CN217954301U - 一种变温环境下软包电池原位x射线测试装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型一种变温环境下软包电池原位X射线测试装置，所述壳体内具有一腔体，该腔体内设有冷热块，所述冷热块具有制冷和加热装置，所述冷热块上设有透射孔，夹持板和冷热板之间放置软包电池，所述盖板上设有第一透射窗，所述壳体背面还设有第二透射窗。本实用新型装置整体紧凑、体积较小，盖板与壳体密封连接，使腔体实现密封环境，可抽真空或填充保护气体，透射孔和第一透射窗垂直方便X射线装置对透射孔下方的软包电池检测，高低温控制器实现对冷热块温度的控制，实现在不同温度下的测试实验，气体管用于在负温状态下的吹气除霜，循环水接头实现壳体的温度保持，在冷热块温度变化的前提下使壳体保持一恒温状态。

Description

一种变温环境下软包电池原位X射线测试装置

技术领域

本实用新型涉软包电池原位测试装置技术领域，具体为一种基于X射线衍射高低温软包电池测试装置。

背景技术

锂离子二次电池由于其高能量密度，高输出电压，宽工作范围，小体积和无记忆效应的优势被广泛应用在数码产品、电动工具、电动汽车以及空间储能等领域。而锂离子电池中最为关键的技术之一是电极材料技术。当软包电池处于一定的问问度环境中工作时，温度变化对锂电池的性能和安全性产生很大的影响，如温度越低电池内部充放电的电化学反应活性变差；温度升高时充放电过程溢出气体越多，造成锂电池早衰，容量下降，甚至产生安全问题；环境温度升降温速度也同样会影响软包电池的充放电功能，X射线衍射技术是研究晶体材料结构相变等的有效手段，通过测试在不同温度下以及不同升降温速度对原位电池充放电的过程中在线观察材料的结构变化可以有效地检测材料的性能优劣。

现有的软包电池测试装置一部分是直接在无保护的环境中直接通电测试，外界环境因素对测试结果影响较大，如湿度、温度的不稳定，光线对 X射线的干扰都不利于测试。

另一部分，制造一密封环境进行测试，测试效果好，测试结果更精确，其中通常是使用不锈钢模具等进行机械密封确保测试的稳定性，但其大规模的推广应用受到了自身价格昂贵，零部件繁多，使用复杂等缺点的限制；专利文献CN206772867U一种用于掠入射X射线小角散射实验的真空冷热块，公开了一种测试装置，实现了密封环境下的测试，但是该装置体积大，且变温块实现温度变化时，与其接触的壳体相应的产生温度变化，容易产生水气或霜，影响观测视线，其整体结构不够紧凑。

实用新型内容

基于上述技术缺陷，本实用新型提供一种变温环境下软包电池原位X 射线测试装置，解决了上述技术问题中的技术缺陷。

本实用新型一种变温环境下软包电池原位X射线测试装置，包括壳体，所述壳体内具有一腔体，该腔体内设有冷热块，所述冷热块一端设有液氮进出口，所述冷热块还具有加热装置，所述冷热块上设有透射孔，所述冷热块由冷热板和夹持板组成，所述冷热板和夹持板之间放置软包电池，所述冷热块一端设有电极接线柱，所述软包电池的极耳与电极接线柱电连接，所述壳体设有一盖板，所述盖板与壳体密封连接，所述盖板上设有第一透射窗，所述壳体背面还设有第二透射窗。

进一步，所述壳体的壳壁上开有若干连接孔，所述连接孔分布在所述壳壁的多个面上，所述连接孔内分别嵌有BNC电学接头、循环水接头、液氮管道、温度传感器接头以及保护气体自锁接头，所述壳体一端还设置有固定柱，所述固定柱与壳壁通过法兰固定连接，所述第一透射窗和第二透射窗呈圆形，由聚酰亚胺薄膜制成。

进一步，所述壳体内部开有冷却水循环管路，所述循环管路与循环水接头相通，所述循环水接头内置进水管和出水管，所述循环管路由多个相互连通的深孔组成，所述液氮管道由液氮进液管和液氮出液管组成，所述液氮进液管和液氮出液管分别设于一连接孔内，所述液氮进液管和液氮出液管分别与冷热块连接。

进一步，所述液氮进出口包括液氮进口和液氮出口，所述液氮进口与液氮进液管连接，所述液氮出口与液氮出液管连接，所述加热装置包括电加热丝和电线，所述电加热丝分布于所述冷热块上，所述电加热丝与电线连接，所述电线一端由温度传感器接头伸出，所述温度传感器接头内设有温度传感器，所述温度传感器与高低温控制器电连接。

