CN114814624A - 超低内阻动力电池的内电阻测试装置及测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种超低内阻动力电池的内电阻测试装置及测试方法，属于废旧电池处理技术领域，测试装置包括试件及两个能够与测量设备相连的贴片，两个贴片紧贴待测电池或试件两端，两个贴片分别设于固定极板及与动力部件相连的移动极板上，固定极板固定于底座上，移动极板与底座滑动配合；待测电池为超低内阻的动力电池，贴片为导电材料，固定极板、移动极板及底座均为绝缘材质；动力电池内电阻的测试方法如下：利用试件测试装置的内电阻、再通过装置内电阻测量超低内阻动力电池的内电阻。本发明能够减小测试装置误差所带来的误差，能够提高动力电池的内电阻测量精确度，尤其适用于测量超低内电阻的动力电池的内电阻。

Description

超低内阻动力电池的内电阻测试装置及测试方法

技术领域

本发明属于电池内电阻测试技术领域，尤其涉及一种超低内阻动力电池的内电阻测试装置及测试方法。

背景技术

传统情况下，测量电池内电阻常采用惠斯通电桥，即通过4个电阻组成的环形电路，利用已知的3个电阻阻值测得一个未知电阻的阻值。但对动力电池检测，此方法存在两个问题：

(1)检测过程受检测原理和外界环境影响较大，准确性有待提高。尽管惠斯通电桥可以精准检测未知电阻，但主要用于测量中等数值的电阻(10¹～10⁶Ω)。而对于动力电池，特别是超低内电阻动力电池，由于采用特殊制造工艺，内电阻往往极小，甚至可能低于1mΩ，对于3个固定电阻的制作要求极高。这不但较大提高了工件成本，而且造成电阻往往对环境更为敏感，在被测电阻极小的情况下，轻微的环境扰动容易造成被测电阻的精度严重下降，影响测量精度；

(2)检测过程受外夹持状态影响较大，测量体系电阻往往对被测内电阻的测量结果影响很大。常规测量时需要采用导线连接。根据理论电计算，如果测量系统中连接测量设备，采用50cm长的直径1mm的纯铜线连接，其导线电阻将达到1.5mΩ。如果换成铝线，导线电阻将接近3mΩ。这还仅仅是导线电阻，实际由于目前夹持装置大多为弹簧结构，随着电池尺寸的变化接触力值变化很大，带来接触电阻的变化。而目前部分动力电池为了保证电流输出能力，电芯内电阻已达到10mΩ级别，甚至1mΩ级别，体系误差已大大涵盖被测电池的内阻变化差异，因此带来测量误差。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，提供一种超低内阻动力电池的内电阻测试装置及测试方法，能够减小测试装置体系误差所带来的误差，提高动力电池电阻检测的准确性。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：

一种超低内阻动力电池的内电阻测试装置，包括测量用试件及两个用于与测量设备相连的贴片，两个贴片能够与待测电池或试件两端接触，两个贴片分别设置于固定极板及移动极板上，所述固定极板固定于底座上，所述移动极板与底座滑动配合，所述移动极板与动力部件相连，用于驱动移动极板相对固定极板移动；所述贴片为导电材料，所述固定极板、移动极板及底座均为绝缘材质。

优选的，所述移动极板通过滑座与底座上的滑槽滑动配合，所述滑座通过力值传感器与动力部件相连，通过力值传感器测量的力值来控制动力部件推动滑座的启停动作。

优选的，所述贴片分别通过弹性卡爪与固定极板及移动极板相连，所述弹性卡爪由多个弧形弹簧片组成，相邻两个弹簧片呈锐角设置，所述弹簧片的一端与贴片背面相连，所述弹簧片的另一端与固定极板或移动极板表面的轨道槽配合。

优选的，所述弹簧片为宽1mm，长10mm，厚0.5mm的纯铜片；所述贴片通过铜线与测量设备相连，所述铜线的厚度为2mm、宽度为5mm、长度为10mm。

优选的，所述力值传感器输出力值为2N时，向动力部件发出停止的指令。

优选的，所述试件由超低碳Inconel625合金制作，包括两个柱状试件，分别为I型试件和II型试件，所述I型试件的长度L为65±0.5mm，直径D为18±0.2mm，所述II型试件的长度L为70±0.5mm，直径D为21±0.2mm。

优选的，所述超低碳Inconel625合金的化学成分组成以重量百分比计符合如下要求：

C：≤0.02％，Cr：20-23％，Nb+Ta：3.15-4.15％，Fe：≤5％，Mn：≤0.5％，Mo：8-10％，Si：≤0.05％，S：≤0.015％，P：≤0.015％，Al：≤0.4％，Ti：≤0.4％，Co：≤1.0％，Ni：≥58％。

