CN116164870A - 一种高循环寿命电芯膨胀力测试装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种高循环寿命电芯膨胀力测试装置及方法，装置包括第一连接件；第一压板、第二压板和第三压板，依次间隔串联设置在第一连接件上，且三者通过第一预紧件紧固在第一连接件上，第一压板的底部设置有用于支撑电芯的第一支撑板，位于第一压板与第二压板之间的第一连接件上套设有支撑套筒和垫片，第二压板和第三压板之间设置有压力传感器；第二连接件；第四压板、第五压板和第六压板，依次间隔串联设置在第二连接件上，第四压板和第六压板通过第二预紧件紧固在第二连接件上，第五压板滑动设置在第二连接件上，第四压板的底部设置有用于支撑电芯的第二支撑板，第五压板和第六压板之间设置有将二者连接的弹性件。

Description

一种高循环寿命电芯膨胀力测试装置及方法

技术领域

本发明涉及一种高循环寿命电芯膨胀力测试装置方法，属于电动汽车用电池包技术领域。

背景技术

目前，基于电芯膨胀力的测试大多数采用的都是恒位移膨胀力测试工装。此工装对电芯两个大面用钢板进行约束，限制电芯膨胀位移，缺陷是当电芯充放电循环次数增加，钢板对电芯的预紧力不断增大。研究表明，过大的预紧力将会大大降低电芯的充放电循环寿命。

发明内容

针对上述技术问题，本发明提供一种高循环寿命电芯膨胀力测试装置及方法，该测试方法能够有效避免恒位移测试方法预紧力过大导致电芯循环寿命大大降低，不能捕捉电芯寿命末端膨胀力的缺陷。优势在于保证电芯高循环寿命的前提下，能精准的测得整个循环过程的膨胀力。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：

一种高循环寿命电芯膨胀力测试装置，包括：

第一连接件；

第一压板、第二压板和第三压板，依次间隔串联设置在所述第一连接件上，且三者通过第一预紧件紧固在所述第一连接件上，所述第一压板的底部设置有用于支撑电芯的第一支撑板，位于所述第一压板与所述第二压板之间的所述第一连接件上套设有支撑套筒和垫片，所述第二压板和所述第三压板之间设置有压力传感器；

第二连接件；

第四压板、第五压板和第六压板，依次间隔串联设置在所述第二连接件上，所述第四压板和所述第六压板通过第二预紧件紧固在所述第二连接件上，所述第五压板滑动设置在所述第二连接件上，所述第五压板上设置有位移监测传感器，所述第四压板的底部设置有用于支撑所述电芯的第二支撑板，所述第五压板和所述第六压板之间设置有将二者连接的弹性件。

所述的高循环寿命电芯膨胀力测试装置，优选地，所述第一连接件为第一螺栓，所述第一螺栓的数量至少为两个。

所述的高循环寿命电芯膨胀力测试装置，优选地，所述第一预紧件为第一螺母。

所述的高循环寿命电芯膨胀力测试装置，优选地，所述第一螺栓的数量为四个，所述第一螺母的数量为十二个。

所述的高循环寿命电芯膨胀力测试装置，优选地，所述第二连接件为第二螺栓，所述第二螺栓的数量至少为两个。

所述的高循环寿命电芯膨胀力测试装置，优选地，所述第二预紧件为第二螺母。

所述的高循环寿命电芯膨胀力测试装置，优选地，所述第二螺栓的数量为四个，所述第二螺母的数量为八个。

所述的高循环寿命电芯膨胀力测试装置，优选地，所述弹性件为弹簧。

本发明第二方面提供一种高循环寿命电芯膨胀力测试方法，所述方法基于上述任意一项所述的高循环寿命电芯膨胀力测试装置，包括如下步骤：

将所述电芯放置在所述第一支撑板上，将所述垫片放置在所述支撑套筒和所述第二压板之间，然后用所述第一预紧件将所述第二压板的另一端紧固，利用所述压力传感器测量所述电芯的膨胀力值，通过不断增加等厚所述垫片的数量，测量所述电芯在不同膨胀厚度下的膨胀力值，得到所述电芯膨胀力随膨胀位移的变化曲线；

所述电芯与所述第二压板之间的间隙为ΔS，所述电芯膨胀ΔS位移下，所述电芯的膨胀力释放量为ΔF＝F1-F2，其中，F1为初始状态膨胀力值，F2为所述电芯膨胀ΔS位移后的膨胀力值；

将所述电芯放置在所述第二支撑板上，所述第五压板与所述电芯贴合且所述弹性件处于自然状态，利用所述位移监测传感器测量所述电芯的位移；

所述电芯膨胀的位移为ΔS，可得所述电芯受到所述弹性件的弹簧支撑力为F3＝K·ΔS，其中，K为弹性件的刚度；

所述电芯充放电循环过程中任意时刻膨胀力F＝ΔF+F3＝F1-F2+K·ΔS。

本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：

本发明所涉及的膨胀力测试方法，能够有效避免恒位移测试方法预紧力过大导致电芯循环寿命大大降低，不能捕捉电芯寿命末端膨胀力的缺陷。优势在于保证电芯高循环寿命的前提下，能精准的测得整个循环过程的膨胀力。

附图说明

图1为本发明一实施例所提供的测量电芯膨胀力值的装置示意图；

图2为本发明该实施例提供的测量电芯膨胀力值装置的A向视图；

图3为本发明该实施例提供的测量电芯膨胀力值装置的B-B向视图；

图4为本发明该实施例所提供的测量电芯收到弹簧支撑力的装置示意图；

图5为本发明该实施例提供的测量电芯收到弹簧支撑力装置的C向视图；

图6为本发明该实施例提供的测量电芯收到弹簧支撑力装置的B-B向视图；

图7为本发明该实施例提供的电芯膨胀力测试方法流程图；

图8为本发明该实施例提供的电芯膨胀力随膨胀位移释放曲线图；

图中各标记如下：

1-第一压板；2-电芯；3-第二压板；4-第三压板；5-第一螺母；6-第一螺栓；7-压力传感器；8-垫片；9-支撑套筒；10-第一支撑板；11-第四压板；12-第五压板；13-位移监测传感器；14-第六压板；15-第二螺母；16-弹簧；17-第二螺栓；18-第二支撑板。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

除非另外定义，本发明使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本发明中使用的“第一”、“第二”、“第三”、“第四”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。

目前，基于电芯膨胀力的测试大多数采用的都是恒位移膨胀力测试工装。此工装对电芯两个大面用钢板进行约束，限制电芯膨胀位移，缺陷是当电芯充放电循环次数增加，钢板对电芯的预紧力不断增大。研究表明，过大的预紧力将会大大降低电芯的充放电循环寿命。针对该问题，本发明提供一种高循环寿命电芯膨胀力测试装置及方法，该测试方法能够有效避免恒位移测试方法预紧力过大导致电芯循环寿命大大降低，不能捕捉电芯寿命末端膨胀力的缺陷。

下面结合具体实施方式对本发明的技术方案进行详细说明。

如图1-3所示，其为本发明所提供的测量电芯膨胀力值的装置，包括：

第一压板1、第二压板3和第三压板4，依次间隔串联设置在第一螺栓6上，且三者均通过第一螺母5紧固在第一螺栓6上，第一压板1的底部设置有用于支撑电芯2的第一支撑板1，位于第一压板1与第二压板3之间的第一连接件上套设有支撑套筒9和垫片8，第二压板3和第三压板4之间设置有压力传感器7。

在本发明一些优选的实施方案中，第一螺栓6的数量至少为两个。更优选地，第一螺栓6的数量为四个，第一螺母5的数量为十二个，第一压板1、第二压板3、第三压板4均通过四个第一螺母5紧固在第二螺栓6上。

