CN209858710U - 一种电池模拟系统及其温升情况测试系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种电池模拟系统，以及基于该电池模拟系统、对电池温升情况进行测试的测试系统。根据实际制造工艺下电池内部各部件的连接方式，将电池顶盖、电极极片、集流体、电极极耳等分别独立出来测试，通过在不同工况下的温度测试，得出温升情况，进而对比分析得出引起电池温升的主次发热源。本实用新型中的测试系统适用于常见的电芯类型（比如卷绕电芯、叠片电芯）的温升情况分析；能够满足单通道集流、双通道集流、多通道集流、单极耳、多极耳、全极耳设计的电池的温升测试，根据测试结果指导、优化电池设计。

Description

一种电池模拟系统及其温升情况测试系统

技术领域

本实用新型属于电池测试领域，具体涉及一种电池模拟系统，以及基于该电池模拟系统、对电池温升情况进行测试的测试系统。

背景技术

随着新能源政策的推进和新能源技术的开发，电池的消费量不断增加。电池（目前尤其是锂离子电池）作为3C产品、飞行器、新能源汽车等的主要电源，在性能方面，电池的使用性能和安全性能是消费者关注的焦点。

电池的热稳定性很大程度地制约着电池的性能，而电池作为电源和动力源使用时，在正常倍率充放电、正常温湿度等工况条件下，电池的发热不可避免。目前对于电池的温升情况研究，通常是在需要测量的部位设置感温线，组装后按照正常的电池制造工艺进行封装、注液、化成等步骤，制成实物电池，然后进行温升测试，用来检测电池温升情况随工况的变化。该方法可以准确地检测电池不同部位在设定工况下的实际温升情况，但是在实际检测过程中，操作复杂、耗时长、成本较高，同时，由于电池内部各部件之间热传导的影响，无法独立准确检测出电池内部各部件的温升情况，无法准确分析引起电池温升的主次发热源。

因此，开发一种能够独立测试电池内部各部件温升情况、判断电池内部主次发热源的技术，对指导、优化电池设计具有重要意义。

发明内容

为了解决所述现有技术的不足，本实用新型提供了一种电池模拟系统，以及基于该电池模拟系统、对电池温升情况进行测试的测试系统。根据实际制造工艺下电池内部各部件的连接方式，将电池顶盖、电极极片、集流体、电极极耳等分别独立出来测试，通过在不同工况下的温度测试，得出温升情况，进而对比分析得出引起电池温升的主次发热源。本实用新型中的测试系统适用于常见的电芯类型（比如卷绕电芯、叠片电芯）的温升情况分析；能够满足单通道集流、双通道集流、多通道集流、单极耳、多极耳、全极耳设计的电池的温升测试，根据测试结果指导、优化电池设计。

本实用新型所要达到的技术效果通过以下方案实现：

本实用新型提供了一种电池模拟系统，包括依次电连接形成闭合回路的电池顶盖、电极极片、电极极耳组件，所述电池顶盖上、所述电极极片上、所述电极极耳组件上、所述电连接处至少设置一处温度测量点。

进一步地，所述电极极片与所述电极极耳组件串联形成电路支路，两相反电性的所述电路支路电连接形成所述闭合回路。

本实用新型根据电池制造过程中的连接方式，将电池顶盖、电极极片、电极极耳组件电连接组成电路回路，并且在各组件及其电连接处根据要求设置温度测量点，建立电池模拟系统，能够反映实物电池的连接方式。

进一步地，所述电池顶盖设有电极连接件，所述电极连接件包括设于所述电池顶盖上的电极极柱，以及分别通过激光焊连接于所述电极极柱两端的电极外连接件、电极内连接件；所述电极极片包括第一电极极片、第二电极极片；所述电极内连接件与所述第一电极极片电连接。

进一步地，所述第一电极极片包括第一集流体，所述第一集流体一端设有第一电极极耳，另一端的两侧分别设有第一连接片和第一保护片；所述第一电极极耳与所述电极内连接件电连接，所述第一连接片与所述第二电极极片电连接。

进一步地，所述第二电极极片包括第二集流体，所述第二集流体两端均设有第二连接片和第二保护片，所述第二连接片和第二保护片分设于所述第二集流体两侧；所述第二电极极片一端通过所述第二连接片与所述第一连接片电连接，另一端通过所述第二连接片与所述电极极耳组件电连接。

进一步地，所述电极极耳组件包括第二电极极耳，所述第二电极极耳两端均设有第三连接片和第三保护片，所述第三连接片和第三保护片分设于所述第二电极极耳两侧；所述电极极耳组件一端通过所述第三连接片与所述第二连接片电连接，另一端与相反电性的所述第三连接片电连接。

