CN210293195U - 测试装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及电池性能测试设备技术领域，特别涉及一种测试装置。所述测试装置包括安装架、压板、位移传感器和弹性件，安装架包括彼此连接并且间隔设置的第一板和第二板，第一板的靠近第二板的一侧设置有凹槽，压板可活动地盖设于凹槽以与凹槽共同形成用于容纳电芯的腔室，弹性件设置在第二板和压板之间并且设置为能够在电芯的膨胀作用下通过压板推动弹性件发生压缩变形，位移传感器设置为能够测量弹性件的压缩长度。所述测试装置通过位移传感器测量弹性件的压缩长度，根据弹性件的已知弹性系数和压缩长度计算电芯的膨胀力，模拟了实际中的模组外壳因电芯循环充放电受到的膨胀力以及相应的变形量，为电芯的封装结构提供了研究依据。
Description
技术领域
本实用新型涉及电池性能测试设备技术领域，特别涉及一种测试装置。
背景技术
由于锂离子电池具有电压高、重量轻、高储能量密度等优异性能，国内外越来越多的汽车厂家选择锂离子电池作为电动汽车的动力电池。我国指出将推动以锂离子动力电池为重点的车用动力电池产业发展，使之具有国际竞争能力。
目前，常用的锂离子电池主要分为三大类，分别是方形、圆柱、软包。其中，方形和圆柱锂离子电池的外壳主要采用的是铝合金、不锈钢等硬壳，软包锂离子电池的外壳则采用的是铝塑膜。但是，软包锂离子电池在充放电过程中，会出现整体胀缩现象，主要是由于锂离子电池均匀嵌入石墨层，导致软包锂离子电池的使用安全性能受到影响，降低了品质。
实用新型内容
有鉴于此，本实用新型旨在提出一种测试装置，以解决现有技术中因软包锂离子电池采用铝塑膜作为外壳时由于石墨插入易引起外壳变形所造成的使用安全问题。
为达到上述目的，本实用新型的技术方案是这样实现的：
一种测试装置，所述测试装置包括安装架、压板、位移传感器和弹性件，所述安装架包括彼此连接并且间隔设置的第一板和第二板，所述第一板上靠近所述第二板的一侧设置有凹槽，所述压板可活动地盖设于所述凹槽以与所述凹槽共同形成用于容纳电芯的腔室，所述弹性件设置在所述第二板和压板之间并且设置为能够在所述电芯的膨胀作用下通过所述压板推动所述弹性件发生压缩变形，所述位移传感器设置为能够测量所述弹性件的压缩长度。
可选的，所述压板和第二板平行设置，所述弹性件的压缩方向垂直于所述压板的板面方向，所述位移传感器设置为能够测量所述压板相对于所述第二板移动的位移以得到所述压缩长度。
可选的，所述测试装置包括沿垂直于所述压板的板面方向延伸的导向柱，所述第二板开设有导向孔，所述弹性件包括沿所述弹性件的变形方向设置的安装孔，所述导向柱的一端垂直抵住所述压板，所述导向柱的另一端依次贯穿所述安装孔和导向孔并且穿出所述第二板。
可选的，所述测试装置包括沿所述第二板的板面方向间隔排布的多个所述弹性件以及与多个所述弹性件一一对应设置的多个所述导向柱，所述第二板上开设有与多个所述导向柱一一对应设置的多个所述导向孔。
可选的，多个所述弹性件分别排布在所述压板的多个周边位置处，所述位移传感器设置为能够测量所述压板的中心位置处相对于所述第二板移动的位移以得到所述压缩长度。
可选的，所述测试装置包括调节结构，所述调节结构分别与所述第一板和第二板连接并且设置为能够调节所述第一板和第二板之间的距离。
可选的，所述第二板开设有调节孔，所述调节结构包括调节柱和止挡件，所述调节柱的一端与所述第一板连接并且朝向所述第二板延伸，所述调节柱的另一端贯穿所述调节孔并且与所述止挡件可活动地连接，以使得所述止挡件能够沿所述调节柱的长度方向移动以调节所述调节柱的位于所述第一板和第二板之间的长度。
可选的，所述调节柱的另一端设置有螺纹段，所述止挡件设置有与所述螺纹段螺接的螺母。
可选的，所述测试装置包括彼此间隔设置的多个调节结构。
可选的，所述压板的用于抵压所述电芯的一侧设置有绝缘层。
相对于现有技术，本实用新型所述的测试装置具有以下优势：