进一步，所述液氮进液管与液氮罐连接，所述液氮罐用于提供制冷液氮，所述液氮进液管上具有电磁截止阀，所述电磁截止阀与高低温控制器电连接，通过控制液氮的流量实现对制冷温度的控制，所述液氮出液管上还连接有一气体管，所述气体管一端的出气口分别面向第一透射窗和第二透射窗，所述气体管用于第一透射窗、第二透射窗除霜。

进一步，所述保护气体自锁接头包括两个，其分别是保护气体进气接头和保护气体出气接头，所述保护气体进气接头和保护气体出气接头分别贯穿连接孔与腔体相通。

进一步，所述冷热块两端分别设有固定块，所述固定块将冷热块固定在所述腔体底部，所述固定块通过螺栓与腔体底部固定连接，所述冷热板由固定块限位固定，所述液氮进出口设置在冷热板上，所述冷热板上承载电加热丝，所述夹持板通过螺栓与冷热板连接，所述透射孔具有两个，两个所述透射孔分别设置在所述夹持板和冷热板的中部。

进一步，所述夹持板与冷热板之间具有间隙，该间隙形成检测腔，软包电池置于该检测腔内，其一端与电极接线柱连接，所述夹持板与冷热板将软包电池夹紧在检测腔内，以实现对软包电池的固定。

进一步，所述盖板与壳体密封连接后，所述透射孔和第一透射窗垂直，所述透射孔呈圆形或方形，其直径或边长为6-14mm，所述第一透射窗为圆形或方形，其直径或边长为20-50mm，所述第一透射窗和第二透射窗对称设置。

进一步，所述冷热块由导热的金属材质制成，所述温度传感器采用 PT100温度传感器。

本实用新型一种变温环境下软包电池原位X射线测试装置，结构简单、操作方便，装置整体紧凑体积较小，方便进行移动，盖板与壳体密封连接，使腔体实现密封环境，同时填充保护气体，减少外部环境的影响，透射孔和第一透射窗垂直方便X射线装置对透射孔下方的软包电池观察，壳体上设置的若干连接孔用于穿过各管线、零部件，高低温控制器实现对冷热块温度的控制，实现在不同温度下的测试实验，气体管用于在负温状态下的吹气除霜，循环水接头实现壳体的温度保持，在冷热块温度变化的前提下使壳体保持一恒温状态。

附图说明

图1为本实用新型实施例的整体示意图；

图2为本实用新型实施例的第二透射窗结构图。

其中，1、壳体；11、腔体；12、温度传感器接头；13、液氮进液管；14、液氮出液管；141、气体管；15、BNC电学接头；16、保护气体自锁接头；2、冷热块；21、电极接线柱；22、透射孔；3、盖板；31、第一透射窗；32、第二透射窗；4、固定柱。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步说明。

其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件，附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖向”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“轴向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征，在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

如图1和图2所示的本实用新型一种变温环境下软包电池原位X射线测试装置，包括壳体1，所述壳体1内具有一腔体11，该腔体11内设有冷热块2，所述冷热块2一端设有液氮进出口，所述冷热块2还具有加热装置，所述冷热块2上设有透射孔22，所述冷热块2由冷热板和夹持板组成，所述冷热板和夹持板之间放置软包电池，所述冷热块2一端设有电极接线柱21，所述软包电池的极耳与电极接线柱21电连接，所述壳体1 设有一盖板3，所述盖板3与壳体1密封连接，所述盖板3上设有第一透射窗31，所述壳体1背面还设有第二透射窗32，所述冷热块2为银材质或铜材质制成，所述温度传感器采用PT100温度传感器。

本实施例中，首先软包电池是一种片状的锂离子电池，壳体1和盖板 3密封连接为所述腔体11创造一个密封环境，有利于观察测试，测试腔位于透射孔22的下方，通过透射孔22可以直观的观测待测试的软包电池，同时透射孔22与第一透射窗31位置垂直，有利于观测，银质的冷热块2具有良好的温度传导能力。

所述壳体1的壳壁上开有若干连接孔，所述连接孔分布在所述壳壁的多个面上，所述连接孔内分别嵌有BNC电学接头15、循环水接头、液氮管道、温度传感器接头12以及保护气体自锁接头16，所述壳体1一端还设置有固定柱4，所述固定柱4与壳壁通过法兰固定连接，所述第一透射窗31和第二透射窗32呈圆形，由聚酰亚胺薄膜制成。

