CN118758768B - 一种用于锂离子电池机械滥用测试的可调倾斜角度挤压装置及测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于电池技术领域，尤其涉及一种电池机械滥用测试装置和测试方法，现有的电池机械滥用测试装置对于机械滥用过程中的机械挤压和冲击是垂直于电池受力面的，无法全面测试实际中的倾斜机械滥用过程中的电池的复杂受力，特别是无法对电池进行多角度挤压、无法采集到多个角度的挤压力值，用于锂离子电池机械滥用测试的可调倾斜角度挤压装置的固定电池的电池支撑板的倾斜度可调，能够实现对电池进行多角度挤压、并采集到多个角度的挤压力值，能够全面测试实际中的倾斜机械滥用过程中的电池的复杂受力，另外，还可以多点、不同温度下进行测试。

Description

一种用于锂离子电池机械滥用测试的可调倾斜角度挤压装置 及测试方法

技术领域

本发明属于电池技术领域，尤其涉及一种用于锂离子电池机械滥用测试的可调倾斜角度挤压装置及测试方法。

背景技术

电动汽车在行驶中可能通过各种路况，作为底盘的电池组可能会与各类物体发生碰撞、剐蹭。此外，在发生交通事故时，电池组也可能经受其他车辆或障碍物的撞击和挤压。这些撞击的角度和力度是多样的，因此电池组在实际中所遭受的机械滥用形式也会是多样的。

锂离子电池内部的结构为隔膜被夹在正极和负极极片之间作为绝缘层，再将三层结构进行卷绕或者堆叠后形成多层结构或卷绕结构的电芯，因此锂离子电池内部的多层精细结构在机械滥用下容易发生破裂和断裂，正极和负极在破损处相互接触引发内短路，进而导致电池损坏和温度升高。内短路导致的热量可能使得电池的温度升高至热失控温度阈值以上，引发电池的热失控，进而导致火灾和爆炸事故，因此对于电池进行机械滥用测试以确定电池的机械滥用耐受边界和不同类型机械滥用对电池热失控的触发影响是十分关键的。

目前的电池机械滥用测试一般使用万能力学试验机或者卧式机械冲压装置，以在横向和竖向对电池进行挤压，专利号为：CN202320859530.6，名称为：用于电池挤压测试的检测试验机，公开了一种可以对电池进行机械挤压测试的设备，但这种设备对电池的施力只能垂直于电池的受压面，即这种测试仅能对电池进行挤压或冲击，无法模拟在电动汽车的运动过程中的倾斜撞击状态。由于运动和挤压角度的影响，挤压和冲击不是垂直于电池的受力面，而是兼具挤压和滑动剪切的。电池的多层结构在垂直挤压下的变形规律有别于倾斜挤压，由于倾斜挤压会导致多层结构的滑动开裂，因此其内短路形式和热失控特点也会出现差异，倾斜挤压或冲击测试对于更全面的测试电池在实际使用中的安全性是十分重要的。

现有的装备对于机械滥用过程中的机械挤压和冲击是垂直于电池受力面的，因此其对于电池的受力测试均是一维的，无法全面测试实际中的倾斜机械滥用过程中的电池的复杂受力。特别是无法对电池进行多角度挤压、无法采集到多个角度的挤压力值。

发明内容

本发明为了实现对电池进行多角度挤压、并采集到多个角度的挤压力值，提出一种用于锂离子电池机械滥用测试的可调倾斜角度挤压装置及测试方法。

为了达到上述目的，本发明采用如下方案实现：

用于锂离子电池机械滥用测试的可调倾斜角度挤压装置，包括

顶板，

传感器，用于采集垂直方向、水平方向和垂直于倾斜面方向的挤压力值；

挤压机构，对电池施以挤压；

电池支撑板，用于固定电池；

平面移动机构，用于使电池支撑板在平面上横向移动和/或纵向移动；

倾斜度调节机构，用于调节电池的倾斜度，实现对电池不同倾斜度的挤压。

优选的，传感器包括：

支撑板力值传感器，用于采集电池在垂直于支撑板方向所受的力值；

挤压轴水平力值传感器，用于采集挤压电池时挤压轴在所受到的不同方向的水平方向的力值；

挤压轴垂直力值传感器，用于采集挤压轴受到的垂直方向的力值。

优选的，挤压机构，包括：

挤压轴固定板，位于顶板下方，开设有一个固定板螺纹孔、A光孔、B光孔和C光孔；

挤压轴，其顶端通过挤压轴垂直力值传感器与挤压轴固定板固定连接；

挤压轴限位板，位于挤压轴固定板下方，开设有螺纹孔、第一光孔、第二光孔和第三光孔，中心处有开孔，开孔中设有挤压轴限位直线轴承，开孔的孔壁上周向均布固定连接多个挤压轴水平力值传感器，挤压轴限位直线轴承的外周壁与挤压轴水平力值传感器的侧壁活动抵接，挤压轴限位直线轴承套设在挤压轴上；