优选的，所述试件采用锻件，加工前进行固溶热处理：真空加热至10650-1100℃，恒温2小时后水冷，试验后再切割为设计尺寸。

优选的，所述试件的两端采用低电阻率材料包封，并采用真空等离子喷涂，喷涂厚度为0.2mm。其中，低电阻率材料采用与电池壳体材料相同的铝材。

本发明还提供一种超低内阻动力电池的内电阻测试方法，采用上述超低内阻动力电池的内电阻测试装置对超低内阻动力电池的内电阻进行测试，包括以下步骤：

S1：测试装置内电阻r：

将I型试件装载到两个贴片之间，并外加电压后，装置内电阻r满足以下公式：

式中：装置内电阻r的单位为Ω；ρ为电阻率，单位Ω·m；V_ocr为外加电压，单位V；V_I为I型试件上的电压，单位V；

将II型试件装载到两个贴片之间，并外加电压后，装置内电阻r满足以下公式：

式中：r、ρ和V_ocr均与公式1相同；V_II为II型试件上的电压，单位V；

若给定电阻率ρ，则装置电阻r由公式1或者公式2获得；

否则，通过实测I型试件中的电流I_I，然后代入II型试件的计算公式，获得装置电阻r如公式3所示：

I_I为I型试件中的电流，单位为A，其余公式中符号定义与公式1及公式2中相同；

S2：测量超低内阻动力电池的内电阻：

将测量出的动力电池内阻减去装置内电阻，则即为纯电池内阻，如公式4所示：

r_b＝r_t-r 公式4

式中：r_b为超低内阻的动力电池内电阻，单位Ω；r_t为测量出的动力电池内电阻，单位Ω；r为装置内电阻，单位Ω。

采用上述技术方案所产生的有益效果在于：与现有技术相比，本发明通过动力部件驱动移动极板相对固定极板移动，可将试件或待测动力电池的两端与贴片接触，利用试件及测量设备测量出装置的内电阻，再通过装置内电阻测量出超低内阻动力电池的内电阻。本发明利用导电弹片及绝缘材质的固定极板、移动极板及底座组装为测量装置，能够减小测试装置误差所带来的误差，同时通过上述测量方法来消除被测电阻差异，进一步提高动力电池内电阻的测量精度，本发明主要针对两端为平面无极耳形式的圆柱状电池进行测试，尤其适用于测量超低内电阻的动力电池的内电阻。

附图说明

图1是本发明实施例提供的一种超低内阻动力电池的内电阻测试装置的结构示意图；

图2是本发明实施例中固定极板的结构示意图；

图3是图2中固定极板的左视图；

图4是本发明实施例中试件的结构示意图；

图中：00-试件；1-弹片，2-固定极板，3-移动极板，4-底座，5-动力部件，6-滑座，7-力值传感器，8-弹性卡爪，80-弹簧片；9-轨道槽，10-铜线。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施例，对本发明作进一步详细的说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1-3所示，本发明提供的一种超低内阻动力电池的内电阻测试装置，所述内电阻测试装置包括测量用试件00及两个用于与测量设备(图中未画出)相连的贴片1，两个贴片1能够与待测电池或试件00两端接触，两个贴片1分别通过螺栓设置于两个测量极板上，两个测量极板分别为固定极板2及移动极板3，所述固定极板2固定于底座4上，所述移动极板3与底座4滑动配合，所述移动极板3与动力部件5相连，用于驱动移动极板3相对固定极板2移动；所述贴片1为导电材料，所述固定极板2、移动极板3及底座4均为绝缘材质。其中，所述移动极板3通过滑座6与底座4上的滑槽滑动配合，能够降低移动极板在移动过程中所受阻力；所述滑座6通过力值传感器7与动力部件5相连，通过力值传感器7测量的力值来控制动力部件5推动滑座6的启停动作。力值传感器采用压力传感器，能够直观测试夹紧试件或动力电池的夹紧力；动力部件采用电机驱动。

正常测试时，动力电池夹持于固定极板2与移动极板3中间，动力电池横置于底座上，正负极对准两个贴片。当电机推动滑座移动时，由于移动极板与滑座一起移动，可使两个贴片贴到动力电池正负电极上面，完成对动力电池的夹持与测量设备的电路连通，即可进行测试。由于考虑需要待测试动力电池的尺寸具有很大区别，因此移动极板与滑座通过螺栓相连，方便在测试不同尺寸的动力电池时可以通过更换不同尺寸的测量极板实现一机多用。