为了方便第一电极极片与第二电极极片的连接、第二电极极片与极耳组件的连接，同时为了防止集流体、极耳在连接时因为拉扯造成破损，采用连接片-集流体-保护片、连接片-极耳-保护片的连接形式，保护集流体和电极极耳基材。连接片、保护片通过超声焊与集流体或电极极耳连接。

为了提高本实用新型中测试系统反映实际电池温升情况的准确性，在连接片-集流体-保护片结构的超声焊连接中，在测试系统安装空间允许的条件下，连接片、保护片的长、宽、厚尺寸尽可能大，增大超声焊焊印的面积，避免超声焊焊印的热传导对集流体的影响。

在连接片-极耳-保护片结构的超声焊连接中，此处焊印面积与实物电池对应的焊印面积相同即可，特别地，可以通过调节连接片-极耳-保护片结构中连接片与极耳的相对尺寸来分别研究极耳或者连接片-极耳超声焊印的温升情况。当研究极耳温升情况时，连接片相对于极耳较宽（极耳宽度方向上）、较短（极耳长度方向上），超声焊印的面积也尽可能大，以尽可能减小连接片、超声焊印发热对于极耳温升情况的影响；当研究连接片-极耳超声焊印的温升情况时，极耳相对于连接片较宽、较短，以尽可能减小极耳发热对于超声焊印温升情况的影响。

进一步地，所述第一集流体基材展开长度相同且展开长度总和为待测电池内电芯集流体基材展开的总长度；所述第二集流体基材展开长度相同且展开长度总和为待测电池内电芯集流体基材展开的总长度。

进一步地，所述第一集流体极片层数相同且极片层数总和为待测电池内电芯集流体极片层数的总和；所述第二集流体极片层数相同且极片层数总和为待测电池内电芯集流体极片层数的总和。

进一步地，所述第一电极极耳层数相同且极耳层数总和为待测电池内电芯极耳层数的总和；所述第二电极极耳层数相同且极耳层数总和为待测电池内电芯极耳层数的总和。

本实用新型中第一集流体、第二集流体、电极极耳组件在数量上相适配，目前电池设计包括单通道和双通道设计，在本实用新型中则反映为单通道设计时，第一集流体包括正负集流体各一个，相应的第二集流体包括正负集流体各一个、电极极耳组件包括正负电极极耳组件各一个。双通道设计时，第一集流体包括正负集流体各两个，相应的第二集流体包括正负集流体各两个、电极极耳组件包括正负电极极耳组件各两个，在组件电连接中第一集流体、第二集流体、电极极耳组件对应的正极组件电连接，对应的负极组件电连接，最后将正负极电极极耳组件电连接形成闭合回路。当电池设计为多通道时，即电极内连接件上通道数大于两个时，相应地选取合适数量的第一集流体、第二集流体、电极极耳组件进行电连接形成闭合回路。

在集流体参数、极耳参数选择上，根据实物电池的封装形式，选择合适的第一集流体基材展开长度、第二集流体基材展开长度、第一集流体极片层数、第二集流体极片层数、第一电极极耳层数、第二电极极耳层数，准确反映电池内部的结构。

本实用新型还提供了一种电池温升情况测试系统，包括上述电池模拟系统，还包括与所述电池顶盖电连接的电流输出设备、用于测量所述温度测量点处温度的温度测量仪。

电极连接件与电池顶盖通过激光焊接连接在一起，为了准确反映激光焊接处的温升情况，在焊接处设置温度测量点，激光焊接参数与实物电池装配过程中对应的激光焊接参数相同即可。

电极连接件分为电极外连接件和电极内连接件，二者通过激光焊与电极极柱连接，在电池顶盖上反映为电极外连接件和电极内连接件分居电池顶盖两侧，并且电极外连接件与电流输出设备电连接，电极内连接件与电极极片电连接，优选地，为了提高本实用新型中测试系统反映实际电池温升情况的准确性，可以在电极外连接件和电极内连接件上设置定位孔，能够实现二者与电极极柱的准确连接即可；电极外连接件通过导线与电流输出设备电连接，电极内连接件通过激光焊与电极极片电连接，激光焊参数与实物电池装备过程中对应的激光焊参数相同即可。

本实用新型具有以下优点：

1. 本实用新型将电池顶盖、电极极片、集流体、电极极耳等分别独立出来测试，通过在不同工况下的温度测试，得出温升情况，进而对比分析得出引起电池温升的主次发热源。

2. 本实用新型中测试系统适用范围广，适用于常见卷绕电芯、叠片电芯的温升情况，能够对单通道集流、双通道集流、多通道集流、单极耳、多极耳、全极耳设计的电池进行模拟并测试其温升情况，根据测试结果指导、优化电池设计。