挤压轴固定板螺柱，与顶板转动连接，与挤压轴固定板的固定板螺纹孔螺纹连接，穿设在挤压轴限位板的第一光孔中；

挤压轴限位板螺柱，与顶板转动连接，穿设在挤压轴固定板的A光孔中，与挤压轴限位板的螺纹孔螺纹连接；

定位光杆，二根，与底座及顶板固定连接，其中一根穿设在挤压轴限位板的第二光孔和挤压轴固定板的B光孔中，另一根穿设在挤压轴限位板的第三光孔和挤压轴固定板的C光孔中；

挤压轴限位板螺柱伺服电机，安装在底座下，用于驱动挤压轴限位板螺柱转动，挤压轴限位板螺柱伺服电机转速可调；

挤压轴固定板螺柱伺服电机，安装在底座下，用于驱动挤压轴固定板螺柱转动，挤压轴固定板螺柱伺服电机转速可调。

优选的，电池支撑板，包括相互平行的第一电池支撑板和第二电池支撑板，支撑板力值传感器设置在第一电池支撑板和第二电池支撑板之间。

平面移动机构，包括

底座，底座上设有底部支架定位块纵向运动导轨和底部支架定位块横向运动导轨；

底部支架定位块横向运动伺服电机；

底部支架定位块纵向运动伺服电机；

底部支架定位块，设置有纵向运动螺纹孔和横向运动螺纹孔；

限位滑块，包括结构相同的第一限位滑块和第二限位滑块，第一限位滑块与底部支架定位块横向运动导轨滑动连接，第二限位滑块与底部支架定位块纵向运动导轨滑动连接；

底部支架定位块横向运动螺柱，与横向运动螺纹孔螺纹连接，其一端通过螺柱限位轴承与第一限位滑块转动连接，另一端与底部支架定位块横向运动伺服电机的转轴固定连接；

底部支架定位块纵向运动螺柱，与纵向运动螺纹孔螺纹连接，其一端通过螺柱限位轴承与第二限位滑块转动连接，另一端与底部支架定位块纵向运动伺服电机的转轴固定连接；

倾斜度调节机构，包括：

底部支架,与底部支架定位块固定连接;

主动齿轮, 与主动齿轮中心轴固定连接，主动齿轮中心轴与主动齿轮轴承固定连接，并通过主动齿轮轴承与底部支架转动连接；

从动齿轮，与从动齿轮中心轴固定连接，从动齿轮中心轴通过从动齿轮轴承与底部支架转动连接,与主动齿轮相互啮合连接；从动齿轮的外侧面被平行从动齿轮中心轴的平面切除一部分，形成安装平面，从动齿轮通过安装平面与电池支撑板固定连接；

底部支架主动齿轮伺服电机，其转轴与主动齿轮中心轴固定连接，用于驱动主动齿轮转动。

优选的，限位滑块上设置有定位滑轮中心轴, 定位滑轮中心轴转动连接有定位滑轮，底部支架定位块纵向运动导轨和底部支架定位块横向运动导轨外侧上开设有与定位滑轮相匹配的滑动槽。

优选的，底部支架定位块横向运动螺柱和横向运动螺纹孔、底部支架定位块纵向运动螺柱和纵向运动螺纹孔的数量相匹配。

优选的，还包括液体温控系统，为电池支撑板循环输送不同温度的液体；

液体温控系统，包括：

内部管道，设置在电池支撑板上层板的第一电池支撑板的内部；

液体循环管道，一端通过管道接头与内部管道相通连，另一端与温控装置相通连；

温控装置，包括水泵、加热器和冷却机，外部液体经加热器加热或经冷却机冷却后，由水泵向液体循环管道循环输送。

本发明提供了利用用于锂离子电池机械滥用测试的可调倾斜角度挤压装置进行电池测试方法：

包括如下步骤：

步骤一S1：固定电池 将电池固定在第一电池支撑板上；

步骤二S2：调节电池支撑板的倾斜角度

通过底部支架主动齿轮伺服电机将电池支撑板的倾斜角度调节至目标角度；

步骤三S3：调节底部支架定位块平面上位置

通过底部支架定位块横向运动伺服电机和底部支架定位块纵向运动伺服电机调节底部支架定位块在平面上位置，从而调节电池的受挤压位置；

步骤四S4：调节挤压轴固定板和挤压轴限位板的垂直位置

通过挤压轴限位板螺柱伺服电机，驱动挤压轴限位板螺柱转动，调节挤挤压轴限位板的垂直位置；

通过挤压轴固定板螺柱伺服电机，驱动挤压轴固定板螺柱转动，调节挤压轴固定板的垂直位置，使挤压头即将接触电池表面的同时，挤压轴限位板不影响观察电池的热失控火焰；

步骤五S5：挤压测试

控制挤压轴固定板螺柱伺服电机带动挤压轴固定板下压，使得挤压头对电池进行挤压测试；

步骤六S6：挤压力值采集

在步骤五S5测试过程中，通过挤压轴垂直力值传感器采集其受到挤压轴的垂直方向的力值： 通过挤压轴水平力值传感器采集其受到挤压轴的水平方向的力值；通过支撑板力值传感器采集电池受到在垂直于电池支撑板的力值；

步骤七S7：

S7-1，重新选定电池的受压位置

以上挤压测试结束后，抬起挤压头，在电池未损坏的情况下，重复S3，重新选定电池的受压位置，重复S4-6，实现对于电池的多点测试；

和/或，S7-2，重新调节电池支撑板的倾斜角度

以上挤压测试结束后，抬起挤压头，在电池未损坏的情况下，重复S2，对电池支撑板的倾斜角度调节至不同目标角度，重复S4-6，实现对于电池的多倾斜角度的测试。

优选的，在执行步骤S1-7的全过程中，

启动液体温控系统，为电池支撑板循环输送不同温度的液体，实现不同温度下的挤压测试：

当需要在高温下挤压测试时，加热器工作，加热液体，由水泵向液体循环管道循环输送高温液体；

当需要在低温下挤压测试时，冷却机工作，冷却液体，由水泵向液体循环管道循环输送低温液体。

优选的，步骤S2于步骤S3之前执行；或者，步骤S2和步骤S3同时执行；或者，步骤S2于步骤S3之后执行。

优选的，步骤S5中，采取以下措施控制调节挤压轴固定板螺柱伺服电机转速，对电池进行挤压测试：

通过调节挤压轴固定板螺柱伺服电机的转速，调节挤压速度，实现固定速度的挤压；

或者，通过挤压轴垂直力值传感器的力值变化，调节挤压轴固定板螺柱伺服电机的转速，实现垂直均匀加力挤压；

或者，通过支撑板力值传感器的力值变化，调节挤压轴固定板螺柱伺服电机的转速，实现垂直电池表面均匀加力挤压。

本发明相对于现有技术的有益效果在于：

1、本发明所述的电池支撑板倾斜度可调，能够实现对电池进行多角度挤压、并采集到多个角度的挤压力值，能够全面测试实际中的倾斜机械滥用过程中的电池的复杂受力。

2、本发明所述电池支撑板在平面上可以移动位置，调节电池的受挤压位置，能够对电池多点挤压，实现对于电池的多点测试。

3、本发明所述挤压轴固定板螺柱伺服电机转速可调，能够实现固定速度的挤压、垂直均匀加力挤压和均匀加力挤压。

4、本发明中由于结合使用液体温控系统，能够实现不同温度下的挤压测试。

附图说明

图1为测试装置的主体结构主视图；

图2为测试装置的主体结构侧视图；

图3为底部支架及倾斜度调节机构示意图；

图4为限位板俯视图；

图5为平面移动机构示意图；

图6为限位滑块示意图；

图7为底座和底部支架定位块纵向运动导轨示意图；

图8为底座和底部支架定位块横向运动导轨示意图；

图9为电池支撑平板及液体温控系统示意图；

图10为平面移动机构中横向运动相关部件位置关系示意图；

图11为电池固定装置示意图；

图12为从动齿轮轴测图；

图13为自动控制系统框图。

100.电池，101.支撑板力值传感器，102.电池支撑板，102-1.第一电池支撑板，102-2.第二电池支撑板，103.主动齿轮轴承，104-1.纵向运动螺纹孔，104-2.横向运动螺纹孔，105.从动齿轮，1051.安装平面，106.从动齿轮轴承，107.底部支架，108.主动齿轮，109.底部支架定位块，110.夹紧板，111.边板，112.旋紧手柄，113.螺杆，201.底座，202.底部支架定位块纵向运动导轨，203.底部支架定位块横向运动导轨，204.底部支架定位块横向运动螺柱，205.底部支架定位块纵向运动螺柱，206.底部支架定位块横向运动伺服电机，207.底部支架定位块纵向运动伺服电机，300.液体温控系统，301. 管道接头，302.内部管道，303. 液体循环管道，304.温控装置，305.支撑板温度传感器，401.挤压轴限位板，402.挤压轴限位板螺纹孔，403.第一光孔，404.挤压轴限位直线轴承，405.挤压轴水平力值传感器，406.第二光孔，407.第三光孔，500.限位滑块，500-1.第一限位滑块，500-2.第二限位滑块，501. 定位滑轮，502.定位滑轮中心轴，503.螺柱限位轴承，601.挤压轴垂直力值传感器，602.挤压轴，603.挤压轴固定板螺柱，604.底部支架主动齿轮伺服电机，605.挤压轴限位板螺柱，606.顶板，607.挤压轴固定板，608.定位光杆，609. 挤压头，610.挤压轴限位板螺柱伺服电机，611.挤压轴固定板螺柱伺服电机，613. 人机界面，614.数据显示存储模块，615.控制电脑。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明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，本领域普通技术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。

实施例一

如图1-2所示，用于锂离子电池机械滥用测试的可调倾斜角度挤压装置包括顶板606、传感器、挤压机构、电池支撑板102、平面移动机构和倾斜度调节机构。

传感器，包括：支撑板力值传感器101，用于采集电池在垂直于支撑板方向所受的力值；挤压轴水平力值传感器405，用于采集挤压电池时挤压轴在所受到的不同方向的水平方向的力值；挤压轴垂直力值传感器601，用于采集挤压轴受到的垂直方向的力值。

挤压机构，包括挤压轴固定板607，位于顶板606下方，开设有一个固定板螺纹孔、A光孔、B光孔和C光孔（挤压轴固定板607上的固定板螺纹孔、A光孔、B光孔和C光孔均未画出），挤压轴602，其顶端通过挤压轴垂直力值传感器601与挤压轴固定板607固定连接；挤压轴限位板401，位于挤压轴固定板607下方，开设有螺纹孔402、第一光孔403、第二光孔406和第三光孔407，中心处有开孔，开孔中设有挤压轴限位直线轴承404，开孔的孔壁上周向均布固定连接多个挤压轴水平力值传感器405，本实施例选用四个挤压轴水平力值传感器405，挤压轴限位直线轴承404的外周壁与挤压轴水平力值传感器405的侧壁活动抵接，挤压轴限位直线轴承404套设在挤压轴602上。

挤压轴固定板螺柱603，与顶板606转动连接，与挤压轴固定板607的固定板螺纹孔螺纹连接，穿设在挤压轴限位板401的第一光孔403中。

挤压轴限位板螺柱605，与顶板606转动连接，穿设在挤压轴固定板607的A光孔中，与挤压轴限位板401的螺纹孔402螺纹连接；A光孔的内径大于挤压轴限位板螺柱605的外径，挤压轴限位板螺柱605穿过其中，使得挤压轴限位板螺柱605可以自由旋转带动挤压轴限位板401垂直运动而不影响挤压轴固定板607。

定位光杆608，二根，与底座201及顶板606固定连接，其中一根穿设在挤压轴限位板401的第二光孔406和挤压轴固定板607的B光孔中，另一根穿设在挤压轴限位板401的第三光孔407和挤压轴固定板607的C光孔中。

挤压轴限位板螺柱伺服电机610，安装在底座201下，用于驱动挤压轴限位板螺柱605转动，挤压轴限位板螺柱伺服电机610转速可调。

挤压轴固定板螺柱伺服电机611，安装在底座201下，用于驱动挤压轴固定板螺柱603转动，挤压轴固定板螺柱伺服电机611转速可调。

挤压轴限位板401，请参见图4，挤压轴限位板401上有挤压轴限位板螺纹孔402，挤压轴限位板螺柱605与该螺纹孔啮合，挤压轴限位板螺柱伺服电机610通过旋转挤压轴限位板螺柱605带动挤压轴限位板401上下移动；此外，挤压轴限位板401上开设有第一光孔403、第二光孔406及第三光孔407，固定在底座201上的两个定位光杆608分别穿过第二光孔406及第三光孔407用于保持挤压轴限位板401在垂直运动过程中的水平。第一光孔403用于穿过挤压轴固定板螺柱603，第一光孔403的直径大于挤压轴固定板螺柱603，因此在挤压轴固定板螺柱603旋转带动挤压轴固定板607垂直运动过程中，不会影响到挤压轴限位板401，可以实现挤压轴限位板401和挤压轴固定板607的独立运动；类似的，挤压轴固定板607在第一光孔403对应的位置上有固定板螺纹孔，挤压轴固定板螺柱603与固定板螺纹孔配合连接，挤压轴固定板螺柱伺服电机611通过旋转挤压轴固定板螺柱603带动挤压轴固定板607上下移动。

图1是装置的结构主视图，挤压轴限位板螺柱605被挤压轴固定板螺柱603所遮挡，挤压轴限位板螺柱伺服电机610被挤压轴固定板螺柱伺服电机611所遮挡，所以挤压轴限位板螺柱605和挤压轴限位板螺柱伺服电机610的标指线采用虚线，图2是装置的结构侧视图，挤压轴限位板螺柱605被定位光杆608所遮挡，所以挤压轴限位板螺柱605的标指线采用虚线。

请参见图3，电池支撑板102，包括相互平行的第一电池支撑板102-1和第二电池支撑板102-2，支撑板力值传感器101设置在第一电池支撑板102-1和第二电池支撑板102-2之间。

请参见图3、5-7和10，平面移动机构，包括底座201，底座201上设有底部支架定位块纵向运动导轨202和底部支架定位块横向运动导轨203；

底部支架定位块横向运动伺服电机206；

底部支架定位块纵向运动伺服电机207；

底部支架定位块109，设置有纵向运动螺纹孔104-1和横向运动螺纹孔104-2，图3中的二条虚线表示不可见的横向运动螺纹孔104-2。

限位滑块500，包括结构相同的第一限位滑块500-1和第二限位滑块500-2，第一限位滑块500-1与底部支架定位块横向运动导轨203滑动连接，第二限位滑块500-2与底部支架定位块纵向运动导轨202滑动连接。

限位滑块500上设置有定位滑轮中心轴502, 定位滑轮中心轴502转动连接有定位滑轮501，底部支架定位块纵向运动导轨202和底部支架定位块横向运动导轨203外侧上开设有与定位滑轮501相匹配的滑动槽。

如图6所示，限位滑块500上设置有定位滑轮501，定位滑轮501与限位滑块500通过定位滑轮中心轴502连接，使得定位滑轮501可以进行转动。底座上的运动导轨上下外侧上下端面开有与定位滑轮501相匹配的滑动槽，使得滑轮可以在槽内进行旋转使得底部支架定位块109的运动更加平滑。

如图10所示，以横向运动为例，一对底部支架定位块横向运动螺柱204连接至第一限位滑块500-1上，第一限位滑块500-1用于保证底部支架定位块109在运动过程中的直线性。底部支架定位块横向运动螺柱204与第一限位滑块500-1之间通过螺柱限位轴承503相连，使得螺纹轴可以自由旋转。如图7-8所示，底座201上设置有用于固定限位滑块直线运动的底部支架定位块纵向运动导轨202和底部支架定位块横向运动导轨203。

底部支架定位块横向运动螺柱204，与横向运动螺纹孔104-2螺纹连接，其一端通过螺柱限位轴承503与第一限位滑块500-1转动连接，另一端与底部支架定位块横向运动伺服电机206的转轴固定连接。

底部支架定位块纵向运动螺柱205，与纵向运动螺纹孔104-1螺纹连接，其一端通过螺柱限位轴承503与第二限位滑块500-2转动连接，另一端与底部支架定位块纵向运动伺服电机207的转轴固定连接。

如图5所示，底部支架定位块横向运动螺柱204和横向运动螺纹孔104-2、底部支架定位块纵向运动螺柱205和纵向运动螺纹孔104-1的数量相匹配。

本实施例，为了增加底部支架定位块109运动过程中的稳定性，底部支架定位块横向运动螺柱204、横向运动螺纹孔104-2、底部支架定位块纵向运动螺柱205和纵向运动螺纹孔104-1都采用一对成双形式，各取二个。

请参见图2、3和13，倾斜度调节机构，包括：

底部支架107,与底部支架定位块109固定连接;

主动齿轮108, 与主动齿轮108中心轴固定连接，主动齿轮108中心轴与主动齿轮轴承103固定连接，并通过主动齿轮轴承103与底部支架107转动连接。

从动齿轮105, 与从动齿轮中心轴固定连接，从动齿轮中心轴通过从动齿轮轴承106与底部支架107转动连接, 从动齿轮105与主动齿轮108相互啮合连接。从动齿轮105的外侧面被平行从动齿轮中心轴的平面切除一部分，形成安装平面1051，从动齿轮105通过安装平面1051与电池支撑板102固定连接。图12为从动齿轮的轴测图，图中从动齿轮105上部的矩形平面即是安装平面1051。

从动齿轮105的轴向端面上，设置倾斜角度标尺（未画出），底部支架主动齿轮伺服电机604人工启动，倾斜角度达到目标角度即关闭；也可以对倾斜角度、等集中自动控制，有关自动控制的方案在实施例三中说明。

底部支架主动齿轮伺服电机604，其转轴与主动齿轮108中心轴固定连接，用于驱动主动齿轮108转动，进而调节电池支撑板102的倾斜角度。

请参见图11，为了防止电池支撑板102时倾斜时，电池从电池支撑板102上滑移，在电池支撑板102上对称设置电池固定装置，包括：夹紧板110、边板111、旋紧手柄112和螺杆113，边板111固定连接在电池支撑板102上层板的第一电池支撑板102-1的左右两侧边，边板111上设有螺纹孔，螺杆113通过螺纹孔与边板111螺纹连接，夹紧板110与第一电池支撑板102-1滑动连接，夹紧板110上设有转动轴承，螺杆113的一端通过转动轴承与夹紧板110转动连接，旋紧手柄112固定连接在螺杆113的另一端，夹紧板110和边板111高度均低于电池100的厚度，避免挤压电池时，挤压头609触碰到夹紧板110和边板111。

本发明所谓的固定电池是指：在支撑板102发生倾斜时，摆放在支撑板102上的电池100不发生滑移。

固定电池的方法是：电池100摆放在第一电池支撑板102-1的两块夹紧板110之间，手动旋紧两侧的旋紧手柄112，螺杆113推动两块夹紧板110逐渐靠拢，并夹紧电池100，使电池100在支撑板102发生倾斜时，不发生滑移；解除固定电池的过程与固定过程相反。

实施例二

电池在实际使用中可能处于不同的环境温度下。

请参见图9，液体温控系统300，是为了给电池支撑板102循环输送不同温度的液体，

包括：内部管道302，设置在电池支撑板102上层板的第一电池支撑板102-1内部；

液体循环管道303，一端通过管道接头301与内部管道302相通连，另一端与温控装置304相通连；

温控装置304，用于保持电池温度，具体的使用中可以根据需要进行设置。包括水泵、加热器和冷却机，外部液体经加热器加热或经冷却机冷却后，由水泵向液体循环管道303循环输送。

液体是无水酒精或硅油或水，加热器和冷却机设有调温开关，操作人员可根据目标温度调节液体温度，待电池温度与目标温度一致后，可以进行目标温度下的多角度挤压测试；也可以在之前的测试结束后，更改外部液体温度，实现不同温度下的挤压测试。

为了集中自动控制，在电池支撑板102上层板的第一电池支撑板102-1内部还设置有支撑板温度传感器305，采集支撑板102的温度信号，经控制电脑615处理，输出控制信号控制加热器和冷却机的调温开关，有关自动控制的方案在实施例三中说明。

实施例三

利用上述用于锂离子电池机械滥用测试的可调倾斜角度挤压装置，对电池机械滥用测试方法，包括如下具体步骤：

步骤一S1：固定电池

将电池固定在第一电池支撑板102-1上；

步骤二S2：调节电池支撑板的倾斜角度

通过底部支架主动齿轮伺服电机604将电池支撑板102的倾斜角度调节至目标角度；

步骤三S3：调节底部支架定位块平面上位置

通过底部支架定位块横向运动伺服电机206和底部支架定位块纵向运动伺服电机207调节底部支架定位块109在平面上位置，从而调节电池的受挤压位置；

步骤四S4：调节挤压轴固定板607和挤压轴限位板401的垂直位置

通过挤压轴限位板螺柱伺服电机610，驱动挤压轴限位板螺柱605转动，调节挤挤压轴限位板401的垂直位置；

通过挤压轴固定板螺柱伺服电机611，驱动挤压轴固定板螺柱603转动，调节挤压轴固定板607的垂直位置，使挤压头609即将接触电池表面的同时，挤压轴限位板401不影响观察电池的热失控火焰；

步骤五S5：挤压测试

控制挤压轴固定板螺柱伺服电机611带动挤压轴固定板607下压，使得挤压头609对电池进行挤压测试；

步骤六S6：挤压力值采集

在步骤五S5测试过程中，

通过挤压轴垂直力值传感器601采集其受到挤压轴的垂直方向的力值：

通过挤压轴水平力值传感器405采集其受到挤压轴的水平方向的力值；

通过支撑板力值传感器101采集电池受到在垂直于电池支撑板102的力值；

步骤七S7：

S7-1，重新选定电池的受压位置

以上挤压测试结束后，抬起挤压头609，在电池未出现起火爆炸等的情况下，重复S3，重新选定电池的受压位置，重复S4-6，实现对于电池的多点测试；

和/或，S7-2，重新调节电池支撑板的倾斜角度

以上挤压测试结束后，抬起挤压头609，在电池未损坏的情况下，重复S2，对电池支撑板102的倾斜角度调节至不同目标角度，重复S4-6，实现对于电池的多倾斜角度的测试。

其中，在执行步骤S1-7的全过程中，

启动液体温控系统300，为电池支撑板102循环输送不同温度的液体，实现不同温度下的挤压测试：

加热器和冷却机，均设有温控开关，控制加热或冷却温度。

当需要在高温下挤压测试时，根据目标温度，设定调温开关的加热温度，加热器工作，加热液体，由水泵向液体循环管道303循环输送高温液体；

当需要在低温下挤压测试时，根据目标温度，设定调温开关的冷却温度，冷却机工作，冷却液体，由水泵向液体循环管道303循环输送低温液体。

其中，步骤S2于步骤S3之前执行；或者，步骤S2和步骤S3同时执行；或者，步骤S2于步骤S3之后执行。

其中，步骤S5中，采取以下措施控制调节挤压轴固定板螺柱伺服电机611转速，对电池进行挤压测试：

通过调节挤压轴固定板螺柱伺服电机611的转速，调节挤压速度，实现固定速度的挤压，具体的，挤压轴固定板螺柱伺服电机611采用调速开关调节转速，得到不同的固定速度，也可以自动控制调节其转速。

请参见图13，图13为自动控制系统框图，为了提高本发明自动化程度，采用电脑控制：1. 电池支撑板102的倾斜角度；2. 挤压轴固定板螺柱伺服电机611的转速；3.加热器和冷却机的启动与关闭及温度调节；4.底部支架定位块横向运动伺服电机206的启动与关闭；5. 底部支架定位块纵向运动伺服电机207的启动与关闭；6.挤压轴限位板螺柱伺服电机610的启动与关闭。

自动控制系统包括控制电脑615、人机界面613、数据显示存储模块614、传感器信号输入接口、电机控制信号输出接口、液体温控系统控制信号输出接口。

支撑板力值传感器101、支撑板温度传感器305、挤压轴水平力值传感器405、挤压轴垂直力值传感器601和倾斜角度传感器612的信号输出端分别接入传感器信号输入接口相应的输入端。

底部支架定位块横向运动伺服电机206、底部支架定位块纵向运动伺服电机207、挤压轴限位板螺柱伺服电机610、底部支架主动齿轮伺服电机604和挤压轴固定板螺柱伺服电机611的控制信号输入端分别接入电机控制信号输出接口相应的输出端。

控制电脑615用于处理传感器信息和将测试数据实时通过数据显示存储模块614进行显示，并同时存储测试信息。

当要调整电池位置时，操作人员通过人机界面613输入电池目标位置参数后，控制电脑615根据输入的位置参数和现有位置下达指令，控制底部支架定位块横向运动伺服电机206和底部支架定位块纵向运动伺服电机207启动并移动相应的距离，达到调整电池位置的目的。

当要调整电池支撑板102倾斜角度时，操作人员通过人机界面613输入目标倾斜角度，控制电脑615根据倾斜角度传感器612探测到的现有电池支撑板102的倾斜角度，计算与目标倾斜角度的差值，控制底部支架主动齿轮伺服电机604调整电池支撑板102的倾斜角度，倾斜角度传感器612继续探测电池支撑板102的倾斜角度，当达到目标倾斜角度时，即关闭底部支架主动齿轮伺服电机604。

当要调整电池支撑板102温度时，操作人员通过人机界面613输入目标温度，控制电脑615根据支撑板温度传感器305探测到的现有电池支撑板102的温度，计算与目标温度的差值，控制液体温控系统300的加热器和冷却机调节温度，支撑板温度传感器305继续探测电池支撑板102的温度，当达到目标温度时，停止调温，达到控温目的。

挤压轴固定板螺柱伺服电机611的转速调整方式有三种：挤压过程中，控制电脑可根据挤压轴垂直力值传感器601的数据调整挤压轴固定板螺柱伺服电机611的转速，实现垂直方向的均匀挤压；也可以以固定转速控制挤压轴固定板螺柱伺服电机611实现匀速挤压；也可以根据支撑板力值传感器101的数据，调整挤压轴固定板螺柱伺服电机611的转速，实现垂直电池方向的均匀挤压。