在本发明的一个具体实施例中，如图2、3所示，所述贴片1分别通过弹性卡爪8与固定极板2及移动极板3相连，所述弹性卡爪8由多个弧形弹簧片80组成，相邻两个弹簧片80呈锐角设置，所述弹簧片80的一端与贴片1背面相连，所述弹簧片8的另一端与固定极板2或移动极板3表面的轨道槽9配合，使得弹簧爪在受力时沿轨道槽运动，能够防止弹簧片发生移位或者飞出。

具体制作时，所述弹簧片80为宽1mm，长10mm，厚0.5mm的纯铜片；在贴片1背面焊接铜线10与测量设备相连，所述铜线10的厚度为2mm、宽度为5mm、长度为10mm。弹簧片80设计为4个，两两相邻的弹簧片80夹角均为45°，与贴片呈45°设置的弹簧片组成弹簧卡爪，依靠不同方向弹簧片的变形，使得在电机驱动移动极板移动、贴片贴近电池正负极时，贴片能紧贴在电池正负极上，减少接触电阻。

考虑到弹簧爪的变形位移与受力并不呈线性变化关系，也考虑到受力不同会造成贴片与动力电池的正负极贴合程度不同，造成接触电阻不同，影响测量精度。因此，通过力值传感器控制电机驱动，当受力相同时，弹簧爪变形相同，贴片与电池正负极的贴合程度相同，接触电阻相同，可以尽量减小不确定的接触带来的测量误差。考虑到纯铜弹簧片随状态不同屈服强度变化很大，为了防止弹簧片过度变形，以及贴片由于过高的力值受损，在力值传感器7输出力值为2N时，向动力部件5发出停止的指令。

采用上述结构的内电阻测试装置的体系电阻可以下降到0.03mΩ左右，极大降低测量体系带来的电阻误差，也为消除测试内电阻方法提供前提条件。

在本发明的一个具体实施例中，所述试件00由超低碳Inconel625合金制作，包括两个柱状试件00，如图4所示，分别为I型试件和II型试件，所述I型试件的长度L为65±0.5mm，直径D为18±0.2mm，所述II型试件的长度L为70±0.5mm，直径D为21±0.2mm。该两种规格的试件是根据18650电池(I型试件)和21700电池(II型试件)设计。

采用上述试件能够进一步消除测量误差，所述超低碳Inconel625合金的化学成分组成以重量百分比计符合如下要求：

C：≤0.02％，Cr：20-23％，Nb+Ta：3.15-4.15％，Fe：≤5％，Mn：≤0.5％，Mo：8-10％，Si：≤0.05％，S：≤0.015％，P：≤0.015％，Al：≤0.4％，Ti：≤0.4％，Co：≤1.0％，Ni：≥58％。

具体加工过程中，所述试件00采用锻件，加工前进行固溶热处理：真空加热至10650-1100℃，恒温2小时后水冷，试验后再切割为设计尺寸。切割须注意采用机加工法，加工后的形变硬化层不得高于0.5mm。此时材料的电阻率可满足较为稳定的～1μΩ·m左右。

进一步优化上述技术方案，为了保证输入输出端的电场均匀性，所述试件00的两端采用低电阻率材料包封，为了保证结合的紧密性，并排除热加工可能产生的氧化性，低电阻率材料采用与电池壳体材料相同的铝材，并采用真空等离子喷涂，喷涂厚度为0.2mm。根据计算可知，包封的铝材电阻为1×10^-6mΩ左右，不足试件电阻的万分之一，可以忽略。此时，I型试件的电阻约为0.3mΩ左右，II型试件的电阻约为0.25mΩ左右，基本为测试装置内电阻的8-10倍，满足测试要求。

本发明还提供一种超低内阻动力电池的内电阻测试方法，采用上述超低内阻动力电池的内电阻测试装置对超低内阻动力电池的内电阻进行测试，包括以下步骤：

S1：测试内电阻测试装置的装置内电阻r：

将I型试件装载到两个贴片之间，并外加电压后，根据欧姆定律，装置内电阻r满足以下公式：

式中：装置内电阻r的单位为Ω；ρ为电阻率，单位Ω·m；V_ocr为外加电压，单位V；V_I为I型试件上的电压，单位V；

将II型试件装载到两个贴片之间，并外加电压后，装置内电阻r满足以下公式：

式中：r、ρ和V_ocr均与公式1相同；V_II为II型试件上的电压，单位V；

若给定电阻率ρ，则装置电阻r由公式1或者公式2获得。

如果考虑外接环境引起电阻率变化，必须以实测结果得到电阻率，以进一步精确测试结果，通过实测I型试件中的电流I_I，然后代入II型试件的计算公式，获得装置电阻r如公式3所示：

