CN219037885U - 圆柱电芯膨胀检测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种圆柱电芯膨胀检测装置，包括圆筒形的装置壳体、裸电芯和若干薄膜压力传感器；装置壳体具有密闭的容腔，容腔内灌装有电解液；裸电芯设置在容腔内；薄膜压力传感器为长条形，并以环形阵列的方式排布在裸电芯的周面上，薄膜压力传感器的导线穿出装置壳体；裸电芯和薄膜压力传感器的表面包覆有聚合物包裹层，以使裸电芯与薄膜压力传感器相对固定。本实用新型将薄膜压力传感器设在装置壳体内并位于裸电芯周面，可获得裸电芯在不同方向上的膨胀力分布情况，并实现多点检测；内嵌式的薄膜压力传感器在进行膨胀力检测时排除装置壳体对膨胀的干扰，直接对裸电芯的膨胀进行表征，获得更准确的实验数据。

Description

圆柱电芯膨胀检测装置

技术领域

本实用新型涉及电池安全检测技术领域，特别是指一种圆柱电芯膨胀检测装置。

背景技术

锂离子电池具有电压高、比能量高、循环寿命长、自放电小等优点，不仅在便携式电子设备上广泛应用，而且在电动汽车、储能电站等大中型电动和电力设备中越来越普遍。最早量产的锂离子电池是日本索尼研制的1865圆柱电池，这款电池是全球首批商用的锂离子电池，也是目前市场上最常见的圆柱电池型号。随着电动汽车对锂离子电池比能量要求的进一步提高，更大体积的圆柱电池如2170圆柱电池、4680圆柱电池也被陆续研发出来。其中，近年兴起的4680圆柱电池，凭借更大的体积、更高的能量密度和更低的成本已被众多汽车企业选择用作动力电池。锂离子的应用场景渗入到生活的方方面面，因此对锂离子电池的性能及安全要求越来越高。

锂离子电池在循环过程中正负极材料由于脱嵌锂行为存在结构膨胀，同时电池内部也会产气导致产气膨胀。电极材料的结构膨胀和电池的产气膨胀都会使得电芯产生较大的体积形变，进而损害电池性能、引起电池安全隐患。随着循环的进行，电极材料的结构膨胀和电池的产气气压也存在持续变化，因此，实时获取圆柱电池内部电极材料的结构膨胀和电池的产气气压这两组数据，并对这两种力引起的电池体积膨胀加以区分，对于锂离子电池，尤其是圆柱锂离子电池的结构强度设计、电池电化学性能和安全性能提升具有重要价值。

现有的工业流水线中只有对圆柱电池进行外观检测的相关技术，还缺少能够对圆柱电池进行膨胀检测的相关装置，因而只能使用传统的检测工装进行夹紧圆柱电池实现膨胀力检测，由于电池的形状与检测工装的夹紧机构并不适配，无法实现有效的膨胀检测，原因在于：

1.夹紧机构的平行板上下对压，只能固定圆柱电池的上下端面，而实际充放电过程中圆柱电池的变形在端面位置体现得较少，主要在圆周面上；

2.由于1中的原因，现有检测工装只能检测圆柱电池整体的膨胀力，无法获得不同方向上的膨胀力分布情况，检测具有局限性；

3.一方面，圆柱电池的铝壳会抑制部分膨胀力，另一方面，裸电芯与铝壳之间存在一定的间隙，当裸电芯膨胀量较小时，无法对铝壳产生挤压作用，因此该方法不能获得内部裸电芯的真实膨胀情况；

4.无法对结构膨胀和产气膨胀进行解耦。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种圆柱电芯膨胀检测装置，实现适用于圆柱电池的膨胀检测装置，可以获取更准确的膨胀力数据以供实验研究。

为了达成上述目的，本实用新型的解决方案是：

一种圆柱电芯膨胀检测装置，包括圆筒形的装置壳体、裸电芯和若干薄膜压力传感器；所述装置壳体具有密闭的容腔，所述容腔内灌装有电解液；所述裸电芯设置在所述容腔内；所述薄膜压力传感器为长条形，并以环形阵列的方式排布在所述裸电芯的周面上，所述薄膜压力传感器的导线穿出所述装置壳体；所述裸电芯和薄膜压力传感器的表面包覆有聚合物包裹层，以使所述裸电芯与所述薄膜压力传感器相对固定。