本实施例中，所述连接孔是在壳体1上打孔形成，其中用作安装BNC 电学接头15的连接孔设有2-5个，用作安装循环水接头的连接口设有1 个，用作安装液氮进液管13的连接孔设有1个，用作液氮出液管14的连接孔设有1个，用作安装温度传感器接头12的连接孔设有1个，用作安装保护气体自锁接头16的连接孔设有1-2个，各接头至少一部分插入与其对应的连接孔，所述连接孔的内壁开有卡槽或内螺纹，各接头的固定方式均能够采用螺帽密封固定。

所述壳体1内部开有冷却水循环管路，所述循环管路与循环水接头相通，所述循环水接头内置进水管和出水管，所述循环管路由多个相互连通的深孔组成，所述液氮管道由液氮进液管13和液氮出液管14组成，所述液氮进液管13和液氮出液管14分别设于一连接孔内，所述液氮进液管 13和液氮出液管14分别与冷热块2连接。

本实施例中，壳体1内部纵横开有2-4条相互连通的深孔，作为循环管路，或在其内部开U形水道作为循环管路，该循环管路通过循环水接头接通冷却水，所述循环管路内流通的冷却水用于调整壳体1的温度，在冷热块2加温或降温时，通过壳体1内的冷却水使壳体1保持在一定温度，不会使温度过高或过低。

所述液氮进出口包括液氮进口和液氮出口，所述液氮进口与液氮进液管13连接，所述液氮出口与液氮出液管14连接，所述加热装置包括电加热丝和电线，所述电加热丝分布于所述冷热块2上，具体的所述电加热丝分布于所述冷热板上，所述电加热丝与电线连接，所述电线一端由温度传感器接头12伸出，所述温度传感器接头12内设有温度传感器，所述温度传感器与高低温控制器电连接，所述液氮进液管13与液氮罐连接，所述液氮罐用于提供制冷液氮，所述液氮进液管13上具有电磁截止阀，所述电磁截止阀与高低温控制器电连接，通过控制液氮的流量实现对制冷温度的控制，所述液氮出液管14上还连接有一气体管141，所述气体管141 一端的出气口分别面向第一透射窗31和第二透射窗32，所述气体管141 用于第一透射窗31、第二透射窗32除霜。

本实施例中，所述液氮罐里的液氮通过液氮进液管13为冷热块2降温，所述电加热丝用于为冷热块2加温，通过高低温控制器实现温度的缓升和缓降，为软包电池营造一个高低温环境，以实验在不同环境下的充放电试验，验证软包电池性能，所述腔体11在高低温环境的变换下，会产生水雾或霜，影响观测，基于此，在壳体1外侧设置一根气体管141，该气体管141一端与液氮出液管14连通，另一端分别向第一透射窗31和第二透射窗32延伸出第一出气管和第二出气管，第一出气管和第二出气管分别开一出气口，且出气口分别面向第一透射窗31和第二透射窗32，在第一透射窗31上有水雾或霜时，气体管141对第一透射窗31或第二透射窗32进行低温气体吹扫，消除第一透射窗31上的水雾或霜，其中低温气体源自液氮通过液氮进液管13为冷热块2降温后，液态气化，气化后的液氮由液氮出液管14流出，当不需要除霜时气话液氮由液氮出液管14直接排出装置外，当需要除霜时，使用外力为液氮出液管14增加气压，使汽化的液氮通过气体管141喷出，扫除第一透射窗31或第二透射窗32上的霜雾。

所述保护气体自锁接头16包括两个，其分别是保护气体进气接头和保护气体出气接头，所述保护气体进气接头和保护气体出气接头分别贯穿连接孔与腔体11相通。

所述冷热块2两端分别设有固定块，所述固定块将冷热块2固定在所述腔体11底部，所述固定块通过螺栓与腔体11底部固定连接，所述冷热块2由冷热板和夹持板组成，所述冷热板由固定块限位固定，所述液氮进出口设置在冷热板上，所述冷热板上承载电加热丝，所述夹持板通过螺栓与冷热板连接，透射孔22具有两个，其中一透射孔22设置在所述夹持板中部，该透射孔作为第一透射孔与第一透射窗31对应，另一透射孔22设置在加热板上，该透射孔22作为第二透射孔，第二透射孔与第二透射窗 32对应，所述夹持板与冷热板之间具有间隙，该间隙形成检测腔，软包电池置于该检测腔内，其一端与电极接线柱21连接，所述夹持板与冷热板将软包电池夹紧在检测腔内，以实现对软包电池的固定。

所述盖板3与壳体1密封连接后，所述透射孔22和第一透射窗31垂直，所述透射孔22呈圆形或方形，其直径或边长为6-14mm，所述第一透射窗31为圆形，其直径20-50mm，所述第一透射窗31和第二透射窗32 对称设置。

