在于，所述测距组件(4)包括两个测距结构(41)，两个所述测距结构(41)分别位于所述电池模组(2)两侧，所述测距结构(41)被配置为能够实时测量与对应的所述端板(22)的顶端之间的距离。
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