CN115267571A - 电池力学参数测试装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种电池力学参数测试装置，其特征在于，包括箱体、电池装载组件；还配置有至少一悬臂梁和用于安装悬臂梁的定位件；所述箱体的底面的上表面设置有安装槽，所述定位件可移动地安装于所述安装槽内；所述定位件上表面设置有螺栓孔且所述箱体的上盖也设置有通孔，以通过螺栓来调节所述定位件的高度，从而调节所述悬臂梁的高度。

Description

电池力学参数测试装置
技术领域
本发明涉及电池测试技术领域，尤其涉及一种电池力学参数测试装置。
背景技术
电池作业期间的力学参数测量对于确定、改善和提高电池性能有重要意义。但现有的测量装置一般使用连杆测量，连杆所连接的集流体的整体重量对测量精度有显著负面影响，并且通过应变片来测量连杆的形变的测量精度也难以满足对小于0.1N的微小应力测量的需求，特别是应变片通过环氧树脂等材料粘合于连杆表面后将实质上改变连杆的拉伸特性。总之，目前尚未见可以高精度测量电池充放电作业期间的力学参数的电池力学参数测试装置。
发明内容
本发明实施例提供了一种电池力学参数测试装置，其特征在于，包括箱体、电池装载组件；其中，还配置有至少一悬臂梁和用于安装悬臂梁的定位件；所述箱体的底面的上表面设置有安装槽，所述定位件可移动地安装于所述安装槽内；所述定位件上表面设置有螺栓孔且所述箱体的上盖也设置有通孔，以通过螺栓来调节所述定位件的高度，从而调节所述悬臂梁的高度。
进一步，所述定位件的面向待测电池的侧面开设有至少一个用于安装所述悬臂梁的卡槽。
进一步，所述定位件的面向待测电池的侧面开设有两个或多个用于安装所述悬臂梁的卡槽，所述悬臂梁固定安装于不同卡槽时测量待测电池表面不同位置处的力学参数。
进一步，还配置有两个或多个不同长度的悬臂梁。
进一步，其特征在于，所述悬臂梁为金属悬臂梁，并且所述定位件和用于调节定位件的螺栓均由导电性能良好的金属材料制成，并且所述悬臂梁的表面设置有应变片。
进一步，所述悬臂梁为复合压电悬臂梁，该复合压电悬臂梁可以直接将变形输出为电流和/或电压信号，以测量待测电池的力学参数变化。
进一步，复合压电悬臂梁的下表面为导电性能良好的金属层，以直接将电池表面的电荷/电流经由所述定位件和所述螺栓向外输出。
进一步，所述复合压电悬臂梁由PZT形成的薄片悬臂梁和金属材料形成的薄片悬臂梁通过粘合材料层合而成。
进一步，所述定位件在其面向待测电池的侧面开设有三个位于同一水平高度的卡槽，所述卡槽水平等距间隔设置。
进一步，所述定位件在其面向待测电池的侧面开设有三个位于不同水平高度的卡槽，所述卡槽水平等距间隔设置。
本发明实施例的有益效果包括：可以同时测量原位电池的电压/电流输出、膨胀力、形变，并且测量精度更高，可以实现外界加载的适时调整等。
附图说明
通过结合以下附图所作的详细描述，本发明的优点将变得更清楚和更容易理解，但这些附图只是示意性的，并不限制本发明的保护范围，其中：
图1示出了根据本发明实施例的电池力学参数测试装置的分拆组装示意图；
图2示出了根据本发明实施例的电池力学参数测试装置的上集流体及其定位装置的结构示意图；
图3示出了根据本发明实施例的电池力学参数测试装置的上集流体及加载梁片的变体的示意图；
图4示出了根据本发明实施例的原位电池力学参数测试装置的一变体的结构示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例及其附图，对本发明所述技术方案进行详细说明。在此记载的实施例为本发明的特定的具体实施方式，用于说明本发明的构思；这些说明均是解释性和示例性的，不应理解为对本发明实施方式及本发明保护范围的限制。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。除在此记载的实施例外，本领域技术人员还能够基于本申请权利要求书及其说明书所公开的内容采用显而易见的其它技术方案，这些技术方案包括采用对在此记载的实施例的做出任何显而易见的替换和修改的技术方案。应当理解的是，除非特别予以说明，为了便于理解，以下对本发明具体实施方式的描述都是建立在相关设备、装置、部件等处于原始静止的未给与外界控制信号和驱动力的自然状态下描述的。
此外，还需要说明的是，本申请中使用的例如前、后、上、下、左、右、顶、底、正、背、水平、垂直等表示方位的术语仅仅是为了便于说明，用以帮助对相对位置或方向的理解，并非旨在限制任何装置或结构的取向。