如图4-6所示，其为本发明所提供的测量电芯受到弹簧支撑力的装置，包括：

第四压板11、第五压板12和第六压板14，依次间隔串联设置在第二螺栓17上，第四压板11和第六压板14通过第二螺母15紧固在第二螺栓17上，第五压板12滑动设置在第二螺栓17上，第五压板12上设置有位移监测传感器13，第四压板11的底部设置有用于支撑电芯2的第二支撑板18，第五压板12和第六压板14之间设置有将二者连接的弹簧16。

在本发明一些优选的实施方案中，第二螺栓17的数量至少为两个。更优选地，第二螺栓17的数量为四个，第二螺母15的数量为八个，第四压板11、和第六压板14均通过四个第二螺母15紧固在第二螺栓17。

本发明通过两个测量装置综合测量电芯2的真实膨胀力，具体采用如下2条技术路线测量步骤：

步骤1：将电芯2放置在第一支撑板10上，将垫片8放置在支撑套筒9和第二压板3之间，然后用第一螺母5将第二压板的另一端3紧固，利用压力传感器7测量电芯2的膨胀力值，通过不断增加等厚垫片8的数量，测量电芯2在不同膨胀厚度下的膨胀力值，得到电芯2膨胀力随膨胀位移的变化曲线；

假设电芯2与第二压板3之间的间隙为ΔS，电芯2膨胀ΔS位移下，电芯2的膨胀力释放量为ΔF＝F1-F2，其中，F1为初始状态膨胀力值，F2为电芯2膨胀ΔS位移后的膨胀力值。

步骤2：将电芯2放置在第二支撑板18上，第五压板12与电芯2贴合且弹簧处于自然状态，利用位移监测传感器13测量电芯2的位移；假设电芯膨胀的位移为ΔS，可得电芯2受到的弹簧的支撑力为F3＝K·ΔS，其中，K为弹簧刚度；

电芯2充放电循环过程中任意时刻膨胀力F＝ΔF+F3＝F1-F2+K·ΔS。

本发明所提供的电芯膨胀力测量方法，先采用技术路线1获得电芯在不同膨胀厚度下的膨胀力值，再采用技术路线2中的弹簧自适应工装结构，可测得电芯在自膨胀厚度下的位移值△S，此状态下结合力平衡方程可知弹簧支撑反力F3＝K·ΔS，其中K为弹簧刚度；技术路线1中可知电芯膨胀△S后，电芯释放了△F＝F1-F2的膨胀力，结合技术路线1和2可知电芯膨胀力F＝△F+F3＝F1-F2+K·ΔS。本发明所提供的膨胀力测试方法能够有效避免恒位移测试方法预紧力过大导致电芯循环寿命大大降低，不能捕捉电芯寿命末端膨胀力的缺陷。优势在于保证电芯高循环寿命的前提下，能精准的测得整个循环过程的膨胀力。

传统的恒位移工装限制了电芯的呼吸空间(第二压板3处于紧固状态，位移不变)，电芯在充放电过程中随着循环次数的增加，锂离子嵌入负极并在负极表面析出锂，负极增厚，电芯表面的空间得不到释放，过大的压力会降低电芯的活性，大大降低其循环寿命。而本发明所提供的膨胀力测试方法在保证电芯2正常高循环寿命的基础上，精准的测得电芯膨胀力。另外一方面，本申请之所以需要用两套工装是因为要保证电芯正常循环寿命，需要一个自适应的带弹簧工装(传统的恒位移工装就不能满足此项功能要求)。此时需要测得电芯的一个膨胀刚度，即给电芯在不同的释放空间(呼吸空间，即：将第五压板12设置为可移动的模式)过程中释放多少的膨胀力，电芯真实膨胀力是两者叠加的结果，故需要补充测试电芯膨胀刚度的一个工装。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种高循环寿命电芯膨胀力测试装置，其特征在于，包括：