所述测试装置通过压板和第一板上的凹槽来共同设置容纳电芯的腔室，使得电芯能够在膨胀变形时通过压板推动弹性件发生压缩变形，而且弹性件的压缩长度能够通过位移传感器测量得到，可以根据弹性件的已知弹性系数和压缩长度来计算得到电芯的膨胀力，从而实现了对软包电芯的膨胀力进行精准测量以及对该膨胀力所产生的变形量进行精确测量，结构简单，操作方便，模拟了电芯在实际结构件进行封装中模组外壳因循环充放电发生膨胀而受到的应力大小以及相应的变形大小，有利于对电芯的膨胀现象提供精准可靠的研究依据，以使得电芯在制作过程中能够设计出合理、安装的外壳来承受该测试装置所测得的电芯的膨胀力以及相应的变形量，从而提高了电芯的安全性能。
本实用新型的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
构成本实用新型的一部分的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施方式及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：
图1为本实用新型实施方式所述的测试装置的结构示意图；
图2为图1所示的测试装置的主视图；
图3为图1所示的测试装置的左视图或者右视图；
图4为图1所示的测试装置的俯视图；
图5为本实用新型实施方式所述的以电芯的充放电次数作为x轴(单位：次)-以电芯的厚度作为y轴(单位：mm)所得到的关系曲线图；
图6为本实用新型实施方式所述的以电芯的充放电次数作为x轴(单位：次)-以电芯的膨胀力F作为y轴(单位：N)所得到的关系曲线图。
附图标记说明：
1、安装架；11、第一板；12、凹槽；13、第二板；2、压板；21、绝缘层；3、位移传感器；4、弹性件；5、导向柱；6、调节结构；61、调节柱；62、螺纹段；63、止挡件；64、螺母；7、电芯；8、极耳。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本实用新型中的实施方式及实施方式中的特征可以相互组合。
下面将参考附图并结合实施方式来详细说明本实用新型。
本实用新型提供了一种测试装置，如图1-4所示，所述测试装置包括安装架1、压板2、位移传感器3和弹性件4，所述安装架1包括彼此连接并且间隔设置的第一板11和第二板13，所述第一板11的靠近所述第二板13的一侧设置有凹槽12，所述压板2可活动地盖设于所述凹槽12以与所述凹槽12共同形成用于容纳电芯7的腔室，所述弹性件4设置在所述第二板13和压板2之间并且设置为能够在所述电芯7的膨胀作用下通过所述压板2推动所述弹性件4发生压缩变形，所述位移传感器3设置为能够测量所述弹性件4的压缩长度。使用时，先将电芯放置在第二板13的凹槽12中，然后盖上压板2，以容纳并抵压电芯，接着将弹性件4设在第二板13和压板2之间，以完成电芯的定位工作；之后，对电芯进行循环充放电处理，随着电芯7不断充放电而发生膨胀，电芯7通过压板2带动弹性件4发生压缩变形，从而实现了通过测试装置来测量电芯的膨胀力。值得一提的是，在电芯的定位阶段(对电芯进行循环充放电之前)，弹性件4可以为处于自然状态，两端分别抵住第二板和压板；优选地，弹性件4也可以为处于微压缩状态，以通过压板2抵压电芯7。
通过上述技术方案，本实用新型提供了一种测试装置，所述测试装置通过压板2和第一板11上的凹槽12来共同设置容纳电芯7的腔室，使得电芯7能够在膨胀变形时通过压板2推动弹性件4发生压缩变形，而且弹性件4的压缩长度能够通过位移传感器3测量得到，可以根据弹性件4的已知弹性系数和压缩长度来计算得到电芯的膨胀力，从而实现了对软包电芯的膨胀力进行精准测量以及对该膨胀力所产生的变形量进行精确测量，结构简单，操作方便，模拟了电芯在实际结构件进行封装中模组外壳因循环充放电发生膨胀而受到的应力大小以及相应的变形大小，有利于对电芯的膨胀现象提供精准可靠的研究依据，以使得电芯在制作过程中能够设计出合理、安装的外壳来承受该测试装置所测得的电芯的膨胀力以及变形量，从而提高了电芯的安全性能。