所述装置壳体开设有连通孔，所述连通孔处安装有气压传感器。

优选地，所述连通孔设置在所述装置壳体的周面上。

优选地，所述气压传感器设置有出气孔，所述出气孔与所述连通孔连通，且所述出气孔内设置有螺旋塞以保持常闭状态。

所述装置壳体由铝或耐腐蚀合金材料制成。

采用上述技术方案后，本实用新型具有以下技术效果：

①通过将裸电芯置于与待测电池型号的尺寸一致的装置壳体内，可以模拟真实的电池充放电情况；

②将薄膜压力传感器设置在装置壳体内并位于裸电芯的周面上，可在实验检测时获得圆柱电池的裸电芯在不同方向上的膨胀力分布情况；

③内置于装置壳体的薄膜压力传感器在进行膨胀力检测时排除了装置壳体对膨胀的干扰，可以直接对裸电芯的膨胀进行表征，适用于现阶段对于圆柱电池的膨胀力研究，并可获得更准确、误差更低的实验数据；

④多个薄膜压力传感器可测得多个位置的膨胀力数据，提高数据精度，且多传感器的设计容易适配各种尺寸的裸电芯，放置方便，不易出现薄膜传感器的褶皱现象，避免对检测精度的影响，同时可以根据测试需求增加或减少薄膜传感器的数量。

附图说明

图1为本实用新型具体实施例的流程图；

图2为本实用新型第一种产品的轴向剖视图；

图3为本实用新型第一种产品的径向剖视图；

图4为本实用新型第二种产品的轴向剖视图；

图5为本实用新型第二种产品的径向剖视图；

图6为本实用新型第三种产品的轴向剖视图；

图7为本实用新型第三种产品的径向剖视图；

图8为本实用新型第四种产品的轴向剖视图；

图9为本实用新型第四种产品的径向剖视图；

附图标号说明：

1----装置壳体；11---连通孔；

2----裸电芯；

3----薄膜压力传感器；31---导线；

4----聚合物包裹层；

5----铝塑膜；

6----锁紧装置；61---锁紧本体；62---开口；63---凸缘；64---螺栓螺母组合；

7----气压传感器；71---出气孔；72---螺旋塞；

8----极耳帽。

具体实施方式

为了进一步解释本实用新型的技术方案，下面通过具体实施例来对本实用新型进行详细阐述。

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本实用新型实施例的详细描述并非旨在限制本实用新型要保护的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型所要保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本实用新型实施例的描述中，需要理解的是，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，或者是该实用新型产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，或者是本领域技术人员惯常理解的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型的实施例而简化描述，而不是指示或暗示所指的设备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，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，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所述特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本实用新型实施例的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“连接”、“相连”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，也可以是电连接或可以相互通讯；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或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

下文的公开提供了许多不同的实施方式或例子用来实现本实用新型的不同结构。为了简化本实用新型的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本实用新型。此外，本实用新型可以在不同例子中重复参考数字和/或参考字母，这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施方式和/或设置之间的关系。

