CN218724931U - 测试装置及测试系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种测试装置及测试系统，本实用新型的测试装置包括设于电芯内的检测组件，以及设于电芯外的与检测组件相连的信号采集设备；电芯中具有并排布置的至少两个极组，检测组件包括多个第一压力传感器；相邻的两个极组之间，和/或，电芯的壳体与相邻的极组之间设有一个第一压力传感器。本实用新型所述的测试装置，能够测定极组的不同区域的膨胀力分布情况，也即极片的膨胀力分布情况，既利于评估电芯安全性能及使用寿命，也能够反哺电芯设计过程，利于电芯的设计开发，而具有较好的使用效果。

Description

测试装置及测试系统

技术领域

本实用新型涉及电芯膨胀力测试技术领域，特别涉及一种测试装置，同时，本实用新型还涉及一种设有该测试装置的测试系统。

背景技术

目前，锂离子电池因具有能量密度高、寿命长及可回收等优点，被广泛应用于消费类电子产品、电动汽车及储能电站等产品及领域中，也因此，深入到人们日常生活的方方面面。

由于锂电池充放电过程伴随着锂离子在正负极嵌入和脱出的特性，在锂电池充放电循环时通常会带来电芯内部极片的膨胀和收缩，且由于常规锂离子电池出于安全性能和电性能的考虑，通常都会使用具有一定强度的壳体来进行电芯保护，故电芯内部极片膨胀过程中会受到壳体的拘束力作用，通常会导致极片过压现象的出现，但严重的极片过压会导致析锂问题，影响电池安全性能，

因此，对于电芯内部极片的压力监控，在电池设计优化、电池使用安全监控、电池安全性能评估及电池寿命预测等方面均有重大意义。

然而，当前现有技术中测量电芯受压的方法主要有两种，一是电芯膨胀力测量方法：通过将循环充放电过程中的电芯置于上下夹板中，两个夹板保持一定距离(一般为电芯初始厚度)不变，通过测量电芯循环充放电过程中上下夹板所受的压力来表征电芯膨胀情况。二是外置薄膜压力传感器的方法：将与薄膜压力传感器搭配的电芯放置于上下夹板之间，呈“上夹板→薄膜压力传感器→电芯→下夹板”顺序，薄膜压力传感器外接数据采集分析系统，上下夹板间距调节为电芯厚度与薄膜压力传感器厚度之和，通过对电池进行充放电循环来采集电池壳体受压数据。

其中，第一种测量方法因无法实现对电芯表面良好的贴合，只能测定电芯上下壳体膨胀区域间的压力，也即该方法所测膨胀力数据仅可反映电芯壳体处极片受力情况，电芯内部极组间极片受力情况仍未可知。而第二种测量方法虽可以实现对轻微膨胀变形的电池壳体受力情况进行表征，但对于严重壳体变形的电池受力表征仍无能为力，同理，该方法仍然只能反馈电池壳体处极片受力情况，无法实现对电池内部极组间极片受力情况进行监控和数据采集。

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，以可测定电芯内部极片膨胀力分布情况，利于电芯设计开发。

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，包括设于电芯内的检测组件，以及设于所述电芯外的与所述检测组件相连的信号采集设备；

所述电芯中具有并排布置的至少两个极组，所述检测组件包括多个第一压力传感器；相邻的两个所述极组之间，和/或，所述电芯的壳体与相邻的所述极组之间设有一个所述第一压力传感器。

进一步的，所述第一压力传感器在所述极组厚度方向上的投影区域覆盖所述极组。

进一步的，所述投影区域的长度尺寸与所述极组的长度尺寸的差值在0～20mm之间；或所述投影区域的宽度尺寸与所述极组的宽度尺寸的差值在0～20mm之间；或所述投影区域的宽度尺寸与所述极组的宽度尺寸的比值为1∶0.8～1。

进一步的，所述第一压力传感器至少包括与所述极组中部对应的中间部分，以及与所述极组的边沿对应的边框部分。

进一步的，所述中间部分呈矩形，且在所述极组厚度方向上，所述中间部分的投影面积与所述极组的投影面积的比值为1∶1～5。

进一步的，所述边框部分的宽度尺寸在0～50mm之间。

进一步的，所述第一压力传感器为薄膜压力传感器。

进一步的，还包括用于夹持所述电芯的夹具组件，所述夹具组件包括相对布置的两个夹板，以及连接两个所述夹板的多个连接杆。

进一步的，其一所述夹板与所述电芯之间设有第二压力传感器。

相对于现有技术，本实用新型具有以下优势：

本实用新型所述的测试装置，通过在相邻的两个极组之间，以及电芯的壳体与相邻的极组之间设置第一压力传感器，可测定极组的不同区域的膨胀力分布情况，也即极片的膨胀力分布情况，既利于评估电芯安全性能及使用寿命，也可反哺电芯设计过程，利于电芯的设计开发，而具有较好的使用效果。