为了方便测量弹性件4的压缩长度，所述压板2和第二板13平行设置，所述弹性件4的压缩方向垂直于所述压板2的板面方向，所述位移传感器3设置为能够测量所述压板2相对于所述第二板13移动的位移以得到所述压缩长度，结构简单，便于操作。
为了提高弹性件4的压缩长度的测量精准度，如图2和3所示，所述测试装置包括沿垂直于所述压板2的板面方向延伸的导向柱5，所述第二板13开设有导向孔，所述弹性件4包括沿所述弹性件4的变形方向设置的安装孔，所述导向柱5的一端垂直抵住所述压板2，所述导向柱5的另一端依次贯穿所述安装孔和导向孔并且穿出所述第二板13，有利于引导弹性件4沿特定方向发生压缩变形。其中，弹性件4可以设置为各种合理形式，例如，弹簧，则弹性件4的安装孔为螺旋弹簧的中空部分，也就是，螺旋弹簧套设在导向柱5上。
如图1和4所示，所述测试装置包括沿所述第二板13的板面方向间隔排布的多个所述弹性件4以及与多个所述弹性件4一一对应设置的多个所述导向柱5，所述第二板13上开设有与多个所述导向柱5一一对应设置的多个所述导向孔，使得测试装置能够通过多个弹性件4对压板施加更为均衡的压力，以便于多个弹性件4通过压板对电芯施加更为均衡的压力，同时辅助以多个导向柱5分别对多个弹性件进行导向作用，有利于弹性件4能够测量电芯的不同位置处的膨胀力，从而提高了测量装置的精准性。
如图1-4所示，多个所述弹性件4分别排布在所述压板2的多个周边位置处，所述位移传感器3设置为能够测量所述压板2的中心位置处相对于所述第二板13移动的位移以得到所述压缩长度，有效地避免了电芯在压板2的各个位置处所发生的膨胀形变量不统一而导致位移传感器3测得的数据不精准，通过多个弹性件在压板的各个周边位置同时对电芯施加压力，保证了压板在各个周边位置处的位移量更为统一，有利于电芯在压板的中心位置处的膨胀变形量，形成的膨胀作用能够更为精准地表示整个电芯的膨胀力，提高了测量的精准性。其中，位移传感器3可以设置为各种合理形式，例如，位移传感器安装在第二板上并且探测头止挡于压板的如图1所示的上表面，以便于精确测量压板的位移，具体的，压板可以设置为矩形板，测试装置包括分别设置在矩形压板的四个角处的四个弹性件，位移传感器的探测头设置在压板的中心处，使得电芯因膨胀变形而产生的位移能够全部并准确地作用在位移传感器上，有效避免了压板各个位置形变量的不统一所导致压板的中心位置形变量偏大或偏小，造成的位移传感器测量的精准度不高等问题。当然，为了提高测量的精准性，可以采用多组弹性件(每组弹性件包括上述的多个弹性件)进行多次试验，并且多组弹性件4分别具有不同的弹性系数。可以理解的是，位移传感器可以采用人工记录数据，也可以采用电脑记录数据，以便于实时监测电芯的膨胀变形情况。
为了满足测试装置的不同需求，所述测试装置包括调节结构6，所述调节结构6分别与所述第一板11和第二板13连接并且设置为能够调节所述第一板11和第二板13之间的距离，以便于根据实际需要的不同合理调节所述第一板11和第二板13之间的距离。
如图1-4所示，所述第二板13开设有调节孔，所述调节结构6包括调节柱61和止挡件63，所述调节柱61的一端与所述第一板11连接并且朝向所述第二板13延伸，所述调节柱61的另一端贯穿所述调节孔并且与所述止挡件63可活动地连接，以使得所述止挡件63能够沿所述调节柱61的长度方向移动以调节所述调节柱61的位于所述第一板11和第二板13之间的长度，结构简单，便于操作。值得一提的是，当弹性件4的最初状态设置为处于微压缩状态时，为了测量弹性件4通过压板对电芯施加的初始压力值(例如，设为F0)，可以通过位移传感器测量弹性件从自然状态到所述微压缩状态所发生的压缩长度来计算得到，具体的，先通过调节结构6调节第一板和第二板之间的间距直至弹性件处于自然状态，位移传感器的探测头抵住压板的邻近第二板的表面，随后通过调节结构6以使得弹性件处于所述微压缩状态，此时即可得到弹性件从自然状态到所述微压缩状态所发生的压缩长度。
进一步的，所述调节柱61的另一端设置有螺纹段62，所述止挡件63设置有与所述螺纹段62螺接的螺母64，结构简单，便于调节。