此外，本实用新型提供了各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的应用和/或其他材料的使用。

参考图1至图9所示，本实用新型公开了一种圆柱电芯膨胀检测装置的加工方法及其产品。

参考图1所示，加工方法包括以下步骤：

步骤一、制备外形尺寸与待测电池型号的尺寸一致的圆筒形装置壳体1；

步骤二、将裸电芯2置于装置壳体1内；

步骤三、将薄膜压力传感器3排布在裸电芯2的周面上并固定住；

步骤四、将薄膜压力传感器3的导线31引出装置壳体1，以便连接压力检测仪器；往装置壳体1内灌入电解液后将装置壳体1密封。

以下示出了本实用新型的具体实施例。

上述步骤一中，采用铝或耐腐蚀合金材料（如不锈钢）进行制备装置壳体1。

上述步骤一中，待测电池型号为1865圆柱电池、2170圆柱电池和4680圆柱电池中的一种。

上述步骤二中，裸电芯2为卷绕型电池电芯，其规格参数与常规圆柱电池的电芯保持一致，为1865圆柱电池电芯、2170圆柱电池电芯和4680圆柱电池电芯中的一种。

上述步骤三中，所使用的薄膜压力传感器3为压电式薄膜压力传感器或压阻式薄膜压力传感器，其压力信号由穿出装置壳体1的导线31传递至压力检测仪器。

上述步骤三中，用于固定薄膜压力传感器3的方式可以是以下之一：

（一）薄膜压力传感器3为长条形并设置有多个，以环形阵列的方式排布在裸电芯2的周面上，并在装置壳体1内灌入聚合物浆料，聚合物浆料使用引发剂进行固化以形成聚合物包裹层4包覆在裸电芯2和薄膜压力传感器3的表面，以使薄膜压力传感器3与裸电芯2相对固定；聚合物包裹层4的聚合物结构具有一定的机械强度，能够耐受酸、碱以及电解液有机溶剂的腐蚀，以实现薄膜压力传感器3与裸电芯2的相对位置保持稳定性，并将裸电芯2在充放电后产生的膨胀力传递至薄膜压力传感器3的工作面。

（二）将薄膜压力传感器3环绕一圈排布在裸电芯2的周面上，并在装置壳体1内灌入聚合物浆料，聚合物浆料使用引发剂进行固化以形成聚合物包裹层4包覆在薄膜压力传感器3的表面，以使薄膜压力传感器3与裸电芯2相对固定。

（三）将薄膜压力传感器3环绕一圈排布在裸电芯2的周面上，再将铝塑膜5包覆在薄膜压力传感器3的周面上，以使薄膜压力传感器3与裸电芯2相对固定。

（四）将薄膜压力传感器3环绕一圈排布在裸电芯2的周面上，再使用锁紧装置6环绕薄膜压力传感器3的周面进行锁紧，以使薄膜压力传感器3与裸电芯2相对固定。锁紧装置6为具有环形锁固功能的装置，如锁紧环等，并优先采用耐腐蚀的材料制成。

进一步地，上述方式（一）（二）中，引发剂为加热、光照或者特定化学引发剂。

上述步骤三和四之间，还可以在装置壳体1上开设连通孔11，并在连通孔11处安装气压传感器7，气压传感器7的压力采集孔（常规结构，图中未示出）通过连通孔11连通至装置壳体1的内部，用以测量电池的产气气压。通过在检测装置上安装气压传感器7，可以在充放电循环过程中实时获取圆柱电池的结构膨胀和产气膨胀这两组关键数据，并对圆柱电池的结构膨胀和产气膨胀进行解耦。

进一步地，还可以在气压传感器7上设置出气孔71。当只需要测量电池内部气压时，该出气孔71可以通过螺旋塞72进行封闭；当需要测量电池内部气体组分时，将螺旋塞72拔下，该出气孔71可以通过气管连接至气相色谱仪或者气相质谱仪，从而对圆柱电池的产气进行更深度的分析、研究。

通过上述的加工方法，可以获得下述的膨胀检测装置，其包括圆筒形的装置壳体1、裸电芯2和薄膜压力传感器3；

装置壳体1具有密闭的容腔，容腔内灌装有电解液；

裸电芯2设置在容腔内；

薄膜压力传感器3固定配合在裸电芯2的周面上，其导线31穿出装置壳体1，以便连接压力检测仪器。

在上述膨胀检测装置的一些实施方式中，上述装置壳体1开设有连通孔11，连通孔11处安装有气压传感器7。

进一步地，上述气压传感器7设置有出气孔71，出气孔71与连通孔11连通，且出气孔71内设置有螺旋塞72以保持常闭状态。

在上述膨胀检测装置的一些实施方式中，上述装置壳体1由铝或耐腐蚀合金材料制成，其中耐腐蚀合金材料可以是不锈钢。

参考图2和图3所示，示出了本实用新型的第一种产品：

上述薄膜压力传感器3为长条形并设置有多个，多个薄膜压力传感器3以环形阵列的方式排布在裸电芯2的周面上，裸电芯2和薄膜压力传感器3的表面包覆有聚合物包裹层4，以实现薄膜压力传感器3与裸电芯2的固定配合。

上述连通孔11设置在装置壳体1的周面上。

上述薄膜压力传感器3的导线31由装置壳体1与极耳帽8的间隙穿出。

参考图4和图5所示，示出了本实用新型的第二种产品：

上述薄膜压力传感器3绕设于裸电芯2的周面上并连成一圈，薄膜压力传感器3的表面包覆有聚合物包裹层4，以实现薄膜压力传感器3与裸电芯2的固定配合。

上述连通孔11设置在装置壳体1的周面上。

上述薄膜压力传感器3的导线31由装置壳体1与极耳帽8的间隙穿出。

参考图6和图7所示，示出了本实用新型的第三种产品：

上述薄膜压力传感器3绕设于裸电芯2的周面上并连成一圈，薄膜压力传感器3的表面包覆有铝塑膜5，以实现薄膜压力传感器3与裸电芯2的固定配合。

上述连通孔11设置在装置壳体1的端面上。

上述薄膜压力传感器3的导线31由装置壳体1的孔洞穿出，并将该孔洞密封。

参考图8和图9所示，示出了本实用新型的第四种产品：

上述薄膜压力传感器3绕设于裸电芯2的周面上并连成一圈，薄膜压力传感器3的表面安装有锁紧装置6，以实现薄膜压力传感器3与裸电芯2的固定配合；锁紧装置6包括圆筒形的锁紧本体61，锁紧本体61的周面上设置有一条轴向延伸的开口62，开口62两侧均向外凸出形成有凸缘63，两条凸缘63之间采用若干螺栓螺母组合64进行锁紧。

上述连通孔11设置在装置壳体1的端面上。

上述薄膜压力传感器3的导线31由装置壳体1的孔洞穿出，并将该孔洞密封。

通过上述方案，本实用新型通过将裸电芯2置于与待测电池型号的尺寸一致的装置壳体1内，可以模拟真实的电池充放电情况；将薄膜压力传感器3设置在装置壳体1内并位于裸电芯2的周面上，可在实验检测时获得圆柱电池的裸电芯2在不同方向上的膨胀力分布情况；内置于装置壳体1的薄膜压力传感器3在进行膨胀力检测时排除了装置壳体1对膨胀的干扰，可以直接对裸电芯2的膨胀进行表征，适用于现阶段对于圆柱电池的膨胀力研究，并可获得更准确、误差更低的实验数据。

上述实施例和图式并非限定本实用新型的产品形态和式样，任何所属技术领域的普通技术人员对其所做的适当变化或修饰，皆应视为不脱离本实用新型的专利范畴。

Claims (5)

1.一种圆柱电芯膨胀检测装置，其特征在于：

包括圆筒形的装置壳体、裸电芯和若干薄膜压力传感器；

所述装置壳体具有密闭的容腔，所述容腔内灌装有电解液；

所述裸电芯设置在所述容腔内；

所述薄膜压力传感器为长条形，并以环形阵列的方式排布在所述裸电芯的周面上，所述薄膜压力传感器的导线穿出所述装置壳体；

所述裸电芯和薄膜压力传感器的表面包覆有聚合物包裹层，以使所述裸电芯与所述薄膜压力传感器相对固定。

2.根据权利要求1所述的圆柱电芯膨胀检测装置，其特征在于：

所述装置壳体开设有连通孔，所述连通孔处安装有气压传感器。

3.根据权利要求2所述的圆柱电芯膨胀检测装置，其特征在于：

所述连通孔设置在所述装置壳体的周面上。

4.根据权利要求2所述的圆柱电芯膨胀检测装置，其特征在于：

所述气压传感器设置有出气孔，所述出气孔与所述连通孔连通，且所述出气孔内设置有螺旋塞以保持常闭状态。

5.根据权利要求1所述的圆柱电芯膨胀检测装置，其特征在于：

所述装置壳体由铝或耐腐蚀合金材料制成。

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