此外，第一压力传感器在极组厚度方向上的投影区域至少覆盖极组，以避免出现测量信息不全面的现象，而影响测定结果，且投影区域的长度尺寸与极组的长度尺寸的差值，以及投影区域的宽度尺寸与极组的宽度尺寸的差值在0～20mm之间，或者投影区域的宽度尺寸与极组的宽度尺寸的比值为1∶0.8～1，以使第一压力传感器在宽度及长度方向上相对于极组均存在一定量的冗余，确保测定结果的准确性。

另外，中间部分与边框部分的设置，可在保证测定数据较为准确的前提下，降低第一压力传感器的制作及使用成本，且中间部分的投影面积与极组的投影面积的比值为1∶1～5，以及边框部分的宽度尺寸在0～50mm之间，能够实现对极组的主要受压区域的有效覆盖。

并且，第一压力传感器采用薄膜压力传感器，以利于取得测定精度高、抗干扰能力强、温度特性好及应用温度范围广等优点，而利于提升该测试装置的测定效果。

本实用新型的另一个目的在于提出一种测试系统，其包括如上所述的测试装置。

本实用新型所述的测试系统和上述的测试装置，具有相同的技术效果，在此不再进行赘述。

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例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为本实用新型实施例所述的测试系统的整体结构示意图；

图2为本实用新型实施例所述的第一压力传感器的其一结构示意图；

图3为本实用新型实施例所述的第一压力传感器的另一结构示意图；

图4为本实用新型实施例所述的夹具组件的结构示意图；

附图标记说明：

1、电芯；2、信号采集设备；3、第一压力传感器；4、夹具组件；5、第二压力传感器；

101、极组；102、壳体；

301、中间部分；302、边框部分；

401、底部夹板；402、顶部夹板；403、连接杆；4031、螺母。

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例及实施例中的特征可以相互组合。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，若出现“上”、“下”、“内”、“外”等指示方位或位置关系的术语，其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，若出现“第一”、“第二”等术语，其也仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，在本实用新型的描述中，除非另有明确的限定，术语“安装”、“相连”、“连接”“连接件”应做广义理解。例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以结合具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本实用新型。

实施例一

本实施例涉及一种测试装置，其能够测定极片的不同区域的膨胀力分布情况，既利于评估电芯1安全性能及使用寿命，也能够反哺电芯1设计过程，利于电芯1的设计开发。

整体结构上，如图1至图4所示，本实施例的测试装置包括设于电芯1内的检测组件，以及设于电芯1外的与检测组件相连的信号采集设备2。电芯1中具有并排布置的至少两个极组101，检测组件包括多个第一压力传感器3。相邻的两个极组101之间，和/或，电芯1的壳体102与相邻的极组101之间设有一个第一压力传感器3。

值得提及的是，本实施例的检测组件与信号采集设备2一般通过导线相连，且在电芯1的顶盖上设有供导线穿经的过孔，同时，本实施例的信号采集设备2可参照现有技术中常见的压力信号采集器设备，如压力数据采集器，或者内置有采集系统的计算机等。

基于上述的整体介绍，本实施例中，作为一种优选的实施方式，如图2所示，第一压力传感器3在极组101厚度方向上的投影区域覆盖极组101，以避免出现测量信息不全面的现象，而影响测定结果。

具体设置时，本实施例的投影区域的长度尺寸与极组101的长度尺寸的差值δ在0～20mm之间，或投影区域的宽度尺寸与极组101的宽度尺寸的差值δ在0～20mm之间，或投影区域的宽度尺寸与极组101的宽度尺寸的比值为1∶0.8～1，以使第一压力传感器3在宽度及长度方向上相对于极组101均存在一定量的冗余，确保测定结果的准确性。

值得一提的是，由于极组101一般由正极片、负极片及隔膜叠置组成，且负极片的长度及宽度尺寸较大于正极片的相关尺寸，也即负极片的长度及宽度尺寸与极组101的长度及宽度尺寸基本相当，故第一压力传感器3的尺寸设定可根据负极片的长度及宽度尺寸来进行设定，例如可设置为第一压力传感器3在宽度及长度方向上相对于负极片均存在一定量的冗余，且冗余尺寸具体可为5mm、10mm、15mm、或20mm。

此外，除了设置冗余的尺寸范围外，也可限定第一压力传感器3在宽度方向上的尺寸相对于负极片的尺寸的比值，该比值具体可设置为1∶0.8、1∶0.9或1∶1。本实施例中所述及的极组101的长度尺寸、宽度尺寸与投影面积等，一般不包含极耳所在区域。

本实施例中，作为另一种优选的实施方式，如图3所示，第一压力传感器3至少包括与极组101中部对应的中间部分301，以及与极组101的边沿对应的边框部分302，而具体设置时，边框部分302在极组101厚度方向上的投影区域至少覆盖边沿。

此处，基于极组101的中间部分301及边沿部分均为膨胀力测试时的主要受压区域，可在保证测定数据较为准确的前提下，降低第一压力传感器3的制作及使用成本。

具体设置时，本实施例的中间部分301优选设置为呈矩形，且在极组101厚度方向上，中间部分301的投影面积与极组101的投影面积的比值为1∶1～5，以实现对极组101中部的主要受压区域的有效覆盖。