附图说明

图1为本实用新型实施例1中电池温升情况测试系统的结构示意图。

图2为本实用新型实施例1中电池顶盖的结构示意图。

图3为本实用新型实施例1中第一电极极片的结构示意图。

图4为本实用新型中第二电极极片的结构示意图。

图5为本实用新型中电极极耳组件的结构示意图。

图6为本实用新型实施例2中电池温升情况测试系统的结构示意图。

图7为本实用新型实施例2中电池顶盖的结构示意图。

图8为本实用新型实施例2中第一电极极片的结构示意图。

图中标记：1、电流输出设备；2、导线；301、电极外连接件；302、电极极柱；303、电极内连接件；4、电池顶盖；501、第一正极极片；502、第一负极极片；5011、第一正极集流体；5012、第一正极保护片；5013、第一正极连接片；5014、第一正极极耳；601、第二正极极片；602、第二负极极片；6011、第二正极集流体；6012、第二正极保护片；6013、第二正极连接片；701、正极极耳组件；702、负极极耳组件；7011、第二正极极耳；7012、第三保护片；7013、第三连接片；8、温度测量点；9、接线孔；10、温度测量仪。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型进行详细的说明。

本实用新型中“第一”、“第二”、“第三”等术语并不表示其指代电器元件的顺序、数量或者重要性，只是用来区分不同的组成部分。

实施例1

本实施例中电池温升情况测试系统的结构示意图如附图1所示，包括电流输出设备1、电池顶盖4、电极极片（501、502、601、602）、电极极耳组件（701、702），所述电池顶盖4设有电极连接件（301、302、303）；所述电流输出设备1、所述电极连接件、所述电极极片、所述电极极耳组件依次电连接，且电连接处设有温度测量点8，通过温度测量仪10测量所述温度测量点的温度。

所述电极极片如附图3、附图4所示，包括第一正极极片501、第一负极极片502、第二正极极片601、第二负极极片602。所述第一正极极片501包括第一正极集流体5011，所述第一正极集流体5011一端设有第一正极保护片5012和第一正极连接片5013，所述第一正极集流体5011另一端设有第一正极极耳5014；所述第一正极保护片5012和第一正极连接片5013通过超声焊分设于所述第一正极集流体5011两侧。所述第一负极极片502结构与所述第一正极极片501相同，将所述第一正极极片501中第一正极集流体5011、第一正极保护片5012、第一正极连接片5013、第一正极极耳5014替换成相对应的负极集流体、负极保护片、负极连接片、负极极耳即可。保护片、连接片、电极集流体超声焊连接处设有温度测量点8。

所述第二正极极片601包括第二正极集流体6011，所述第二正极集流体6011两端均设有第二正极保护片6012和第二正极连接片6013；所述第二正极保护片6012和第二正极连接片6013通过超声焊分设于所述第二正极集流体6011两侧。所述第二负极极片602结构与所述第二正极极片601相同，将所述第二正极极片601中第二正极集流体6011、第二正极保护片6012、第二正极连接片6013替换成相对应的负极集流体、负极保护片、负极连接片即可。保护片、连接片、电极集流体超声焊连接处设有温度测量点8。

所述电极连接件包括设于所述电池顶盖4上的电极极柱302，以及分别通过激光焊连接于所述电极极柱302两端的电极外连接件301、电极内连接件303，如附图2所示，激光焊的焊接处设有温度测量点8。

所述电极极耳组件如附图5所示，包括正极极耳组件701、负极极耳组件702，所述正极极耳组件701包括第二正极极耳7011，所述第二正极极耳7011两端均设有第三正极保护片7012和第三正极连接片7013；所述第三正极保护片7012和第三正极连接片7013通过超声焊分设于所述正极极耳7011两侧。所述负极极耳组件702结构与所述正极极耳701相同，将所述正极极耳组件701中第二正极极耳7011、第三正极保护片7012、第三正极连接片7013替换成相对应的负极极耳、负极保护片、负极连接片即可。保护片、连接片、电极极耳超声焊连接处设有温度测量点8。

所述电极外连接件301与所述电流输出设备1通过导线2电连接，所述电极内连接件303正极与所述第一正极极耳5014通过超声焊连接，负极与第一负极极耳通过超声焊连接，超声焊连接处设置温度测量点8。

所述第二正极极片601通过两端的第二连接片6013分别与所述第一正极极片501、正极极耳组件701通过导线2电连接，所述第二负极极片602通过两端的连接片分别与所述第一负极极片502、负极极耳组件702通过导线2电连接，所述正极极耳组件701与所述负极极耳组件702通过导线2电连接，形成电路回路。

本实施例中通过导线2电连接的连接处设有温度测量点8。

本实施例中电极外连接件上的接线端均为两个，但并不对本实用新型中电极外连接件上的接线端数量进行限定，接线端数量至少为一个。为了起到分流作用，减小外连接件的发热对电极极柱激光焊连接部位的温升影响，接线端可以设置为多个，能够实现本实用新型中的技术方案即可。