另一实施例中，所述第一透射窗31为圆形，第二透射窗32为方形，所述第二透射窗32边长为20-50mm。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本实用新型所作的进一步详细说明，不能认定本实用新型的具体实施只局限于这些说明。对于本实用新型所述技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种变温环境下软包电池原位X射线测试装置，其特征在于：包括壳体，所述壳体内具有一腔体，该腔体内设有冷热块，所述冷热块一端设有液氮进出口，所述冷热块还具有加热装置，所述冷热块上设有透射孔，所述冷热块由冷热板和夹持板组成，所述冷热板和夹持板之间放置软包电池，所述冷热块一端设有电极接线柱，所述软包电池的极耳与电极接线柱电连接，所述壳体设有一盖板，所述盖板与壳体密封连接，所述盖板上设有第一透射窗，所述壳体背面还设有第二透射窗，所述液氮进出口包括液氮进口和液氮出口。

2.根据权利要求1所述的变温环境下软包电池原位X射线测试装置，其特征在于：所述壳体的壳壁上开有若干连接孔，所述连接孔分布在所述壳壁的多个面上，所述连接孔内分别嵌有BNC电学接头、循环水接头、液氮管道、温度传感器接头以及保护气体自锁接头，所述壳体一端还设置有固定柱，所述固定柱与壳壁通过法兰固定连接，所述第一透射窗和第二透射窗呈圆形，由聚酰亚胺薄膜制成。

3.根据权利要求2所述的变温环境下软包电池原位X射线测试装置，其特征在于：所述壳体内部开有冷却水循环管路，所述循环管路与循环水接头相通，所述循环水接头内置进水管和出水管，所述循环管路由多个相互连通的深孔组成，所述进水管、循环管路以及出水管依次连通完成冷却水循环流通。

4.根据权利要求2所述的变温环境下软包电池原位X射线测试装置，其特征在于：所述液氮管道由液氮进液管和液氮出液管组成，所述液氮进液管和液氮出液管分别设于一连接孔内，所述液氮进液管和液氮出液管分别与冷热块连接，所述液氮进液管与液氮进口连接，所述液氮出液管与液氮出口连接，所述加热装置包括电加热丝和电线，所述电加热丝分布于所述冷热块上，所述电加热丝与电线连接，所述电线一端由温度传感器接头伸出，所述温度传感器接头内设有温度传感器，所述温度传感器与高低温控制器电连接。

5.根据权利要求4所述的变温环境下软包电池原位X射线测试装置，其特征在于：所述液氮进液管与液氮罐连接，所述液氮罐用于提供制冷液氮，所述液氮进液管上具有电磁截止阀，所述电磁截止阀与高低温控制器电连接，通过控制液氮的流量实现对制冷温度的控制，所述液氮出液管上还连接有一气体管，所述气体管一端的出气口分别面向第一透射窗和第二透射窗，所述气体管用于第一透射窗、第二透射窗除霜。

6.根据权利要求2所述的变温环境下软包电池原位X射线测试装置，其特征在于：所述保护气体自锁接头包括两个，其分别是保护气体进气接头和保护气体出气接头，所述保护气体进气接头和保护气体出气接头分别贯穿连接孔与腔体相通。

7.根据权利要求1所述的变温环境下软包电池原位X射线测试装置，其特征在于：所述冷热块两端分别设有固定块，所述固定块将冷热块固定在所述腔体底部，所述固定块通过螺栓与腔体底部固定连接，所述冷热板由固定块限位固定，所述液氮进出口设置在冷热板上，所述冷热板上承载电加热丝，所述夹持板通过螺栓与冷热板连接，所述透射孔具有两个，两个所述透射孔分别设置在所述夹持板和冷热板的中部。

8.根据权利要求7所述的变温环境下软包电池原位X射线测试装置，其特征在于：所述夹持板与冷热板之间具有间隙，该间隙形成检测腔，软包电池置于该检测腔内，所述夹持板与冷热板将软包电池夹紧在检测腔内，以实现对软包电池的固定。

9.根据权利要求1所述的变温环境下软包电池原位X射线测试装置，其特征在于：所述盖板与壳体密封连接后，所述透射孔和第一透射窗垂直，所述透射孔呈圆形或方形，其直径或边长为6-14mm，所述第一透射窗为圆形或方形，其直径或边长为20-50mm，所述第一透射窗和第二透射窗对称设置。

10.根据权利要求4所述的变温环境下软包电池原位X射线测试装置，其特征在于：所述冷热块由导热的金属材质制成，所述温度传感器采用PT100温度传感器。

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