当然，上述中间部分301的投影面积与极组101的投影面积的比值具体可设置为1∶1、1∶3或1∶5等。

为了实现对极组101边沿及其周围区域的有效覆盖，本实施例中，边框部分302的宽度尺寸H在0～50mm之间，具体可设置为0mm、10mm、25mm、40mm或50mm，且需注意的是，边框部分302仍需在宽度及长度方向上相对于极组101存在一定量的冗余，冗余尺寸仍在0～20mm之间。

但需确保边框部分302的宽度尺寸H至少不小于10mm，且当边框部分302的宽度尺寸H取值为10mm时，冗余尺寸为0mm，而当边框部分302的宽度尺寸H取值大于10mm时，冗余尺寸可取值为0～20mm中任一数值，例如，边框部分302的宽度尺寸H取值为40mm，冗余尺寸为5mm，此时，边框部分302对极组101的边沿及其周围区域的有效覆盖宽度尺寸为35mm。

本实施例中，优选的实施形式，第一压力传感器3为薄膜压力传感器，以利于取得测定精度高、抗干扰能力强、温度特性好及应用温度范围广等优点，而利于提升该测试装置的测定效果。

另外，参见图4所示，本实施例的测试装置还包括用于夹持电芯1的夹具组件4，夹具组件4包括相对布置的两个夹板，以及连接两个夹板的多个连接杆403。并作为优选的实施形式，其一夹板与电芯1之间设有第二压力传感器5。

为便于区别及描述，可将上述两个夹板分别称之为底部夹板401和顶部夹板402，多个连接杆403设置在底部夹板401上，并呈矩形分布，且多个连接杆403穿设在顶部夹板402上，并在各连接杆403上均螺接有位于顶部夹板402顶部的螺母4031，在实际应用时可通过调整螺母4031的位置来实现顶部夹板402和底板夹板对电芯1及第二压力传感器5的夹持。

并且，上述第二压力传感器5也可采用薄膜压力传感器，以取得测定精度高、抗干扰能力强、温度特性好及应用温度范围广等优点，进而提升对电芯1膨胀力的测定效果。

本实施例的测试装置，通过在相邻的两个极组101之间，以及电芯1的壳体102与相邻的极组101之间设置第一压力传感器3，可测定极组101的不同区域的膨胀力分布情况，也即极片的膨胀力分布情况，既利于评估电芯1安全性能及使用寿命，也可反哺电芯1设计过程，利于电芯1的设计开发，而具有较好的使用效果。

实施例二

本实施例涉及一种测试系统，其包括实施例一中的测试装置。具体实施时，该测试系统还包括待测试电芯1，以及用于对待测试电芯1进行充放电作业的充放电设备。

本实施例的测试系统，通过配置实施例一中的测试装置，能够测定极片的不同区域的膨胀力分布情况，利于评估电芯1安全性能及使用寿命的同时，有助于电芯1的设计开发。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，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：

包括设于电芯(1)内的检测组件，以及设于所述电芯(1)外的与所述检测组件相连的信号采集设备(2)；

所述电芯(1)中具有并排布置的至少两个极组(101)，所述检测组件包括多个第一压力传感器(3)；相邻的两个所述极组(101)之间，和/或，所述电芯(1)的壳体(102)与相邻的所述极组(101)之间设有一个所述第一压力传感器(3)。

2.根据权利要求1所述的测试装置，其特征在于：

所述第一压力传感器(3)在所述极组(101)厚度方向上的投影区域覆盖所述极组(101)。

3.根据权利要求2所述的测试装置，其特征在于：

所述投影区域的长度尺寸与所述极组(101)的长度尺寸的差值在0～20mm之间；或所述投影区域的宽度尺寸与所述极组(101)的宽度尺寸的差值在0～20mm之间；或所述投影区域的宽度尺寸与所述极组(101)的宽度尺寸的比值为1∶0.8～1。

4.根据权利要求1所述的测试装置，其特征在于：

所述第一压力传感器(3)至少包括与所述极组(101)中部对应的中间部分(301)，以及与所述极组(101)的边沿对应的边框部分(302)。

5.根据权利要求4所述的测试装置，其特征在于：

所述中间部分(301)呈矩形，且在所述极组(101)厚度方向上，所述中间部分(301)的投影面积与所述极组(101)的投影面积的比值为1∶1～5。

6.根据权利要求4所述的测试装置，其特征在于：

所述边框部分(302)的宽度尺寸在0～50mm之间。

7.根据权利要求1所述的测试装置，其特征在于：

所述第一压力传感器(3)为薄膜压力传感器。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的测试装置，其特征在于：

还包括用于夹持所述电芯(1)的夹具组件(4)，所述夹具组件(4)包括相对布置的两个夹板，以及连接两个所述夹板的多个连接杆(403)。

9.根据权利要求8所述的测试装置，其特征在于：

其一所述夹板与所述电芯(1)之间设有第二压力传感器(5)。

10.一种测试系统，其特征在于：

包括权利要求1至9中任一项所述的测试装置。

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