CN208672775U - 一种锂电池热失效检测系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种锂电池热失效检测系统，包括测试器、LD激光发射器、高速开关电路、LD偏置电压、脉冲发生器、显示单元、单片机、电源模块、TDC时间数字转换器、时刻鉴别电路、放大整形电路、光电探测器，利用测试锂电池在试验温度段内的泊松比即电池横截面热应变量与电池轴向热应变量的比值的方法，通过测试数据与标准合格样品的泊松比数据的对比来判断被测电池的热失效程度。
Description
技术领域
本实用新型涉及锂电池领域，更具体地讲，涉及一种锂电池热失效检测系统。
背景技术
锂电池是一类由锂金属或锂合金为负极材料、使用非水电解质溶液的电池。由于锂金属的化学特性非常活泼，使得锂金属的加工、保存、使用，对环境要求非常高。锂电池具有能量密度大，平均输出电压高，工作温度范围宽，循环性能优越、可快速充放电、输出功率大、使用寿命长、不含有毒有害物质等特点，被称为绿色电池。目前，锂电池已经广泛应用于笔记本电脑、平板电脑、手机与移动电源等消费电子产品中，尤其在新能源汽车领域的发展势头最为强劲。然而，对于锂电池，热失控是最严重的安全事故，它会引起锂电池起火甚至爆炸，直接威胁用户的安全。影响锂离子电池热失控的因素可以分为两个，一个是电池内部的产热速率，另外一个是锂电池的散热速率。传统的热分析工具，一般假设锂电池的产热在整个体积内是均匀的。然而，研究显示锂电池内部存在较大的温度梯度，因此仅从电池表面温度很难预测判断电池的失效率。再者，锂电池温度较高时会发生较大的不规则热变形，传统的通过傅里叶定律计算热导率来预测电池失效度的方法将不再适用，因此开发出一种简单、可靠、高效的锂电池热失效检测系统对于电子工业产品的制造与推广具有重要的实用价值。
发明内容
本实用新型为了解决现有技术存在的上述不足，提供了一种锂电池热失效检测系统，通过热变形量的测定判断被测锂电池是否热失效，具有结构简单、可靠性强、效率高等特点，为达到上述目的，本实用新型通过以下技术方案来实现：
一种锂电池热失效检测系统，包括测试器、LD激光发射器、高速开关电路、LD 偏置电压、脉冲发生器、显示单元、单片机、电源模块、TDC时间数字转换器、时刻鉴别电路、放大整形电路、光电探测器，其中测试器为系统的核心部件包括激光器、顶盖、套筒、激光器支架、螺纹顶杆、V型块夹板、弹簧、滑道端盖、滑道、底座、加热管、锂电池，电源模块为整个测试系统提供驱动电能包含整流设备、直流配电设备、直流交流变换器。测试系统采用单片机为控制器，通过脉冲发生器产生单脉冲信号控制高速开关电路，LD偏置电压驱动高速开关电路的闭合与中断，LD激光发射器发射激光至测试器，反射信号经光电探测器收集经过放大整形电路去除杂波，通过时刻鉴别电路与TDC时间数字转换器将时间间隔数字信号穿入单片机内，通过显示单元显示被测电池的热变形量、泊松比、失效度等参数。测试器主要由顶盖、套筒、底座三部分组成，底座上焊接有矩形滑道，滑道端盖通过螺钉与滑道固连，V型块夹板插入滑道内的矩形槽内，通过旋转螺纹顶杆可向内顶紧V型块夹板，弹簧一端与V型块夹板焊接，另一端与滑道端盖，被测锂电池放在底座的圆形凸台上并通过V型块夹板被固定夹紧，激光器集成了 LD激光发射器与光电探测器的功能，并通过螺钉固定在底座内并通过底座中心处的圆形通孔采集电池底部热变形量的激光信号，套筒与底座通过螺纹连接，套筒圆柱面上对称的四条母线上加工有8个通孔用于安装8个激光器，激光器通过螺钉固定在激光器支架上，通过通孔采集电池高度方向上不同位置的热变形量的激光信号，激光器支架底部加工成弧面，弧面曲率与套筒圆柱面相同，并通过螺钉固定在套筒圆柱面上，顶盖与套筒通过螺纹连接，激光器通过螺钉固定在顶盖上通过通孔采集电池顶部热变形量的激光信号，加热管通过顶盖插入套筒内，用于加热锂电池的环境温度，在实际应用中，电池热失效主要是由于内部产热量过大，引起内压过大造成电池内部材料熔化喷射。本系统可以测试锂电池在试验温度段内的泊松比即电池横截面热应变量与电池轴向热应变量的比值，通过测试数据与标准合格样品的泊松比数据的对比来判断被测电池的热失效程度。