为了说明本发明所述的技术方案的实施方式和实施例的下位技术特征，下面将参考附图并结合实施例来进行说明。
如图1和图2所示，根据本发明实施例的电池力学参数测试装置包括矩形箱体11，提供容置待测试的电池(未示出)及相关测试元件的腔室，底部螺栓12、极耳13、装载件21和下集流体22；其中，下集流体22设置于装载件21的底部；此外还包括上集流体32、加载梁片31、梁片夹具33、梁片定位件34、夹具定位销35，梁片紧固螺栓36、传感器37、箱体盖41、密封圈42以及箱体盖紧固螺栓43等。
根据本发明的电池力学参数测试装置作业时，待测电池(未示出)安置贴合于下集流体22的上表面，此时加载梁片31的左端(与上集流体32连接的一端视为右端)被梁片夹具33夹紧并同时通过梁片紧固螺栓36得以固定，梁片夹具33与梁片定位件配合使得可以通过旋转梁片夹具33使上集流体32压紧贴合于设置在装载件21中位于下集流体22与上集流体32之间的待测电池的上表面，进而使得梁片夹具33通过夹具定位销35固定位置，加载梁片31的上表面和/或下表面上配置有1个、2个或多个应变传感器37，以测量当电池进行充电放电过程中时电池沿其竖直轴向方向产生的伸缩力、压缩力、和/或压力等，这些力通过上集流体32传递到加载梁片31，使加载梁片的产生不同程度的变形以通过应变传感器37采集记录变形引起的力(例如膨胀力)的大小。
上述根据本发明实施例的电池力学参数测试装置通过加载梁片和定位件等的设置提升了对电池变形应力测量的精度，并且实现了预应力的调节和在电池作业中模拟加载的效果。但是，在实际作业过程中仍然面临一些问题，包括：
a. 如果加载梁片31和上集流体32由同一种金属材料整体形成则会在其交界处产生应力集中，导致在加载梁片31上的传感器测量到的应力值失真；
b. 如果形成层叠结构，则无论载梁片31和上集流体32的上下位置关系如何都有可能遮挡住电池表面，导致无法观测电池表面的变形。
为此，还提供了根据本发明实施例的电池力学参数测试装置的一种变体，该变体与上述实施例的区别主要体现在加载梁片的结构、构造和材质上。如图3所示，该电池力学参数测试装置的第二加载梁片311与第二上集流体321设置于同一个平面内且高度大体相同，并且他们之间通过梯形梁片312过渡连接以表面产生应力突变或应力集中影响设置于第二加载梁片311上的传感器测量到的应力/应变的失真。
一般而言，加载梁片31由导电性能良好的金属材料制成且刚度较大，会由于其自重作用于待测电池导致测试结果失真。然而，该变体的第二上集流体321由边框3211形成，该边框3211中覆盖配置有透明导电薄膜(未示出)，透明导电薄膜表面配置有诸如图3所示的条纹的结构光图案，使得可以通过对结构光图形的变化来计算电池的变形并同时获得其通过边框3211、梯形梁片312、第二加载梁片311来测量其膨胀力，进而建立其变形-力-输出特性之间本构关系。
如图4所示，根据本发明实施例的电池力学参数测试装置也可以构造成包括，矩形外壳501、观测窗502、第二极耳503、第二下集流体504、悬臂梁505、定位件506、第二密封圈508、盖板509、第二箱体盖紧固螺栓510、调节件511、调节孔512等，其中，形成为矩形块的定位件506可上下移动的设置于矩形外壳501的底面的槽(未示出)中，并且该定位件506的上表面设置有与调节孔512贯通配合的孔，使得可以通过调节件511来调节定位件506的高度，从而调节固定于该定位件506的侧壁的悬臂梁505的水平高度。
特别需要注意的是，本申请中所述的悬臂梁也可以形成为图1中所述的加载梁片31或有多个矩形组成的T型梁等形式，其含义应当扩大地解释为一端固定且另一端自由或另一端相对自由的并且该另一端在竖直方向存在相对自由度的旨在测量电池表面电荷和/或力的部件。
进一步，定位件506的面向待测电池的侧面上设置有用于安插固定悬臂梁505的槽，使得悬臂梁505可以固定设置于其中；定位件506的上表面的孔形成为螺纹孔/螺栓孔，调节孔512可形成为光滑内壁的孔或螺纹孔/螺栓孔，调节件511形成为螺栓，使得可以通过旋转调节件511来调节定位件506的高度。
进一步，悬臂梁505和/或定位件506可形成为以下任何一种形式或下述不同形式的组合：
c. 悬臂梁为普通金属悬臂梁，具有良好的导电作用，不仅可以传递电池变形输出的应力，还能起到集流体的作用，将待测电池上表面产生的电流和/或电荷经由金属形成的定位件506和金属形成的调节件511向外传导；这种情况下需要另行在悬臂梁505的表面设置至少一个应变传感装置来测量其形变，从而测量电池变形所输出的力的值；
d. 形成为层合结构的复合悬臂梁，优选形成为复合压电悬臂梁(未示出)，并且其中压电层由锆钛酸铅(PZT)等具有压电特性的材料制成，使得可以直接通过压电悬臂梁的电压输出来判断搭接于其下的待测电池的变形和力输出；应当理解的是，此类压电复合悬臂梁对微应变/应力的相应精度要比应变片高出至少一个量级，特别的，所述压电复合悬臂梁(也称为复合压电悬臂梁)由PZT形成的薄片悬臂梁和金属材料形成的薄片悬臂梁通过粘合材料层合而成；
e. 在形成为上述d所描述的复合压电悬臂梁时，在待测电池表面另行设置集流体以测量其表面的电流和/或电荷，也可以在复合压电悬臂梁的底面设置导电层来直接将待测电池上表面的电流经由悬臂梁505、定位件506和调节件511向外输出，但这样的多层悬臂梁将影响其整体结构刚度和弹性模量，进而影响悬臂梁的测量精度；
f. 可以在同一种/类电池的测试中使用不同长度的悬臂梁来测量电池上表面不同位置处的膨胀力/应力变化情况，优选其中至少一个悬臂梁的自由端设置于所述电池的上表面的几何中心之上；
g. 定位件506上设置1个或多个用于安装悬臂梁505的槽(未示出)，使得悬臂梁505可以设置于不同水平位置和/或不同高度位置，以分别或同时测量待测电池的上表面不同位置处的力学特性；这些槽可以形成为在同一水平面上均匀地等距分布，这样便于将所述悬臂梁505设置于不同的槽中时对整个装置的调节和校准作业；但是，这样等距均匀分布的槽之间槽壁的刚度可能较低，有可能影响槽中的悬臂梁505的定位刚度，因此，这些槽也可以设置于不同高度，特别的，这些槽不仅在定位件506的侧壁上沿宽度方向等距设置同时也沿高度方向等距设置。
本说明书的附图为示意图，辅助说明本发明的构思，示意性地表示各部分的形状及其相互关系。应当理解的是，为了便于清楚地表现出本发明实施例的各部件的结构，各附图之间并未按照相同的比例绘制，相同的参考标记用于表示附图中相同的部分。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种电池力学参数测试装置，其特征在于，包括箱体、电池装载组件；
其中，还配置有至少一悬臂梁和用于安装悬臂梁的定位件；
所述箱体的底面的上表面设置有安装槽，所述定位件可移动地安装于所述安装槽内；
所述定位件上表面设置有螺栓孔且所述箱体的上盖也设置有通孔，以通过螺栓来调节所述定位件的高度，从而调节所述悬臂梁的高度。
2.如权利要求1所述的电池力学参数测试装置，其特征在于，所述定位件的面向待测电池的侧面开设有至少一个用于安装所述悬臂梁的卡槽。
3.如权利要求2所述的电池力学参数测试装置，其特征在于，所述定位件的面向待测电池的侧面开设有两个或多个用于安装所述悬臂梁的卡槽，所述悬臂梁固定安装于不同卡槽时测量待测电池表面不同位置处的力学参数。
4.如权利要求1所述的电池力学参数测试装置，其特征在于，还配置有两个或多个不同长度的悬臂梁。
5.如权利要求1至4中任一项所述的电池力学参数测试装置，其特征在于，所述悬臂梁为金属悬臂梁，并且所述定位件和用于调节定位件的螺栓均由导电性能良好的金属材料制成，并且所述悬臂梁的表面设置有应变片。
6.如权利要求1至4中任一项所述的电池力学参数测试装置，其特征在于，所述悬臂梁为复合压电悬臂梁，该复合压电悬臂梁可以直接将变形输出为电流和/或电压信号，以测量待测电池的力学参数变化。
7.如权利要求6所述的电池力学参数测试装置，其特征在于，复合压电悬臂梁的下表面为导电性能良好的金属层，以直接将电池表面的电荷/电流经由所述定位件和所述螺栓向外输出。
8.如权利要求7所述的电池力学参数测试装置，其特征在于，所述复合压电悬臂梁由PZT形成的薄片悬臂梁和金属材料形成的薄片悬臂梁通过粘合材料层合而成。
9.如权利要求3所述的电池力学参数测试装置，其特征在于，所述定位件在其面向待测电池的侧面开设有三个位于同一水平高度的卡槽，所述卡槽水平等距间隔设置。
10.如权利要求3所述的电池力学参数测试装置，其特征在于，所述定位件在其面向待测电池的侧面开设有三个位于不同水平高度的卡槽，所述卡槽水平等距间隔设置。
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