第一连接件；

第一压板(1)、第二压板(3)和第三压板(4)，依次间隔串联设置在所述第一连接件上，且三者通过第一预紧件紧固在所述第一连接件上，所述第一压板(1)的底部设置有用于支撑电芯(2)的第一支撑板(10)，位于所述第一压板(1)与所述第二压板(3)之间的所述第一连接件上套设有支撑套筒(9)和垫片(8)，所述第二压板(3)和所述第三压板(4)之间设置有压力传感器(7)；

第二连接件；

第四压板(11)、第五压板(12)和第六压板(14)，依次间隔串联设置在所述第二连接件上，所述第四压板(11)和所述第六压板(14)通过第二预紧件紧固在所述第二连接件上，所述第五压板(12)滑动设置在所述第二连接件上，所述第五压板(12)上设置有位移监测传感器(13)，所述第四压板(11)的底部设置有用于支撑所述电芯(2)的第二支撑板(18)，所述第五压板(12)和所述第六压板(14)之间设置有将二者连接的弹性件。

2.根据权利要求1所述的高循环寿命电芯膨胀力测试装置，其特征在于，所述第一连接件为第一螺栓(6)，所述第一螺栓(6)的数量至少为两个。

3.根据权利要求2所述的高循环寿命电芯膨胀力测试装置，其特征在于，所述第一预紧件为第一螺母(5)。

4.根据权利要求3所述的高循环寿命电芯膨胀力测试装置，其特征在于，所述第一螺栓(6)的数量为四个，所述第一螺母(5)的数量为十二个。

5.根据权利要求1所述的高循环寿命电芯膨胀力测试装置，其特征在于，所述第二连接件为第二螺栓(17)，所述第二螺栓(17)的数量至少为两个。

6.根据权利要求5所述的高循环寿命电芯膨胀力测试装置，其特征在于，所述第二预紧件为第二螺母(15)。

7.根据权利要求6所述的高循环寿命电芯膨胀力测试装置，其特征在于，所述第二螺栓(17)的数量为四个，所述第二螺母(15)的数量为八个。

8.根据权利要求1所述的高循环寿命电芯膨胀力测试装置，其特征在于，所述弹性件为弹簧(16)。

9.一种高循环寿命电芯膨胀力测试方法，所述方法基于权利要求1-8任意一项所述的高循环寿命电芯膨胀力测试装置，其特征在于，包括如下步骤：

将所述电芯(2)放置在所述第一支撑板(10)上，将所述垫片(8)放置在所述支撑套筒(9)和所述第二压板(3)之间，然后用所述第一预紧件将所述第二压板(3)的另一端(3)紧固，利用所述压力传感器(7)测量所述电芯(2)的膨胀力值，通过不断增加等厚所述垫片(8)的数量，测量所述电芯(2)在不同膨胀厚度下的膨胀力值，得到所述电芯(2)膨胀力随膨胀位移的变化曲线；

所述电芯(2)与所述第二压板(3)之间的间隙为ΔS，所述电芯(2)膨胀ΔS位移下，所述电芯(2)的膨胀力释放量为ΔF＝F1-F2，其中，F1为初始状态膨胀力值，F2为所述电芯(2)膨胀ΔS位移后的膨胀力值；

将所述电芯(2)放置在所述第二支撑板(18)上，所述第五压板(12)与所述电芯(2)贴合且所述弹性件处于自然状态，利用所述位移监测传感器(13)测量所述电芯(2)的位移；

所述电芯(2)膨胀的位移为ΔS，可得所述电芯(2)受到所述弹性件的支撑力为F3＝K·ΔS，其中，K为弹性件的刚度；

所述电芯(2)充放电循环过程中任意时刻膨胀力F＝ΔF+F3＝F1-F2+K·ΔS。

10.根据权利要求9所述的高循环寿命电芯膨胀力测试方法，其特征在于，所述第一预紧件为第一螺母(5)，所述弹性件为弹簧(16)。

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