I_I为I型试件中的电流，单位为A，其余公式中符号定义与公式1及公式2中相同；

S2：测量超低内阻动力电池的内电阻：

将测量出的动力电池内阻减去装置内电阻，则即为纯电池内阻，如公式4所示：

r_b＝r_t-r 公式4

式中：r_b为超低内阻的动力电池内电阻，单位Ω；r_t为测量出的动力电池内电阻，单位Ω；r为装置内电阻，单位Ω。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种超低内阻动力电池的内电阻测试装置，其特征在于：包括测量用试件及两个用于与测量设备相连的贴片，两个贴片能够与待测电池或试件两端接触，两个贴片分别设置于固定极板及移动极板上，所述固定极板固定于底座上，所述移动极板与底座滑动配合，所述移动极板与动力部件相连，用于驱动移动极板相对固定极板移动；待测电池为超低内阻的动力电池，所述贴片为导电材料，所述固定极板、移动极板及底座均为绝缘材质。

2.根据权利要求1所述的超低内阻动力电池的内电阻测试装置，其特征在于：所述移动极板通过滑座与底座上的滑槽滑动配合，所述滑座通过力值传感器与动力部件相连，通过力值传感器测量的力值来控制动力部件推动滑座的启停动作。

3.根据权利要求1所述的超低内阻动力电池的内电阻测试装置，其特征在于：所述贴片分别通过弹性卡爪与固定极板及移动极板相连，所述弹性卡爪由多个弧形弹簧片组成，相邻两个弹簧片呈锐角设置，所述弹簧片的一端与贴片背面相连，所述弹簧片的另一端与固定极板或移动极板表面的轨道槽配合。

4.根据权利要求3所述的超低内阻动力电池的内电阻测试装置，其特征在于：所述弹簧片为宽1mm，长10mm，厚0.5mm的纯铜片；所述贴片通过铜线与测量设备相连，所述铜线的厚度为2mm、宽度为5mm、长度为10mm。

5.根据权利要求2所述的超低内阻动力电池的内电阻测试装置，其特征在于：所述力值传感器输出力值为2N时，向动力部件发出停止的指令。

6.根据权利要求1所述的超低内阻动力电池的内电阻测试装置，其特征在于：所述试件由超低碳Inconel625合金制作，包括两个柱状试件，分别为I型试件和II型试件，所述I型试件的长度L为65±0.5mm，直径D为18±0.2mm，所述II型试件的长度L为70±0.5mm，直径D为21±0.2mm。

7.根据权利要求6所述的超低内阻动力电池的内电阻测试装置，其特征在于：所述超低碳Inconel625合金的化学成分组成以重量百分比计符合如下要求：

C：≤0.02％，Cr：20-23％，Nb+Ta：3.15-4.15％，Fe：≤5％，Mn：≤0.5％，Mo：8-10％，Si：≤0.05％，S：≤0.015％，P：≤0.015％，Al：≤0.4％，Ti：≤0.4％，Co：≤1.0％，Ni：≥58％。

8.根据权利要求6所述的超低内阻动力电池的内电阻测试装置，其特征在于：所述试件采用锻件，加工前进行固溶热处理：真空加热至10650-1100℃，恒温2小时后水冷，再切割为设计尺寸。

9.根据权利要求6所述的超低内阻动力电池的内电阻测试装置，其特征在于：所述试件的两端采用低电阻率材料包封，并采用真空等离子喷涂，喷涂厚度为0.2mm。

10.一种超低内阻动力电池的内电阻测试方法，其特征在于，采用如权利要求1-9任一项所述的超低内阻动力电池的内电阻测试装置，测试超低内阻动力电池的内电阻，包括以下步骤：

S1：测试内电阻测试装置的装置内电阻r：

将I型试件装载到两个贴片之间，并外加电压后，装置内电阻r满足以下公式：

式中：装置内电阻r的单位为Ω；ρ为电阻率，单位Ω·m；V_ocr为外加电压，单位V；V_I为I型试件上的电压，单位V；

将II型试件装载到两个贴片之间，并外加电压后，装置内电阻r满足以下公式：

式中：r、ρ和V_ocr均与公式1相同；V_II为II型试件上的电压，单位V；

若给定电阻率ρ，则装置电阻r由公式1或者公式2获得；

否则，先通过实测I型试件中的电流I_I，然后代入II型试件的计算公式，获得装置电阻r如公式3所示：

I_I为I型试件中的电流，单位为A，其余公式中符号定义与公式1及公式2中相同；

S2：测量超低内阻动力电池的内电阻：

将测量出的动力电池内阻减去装置内电阻，则即为纯电池内阻，如公式4所示：

r_b＝r_t-r 公式4

式中：r_b为超低内阻的动力电池内电阻，单位Ω；r_t为测量出的动力电池内电阻，单位Ω；r为装置内电阻，单位Ω。

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