如图1-4所示，所述测试装置包括彼此间隔设置的多个调节结构6，有利于第二板通过弹性件为压板提供更为稳定、均衡的压力作用。
如图1-4所示，所述压板2的用于抵压所述电芯7的一侧设置有绝缘层21，避免电芯在循环充放电过程中发生漏电，安全性能优良。进一步的，压板2可以设置为各种合理形式，例如，如图1-3所示，压板2采用分体式结构，也就是，压板2包括呈上下叠置的上压板和下压板，上压板的上表面用于止挡弹性件4，下压板的下侧壁形成有绝缘层21，结构简单，便于加工。
根据本实用新型的一种实施方式，以30-65Ah电池为研究对象，电池的最初尺寸规格为h×m×l(例如，11.5mm×103mm×310mm)，具体的测试步骤在下面详细说明：
步骤1：将电芯7放置在第一板11的凹槽12中，盖上压板2，并且将绝缘层21压覆在如图1-4所示的电芯7的上表面，将弹性系数为K的弹性件4设置在第二板所形成的导向孔和压板2之间并且处于自然状态，然后将导向柱5依次贯穿导向孔和弹性件4的安装孔并且抵靠于压板2，随后调节螺母64沿图1-4的下方移动，以使得弹性件4处于微压缩状态，此时，电芯的初始压力为F0，从而完了对电芯的定位作业。为了简化结构，第一板和第二板沿水平方向设置，导向柱和调节柱设置为沿竖直方向延伸；进一步的，凹槽12的尺寸规格与电芯的最初尺寸规格保持一致，以使得压板的绝缘层的底面沿水平方向设置并且与第一板的顶面处于同一水平面，其中，电芯的最初厚度h与凹槽的深度保持一致。进一步的，导向柱5的顶部设置有螺纹段，导向柱上安装有与所述螺纹段螺接的螺母，在完成调节结构6的调节作业后，将导向柱上的螺母调节为止挡于第二板的顶面，以辅助弹性件对压板施加更为均衡的压力作用，安装可靠。
步骤2：对完成定位作业的电芯进行循环充放电测试，具体条件可以设置为：测试电芯在外界温度T下，充放电倍率0.3-3C，充放电电压区间2.75～4.2V，起始实验时电池电压2.75V，充放电结束分别搁置30min，充放电区间在0-100％SOC充电深度下(最具代表性的值，驾驶工况)。其中，外界温度T可以根据实际需求设定各种合理值，例如，25℃或者45℃。可以理解的是，随着电芯因循环充放电而不断膨胀，压板2在电芯的膨胀作用下不断上移，并且带动导向柱5随之同步上移以及带动弹性件在导向柱的导向作用下发生压缩变形，同时，压板还会压迫位移传感器的探测头向上移动以测量压板的位移数值，也就是弹性件的压缩长度，直至电芯的循环充放电实验结束为止。进一步，测试装置包括控制单元，控制单元分别与位移传感器(例如，光栅侧微传感器)和显示器(例如，数显表)电连接，控制单元设置为能够将位移传感器测量得到的压缩长度转换成电信号并且将所述电信号转化为数值传递给显示器，以便于实时读取位移传感器的测试数据△X，相应地绘制出电芯的充放电次数作为x轴(单位：次)-电芯的厚度作为y轴(单位：mm)之间的关系曲线图，其中，电芯的厚度即为电芯的最初厚度h以及位移传感器的测量数据△X之和，具体见图5。
步骤3：根据位移传感器的测量数据△X以及电芯的初始压力为F0来计算电芯的膨胀力F，具体的：F＝F0+nK△X，其中，n为弹性件的个数(例如，n＝4)，以便于根据图5的测试结果来绘制出电芯的充放电次数作为x轴(单位：次)-电芯的膨胀力F作为y轴(单位：N)之间的关系曲线图，具体见图6。
步骤4：待电芯寿命截止后，依次拆除调节结构、导向柱和弹性件，取出循环充放电后的电芯，以便于下一次测试的进行。其中，测试装置和电芯还可以调试以下参数进行多次实验：电芯的最初厚度h，电芯的初始压力F0(例如，依次为10，50，100kgf)，SOC/DOD(充电/放电深度)，弹性件的弹性系数k(例如，K1＝2.56kg/mm，K2＝12.13kg/mm，K3＝24.16kg/mm，有利于通过弹性件的弹性系数来代替模组外壳系数)以及有无压缩垫等，这对于研究充放电过程中电芯所受到的压力F对电池性能的影响以及对电池模组的封装(即，参考电芯的初始压力F0)具有重要意义，为得到封装的最佳压力的研究提供了参考价值，例如，在锂电池制成的电池模组在封装时，除了考虑封装结构的强度和变形以外，还可以根据测试装置测得的数据来考虑封装初始压力(参考电芯的初始压力F0)与电池充放电过程产生的膨胀压力之和(电芯的压力F)对电池的使用寿命和安全性的影响。值得一提的是，以同一批电芯为例，经过多次测试，可以选取电芯的使用寿命最长以及安全性能最高的那组测试数据作为制备封装结构的参考依据，以避免电芯的封装结构因压力过大而导致电芯的循环性能不佳，是压力分布不匀而导致的电芯随着充放电循环次数增加而快速衰减等问题。