同时，将支撑板力值传感器101、挤压轴水平力值传感器405、挤压轴垂直力值传感器601和挤压头609的位移在数据显示存储模块614进行显示和存储。

Claims (9)

1.一种用于锂离子电池机械滥用测试的可调倾斜角度挤压装置，其特征在于，包括

顶板（606）；

传感器，用于采集垂直方向、水平方向和垂直于倾斜面方向的挤压力值；

挤压机构，对电池施以挤压；

电池支撑板（102），用于固定电池；

平面移动机构，用于使电池支撑板（102）在平面上横向移动和/或纵向移动；

倾斜度调节机构，用于调节电池的倾斜度，实现对电池不同倾斜度的挤压；

传感器，包括：

支撑板力值传感器（101），用于采集电池在垂直于支撑板方向所受的力值；

挤压轴水平力值传感器（405），用于采集挤压电池时挤压轴在所受到的不同方向的水平方向的力值；

挤压轴垂直力值传感器（601），用于采集挤压轴受到的垂直方向的力值；

挤压机构，包括：

挤压轴固定板（607），位于顶板（606）下方，开设有一个固定板螺纹孔、A光孔、B光孔和C光孔；

挤压轴（602），其顶端通过挤压轴垂直力值传感器（601）与挤压轴固定板（607）固定连接；

挤压轴限位板（401），位于挤压轴固定板（607）下方，开设有螺纹孔（402）、第一光孔（403）、第二光孔（406）和第三光孔（407），中心处有开孔，开孔中设有挤压轴限位直线轴承（404），开孔的孔壁上周向均布固定连接多个挤压轴水平力值传感器（405），挤压轴限位直线轴承（404）的外周壁与挤压轴水平力值传感器（405）的侧壁活动抵接，挤压轴限位直线轴承（404）套设在挤压轴（602）上；

挤压轴固定板螺柱（603），与顶板（606）转动连接，与挤压轴固定板（607）的固定板螺纹孔螺纹连接，穿设在挤压轴限位板（401）的第一光孔（403）中；

挤压轴限位板螺柱（605），与顶板（606）转动连接，穿设在挤压轴固定板（607）的A光孔中，与挤压轴限位板（401）的螺纹孔（402）螺纹连接；

定位光杆（608），二根，与底座（201）及顶板（606）固定连接，其中一根穿设在挤压轴限位板（401）的第二光孔（406）和挤压轴固定板（607）的B光孔中，另一根穿设在挤压轴限位板（401）的第三光孔（407）和挤压轴固定板（607）的C光孔中；

挤压轴限位板螺柱伺服电机（610），安装在底座（201）下，用于驱动挤压轴限位板螺柱（605）转动，挤压轴限位板螺柱伺服电机（610）转速可调；

挤压轴固定板螺柱伺服电机（611），安装在底座（201）下，用于驱动挤压轴固定板螺柱（603）转动，挤压轴固定板螺柱伺服电机（611）转速可调。

2.根据权利要求1的用于锂离子电池机械滥用测试的可调倾斜角度挤压装置，其特征在于，

电池支撑板（102），包括相互平行的第一电池支撑板（102-1）和第二电池支撑板（102-2），支撑板力值传感器（101）设置在第一电池支撑板（102-1）和第二电池支撑板（102-2）之间；

平面移动机构，包括

底座（201），底座（201）上设有底部支架定位块纵向运动导轨（202）和底部支架定位块横向运动导轨（203）；

底部支架定位块横向运动伺服电机（206）；

底部支架定位块纵向运动伺服电机（207）；

底部支架定位块（109），设置有纵向运动螺纹孔（104-1）和横向运动螺纹孔（104-2）；

限位滑块（500），包括结构相同的第一限位滑块（500-1）和第二限位滑块（500-2），第一限位滑块（500-1）与底部支架定位块横向运动导轨（203）滑动连接，第二限位滑块（500-2）与底部支架定位块纵向运动导轨（202）滑动连接；

底部支架定位块横向运动螺柱（204），与横向运动螺纹孔（104-2）螺纹连接，其一端通过螺柱限位轴承(503)与第一限位滑块（500-1）转动连接，另一端与底部支架定位块横向运动伺服电机（206）的转轴固定连接；

底部支架定位块纵向运动螺柱（205），与纵向运动螺纹孔（104-1）螺纹连接，其一端通过螺柱限位轴承(503)与第二限位滑块（500-2）转动连接，另一端与底部支架定位块纵向运动伺服电机（207）的转轴固定连接；

倾斜度调节机构，包括：

底部支架（107）,与底部支架定位块(109)固定连接；

主动齿轮(108), 与主动齿轮(108)中心轴固定连接，主动齿轮(108)中心轴与主动齿轮轴承(103)固定连接，并通过主动齿轮轴承(103)与底部支架(107)转动连接；

从动齿轮(105), 与从动齿轮中心轴固定连接，从动齿轮中心轴通过从动齿轮轴承(106)与底部支架(107)转动连接, 从动齿轮(105)与主动齿轮(108)相互啮合连接；从动齿轮(105)的外侧面被平行从动齿轮中心轴的平面切除一部分，形成安装平面（1051），从动齿轮(105)通过安装平面与电池支撑板（102）固定连接；