进一步的，本实用新型所述的激光器采用高精度CMOS激光位移传感器 LK-G30/G35系列，测距范围25mm～50mm，测量精度2um，采样时间间隔3ms-33ms。
进一步的，作为一种具体的结构形式，本实用新型所述的底座焊接有矩形滑道，激光器通过螺钉固定在底座内并通过底座中心处的圆形通孔采集电池底部热变形量的激光信号，套筒(103)与底座通过螺纹连接，锂电池放在底座的圆形凸台上并通过V型块夹板(106)被固定夹紧，底座采用Al2O3绝热陶瓷材料通过热压机压铸成形。
进一步的，作为一种具体的结构形式，本实用新型所述的套筒采用Al2O3绝热陶瓷材料通过热压机压铸成形，套筒圆柱面上对称的四条母线上加工有8 个通孔用于安装8个激光器，套筒顶部通过内螺纹与顶盖连接。
进一步的，作为一种具体的结构形式，本实用新型所述的顶盖通过螺钉将激光器固定在顶盖上，通过顶盖中心的通孔采集电池顶部热变形量的激光信号，加热管插入通过顶盖插入套筒内加热锂电池，顶盖上加工有直径为 0.5mm～1.5的均布的排气通孔，顶盖采用Al2O3绝热陶瓷材料通过热压机压铸成形。
进一步的，作为一种具体的结构形式，本实用新型所述的V型块夹板插入滑道内的矩形槽内，通过旋转螺纹顶杆可向内顶紧V型块夹板，弹簧一端与V 型块夹板焊接，另一端与滑道端盖，被测锂电池放在底座的圆形凸台上并通过V 型块夹板被固定夹紧。
附图说明
下面利用附图来对本实用新型作进一步的说明，但是附图中的实施例不构成对本实用新型的任何限制。
图1为本实用新型的一种锂电池热失效检测系统的功能组成图；
图2为本实用新型的一种锂电池热失效检测系统的测试器爆炸视图；
图3为本实用新型的一种锂电池热失效检测系统的测试器总装图的主视图；
图4为本实用新型的一种锂电池热失效检测系统的测试器总装图的左视图；
图5为本实用新型的一种锂电池热失效检测系统的测试器总装图的俯视图；
图6为本实用新型的一种锂电池热失效检测系统的测试器的顶盖的主视图；
图7为本实用新型的一种锂电池热失效检测系统的测试器的顶盖的左视图；
图8为本实用新型的一种锂电池热失效检测系统的测试器的顶盖的俯视图；
图9为本实用新型的一种锂电池热失效检测系统的测试器的套筒的主视图；
图10为本实用新型的一种锂电池热失效检测系统的测试器的套筒的左视图；
图11为本实用新型的一种锂电池热失效检测系统的测试器的套筒的俯视图；
图12为本实用新型的一种锂电池热失效检测系统的测试器的激光器支架的俯视图；
图13为本实用新型的一种锂电池热失效检测系统的测试器的激光器支架的俯视图；
图14为本实用新型的一种锂电池热失效检测系统的测试器的激光器支架的俯视图；
图15为本实用新型的一种锂电池热失效检测系统的测试器的螺纹顶杆的俯视图；
图16为本实用新型的一种锂电池热失效检测系统的测试器的螺纹顶杆的俯视图；
图17为本实用新型的一种锂电池热失效检测系统的测试器的螺纹顶杆的俯视图；
图18为本实用新型的一种锂电池热失效检测系统的测试器的V型块夹板的俯视图；
图19为本实用新型的一种锂电池热失效检测系统的测试器的V型块夹板的俯视图；
图20为本实用新型的一种锂电池热失效检测系统的测试器的V型块夹板的俯视图；
图21为本实用新型的一种锂电池热失效检测系统的测试器的滑道端盖的主视图；
图22为本实用新型的一种锂电池热失效检测系统的测试器的滑道端盖的左视图；
图23为本实用新型的一种锂电池热失效检测系统的测试器的滑道端盖的俯视图；
图24为本实用新型的一种锂电池热失效检测系统的测试器的底座的主视图；
图25为本实用新型的一种锂电池热失效检测系统的测试器的底座的左视图；
图26为本实用新型的一种锂电池热失效检测系统的测试器的底座的俯视图；
图27为本实用新型的一种锂电池热失效检测系统的测试器的测试数据对比图。
具体实施方式
为了使本实用新型的内容更容易被清楚地理解，下面根据具体实施例并结合附图，对本实用新型做进一步详细说明。
如图1～26所示，本实用新型设计的一种锂电池热失效检测系统包括测试器(1)、LD激光发射器(2)、高速开关电路(3)、LD偏置电压(4)、脉冲发生器(5)、显示单元(6)、单片机(7)、电源模块(8)、TDC时间数字转换器(9)、时刻鉴别电路(10)、放大整形电路(11)、光电探测器(12)，其中测试器(1)包括激光器(101)、顶盖(102)、套筒(103)、激光器支架 (104)、螺纹顶杆(105)、V型块夹板(106)、弹簧(107)、滑道端盖(108)、滑道(109)、底座(110)、加热管(111)、锂电池(112)，电源模块(8) 为整个测试系统提供驱动电能包含整流设备、直流配电设备、直流交流变换器。测试系统采用单片机(7)为控制器，通过脉冲发生器(5)产生单脉冲信号控制高速开关电路(3)，LD偏置电压(4)驱动高速开关电路(3)，LD激光发射器 (2)发射激光至测试器(1)，反射信号经光电探测器(12)收集经过放大整形电路(11)去除杂波，通过时刻鉴别电路(10)与TDC时间数字转换器(9)将时间间隔数字信号穿入单片机(7)内，通过显示单元(6)显示被测电池的热变形量、泊松比、失效度等参数。测试器(1)主要由顶盖(102)、套筒(103)、底座(110)三部分组成，底座(110)上焊接有矩形滑道(109)，滑道端盖(108) 通过螺钉与滑道(109)固连，V型块夹板(106)插入滑道(109)内的矩形槽内，通过旋转螺纹顶杆(105)可向内顶紧V型块夹板(106)，弹簧(107)一端与V型块夹板(106)焊接，另一端与滑道端盖(108)，被测锂电池(112) 放在底座(110)的圆形凸台上并通过V型块夹板(106)被固定夹紧，激光器(101) 集成了LD激光发射器(2)与光电探测器(12)的功能，并通过螺钉固定在底座 (110)内并通过底座中心处的圆形通孔采集电池底部热变形量的激光信号，激光器支架(104)底部加工成弧面，弧面曲率与套筒(103)圆柱面相同，并通过螺钉固定在套筒(103)圆柱面上，套筒(103)与底座(110)通过螺纹连接，套筒(103)圆柱面上对称的四条母线上加工有8个通孔用于放置8个激光器 (101)，激光器(101)通过螺钉固定在激光器支架(104)上，激光器支架(104) 通过螺钉固定在套筒(103)圆柱面上，通过通孔采集电池高度方向上不同位置的热变形量的激光信号，顶盖(102)与套筒(103)通过螺纹连接，激光器(101) 通过螺钉固定在顶盖(102)上通过通孔采集电池顶部热变形量的激光信号，加热管(111)插入通过顶盖(102)插入套筒(103)内，用于加热锂电池(112) 的环境温度。
如图27所示为一种锂电池热失效检测系统的测试器的测试数据对比图，实线为标准合格电池的泊松比随温度的变化曲线，虚线为热失效度较高的被测电池的泊松比曲线，被测电池在210℃左右，泊松比开始超越标准曲线，存在较大热失效度。
本实用新型的工作原理如下：将被测试锂电池(112)插入底座(110)，锂电池(112)中心对准底座(110)凸台中心，通过螺纹顶杆(105)顶紧V型块夹板(106)，使V型块夹板(106)夹紧被测电池，将套筒(103)与底座(110) 通过螺纹连接，将加热管(111)插入顶盖(102)后通过螺纹与套筒(103)连接，底座(110)与顶盖(102)中心处安装有激光器(101)用于采集，锂电池 (112)轴向热应变量的模拟信号。套筒(103)圆柱面上对称的四条母线上加工有8个通孔用于放置8个激光器(101)用于采集锂电池(112)轴向横截面的热应变量的模拟信号，激光器(101)输出的模拟信号经光电探测器(12)收集经过放大整形电路(11)去除杂波，通过时刻鉴别电路(10)与TDC时间数字转换器(9)将时间间隔数字信号穿入单片机(7)内，通过显示单元(6)显示被测电池的热变形量、泊松比、失效度等参数，经过数据对比判断被测锂电池(112) 的失效度。
以上所述，仅为本实用新型较佳实施例而已，故不能依次限定本实用新型实施的范围，即依本实用新型专利范围及说明书内容所做的等效变化与修饰，皆应仍属本实用新型涵盖的范围内。
Claims (7)
1.一种锂电池热失效检测系统，其特征在于本检测系统包括：测试器(1)、LD激光发射器(2)、高速开关电路(3)、LD偏置电压(4)、脉冲发生器(5)、显示单元(6)、单片机(7)、电源模块(8)、TDC时间数字转换器(9)、时刻鉴别电路(10)、放大整形电路(11)、光电探测器(12)，其中测试器(1)包括激光器(101)、顶盖(102)、套筒(103)、激光器支架(104)、螺纹顶杆(105)、V型块夹板(106)、弹簧(107)、滑道端盖(108)、滑道(109)、底座(110)、加热管(111)、锂电池(112)，电源模块(8)为整个测试系统提供驱动电能包含整流设备、直流配电设备、直流交流变换器，测试系统采用单片机(7)为控制器，通过脉冲发生器(5)产生单脉冲信号控制高速开关电路(3)，LD偏置电压(4)驱动高速开关电路(3)，LD激光发射器(2)发射激光至测试器(1)，反射信号经光电探测器(12)收集经过放大整形电路(11)去除杂波，通过时刻鉴别电路(10)与TDC时间数字转换器(9)将时间间隔数字信号穿入单片机(7)内，通过显示单元(6)显示被测电池的热变形量和泊松比，测试器(1)主要由顶盖(102)、套筒(103)、底座(110)三部分组成，底座(110)上焊接有矩形滑道(109)，滑道端盖(108)通过螺钉与滑道(109)固连，V型块夹板(106)插入滑道(109)内的矩形槽内，通过旋转螺纹顶杆(105)可向内顶紧V型块夹板(106)，弹簧(107)一端与V型块夹板(106)焊接，另一端与滑道端盖(108)，被测锂电池(112)放在底座(110)的圆形凸台上并通过V型块夹板(106)被固定夹紧，激光器(101)通过螺钉固定在底座(110)内并通过底座(110)中心处的圆形通孔采集电池底部热变形量的激光信号，套筒(103)与底座(110)通过螺纹连接，套筒(103)圆柱面上对称的四条母线上加工有8个通孔用于放置8个激光器(101)，激光器(101)通过螺钉固定在激光器支架(104)上，激光器支架(104)通过螺钉固定在套筒(103)圆柱面上，通过通孔采集电池高度方向上不同位置的热变形量的激光信号，顶盖(102)与套筒(103)通过螺纹连接，激光器(101)通过螺钉固定在顶盖(102)上通过通孔采集电池顶部热变形量的激光信号，加热管(111)通过顶盖(102)插入套筒(103)内加热锂电池(112)。
2.根据权利要求1所述的一种锂电池热失效检测系统，其特征在于所述的激光器(101)采用高精度CMOS激光位移传感器LK-G30/G35系列，测距范围25mm～50mm，测量精度2um，采样时间间隔3ms-33ms。
3.根据权利要求1所述的一种锂电池热失效检测系统，其特征在于所述的底座(110)焊接有矩形滑道(109)，锂电池(112)放在底座(110)的圆形凸台上并通过V型块夹板(106)被固定夹紧。
4.根据权利要求1所述的一种锂电池热失效检测系统，其特征在于所述的套筒(103)圆柱面上对称的四条母线上加工有8个通孔用于放置8个激光器(101)，套筒(103)顶部通过内螺纹与顶盖(102)连接。
5.根据权利要求1所述的一种锂电池热失效检测系统，其特征在于所述的顶盖(102)通过螺钉将激光器(101)固定在顶盖(102)上，通过顶盖(102)中心的通孔采集电池顶部热变形量的激光信号，顶盖(102)上加工有直径为0.5mm～1.5的均布的排气通孔。
6.根据权利要求1所述的一种锂电池热失效检测系统，其特征在于所述的V型块夹板(106)插入滑道(109)内的矩形槽内。
7.根据权利要求1所述的一种锂电池热失效检测系统，其特征在于所述的激光器支架(104)底部加工成弧面，弧面曲率与套筒(103)圆柱面相同。
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