本实施例中第一电极极片、第二电极极片、电极极耳组件均为四个，组成双通道集流的结构，但并不对第一电极极片、第二电极极片、极耳组件的个数进行限定，可以根据实物电池的结构选择合适的电极数量，组成单通道集流或者多通道集流，能够实现本实用新型中的技术方案即可。

本实施例中温度测量点8的位置并不对本实用新型中温度测量点的位置进行限定，可以根据需要在相应的位置设置温度测量点，满足测量指定位置温度的需要。

实施例2

与实施例1相比，本实施例的不同之处在于：电极内连接件和第一电极极片的结构不同，各电器元件的连接方式（激光焊接、超声焊接、导线电连接）与实施例1相同，温度测量点的位置和数量根据测量要求进行设定。本实施例中测试系统的结构示意图如附图6~8所示。

在目前电池设计过程中，单极耳设计难以满足电池的使用性能，因此目前电池以多极耳和全极耳设计为主，实施例1可以看作是多极耳电池的模拟，实施例2中第一电极极片两端平齐，可以看作是全极耳电池的模拟。

本实用新型中电池温升情况测试系统的工作步骤为：连接各电器元件组成电路回路，通过电流输出设备给测试系统通电并通过电流输出设备调整测试系统的工况，通过温度测量仪记录个温度测量点处的温度，所测出的温度能够反映电池各部件或者各部件之间连接处的温升情况，根据测试出的温升情况可以比较各温度测量点处的温度变化趋势，分析出影响电池发热的主次发热源。

最后需要说明的是，以上实施例仅用以说明本实用新型实施例的技术方案而非对其进行限制，尽管参照较佳实施例对本实用新型实施例进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解依然可以对本实用新型实施例的技术方案进行修改或者等同替换，而这些修改或者等同替换亦不能使修改后的技术方案脱离本实用新型实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种电池模拟系统，其特征在于：包括依次电连接形成闭合回路的电池顶盖、电极极片、电极极耳组件，所述电池顶盖上、所述电极极片上、所述电极极耳组件上、所述电连接处至少设置一处温度测量点。

2.如权利要求1所述电池模拟系统，其特征在于：所述电极极片与所述电极极耳组件串联形成电路支路，两相反电性的所述电路支路电连接形成所述闭合回路。

3.如权利要求1所述电池模拟系统，其特征在于：所述电池顶盖设有电极连接件，所述电极连接件包括设于所述电池顶盖上的电极极柱，以及分别通过激光焊连接于所述电极极柱两端的电极外连接件、电极内连接件；所述电极极片包括第一电极极片、第二电极极片；所述电极内连接件与所述第一电极极片电连接。

4.如权利要求3所述电池模拟系统，其特征在于：所述第一电极极片包括第一集流体，所述第一集流体一端设有第一电极极耳，另一端的两侧分别设有第一连接片和第一保护片；所述第一电极极耳与所述电极内连接件电连接，所述第一连接片与所述第二电极极片电连接。

5.如权利要求4所述电池模拟系统，其特征在于：所述第二电极极片包括第二集流体，所述第二集流体两端均设有第二连接片和第二保护片，所述第二连接片和第二保护片分设于所述第二集流体两侧；所述第二电极极片一端通过所述第二连接片与所述第一连接片电连接，另一端通过所述第二连接片与所述电极极耳组件电连接。

6.如权利要求5所述电池模拟系统，其特征在于：所述电极极耳组件包括第二电极极耳，所述第二电极极耳两端均设有第三连接片和第三保护片，所述第三连接片和第三保护片分设于所述第二电极极耳两侧；所述电极极耳组件一端通过所述第三连接片与所述第二连接片电连接，另一端与相反电性的所述第三连接片电连接。

7.如权利要求6所述电池模拟系统，其特征在于：所述第一集流体基材展开长度相同且展开长度总和为待测电池内电芯集流体基材展开的总长度；所述第二集流体基材展开长度相同且展开长度总和为待测电池内电芯集流体基材展开的总长度。

8.如权利要求6所述电池模拟系统，其特征在于：所述第一集流体极片层数相同且极片层数总和为待测电池内电芯集流体极片层数的总和；所述第二集流体极片层数相同且极片层数总和为待测电池内电芯集流体极片层数的总和。

9.如权利要求6所述电池模拟系统，其特征在于：所述第一电极极耳层数相同且极耳层数总和为待测电池内电芯极耳层数的总和；所述第二电极极耳层数相同且极耳层数总和为待测电池内电芯极耳层数的总和。

10.一种电池温升情况测试系统，其特征在于：包括如权利要求1~9任一所述电池模拟系统，还包括与所述电池顶盖电连接的电流输出设备、用于测量所述温度测量点处温度的温度测量仪。