底部支架主动齿轮伺服电机(604)，其转轴与主动齿轮(108)中心轴固定连接，用于驱动主动齿轮（108）转动。

3.根据权利要求2的用于锂离子电池机械滥用测试的可调倾斜角度挤压装置，其特征在于，限位滑块（500）上设置有定位滑轮中心轴(502), 定位滑轮中心轴(502)转动连接有定位滑轮(501)，底部支架定位块纵向运动导轨（202）和底部支架定位块横向运动导轨（203）外侧上开设有与定位滑轮（501）相匹配的滑动槽。

4.根据权利要求3的用于锂离子电池机械滥用测试的可调倾斜角度挤压装置，其特征在于，底部支架定位块横向运动螺柱（204）和横向运动螺纹孔（104-2）、底部支架定位块纵向运动螺柱（205）和纵向运动螺纹孔（104-1）的数量相匹配。

5.根据权利要求4的用于锂离子电池机械滥用测试的可调倾斜角度挤压装置，其特征在于，还包括液体温控系统（300），为电池支撑板（102）循环输送不同温度的液体；

所述液体温控系统包括：

内部管道（302），设置在电池支撑板（102）上层板的第一电池支撑板（102-1）内部；

液体循环管道（303），一端通过管道接头（301）与内部管道（302）相通连，另一端与温控装置（304）相通连；

温控装置（304），包括水泵、加热器和冷却机，外部液体经加热器加热或经冷却机冷却后，由水泵向液体循环管道（303）循环输送。

6.基于权利要求5所述的用于锂离子电池机械滥用测试的可调倾斜角度挤压装置的测试方法，其特征在于：电池机械滥用测试方法，包括如下步骤：

步骤一S1：固定电池：

将电池固定在第一电池支撑板（102-1）上；

步骤二S2：调节电池支撑板的倾斜角度：

通过底部支架主动齿轮伺服电机（604）将电池支撑板（102）的倾斜角度调节至目标角度；

步骤三S3：调节底部支架定位块平面上位置：

通过底部支架定位块横向运动伺服电机（206）和底部支架定位块纵向运动伺服电机（207）调节底部支架定位块（109）在平面上位置，从而调节电池的受挤压位置；

步骤四S4：调节挤压轴固定板（607）和挤压轴限位板（401）的垂直位置：

通过挤压轴限位板螺柱伺服电机（610），驱动挤压轴限位板螺柱（605）转动，调节挤压轴限位板（401）的垂直位置；

通过挤压轴固定板螺柱伺服电机（611），驱动挤压轴固定板螺柱（603）转动，调节挤压轴固定板（607）的垂直位置，使挤压头（609）即将接触电池表面的同时，挤压轴限位板（401）不影响观察电池的热失控火焰；

步骤五S5：挤压测试：

控制挤压轴固定板螺柱伺服电机（611）带动挤压轴固定板（607）下压，使得挤压头（609）对电池进行挤压测试；

步骤六S6：挤压力值采集：

在步骤五S5测试过程中，

通过挤压轴垂直力值传感器（601）采集其受到挤压轴的垂直方向的力值：

通过挤压轴水平力值传感器（405）采集其受到挤压轴的水平方向的力值；

通过支撑板力值传感器（101）采集电池受到在垂直于电池支撑板（102）的力值；

步骤七S7：

S7-1，重新选定电池的受压位置：

以上挤压测试结束后，抬起挤压头（609），在电池未损坏的情况下，重复S3，重新选定电池的受压位置，重复S4-6，实现对于电池的多点测试；

和/或，S7-2，重新调节电池支撑板的倾斜角度：

以上挤压测试结束后，抬起挤压头（609），在电池未损坏的情况下，重复S2，对电池支撑板（102）的倾斜角度调节至不同目标角度，重复S4-6，实现对于电池的多倾斜角度的测试。

7.根据权利要求6所述的用于锂离子电池机械滥用测试的可调倾斜角度挤压装置的测试方法，其特征在于：在执行步骤S1-7的全过程中，启动液体温控系统（300），为电池支撑板（102）循环输送不同温度的液体，实现不同温度下的挤压测试：

当需要在高温下挤压测试时，加热器工作，加热液体，由水泵向液体循环管道（303）循环输送高温液体；

当需要在低温下挤压测试时，冷却机工作，冷却液体，由水泵向液体循环管道（303）循环输送低温液体。

8.根据权利要求6所述用于锂离子电池机械滥用测试的可调倾斜角度挤压装置的测试方法，其特征在于，步骤S2于步骤S3之前执行；或者，步骤S2和步骤S3同时执行；或者，步骤S2于步骤S3之后执行。

9.根据权利要求6所述用于锂离子电池机械滥用测试的可调倾斜角度挤压装置的测试方法，其特征在于，步骤S5中，采取以下措施控制调节挤压轴固定板螺柱伺服电机（611）转速，对电池进行挤压测试：

通过调节挤压轴固定板螺柱伺服电机（611）的转速，调节挤压速度，实现固定速度的挤压；

或者，通过挤压轴垂直力值传感器（601）的力值变化，调节挤压轴固定板螺柱伺服电机（611）的转速，实现垂直均匀加力挤压；

或者，通过支撑板力值传感器（101）的力值变化，调节挤压轴固定板螺柱伺服电机（611）的转速，实现垂直电池表面均匀加力挤压。