以上所述仅为本实用新型的较佳实施方式而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种测试装置，其特征在于，所述测试装置包括安装架(1)、压板(2)、位移传感器(3)和弹性件(4)，所述安装架(1)包括彼此连接并且间隔设置的第一板(11)和第二板(13)，所述第一板(11)上靠近所述第二板(13)的一侧设置有凹槽(12)，所述压板(2)可活动地盖设于所述凹槽(12)以与所述凹槽(12)共同形成用于容纳电芯(7)的腔室，所述弹性件(4)设置在所述第二板(13)和压板(2)之间并且设置为能够在所述电芯(7)的膨胀作用下通过所述压板(2)推动所述弹性件(4)发生压缩变形，所述位移传感器(3)设置为能够测量所述弹性件(4)的压缩长度。
2.根据权利要求1所述的测试装置，其特征在于，所述压板(2)和第二板(13)平行设置，所述弹性件(4)的压缩方向垂直于所述压板(2)的板面方向，所述位移传感器(3)设置为能够测量所述压板(2)相对于所述第二板(13)移动的位移以得到所述压缩长度。
3.根据权利要求2所述的测试装置，其特征在于，所述测试装置包括沿垂直于所述压板(2)的板面方向延伸的导向柱(5)，所述第二板(13)开设有导向孔，所述弹性件(4)包括沿所述弹性件(4)的变形方向设置的安装孔，所述导向柱(5)的一端垂直抵住所述压板(2)，所述导向柱(5)的另一端依次贯穿所述安装孔和导向孔并且穿出所述第二板(13)。
4.根据权利要求3所述的测试装置，其特征在于，所述测试装置包括沿所述第二板(13)的板面方向间隔排布的多个所述弹性件(4)以及与多个所述弹性件(4)一一对应设置的多个所述导向柱(5)，所述第二板(13)上开设有与多个所述导向柱(5)一一对应设置的多个所述导向孔。
5.根据权利要求4所述的测试装置，其特征在于，多个所述弹性件(4)分别排布在所述压板(2)的多个周边位置处，所述位移传感器(3)设置为能够测量所述压板(2)的中心位置处相对于所述第二板(13)移动的位移以得到所述压缩长度。
6.根据权利要求1-5中任意一项所述的测试装置，其特征在于，所述测试装置包括调节结构(6)，所述调节结构(6)分别与所述第一板(11)和第二板(13)连接并且设置为能够调节所述第一板(11)和第二板(13)之间的距离。
7.根据权利要求6所述的测试装置，其特征在于，所述第二板(13)开设有调节孔，所述调节结构(6)包括调节柱(61)和止挡件(63)，所述调节柱(61)的一端与所述第一板(11)连接并且朝向所述第二板(13)延伸，所述调节柱(61)的另一端贯穿所述调节孔并且与所述止挡件(63)可活动地连接，以使得所述止挡件(63)能够沿所述调节柱(61)的长度方向移动以调节所述调节柱(61)的位于所述第一板(11)和第二板(13)之间的长度。
8.根据权利要求7所述的测试装置，其特征在于，所述调节柱(61)的另一端设置有螺纹段(62)，所述止挡件(63)设置有与所述螺纹段(62)螺接的螺母(64)。
9.根据权利要求6所述的测试装置，其特征在于，所述测试装置包括彼此间隔设置的多个调节结构(6)。
10.根据权利要求1-5中任意一项所述的测试装置，其特征在于，所述压板(2)的用于抵压所述电芯(7)的一侧设置有绝缘层(21)。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |